高速公路隧道水泥混凝土路面改造方案探讨

薛爱新 薛斌峰 杨智敏

(1.宁波交投公路营运管理有限公司,浙江 宁波 315046; 2.浙江公路水运工程监理有限公司,浙江 杭州 310004; 3.云南省玉溪市公路局,云南 玉溪 653100)

1 概述

隧道水泥混凝土路面经过多年的营运后都会出现水泥混凝土面板破碎、断裂、错台等病害，对这些病害的整治或维修由于交通组织困难，施工环境制约因素多(空间受限)等原因，一直都是困扰高速公路养护领域的一个问题[1，2]。笔者从事养护工程管理十多年，也参与过多个隧道路面的改造工程，但并没有收到满意的效果，最近几年通过技术提升，改变原有的传统思路，采用多种方法的结合，取得了明显改善，因此在此就高速公路隧道路面改造中的一些思路与同行从业者共同分享及探讨。

2 工程实例

浙江沿海地区某高速公路，建成于2000年，昼夜断面交通流量达40 000多辆，且多为集装箱车辆，其隧道路面为混凝土结构，随着使用年限的增加，出现混凝土面板破碎，泛水等病害，并长期无法根除，给行车舒适及安全性带来严重影响，长期被司机及周边群众投诉。为改善路面的使用性能并解决路面病害，长期采用开挖破坏水泥混凝土板后使用沥青碎石回填的办法，但效果极差，造成人力、物力的浪费。为彻底解决隧道路面的问题，2013年启动整治工程，本工程对沿线8座隧道进行处置，最长的达到3 000多米，最短的100多米，2013年8月2日开工，8月30日完工，至今已经过去4年，从现场的情况来看，未出现渗水及裂缝，路面基本完好，说明该方案是可行的，现就整治维修方案及施工工艺进行交流探讨[3]。

2.1 病害成因分析及整治方案确定

隧道路面作为一个封闭环境受雨水影响较小，但因隧道防排水施工存在缺陷及营运因素等影响，往往几年后暴露出渗水等病害，同时隧道中央设有纵向排水管，由于多种原因排水并不畅通，在局部地段的累积上升至路面结构层，在行车的反复碾压下行车动水上升至路面面层，使路面混凝土产生如断板、破碎、啃边、错台等病害，带来严重的安全隐患。因此，处理此类路面病害关乎成千上万的车辆安全，社会意义重大。从近10年来多座隧道路面破坏原因分析看，笔者发现，隧道的排水系统不能正常工作是最大的原因，一般如果没有出现泛水的隧道路面几乎没有出现明显病害，但如果存在路面泛水现象，则路面破损则会加速，甚至发现泛水点后一年内就会出现坑洞连片的情况，如果按照常规进行铣刨重铺的办法处理根本就无法进行根治，反而造成反复养护的情况[4-6]。

水泥路面维修一般采用破除碎板块，重新浇筑水泥混凝土回补的方式，即使采用碎石化水泥路面后加铺沥青面层，但由于隧道内采用碎石化设备施工存在极大的安全风险，因此也罕见有这种施工方法；直接加铺沥青混凝土面层，虽然方法简单，施工技术成熟，但直接加铺会抬高隧道路面高程，减小隧道净空，且一段时间后由于混凝土板的刚性太强，导致路面裂缝较多，仍存在泛水现象，也无法解决，反而加速混凝土面层的破坏，无法满足使用及耐久性要求。那么既要解决隧道路面存在的病害，又可以最大程度利用原有路面、采用有效的路面结构形式，从而达到经济适用的目的来解决问题。

本项目方案设计为水泥混凝土置换破碎混凝土板块后对水泥混凝土路面进行1 cm精细铣刨，施作一层橡胶应力吸收层后加铺4 cm SMA-13。开工后发现即使回填水泥混凝土，仍然无法解决地下水上渗的问题，隧道积水依然会上渗至路面。随后召开多方参与的方案讨论会，分析后认为：其渗水主要是隧道排水功能下降，大量渗水聚集在路面下相对较低的位置，行车碾压下从板缝挤出造成，因此隔水或引水才可以解决这个问题，但引水出隧道显然工程量过大，无法实现，经多次讨论，最终采用了以下方案：开挖破碎混凝土至隧道路面调平层，找到积水位置，等待至水位稳定，标记水面位置，然后回填大粒径碎石至水面以上5 cm，整平后其上再铺土工布后浇筑水泥混凝土，混凝土标高略低于原水泥路面，以减少铣刨量。此方案最大的优点是工程量小，让地下渗水储存于碎石空隙之间，通过长期缓慢下渗至隧道中央排水沟,保持沥青路面基底的干燥，从而延长使用寿命。

2.2 处置工艺及质量控制概述

在进行路面处置前先需要对渗入路面结构层的水进行疏导，如果开挖隧道仰拱以上混凝土等结构找到隧道纵向排水管，把渗水处的排水系统完善显然工程量巨大，同时需要高速公路中断交通，对于一般正常通行的高速公路都是不可取的，那么如何实现把地下水阻隔在路面结构层与仰拱之间就显得十分重要。本项目中采用了以下工艺：

1)隔水碎石层。

本工程的成败就在于隔水层的设置，开挖已经破碎的水泥混凝土面板，并向下开挖已经破碎且浸泡在水里的混凝土调平层，超挖至少10 cm后，用粒径37.5以上碎石回填，再用小型压实机械进行碾压，因不是级配碎石，碾压平整即可，随后铺土工布一层，用于隔断混凝土与碎石层。

2)回填混凝土。

因采用沥青碎石回填虽然可以加快施工进度，但沥青材料抗水损害能力差，所以采用干硬性早强C25混凝土回填，以加快施工速度，一般24 h强度就可达到15 MPa以上，具备施工沥青面层的条件。

3)精细铣刨技术。

隧道混凝土路面由于长时间的通车，表面光滑、且板缝之间也存在错台，因此采用精细铣刨技术对表面进行改造和优化。精细铣刨目的在于获得一个新的、具有精确纹理的路面，能够形成具有理想抗滑性能的平整路面(见图1，图2)。

4)橡胶应力吸收层。

a.橡胶沥青。

橡胶沥青技术要求见表1。

b.集料。

应力吸收层应采用13玄武岩形成的碎石。在条件允许情况下，宜按照集料重量计0.2%～0.3%的沥青进行预裹附。注意事项：预裹附所选用的集料堆放时间控制在2周以内；裹附温度在120 ℃以上。

表1 橡胶沥青技术要求

c.主要施工机械。

涉及到的机械设备主要包括：橡胶沥青生产设备、橡胶沥青洒布车、碎石撒布机、轮胎压路机、洒水车各1台(套)。

d.橡胶沥青应力吸收层(AR-SAMI)施工工艺见图3，图4。

施工前应进行基层的清扫、吹尘和清洗:第一步，通过拖地工具将基层表面全方位彻底打扫；第二步，拿2台～3台鼓风机(需要选用森林除火用途的设备)把浮灰清除(应该按照沿纵向排成斜线方向)，最终目的就是尽可能将基层顶面的集料颗粒能够部分显现。

洒布粘层油：通常情况下，应该最少取3种存在差别的橡胶粉含量开展试验研究，首先，把沥青的温度控制在177 ℃～204 ℃范围，将橡胶粉掺入。随后进行搅拌至1 h后。最后再依据试验结果选择恰当的橡胶粉掺量。橡胶沥青各项指标应满足表1技术要求。

进行洒布橡胶沥青施工工序之前，以下方面值得关注：环境温度保证在15 ℃以上；下承层需要保持干燥状态，另外路缘石需要处在好的状态；最后需要保证风速不会对橡胶沥青洒布效果产生不利影响。

橡胶沥青洒布。当选择预裹附的集料方案时，沥青的用量可适当减少；起步和终止位置应铺工程纸，以准确进行横向衔接，洒布车经过后应及时取走工程纸；纵向衔接应与已洒布部分重叠10 cm左右。

撒铺碎石：在进行喷洒橡胶沥青工序之后，必须即刻进行碎石的撒铺工作。

碾压：压实方式需要选择胶轮压路机，两遍碾压，按照表2进行碾压(规定时间内必须完成)。

表2 施工时间要求

开始铺设顶部沥青混合料之前，需打扫应力吸收层，以保障SAMI层与上面层之间的粘结。

其中应力吸收层的施工必须跟顶部沥青混凝土连贯实施，期间一般不允许放开交通，如果一定要放开交通，需要满足一定条件，即必须等SAMI施工完成3 h后才可以，并且车辆速度控制在25 km/h以内。

5)质量管理。

a.在施工期间，需要检测的项目主要有：橡胶沥青性质、橡胶沥青洒布量、集料撒布量、刹车试验、外观检查等。

b.检验方法及检验标准见表3。

沥青面层根据各业主的实际需要进行选取，施工方法也为传统方法，本文不再冗述。

3 结论及注意事项

从本案例来看，隧道路面改造成功的关键是对地下水的隔断和橡胶应力吸收层，如果地下水量较大时，需要考虑在设置碎石隔水层的同时把积水点的水从路侧盲沟引出。橡胶应力吸收层所用沥青为热沥青，施工季节尽量选择在气温较高的季节施工，洒布的碎石需要进行拌合楼预拌，在洒布时容易造成洒布困难，需要在施工时注意，如果出现露白现象需要人工及时跟进。