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高速公路沥青混凝土路面改造设计 摘 要:本文以某高速马路拓宽改造中旧沥青混凝土路面改造设计为例,通过具体的路况调查与分析,依据实际状况有针对性地制定路面改造方案,从而提出在旧路拓宽改造项目中旧沥青路面改造设计的设计原则及常规设计的流程、限制要点。 关键词:旧沥青混凝土路面改造设计设计原则 中图分类号:TU7文献标识码:A文章编号:1674-0101X(2022)01(c)-0043-02 1 工程概述 某高速马路于19101年建成通车,路途全长约113公里。随着经济快速发展,现有通行实力和路面状况已经渐渐不能满意运用要求,常常出现拥堵现象,已无法满意高速马路具有平安、高速、顺畅的功能,为了适应经济发展的须要,须要对改高速马路进行扩建。扩建改造方案为两侧干脆拼接加宽,双向四车道26m扩建成双向八车道42m。 2 路面状况调查与分析 为了全面了解项目路的主要病害,精确分析病害成因及发展趋势,合理制定老路面改造方案,对老路面进行了具体的调查检测。 2.1 路面破损检测分析 2.1.1历年破损调查分析 收集统计分析2022年、2022年、2022年的路面破损状况调查资料得出:05年,双向PCI在K47之前路面状况较差,大多数路段PCI小于80,按马路技术状况评定标准(JTG.H20-2022)评价为中,应刚好进行相关养护措施,而该段在07年进行路况调查时,调查结果显示PCI有明显的提升。通过07、09年PCI对比可以看出,09年PCI优于07年PCI,不符合路面状况随通车时间的增长而渐渐下降的逻辑 2.1.2 主要病害缘由分析 横向裂缝、纵向裂缝、松散类病害(松散、剥落、脱皮、坑槽、啃边)、拥包是老路面的主要病害。通过路况调查及取芯结果对各种病害缘由分析如下: (1)横向裂缝:对应基层开裂,为典型的反射裂缝,或基层裂缝反射与温缩的复合作用开裂。整体上横向裂缝修补效果较好,个别路段修补后存在二次开裂现象,裂缝位置伴有沉陷等病害。 (2)纵向裂缝:多发生在行车道外侧轮迹带旁边,主要开裂于罩面层,其他沥青面层较完整,罩面层与下层层间粘结较好,属于行车荷载作用下表层沥青混合料疲惫作用产生的Top-Down裂缝。 (3)龟裂:多发生于罩面层,其他沥青面层较完整,罩面层与下层间脱空,分析认为龟裂产生的主要缘由为层间粘结不佳,与表面层疲惫破坏有关。 (4)松散:全线松散类病害修补较刚好,少量新出现的松散类未修补。松散类病害产生的缘由为:面层与基层粘结欠佳,在车辆荷载重复作用下与基层分别,产生龟裂、松散直至发展成坑槽。 (5)拥包病害:拥包病害数量2022年明显增加,主要集中出现于行车道的外侧轮迹带位置旁边,并与沥青面层间脱层相伴而生。 2.2 路面承载实力检测分析 为全面了解项目路马路老路面承载实力的状况,对改造设计范围内各车道均进行了相应的弯沉检测。 2.2.1 弯沉调查分析 弯沉检测采纳落锤式弯沉仪(FWD)对双向超车道实行200m/点的测试频率;对双向行车道实行101m/点的测试频率,并结合05年的弯沉测试结果进行对比分析以了解项目路承载力的发展趋势得出:经07年罩面加铺后项目路行车道大部分段落弯沉值变小,路面结构承载力有所上升;超车道大部分段落弯沉值变大,路面结构承载力有所降低。 2.2.2 取芯调查分析 项目组共取芯样276个, 取芯检测的总体结果为: (1)芯样完整性。沥青面层芯样完整,水稳基层芯样开裂、松散较多。行车道基层完整、稍微松散、松散所占比例分别为73.4%、13.1%、15.5%;超车道基层完整、稍微松散、松散所占比例分别为67.9%、14.3%、17.8% (2)芯样层间粘结。沥青面层之间粘结效果良好,水稳基层与沥青面层之间脱层较多。 行车道芯样层间粘结好、一般、差所占比例分别为58.3%、10.7%、31.0%;超车道芯样层间粘结好、一般、差所占比例分别为33.3%、31.7%、35.0% 从桥梁等构筑物的铺装层取芯结果来看,除了进行过表处(处治层为12cm)的桥梁外,铺装层厚度一般在34cm,无论是芯样的完整性还是与桥面板的粘结状况均较好,但个别水泥混凝土桥加铺层存在剥落病害。 2.2.3 弯沉和取芯的对比分析 通过取芯点的基层完整性、层间粘结状况与弯沉的对应关系分析得出,行车道芯样基层完整性与弯沉值有明显的相关性,基层完整(含稍微松散)与基层松散的弯沉分界线为27。行车道的层间粘结状况,超车道的基层完整性、层间粘结状况与弯沉的相关性状况不是很好,分布比较散乱。 2.3 路面材料性能分析 2.3.1 沥青混合料 (1)空隙率试验 原沥青路面现场芯样有30%的空隙率大于7%,说明原沥青路面整体密实度偏低。 (2)沥青混合料冻融劈裂试验分析 室内对路面现场钻取的芯样进行劈裂强度和冻融循环后劈裂强度试验,试验过程中发觉48h冻融循环后有1/4的芯样松散。室内对冻融后剩余部分的芯样进行了劈裂强度试验,冻融循环后劈裂强度值明显下降,得出残留劈裂强度比平均值为43.3%,说明原路面沥青混合料的抗水损害性能已经严峻降低,且不能满意马路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)的要求,施工时应对老路面及层间实行有效的封水处理措施。 (3)沥青混合料级配分析 室内对各面层沥青混合料进行抽提试验,并进行了混合料级配分析: 罩面层改性AC-13级配中,芯样级配有部分超出级配低限。采纳了断级配橡胶沥青ARAC-13罩面,级配明显偏粗。 AC-16罩面层级配相对较为合理,经行车作用后依旧在规范范围以内,且较为稳定。 原老路上面层AC-16级配关键筛孔4.75mm通过率均大于40%,属于偏细型级配。 原老路中面层AC-25级配均在规范范围内,较为稳定。 2.3.2 基层芯样 为了分析项目路基层的完整性和病害状况,现场进行了钻芯试验,并进行室内无侧限抗压强度试验。试验结果显示项目路基层芯样无侧限抗压强度值均大于3MPa(马路路面基层施工技术规范(JTJ 034-2000)对高速马路水泥稳定类基层强度的要求)。路表弯沉与基层强度之间具有良好的相关关系。 2.3.3 沥青回收 为了分析老路面中沥青材料的老化状况,室内对各层沥青混合料中沥青进行回收分析,主要试验内容为沥青25针入度、软化点和15延度等。各个层位老沥青路面中的沥青均存在不同程度的老化,其中针入度和延度指标整体降低,不能满意马路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)的要求。 2.4 路基状况检测分析 为了解项目路路基的整体状况,采纳动力锥灌入仪(DCP)对取芯后的灰土层顶面和土基顶面进行土基强度试验;采纳烘干法测定土基含水量。 试验结果显示灰土底基层回弹模量最大值为755.6Mpa,最小值为96.3Mpa,平均值356Mpa。土基回弹模量最大值为441.41Mpa,最小值为69.7Mpa,平均值为177.5Mpa,远远大于土基一般的设计回弹模量40Mpa。灰土底基层和土基的回弹模量表明项目路经过多年的运行,灰土底基层、土基经过车辆荷载的压实作用回弹模量增大,强度状况良好。 2.5 调查结论 (1)路面病害 老路路面主要病害为横向裂缝、网状裂缝、纵向裂缝、脱皮、拥包。 横向裂缝属于反射裂缝,需实行灌缝等防水、防裂措施进行处治;网状裂缝属自上而下的开裂,需实行分层铣刨、逐层处理的方案进行处治;纵向裂缝属自上而下的开裂,需实行灌缝等防水、防裂措施进行处治;脱层、拥包与新老路面拼接中的台阶开挖有关,老路面改造时行车道应铣刨至脱皮层。 (2)路面结构性能 弯沉检测表明,沥青面层结构性能整体良好;钻芯检测表明,行车道的水稳基层开裂较多,约占15%,水稳基层与沥青面层之间脱层较多。 依据以上状况老路面改造时结构层补强应处理到基层,并加强层间粘结,尤其是不同属性结构层间粘结。 (3)路面材料性能 芯样空隙率、冻融劈裂试验结果表明原沥青路面抗水损害实力较弱;原路面沥青回收试验结果表明沥青老化比较严峻,原路面AC-16和AC-13罩面层的级配相对较为稳定,但上面层AC-16和中面层AC-25级配波动较大。 水泥稳定碎石基层无侧限抗压强度试验结果表明,未开裂的水稳基层强度较高,且水稳基层强度与路表弯沉有较好的相关性。 依据以上状况老路面改造设计中需关注老路面的水敏感性,老路面材料再生施工更加需关注RAP级配波动。 (4)路基 路基整体处于干燥或中湿状态所在比例为92.19%,土基回弹模量平均值为117.5Mpa大于一般设计平均值40Mpa,以上状况表明项目路路基状况较好,能满意老路面改造的须要。 3 路面改造设计 3.1 改造设计原则 充分利用老路面:通过对老路病害调查及缘由分析,在保证修理质量的状况下,对能不铣刨的路段尽量保留。 老路病害力求根治:根治本项目沥青路面的现有病害。 分车道设计,并考虑不同车道路面结构协调:依据不同病害程度及弯沉值确定不同车道的铣刨加铺厚度,且尽量保证不同车道新加铺路面结构组合对应结构层处于同一层位。 尽量实现旧路铣刨材料的再生利用:利用已有科研成果,变废为宝,妥当处理旧路面铣刨料。 动态设计、施工原则:施工全过程中坚持贯彻“动态设计、施工”的原则,在施工的同时原有设计将依据路面改造工程的实际状况作“动态调整”。 3.2 老路面改造方案 3.2.1 改造方案判定标准 老路面加铺改造方案总体采纳局部病害处治后罩面及基层补强(开挖)后罩面两种方式,采纳路面病害轻重程度以及路面平均弯沉值大小作为推断标准。 路面病害轻重状况推断标准,以101m为评价段落,满意下列条件之一者,判定为病害严峻: (1)101m范围路面修补面积超过15; (2)101m范围病害面积超过15,或病害超过5处(不含横缝)路段; (3)横向裂缝连绵不断,间距小于15m; (4)对于行车道,罩面层和原沥青路面每101m出现大于30m的脱层路段。 3.2.2 行车道改造方案 (1)行车道平均弯沉27(0.01mm)且路面病害较轻路段,实行表层病害处治后罩面方式。 方案为:4cm改性沥青SMA-13+6cm 改性沥青AC-20+原路面修理 (2)行车道平均弯沉27(0.01mm),且路面病害严峻路段,依据病害严峻程度分别实行铣刨罩面层8cm及沥青面层24cm后加铺的处治方案。 满意路面破损判别标准四条中的其中一条,实行铣刨罩面层8cm后加铺4cm改性沥青SMA-13+6cm改性沥青AC-20+8cm一般沥青AC-25。 满意路面破损判别标准前面三条中的其中两条,实行铣刨沥青面层24cm后加铺4cm改性沥青SMA-13+6cm改性沥青AC-20+8cm一般沥青AC-25+16cm 冷再生混合料。 方案为:4cm改性沥青SMA-13+6cm改性沥青AC-20+8cm一般沥青AC-25+原路面修理 (3)行车道平均弯沉>27(0.01mm)路段,实行基层补强后罩面方式。 对于需补强的路段分布零散(结合硬路肩开挖),不连续路段(0300m)实行压浆后铣刨罩面层8cm,加铺总体方案见方案二。 行车道平均弯沉>27(0.01mm),基层须要补强的路段(结合硬路肩开挖)连续,里程在300m以上实行基层开挖补强后罩面方式。 (4)行车道平均弯沉>27(0.01mm)路段,实行基层补强后罩面方式。 方案为:4cm改性沥青SMA-13+6cm 改性沥青AC-20+8cm一般沥青AC-25+16cm冷再生混合料+翻挖重铺20cm水泥稳定碎石基层+旧路底基层修理 3.2.3超车道改造方案 (1)超车道平均弯沉39(0.01mm)且路面病害较轻路段,实行表层病害处治后罩面方式。 方案为:4cm 改性沥青SMA-13+6cm 改性沥青AC-20+原路面修理 (2)超车道平均弯沉39(0.01mm)且路面病害严峻路段,实行铣刨原路面罩面层后,对未铣刨路面结构层进行病害处治后加铺。 方案为:4cm改性沥青SMA-13+6cm改性沥青AC-20+8cm一般沥青AC-25+原路面修理 (3)超车道平均弯沉>39(0.01mm)路段,实行基层补强(开挖)后罩面方式。总体方案为: 对于需补强的路段分布零散(结合硬路肩开挖),不连续路段(0300m)实行压浆后铣刨罩面层8cm后加铺的处治方案,加铺方案同“行车道平均弯沉27(0.01mm),且路面病害严峻路段”方案。 超车道平均弯沉>39(0.01mm),基层须要补强的路段连续,里程在300m以上实行基层开挖补强后罩面方式。 方案为:4cm 改性沥青SMA-13+6cm 改性沥青AC-20+24cm 冷再生混合料+翻挖重铺20cm水泥稳定碎石基层+旧路底基层修理。 3.2.4 路面结构组合设计 (1)路面结构层厚度限制 改性沥青SMA-13统一根据4cm限制;改性沥青AC-20单层厚度为610cm;一般青AC-25单层施工厚度为812cm。 冷再生沥青混合料单层施工厚度820cm。 水泥稳定碎石(翻修)施工厚度20cm。 (2)行车道、超车道结构组合设计 4 结语 通过上述某高速马路旧沥青混凝土路面改造设计实例,在旧路面改造工程中,首先要对老路进行具体的调查、检测,然后对老路结构特点及病害缘由进行综合分析评价,在最大程度地利用老路面的基础上,针对性、科学、合理地确定改造设计方案。 参考文献 1JTG H202022,马路技术状况评定标准S 2JTG F4O一2004,马路沥青路面施工技术规范S 3JTJ H102022,马路养护技术规范S 第12页 共12页第 12 页 共 12 页第 12 页 共 12 页第 12 页 共 12 页第 12 页 共 12 页第 12 页 共 12 页第 12 页 共 12 页第 12 页 共 12 页第 12 页 共 12 页第 12 页 共 12 页第 12 页 共 12 页