六寨至河池高速公路长隧道水泥路面加铺技术研究

2020-05-25蒋植洁

西部交通科技 2020年1期

关键词：沥青路面水泥

蒋植洁

文章以六寨至河池高速公路为例，针对隧道路面存在的问题，对高速公路长隧道水泥路面加铺技术进行研究，致力于提高路面的抗滑性能、耐久度。

隧道;路面;加铺

U455-A-26-090-4

0 引言

虽然水泥混凝土路面有强度高、使用前期养护费用低、使用寿命长等优势，但根据国内外的研究表明，在车速较快的高速公路隧道，采用水泥混凝土路面有行车安全性问题，潮湿、下雨天气易发生车辆打滑侧翻等交通事故。原因如下：

（1）司机在黑白交替的路面上行车时，视觉上的亮度存在差异，道路显著的亮度差异对驾驶员的眼睛刺激很大。

（2）研究表明，在隧道封闭的空间内，噪音经过刚性路面反射会加剧对人的刺激，隧道内采用柔性的沥青混凝土路面比用水泥混凝土路面噪音要低约7 dB。突然增大的噪音，会影响驾驶员的行车稳定性。

（3）震动大，胎噪大。水泥混凝土路面每隔约5 m会有横向缩缝，导致经过水泥混凝土路面时车辆有明显的振动，路感差，方向盘操控感不一样，影响行车。

（4）雨天隧道内路面潮湿，造成隧道水泥混凝土路面的摩擦系数下降严重。根据广西高速公路隧道水泥混凝土路面反映出来的通病，路面的抗滑性能与构造深度、摆值、横向力系数等指标有关[1]。本文结合六寨至河池高速公路隧道工程实例，介绍隧道水泥路面加铺技术。

1 工程概况

1.1 工程简介

六寨至河池高速公路全长108 km，起于河池市（黔桂界），接于贵州都新高速公路，属于典型的喀斯特峰丛地貌，而广西隧道多经过这类型的地貌，具有代表意义。线路穿越高山峻岭，海拔高，湿度大，能反映出研究目的。其路段的15个隧道中有7个长隧道和2个短隧道是水泥混凝土路面，路段长隧道除进出口段300 m采用复合式路面（面层为沥青路面）过渡，中间连接为水泥混凝土路面，纵向等间距刻槽。上面层采用26 cm水泥混凝土，封层采用0.6 cm改性乳化沥青稀浆封层，基层采用20 cm C20混凝土基层（无仰拱段+15 cm C20混凝土调平层）的水泥混凝土路面。

1.2 现状路面情况

隧道路面抗滑性能调查结果及评价见表1。

从隧道路面抗滑性能指数（SRI）评定表中可以看出，各隧道路面抗滑性能普遍较差，路面抗滑能力多数处于中、次、差水平，只有少数为良。

根据《公路技术状况评定标准》（JTG H20-2007），路面状况指数（PCI）是根据路面破损率（DR）来计算的。沥青路面损坏类型分为11类21项，每种病害分为轻度、中度、重度等来判定损坏级别，种类和级别不同，权重不同，综合计算可得到路面状况指数（PCI）。路面状况指数（PCI）反映了路面破损的程度，PCI分值为0～100，分值越高路面状况越好，路面破损越少。各隧道水泥混凝土路面技术状况评定汇总如表2所示。

2 隧道路面存在的问题

2.1 路面抗滑不足

通过对路面抗滑性能的检查，得知隧道水泥混凝土路面抗滑性能普遍在中、次、差范围内，特别是路面干燥与潮湿交替使抗滑性能急剧下降，严重影响行车安全。影响路面抗滑性能的主要原因为：

（1）构造深度减小。经过长期的行车荷载，车轮打磨，使混凝土表面刻纹慢慢磨平，构造深度变小导致摩擦系数降低。

（2）隧道内湿度较大，通风少，造成隧道混凝土路面上表面湿滑。

（3）隧道内排水系统局部区域堵塞，导致隧道渗漏水至路面导致湿滑等。

（4）施工过程的各种因素。

（5）尾气污染。因长隧道采用自然通风，气流流动慢，而尾气中燃烧不充分的油污直接吸附在混凝土路面的面层，相当在面层上镀了一層油膜[2]。

2.2 隧道内裂缝及断板

作为刚性路面类型的水泥混凝土路面，抗拉、抗剪能力弱即抵抗形变能力较差。有些原路面结构强度不均匀而且离散，在不设置仰拱的区域，水泥板受力不均，同时还承受隧道侧墙的挤压力，在超重车的作用下，易产生裂缝。

2.3 隧道内水泥混凝土路面发生局部渗水、涌水

有些隧道（如瑶寨隧道）由于排水系统被堵塞，导致水无法从排水系统排出，造成路面出现渗漏水、涌水等情况，过往车辆经过水面时易打滑，影响行车安全。同时，车辆荷载通过水压力直接传递至基层，也会造成路面板损坏。

综上所述，隧道内水泥混凝土路面在运营一段时间后，由于各方面因素的影响，抗滑性能难以满足规范的标准，裂缝、坑洞、露骨、板角断裂等病害较为常见，部分隧道路面渗水，路面存在断板的情况也时有发生。

3 加铺方案

3.1 抗滑表面层材料

对各种常见材料的施工材料性能要求、施工控制、工期及其后期养护维修等方面进行分析比较，见表3。

通过表3分析，并结合六河高速公路实际情况与广西地区常见做法，对各沥青混合料的性能、施工因素、工期、经济性、应用情况等进行综合比较分析，选取加铺厚度为5～7 mm的环氧树脂抗滑层作为主要抗滑表面层材料。环氧抗滑磨耗层铺装技术是单粒径碎石骨料在环氧树脂粘结作用下，经固化形成5～7 mm的一层表面结构层，能大大提高路面的抗滑性能，是一种新型路面材料。其具有耐腐蚀、阻燃的特点，不受机油、汽油、柴油等侵蚀，高摩擦、高防滑。又因其采用玄武岩或辉绿岩碎石或陶瓷颗粒作为骨料，构造深度大，抗滑值可达75以上，从而达到有效增强车辆减速效果并极大地缩短车辆的制动距离的目的，大大降低车辆因打滑而侧翻的概率。又因其可采用红色、黄色等醒目色，具有警示作用，以达到让司机提高注意力，提前减速，改善路面色彩单调的情况，缓解驾驶疲劳，加强交通警示，增加安全驾驶指数，有效预防和降低交通事故的目的。因其可在常温下施工，施工要求不高，占道施工及开放交通时间短等，是较好的加铺材料。国内学者对超薄抗滑层的特性进行了部分研究，并将其应用在隧道水泥路面工程中。实践证明，在隧道水泥路面上加铺超薄抗滑薄层能较大幅度提高隧道路面的抗滑和抗老化性能[3]。

3.2 隧道水泥混凝土路面整体加铺

整体加铺主要是在原水泥混凝土路面上增加功能层，改善原路面的抗滑性能和行车舒适性。加铺分为常规的“白+黑”、薄层加铺等多种形式。下面对不同方案进行比选，详见表4。

通过对各路面结构方案的性能、施工因素、工期、经济性、应用情况及后期养护维修因素进行综合比较分析，同时考虑不同隧道的特点，采用合理、可行的方案。综合表4分析，本次拟采用双层沥青混凝土结构4 cmSBS改性沥青SMA-13+5 cm中粒式改性沥青混凝土的方案，其主要有如下优点：（1）本方案为常规“白+黑”方案，质量稳定可靠，工艺成熟;（2）本方案造价相对适中[4]。

3.3 粘层材料

粘结强度与路面使用寿命息息相关，需要考虑材料及工艺、加铺厚度、最大剪应力分布等內容。当沥青面层较厚时，可采用普通沥青作为粘层材料;当沥青面层较薄时，宜采用改性沥青，并首选橡胶沥青。根据以上原则，本文选取以下几种方案作对比（详见表5）。

根据表5，就各种材料的施工材料性能要求、施工控制、工期及其后期养护维修等方面进行分析比较，拟采用高性能特种黏层TLT作为最终黏层材料，其具有如下特点：

（1）破乳速度快：10 min内即可破乳，施工快速;

（2）不粘轮：破乳硬化后，路面温度高达60 ℃，不会附着在轮胎上;

（3）强度高：粘结强度比改性乳化沥青提升50%以上。

4 结语

本文结合广西地理条件、气候特点，以六寨至河池高速公路为案例，对高速公路长隧道水泥路面加铺结构进行了研究，致力于提高路面的抗滑性能、耐久度，对现有路面结构的现状进行分析，并提出了较为合理的加铺结构方案。研究结论如下：

（1）根据广西日照充足，季风影响明显，常年湿度较大、气温较高等气候特点，通过对材料、技术、结构的研究提出了对广西区内隧道水泥混凝土路面进行加铺，能有效地提高抗滑性能、耐久度、安全性能、舒适度和道路使用寿命。

（2）从目前的隧道运营情况来看，长隧道中的水泥混凝土路面劣势较为突出，特别是在噪音、抗滑性能方面。对于结构优化来说，从路面加铺前后的抗滑性能、事故率等指标进行对比，加铺抗滑层及加铺混凝土沥青等方案的效果较为理想。

（3）根据广西地区的常见材料研究，提出了用以加铺结构较为理想的材料品种和级配。

（4）根据路面病害状况调查、评价以及路面病害原因分析结果，同时考虑路面整治全寿命周期以及投资情况，针对性地提出技术合理、经济可行的设计处治方案。