乌奎高速公路改扩建旧路弯沉数据分析

王 伟，谭 巍，青光焱，李菁若

(招商局重庆交通科研设计院有限公司， 重庆 400067)

乌奎高速公路改扩建旧路弯沉数据分析

王 伟，谭 巍，青光焱，李菁若

(招商局重庆交通科研设计院有限公司， 重庆 400067)

对乌奎高速公路原路基路面的结构强度进行检测，在此基础上综合评价既有路基承载力、强度等技术状况，并给出具体的弯沉分界标准，为高速公路改扩建设计提供基础依据。

高速公路；改扩建；旧路检测

1 工程概况

乌鲁木齐至奎屯高速公路(简称乌奎高速公路)改扩建路线总体走向由东向西，起点位于呼图壁县小古里村(既有乌奎高速公路K3664处)，终点位于玛纳斯县城南缘的太阳庙村(既有乌奎高速公路K3726处)，路线全长约62 km。乌奎高速公路改扩建路线沿既有乌奎高速公路原路按平原微丘区两侧整体式加宽8车道进行扩建，原路面结构为沥青混凝土路面，结构形式见表1。加宽部分路面标高与原路面加铺后路面标高一致。

表1 乌奎高速公路改扩建原路面结构

开展设计工作前对乌奎高速公路改扩建工程进行了弯沉检测，其目的主要有：

1) 通过检测、检查、试验、计算等途径来合理评价现有道路运营状况；

2) 为本高速公路改扩建初步设计和施工图设计提供基础资料。

对路基使用状况和路基填料的材料性能进行现场检测和分析，在此基础上综合评价既有路基承载力、强度等技术状况，为改扩建设计提供基础数据。

2 关键指标选定

对既有高速公路进行改扩建时，需对原路基路面进行详细检测，并对原路面的结构强度及其使用性能进行综合判断，以确定其是否可以利用，或如何利用，利用多少，利用到哪一层。同时还需对原有路基路面材料及其强度等进行深入调查和测试。目前公路技术状况评定标准对路基路面检测指标有详细的规定。在高速公路改扩建工程中，最关键的评价指标是路面破损及原有路基路面的综合强度，这2项指标能够反映原路面的整体承载能力。

在搜集养护资料、现场病害调查、既有路基路面检测及室内试验的基础上，本文提出了适用于高速公路改扩建的路基路面弯沉分级标准及对应的处理方案，为乌奎高速公路改扩建工程的初步设计和施工图设计提供技术支撑。

乌奎高速公路改扩建工程全线PCI(路面破损指数)分布如图1所示，弯沉分布如图2所示。

图1 乌奎高速公路改扩建全线PCI分布

图2 乌奎高速公路改扩建全线行车道代表弯沉值分布

从图1、图2可以看出，PCI分析结果与结构强度分布无较大相关度，主要原因是大修路段病害少，PCI高。因此，必须参考路面结构强度参数，同时辅以路面破损调查进行乌奎高速公路改扩建设计。

3 检测方法

采用JG-2005型激光自动弯沉仪对乌奎高速公路进行弯沉检测，自测点频率为单车道每10 m测1点。将激光自动弯沉仪与贝克曼梁进行标定换算，标定换算公式为：

Y=1.12X+5.35

R=0.95

式中：Y为激光自动弯沉仪数据；X为贝克曼梁数据；R为相关系数。

根据实测弯沉与设计弯沉值，计算PSSI(路面结构强度指数)并对路面结构强度进行评价，PSSI计算公式如下：

式中：SSI为路面设计弯沉与实测代表弯沉之比；ld为路面设计弯沉；l0为实测代表弯沉值；a0为模型参数，采用15.71；a1为模型参数，采用-5.19。

4 弯沉检测结果分析

乌奎高速公路全线每kmPSSI值分布情况见表2。

表2 乌奎高速公路全线每km PSSI值分布情况

从表2可以看出，乌奎高速公路改扩建全线单向每kmPSSI除上行超车道良的比例占全线4.84%外，其余各向各车道每kmPSSI均为全优；全线双向路面结构度评价为全优的路段占全线的98.79%，良的路段占全线1.21%，中和次的段落所占比例为0。由此可知，乌奎高速公路改扩建全线PSSI优良率较高，路面结构整体强度较好。

本文对检测数据进行了统计修正，并分别算出了乌奎高速公路改扩建工程每km及全线的弯沉最大值、最小值及平均值，见表3。

在乌奎高速公路改扩建工程测得的弯沉数据中，以弯沉值等于3为步距，选取不同区间内公里数进行统计，弯沉区间分别为(4,7)、(7,10)、(10,13)、(13,16)、(16,19)、(19,22)、(22,25)、(25,28)、(28,31)、(31,34)、(34,37)、(37,40)、(40,43)。乌奎高速公路改扩建各弯沉区间分布的百分比见表4。

表3 乌奎高速公路全线弯沉分布数据 0.01 mm

表4 乌奎高速公路改扩建各弯沉区间分布百分比

乌奎高速公路改扩建上行线弯沉和下行线弯沉正太分布曲线如图3、图4所示。

图3 乌奎高速公路改扩建上行线弯沉正太分布曲线

图4 乌奎高速公路改扩建下行线弯沉正太分布曲线

乌奎高速公路全线上行线与下行线弯沉平均值为16.5(0.01 mm)。上、下行线16(0.01 mm)以下的占比为47.79%、59.4%；上、下行线22(0.01 mm)以下的占比为81.62%、 77.44%，上、下行线22(0.01 mm)以上的占比为18.38%、22.56%。

选择弯沉分界标准时，需考虑路面结构计算是否能够满足高速公路改扩建过程中交通量增长的需要，同时需考虑铣刨工程数量规模的控制，不宜大面积开挖回填，以免造成资源浪费，且应尽量利用原有路基路面。对乌奎高速公路改扩建而言，弯沉选取需考虑新疆地区路面材料的自身特性。

本文综合考虑乌奎高速公路改扩建工程规模控制，以16(0.01 mm)和22(0.01 mm)为分界点，选取设计标准如下：

1) 实测弯沉<16(0.01 mm)时，不铣刨原路面，加铺2层；

2) 16(0.01 mm)<实测弯沉<22(0.01 mm)时，不铣刨原路面，加铺3层；

3) 实测弯沉>22(0.01 mm)时，铣刨原路面后重新加铺3层面层。

5 既有公路路面加铺改造设计

乌奎高速公路改扩建主线路面结构设计时基于其路面检测评价成果，结合道路交通量及其车型组成、使用要求、沿线材料及自然条件、施工经验等，并参考已实施的其他同类项目的路面结构方案，分别对分车道设计与混合车道设计提出了3种加铺改造方案。

5.1 路面结构方案1

将原路面铣刨1 cm后，直接加铺4 cm AC-13C+6 cm改性沥青AC-20C上面层，如图5所示。该方案适用于原路面弯沉小于16(0.01 mm)且PCI小于10%的路面结构。当强度不满足要求时，需对原结构进行处理，以保证路面结构强度足够。

图5 路面结构方案1

5.2 路面结构方案2

将原路面铣刨1 cm后，直接加铺4 cm AC-13C上面层+6 cm AC-20C中面层+8 cm普通沥青AC-25C，如图6所示。该方案适用于原路面弯沉值在16～22(0.01 mm)之间，且PCI小于10%的路面结构。当强度不满足要求时，需对原结构进行处理，以保证路面结构强度足够。

图6 路面结构方案2

5.3 路面结构方案3

将原路面面层全部铣刨15 cm，然后加铺15 cm 6%水泥稳定砂砾，设置1层沥青封层，再加铺4 cm AC-13C(SBS改性沥青)+6 cm AC-20C(SBS改性沥青)+8 cm AC-25C(SBS改性沥青)，如图7所示。该方案适用于原路面弯沉大于22(0.01 mm)或PCI大于10%的路面结构。当强度不满足要求时，需对原结构进行处理。

图7 路面结构方案3

6 结论与建议

本文介绍了对乌奎高速公路改扩建工程进行的弯沉检测，并对弯沉进行了详细分析。分析结果表明，弯沉数据呈现正态分布曲线规律。另外，本文结合乌奎高速公路改扩建工程规模控制，给出了具体的弯沉划分标准，指出不同的弯沉区间应采用不同的改扩建设计方案，并为旧路的充分利用提供了划分标准。

笔者建议高速公路改扩建时，应对弯沉的影响因素进行多方面分析，影响因素包括交通量、气候、干湿、温差、填土高度、特殊路基等。在既有道路改扩建过程中，每开挖1层须对弯沉进行分层检测，以分析弯沉沿深度方向衰减的规律。此外，还须分析不同病害位置弯沉的分布规律，如不同裂缝宽度对弯沉大小的影响，不同病害对弯沉大小的影响等。

[1]邓 松.高等级公路大修改建的部分关键技术研究[D].南京：东南大学，2005.

[2]上海市公路管理处.公路沥青路面养护技术规范：JTJ 073.2—2001[S].北京：人民交通出版社，2001.

[3]交通部公路科学研究院，上海市公路管理处.公路技术状况评定标准：JTG H20—2007[S].北京：人民交通出版社，2007.

[4]沙晓鹏.罗成—夏家营高速公路沥青路面维修处治设计[J].山西交通科技，2014(5)：40-41.

[5]陈 长，孙立军，董茂强，等.基于现代检测技术的沥青路面评价新方法[J].公路交通科技，2006，23(9)：1-5.

[6]胡春华，孙立军.沥青路面弯沉修正系数的研究[J].公路交通科技，2005(9)：66-69.

[7]中华人民共和国行业标准. 公路沥青路面设计规范：JTG D50—2014(总校稿)[S].北京：人民交通出版社，2014.

[8]刘玉龙.半刚性基层沥青路面养护评价指标及加铺层设计研究[D].西安：长安大学，2013.

[9]杨振丹.半刚性基层沥青路面加铺层设计方法研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2011.

[10]陈秋灵.潼西高速公路改扩建旧路基路面整治利用技术研究[D].西安：长安大学，2013.

Analysis on the Deflection Data of Old Roads in the Reconstruction and Extension of Urumchi-Kuitun Expressway

WANG Wei,TAN Wei,QING Guangyan,LI Jingruo

In this paper,the structural strength of the original roadbed and pavement of Urumchi-Kuitun Expressway is tested. Based on this,the technical condition of the bearing capacity and strength of the existing roadbed is evaluated synthetically,and the deflection demarcation criterion is given,which provides the basis for the expressway reconstruction design.

expressway; reconstruction; old road inspection

10.13607/j.cnki.gljt.2016.06.001

重庆市科学技术委员会项目(cstc2015shmszx30010)

2016-07-14

王 伟(1985-)，男，河南省开封市人，硕士研究生，工程师。

1009-6477(2016)06-0001-04

U412.36+6

A