張海東
(杭州市路橋有限公司,浙江杭州310011)
高等級(jí)公路的路面加鋪工程普遍存在質(zhì)量要求高、施工周期短、交通組織要求高等特點(diǎn),需要進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查、設(shè)計(jì)和施工等組織和管理技術(shù)與方法。同時(shí),隨著環(huán)境保護(hù)、可持續(xù)發(fā)展、低碳社會(huì)等理念的不斷深化,對(duì)高等級(jí)公路的加鋪工程提出了更高的要求。
本文以高等級(jí)水泥混凝土路面為切入點(diǎn),詳細(xì)分析該類公路路面加鋪瀝青混凝土的加鋪對(duì)策、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法、施工工藝、施工組織與管理等技術(shù),并依托滬青平公路的改擴(kuò)建工程,對(duì)有關(guān)技術(shù)進(jìn)行闡述。
在高等級(jí)公路中,為了采取合理的加鋪方案,并設(shè)計(jì)合理的加鋪層結(jié)構(gòu),需要對(duì)舊混凝土路面進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查和評(píng)價(jià),舊路面的調(diào)查一般包括:
(1)舊路面結(jié)構(gòu)和材料組成、接縫構(gòu)造及養(yǎng)護(hù)歷史等公路修建和養(yǎng)護(hù)技術(shù)資料;
(2)舊路面的損壞類型、輕重程度、范圍及修補(bǔ)措施等路面損壞狀況;
(3)舊路面的路表彎沉、接縫傳荷能力、板底脫空狀況、面層厚度和混凝土強(qiáng)度等路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度信息;
(4)舊路已經(jīng)承受的交通荷載作用及預(yù)計(jì)的設(shè)計(jì)使用期內(nèi)的交通需求;
(5)沿線氣候條件、地下水位,以及路基和路面的排水狀況等;
(6)沿線跨線橋及下穿道路的凈空要求等。
各項(xiàng)內(nèi)容的調(diào)查方法、評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn),可按照上海市的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》(DB31/T 489-2010)中的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。其中,舊水泥混凝土路面各項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表1所列。
表1 路面使用性能各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)等級(jí)一覽表
1.2.1 舊路面的加鋪對(duì)策
在舊水泥混凝土路面綜合評(píng)定的基礎(chǔ)之上,根據(jù)加鋪后公路的使用要求,可選擇分離式、結(jié)合式或鋼纖維水泥混凝土加鋪及瀝青混凝土加鋪方案,并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。參照上海市的路面養(yǎng)護(hù)規(guī)范,路面加鋪對(duì)策的選擇可參照以下原則進(jìn)行:
(1)高速公路及一級(jí)公路的PCI為中等及中等以下,或者二級(jí)公路的PCI為次等及次等以下時(shí),應(yīng)采取全路段修復(fù)或改建措施,包括板塊翻修、加寬路面、補(bǔ)強(qiáng)、加鋪為瀝青混凝土路面等,可根據(jù)具體情況優(yōu)先采用加鋪瀝青混合料的補(bǔ)強(qiáng)方案;
(2)高速公路及一級(jí)公路的RQI為中等及中等以下,或者二級(jí)公路的RQI為次等及次等以下時(shí),應(yīng)采取刻槽、瀝青混合料罩面或加鋪層等措施以改善路面的平整度;
(3)高速公路及一級(jí)公路的SRI為中等及中等以下,或者二級(jí)公路的SRI為次等及次等以下時(shí),應(yīng)采取刻槽、罩面等措施提高路表面的抗滑能力。
對(duì)上海市的高等級(jí)公路而言,若需要實(shí)施加鋪工程,為了盡可能地減少加鋪工程對(duì)現(xiàn)有交通、生活、生產(chǎn)和環(huán)境的影響,宜選擇高性能的瀝青混凝土作為加鋪層材料。
1.2.2 舊路面的利用方案
在高等級(jí)水泥混凝土路面的加鋪工程中,如何有效地利用舊混凝土路面,是加鋪工程是否成功的關(guān)鍵技術(shù)之一。舊混凝土路面的利用應(yīng)根據(jù)其使用性能狀況、加鋪后道路的使用需求和工程建設(shè)可持續(xù)、低碳化發(fā)展理念綜合確定。舊混凝土路面利用方案包括:
(1)路面的損壞狀況和接縫傳荷能力良好,在對(duì)舊混凝土板進(jìn)行相關(guān)的技術(shù)處理之后,直接在舊混凝土上加鋪瀝青混凝土面層;
(2)如果舊水泥混凝土面層損壞狀況嚴(yán)重時(shí),選用打裂壓穩(wěn)方案或碎石化方案處治舊混凝土路面,然后將處治后的舊路面用做改建路面的基層或底基層;
(3)當(dāng)舊水泥混凝土路面板塊強(qiáng)度達(dá)到石料二級(jí)及二級(jí)以上標(biāo)準(zhǔn)時(shí),可回收加工作為水泥混凝土再生集料。
在舊水泥混凝土路面之上加鋪瀝青混凝土,根據(jù)原路面的評(píng)定等級(jí)、防止反射裂縫的要求和標(biāo)高控制等因素,可設(shè)單層、雙層或三層瀝青面層,至少有一層采用密級(jí)配瀝青混合料,可根據(jù)需要設(shè)置調(diào)平層,在路面邊緣宜設(shè)置內(nèi)部排水系統(tǒng)。
在瀝青加鋪層與原水泥混凝土面板之間宜撒布改性瀝青或鋪筑微表處、同步碎石封層,以加強(qiáng)層間結(jié)合,避免層間滑移。
舊水泥混凝土路面存在各類接縫和裂縫,應(yīng)采取恰當(dāng)?shù)拇胧┖驮O(shè)計(jì)防治反射裂縫的出現(xiàn)。目前可適用于大交通量道路加鋪工程的防反射裂縫的措施主要有:
(1)增加瀝青加鋪層的厚度;
(2)在加鋪層瀝青混合料中摻加纖維及橡膠等改性劑;
(3)在舊混凝土板頂面或加鋪層內(nèi)設(shè)置應(yīng)力吸收層、聚酯玻纖布或者土工織物夾層;
(4)瀝青加鋪層下層采用大粒徑瀝青碎石。
瀝青加鋪層下舊混凝土板的應(yīng)力分析,以及瀝青加鋪層厚度的確定,可按照中華人民共和國(guó)現(xiàn)行的公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行。高速公路和一級(jí)公路的最小厚度宜為100 mm,其他等級(jí)公路的最小厚度宜為80 mm。舊水泥混凝土路面破碎穩(wěn)固后作為底基層使用時(shí),基層的厚度應(yīng)不小于18 cm;舊水泥混凝土路面破碎穩(wěn)固后作為基層使用,直接鋪筑瀝青混凝土面層時(shí),瀝青混凝土面層的厚度應(yīng)不小于10 cm。
加鋪層材料包括混合料類型,以及瀝青、集料、填料等原材料。鑒于大交通量條件對(duì)路面使用性能的高質(zhì)量要求,瀝青混凝土的加鋪層材料(多層加鋪時(shí)的磨耗層材料)宜選用SMA等高性能瀝青混合料。SMA的最大公稱粒徑應(yīng)根據(jù)加鋪層的厚度按照3倍或4倍粒徑原則確定。瀝青混合料的組成設(shè)計(jì)應(yīng)按照現(xiàn)行《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40—2004)進(jìn)行。磨耗層宜采用玄武巖等具有較高抗磨耗性能的集料。瀝青應(yīng)采用高性能改性瀝青,各性能要符合現(xiàn)行規(guī)范的要求。
在大交通量公路的路面加鋪工程中,其施工組織一般具有以下特點(diǎn):
(1)施工工期較短;
(2)施工作業(yè)面窄;
(3)交通組織復(fù)雜;
(4)質(zhì)量控制難度高;
(5)各個(gè)工序的銜接要求高。
2.2.1 總體原則
為了適應(yīng)大交通量公路加鋪工程的特點(diǎn)與需求,其施工組織應(yīng)該遵循對(duì)現(xiàn)有交通干擾小、對(duì)沿線居民生活干擾少、對(duì)沿線企業(yè)生產(chǎn)干擾少、對(duì)周圍環(huán)境影響小、施工工藝快速有序、施工質(zhì)量高并可控等總體原則。
2.2.2 施工標(biāo)段劃分
上海市高等級(jí)公路的加鋪工程一般分年度有序?qū)嵤?,以縮短施工時(shí)間、減少對(duì)現(xiàn)有交通的干擾,因此單次加鋪工程的施工長(zhǎng)度一般都在××km以內(nèi)。為了加快施工進(jìn)度,在滿足各個(gè)標(biāo)段施工作業(yè)面需求的情況下,在段內(nèi)可劃分為1~××標(biāo)段進(jìn)行施工。
2.2.3 舊混凝土路面處理
在不同的損壞和結(jié)構(gòu)狀況的舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青混凝土?xí)r,需要根據(jù)實(shí)際狀況對(duì)舊混凝土路面進(jìn)行必要的技術(shù)處理。
(1)對(duì)直接加鋪的舊混凝土路面,應(yīng)更換破碎板,修補(bǔ)和填封裂縫,壓漿填封板底脫空,磨平錯(cuò)臺(tái),清除舊混凝土面層表面的松散碎屑、油跡或輪胎擦痕,剔除接縫中失效的填縫料和雜物,并重新封縫,然后在上面加鋪瀝青混凝土面層。
(2)對(duì)原有水泥混凝土路面板的防水滲透,宜采用聚脂改性瀝青油氈或聚脂玻纖布,切成50 cm寬的長(zhǎng)條,清除水泥混凝土路面板表面雜物后,騎縫覆蓋在接縫及其他裂縫上。
(3)當(dāng)采用沖擊破碎和振動(dòng)破碎對(duì)舊混凝土路面進(jìn)行破碎利用時(shí),破碎工藝應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。重要路段的舊水泥混凝土路面板塊破碎應(yīng)經(jīng)過(guò)試驗(yàn),確定適當(dāng)?shù)钠扑楣に?。舊水泥混凝土路面板塊破碎前,應(yīng)查明并標(biāo)出涵洞、地下管線、排水管等的位置;破碎時(shí),在涵洞、地下管線、排水管等位置不得而知進(jìn)行沖擊破碎。
舊水泥混凝土路面板塊沖擊破碎后的最大塊度應(yīng)不超過(guò)60 cm;振動(dòng)破碎后的最大塊度應(yīng)不超過(guò)30 cm。破碎后的舊水泥混凝土路面應(yīng)用振動(dòng)壓路機(jī)(25 t)或重型輪胎(15 t以上,輪胎最小充氣壓力為7 kg/cm2)進(jìn)行振動(dòng)碾壓,碾壓速度為2.5 km/h,往返碾壓6次。
(4)若將舊水泥混凝土路面板塊加工作為水泥混凝土再生集料使用時(shí),在舊水泥混凝土路面板現(xiàn)場(chǎng)破碎后的最大塊度應(yīng)不超過(guò)80 cm。
2.2.4 層間結(jié)合處理
在舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青混凝土面層,為防治反射裂縫,并增加瀝青混凝土面層和舊路面之間的結(jié)合力,防止層間滑動(dòng),需要設(shè)置應(yīng)力吸收層或封層,并可采取玻璃纖維格柵等措施。
為了縮短施工周期,提高粘結(jié)效果,層間結(jié)合處理可采用噴灑改性乳化瀝青、改性熱瀝青、稀漿封層、微表處、同步碎石封層等。在同步碎石封層中還可添加纖維以提高封層的抗反射裂縫能力。層間處理宜在舊路面清理后立即進(jìn)行,并采用瀝青灑布車、稀漿封層機(jī)和同步碎石封層機(jī)等機(jī)械化施工裝備,以提高施工質(zhì)量和速度。若需要在舊水泥混凝土路面接縫及其他裂縫上鋪設(shè)玻璃纖維格柵時(shí),應(yīng)遵循以下原則:
(1)根據(jù)縱橫端面設(shè)計(jì),用瀝青混凝土調(diào)平舊水泥混凝土路面;
(2)根據(jù)裂縫和接縫位置圖,把帶背膠寬120 cm的玻璃纖維格柵居中覆蓋在舊水泥混凝土路面的接縫及裂縫位置上,拉直并固定壓實(shí);
(3)格柵的縱、橫向的搭接長(zhǎng)度不小于20 cm。
2.2.5 加鋪層的施工
瀝青混凝土面層的施工宜在封層施工完成后,立即進(jìn)行。瀝青混凝土加鋪層的施工應(yīng)采用按照現(xiàn)行《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40)進(jìn)行,并符合設(shè)計(jì)的要求。從原材料輸入、混合料拌合、混凝土攤鋪與碾壓等各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行控制。由于高等級(jí)公路的路面加鋪工程的施工時(shí)間短,各個(gè)工序的之間的銜接緊,建議采用一些快速測(cè)試設(shè)備實(shí)時(shí)跟蹤測(cè)試,及時(shí)反饋施工效果。若條件許可,可委托第三方專業(yè)單位進(jìn)行施工過(guò)程跟蹤與測(cè)試。
對(duì)大交通量道路進(jìn)行加鋪,應(yīng)盡可能地減少對(duì)現(xiàn)有交通的影響,包括機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車和行人的通行。
高等級(jí)公路的加鋪工程,一般不允許中斷交通施工。在施工作業(yè)面許可的條件下,盡可能采用保持通車車道數(shù)量不變的交通組織方案。在施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)設(shè)置醒目、足夠的交通標(biāo)志和標(biāo)線來(lái)引導(dǎo)交通。當(dāng)施工需要占用、封閉已有車道時(shí)應(yīng)安排在非高峰時(shí)段快速實(shí)施。如需要在夜間施工,其工序的安排不得影響沿線單位和居民的生產(chǎn)、生活。
若在施工時(shí)需要占用非機(jī)動(dòng)車道或人行道,應(yīng)開(kāi)辟施工便道供非機(jī)動(dòng)車或行人使用。
滬青平公路是318國(guó)道中的一段,是上海通往外省市的一條主要干道,對(duì)上海市的發(fā)展具有重要作用。滬青平公路全線為一級(jí)公路,橫斷面為雙向四快兩慢共6車道布置(見(jiàn)圖1)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,滬青平公路的交通量增長(zhǎng)迅速,重型車輛通行比例高。道路經(jīng)過(guò)多年運(yùn)營(yíng),路面出現(xiàn)不同程度的損壞,水泥混凝土板的沉陷或斷裂嚴(yán)重,平整度和摩阻性能下降,嚴(yán)重影響了車輛行駛的安全和舒適。為了提高公路的使用性能,并進(jìn)一步擴(kuò)充公路的通行能力,上海市公路管理部門決定對(duì)滬青平公路分期實(shí)施加鋪和拓寬工程。其中一期工程于2010年10月建成通車,其范圍為K14+920~K17+670,以及 K19+300~K23+870。
根據(jù)舊混凝土路面的調(diào)查和評(píng)價(jià)結(jié)果,在滬青平一期工程中采用兩種方案對(duì)舊混凝土路面進(jìn)行利用:
(1)對(duì)損壞較嚴(yán)重的混凝土板塊翻挖修復(fù),對(duì)部分底部有脫空的舊水泥混凝土板實(shí)施注漿加固,在加固后的混凝土板作為底基層使用。
圖1 滬青平公路的橫斷面圖(單位:m)
(2)采用共振法破碎舊混凝土板的處治方案,將處治后的舊路面作為加鋪層的基層使用。
針對(duì)不同的舊路面利用方案,滬青平一期工程采用兩種加鋪對(duì)策:
(1)將舊混凝土板處理后作為底基層使用,采用0.8 cm瀝青碎石纖維封層作為結(jié)合層,在之上鋪筑9 cm厚的水泥乳化瀝青半柔性高強(qiáng)度基層,再加鋪5 cm厚的AC-20瀝青混凝土(0.4%抗車轍劑)和4 cm厚的SMA-13(SBS改性)。結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。
圖2 半柔性基層方案結(jié)構(gòu)示意圖
(2)將舊混凝土板采用共振破碎處理后作為基層使用,采用0.8 cm瀝青碎石纖維封層作為結(jié)合層,在之上加鋪8 cm厚的AC-25瀝青混凝土,6 cm厚的AC-20瀝青混凝土(0.4%抗車轍劑)和4 cm厚的SMA-13(SBS改性)。結(jié)構(gòu)示意如圖3所示。
圖3 共振破碎方案結(jié)構(gòu)示意圖
在這兩個(gè)加鋪方案中,為防治反射裂縫和其它病害的過(guò)早出現(xiàn),都做了充分的設(shè)計(jì),并采用了一些新的工藝措施:采用共振法破碎水泥混凝土板,在保證舊水泥混凝土板強(qiáng)度的基礎(chǔ)上,消除了原有的接縫和裂縫,減少了產(chǎn)生反射裂縫的應(yīng)力來(lái)源;在同步碎石封層中添加了適量的纖維可進(jìn)一步提高防反射裂縫的能力;在中面層中添加了抗車轍劑可提高中面層的抗車轍能力;高性能SMA-13具有良好的抗車轍性能和防水功能。
為了快速實(shí)施滬青平公路的改擴(kuò)建工程,并減少對(duì)周邊沿線單位和居民的影響。滬青平公路上海段的改擴(kuò)建工程分三期進(jìn)行實(shí)施。第一期工程分為4個(gè)標(biāo)段組織實(shí)施。為了獲得有效的加鋪效果,4個(gè)標(biāo)段中根據(jù)舊水泥混凝土路面的實(shí)際狀況采用了兩種加鋪對(duì)策:水泥-乳化瀝青半柔性基層和共振破碎方案。
水泥-乳化瀝青半柔性基層方案的施工流程包括:先行施工混凝土板塊翻修混凝土板的脫空注漿瀝青碎石纖維封層攤鋪水泥-乳化瀝青半柔性混合料攤鋪中粒式瀝青混凝土及襯墊施工排砌側(cè)平石攤鋪SMA瀝青混凝土面層標(biāo)志、標(biāo)線、綠化等工序。
共振破碎方案的施工流程包括:采用共振機(jī)械破碎就混凝板處理破碎后的表面鋪設(shè)瀝青碎石纖維封層攤鋪粗粒式瀝青混凝土攤鋪中粒式瀝青混凝土攤鋪SMA瀝青混凝土標(biāo)志、標(biāo)線、綠化等工序。
對(duì)施工質(zhì)量的控制采取從各個(gè)工序入手,全方位、多單位控制的手段。在執(zhí)行中采取材料供應(yīng)商自檢、材料購(gòu)買方核查、施工單位自檢、監(jiān)理單位監(jiān)控、行業(yè)管理單位檢查、質(zhì)檢部門核查等多個(gè)部門聯(lián)合的方法加以控制。質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格按照國(guó)家有關(guān)規(guī)定和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。其中為了提高SMA-13的施工質(zhì)量,特別聘請(qǐng)了同濟(jì)大學(xué)的有關(guān)專家作為施工的技術(shù)顧問(wèn),嚴(yán)格把關(guān)各施工工序中的質(zhì)量問(wèn)題。
為有效保證滬清平公路改擴(kuò)建工程的施工工期,在征得交通管理部門支持的條件下,滬清平大修工程計(jì)劃施工交通組織的原則為:施工期間保證兩來(lái)兩去四根機(jī)動(dòng)車道,具體施工分為兩個(gè)階段,交通的有限通行封閉如下:
第一階段:主要施工內(nèi)容為修建臨時(shí)人行便道、混凝土板塊破碎、瀝青混凝土攤鋪、側(cè)平石鋪設(shè)等;在道路兩側(cè)拓寬人行道位置修建2.5 m寬人行便道(保證明溝排水通暢),將非機(jī)動(dòng)車流移至兩側(cè)便道上,機(jī)動(dòng)車道半幅封閉交通進(jìn)行施工,另外半幅四根車道(半幅15 m寬)雙向通行,依次施工南、北半幅。
第二階段:主要施工內(nèi)容為排水管道鋪設(shè)、人行道拓寬結(jié)構(gòu)層等;將交通流恢復(fù)到原位置,封閉便道位置,施工新建排水管道工程及人行道拓寬。
滬青平公路一期工程建成通車半年多來(lái),承受了大交通量和惡劣天氣的考驗(yàn),到目前為止路面外觀均勻、道路平整、路面不滲水、未出現(xiàn)任何裂縫和車轍,道路使用性能優(yōu)良。一期的許多成功經(jīng)驗(yàn),如碎石化技術(shù)、纖維封層技術(shù)、SMA-13技術(shù)等被推廣應(yīng)用到了滬青平公路的二期施工之中。
本文對(duì)上海市高等級(jí)水泥混凝土路面加鋪瀝青混凝土的施工組織和管理技術(shù)進(jìn)行研究,現(xiàn)小結(jié)如下:
(1)詳細(xì)探討了舊水泥混凝土路面的評(píng)價(jià)內(nèi)容,明確了適用于上海市的各個(gè)路面使用性能指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn);
(2)給出了不同舊水泥混凝土路面狀況條件下的加鋪對(duì)策,建議對(duì)路面損壞較嚴(yán)重的高等級(jí)水泥混凝土路面優(yōu)先考慮采用高性能的瀝青混凝土加鋪對(duì)策;
(3)明確了高等級(jí)公路舊水泥混凝土路面的3種利用方法:原地修復(fù)后使用、打裂或破碎后使用和回收加工成粒料使用;
(4)推薦加鋪的磨耗層采用高性能的SMA,并進(jìn)一步明確了防反射裂縫的各項(xiàng)技術(shù)措施和各結(jié)構(gòu)層的厚度要求;
(5)明確了高等級(jí)公路的加鋪工程的特點(diǎn)與需求,與此相適應(yīng)建議其施工組織應(yīng)該遵循對(duì)現(xiàn)有交通干擾小、對(duì)沿線居民生活干擾少、對(duì)沿線企業(yè)生產(chǎn)干擾少、對(duì)周圍環(huán)境影響小、施工工藝快速有序、施工質(zhì)量高并可控等總體原則;
(6)以滬青平公路的改擴(kuò)建一期工程為例,詳細(xì)闡述了高等級(jí)公路的舊路處理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇、施工工藝、交通組織和質(zhì)量控制等各個(gè)環(huán)節(jié)的組織與管理技術(shù)。
跟蹤觀測(cè)表明,該工程的實(shí)施效果良好。
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