国内外高速公路沥青路面大修技术现状及理论基础

黑龙江交通科技

HEILONGJIANGJIAOTONGKEJI

No.5,2010

(SumNo.195)

国内外高速公路沥青路面大修技术现状及理论基础

肖泽玉

(哈大高速公路大修工程指挥部)

摘󰀁要:重点阐述国内外沥青路面大修的技术现状及大修中存在的问题,分析并总结出相关科学理论,为我国高速公路沥青路面大修工程积累了成功经验和理论基础。

关键词:沥青路面;大修;技术;理论

中图分类号:U416󰀁217󰀁󰀁󰀁文献标识码:C󰀁󰀁󰀁文章编号:1008-3383(2010)05-0004-02

1󰀁前󰀁言

近十年来,随着国民经济的快速增长,我国交通运输事业,特别是高等级公路建设取得了突飞猛进的发展,其中高速公路建设正处在空前的高速增长时期,据资料统计,我国高速公路中沥青路面占90%左右,水泥路面仅占10%左右。随着我国高速公路的快速发展,我国早期修建的高速公路路面将陆续进入大修改造期,必须进行应急性、预防性、周期性的综合维修,使其全面恢复设计状态。

根据交通部道路管理总体目标,到2010年,我国公路的平均好路率应不低于76%,国、省主干线好路率应达到88%,高速公路平均优等路率应保持在95%以上,为实现这个总体目标,应用先进的科学技术是关键。

2󰀁国内外沥青路面大修技术现状及存在的问题2.1󰀁国内外沥青路面大修技术现状

发达国家高速公路的建设始于20世纪30年代,自70年代末期,大部分高速公路的沥青路面接近了使用中期,大修工程逐年增多。为了对高速公路开展科学的养护维修管理,美国得克萨斯大学汉德森教授等运用运筹学与系统工程学理论开发了󰀂路面养护管理系统(PMS)。至80年代末,不断完善的PMS系统已被高速公路管理部门采纳,作为决策确定养护对策的必备程序。除了管理技术之外,高速公路养护技术、养护材料与养护机械也逐渐开发完善,并形成成套技术。本世纪初,美国在NCHRP计划资助下,由Kath󰀂leen主持完成了高速公路沥青路面修复成套技术研究,NCHRP计划是针对美国的路面类型和条件开发的一种修复方案。

目前,我国已完成多条高速公路沥青路面大修工程,其中广佛高速公路为我国第一批修建的高速公路,也是广东省第一条进入大修阶段的高速公路,石太高速公路大修工程为国内首条山区高速公路大修工程,另外还有沈抚、武黄等,实践证明都相当成功,积累了一些沥青路面大修经验。但是由于我国幅员辽阔,自然环境和地理环境千差万别,高速公路沥青路面的大修在国内才刚刚起步,正处于经验的不断积累与总结阶段,大修技术还有待于进一步探索与完善。2.2󰀁我国沥青路面大修技术存在的问题

目前,国内高速公路沥青路面大修尚未建立起完善的养护维修成套技术,对大修设计与施工多参照新建高速公路沥青路面的设计与施工技术。通过大量的调研发现,国内几条已经完工的高速公路沥青路面大修项目基本上是全部挖除原路面面层,或者是全部挖除沥青面层和基层后重新加铺沥青面层,基本上不进行详细的设计,只出一个简单的断面图。对于路面修补后引起的公路纵、横断面的变化是否满足规范

收稿日期:2010-03-11

作者简介:肖泽玉,男,从事什么工作。

要求,没有一个定量的说法,对原有路面的检测与使用性能

的评定不具针对性,缺乏对旧路病害的综合处治。导致大修后,由于原路面局部的综合处理不够,可能引起第二次损坏。沥青路面病害较多,且各种病害的成因又较复杂,不同路段、不同环境、不同交通量和原建设时设计、施工质量的差异性都会造成高速公路沥青路面的病害。如果在沥青路面大修时不进行科学检测,仅根据路面病害的表面现象,盲目进行铣、刨、加铺等施工,不但不利于节约投资,还会造成养护质量降低,陷入沥青路面病害重复出现的怪圈。3󰀁沥青路面大修理论基础3.1󰀁大修设计原则

高速公路沥青路面设计应按照󰀂恢复功能、根除病害、完善设计、适当提高标准 的原则,采用先进的现代化检测手段,取得充分、可靠的基础资料,吸取国内外高速公路大修工程的经验和教训,结合工程实际,科学合理地进行设计。大修路线设计按照尽可能改善路面平整度的原则,恢复旧路纵、横断高程。根据外业测量,对旧路面高程进行纵断拉坡设计,按照原设计图恢复路面横坡及弯道超高。路面进行裂缝全面处理,局部挖补后,其余部分铣刨加铺改性沥青混凝土进行补强。3.2󰀁病害处治

从便于设计施工的角度出发,结合现有高速公路的病害特点,将沥青路面病害按沥青面层铣刨、裂缝处理、沥青面层挖除、沥青面层修补、基层挖补和基层破除等六种处理方式进行病害分级设计。3.3󰀁路面强度、破损的评定理论

车辆在路面上行驶,除了克服各种阻力外,还会通过车轮把垂直力和水平力传给路面,在水平力中又分为纵向的和横向的两种。在各种外力的综合作用下,路面结构内会产生不同大小的压应力、拉应力、剪应力。如果这些应力超过路面结构整体或一部分的强度,在路面就会出现断裂、沉陷、波浪和磨损等损坏,因此,路面结构整体及其各组成部分必须具备足够的强度以抵抗行车作用下所产生的各种应力,避免破坏。

刚度是指路面抵抗变形的能力。路面结构整体或某一组成部分刚度不足,即使强度足够,在车轮荷载作用下也会产生过量的变形,形成车辙、沉陷或波浪等破坏。根据!公路沥青路面养护技术规范∀规定,评价路面强度的指标为路面强度指数SSI,路面破损状况评价指标为路面状况指数PCI。

路面强度指数SSI的计算公式

SSI=LR/LS

式中:LR为路面容许弯沉,0.01mm;LS为路段代表弯沉,

#4#第5期肖泽玉:国内外高速公路沥青路面大修技术现状及理论基础总第195期

0.01mm。

其评价标准见表1。

表1󰀁路面结构强度状况评价标准

优

SSI

∃1.0

良<0.83~∃1.0

中<0.66~∃0.83

次<0.5~∃0.66

差<0.5

󰀁󰀁路面状况指数PCI的计算公式

PCI=100-15%DR0.412

式中:DR为路面破损率,%。

根据!公路沥青路面养护技术规范∀中路面破损评价标准,可将路况分为优、良、中、次、差五个等级进行评价。其评价指标见表2。

表2󰀁路面破损状况评价指标

优

PCI

∃85

良∃70~<85

中∃55~<70

次∃40~<55

差<40

3.4󰀁大修或补强的设计理论

柔性路面随着使用时间的延续,其使用性能和承载能力不断降低,超过设计年限后便不能满足正常行车交通的要求,而需大修或补强。路面补强设计工作包括原有路面结构状况调查、弯沉评定以及补强厚度设计。对使用中的路面进行结构状况的调查与评定,了解路面现有结构状况和强度,以判断是否需要加强或预估剩余使用寿命,分析路面损坏的原因及提出处理措施。路面结构强度的评定通常采用测量路表轮隙回弹弯沉的方法。

当出现下面三种情况之一时,就应考虑采取补强措施:(1)交通增长率大于公路原设计时的预期交通增长率;(2)路面强度指标等级为中等时;(3)实际荷载超过原设计荷载时。

旧路面补强时仍有剩余寿命,而现行规范补强公式没有体现旧路面剩余寿命对加铺后路面结构能力的作用,北京理工大学提出了新的研究方法,具有较大的现实指导意义,其在现行路面设计规范的旧路面模量计算和加铺层厚度设计理论体系的基础上,基于剩余寿命概念,求出旧路面剩余当(上接第3页)

(2)台背回填处理方式。桥台后宜选用摩擦角大、强度高、压实快、透水性好的填料,如岩渣、砾石、沙砾等,同时选用内摩擦角较大的填料也有利于使从台背缝隙中渗入的雨水沿盲沟或泄水管顺利排到路基下,从而减缓雨水的危害,而且也有利于改善压实性能,使路基容易达到设计要求的密实度。

(3)台背回填处的压实。为减少桥涵两端路堤的工后沉降,使桥涵两端路堤与桥台结构物的相对沉降尽量小一些,可选填筑路堤预压,让路基排水固结,待路堤沉降基本完成后再开挖涵洞或桥台位置土方,然后进行桥涵施工。台背填筑前宜在处理后的基底顶面上设置横向泄水管或盲沟。台背回填宜在完成台前防护工程及桥涵上部结构吊装之后进行,同时注意结构物两端对称填筑施工。台背回填的压实质量是控制台背回填沉降的一个主要因素。2.3󰀁路面处理

(1)设置桥台搭板。搭板设置可以使在柔性路堤产生的较大沉降逐渐过渡至刚性桥台上,使车辆通过时跳跃现象大为减少。桥头搭板长度设计应根据路基的容许工后沉降值计算确定,常取3~15m(当超过8m时,宜设计成两段式或三段式搭板)搭板的近台端一般搁置在桥台前墙顶面或其牛腿上。当桥头引道为刚性路面时,搭板的纵坡可采用与路面设计纵坡平行方式;而当引道为柔性路面时,则搭板的远台端常置于路面面层与基层之间,为预防搭板下沉,也可

量标准轴次对加铺路面能承受总当量标准轴次的贡献,从而推算加铺层所能提供的有效当量标准轴次,基本方程式见式(1)、式(2)和式(3)。由于扣除了旧路面剩余当量标准轴次对加铺路面能承受总当量标准轴次的贡献,故可将加铺层单独作为双层体系的上层来考虑。

Nyx=Nfy-Fyx%Nfx%Rx(1)

Rx=Nfx-Nx/Nfx(2)Fyx=1/1-Ry+(NfyRy/NfxRx)(3)

式中:Rx为旧路面剩余寿命;Nyx为加铺年限内加铺层所能提供的有效当量标准轴次;Nfx为旧路面使用期末预期承受当量标准轴次;Fyx为路面剩余寿命系数;Ry为加铺路面下次加铺时的剩余寿命;Nx为旧路面已承受当量标准轴次;Nfy为加铺路面使用期末预期承受当量标准轴次。4󰀁结󰀁语

综上所述,路面大修设计理论的形成和完善,应根据高速公路行车特点,运用科学手段对路面使用品质和破损病害进行连续跟踪观查,采集符合高速公路养护要求的数据,据此建立路面使用性能评价模型,并进行科学决策确定养护对策。通过设计、建设、监理、科研等方面的共同努力,在尽可能减少对交通干扰的前提下组织施工,确保路面使用品质恢复并达到高速公路的要求。只有大修工程的设计、施工以及组织管理工作逐步达到科学化、规范化,才能有效地为我国今后高速公路大修项目积累经验,进一步提高技术水平,为将要到来的高速公路大中修高峰期储备雄厚的理论基础。

参考文献:

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[5]󰀁马敬坤󰀁高速公路沥青路面修复成套技术国内外研究动态

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以在搭板上先铺设一层沥青面层,通车后搭板若下沉时,则在其上加铺沥青混凝土或沥青砂。

(2)设置变厚式埋板。在搭板的尾端加设一段浅埋的变厚式埋板,其长度一般取3~5m,对于水泥混凝土路面,也可将与搭板连接处的路面板改为变厚式板。在搭板、埋板或变厚式板的下层,采用强度及回弹模量均高于其他路段的路面结构层材料,以提高该部位的整体受荷和抗冲能力,有利于减少错台幅度,调整不均匀沉陷,改善桥头跳车或二次跳车现象。

(3)采用过滤式路面。根据桥涵的长度和路基的容许工后沉降值等情况,在桥头一定长度范围内铺设过渡性路面,待路堤沉降基本完成后,再改铺原设计永久性路面。常用的过渡性路面类型是沥青表处过渡层,其优点是当出现较大沉降时,及时补充铺设一层沥青混凝土或沥青砂,以确保行车通畅,有效避免跳车现象。3󰀁结束语

通过地基处理、路基处理、路面处理等方式,可以有效解决桥头跳车的问题。

参考文献:

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社󰀁

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出版社󰀁

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