某一級公路水泥混凝土路面大修設計

1、    某一級公路水泥混凝土路面大修設計    雷迎松摘要:廣東省某一級公路運營10多年后，水泥混凝土路面出現(xiàn)較為嚴重的破損。通過對該一級公路的檢測和評定，須對該路進行路面大修水泥。通過對該路面病害原因的分析，提出了水泥路面大修處治措施。路面處治后經(jīng)過近兩年的運營，目前狀況優(yōu)良。關鍵詞: 一級公路；水泥路面；大修設計：u418：b1 工程概況廣東省某一級公路全長35km，為雙向四車道。全線均為水泥混凝土路面，水泥混凝土面層厚度為24cm。全線于1995年3月開始征地并動工，1999年12月全線完工。該公路從1995年開始改建，至1999年全線通車至今，使

2、用狀況發(fā)生了很大的變化，道路服務質(zhì)量逐步嚴重衰減。運營10年來該路段路況差，已影響公路的通行和服務能力。為提升該路的通行和服務能力，對該路進行大修。2水泥路面大修前評估2.1 舊路面狀況1.原路面結(jié)構舊水泥路面結(jié)構如圖1所示：圖1 舊水泥混凝土路面結(jié)構該段公路硬路肩未做硬化，現(xiàn)狀為填土。2.沿線自然條件該項目所在地為南亞熱帶氣候。年雨量很不穩(wěn)定，據(jù)水資源調(diào)查與計算統(tǒng)計：多年平均降雨量1426毫米，最大年雨量1976年加益站2189.2毫米。雨量集中在每年49月，占全年雨量78%。每年10月至次年3月雨量較少，常出現(xiàn)春旱。土壤多屬黃土，表土層較松，含豐富的腐植質(zhì)，底層呈棕黃色，濕潤而粘，多呈中性

3、反應，植被大多是草本植物、蕨類或針葉樹林；丘陵地區(qū)屬紅壤土，質(zhì)地粘重，帶酸性。3.排水狀況經(jīng)現(xiàn)場實地勘察，該路排水狀況差，部分位置為按原設計設置邊溝，路面積水嚴重。尤其部分破損嚴重路段，路面翻漿嚴重。4.養(yǎng)護情況從現(xiàn)場調(diào)查了解到，營運間期，養(yǎng)護主要對出現(xiàn)裂縫的砼板進行灌注瀝青封閉處理，對較嚴重但范圍較小的破碎板作加鋪瀝青處理等，運營過程中于2007年專項維修工程中對部分破碎嚴重路段進行過換板處理。4 交通量資料及分析根據(jù)統(tǒng)計該從公路通車至2007年，不考慮超載情況下的一條車道累計標準軸載作用次數(shù)為1.06×106次；考慮超載75%情況下的一條車道累計標準軸載作用次數(shù)為1.6×

4、;106次，根據(jù)文獻1的交通等級分級標準，舊水泥路面交通等級屬重交通等級。2.2 路面檢測及評估1路面破損狀況全線病害類型主要為“斷裂類和表層類”，四個車道存在斷裂類病害的砼板占總板塊數(shù)的34.72%44.39%之間，總體平均為41.10%；表層類病害的砼板占總板塊數(shù)的3.42%24.76%之間，總體平均為9.90%；四個車道斷板率等級評定為“差”的占63.2%82.75%，評定為“優(yōu)”的在3.74%12.78%之間，評定為“良”的在3.34%6.49%之間，評定為“中”的在3.39%7.34%之間，評定為“次”的在6.49%10.45%之間。根據(jù)文獻1的要求應對全線大部分路段大修，以提高路面

5、狀況等級。2 路面整體承載能力通過對不同路況特征段進行fwd動態(tài)彎沉的測試，從板角脫空程度、接縫傳荷能力和基層當量回彈模量等方面對路面承載能力進行表征。病害砼板的板角脫空率在50.0%100.0%之間，其他完好水泥砼板角的脫空率35.29%45.83%之間。該公路完好水泥砼板的接縫傳荷能力狀況良好，評定等級為“優(yōu)良”的占76.79%，“中”的占8.04%，評 “次”的占8.93%，“差”的占6.25%。主車道左右幅水泥砼路面完好板塊的基層頂面當量回彈模量的平均值分別為291mpa、342mpa，破損板的基層頂面當量回彈模量值在73mpa225 mpa之間。路面整體承載能力偏低。3 結(jié)構層厚度及

6、材料性狀方面通過對該公路路面不同病害代表性路段的面板、基層的取芯調(diào)查，借助室內(nèi)芯樣的力學性能分析如下：（1）該公路水泥砼板中均有不同程度的氣泡，抽樣檢查出局部有夾泥現(xiàn)象占14.6%，全線水泥砼板厚度平均值為246 mm，最小值為193 mm，但最大值為288mm，換算后抗折強度為3.31mpa6.51 mpa之間，平均抗折強度為5.04mpa。（2）該公路基層整體質(zhì)量狀況較差，在完好類型水泥砼板中基層松散和只取出部分基層的芯樣占79.5%，新?lián)Q砼板基層狀況良好的占50.0%。同時，基層厚度嚴重不足。從檢測結(jié)果可知板厚和板強度基本滿足原設計要求，基層狀況很差，且局部路段板厚和板強度不滿足設計要求

7、，檢測路段全線整體承載能力不足。4路基強度、材料及工程性質(zhì)通過對舊路路基填料的液限、塑限、最大干密度取樣試驗分析，其結(jié)果為路基填料比較好，但其天然含水量偏高影響路基的強度，應注重路基排水。舊路路基的cbr檢測其結(jié)果為cbr值大于5.7，部分路基為粘土質(zhì)砂路段cbr值達到18。3 路面病害成因分析基層質(zhì)量控制差，離散性大，不能為水泥路面板提供均勻有效的穩(wěn)定支撐，加上水泥混凝土路面板強度好厚度離散性大，板間的傳力桿、拉桿鋼筋設置不一。同時，在重載、超載交通作用下舊路面設計強度偏低，路面結(jié)構不合理和厚度不夠，承受不了重交通等級荷載作用。排水系統(tǒng)不完善，大量雨水或地下水等的進入對基層、路基材料造成浸泡

8、軟化，在行車作用產(chǎn)生的動水壓力下進行沖刷，進而產(chǎn)生更嚴重的唧泥、脫空及斷裂病害，形成惡性循環(huán)。4 舊水泥混凝土路面處治根據(jù)對舊水泥路面檢測結(jié)果和技術經(jīng)濟分析比較，采用多錘頭破碎機碎石化技術將原水泥混凝土路面作為底基層使用。4.1 碎石化設備碎石化主要采用的設備為：多錘頭破碎機、z型鋼輪壓路機和振動鋼輪壓路機。多錘頭破碎機(mhb-15)多錘頭自動力破碎機，設備后部平均配備兩排成對錘頭，這樣在設備全寬范圍內(nèi)可以連續(xù)破碎，錘頭的提升高度可獨立調(diào)節(jié)，mhb具備一次破碎3.96米車道的能力，破碎機裝備帷幕防止破碎飛屑。z型鋼輪壓路機主要用于破碎混凝土后的補充破碎并壓實其表面。同時為加鋪提供平坦破碎后混

9、凝土路面表面。振動鋼輪壓路機采用單振動輪，在z型壓路機之后壓實破碎后的混凝土表面，并為加鋪層提供較為平坦的工作面。4.2 碎石化前準備工作（1）清除存在的瀝青面層在碎石化之前，應清除水泥混凝土路面上的瀝青修復材料、填縫料、脹縫材料等，以減少這些材料對碎石化的影響。（2）沿線各種構造物的調(diào)查和防護由于碎裂中會對各種構造物產(chǎn)生破壞，因此施工前，應做好沿線各種構造物的調(diào)查，對有可能造成損壞的設施必須采取加固或避讓措施。（3）在進行碎裂之前，需將破碎板或沉降量比較大的地方用1016mm的密級配碎石粒料填平后，再進行碎裂工藝。（4）交通管制為保證加鋪的質(zhì)量，須對碎石化后的路面進行交通管制。4.3 碎石化

10、施工工藝對于該項目碎石化施工工藝流程如圖2所示：圖2 碎石化施工工藝4.4 碎石化施工控制施工控制是保證碎石化施工質(zhì)量的關鍵，對與該工程碎石化施工中主要控制以下幾個方面：（1）碎石化后粒徑。（2）為方便路面排水，破碎時最好是從混凝土路面的高處向低處破碎。（3）與相鄰車道的連接，破碎一個車道的過程中實際破碎寬度應超過一個車道，與相鄰車道搭接一部分，寬度應大于15厘米。5 路面加鋪設計根據(jù)交通等級、變異水平等級、路基狀況、路面狀況及舊路多錘頭破碎機碎石化技術處理舊路面。將舊路面作為底基層使用，參考類似項目工程經(jīng)驗及計算方法，經(jīng)文獻1計算確定的加鋪路面結(jié)構如表1所示。表1 舊路面加鋪水泥混凝土28c

11、m水泥混凝土（彎拉強度為5.0mpa）1cm 乳化瀝青下封層18cm 5%水泥穩(wěn)定碎石（無側(cè)限抗拉強度3.5mpa）原路面碎石化處治在基層上灑布1cm乳化瀝青下封層，以增加防水。減輕水對路面的損壞。同時由于該路交通等級為重交通，為了保證路面接縫傳荷能力及其耐久性，對每條縮縫都設置傳力桿。6 路肩改造及路面防排水設計6.1硬路肩改造由于該段公路硬路肩未做硬化，現(xiàn)狀為填土。為恢復應路肩的功能，對硬路肩進行水泥硬化，其路面結(jié)構如表2所示：表2 硬路肩結(jié)構28cm水泥混凝土（彎拉強度為5.0mpa）1cm乳化瀝青下封層18cm5%水泥穩(wěn)定碎石（無側(cè)限抗拉強度3.5mpa）20cm級配碎石路基土壓實（壓

12、實度大于93%）由于硬路肩寬度較窄，壓路機施工寬度不夠，路基土很難壓實。在實施中采用換填處治，以達到設計要求。同時，為加強主道路面與新建硬路肩的連接，減少不均勻沉降引起的縱縫張開，對新建硬路肩與主道縱縫均統(tǒng)一每隔70cm設置長80cm16mm螺紋鋼筋的縱向拉桿。6.2 路面防排水系統(tǒng)設計根據(jù)檢測成果和原因分析，水損壞是該公路路面破壞的主要因素之一。因此，對路面排水系統(tǒng)進行設計十分重要，是確保結(jié)構層耐久性和使用壽命的關鍵環(huán)節(jié)。排水系統(tǒng)設計主要為一下內(nèi)容。（1）路面防水采取在碎石化后噴灑的一層透層油、基層頂面設置一層1cm乳化瀝青下封層、縮縫處設置傳力桿、面層封縫、中分帶封水等措施。（2）路面表面

13、水主要通過修復完善邊溝、排水溝和漫流排水方式排出路面表面水。（3）地下排水主要采用在邊溝下設置滲溝、疏通淤積的暗溝等措施降低地下水位，排出地下水，減輕地下水對路面損壞。（4）路面內(nèi)部排水，主要采取設置路面邊緣排水盲溝等措施。設置方法為在加鋪路面路段在靠原主車道的加鋪后硬路肩水泥穩(wěn)定碎石基層下側(cè)面設置縱向排水盲溝、每隔10m作用設置一道橫向排水盲溝，并與硬路肩墊層形成排水系統(tǒng)，材料采用級配碎石，如圖2所示，縱、橫向盲溝尺寸的大小由文獻2計算同時要考慮地下水影響，還要保證一定的可靠性。圖2 路面邊緣排水盲溝斷面7 小結(jié)廣東省某一級公路運營10多年后，水泥混凝土路面出現(xiàn)較為嚴重的破損。通過對該一級公路的檢測和評定，須對該路進行路面大修水泥。通過對該路面病害原因的分析，提出了水泥路面大修處治措施。路面處治后經(jīng)過近兩年的運營目前狀況優(yōu)良。參考文獻：1中交公路規(guī)劃設計院.公路水泥混凝土路面設計規(guī)范(jtg d40-2