高速公路长隧道水泥砼路面处治后性能效果跟踪研究

刘琼,黄民如,2,曹景超

(1.广东交科检测有限公司,广东 广州 510550;2.广东交科技术研发有限公司,广东 广州 510550;3.广东宁华高速公路有限公司,广东 梅州 514000)

近十余年来,广东省建设的高速公路以穿越山区与丘陵为主,故隧道工程在广东并不鲜见[1]。由于水泥砼路面具有抗压强度高、面层承载力强、颜色较浅的特点,被广泛应用于隧道路面,尤其是长隧道与特长隧道。而因隧道内部环境较为封闭,空气流通速度慢,汽车尾气及颗粒物在水的作用下附着于水泥砼路面表层,随着时间的增长,逐渐形成蜡质层附着于路表。随着通车使用年限的增加,路面抗滑指标逐渐无法满足保证行车安全的要求。

为了尽量降低交通量、行车速度及使用环境等外部因素对研究结果的影响,本文以广东EG高速中的几座长隧道水泥砼路面处治为例分析各性能指标变化情况,主要包括ZGS隧道、LMG隧道、PSJ隧道等三座隧道,其处治措施见表1。为了更好地掌握各养护措施对隧道水泥砼路面性能的变化情况,为后续隧道水泥砼路面处治提供数据与经验支持,本文主要研究跟踪隧道水泥砼路面不同处治措施的性能效果变化情况,研究内容包括外观质量、行驶质量、抗滑性能、沥青混凝土的渗水系数及各措施的经济效益[2]。

表1 隧道处治明细表

1 隧道水泥砼路面处治技术简介

(1)HOG纹理化:采用高强度陶瓷刃具在水泥砼路面浅表层沿行车方向刻画出致密的波浪形纹理,用于增加水泥砼路面表观的纹理构造,提高旧水泥路面抗滑性能。

(2)精铣刨:是在标准铣刨工艺的基础上加密刀头的“精铣刨鼓”,采用精铣刨鼓在水泥砼路面上铣刨,使得路面铣刨后表观纹理更加细密,增大铣刨后路表的微观构造,从而提高水泥砼路面的抗滑性能。

(3)加铺沥青混凝土(Novachip、UHPP):采用一定级配的粗细集料及矿粉,加上沥青按照一定比例在严格控制条件下拌制而成的沥青混合料。用于改善隧道水泥砼路面,该项目主要采用Novachip、UHPP两种方式,对原材料主要要求如下。粗集料:选用洁净、干燥、表面粗糙的玄武岩、辉绿岩、安山岩、闪长岩、变质花岗岩等硬度和强度高的石料,不能采用石灰岩等强度低、耐磨性差的石料[3]。细集料:选机制砂或精制石粉(100%破碎加工而成),应该洁净、干燥、无风化、无杂质,与沥青有良好的粘结能力。沥青:UHPP采用超高黏改性沥青,Novachip采用SBS改性沥青。

2 隧道水泥砼路面处治效果

2.1 外观质量分析

根据《公路路基路面现场测试规程》(JTG 3450—2019)要求对ZGS隧道、LMG隧道、PSJ隧道处治后外观质量进行调查,并通过手工铺砂仪对其进行构造深度测试,见图1。结果显示:HOG纹理化与精铣刨处治措施路段结构清晰、纹理均匀、表面平顺;Novachip与UHPP处治措施路段表面平整密实,无泛油、松散、裂缝和明显离析等现象。四种养护措施表观构造深度为1.12～1.32 mm,HOG纹理化的构造深度稍大,主要由于其使用刀头较大,纹理深度较大;加铺沥青混凝土(Novachip、UHPP)表面构造均匀、纹理清晰、粗细集料互相嵌挤,具有较好的宏观构造。

(a)HOG纹理化

(b)精铣刨

(c)Novachip

(d)UHPP

2.2 抗滑性能分析

根据《路基路面现场测试规程》要求,采用SCRIM型横向力系数检测车对ZGS隧道、LMG隧道、PSJ隧道主车道进行SFC检测,每10 m输出一个数据,计算各隧道SFC平均值,并按照《公路技术状况评定标准》(JTG 5210—2018)进行评定[5],具体情况见图2与表2～4。结果显示:四种养护措施对隧道水泥砼路面的路面抗滑性能均有不同程度的提升作用,处治后各隧道抗滑性能均评定为优等级。HOG纹理化与精铣刨处治路段抗滑性能提升幅度相对较小,SFC提升14;Novachip与UHPP处治路段抗滑性能提升明显,SFC提升24。跟踪1年后,HOG纹理化与精铣刨处治路段抗滑性能衰减较快,基本恢复至处治前水平,评定为中次等级,不满足规范要求,项目公司对其再次进行处治;但Novachip与UHPP处治路段抗滑性能仍保持较好,均评定为优等级。跟踪3年后,Novachip与UHPP处治路段抗滑性能仍保持较好,均评定为优良等级,SFC分别为47、53。虽然抗滑性能较高,但路表开始出现松散病害。

图2 各养护措施路面横向力系数

表2 各隧道路面主车道SRI各评定等级长度统计表(工后1月)

表3 各隧道路面主车道SRI各评定等级长度统计表(工后1年)

表4 各隧道路面主车道SRI各评定等级长度统计表(工后3年)

2.3 行驶质量分析

根据《路基路面现场测试规程》要求,采用道路多功能检测车对ZGS隧道、LMG隧道、PSJ隧道主车道进行路面国际平整度指数(IRI)检测,每10 m输出一个数据,计算IRI百米均值,具体情况见图3。结果显示:四种养护措施对隧道水泥砼路面的路面行驶质量均有不同程度的提升,HOG纹理化与精铣刨提升幅度相对较小,分别提升0.2 m/km、0.35 m/km,但精铣刨效果稍佳,主要由于精铣刨可将部分水泥面板错台位置进行打磨;Novachip与UHPP处治路段行驶质量改善明显,分别提升0.94 m/km、0.83 m/km。对各养护措施路面行驶质量进行跟踪,四种养护措施路面国际平整度指数变化较小,基本可认为保持稳定。

图3 各养护措施国际平整度指数

2.4 渗水系数分析

根据《路基路面现场测试规程》要求,采用路面渗水仪对PSJ隧道上下行主车道进行路面渗水系数检测,具体结果见图4。结果显示:工后1个月,Novachip与UHPP处治路段路面渗水系数分别为1525 mL/min、3125 mL/min。两者之间的差异主要由于空隙率不同,Novachip与UHPP空隙率分别为15%、22%。对Novachip与UHPP处治路段渗水系数进行跟踪,工后3年渗水系数分别为280 mL/min、420 mL/min,两者差距变小,主要由于后期车辆压密、粉尘填充、空隙通道堵塞所致。

图4 Novachip与UHPP处治路段渗水系数

3 经济效益分析

将HOG纹理化、精铣刨、Novachip、UHPP等四种养护措施的直接工程费进行对比,直接工程费主要参考市场价格。各项措施直接工程费及特点见表5。结果显示:从处治后抗滑性能与行驶质量效果来看,Novachip、UHPP较HOG纹理化、精铣刨更佳,且耐久性更好,但HOG纹理化、精铣刨处治费用低。从施工工艺来看,HOG纹理化、精铣刨施工操作简单,不需要进行下承层处治,可快速提高路面抗滑性能;Novachip、UHPP施工复杂,前期准备工作较多,且需要处置下承层工作面,对施工队伍的素质要求更高。

表5 各措施直接工程费及特点统计表[6]

4 结语

通过对EG高速的ZGS隧道的HOG纹理化、LMG隧道的精铣刨、PSJ隧道上行的UHPP与下行的Novachip的跟踪研究,得出以下结论:HOG纹理化与精铣刨措施可作为隧道水泥砼路面抗滑处治的应急处理方案,用于局部处治或临时应急性处治隧道水泥砼路面,路面横向力系数SFC可提高至48及以上,施工简单,操作方便,费用低等优点,但其耐久性较差。Novachip与UHPP可作为隧道水泥砼路面抗滑处治的长治方案,处治后面路面横向力系数SFC可提高至54及以上,可较大幅度地改善路面行驶质量,作为半开级配沥青混合料也可较好改善路表排水功能,抗滑性能能维持于优等级不少于3年,耐久性较好,综合使用性价比高。