浅谈高速公路扩建拼宽工程现有路基、路面评价方法

2015-09-10夏友军

四川水泥 2015年4期

夏友军蒋涛韩冬

（江苏省交通规划设计院股份有限公司，江苏南京 210014）

1、引言

随着国民经济的迅猛发展，近20年来，我国高速公路建设取得了长足的发展，大量的高水平高速公路被建设。近年来，伴随交通量的迅速增长，为继续保持良好的服务水平，越来越多的高速公路有了扩建的需求，高速公路的扩建涉及财务分析、交通量预测、地形图测量、桥梁通道检测评定等多项关键技术，现有路基、路面评价方法及扩建对策亦是其中之一。高速公路扩建方式较多，大体可分为拼宽式和分离式两大类[1]。笔者就高速公路拼宽扩建工程现有路基、路面评价方法进行阐述，研究对象是拼宽式公路，路面结构为沥青路面，研究成果可供国内同类工程提供参考。

2、总体思路

高速公路扩建现有路基、路面评价方法并非一个孤立的个体，而是与扩建对策密切联系的整体。具体来说，其一，现有路基、路面的评价是为扩建对策的制定服务的，评价的结果很大程度上影响着路基路面的扩建对策的制定；其二，扩建对策的制定是现有路基、路面评价的目的，评价的方法受扩建对策制定需求约束，本文的论述中将多出用到《公路技术状况评定标准》（JTG H20-2007）[2]，为简便起见，下文一律称为评定标准。

目前我国高速公路路基运营期检测采用评定标准对高速公路技术状况进行评定，虽然，扩建工程现有路基评价方法与运营期检测存在一定的相似之处，但是，由于扩建工程自身具备鲜明的特点，二者区别也就显得十分明显。现有路基、路面评价在依赖现有成熟的检测技术的基础上还需增加部分新的评价内容。

2.1 路基评价总体思路

扩建前需要对老路路基的过去及现状有全面清晰的认识，因此，现有路基评价可以从查明现有路基现状及现有路基沉降研究两个方面入手。

（1）查明现有路基现状。

高速公路扩建前查明现有路基现状有两个作用。

其一，查明目前路基的技术状况，可以指导高速公路管理者对老路的养护和维修。一般来说，在扩建工程中，现有路基大部分需要被保留，对现有路基进行养护维修保证现有路基在扩建前始终处于良好的运营状态有利于扩建时对现有路基的利用。此外，路基拼宽时需要去除老路路基浮土，查明浮土厚度可以为设计削坡厚度提供参照。

其二，对现状存在问题的路基防护形式及排水形式进行分析和评价，为扩建工程采取何种路基防护形式及排水形式提供建议。需进行扩建的高速公路往往已经通车运营较长的一段时间，目前高速公路的建设水平和以前相比往往更为科学合理，扩建时，在经济可行的基础上应尽量根据现行的高速公路建设技术进行优化。再者，随着时间的推演，目前高速公路周围的水系等较新建时可能已发生了较大变迁，现有排水及防护形式是否能够适合扩建后的实际情况，这一问题需要具体分析来进行解答。

（2）路基沉降情况进行研究

如何控制新老路基的差异沉降是高速公路路基扩建的技术关键点。新老路基不均匀沉降易造成路基应力集中从而开裂，进而导致路面开裂[3]。因此，查明现有路基的软基处理方式、路基填料种类及沉降历史是十分必要的。从老路通车运营到扩建开始，往往已经经历了较长一段时间（一般在10年以上），老路沉降趋于稳定，而新路基必将存在较大的沉降量。查明老路地基处理方式、路基填料种类以及沉降历史可以为新路的相关设计提供参考。

2.2 路面评价总体思路

现有路面结构经过多年的使用，由于车辆荷载和温度荷载的反复作用，路面结构产生了不同程度的病害。在高速公路扩建之前需要查明现有路面的路况，以便指导扩建方案。然而，扩建工程的原路面层尤其是上面层，一般不直接作为扩建后的上面层，通常的做法是要么加铺要么翻修。因此，需要制定有针对性的评价方案以适应扩建工程的需要。此外，扩建工程路面评价方法与运营期检测评定的最大区别在于紧急停靠带的评价，紧急停靠带是日常检测评定的薄弱点却是扩建工程评价的技术关键点，在紧急停靠带总体状况良好的情况下可以对其进行部分利用，将会大大提高环境和经济效益。

从上面的分析不难看出，路面评价的关键在于查明目前超、行车道及紧急停靠带的路面现状，其具体作用如下：

一方面，查明路面现状可以指导高速公路管理者对老路的养护和维修。高速公路在扩建施工时通常不会完全封闭，而是预留部分车道分步进行施工，这会使得单车道上的车流量增大，加速路面损坏。因此，保证老路在扩建前处在良好的运营状态显得尤为重要。同时，可以评价现有路面各结构层合理与否，为扩建时路面各结构层的去留提供依据。

另一方面，查明路面现状还可以为扩建提供相应的设计参数，如基层顶部回弹模量等。

2.3 老路利用总体思路

高速公路扩建过程中面临的关键问题之一是如何考虑最大限度、尽量合理地利用原有老路，使得整个扩建工程经济上合理、技术上可靠。然而老路利用必须

遵循“从下到上”的原则，即下部结构层需处理的，上部结构层必须处理，上部结构层需处理的，下部结构层若不须处理则可以保留，总体思路如图2-1所示。

图2-1 老路利用总体思路图

3、评价方法

以上一章确定的总体思路为依据，对高速公路扩建现有路基、路面的评价方法分两部分进行阐述。

3.1 现有路基评价方法

高速公路扩建工程现有路基评价方法主要涉及现有路基现状查明和路基沉降分析两个方面。

3.1.1 路基现状查明

路基现状查明主要包含路基技术状况调查和路基防护及排水效果调查两个部分，需要说明的是，由于排水是从路面到路基的连续过程，因此排水效果调查纳入路基现状查明范畴。

（1）路基技术状况调查

路基技术状况调查按评定标准的类型和内容进行现场调查，提供路基破损各类型每公里汇总、破损率、每公里的路基技术状况SCI。根据计算结果对路基的典型病害的特点、形成原因等进行分析。

（2）路基防护及排水效果调查

路基防护及排水效果调查目的在于查明现有老路的防护及排水形式，并对这些防护效果进行评价，效果较好的可以考虑在新路建设时沿用，效果不好的可以考虑变为效果更好地排水及防护形式。此外，由于新老路建设一般存在较大的时间间隔，由于人为或者自然因素，周边水系可能与老路建设期间存在较大差异，应当对现阶段路基防护及排水设施的合理性及适用性进行分析和评价。

3.1.2 路基沉降分析

现有路基沉降分析通过查明老路不良地质路段、地基处理方法及沉降观测资料等，对老路的地基处理效果，沉降情况作出评价，为拼宽路基的设计提供依据。此外，控制新老路堤的差异沉降是路基沉降分析的重点，可以采取模型试验或者数值模拟的方法对新路的地基处理、路基压实及施工措施等提出建议并对新老路堤差异沉降进行预测。

3.2 现有路面评价方法

以上一章路面评价的总体思路为基础，路面评价可从路面破损状况评价、车辙评价及路面结构强度评价等五方面入手。

3.2.1 路面破损情况评价

按照评定标准中规定的类型和内容进行现场调查，内容包括裂缝类破损（包括龟裂、块状裂缝、纵向裂缝和横向裂缝等）；变形类破损（包括车辙、沉陷、波浪拥包等）；松散类破损（包括松散、坑槽等）；其他类型破损（包括泛油、修补等）。评价时可以按照调查结果进行分段。这样做的目的在于能够更直观的反映老路路面的状况，区别较好和较差段落，方便设计时着重考虑。需要说明的是，评价路段的长度不宜小于100m，目的在于方便路面维修时的施工作业，评价范围为超车道及行车道。

3.2.2 车辙评价

车辙是沥青路面特有的一种损坏现象。一般表现为在汽车荷载重复作用的轮迹带上产生竖直向下的永久变形，较严重时两侧通常伴有隆起变形。

沥青混凝土路面开放交通之后，在行车荷载反复作用下，车辙的形成过程可分为开始的压密、沥青混合料的流动、矿质骨料的重排及矿质骨料的破坏等三个阶段，车辙一般可分为结构性车辙和流动性车辙两类[4]。

车辙的产生往往被认为从中面层开始，而中面层在扩建工程中一般予以保留，因此需要对老路车辙进行评价，评价标准可执行评定标准，评价范围为超车道及行车道。

3.2.3 路面结构强度评价

路面结构强度是路面确定路面是否能够满足使用要求的重要指标，可以用弯沉测试确定老路的路面结构强度，并与设计弯沉值对比，评价老路结构强度，评价方法可参照评定标准。此外，路面结构强度测试可以提供老路基层顶部回弹模量值，为设计提供必要的参数，路面结构强度评价范围为超车道、行车道及紧急停靠带。

3.2.4 路面内部结构强度完整性评价

常规的路面调查很难探明中下面层及基层底基层的病害，而上面层以下的病害无法通过路面调查获得，可采用探地雷达对路面内部结构病害进行检测，评价方法可参照《探地雷达技术在京沪高速公路路面结构技术状况评价中的应用研究》的成果进行，该评价方法将路面内部结构病害分为松散、层间粘结不密实、富水及脱空四种，该方法的优点为快速、无损、连续，评价范围是超车道、行车道及紧急停靠带。

3.2.5 沥青路面物理力学性能评价

扩建工程行车道及超车道往往经过翻修和加铺，而紧急停靠带路面则很少进行维修，沥青路面相对较老，可以通过钻芯取样观察芯样成形情况，并通过马歇尔试验、冻融劈裂试验等对目前沥青路面的稳定度和老化程度等做出评价，评价范围是行车道及紧急停靠带。