高速公路水泥混凝土路面大修設計研究

羅昌廷（廣西新長江高速公路有限責任公司，廣西　南寧　530028）

?

高速公路水泥混凝土路面大修設計研究

羅昌廷（廣西新長江高速公路有限責任公司，廣西南寧530028）

本文詳細描述了高速公路水泥混凝土路面大修改造工程中的實際問題和難點問題，以廣西興六高速（G80）公路水泥混凝土路面大修改造項目為依托，深入分析和借鑒了國內外目前在水泥混凝土路面大修改造方面的研究內容和成果，提出路面大修改造原則及“白+黑”路面瀝青加鋪層設計技術要求。

水泥混凝土路面；瀝青混凝土路面；路面大修設計；白+黑

1　前言

公路是國民經濟的命脈，由于其特有的優越性和靈活性，發揮著其它運輸方式不可替代的作用。我國從20世紀60年代中期就開始修建水泥混凝土路面，20世紀80年代以來，伴隨我國經濟的快速發展，道路交通的運輸任務不斷的增長，水泥混凝土路面具有擴散荷載能力強、剛度大、穩定性好的優點，在全國迅猛發展。

近年來，隨著社會經濟快速發展，高速公路交通量大幅增加、重型車比例較大以及嚴重的超載現象，路面出現不同程度的結構性損壞或功能性缺陷，路面使用性能逐年下降，車輛運行速度、行車安全性和舒適性也逐年降低。因此，對高速公路水泥混凝土路面大修改造進行研究，并提出大修過程中相關難題及對策，具有重大的現實意義。

2　水泥路面特點及破損原因

2.1路面特點

水泥混凝土路面是以水泥混凝土為主要材料做面層的路面，在行車荷載作用下產生板體作用，它的破壞取決于極限彎拉強度，是典型的剛性路面，由墊層、基層及面層構成，具有強度高、剛度大、穩定性好、使用壽命長、養護費用少等優點，是

3　門式起重機防風安全功能的運用

按照門式起重機防風制動裝置技術規定，在對防風裝置進行改進后，在防風和預防保護功能上得到了提升，門式起重機的安全性也得到了保障。在防風功能運用上主要表現有：緊急防風制動裝置和預防性防風制動裝置。

（1）緊急防風制動裝置

將工作制動和防風制動分開后，在防風制動效果上的到了進一步提升，與此同時，工作制動器可根據實際將工作制動力調小一些，從而增加了門吊操作人員的舒適感，也對起重機晃動造成鋼結構損傷有所減輕。配置雙出軸結構的制動器，結構也相對較為簡單，力矩大小更好調試，方便于日后的維修。

從2013年開始，福建鐵路貨場新造的門式起重機及已經過大修的門式起重機，大車電動機都是雙出軸，工作制動和防風制動是分開的，這樣工作制動力矩可以調小一些，停機時門式起重機不會晃動太大，而防風制動器因有10s左右的延時斷開（通過時間繼電器可調整），防風制動力矩可以調到最大，保證門式起重機停止工作后有較大的制動力矩，防止門式起重機大車運行機構在較大風力時大車輪子在軌道上滾動。另外，工作制動一般配置200型制動器，防風制動一般配置300型制動器，從各個站段使用的效果來看，防風性能達到預期目的。

從2010年開始，福建鐵路貨場新造的門式起重機及已經過大修的門式起重機，在下橫梁兩側面1.3～1.5m位置，增加急停按鈕，這樣下面操作人員可以在大風緊急來臨時第一時間將門吊大車運行機構停止工作，防止門吊被風吹跑。

（2）預防性防風制動裝置目前使用比較多高級路面。而因其投資大、接縫多、不能立即開放交通、后期養護修復困難等缺點，在超載、水患等自然環境及外部因素影響下，水泥混凝土路面容易出現斷板、唧泥、錯臺、沉陷、接縫破損等病害，導致路面使用性能迅速下降、使用壽命大幅縮短。

2.2水泥路面破損原因

水泥混凝土路面破損的發生，主要由設計施工缺陷、養護技術落后、外界因素以及各種因素相互影響而引起。

2.2.1設計施工缺陷

（1）交通量分析及預測不準確、路面厚度偏薄、板塊的平面尺寸劃分不當、混凝土配合比不當等問題，使得水泥混凝土路面存在先天不足；

（2）路基強度不足、損壞變形、排水不暢等施工缺陷都將有可能導致路面病害的產生。

2.2.2養護技術落后

（1）路面傳統養護維修對策較為單一，且養護維修效果不夠理想；

（2）傳統養護維修決策主要是根據路面使用性能現狀結合養護技術人員的工作經驗來確定養護對策，具有一定的主觀性，且考慮的因素相對較少，養護決策的科學化水平和養護

福建鐵路貨場在門式起重機的下橫梁處的兩側都設置防風地錨，在起重機停止作業后，將錨定頭放下落入錨定槽，并檢查電氣聯鎖限位是否斷開。在緊急大風來到之前，還應將防風纜繩鎖定裝置固定牢固，起到綜合防風的作用。

（3）福建鐵路貨場門式起重機的防風主要有：制動器防風，風速測控儀防風，大車下橫梁增加急停按鈕防風，大小車防風地錨，走行線端擋防風，防風纜繩鎖定裝置等綜合防風。經過近幾年的綜合防風改造，福建省內鐵路貨場所有門式起重機都經授住臺風的考驗，沒有發生任何事故。

4　結束語

由于門式起重機的構造簡單，具有裝卸效率高及運營成本低等一系列特點，因此在鐵路貨場有著廣泛的應用，但是關于門式起重機受到風災的原因，防風，防災的研究還需要進一步研究，在防風硬件設施上也需要隨著技術的改進一步步完善，這樣才能保證鐵路運輸正常的發展。

［1］趙村堂，鐵路貨場門式起重機防風安全保障研究與運用［J］.內蒙古，貨物裝卸，2010，05（11）：7.

［2］馬武衛，于鳳軍.門式起重機液壓防風裝置的研制［J］，現代制造技術與設備，2009，05（17）：10.

［3］楊立志.門式起重機制動性能的研究［J］.水利電力機械，1996，05：32.

［4］林 海.鐵路貨場門式起重機防風裝置的計算與研究［J］.上海鐵道科技，2014，1：128.

（3）傳統養護理念仍未得到轉變，仍然停留在事后維修和矯正性養護為主的狀況，預防性養護理念在養護管理工作中并未得到有效的貫徹落實，缺乏完善的預防性養護維修決策體系。

2.2.3外界因素的影響

隨著交通運輸業的發展，大噸位車輛增多，超重車的增加是水泥混凝土路面使用期開裂斷板的重要原因。

通過分析說明水泥混凝土路面破壞形式、破壞的形成機理與破壞原因，為采取相應的修復措施提供理論上可靠的依據。

3　水泥路面大修改造前期調查研究

科學地進行水泥混凝土路面調查與分析，對水泥混凝土路面大修方案的制定與實施，具有重要意義。調查內容簡述如下：

（1）路基調查，搜索公路修建和養護技術資料，采用鉆探、挖探等方法對路面填土進行檢測試驗，摸清路基病害情況；對全線的排水系統的設置、使用狀況、效果、排水溝的完整程度進行調查。

（2）路面調查，主要包括：搜集公路設計和養護技術資料；實地調查路面損壞狀況；利用落錘式彎沉儀和貝克曼梁相結合的方式對路面結構強度進行調查；面層厚度和混凝土強度調查；路面基層使用狀況調查。

（3）橋涵調查，調查橋梁設計規范，重新驗算橋梁荷載等級；對橋梁進行全面檢測，查找橋梁病害發生原因及發展方向；提出橋梁加固方案。

（4）交通工程及沿線設施調查，主要包含波形梁鋼護欄布設情況調查；隔離柵設置情況及破損情況；橋梁防撞墻的設置情況；全線防眩設施設置情況；沿線標志牌的設置位置情況等。

（5）交通量調查，合理布設交通流量觀測點，按分路幅、分車型進行統計，結合歷年交通車流量的統計資料，推算出交通量增長率。

4　路面大修改造原則

4.1基本原則

高速公路大修既不能完全依照新建高速公路的設計思想和方法，也不能按投資成本最低的方法確定優選方案，應根據實際路況調查，采取有效手段和方法，進行路面修復，綜合國內外先進經驗，從實際出發，高速公路路面大修改造設計應遵循以下原則：

（1）確保交通通暢與行車安全，盡可能減小對交通的影響，防止施工車輛干擾正常行車。

（2）盡可能以互通為中心合理規劃施工路段長度，確保每個標段有一個互通，便于材料、施工機械進出，縮短總工期。

（3）制定合理的施工組織計劃、加強管理、加大施工力度、采取速戰速決的方法，在保證質量的前提下盡量縮短大修工期。

（4）大修施工過程中盡可能做到施工精細化，使維修以后不至于在短期內再次破壞、再次大修，應考慮路面的耐久性。

（5）對于路面大修方案應結合原有路面實際情況，保證施工方案切實有效。

4.2設計年限

通過綜合權衡大修工程造價和大修后的養護成本，充分考慮交通量、重車快速增長的影響，延緩路面大中修時機，應總結國內外水泥混凝土路面加鋪改造的工程經驗和教訓，確定路面大修設計基準期即大修設計年限。

4.3常規方案

遵循安全耐久、技術先進、經濟合理、方便施工、利于養護和節約環保的原則，借鑒和吸收國內外大量的水泥混凝土路面大修的成功經驗，在對舊水泥路面進行維修補強的基礎上，進行瀝青結構層加鋪，即采用現行較為普遍及可行的“白+黑”路面改造方案，該方案一般采用在治理好舊水泥混凝土路面開裂、脫空、沉陷、破碎等病害的基礎上，在原路面上鋪設9～ 18cm瀝青混凝土路面結構層；方案的核心除了設定合理的新鋪設瀝青混凝土路面結構層外，對舊路病害進行全面治理也極為重要，主要內容有：舊路補強、橋梁加固和交安設施改造。

4.4交通組織

應實行“單幅封閉、單幅通行”的交通組織，確保高速行車通暢。

5　“白+黑”路面瀝青加鋪層設計技術要求

5.1“白+黑”路面特點

“白+黑”路面，即把舊水泥混凝土路面面層當基層，在上面加鋪瀝青混凝土面層，把白色水泥混凝土路面改為黑色瀝青混凝土路面，該工藝克服了水泥混凝土路面的弊端，又大大節約了成本，這種加鋪瀝青混凝土面層的方法，是一種典型的補強方法，這種形式的路面結構能吸收兩種材料的優點“剛柔相濟”，大大改善了路面的使用性能，然而由于材料的差異及舊路面板接縫與裂縫的存在，會導致反射裂縫的出現。

5.2“白+黑”路面設計技術難題

（1）反射裂縫的防治。反射裂縫是“白+黑”路面的一大技術難題，舊水泥路面的裂縫在溫度和荷載作用下會擴展到瀝青面層產生開裂現象，主要集中在舊水泥路面接縫、裂縫等應力集中路段。反射裂縫的存在會極大地影響瀝青加鋪層的使用壽命，不僅影響行車舒適性，而且容易導致路表水下侵，影響路基的強度與穩定性。

（2）新舊面層的粘結。瀝青混凝土加鋪面層與舊水泥混凝土基層作為兩種不同的材料與結構組合在一起，由于彈性模量不同，在荷載及溫度應力作用下，易導致瀝青面層出現推移、壅包等病害，從而縮短路面使用壽命。

5.3“白+黑”路面瀝青加鋪層設計

舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青面層的厚度設計應依據舊路面結構承載能力和當地經濟水平，合理選用加鋪層結構方案。瀝青加鋪層的厚度，主要應考慮防止加鋪層反射裂縫問題，瀝青加鋪層太薄，極易產生反射裂縫，加鋪層太厚，造價又會太高，經濟上難以承受，所以加鋪層應該有一個較合理的厚度，根據國內外經驗，加鋪層的合理厚度范圍為9～18cm。

目前常規瀝青加鋪層分為上、中、下三層，即磨耗層、調平層、應力吸收層：

（1）應力吸收層，在舊水泥層面和加鋪層之間設置的夾層，是以推遲反射裂縫的發生時間為主要目的而設置的一層特殊的瀝青混合料，它在延緩或抑制舊水泥混凝土路面的反射裂縫方面具有優越性，具有高溫穩定、低溫抗裂、抗水害等路用性能。通過對誘發反射裂縫的主要原因進行具體分析，選擇適宜的夾層類型。

（2）調平層，可供恢復路拱橫坡和路面平整度。

（3）磨耗層，一般采用骨架密實結構的瀝青瑪蹄脂混合料（SMA），可有效改善行車條件，防止行車對路面的磨損，延長路面的使用周期。

除此之外，為加強瀝青加鋪層之間，瀝青加鋪層與舊水泥混凝土面層或構造物之間的粘結，應選用合適的粘層材料及合理的鋪灑量和正確的施工工藝，使得粘層的抗剪強度滿足要求。

6　結束語

舊水泥混凝土路面的瀝青加鋪層設計，不僅僅涉及到舊路面的損壞狀況、結構狀況、環境因素、交通狀況，而且還需要合適的力學分析模型、正確的材料參數、有效的防反措施等，內容廣泛、復雜多變，雖然國內外的工程研究積累了大量豐富的理論和實踐經驗，但仍有許多課題需要進一步的分析研究。

羅昌廷（1980-），男，廣西南寧，人，工程師，本科，主要從事高速公路養護管理工作。

U418.6

A

2095-2066（2016）19-0220-02

2016-6-20資金使用效率相對較低；

2016-6-20