上海市楊高路水泥混凝土路面整治工程方案

上海市楊高路水泥混凝土路面整治工程方案

隨著我國道路建設的發(fā)展，大部分原始建設的水泥混凝土道路造成了各種損壞，需要在其上鋪瀝青路（以下簡稱“白黑”）。楊高路建成于1992年,是上海市浦東新區(qū)開發(fā)、開放以來的第一條重要道路,也是浦東新區(qū)范圍沿江片唯一1條連接外高橋、金橋、陸家嘴、三林世博等區(qū)域的交通通道。它具有重荷載、大交通量的交通特性。楊高路南起外環(huán)線(環(huán)南一大道),北至環(huán)東一大道,全長約28km,原機動車道以白色路面為主,2005年起楊高路分3段進行綜合整治。本文主要介紹1期、2期改造工程的“白加黑”方案及工藝要點。1楊高路及其海上施工楊高路綜合整治工程1期工程范圍為龍陽路—金海路(中段),全長8.4km,于2005年建成;2期工程范圍為金海路—環(huán)東一大道(北段),全長11.2km,于2007年建成。楊高路紅線寬50m,規(guī)劃等級為城市主干路I級,設計速度60km/h。整治前道路斷面為雙向6快2慢,經過整治,拓寬為雙向8快2慢。在既有的水泥混凝土路面上加鋪瀝青層是楊高路整治工程中的主要內容之一。1期“白加黑”實際范圍為民生路—金海路段,水泥混凝土路面全長4.43km;2期“白加黑”實際范圍為金海路—洲海路段,水泥混凝土路面全長約4.63km。2混凝土應用情況根據原路竣工資料和現場樣洞顯示,原機動車道水泥混凝土路面結構:24cm水泥混凝土+30cm石灰粉煤灰碎石+15cm礫石砂。經走訪養(yǎng)護單位初步了解,楊高路工程近年來投入的大中修費用約為200～300萬元/a,1999～2004年楊高路混凝土板塊修補數量見表1。經現場踏勘,楊高路水泥混凝土路面總體路況一般,在水泥混凝土路面存在各種病害,包括縱向、橫向、斜向裂縫,破碎板,脫空板塊,接縫損壞,斷板、斷角,錯臺及麻面等病害。楊高路整治1期、2期路況調查見表2。3原水泥混凝土板塊處理方案3.1泥混凝土板塊變形控制標準從力學分析和工程實踐中看,原水泥混凝土板塊的穩(wěn)定對于反射裂縫的防治是至關重要的。板塊的脫空而產生的自身沉降和板塊間的差異沉降是造成日后加鋪層產生反射裂縫的主要原因,因此對原水泥混凝土板塊的穩(wěn)定處理是決定工程成功的關鍵。經過相關工程使用效果比較,將原水泥混凝土板塊的板邊、板角的變形控制在一定范圍之內,加鋪瀝青層后使用效果較好。但是,因各工程地質條件、原路面結構、汽車軸載差異較大,因此變形標準需要參考有關設計規(guī)范、研究文獻、成功的工程實例經過計算、工程案例對比后分析確定。在工程中對變形較大的板塊采用水泥注漿。具體標準如下。1)采用BZZ-100型標準軸載的彎沉測試車,5.4m貝克曼梁彎沉儀進行復測,以板邊主點彎沉、差異彎沉來控制。2)檢驗標準為絕對彎沉≤0.2mm;且差異彎沉≤0.06mm。3)復檢合格率≥95%;若不能滿足進行二次注漿,直至達到合格率為止。4)通過對工程的跟蹤分析,上述標準在工程實施過程中,合格率比較高。5)為了減少重復工作量,建議施工時可選擇有代表性的路段進行試驗,然后按此檢驗標準進行檢驗,若檢驗結果不能滿足上述標準,且不合格率很高,則可能需要調整漿液配比或注漿工藝。3.2嚴重損壞損失的處理鑿除原混凝土面層,保留鋼筋,并重新鋪筑24cm水泥混凝土板(彎拉強度5.0MPa)。3.3原水泥混凝土板裂縫和錯臺處理參見JTJ073.1—2011《公路水泥混凝土路面養(yǎng)護技術規(guī)范》的相關技術要求。3.4對原部位的處理混凝土路面的接縫包括縱向接縫、橫向接縫(橫向施工縫、橫向縮縫、橫向脹縫)等。接縫是水泥混凝土板塊的薄弱部位,最容易引起破壞,特別是脹縫破壞率甚高。一旦填縫材料老化損壞,水泥混凝土板塊隨季節(jié)變化的熱脹冷縮會造成唧泥、脫空、邊角擠碎等病害,即便加鋪瀝青層,也不能完全防止水的滲入。因此,為了保證加鋪后路面的使用壽命,必須在加鋪前對原水泥混凝土板塊的接縫進行處理。1)清縫。將原板塊的填縫料清除,若原縫偏窄需重新切縫,要求切縫寬度10mm,深度40～50mm。2)用橡膠吹氣球或吸塵器吹吸干凈縫內塵土,采用填縫料填充。3.5甲乙組分的配比為采用聚氨酯密封膠作為填縫材料,該材料主要由甲組分(多異氰酸酯)、乙組分(多羥基化合物)組成,不含煤焦油成分。甲乙組分的配比為1.0∶(2.7～3.2)。其主要優(yōu)點有如下幾點。1)適用于常溫下施工,操作簡便。2)熱穩(wěn)定性好,夏季高溫時,填縫料不易發(fā)生流淌。3)具有較好的低溫塑性。在冬季低溫時,填縫料不易脆裂,仍具有一定的延伸性。4)耐久性好,不易老化。4為瀝青路板鋪設4.1工程實例及分析根據國內外的工程實例,現在一般加鋪層的厚度多為8～12cm。根據JTGD40—2011《公路水泥混凝土路面設計規(guī)范》8.7.3條規(guī)定,水泥混凝土路面加鋪瀝青混合料面層的最小厚度為10cm。同時,參照美國瀝青協(xié)會(AI)規(guī)定,為了抑制反射裂縫,瀝青混合料的最小厚度為8cm;參考德國的實驗結果,最小厚度為8cm,最佳厚度為10cm。因此,本方案初擬加鋪最小厚度為10cm的瀝青層。對水泥混凝土路面加鋪瀝青層后的板塊應力進行分析,依據JTGD40—2011計算如下。1)基礎資料。地區(qū)自然區(qū)劃為Ⅳ級;道路等級為城市主干路I級;車輛荷載為BZZ-100標準軸載;原水泥混凝土板厚度H=0.24m;長度L=5.00m;考慮原混凝土強度折減,原混凝土彎拉強度fr=4MPa;基層頂面當量回彈模量Et=100MPa;有瀝青上面層的混凝土板最大溫度梯度Tg=40℃/m;初擬瀝青加鋪層厚度為10cm。2)設計基準期內標準軸載累計作用次數計算。根據預測分析流量,一車道使用初期標準軸載日作用次數Ns=22133次;輪跡橫向分布系數η=0.22;由交通量預測報告推算,交通量年平均增長率gr=1.5%;設計基準期(17a)內標準軸載累計作用次數為Ne=3.412618×107次。因此,路面承受的交通等級為重交通等級。3)加鋪厚度及板塊應力計算(暫定路面瀝青層加鋪厚度為10cm)。原混凝土彎拉彈性模量Ec≈3×104MPa;原混凝土路面相對剛度半徑r=0.863m;標準軸載在臨界處產生的荷載應力σps=1.22MPa;原混凝土板在臨界荷位處產生的荷載應力σpsa=1.02MPa;荷載疲勞應力σpr=2.98MPa;最大溫度梯度時混凝土面層的溫度翹曲應力σtm=0.864MPa;溫度疲勞應力σtra=0.22MPa。取可靠度系數γr=1.23[見式(1)]。式(1)表明,原混凝土上作用的荷載應力和溫度應力之和小于原混凝土板的彎拉強度。因此,在原混凝土上加鋪10cm瀝青能夠承受設計基準期內荷載應力和溫度應力的綜合疲勞作用,同時也滿足規(guī)范要求?？紤]原路加鋪縱斷面線形和橫斷面現狀的影響,加鋪厚度10cm只能作為最小控制厚度,平均厚度按12cm計算。4.2表面層對路面材料的基本要求瀝青混合料的品種很多,需根據楊高路路面自身特點和各層材料的不同作用,有針對性的選擇和組合。由于楊高路為重交通道路,重車所占比例較大,且行車速度一般較快。因此,表面層對路面材料疲勞耐久性、抗老化性、抗磨損、抗滑性能及抗車轍變形等方面的要求比較高。綜合比較,針對楊高路的交通特點,采用改性SMA-13(SBS改性)為瀝青上面層。4.3水泥混凝土加鋪層施工技術整個加鋪層材料組合則不僅要滿足楊高路交通特性的需要,同時要考慮是否能適應水泥混凝土路面加鋪的需要。加鋪層結構組合其本身需具備:適應楊高路交通和荷載特點,有效提高加鋪層本身的使用壽命;能有效防止反射裂縫的出現。楊高路加鋪層結構組合方案見表3。5材料的加層設計高黏度改性瀝青GSOG(間斷半開級配GapSemi-Open-Graded)混合料是指礦料由在一個乃至幾個粒徑分布處存在斷檔(或用量很少)的間斷級配組成。并且在礦料與瀝青混合料拌和后,經馬歇爾標準擊實成型的試件,其剩余空隙率維持在6%～12%的瀝青混合料。該材料由上海市浦東新區(qū)環(huán)保局支持研發(fā),具有自主知識產權。該材料方案將瀝青材料加鋪層的結構性和功能性融為一體,有效處理了“白加黑”工程中需要著重處理的3個主要問題:抗豎向剪切作用;應力吸收作用;滿足在高溫多雨地區(qū)瀝青混合料的重要路用性能要求。GSOG-20瀝青混合料與Super-19瀝青混合料的主要性能對比見表4。6在工程中的應用減少反射裂縫是水泥混凝土路面加鋪瀝青面層工程中的難點,從國內外的相關研究以及工程實踐證明,瀝青路面反射裂縫本身無法徹底消除,無論采取何種措施,裂縫遲早會出現,關鍵是如何延緩和減少反射裂縫的出現。反射裂縫的出現,主要是通過車輪荷載和溫度荷載的耦合作用產生的,另外還有原混凝土板塊接縫豎向運動產生的剪切應力等。因此,要解決或減緩反射裂縫的出現,關鍵在于以下3方面。1)原混凝土板塊的穩(wěn)定處理。這是加鋪的前提,也是工程是否成功的關鍵。2)瀝青加鋪層。相關的理論研究表明,加鋪層的厚度對由車輪荷載產生的應力有比較大的作用,隨著加鋪層的厚度增加,彎沉值變小。當厚度≥12cm時,這個趨勢趨于緩和。這主要是加鋪層頂面彎沉差和底面彎沉差的變化規(guī)律存在差異,頂面彎沉差隨著厚度的增加而減小。當厚度≈10cm時,頂面彎沉差為最小值,之后就會隨著厚度增加而逐漸加大;底面彎沉差則呈現線形變化,隨厚度增加而減少,但當厚度≥16cm后,減少量下降。由此可見,10cm厚的加鋪層,其自身性能已經能有效地減少由輪載產生的應力,減緩反射裂縫的出現。3)夾層。目前,使用比較廣泛的夾層主要有聚酯玻纖布、玻璃纖維格柵、土工布、應力吸收層及防水卷材等。通過對各種材料的試驗比較和分析相關工程,聚酯玻纖布效果也較土工布好。7瀝青抗拉gsag瀝青層缺失造成的應力楊高路2期工程目前已經竣工通車6a,通過原板塊穩(wěn)定處理,減少原板塊自身的接縫豎向運動;采用改性瀝青應力吸收層GSOG-20,能明顯吸收水泥混凝土板縫展開產生的應力;采用合適的瀝青面層和適當的厚度(最小加鋪