素混凝土基层在道路大修工程中的应用研究

2015-10-23刘勇

城市道桥与防洪 2015年3期

关键词：大修实景车道

刘勇

(上海市政交通设计研究院有限公司,上海市 200030)

素混凝土基层在道路大修工程中的应用研究

刘勇

(上海市政交通设计研究院有限公司,上海市 200030)

在我国沥青路面大修工程设计中,对于基层强度不足的位置,常用的补强措施是对现有基层进行翻挖新建,以保证其具有足够强度。由于素混凝土具有养护时间短、早期强度高、整体性好的优点,所以通常采用其作为基层补强材料,但同时也存在刚度大、易产生反射裂缝等不足。现以上海市某主干路为研究背景,分析研究素混凝土在城市道路大修中的关键问题,明确了素混凝土板块出现断裂、沉陷的原因,提出了针对路基排水设计、路面结构设计的相应措施。

素混凝土;基层;道路大修

0 引言

近些年来,我国城市道路设计建设迅速发展,便捷的交通联通了城市的各功能区域,极大地促进了城市组团发展。许多城市道路超负荷运转,亟待大修改善交通环境。目前,我国路面大修工程设计中,对于基层强度不足的位置,常用补强措施是对现有基层进行翻挖新建,以保证其具有足够强度。由于大修工程需要尽早开放交通,所以通常采用素混凝土作为基层补强材料,不仅可以大幅节省基层材料的养护时间,同时素混凝土也具有强度高、整体性好的优点。尽管素混凝土基层具有明显的优势,但同时也存在刚度大、易产生反射裂缝等不足,因此在道路大修工程设计中,仍存在诸多关键问题值得注意。

本文以上海市某主干路大修工程为研究背景,分析研究了素混凝土在城市道路大修中的关键问题,明确了素混凝土板块出现断裂、沉陷的原因,提出了针对路基排水设计、路面结构设计的相应措施。

1 项目背景及建设条件

该道路等级为城市快速路,目前按高速公路进行养护。道路中央设有16 m中央分隔带,车道规模为单向4车道,其中内侧两条为小型车车道,外侧两条为大型车车道。该段道路建成于1998年,2009年由于路面损坏严重进行过大修改造。老路路面结构:4细+5中+6粗+1 cm 沥青砂+40 cm粉煤灰三渣+30 cm 6%石灰土路基。

2009年的大修工程中对基层强度不足区域采取的基层补强措施为翻挖上部30 cm三渣基层后,再新建30 cm素混凝土基层进行补强。

该路段的交通流量和道路荷载组成如表1所列和图1所示。

表1 日平均车辆数据一览表(单位:veh/d)

图1 车型组成示意图

从表1和图1可以看出,该工程不仅交通量大,而且大货、和拖挂车数量也非常多。近两年来由于该段道路始终处于频繁养护维修状态,花费了大量人力和财力,故道路管理部门决定进行一次彻底调查和整治维修。

2 现状道路检测、调查与评价

2013年底,委托检测单位对路面进行了全面的调查与检测,主要包括路面破损状况PCI、路面结构强度PSSI及钻芯取样检测。

2.1 路面破损状况PCI检测数据

从路面状况调查结果看，路面整体情况较差(见表2),但外侧大车道路面状况较小车道严重许多,主要病害表现为裂缝、坑槽、沉陷、车辙等。

表2 道路路面破损状况指数一览表

2.2 路面结构强度

对该工程也进行了路面弯沉测试,对每个车道按照20 m间距进行检测,汇总结果如表3所列。

表3 弯沉检测结果汇总分析表

从道路弯沉调查结果看,该段道路的第1、第2车道代表弯沉基本均为优级,第3、第4车道代表弯沉基本均为次、差级,说明该工程范围内小车道的路面整体强度良好,而大车道整体强度较差。

现将此次弯沉检测结果与该段道路上一次大修(2009年)的弯沉检测数据相对比。具体的对比结果如表4所列。

表4 路面结构强度评价对比表(2009年和2013年)

第1评定段所有车道基层前后均为三渣基层。其中第1、第2车道路面弯沉值在两次检测中均满足设计要求;第3车道路面经过5 a使用后,路面强度出现不足现象。

第2、第3评定段的第1、第2车道路面除个别路段强度不足外,目前路面强度保持良好;第3、第4车道路面尽管在2009年进行了局部素混凝土基层补强,但该次弯沉检测结果显示该评定段弯沉出现了明显不足。

2.3 钻芯取样结果

此次对三渣基层和素混凝土芯样取芯各3枚,从取芯结果看,各位置的基层厚度基本与原设计一致,素混凝土基层外观均较为完整,仅外四车道芯样的三渣基层出现了破碎现象。

2.4 养护单位了解情况

此外,也从道路养护单位方面了解到,该段道路近2 a来一直在频繁地进行养护维修,损坏严重路段主要集中在外侧三、四车道,且水损坏尤其严重,甚至出现了大面积网裂及翻浆病害。

图2～图5是养护单位提供的该路段近2 a的损坏严重时的现场实景。

图2 路面沉陷和积水实景

图3 网裂坑槽实景

图4 路面翻浆实景

图5 素混凝土基层板中碎裂实景

从图2～图5可以看出,该路段在最近2 a内,路面水损坏十分严重,并伴随有坑槽、沉陷及翻浆现象发生,除现状沥青面层损坏外,下部素混凝土基层也发生碎裂。此次路面状况调查结果并未完全反映出路面损坏的实际情况,且差别巨大。

3 问题分析

为了进一步确定病害的成因并提出有针对性的解决方案,故要求养护单位在外侧第四车道位置进行了探坑开挖(见图6～图9)。

图6 开挖探坑实景

图7 素混凝土基层横向裂缝实景

图8 素混凝土基层内泥浆实景

图9 现状三渣基层实景

从该段道路的路面历史损坏情况、此次路况调查情况及探坑开挖的情况看,主要有如下几点现象:

(1)路面主要病害集中在外侧三车道、四车道,该段道路也是2009年大修工程中翻挖三渣基层新建素混凝土基层路段。

(2)该段道路路面曾出现过严重的路面积水现象,甚至出现网裂、沉陷、翻浆等严重病害,局部素混凝土基层出现了碎裂现象。

(3)水泥混凝土基层板块厚度约为30 cm，与原设计基本一致;纵向侧壁有明显的混凝土裂缝及翻浆现象。

(4)现状素混凝土板块下的原路面剩余三渣基层(厚度约8～10 cm)已经十分松散,不成板体,且板块与三渣基层层间有较多滞水溢出。

(5)现状土路基状况良好。

根据以上出现情况,初步分析其原因,大致如下:

(1)由于该段道路的中央分隔带宽度较大,且内部未设置碎石盲沟,分隔带内部滞水由于没有出路,沿着路面结构层及内部空隙渗入路面结构层。

(2)滞留雨水沿道路横坡通过基层层间和基层内部空隙向路侧渗流，因道路外侧绿化带地势较高，致使路面结构内部滞水无法排出路面范围，积聚于三、四车道处,而三、四车道为大型车车道,重车多,荷载大,重车荷载的反复作用形成泵吸现象,致使存有大量层间滞水的基层松散,沿基层裂缝形成翻浆,并造成板底脱空,进而造成素混凝土板块断裂、碎裂。

(3)该段道路2009年进行过路面大修工程,基层翻挖新建路段的剩余三渣基层也已十分松散,无法为素混凝土板块基层提供有效支撑,且素混凝土基层横向接缝未设置传力杆,在车辆荷载作用下,该接缝易成为薄弱位置;在长时间荷载作用下,三渣基层和土基颗粒加上积聚的雨水一起从板块接缝挤出,由缝中喷溅出稀泥浆。

(4)由于素混凝土基层板块中未设置钢筋网,板块在重复重载作用下产生断裂、碎裂损坏,随着时间的推移,路面沥青混凝土面层损坏也逐渐加重,并产生大面积的网裂、沉陷,从而出现路面“屡修屡坏”的结果。

4 解决方案

针对以上几个方面的可能原因,设计时,从路基排水设计和路面结构设计两方面进行设计优化。

4.1 路基排水设计

针对目前该段水损坏严重的问题,其主要原因是道路路基排水系统不完善导致的。建议采取“疏导”措施,新设排水盲沟,将路基中的滞留积水通过盲沟引入现状雨水管道排水系统。

4.2 路面结构设计

针对基层强度不足的处理方式,目前的常用方法有翻建结构和注浆补强两种。基层注浆补强的优点是不破坏旧路的基层结构,工程造价低,且施工速度快,可在较短时间内开放交通,但是注浆加固的施工质量较难控制。另外,该工程的现状素混凝土基层损坏已经十分严重,注浆加固很难达到预期效果。

另一种方法则是采用翻除现状基层,新建水泥混凝土基层的方法。连续配筋是通过在水泥基层中设置连续纵向钢筋而避免设置横向缩缝,克服了普通水泥混凝土路面横缝过多的缺陷,从而大大减少了反射裂缝的发生,但不足的是费用较为昂贵。考虑到该段道路翻挖新建区域主要位于第三、四车道,大车数量多、且轴载重,为避免素混凝土板块板中出现断裂,更好地保证道路大修后的使用质量,设计推荐连续配筋混凝土基层。