国道324线漳浦路段路面“白改黑”改造工程设计方案分析

■吴建军

（漳州通正勘测设计院有限公司，漳州 363000）

0 引言

“白改黑”是指在旧水泥混凝土路面板上加铺较厚的（通常大于18cm）沥青面层的加铺方式。本文以国道324线漳浦路段路面改建工程为对象，从建设养护情况调查、外观病害调查、结构情况检测、交通荷载调查预测、路段环境条件调查、结构病害分析、处治方案、路面结构方案等方面介绍在旧水泥混凝土路面上直接加铺沥青路面的设计思路和方法，为今后同类工程提供参考及借鉴。

1 工程概况

国道324线漳浦路段路面“白改黑”改造工程（K351+004～K391+700），项目起点K351+004位于长桥镇三古，途经长桥镇、漳浦城关、大南坂、盘陀镇，终点K391+700位于与云霄县交界处的盘陀岭隧道，路线全长40.696km。二级公路，设计时速60km/h，路基宽度23m，双向四车道，路面设计轴载BZZ-100，路面为水泥混凝土路面，其结构为：24cm厚水泥砼面层+15cm厚5%水泥稳定碎石基层+旧水泥混凝土路面击碎。项目通车至今运营已有9年，旧水泥混凝土板已出现裂缝、断板、错台等病害，无法满足路面使用性能。

2 旧路调查

为了解旧路面的病害，对沿线水泥混凝土板块的病害类型及程度进行详细调查，并逐板绘制病害及其分布图；同时对旧路面弯沉进行检测，调查项目范围内交通量及轴载等。

2.1 旧路面状况评定

2.1.1 路面状况指数PCI评定

根据对旧水泥路面板块的病害统计，各类病害占总板块数比例为40.5%，主要病害类型如下：

（1）裂缝类——纵向、横向、斜向裂缝/交叉裂缝/破碎板/板角断裂等：35.00%；

（2）变形类——错台/沉陷/拱起等：1.00%；

（3）接缝类——接缝破碎/修补损坏等：1.30%；

（4）松散类——起皮/坑洞/脱空等：3.20%。

路面状况指数PCI=56.60%，路面破损状况评定等级为“中”。

2.1.2 路面断板率DBL评定

通过对道路沿线旧路面板断板数的统计，评定旧路面断板率DBL，其结果见下表1。

表1 设计路段路面断板率评价汇总表

现场调查结果显示，路面断板率从优至差依次为：左侧内车道、右侧内车道、左侧外车道、右侧外车道。内车道比外车道断板率少，这与内车道多为小车通行，外车道多为重货车的实际分布情况一致。

根据路面状况指数PCI=56.60%及断板率DBL=18%，评定路面破损状况等级为“次”。

2.1.3 旧路面弯沉检测

为了解路段路面板底脱空状况，选取部分有代表性路段，采用贝克曼梁进行弯沉检测。检测结果见表2。

从表2中可看出，水泥混凝土板块最小弯沉值为0.11mm，最大弯沉值0.72mm，主点弯沉平均值为0.101～0.282mm，差异弯沉为 0.169～0.592mm。

2.2 交通荷载调查及交通量预测

为调查本项目路段范围内具体交通量及轴载，采用无线便携式汽车称重系统，进行为期3天的车辆轴载试验及交通量观测。

表2 弯沉脱空检测一览表

2.2.1 轴载换算

根据现场车辆轴载检测数据 （现场轴载检测仅测单向车道），设计路段车辆轴载换算计算见下表3。

表3 车辆轴载换算计算表

2.2.2 车型比例

根据本项目基年交通量的车型构成分析及未来的客货车出行量，以及各车型发展趋势，确定拟改造公路车型构成，见下表4。

表4 车型比例表

从上表得出，受小客型车辆需求快速增长的影响，中小货车型比例较高，大货及拖挂车比例适中，但荷载较重。

2.2.3 计算轴载累计作用次数

根据公式：计算得出设计使用年限内累计作用次数为：1.612×107次，路面交通荷载属重交通荷载等级。

2.3 路面病害原因分析

本项目旧水泥混凝土路面病害中纵向、横向、角隅裂缝、交叉裂缝及断裂板主要分布在行车道上，特别是外车道，硬路肩病害最少，许多超载车辆在外车道上行驶，内车道相对较少，硬路肩几乎没有机动车辆行驶，这与病害的分布位置相一致。路面病害产生原因除受超重超载车辆影响外，还与路面排水是否通畅、地区降水强度和旧路基强度等有较大的关系。

2.4 “白改黑”路面性能剖析

基于对漳州市多条“白改黑”路面调查分析，发现水泥混凝土板加铺沥青路面病害主要有反射裂缝、推移、车辙、沉陷、网裂等。出现病害的因素主要有：车辆重载、旧水泥混凝土板病害处治效果、路面加铺结构及材料、区域气候等。其中旧水泥混凝土板病害处治效果、加铺层的厚度不足是加铺结构病害的重要原因。

加铺的沥青面层反射裂缝主要是在反复车辆荷载作用下旧水泥混凝土路面原有裂缝处产生应力集中，导致沥青层产生裂缝。因此为减少反射裂缝的产生，应重点关注：（1）对道路旧水泥混凝土面板的病害综合处理；（2）因地制宜地设置沥青路面加铺结构和材料；（3）重视界面防水粘结层性能及作用。

3 加铺沥青砼路面结构设计

3.1 路面方案比选

根据旧路面状况评定结果，且从投资、工期、交通影响等诸多方面的综合考虑，确定本项目采用加铺沥青混凝土面层，而加铺方案的选用主要考虑旧路面水泥砼板的不同利用方式来选择，拟定以下三种加铺比选方案见图1。

方案一和方案二属于“白改黑”，方案三为“白加黑”，三种方案的优缺点比较见表5。

经旧路调查、检测及旧水泥混凝土路面结构参数调查评定，结合《公路技术状况评定标准》对本路段路面调查结果总体评定为“次”以上，可采用打裂压稳旧水泥混凝土路面后加铺沥青面层的设计方案。

图1 三种路面加铺方案

表5 三种路面加铺方案优缺点比较表

3.2 路面结构设计

3.2.1 加铺沥青面层厚度的计算

根据轴载试验及交通量的预测，计算得出的轴载累计作用次数为：1.612×107次，为重交通荷载等级。采用东南大学HDPS公路路面计算程序进行计算，确定加铺沥青面层的厚度。

设计参数取值如表6。

表6 路面设计参数表

根据计算，得出计算结果见表7。

表7 路面设计计算结果表

3.2.2 沥青混凝土面层结构

3.2.2 .1 路面抗滑表层

沥青玛蹄脂碎石混合料是当前公认的一种抗变形能力强，耐久性较好的沥青混合料，且具有较好的密水、抗车辙、抗滑、耐久、抗裂性能。改性SMA-13及改性AC-13C沥青混合料的性能对比见表8。

经综合对比，本项目抗滑表层采用4.0cm厚SBS改性SMA-13沥青玛蹄脂碎石结构。

表8 表面层性能对比表

3.2.2 .2 中面层

中面层大多采用4～10cm的中粒式连续级配组成的沥青混凝土。根据《福建省普通公路精细化设计指南》及工程实际情况，本项目中面层选用6.0cm厚中粒式改性沥青混凝土（AC-20C）。

3.2.2 .3 下面层

从延缓旧水泥混凝土路面的反射裂缝，并且防止公路水损害和经济效益角度考虑，下面层大多采用粗粒式连续级配组成的沥青稳定碎石。根据本工程实际情况，本项目下面层选用8cm厚密级配沥青稳定碎石层ATB-25。

经过上述分析计算，确定本项目加铺沥青的结构层为：8cm厚沥青稳定碎石下面层ATB-25+6.0cm厚SBS改性沥青AC-20C中面层+4.0cm厚SBS改性SMA-13上面层，每平方米造价约200元。

3.3 旧水泥路面综合处理

根据调查的旧路路基情况、路面结构、路面状况，及检测的弯沉报告，旧路路基路面的主要病害为路基沉陷、面板破碎板、板底脱空、断板、裂缝。针对病害在加铺沥青路面前，应采用下列处理措施：

（1）路基沉陷路段，应进行注浆处理或其他加固措施，提高地基承载力。

（2）破碎板采用置换板块，若基层损坏部分应予清除，用素混凝土将路面基层补强；若开挖后发现原路基出现弹簧现象，应进行路基换填处理。

（3）对旧水泥砼路面采用打裂压稳，使板块相互间紧密嵌锁，提高旧混凝土板块的整体性，消除板下脱空，使其与基层紧密贴在一起成为更加稳固的支撑，减小竖向变形和差异沉降。旧水泥路面的打裂程度应使板块开裂块度不超过0.4m2。

4 改造后路面性能指标

路面的使用性能是反映路面能否持续为行驶车辆提供安全、舒适、经济的服务水平的特性。本项目交工前进行了相关路面性能指标的检测验收，其结果见表9。

从上表可知，各验收指标值都符合规范或设计要求，加铺后路表弯沉值均不超过0.22mm，平均弯沉值为0.13mm，说明加铺后路面承载力较高，结构层整体性好，满足远景交通量要求；路面平整度不超过1.0mm，平均值为0.89mm，说明加铺后沥青路面行车舒适性较好；路面构造深度均大于0.55mm，平均值为0.63mm，说明加铺后沥青路面抗滑性能较好，行车安全性较高。通过以上实测路面性能指标，说明本设计方案是可行的，达到了预期“白改黑”的效果。

表9 路面性能指标

5 结语

本文结合国道324线漳浦段路面改造工程，全面介绍在旧水泥混凝土路面上加铺沥青层的设计过程。通过对旧水泥混凝土路面进行病害调查、弯沉检测、现场轴载试验、交通量预测、方案比选，确定加铺沥青路面的厚度及结构组成。国道324线漳浦段旧水泥路面通过加铺改造（“白改黑”），现通车已两年多，其运行状况良好，舒适、安全路面无反射裂缝出现，得到社会的一致好评。水泥混凝土路面加铺在具体道路设计和施工过程中，影响因素很多，应根据实测资料，详细分析原有道路病害状况及损坏程度，制定满足道路功能需求的加铺改造设计方案。根据项目经验，得出以下结论：

（1）在“白改黑”前应对沿线各板块进行病害调查、弯沉检测，了解旧路病害类型和程度，为合理有效对旧水泥混凝土板的处治方式提供依据。

（2）在“白改黑”前须对现状道路的交通量、车型比例及轴载进行调查，了解现状道路负荷程度，为路面结构层及材料设计提供基础数据。

（3）“白改黑”路面充分地利用旧路面强度，具有节省投资、减少对环境破坏污染、缩短对改建道路的施工时间、对交通环境的干扰影响小，沥青面层平整度好，维修简单，大大改善路面使用性能，是对旧水泥混凝土路面进行改造行之有效的方法。

[1]JTG D40-2011，公路水泥混凝土路面设计规范[S].

[2]JTG D50-2017，公路沥青路面设计规范[S].

[3]吴毅勇.“白改黑”项目中的旧水泥砼板处理方案研析.工程技术研究，2017.

[4]胡昌斌，刘发水.南方地区公路水泥混凝土路面加铺改建技术.