高速公路水泥混凝土路面大修设计研究

罗昌廷（广西新长江高速公路有限责任公司，广西　南宁　530028）



高速公路水泥混凝土路面大修设计研究

罗昌廷（广西新长江高速公路有限责任公司，广西南宁530028）

本文详细描述了高速公路水泥混凝土路面大修改造工程中的实际问题和难点问题，以广西兴六高速（G80）公路水泥混凝土路面大修改造项目为依托，深入分析和借鉴了国内外目前在水泥混凝土路面大修改造方面的研究内容和成果，提出路面大修改造原则及“白+黑”路面沥青加铺层设计技术要求。

水泥混凝土路面；沥青混凝土路面；路面大修设计；白+黑

1　前言

公路是国民经济的命脉，由于其特有的优越性和灵活性，发挥着其它运输方式不可替代的作用。我国从20世纪60年代中期就开始修建水泥混凝土路面，20世纪80年代以来，伴随我国经济的快速发展，道路交通的运输任务不断的增长，水泥混凝土路面具有扩散荷载能力强、刚度大、稳定性好的优点，在全国迅猛发展。

近年来，随着社会经济快速发展，高速公路交通量大幅增加、重型车比例较大以及严重的超载现象，路面出现不同程度的结构性损坏或功能性缺陷，路面使用性能逐年下降，车辆运行速度、行车安全性和舒适性也逐年降低。因此，对高速公路水泥混凝土路面大修改造进行研究，并提出大修过程中相关难题及对策，具有重大的现实意义。

2　水泥路面特点及破损原因

2.1路面特点

水泥混凝土路面是以水泥混凝土为主要材料做面层的路面，在行车荷载作用下产生板体作用，它的破坏取决于极限弯拉强度，是典型的刚性路面，由垫层、基层及面层构成，具有强度高、刚度大、稳定性好、使用寿命长、养护费用少等优点，是

3　门式起重机防风安全功能的运用

按照门式起重机防风制动装置技术规定，在对防风装置进行改进后，在防风和预防保护功能上得到了提升，门式起重机的安全性也得到了保障。在防风功能运用上主要表现有：紧急防风制动装置和预防性防风制动装置。

（1）紧急防风制动装置

将工作制动和防风制动分开后，在防风制动效果上的到了进一步提升，与此同时，工作制动器可根据实际将工作制动力调小一些，从而增加了门吊操作人员的舒适感，也对起重机晃动造成钢结构损伤有所减轻。配置双出轴结构的制动器，结构也相对较为简单，力矩大小更好调试，方便于日后的维修。

从2013年开始，福建铁路货场新造的门式起重机及已经过大修的门式起重机，大车电动机都是双出轴，工作制动和防风制动是分开的，这样工作制动力矩可以调小一些，停机时门式起重机不会晃动太大，而防风制动器因有10s左右的延时断开（通过时间继电器可调整），防风制动力矩可以调到最大，保证门式起重机停止工作后有较大的制动力矩，防止门式起重机大车运行机构在较大风力时大车轮子在轨道上滚动。另外，工作制动一般配置200型制动器，防风制动一般配置300型制动器，从各个站段使用的效果来看，防风性能达到预期目的。

从2010年开始，福建铁路货场新造的门式起重机及已经过大修的门式起重机，在下横梁两侧面1.3～1.5m位置，增加急停按钮，这样下面操作人员可以在大风紧急来临时第一时间将门吊大车运行机构停止工作，防止门吊被风吹跑。

（2）预防性防风制动装置目前使用比较多高级路面。而因其投资大、接缝多、不能立即开放交通、后期养护修复困难等缺点，在超载、水患等自然环境及外部因素影响下，水泥混凝土路面容易出现断板、唧泥、错台、沉陷、接缝破损等病害，导致路面使用性能迅速下降、使用寿命大幅缩短。

2.2水泥路面破损原因

水泥混凝土路面破损的发生，主要由设计施工缺陷、养护技术落后、外界因素以及各种因素相互影响而引起。

2.2.1设计施工缺陷

（1）交通量分析及预测不准确、路面厚度偏薄、板块的平面尺寸划分不当、混凝土配合比不当等问题，使得水泥混凝土路面存在先天不足；

（2）路基强度不足、损坏变形、排水不畅等施工缺陷都将有可能导致路面病害的产生。

2.2.2养护技术落后

（1）路面传统养护维修对策较为单一，且养护维修效果不够理想；

（2）传统养护维修决策主要是根据路面使用性能现状结合养护技术人员的工作经验来确定养护对策，具有一定的主观性，且考虑的因素相对较少，养护决策的科学化水平和养护

福建铁路货场在门式起重机的下横梁处的两侧都设置防风地锚，在起重机停止作业后，将锚定头放下落入锚定槽，并检查电气联锁限位是否断开。在紧急大风来到之前，还应将防风缆绳锁定装置固定牢固，起到综合防风的作用。

（3）福建铁路货场门式起重机的防风主要有：制动器防风，风速测控仪防风，大车下横梁增加急停按钮防风，大小车防风地锚，走行线端挡防风，防风缆绳锁定装置等综合防风。经过近几年的综合防风改造，福建省内铁路货场所有门式起重机都经授住台风的考验，没有发生任何事故。

4　结束语

由于门式起重机的构造简单，具有装卸效率高及运营成本低等一系列特点，因此在铁路货场有着广泛的应用，但是关于门式起重机受到风灾的原因，防风，防灾的研究还需要进一步研究，在防风硬件设施上也需要随着技术的改进一步步完善，这样才能保证铁路运输正常的发展。

［1］赵村堂，铁路货场门式起重机防风安全保障研究与运用［J］.内蒙古，货物装卸，2010，05（11）：7.

［2］马武卫，于凤军.门式起重机液压防风装置的研制［J］，现代制造技术与设备，2009，05（17）：10.

［3］杨立志.门式起重机制动性能的研究［J］.水利电力机械，1996，05：32.

［4］林 海.铁路货场门式起重机防风装置的计算与研究［J］.上海铁道科技，2014，1：128.

（3）传统养护理念仍未得到转变，仍然停留在事后维修和矫正性养护为主的状况，预防性养护理念在养护管理工作中并未得到有效的贯彻落实，缺乏完善的预防性养护维修决策体系。

2.2.3外界因素的影响

随着交通运输业的发展，大吨位车辆增多，超重车的增加是水泥混凝土路面使用期开裂断板的重要原因。

通过分析说明水泥混凝土路面破坏形式、破坏的形成机理与破坏原因，为采取相应的修复措施提供理论上可靠的依据。

3　水泥路面大修改造前期调查研究

科学地进行水泥混凝土路面调查与分析，对水泥混凝土路面大修方案的制定与实施，具有重要意义。调查内容简述如下：

（1）路基调查，搜索公路修建和养护技术资料，采用钻探、挖探等方法对路面填土进行检测试验，摸清路基病害情况；对全线的排水系统的设置、使用状况、效果、排水沟的完整程度进行调查。

（2）路面调查，主要包括：搜集公路设计和养护技术资料；实地调查路面损坏状况；利用落锤式弯沉仪和贝克曼梁相结合的方式对路面结构强度进行调查；面层厚度和混凝土强度调查；路面基层使用状况调查。

（3）桥涵调查，调查桥梁设计规范，重新验算桥梁荷载等级；对桥梁进行全面检测，查找桥梁病害发生原因及发展方向；提出桥梁加固方案。

（4）交通工程及沿线设施调查，主要包含波形梁钢护栏布设情况调查；隔离栅设置情况及破损情况；桥梁防撞墙的设置情况；全线防眩设施设置情况；沿线标志牌的设置位置情况等。

（5）交通量调查，合理布设交通流量观测点，按分路幅、分车型进行统计，结合历年交通车流量的统计资料，推算出交通量增长率。

4　路面大修改造原则

4.1基本原则

高速公路大修既不能完全依照新建高速公路的设计思想和方法，也不能按投资成本最低的方法确定优选方案，应根据实际路况调查，采取有效手段和方法，进行路面修复，综合国内外先进经验，从实际出发，高速公路路面大修改造设计应遵循以下原则：

（1）确保交通通畅与行车安全，尽可能减小对交通的影响，防止施工车辆干扰正常行车。

（2）尽可能以互通为中心合理规划施工路段长度，确保每个标段有一个互通，便于材料、施工机械进出，缩短总工期。

（3）制定合理的施工组织计划、加强管理、加大施工力度、采取速战速决的方法，在保证质量的前提下尽量缩短大修工期。

（4）大修施工过程中尽可能做到施工精细化，使维修以后不至于在短期内再次破坏、再次大修，应考虑路面的耐久性。

（5）对于路面大修方案应结合原有路面实际情况，保证施工方案切实有效。

4.2设计年限

通过综合权衡大修工程造价和大修后的养护成本，充分考虑交通量、重车快速增长的影响，延缓路面大中修时机，应总结国内外水泥混凝土路面加铺改造的工程经验和教训，确定路面大修设计基准期即大修设计年限。

4.3常规方案

遵循安全耐久、技术先进、经济合理、方便施工、利于养护和节约环保的原则，借鉴和吸收国内外大量的水泥混凝土路面大修的成功经验，在对旧水泥路面进行维修补强的基础上，进行沥青结构层加铺，即采用现行较为普遍及可行的“白+黑”路面改造方案，该方案一般采用在治理好旧水泥混凝土路面开裂、脱空、沉陷、破碎等病害的基础上，在原路面上铺设9～ 18cm沥青混凝土路面结构层；方案的核心除了设定合理的新铺设沥青混凝土路面结构层外，对旧路病害进行全面治理也极为重要，主要内容有：旧路补强、桥梁加固和交安设施改造。

4.4交通组织

应实行“单幅封闭、单幅通行”的交通组织，确保高速行车通畅。

5　“白+黑”路面沥青加铺层设计技术要求

5.1“白+黑”路面特点

“白+黑”路面，即把旧水泥混凝土路面面层当基层，在上面加铺沥青混凝土面层，把白色水泥混凝土路面改为黑色沥青混凝土路面，该工艺克服了水泥混凝土路面的弊端，又大大节约了成本，这种加铺沥青混凝土面层的方法，是一种典型的补强方法，这种形式的路面结构能吸收两种材料的优点“刚柔相济”，大大改善了路面的使用性能，然而由于材料的差异及旧路面板接缝与裂缝的存在，会导致反射裂缝的出现。

5.2“白+黑”路面设计技术难题

（1）反射裂缝的防治。反射裂缝是“白+黑”路面的一大技术难题，旧水泥路面的裂缝在温度和荷载作用下会扩展到沥青面层产生开裂现象，主要集中在旧水泥路面接缝、裂缝等应力集中路段。反射裂缝的存在会极大地影响沥青加铺层的使用寿命，不仅影响行车舒适性，而且容易导致路表水下侵，影响路基的强度与稳定性。

（2）新旧面层的粘结。沥青混凝土加铺面层与旧水泥混凝土基层作为两种不同的材料与结构组合在一起，由于弹性模量不同，在荷载及温度应力作用下，易导致沥青面层出现推移、壅包等病害，从而缩短路面使用寿命。

5.3“白+黑”路面沥青加铺层设计

旧水泥混凝土路面上加铺沥青面层的厚度设计应依据旧路面结构承载能力和当地经济水平，合理选用加铺层结构方案。沥青加铺层的厚度，主要应考虑防止加铺层反射裂缝问题，沥青加铺层太薄，极易产生反射裂缝，加铺层太厚，造价又会太高，经济上难以承受，所以加铺层应该有一个较合理的厚度，根据国内外经验，加铺层的合理厚度范围为9～18cm。

目前常规沥青加铺层分为上、中、下三层，即磨耗层、调平层、应力吸收层：

（1）应力吸收层，在旧水泥层面和加铺层之间设置的夹层，是以推迟反射裂缝的发生时间为主要目的而设置的一层特殊的沥青混合料，它在延缓或抑制旧水泥混凝土路面的反射裂缝方面具有优越性，具有高温稳定、低温抗裂、抗水害等路用性能。通过对诱发反射裂缝的主要原因进行具体分析，选择适宜的夹层类型。

（2）调平层，可供恢复路拱横坡和路面平整度。

（3）磨耗层，一般采用骨架密实结构的沥青玛蹄脂混合料（SMA），可有效改善行车条件，防止行车对路面的磨损，延长路面的使用周期。

除此之外，为加强沥青加铺层之间，沥青加铺层与旧水泥混凝土面层或构造物之间的粘结，应选用合适的粘层材料及合理的铺洒量和正确的施工工艺，使得粘层的抗剪强度满足要求。

6　结束语

旧水泥混凝土路面的沥青加铺层设计，不仅仅涉及到旧路面的损坏状况、结构状况、环境因素、交通状况，而且还需要合适的力学分析模型、正确的材料参数、有效的防反措施等，内容广泛、复杂多变，虽然国内外的工程研究积累了大量丰富的理论和实践经验，但仍有许多课题需要进一步的分析研究。

罗昌廷（1980-），男，广西南宁，人，工程师，本科，主要从事高速公路养护管理工作。

U418.6

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2095-2066（2016）19-0220-02

2016-6-20资金使用效率相对较低；

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