G60公路拓寬改建工程瀝青路面加罩補強設計

秦 健，顧 旻

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

0 前言

隨著我國高速公路路網(wǎng)的逐步完善，部分早期建設的高速公路已達到其使用年限的末期，通行能力不足和路面使用性能衰減的現(xiàn)象逐漸凸顯，將面臨道路拓寬和路面結構加罩補強。

本文以G60公路（上海莘松段）拓寬改建工程為例，介紹了瀝青路面加罩補強設計中的幾個關鍵問題：原路面結構檢測與評價、路面結構加罩補強設計，加罩前原路面結構處理，以及新老路面結構拼接設計。為同類工程設計與施工圖提供可參考和借鑒的經(jīng)驗。

1 工程概況

1.1 工程背景

G60滬昆高速公路是我國高速公路網(wǎng)重要組成部分，其上海－杭州段原稱為滬杭高速公路，是連接滬浙兩省市的重要通道。

滬杭高速公路1998年建成通車之初，按照雙向4車道設計。近年來，隨著區(qū)域社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展和滬浙兩省市間聯(lián)系的日益密切，滬杭高速公路交通量急劇增加，交通需求與現(xiàn)有道路資源之間的矛盾日益凸顯。上海境內(nèi)松江—楓涇段（即松楓段）于2004年在中央分隔帶增加2條車道，拓寬為雙向6車道；浙江段也于2006年完成拓寬改建，拓寬為雙向8車道；截至2008年，全線僅余莘莊—松江段（即莘松段）仍為雙向4車道，道路通行能力已不能滿足日益增加的交通需求。

同時，經(jīng)過近20年的運營，莘松段道路使用性能也有了相當程度的衰減。主要表現(xiàn)為：路段代表彎沉值偏大，路面結構整體承載能力降低；路面破損狀況較嚴重，縱、橫向裂縫頻現(xiàn)，伴有龜裂、沉陷、磨光等病害，經(jīng)過局部修補或大范圍的銑刨加罩處理的路段占很大比例；橋頭路堤不均勻沉降現(xiàn)象較為嚴重，構造物兩側線性不平順，橋頭跳車現(xiàn)象突出；道路整體平整度衰減較為嚴重，車輛行駛舒適性變差。

隨著上海世博會的舉辦，G60公路將承受更大的交通壓力。因此，在世博會舉辦前對其進行拓寬改建，是十分必要的。

1.2 設計概況

G60公路（上海莘松段）西起松江立交東側，東至莘莊立交西側，拓寬改建工程于2009年10月開工建設，于2010年4月竣工通車。

G60公路新建主線收費站位于G15沈海高速公路以東，收費站以西為主線拓寬路段，向兩側拓寬至雙向8車道；收費站以東新建雙向6車道主線高架橋梁，原道路改建為雙向4車道地面輔路。

根據(jù)原滬杭高速公路設計和竣工資料，原車行道設計路面結構為：3 cm細粒式瀝青混凝土+10 cm粗粒式瀝青混凝土+10 cm廠拌黑色碎石+30～34 cm粉煤灰三渣+15 cm礫石砂；硬路肩與車行道路面結構不同厚。經(jīng)過近20年運營，路面經(jīng)過多次養(yǎng)護維修和加罩補強，瀝青層厚度已與原設計不盡相同。通過對原路面結構鉆芯取樣發(fā)現(xiàn)，瀝青面層厚度為18～39 cm，粉煤灰三渣基層部分已松散損壞。

根據(jù)交通軸載預測，主線拓寬路段設計年限內(nèi)1個車道上的累計標準軸次為2.47×107，路面設計彎沉值為19.9（0.01mm）。主線拓寬部分新建路面結構為：4 cm細粒式瀝青馬蹄脂碎石SMA-13（SBS改性瀝青）+8 cm中粒式瀝青混凝土 Sup-20（SBS改性瀝青）+8 cm粗粒式瀝青混凝土Sup-25+0.6 cm乳化瀝青稀漿封層+20 cm水泥穩(wěn)定碎石（3.5MPa）+20 cm水泥穩(wěn)定碎石（3.5 MPa）+15 cm石灰土（石灰摻量12%），路面結構總厚度為75.6 cm。圖1為路基拓寬路段示意圖。

圖1 G60公路路基拓寬路段示意圖

2 原路面結構檢測和評價方法

選擇具有代表性的技術指標進行檢測，科學評價原路面結構使用性能衰減程度，是合理確定路面結構加罩補強方案的前提。

2.1 原路面結構檢測

G60公路（上海莘松段）已達到其設計年限的末期，結構整體強度衰減、路面破損嚴重、平整度水平降低是其突出特征。路段代表彎沉值是表征路面結構整體強度的指標，能夠反映路面結構整體強度的衰減程度；路面破損狀況可以直觀反映路面結構的破損類型、破損機理、破損程度和破損密度。該工程選擇路段代表彎沉值和路面破損狀況作為原路面結構的主要檢測項目。

彎沉檢測采用符合規(guī)范[1]要求的自動彎沉儀進行。自動彎沉儀按正常行車方向?qū)υ访婷織l車道進行檢測；通過回歸方程，將測得的路面總彎沉換算為回彈彎沉值，并進行溫度修正；以沿線橋梁和通道作為路段劃分的依據(jù)，每100 m左右劃分1個路段單元，左右半幅分別計算路段代表彎沉值。

路面破損狀況調(diào)查采用人工踏勘的方式，通過目測和儀具量測，調(diào)查結果記錄于圖紙相應位置，典型狀況拍照記錄。路面破損按照裂縫類、松散類、變形類、其它類4個類型進行分類統(tǒng)計記錄。

2.2 原路面結構評價

原路面結構整體強度通過路面強度指數(shù)（SSI）評價，SSI=路面設計彎沉值/路段代表彎沉值。半剛性基層是提供路面結構整體承載能力的主要層次，在路面結構設計年限末期，路面強度指數(shù)SSI亦可以作為體現(xiàn)半剛性基層損害程度的指標。以SSI=0.8作為原路面結構整體強度衰減程度，或半剛性基層損壞程度的參照。當SSI≥0.8，即路段代表彎沉值不大于25（0.01 mm）時，認為原路面結構整體強度尚好，半剛性基層未明顯破壞，僅需要加罩瀝青面層；當SSI＜0.8，即路段代表彎沉值大于25（0.01 mm）時，認為原路面結構整體強度較差，半剛性基層可能出現(xiàn)部分或全部松散，需要加罩瀝青面層和部分半剛性基層。

原路面結構破損狀況通過路面狀況指數(shù)（PCI）進行評價，路面狀況指數(shù)由瀝青路面破損率（DR）按照規(guī)范[2]公式計算得出。路面結構破損狀況直觀反映路面結構破損類型和破損程度，作為確定路面結構加罩補強方案的參考。

3 路面結構加罩補強設計

3.1 設計原則

加罩補強設計的基本原則是：以盡量提高老路利用率，消除老路病害，利于施工為前提，嚴格控制加罩補強結構中各結構層的壓實厚度要求，合理選擇加罩補強的結構組合形式，使加罩補強后的路面結構達到規(guī)范和設計要求的驗收標準。

（1）原路面結構銑刨

對原路面結構進行銑刨時，銑刨后各結構層應保留有一定的厚度，使之能夠結為板體。當銑刨后結構層剩余厚度過薄，或結構層有一定剩余厚度但已出現(xiàn)松動或松散現(xiàn)象的，應將該結構層剩余部分全部銑刨。為保證加罩部分瀝青面層與下臥層連接緊密，原瀝青層銑刨的最小厚度應不小于2 cm。

（2）最小加罩厚度

綜合考慮原路面結構使用性能的衰減程度，道路拓寬改建后設計年限內(nèi)的交通軸載，新老路面結構銜接，確定原路面結構的最小加罩厚度為12 cm，即新建路面結構上、中面層。

（3）結構層壓實厚度要求

加罩補強時，加罩補強結構層的壓實厚度應符合規(guī)范[3]的要求：

中粒式瀝青混凝土Sup-20的壓實厚度，最小為5 cm，最大為10 cm。

粗粒式瀝青混凝土Sup-25的壓實厚度，最小為7 cm，最大為12 cm。

水泥穩(wěn)定碎石作為基層材料的壓實厚度，最小為15 cm，最大為20 cm。

石灰土作為底基層材料的壓實厚度，最小為15 cm，最大為20 cm。

加罩補強結構超過材料單層最大壓實厚度的，應分層攤鋪碾壓，但分層后每層的壓實厚度亦應大于該材料的最小壓實厚度。

3.2 加罩補強設計

路面加罩補強設計以道路設計高程與原地面之間的高差和原路面結構代表彎沉值為控制指標，同時參考原路面破損狀況調(diào)查結果來確定。

（1）對于原有路面結構代表彎沉值不大于25（0.01 mm）的路段，原則上采用銑刨部分原有瀝青層后，加罩瀝青面層的方法。為保證加罩部分瀝青面層與下臥層連接緊密，原瀝青層銑刨的最小厚度應不小于2 cm。原有路面結構加罩補強設計如表1所示。

（2）對于原有路面結構代表彎沉值大于25（0.01 mm）的路段，宜在加罩補強施工過程中根據(jù)現(xiàn)場銑刨翻挖老路后原路面結構半剛性基層的損害情況采用不同的加罩補強方案。若原路面結構半剛性基層板體性尚好，原則上采用銑刨原有路面結構部分瀝青層后，加罩瀝青面層的方法；若原路面結構半剛性基層已松散損壞而無法形成板體，原則上采用銑刨原有路面結構瀝青層和部分半剛性基層后，加罩瀝青面層和水泥穩(wěn)定碎石基層的方法。原有路面結構加罩補強設計如表2所示。

（3）對于原有路面結構代表彎沉值不大于25（0.01 mm），但路面設計標高與原地面標高之差ΔH＞34 cm的路段，可按照表2中加罩補強設計B-1或B-2實施。

4 加罩前原路面結構處理措施

按照上述加罩補強設計要求對原路面結構銑刨至要求的標高，鋪筑加罩補強結構層前，應對原路面進行處理。

表1 原路面結構加罩補強設計（路段代表彎沉值≤25（0.01 mm））

表2 原路面結構加罩補強設計（路段代表彎沉值＞25（0.01 mm））

4.1 原瀝青層的處理

當加罩補強結構層的下臥層為瀝青層時，應參照規(guī)范[2]對銑刨后的瀝青層表面的裂縫、坑槽、松散等損壞修補后，再鋪筑加罩補強結構層。

4.1.1裂縫

（1）瀝青層表面的輕微裂縫，可沿裂縫涂刷少量稠度較低的瀝青。

（2）瀝青層表面的縱向或橫向裂縫，當縫寬在5 mm以內(nèi)時，應清除縫中雜物及塵土；將稠度較低的熱瀝青（縫內(nèi)潮濕時采用乳化瀝青）灌入縫內(nèi)，灌入深度約為縫深的2/3；填入干凈石屑或粗砂，并搗實；將溢出縫外的瀝青及石屑、砂清除。

（3）瀝青層表面的縱向或橫向裂縫，當縫寬在5 mm以上時，應除去已松動的裂縫邊緣；用熱拌瀝青混合料填入縫中，搗實；縫內(nèi)潮濕時應采用乳化瀝青混合料。

（4）瀝青層表面的縱向和橫向裂縫，按照上述方法修補后，宜根據(jù)實際情況在裂縫部位鋪設聚酯玻纖布，聚酯玻纖布的鋪設寬度為1.0 m。

（5）瀝青層表面出現(xiàn)嚴重的網(wǎng)狀裂縫或龜裂時，應將該范圍（橫向?qū)挾炔恍∮?條車道的寬度，縱向長度應較損壞范圍兩端各延伸2 m）瀝青層全部銑刨，檢查原路面半剛性基層是否損壞。若原路面結構半剛性基層已損壞，則應先處治基層，再修復瀝青面層。

4.1.2坑槽

（1）對于瀝青層表面的局部坑槽，當僅面層有坑槽時，應按照“圓洞方補、斜洞正補”的原則，劃出所需修補坑槽的輪廓線；沿所劃輪廓線開鑿至坑底穩(wěn)定部分，其深度不得小于原坑槽的最大深度；清除槽底、槽壁的松動部分及粉塵、雜物，并涂刷粘層瀝青。填入瀝青混合料（在潮濕或低溫季節(jié)，宜采用乳化瀝青拌制的混合料）并整平；用小型壓實機具或手夯將填補好的部分壓（夯）實。

（2）對于瀝青層表面的局部坑槽，當僅面層有坑槽時，也可采用熱補法修補。采用熱修補養(yǎng)護車，將加熱板加熱坑槽處路面，翻松被加熱軟化鋪裝層，噴灑乳化瀝青，加入新的瀝青混合料，然后攪拌攤鋪，壓路機壓實成型。

（3）對于由于半剛性基層局部強度不足使基層破壞而形成的坑槽，應先處治基層，再修復面層。

4.1.3松散

瀝青層表面的局部松散，可參照坑槽的修補方法進行處理。

4.2 半剛性基層的處理

當加罩補強結構層的下臥層為半剛性基層時，應按照下述要求對半剛性基層進行處理后，再鋪筑加罩補強結構層。

（1）基層松散，未結成板體的，必須全部翻挖，并向兩端各延伸5 m。

（2）基層雖板體性較好，但塊狀裂縫成片（邊長小于2 m），或縱橫向裂縫密集，基層應全部翻挖，并向兩端各延伸5 m。

（3）基層橫向裂縫連續(xù)且間距小于10 m的路段，基層應全部翻挖，并向兩端各延伸5 m。

（4）基層翻挖部位，應換填新料。

（5）基層局部出現(xiàn)的不規(guī)則裂縫、橫向開裂、坑槽等病害，修補范圍控制在橫向1條車道寬度，縱向距病害點2m。在裂縫部位，可采用速破瀝青乳液、水泥砂漿或環(huán)氧樹脂灌縫處理；也可在裂縫部位局部開槽（開槽深度為20 cm，開槽寬度為50 cm），然后澆注C15水泥混凝土至銑刨面頂面。在坑槽部位，可采用局部換填新料的方法加以處治。

（6）若修補好的基層上直接鋪筑瀝青面層，在局部修補部位，為防止反射裂縫的產(chǎn)生，在鋪筑瀝青面層之前，宜根據(jù)實際情況在裂縫部位鋪設聚酯玻纖布，聚酯玻纖布的鋪設寬度為1.0 m。

5 新老路面結構拼接設計

高速公路拓寬改造工程中，新老路面結構拼接處易出現(xiàn)以下2種病害：一是由于新老路基不均勻沉降引起的路面拼寬部分整體沉降和拼接處縱向開裂；二是瀝青面層在新老基層拼接處產(chǎn)生反射裂縫。

對于前者，應通過控制路基拼寬部分的工后沉降解決。在該工程中主要采用“預應力管樁復合地基+石灰土路基填筑”的工程措施，有效減小路基拼寬部分的工后沉降，在本文中不作詳細論述。

對于后者，應通過路面結構防反射裂縫措施解決。在該工程中主要采用“逐層結構設置臺階+鋪設聚酯玻纖布”的工程措施，延緩反射裂縫的產(chǎn)生。

當采用加罩補強設計方案A-1～A-5時，應在各結構層逐層設置臺階，并在基層頂面或下面層頂面鋪設一層聚酯玻纖布，拼接部分寬度為1.6 m，如圖2所示；當采用加罩補強設計方案B-1和B-2時，僅設置臺階，不鋪設聚酯玻纖布，拼接部分寬度為0～0.3 m，如圖3所示。

6 結論

（1）G60公路（上海莘松段）已達到其設計年限的末期，結構整體強度衰減是其主要問題。以路段代表彎沉值作為結構強度衰減程度的評價指標和確定加罩補強方案的主要依據(jù)，具有直觀簡便的特點，便于設計取用和施工控制。

圖2 新老路面結構拼接設計（一）

圖3 新老路面結構拼接設計（二）

（2）確定路面結構加罩補強方案時，應綜合考慮老路利用，利于壓實，便于施工，新老路面結構銜接平順等多方面因素。

（3）G60公路（上海莘松段）竣工后運營1年多的實踐證明，新老路面結構拼接處采用“逐層設置臺階+鋪設聚酯玻纖布”的措施，能夠有效延緩或防止半剛性基層反射裂縫的產(chǎn)生。

[1]JTG E40-2008公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程[S].

[2]JTJ 073.2-2001公路瀝青路面養(yǎng)護技術規(guī)范[S].

[3]JTG D50-2006公路瀝青路面設計規(guī)范[S].