市政道路复合式路面维修方案探讨

陈 楷

(广西交通设计集团有限公司,广西 南宁 530029)

0 引言

20世纪末到21世纪初期,因水泥路面具有造价低、承载力强、使用寿命长等特点,且广西盛产水泥,故广西区内大部分市政道路采用水泥混凝土路面。

随着我国综合国力日益攀升,经济水平不断提高,广西区内市政道路交通量和轴载骤增,而水泥路面行车舒适性低、噪音大的缺点逐渐显露,病害不断增多。为了维护城市形象和居民便利,以及更好地推进发展和生产,且有效地利用原有的水泥混凝土路面,减少浪费,南宁市开始对原水泥混凝土道路进行“白改黑”沥青罩面处理,市内市政道路开始出现沥青-混凝土复合式路面。该种形式的路面兼具水泥混凝土路面和沥青混凝土路面的特点,其中,水泥混凝土路面主要为承重层,沥青混凝土路面主要为表面层。

目前,这些复合式路面开始出现不同程度的路面病害,但目前对市政道路复合式路面的维修并未有确切可行的规范要求,对市政道路复合式路面维修的方案研究较少且大多数以工程实例为基础进行分析研究[1-3]。

因此,本文将结合南宁市轨道交通5号线沿线道路整治工程(邕宾立交—那洪收费站)南段(大学东路—那洪收费站),探讨市政道路复合式路面的维修方案。

1 市政道路复合式路面简介

1.1 维修工程介绍

轨道交通5号线沿线道路整治工程(邕宾立交—那洪收费站)南段(大学东路—那洪收费站)起于现状大学东路,路线由北往南经明秀西路及壮锦大道,止于现状那洪收费站,本项目实施路线长度为8 499.889 m。沿线分布多个人流密集的功能板块,其中壮锦大道自北向南连接机场高速公路,为南宁市南边门户进出的重要干路,交通需求较大。

1.2 研究对象

本文取本项目最典型的路段——壮锦大道(中兴大桥—那洪收费站)进行市政道路复合式路面维修方案的探究。壮锦大道于2002年竣工通车,原路面结构为水泥混凝土路面,后于2013年进行了“白改黑”沥青路面加铺,距今约9年。原机动车道水泥路面结构及沥青罩面加铺方案见表1、表2(辅道处治方案与机动车道相同,仅结构厚度有差异,不再赘述)。

表1 壮锦大道(中兴大桥—那洪收费站)段机动车道原水泥路面结构分析表

表2 壮锦大道(中兴大桥—那洪收费站)段机动车道沥青罩面加铺方案分析表

2 市政道路复合式路面的病害分析

根据《轨道交通5号线道路维修整治工程(邕宾立交—那洪收费站)前期质量检测检测报告》及现场实地勘察,壮锦大道(中兴大桥—那洪收费站)段病害整体分布的表现特征为:靠近轨道施工范围段线裂、网裂、龟裂等大量发展,修补病害及板块破碎的情况较多;其余路段局部存在不同程度裂缝、脱空及不密实等病害。

经分析,路面病害出现主要原因有:(1)交通量过大;(2)本项目沿线存在大量重载车辆和超载现象;(3)旧路使用年限较久;(4)部分路段的沥青面层混合料中细集料过多,含油量过大,在行车水平推力作用下,容易产生拥包;(5)地铁施工、管线开挖施工、周边地块施工等对路面病害的形成和加剧有重大的影响。

3 市政道路复合式路面的维修解决方案

本次道路维修方案依据病害情况分析制定,参考相关规范的处理原则将道路病害归类处治,主要分为3种:浅层病害、中层病害、深层病害。浅层病害处治主要处理沥青混凝土面层;中层病害处治主要处理水泥混凝土路面部分(包含水泥混凝土面板及路面基层);深层病害处治主要处理道路路基。另外,对于其余未存在病害的位置,为使道路整体美观,对该部分路面表面层也进行整体翻新。具体方案如下。

3.1 浅层病害及处治方案

浅层病害主要依据表观病害调查(详见表3)、钻芯、抗滑及沥青性能评定,对沥青面层存在线裂、剥落、网裂、车辙、拥包、坑槽等病害的区域进行处治。

表3 部分路面表观病害检测结果表

3.1.1 浅层病害类型一

(1)缝宽≤10 mm的裂缝、峰谷高差≤15 mm的拥包、≤15 mm的轻度车辙、凹坑深度<20 mm的坑槽等病害。

(2)沥青面层呈松散状,面层粒料离析、剥落。

(3)沥青面层抗滑能力评价为C、D级路段。

(4)沥青混凝土上面层整体压实度低,空隙率大,易产生水损害路段;沥青混凝土上面层稳定度小,在环境和行车荷载作用下沥青混合料强度较低路段;沥青混凝土上面层矿料超出级配范围,粗集料少,高温稳定性不足路段。

对于以上属于浅层病害类型一的路段,采用铣刨旧路面4 cm表面层后,再统一加铺4 cm沥青上面层至原路面标高的处治措施。

3.1.2 浅层病害类型二

(1)若铣刨沥青上面层后,发现沥青下面层存在松散、破损等情况。

(2)缝宽>10 mm的裂缝,面积>3m2的网裂,峰谷高差>15 mm的拥包、>15 mm的重度车辙、凹坑深度≥20 mm的坑槽等病害。

(3)钻芯沥青层松散、开裂、不成型。

(4)沥青混凝土下面层空隙率大,易产生水损害路段;沥青混凝土下面层稳定度小,在环境和行车荷载作用下沥青混合料强度较低路段;沥青混凝土下面层压实度不足路段;沥青混凝土下面层矿料超出级配范围,粗集料少,高温稳定性不足路段。

以上路段采用铣刨沥青层至混凝土板后,按路面修复要求恢复至原路面标高以下4 cm,再统一加铺4 cm沥青上面层至原路面标高的处治措施。具体见表4。

表4 浅层病害处治方案表

3.2 中层病害及处治方案

中层病害主要依据表观病害调查、弯沉(详见表5、表6)、钻芯、雷达评定情况,对因水泥混凝土板开裂、破碎、断裂、不密实或路面基层松散、空洞、破碎、沉陷等路面下部结构层反射引起的沥青层病害区域进行处治。

表5 左幅车道部分路面弯沉值检测结果表

表6 右幅车道部分路面弯沉值检测结果表

3.2.1 中层病害类型一

(1)雷达检测显示路基密实,但单点弯沉>0.4 mm[4]。

(2)钻芯显示水泥混凝土板及水泥稳定基层开裂、破碎、松散、不成型、空洞。

(3)>20 mm沉陷、水泥混凝土板破碎或沉陷面板面积较大且积水严重,雷达检测显示路基密实。

(4)当进行中层病害类型二处理时,发现基层、底基层存在破碎、松散、不成型等病害。

对于以上属于中层病害类型一的路段,采用破除旧路面结构层,按路面修复要求恢复至原路面标高以下4 cm,再统一加铺4 cm沥青上面层至原路面标高的处治措施。具体如表7所示。

表7 中层病害(类型一)处治方案表

3.2.2 中层病害类型二

若铣刨沥青层至旧水泥混凝土板后,发现旧水泥混凝土板出现裂缝、板角、板边破坏,基层、底基层无损坏,需按以下要求对旧水泥混凝土板进行病害维修,按路面修复要求恢复至原路面标高以下4 cm,再统一加铺4 cm沥青上面层至原路面标高。

3.2.2.1 水泥混凝土面板板角、板边破坏

板角及板边损坏应按破裂面确定切割范围,并将破除范围切割成规则的垂直面,切割深度与原水泥混凝土面层厚度一致。板角、板边破坏具体处理步骤为:凿除→基底清理干净→基底设防水层→混凝土拌和及运输→混凝土浇筑→接缝设置→养生。

3.2.2.2 水泥混凝土面板裂缝

此次设计主要是针对15 mm以下基本规则的裂缝及15 mm以上的裂缝及破坏严重的局部板块,采用换板形式进行处理。

对路面板出现<2 mm宽的轻微裂缝,可采用直接灌浆法处治。

对裂缝宽度≥2 mm且<15 mm贯穿板厚的中等裂缝,裂缝开裂比较规则,且缝长没有贯穿多块混凝土板,仅在单块板之内,采用扩缝补块的方法处治,即采用异形切割机切割,清理干净后,采用填缝材料进行填充。缝宽度比原有缝宽大1～2 mm,深度为40 mm。

对于15 mm以上的裂缝,缝长多贯穿多块混凝土板,裂缝开裂不规则的情况,考虑裂缝不规则及板块破坏严重、影响美观,本次设计中采用全部换板进行处理。

3.2.3 中层病害类型三

(1)当沥青面层表观完好,但因水泥混凝土路面板和基层之间出现空隙而导致路面沉陷或单点弯沉在0.14～0.4 mm时;(2)当破除沥青表面层,水泥面板表观完好,但因水泥混凝土路面板和基层之间出现空隙而导致路面沉陷、出现唧泥病害或单点弯沉在0.14～0.4 mm时,需对水泥混凝土面板底脱空进行注浆处治。为防止板底脱空灌浆施工时损坏路面,灌浆施工前需铣刨沥青面层,待灌浆施工完毕后再恢复沥青表面层[5]。

3.3 深层病害及处治方案

深层病害主要是处理路基病害,依据表观病害调查、弯沉、雷达评定(详见表8),对因路基脱空、不密实、沉陷、软弱等路基反射引起的沥青层病害区域进行处治。

表8 部分路面雷达检测结果表

3.3.1 深层病害类型一

本项目为已通车市政主干路,为减少施工难度、加快施工进度,本次设计拟对雷达检测显示路基松散、不密实、下沉、脱空等路段,采用路基注浆加固[6]方案。

3.3.2 深层病害类型二

深层病害类型二处治方案主要对破除路面结构层后发现路基破损,或压实度达不到设计要求,或破除旧路基层后发现软基,则挖除软基土后回填级配碎石并分层压实至路槽顶面(挖除深度根据现场软基土层厚度确定,回填级配碎石的压实度应满足设计要求),后按路面修复要求恢复至原路面标高以下4 cm,再统一加铺4 cm沥青上面层至原路面标高。具体如表9所示。

表9 深层病害(类型二)处治方案表

4 反射裂缝的防治措施

复合式路面中最常见的病害就是反射裂缝,对反射裂缝的防治也是复合式路面设计的重难点。其形成原因主要是在温度变化和交通荷载的作用下,水泥混凝土面板发生变形,导致接缝处也发生变形,进而使沥青表面层出现反射裂缝。总体而言,温度应力引起反射裂缝的产生,并参与了其最初的扩展,荷载应力则加速了裂缝的进一步扩展[7]。

本次项目为避免沥青面层出现反射裂缝,采用两种防治措施:(1)沥青混凝土面层与水泥混凝土面层间采用应力吸收层;(2)在接缝处采用抗裂贴。

4.1 应力吸收层

因本项目设计原则是不改变现状道路标高,故本项目维持现状道路路面结构不变,因此,恢复新建部分路面沿用2013年道路“白改黑”设计,于沥青混凝土面层与水泥混凝土面层间铺设2 cm应力吸收层。应力吸收层兼具碎石封层的作用,不仅可以高效减缓反射裂缝的产生,也具有防止路表水渗入路面的作用[8]。

4.2 抗裂贴

为避免接缝变形引起沥青表面层反射裂缝的发生,本项目在铺设应力吸收层前,于新建水泥面板横缝及纵缝处铺设自粘型抗裂贴。自粘型抗裂贴能有效地应对荷载型疲劳裂缝及温度型疲劳裂缝,大大减缓反射裂缝的产生[9-10]。

5 结语

本文结合南宁市轨道交通5号线沿线道路整治工程(邕宾立交—那洪收费站)南段(大学东路—那洪收费站),探讨了市政道路复合式路面的维修方案。该项目维修方案主要分为浅层病害维修、中层病害维修及深层病害维修,并针对道路反射裂缝的防治采用了应力吸收层及抗裂贴。

目前该项目部分路段已经施工完成并开始运行,效果良好,行车舒适性、稳定性、美观性较整治维修前有显著提升,道路各项验收指标均满足要求。