乌赛高速改建段旧路实测弯沉对建设方案的影响

刘 唐 余继凤

(湖北交通职业技术学院，湖北 武汉 430079)

乌赛高速改建段旧路实测弯沉对建设方案的影响

刘 唐 余继凤

(湖北交通职业技术学院，湖北 武汉 430079)

新疆乌赛高速升级利用段，根据旧路实测弯沉值确定路面改造方案；依据旧路弯沉值结合实际施工方案计算出改造后的理论弯沉值，作为施工验收的控制指标，以优化建设方案，降低工程费用。

乌赛高速；旧路弯沉；建设方案

G30乌苏至赛里木湖一级改高速项目是新疆高速公路“五纵五横三环四连”骨架公路网第一横的重要组成路段，途经塔城、博州，采用双向四车道高速公路标准，路线全长约300km，其中新建40km，利用原一级公路升级改建260km。

1 旧路改建段基本原则

弯沉反映路面整体结构在荷载作用下的承载能力，弯沉越大，则承载能力越小，但以弯沉指标表征的路面承载能力的大小并不意味着路面是否会产生车辙、裂缝等病害，两者属于两类不同性质的路面性能，没有必然关系。按照新疆交通厅关于施工图设计的批复，乌赛高速改建工程实现动态设计、动态施工。为控制投资规模，确定原一级公路旧路改建段以改善路面服务功能为首要目标，最大限度地延长既有老路面服务年限。

2 设计阶段依据旧路弯沉确定改建段施工方案

原一级公路路面结构为：4cmAK-13A+6cm AC-20I+30cm水稳砂砾+15～25cm级配砂砾，上下两层沥青均使用90#克拉玛依基质沥青。原一级公路经过8年的使用出现以车辙、横向裂缝、网裂等为主的病害，尤其是重度的车辙(局部段落达到6～7cm)严重影响行车的安全。

乌赛高速升级改建段路面结构主要在原一级公路的基础上进行大修。设计阶段采用以旧路弯沉为控制指标，同时考虑车辙深度的设计原则确定旧路路面改建方案。2010年设计阶段旧路弯沉值见表1。

表 1 2010年乌赛高速改建段旧路实测弯沉值统计表

(备注：1.采用弯沉车检测;2.图纸要求改建段参照新建段标准，验收弯沉为0.236mm[1]。)

旧路弯沉实测数据表明，改建段大部分段落达不到图纸要求的验收标准[2],如果全部铲除重建，费用巨大，将突破概算。设计阶段经过专家反复论证，确定利用原则：尽可能直接利用，对于破损严重确实需要铣刨改建段落，硬路肩部分原则上保留利用，以降低造价。设计阶段确定的主要施工方案如下。

2.1 旧路弯沉值≤0.30mm路段

(1)车辙<1.0cm时，处理方案为旧路+4cmAC-16C中粒式改性沥青混凝土面层，加铺前先对旧路路面喷粘层油处理；

(2)1.0cm≤车辙<1.5cm时，处理方案为旧路+4cmAC-16C中粒式改性沥青混凝土面层，加铺前先对旧路路面进行拉毛1.0cm，喷粘层油处理；

(3)1.5cm≤车辙<2.5cm时，处理方案为行车道、超车道铣刨旧路面层4cm后，加铺4cm AC-16C中粒式改性沥青混凝土上面层+5cm AC-20C中粒式改性沥青混凝土中面层；

(4)车辙≥2.5cm时，处理方案为行车道、超车道铣刨旧路面层10cm后，加铺4cmAC-16C中粒式改性沥青混凝土上面层+5cm AC-20C中粒式改性沥青混凝土中面层+7cm AC-25粗粒式沥青混凝土下面层。基层铣刨根据破坏程度动态掌握。

2.2 0.30mm<旧路弯沉值≤0.45mm路段

为尽可能地利用基层剩余强度，减小改建规模，方便施工，并改善路面服务功能，处理方案为行车道、超车道铣刨旧路面层10cm后，加铺4cm AC-16C中粒式改性沥青混凝土上面层+5cm AC-20C中粒式改性沥青混凝土中面层+7cm AC-25粗粒式沥青混凝土下面层；基层铣刨根据破坏程度动态掌握。

2.3 旧路弯沉值>0.45mm路段

路面基层强度衰减较为严重，预估路面结构强度寿命较短。受桥涵构造物安全性及高程限制，处理方案为行车道及超车道挖除原路面所有结构层，采用新建段的路面结构形式重建。

3 施工阶段旧路复测弯沉对于工程变更的影响

设计调查在2010年，实际施工时间在2012～2014年之间。期间采取边通车边施工的方案，路面出现新的破损，为保证改建效果，指挥部要求在改建施工中，待道路封闭后，由业主、监理、设计和施工单位组成联合检测组，分段重新采取贝克曼梁法检测弯沉值，按照动态设计的原则，逐段确定最终的施工方案。

检测结果表明，弯沉和车辙在施工阶段，都有不同的加剧，主要方案变更如下。

3.1 旧路铣刨处理段落增加

设计图纸中，直接加铺4cm上面层段落为69.1%。结合现场的破损调查情况，采取增加铣刨沥青面层、水稳基层等处理措施，直接加铺段落缩小到40.1%。主要工程变更见表2。

表 2 乌赛高速改建段直接加铺4cm上面层段落变更统计表

3.2 部分旧路水稳层保留利用

SK524+550-SK532+000等段落，旧路沥青面层实测弯沉较大，原设计将旧的水稳层挖除后新建。待沥青面层铣刨后发现，原水稳层基本完好，没有严重的破碎、网裂现象。经对原有水稳层的回弹弯沉进行检测[3]，检测报告表明回弹弯沉值大于对应新建段水稳层的设计弯沉值。考虑到该地处于高海拔地区，生态环境脆弱，有效作业时间短，建设单位从降低照价、缩短工期、减少环境污染出发，建议将老路沥青路面挖除后，直接在原有水稳层上加铺一层新的水稳层，再铺筑沥青面层。

设计单位结合现场的实测弯沉值进行计算，认为保留原水稳层的方案可行。根据不同的路段的实际情况，分别采取加铺16cm、18cm、20cm、25cm厚度的新水稳层予以实施。只要半刚性基层和底基层足够强大，路面结构在使用年限内是能够满足我国交通荷载对承载能力的需求[4]。该变更方案节约造价约600万元，同时减少了铣刨废料对于环境的污染，加快了施工进度。

4 验收弯沉值的确定

4.1 设计图纸对于验收弯沉的要求

设计图纸要求，旧路路面改建完毕，弯沉值参照新建路面按照0.236mm标准验收。

4.2 改建后弯沉实际检测结果

路面改建工程采取便通车边施工模式，于2012年6月开工，2014年9月全部结束并进行弯沉检测。弯沉检测数据显示，旧路路面改造完成后，路表弯沉情况总体良好，但局部路段路表弯沉值偏大。右幅路表弯沉值大于0.236mm的路段共38km，弯沉值为0.237-0.297mm；左幅路表弯沉值大于0.236mm的路段共45km，其中，K533+000-K537+000段连续4km路表弯沉值在0.266mm-0.341mm、K547+000-K551+000段连续4km路表弯沉值在0.324mm-0.389mm。

4.3 弯沉偏大的问题调查分析

针对弯沉偏大路段，设计单位进行了现场重点调查，并分析了改造前的旧路检测数据。具体情况如下：

(1)截至2014年9月下旬，改建道路已实际运营4～30个月(道路一直处于边施工边通车状态)。改造后的路面外观总体良好，未出现明显结构性病害，但部分路段存在轻微的温度收缩横缝。

(2)通过历次检测数据的对比发现，在勘设与施工的时间周期内(2010～2014年)，旧路局部路段路表弯沉值总体呈增大趋势。分析原因，一是旧路运营中局部路段既有病害进一步发展，路面结构强度及整体性能随车载疲劳作用发生了一定程度衰减；二是在车辆荷载的作用下，原半刚性水泥稳定类基层的板体整体性发生碎裂或裂缝，呈现一定的柔性变形特征，从而导致路表弯沉偏大。

(3)项目靠近路线终点处存在两段弯沉值集中偏大路段：K532+000-K538+000和K547+000-K551+000段，共计8km。两路段原旧路弯沉值最大分别达0.408mm、0.541mm，改造完成后路表弯沉值最高达0.389mm。经现场调查发现，路段所处环境与一般路段相比存在特殊性，影响旧路整体性能的因素较多，具体如下：

①地形影响：K547+000-K551+000段旧路沿两自然山体中间的狭长低谷带布线，路基主要以低填浅挖形式通过；K532+000-K538+000段旧路部分路段同前者，部分路段单侧为自然山体迎坡面。两路段共同特点是路线所处位置地势低、汇水面积大，公路主体受其影响较大。

②水环境影响：两路段位于赛里木湖区域，且海拔较高，雨雪相对丰富。受其影响，整体路域环境湿度也相对较高，路基路面强度及整体性能发生衰减。

③行车环境影响：两路段位于长大纵坡路段，路面处于车速慢、刹车多的运营环境中，旧路结构层的车载疲劳、剪切破坏较其他路段尤为明显。

4.4 验收弯沉的确定

鉴于升级改建段以改善路表服务功能为第一目标，设计单位经比较分析，提出旧路利用段不以设计弯沉为控制指标，依据改造前旧路检测弯沉结合施工方案计算出改造后的理论弯沉值作为施工验收的控制指标[5]。

按照实测原路表弯沉、车辙分段确定改建方案。弯沉是沥青路面加铺设计的重要指标[6]。在本项目中，实测原路表弯沉，用于评价原路面的整体强度；用HPDS2011计算，使原路表理论弯沉等于实测的最不利弯沉，反演路基回弹模量，计算竣工验收弯沉，用竣工验收弯沉代替设计弯沉进行交工验收，控制施工质量。以旧路弯沉值≤0.30mm，直接加铺4cm面层，改造后各层理论弯沉计算过程示例如下。

交工验收弯沉值和层底拉应力计算

公路等级:高速公路

新建路面的层数:6

标准轴载:BZZ-100

层位结构层材料名称 厚度(mm)20℃平均抗压模量(MPa)标准差(MPa)15℃平均抗压模量(MPa)标准差(MPa)综合影响系数1中粒式沥青混凝土40120001600012细粒式沥青混凝土40140002000013中粒式沥青混凝土60120001600014水泥稳定砂砾150130003200015水泥稳定砂砾150130003200016级配砂砾2002000200017新建路基421

计算新建路面各结构层及路基顶面交工验收弯沉值:

第1层路面顶面交工验收弯沉值LS=27.2(0.01mm)

第2层路面顶面交工验收弯沉值LS=30(0.01mm)

第3层路面顶面交工验收弯沉值LS=34(0.01mm)

第4层路面顶面交工验收弯沉值LS=41.1(0.01mm)

第5层路面顶面交工验收弯沉值LS=78.6(0.01mm)

第6层路面顶面交工验收弯沉值LS=191.9(0.01mm)

路基顶面交工验收弯沉值LS=221.8(0.01mm)

计算新建路面各结构层底面最大拉应力:(未考虑综合影响系数)

第1层底面最大拉应力σ(1)=-.163(MPa)

第2层底面最大拉应力σ(2)=-.135(MPa)

第3层底面最大拉应力σ(3)=-.101(MPa)

第4层底面最大拉应力σ(4)=.059(MPa)

第5层底面最大拉应力σ(5)=.288(MPa)

该建议经专家论证并报上级批准，确定验收弯沉：

(1)改造完成后的一般路段，以施工阶段业主、设计、监理、施工单位四方检测的旧路弯沉值为基础数据，实测路表弯沉值应满足按加铺方案直接计算出的理论验收弯沉值。

(2)改造完成后，靠近路线终点弯沉值连续偏大的路段(K533+000-K537+000、K547+000-K551+000段共计8km)应做特殊考虑。由于改造前、后路表弯沉值均偏大较多，因此，在该路段以路表弯沉评价改造后路面整体性能已经失去意义。鉴于该段在地形、水环境、行车环境等方面均具有特殊性，因此设计单位建议，本路段在无施工质量问题的前提下路表弯沉可不作为验收标准；可将此8km作为试验路段，逐年观测、对比病害发展和弯沉变化情况，为本地区积累在此路域条件下的工程经验。

5 结论

新疆乌赛项目通车已经两年多时间，除部分路段出现唧浆维修之外，总体效果良好。旧路改建施工中，如果严格按照设计图纸规定的验收弯沉值实施[7]，将会大大增加工程造价。随着道路升级改造工程的增多，依据旧路弯沉值结合实际施工方案计算出改造后的理论弯沉值，作为施工验收的控制指标，不仅降低工程费用，还可以减少施工中安全和环保风险。

[1]新疆片区项目设计组.新疆G30乌苏至赛里木湖一级改高速项目施工图设计[R].南京：江苏省交通设计院，2010.

[2]JTG F80/1—2004，公路工程质量检验评定标准[S].

[3]JTG/T F20—2015,公路路面基层施工技术细则[S].

[4]刘美玲.水泥稳定碎石底基层试验路施工探讨[J].建材世界，2013,34(1):38-41.

[5]王旭东.沥青路面弯沉指标的探讨[J].公路交通科技,2015,31(1):1-12.

[6]JTG D50—2006,公路沥青路面设计规范[S].

[7]交通运输部.公路工程竣(交)工验收办法与实施细则[M].北京：人民交通出版社，2007.

10.3969/j.issn.1672-9846.2017.03.018

U418.8

A

1672-9846(2017)03-0101-04

2017-07-06

刘 唐(1970-)，男，湖北公安人，湖北交通职业技术学院副教授，主要从事路桥施工研究。余继凤(1973-)，女，湖北公安人，湖北交通职业技术学院副教授，主要从事路基路面工程研究。