1概述
对河北某高速公路旧水泥混凝土路面调查后得出:南半幅路面破损状况等级为差,已属于*次等级,应进行大修养护。北半幅由于重车少,路面破损状况稍好,桥涵通道的技术状况良好。为研讨确定旧水泥混凝土路面改造方案,2007年8月~11月先后三次专门考察,赴四川成都、浙江台州和河北邯郸等地进行了实地考察。设计单位此前曾考察过山东京沪高速台泰化段、江苏宁港高速公路白改黑工程和广西桂柳高速公路白改黑工程等。
2尝试段调查
2.1104国道(二级公路)台州市临海段白改黑路面改造工程2007年8月台州市临海段白改黑路面改造工程,对白改黑工程施工机械、路面结构情形论述如下:1)美国共振RMI破碎机利用频率原理,将水泥混凝土面板22 cm碎石化成由表及里2 cm~17 cm左右的碎石块。共振式破碎机对周围建筑物和构造物影响小,破碎程度较高,破碎后的颗粒粒径较小,从而可以彻底的解决反射裂缝的问题,该工艺环保无污染、能节约能源、有效提高工作效率,是白改黑路面改造的较理想工艺。2)多锤头式破碎机MHB将水泥混凝土面板破碎成的碎石块相对较大(7 cm~37 cm),多锤头破碎是将水泥面板破碎成直向下90!的碎石块,施工要求严格时可以有效防止反射裂缝的发生,并且能将水泥混凝土面板破碎成柔性基层,同时强度损失小。3)碎石化后要求洒水,然后再利用10 t以上的振动压路机至少压两遍,即使下大雨对碎石化后的混凝土路面也无大影响,但要求社会车辆绕行,*好压路机压完之后立即作下一道工序,即加铺沥青路面,而临海市公路养护工程有限公司在施工时,破碎路面压实之后并没有洒透层油和任何其他油料,而是直接加铺沥青路面。4)加铺沥青路面结构。4 cm细粒式改性沥青混凝土AC?13C+防水层+5 cm中粒式改性沥青混凝土AC?16C+粘层油+6 cm粗粒式改性沥青混凝土AC?25C+22 cm破碎后的水泥混凝土路面,加铺沥青总厚度为15 cm。5)封层的乳化沥青用量按规范执行。6)桥涵标高不变,与路面的过渡长度约为30 m。7)共振式破碎机距桥涵搭板1 m处不再破碎,但即使紧挨构造物也无大影响。8)半幅施工顺序为从路侧向中间带依次破碎,施工速度为6 000 m2/d~8 000 m2/d。
2.2成绵高速公路白改黑工程
1)路面方案。从2005年起开始考虑水泥混凝土路面维修处治方案,经过三次方案论证评审,并于2007年2月~4月分别进行了共振碎石化、多锤头碎石化和压浆的实验路段,按照实验路段子群算法提供搜索空间。的结果确定了*终方案:在经过处治的原水泥混凝土路面上+抗裂卷材贴缝+6 cm中粒式沥青混凝土AC20F+6 cm中粒式沥青混凝土AC20C+4 cm SBS改性沥青玛脂碎石SMA13。该路段原路面结构为:23 cm水泥混凝土面板+25 cm厚二灰稳定砂砾基层。1996年7月剪彩通车。2)桥涵过渡。a.主线沥青路面与桥面铺装的衔接过渡:基本上按照3的坡差顺接15 m,路面高差渐变段长50 m。桥面铺装加铺1 cm的微表处或4 cm的SMA。加铺4 cm SMA的原混凝土桥面均为凿除后按原厚度重铺钢纤维混凝土或钢筋混凝土网。此方案与石太高速预想设计方案基本一致。b.上跨构造物过渡:不能满足净空要求的首先采用顶升抬高或下挖路面在110 m范围内过渡。c.过渡段路面:采用钢纤维和加钢筋网的复合式路面。此方案的施工工艺复杂,工期较长。3)尝试段。2007年2月~4月,成绵高速公路做了多锤头、压浆和共振各200 m尝试段,旧路面碎石化后,其强度较低,检测回弹模量在100 MPa~200 MPa之间,经验算需加铺沥青层厚度达40 cm左右,因此没采用碎石化方案。尝试段碎石化后临时加铺的沥青层厚10 cm,到目前已使用8个多月,还没有发现明显的病害。4)交通管制。采用半幅断交、另半幅正常通行的交通管制方式。
2.3成渝高速公路白改黑工程
1)路面主要方案。成渝高速公路于1993年~1995年建成通车,原路面结构为24 cm水泥混凝土+20 cm石灰土稳定碎石。目前交通量为2.5万辆/d~3万辆/d。2006年路面白改黑方案主要采用了多锤头破碎方案:旧路面多锤头破碎后做底基层+40 cm的水泥稳定碎石+16 cm沥青混凝土。2)路面试验方案。成渝高速公路对注浆加铺方案做了2 km尝试段。其方案一为:经过处治的原水泥混凝土路面上+2.5 cm科氏反射裂缝应力吸收系统+8 cm中粒式沥青混凝土AC20+4 cm SBS改性沥青玛脂碎石SMA 13。其方案二为:经过处治的原水泥混凝土路面上+SBS卷材满铺+5 cm中粒式沥青混凝土AC20+5 cm中粒式沥青混凝土AC20+4 cm SBS改性沥青玛脂碎石SMA13。注浆工艺:采取9孔注浆的方式,每块板压浆2次~3次。3)多锤头破碎。因施工振动影响,对50 m范围内的建筑物进行赔偿。另外,对多锤头破碎表层形成的4 cm~5 cm粉料层清除后再洒铺乳化沥青进行压实。4)交通管制。采用半幅完全断交、另半幅双向通行的交通管制方式。
3方案比选
1)压浆加铺方案。
其优点是:保留其原路面的较高强度,需要加铺的沥青层厚度相对较小,高速公路一般为14 cm~22 cm(南京%连云港高速公路改造工程加铺沥青层22 cm,加铺沥青层厚度越大,反射裂缝越延缓),投资较低,施工对周边建筑物无影响。其缺点是:对路面状况等级要求较高,一般为中以上。如果病害处理措施不当或处理不彻底,路面可能会较早出现反射裂缝,且压浆、换板施工速度相对较慢,受水泥凝固时间等因素制约较多,断交时间长,对交通影响大。
2)多锤头碎石化方案。
其优点是:碎石化程度较高,基本能够消除反射裂缝问题,现国内有多家公司经营该项技术,可以进行优选。其缺点是:可能破坏、影响到路面基层,其施工振动影响范围较大。一般多锤头振动破坏影响范围:埋深在1 m以内的构造物;结构物端线3 m以内的所有区域;距路肩10 m以内的建筑物。根据成渝、成绵高速公路的施工经验,其影响范围在50 m左右,需要给予赔偿。成渝高速公路采用多锤头碎石化方案,多锤头破碎机的破碎工作效率为4 000 m2/台班。
3)共振碎石化方案。
其优点是:采用世界先进的共振技术,碎石化程度高,能够消除反射裂缝,不破坏路面基层。其施工振动影响较小,一般在5 m以内。其缺点是:由于受设备限制,路面边缘1 m左右无法进行共振破碎,需采用其他设备辅助破碎。目前国内只有一家公司在经营。据美国资料共振碎石化后直接加铺沥青层的厚度与交通量有关,交通量在500万次~3 000万次时加铺厚度在15 cm~30 cm。成绵高速公路经验算需加铺沥青层厚度达40 cm左右。据此估算河北某高速公路的直接加铺厚度应在20 cm~25 cm之间(交通量在1 000万次~1 500万次)。共振破碎机的生产率可达8 000 m2/台班。
4建议
4.1南半幅改造工程
1)路面碎石化。**技术先进的碎石化技术,对其存在的表层粉料过多等技术问题,可要求其调整施工参数或采取人工将其清除(不必清扫干净),洒布改性乳化沥青后再压实。成渝高速在使用多锤头碎石化时遇到类似问题,采用了此方案。2)加铺层厚度。从成绵高速公路的试验来看,碎石化后路面模量及交通量是决定路面厚度的主要因素,成绵旧路面碎石化后,其强度较低,检测回弹模量在100 MPa~200 MPa之间,经验算需加铺沥青层厚度达40 cm左右。河北某高速公路的回弹模量在300 MPa左右，验算的厚度是22 cm。结合美国资料来看,交通量在1 000万次~1 500万次时加铺厚度应在20 cm~25 cm之间,此厚度不宜减薄。3)沥青面层。四川省高速公路面层普遍采用SMA,河北省前几年如此,现已基本不予采用。建议仍采用河北省高速公路的建设经验,表面层采用马歇尔法,中、下面层采用GTM法。
4.2北半幅改造工程同南半幅相比,考虑到北半幅路面破损较少,交通荷载相对较小。建议设计单位比选压浆加铺方案和碎石化加铺方案,压浆加铺方案应**2.5 cm科氏反射裂缝应力吸收系统,并根据路面的实际情形和工期要求进行综合技术经济比较,选择合理的路面方案。碎石化方案应考虑与南半幅相同的碎石化技术。
4.3交通管制根据考察四川高速公路白改黑工程,施工质量和工期受通车交通影响很大,考虑到高速公路分流的可能性,建议尽量采用半幅断交施工,另半幅可双向或单向通行。
5结语
通过对国内几条高速公路水泥混凝土路面白改黑尝试段情形总结概括,结合本高速公路实际气温、气候情形,交通量及重载、超载车辆比例,路面行驶质量、破损状况,路面原始结构等,提出了科学合理,技术上科学的大修改造方案,为国内同类或类似大中修工程提供了有实际价值的参考。
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