加寬改造公路瀝青路面防治反射裂縫技術探討

陸軍

（通道侗族自治縣公路管理局，湖南懷化 418500）

加寬改造公路瀝青路面防治反射裂縫技術探討

陸軍

（通道侗族自治縣公路管理局，湖南懷化 418500）

路基填筑土體不穩定，發生不均勻沉降是造成瀝青路面反射裂縫的主要原因。文中以張青公路（張家界飛機場—武陵源黃龍洞）改造項目為例，選用具有代表性的路基加寬結合部斷面，通過相關試驗，分析了試驗位置處路基填土性質，提出了預防和治理反射裂縫的施工技術。

公路；路基加寬；瀝青路面；反射裂縫

加寬路基瀝青路面的反射裂縫不僅會大大降低公路的使用性能，使車輛行駛舒適度下降，還會因路表水的下滲而極大地降低其耐久性。在車輛荷載的反復作用及周圍環境的影響下，裂縫會逐漸向周圍蔓延，導致面層的耐久性降低，進而縮短其使用年限。開裂是瀝青路面最常見病害，主要有荷載型及非荷載型兩類，前者主要是車輛行駛作用下造成的疲勞裂縫，后者主要是溫度變化導致的裂縫。還有一些裂縫是由于路基穩定性較差產生的變形，在壓力作用下反射至面層，即反射裂縫。導致路基穩定性較差的主要因素是排水不及時及建筑材料不勻稱等，尤其是路基加寬時特別容易在新舊路基交接處產生縱向裂縫。

1 工程概況

張清（張家界飛機場—武陵源黃龍洞）公路改造工程總體呈南北走向，南起子午西路與張清公路交叉口以北300 m，接正在設計的武陵立交，向北沿既有張清公路改建，經大庸橋社區、吉首大學張家界學院、沙堤鄉高橋、朱家峪、吳家邊、郝平，止于沙堤鄉X018與張清公路交叉口，全長9.498km。

1.1主要技術標準

張清公路改造工程主要技術標準如下：道路等級為城市主干路；設計速度，主路60km/h，輔路30km/h；路幅寬度，標準路幅寬度60 m，高架橋寬度16.5 m；路面寬度，主路2×11.5 m，輔路2×7.5 m；車道寬度3.50 m；為瀝青砼路面，設計年限15年；荷載標準，路面設計荷載為BZZ-100，橋梁設計荷載為城-A級；設計洪水頻率，路基為1/100，橋梁為1/100，涵洞為1/50；凈空高度，機動車道≥5.0 m，人行道≥2.5 m。

1.2氣象和水文條件

受地形、地貌影響，境內氣候復雜多變，干旱、洪澇、大風等自然災害較頻繁。項目區屬中亞熱帶濕潤氣候，雨量充沛，光熱充足，四季分明。

1.3地形地貌

線路所經地帶以剝蝕性低丘陵地貌為主，其中K1+300—900段屬河流沖積階地貌，自然坡角一般為15°～40°，植被覆蓋茂盛，山體形態渾圓。

1.4工程地質條件

（1）第四系全新統（Q4）。1）填筑土①。褐黃色；稍濕，松散～稍密狀；主要以黏土、強風化頁巖碎屑等組成；主要分布在原張清公路沿線及兩側。2）粉質黏土②。灰黃色；以可塑狀為主，土質較均勻；線路沿線均有分布。3）圓礫②。灰黃色；以砂巖、頁巖為主；主要分布在河溪兩側。4）卵石②。灰黃色；濕；以砂巖、頁巖為主；分布在河溪階地。

（2）第四系晚更新統（Q3）。1）粉質黏土③。褐黃色；含卵石圓礫10%～20%；主要分布在山丘上部；層厚一般為0.6～11.0 m。2）卵石③。灰黃色；稍濕；以砂巖為主，含量50%～60%；主要分布在山丘上部；屬Ⅲ級硬土。

（3）志留系中統羅惹坪群（S21r）。1）強風化頁巖④。灰黃色；巖質軟，巖塊手可折斷；層厚一般為0.2～10.6 m。2）中風化頁巖④。深灰色；巖質較硬，薄層狀構造；層厚一般為0.9～20.6 m；屬Ⅴ級次堅石。

（4）路線所在區域位于合作橋-大庸背斜的北西翼，背斜核部華夏系北東向壓扭性斷層發育，斷層傾向北西，傾角55°～75°。該組斷裂構造被一組北西向平移斷層錯斷，錯距50～100 m。背斜核部出露地層主要為奧陶系灰巖、瘤狀灰巖和寒武系碎裂灰巖，西翼地層為志留系砂頁巖、泥灰巖和白堊系紅砂巖等。

2 試驗路段的代表性斷面路基土試驗

2.1新舊路基結合部位土質勘察及試驗

根據項目實際情況，選取K2+150及K2+900兩斷面進行實施地質狀況勘察及試驗。各斷面相繼設置3個勘探孔，分別位于新填筑路基外側坡腳、原路基外側坡腳、原路面外側路肩以下位置。土質勘察結果如下：

（1）K2+150斷面。舊路堤填筑土上部主要由砂石構成，下方有一層較薄的黏性土；地基上方為黃色、濕、可塑狀態亞黏土，下層和上層基本相同，但其含水量相對較高。

（2）K2+900斷面。舊路堤填筑土上部主要為砂石，下方有一層較薄的黏性土；地基為粉質黏土，灰黃色，以可塑狀為主，土質較均勻，厚度為3 m。

2.2填筑土壓實度與彈性模量的關系

通過室內試驗分析填土彈性模量與壓實標準之間的關系，試驗結果見圖1。

圖1　路基填土彈性模量隨壓實度的變化曲線

從圖1可以看出：加寬路基填土的彈性模量與填土壓實度成正比關系，當壓實度增大時，路基的承載能力也逐漸增大。彈性模量隨填土壓實度變化的趨勢并不均勻，壓實度為90%～98%時，彈性模量的上升幅度較大；而壓實度大于98%時，彈性模量的上升幅度逐漸趨于穩定。

2.3試驗路段路基土的壓縮試驗

對路基填土進行單向壓縮試驗，試驗結果見圖2和圖3。

從圖2、圖3可以看出：1）壓縮系數的動態變化與荷載數值所處區間存在很大的相關性。當荷載大于800 k Pa，填筑土體壓實度分別為90%、93%、95%時，填土壓縮系數-荷載曲線往平行方向發展，說明填筑土體壓縮系數趨于穩定，填筑土體壓實度達到90%～95%時加寬路基的土體強度及穩定性可以滿足承載需求。2）當土體所處荷載為300 k Pa時，壓縮系數逐漸趨于穩定；95%壓實度的土體，在荷載為500～800 k Pa時壓縮系數變化不大；97%壓實度的土體壓縮系數變化最小；最佳壓實度（95%～97%）的土體可適應應力的要求。

圖2　路基填土孔隙比與荷載的關系

3 加寬改建公路路基施工工藝

加寬改建公路的新舊路基結合部位容易出現變形、裂縫等病害，沉降控制是張青公路的主要路基處理措施。為確保路基的穩定性，主要采用強夯、沖擊夯、挖大臺階及碎石樁等技術措施對路基進行處理，避免出現過大變形；為了控制路基沉降，防止產生裂縫，對新舊路基結合部位的路床頂面采取增設鋼塑土工格柵的方法（見圖4）。需注意的是，鋼塑格柵的鋪筑位置并不是一成不變的，需根據施工現場實際情況進行調整。

圖4　新舊路基結合部位的處理（單位：cm）

3.1新舊路基結合部位挖臺階施工技術要點

為了確保路基不產生較大側向變形，將舊路基表土、腐殖土及松散層清除干凈，并采用挖臺階的方法增強新舊路基結合部位的穩定性。

（1）若舊路基的高度小于2 m，則將舊路基邊坡全部挖除；若舊路基的填方過大，則先將舊路基的邊坡削坡30 cm，再對路基邊坡進行臺階開挖。正常情況下，每級臺階的高度為80～1 m，寬度為1～1.5 m，可根據實際情況進行適當調整。

（2）開挖的臺階必須整齊，結合人工整形與機械整形對臺階進行處理，使盲區得到更好的碾壓。

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（3）開挖臺階前對需加寬范圍結合部位的基底進行清理，開挖后進行土方施工檢測，不合格的土料不允許進入施工場地。

（4）臺階應具有一定的坡度，向內側傾斜角度＞3%。施工中加強臨時排水設施，避免路基填筑土受到雨水浸泡。

3.2新舊路基結合部增設土工格柵施工技術要點

（1）加強工程地質勘察，對原地面提出明確的壓實度和地基承載力要求。將土工格柵拉直平順，緊貼下承層鋪設。若加寬部位地基強度較低，則鋪設2層土工格柵。

（2）土工格柵之間的連接應牢固，疊合長度不小于50 cm；土層表面應平整，距土工格柵8 cm以內的路堤填料應嚴格選取，最大粒徑不得大于6 cm，并控制填料質量。

（3）土工格柵鋪好后及時在其上填土，以免土工格柵受到陽光長時間暴曬。注意不得因填土移動土工格柵。

（5）鋪設土工格柵的關鍵是保證連續性，避免產生扭曲、褶皺、重疊，要特別注意避免過量拉伸，以防超過其抗拉強度和變形極限而發生破壞和撕裂。

（6）嚴禁碾壓及運輸設備等直接在土工合成材料上行走。填料分層攤鋪，分層碾壓，然后在其上采用倒卸法施工上層路基填料。土工格柵鋪設完成后進行第一層土料填筑時，應采用輕型推土機平土，并注意推土機下鏟的角度。施工車輛及其他設備不允許在填料上掉頭，以免碾壞土工格柵。

3.3新舊路基結合部強夯施工技術要點

為確保新舊路基交接部位的穩定性，在交接位置及壓實度不足的部位進一步實施夯實處理。采取點夯法對新舊路基交接位置實施強夯處理。其施工技術要點：

（1）實施強夯前仔細檢查錘的性能及落距，保障其夯擊能滿足設計要求。由于強夯的許多參數還是經驗性的，應通過試驗確定技術參數，可根據最大孔隙水壓力增量與夯擊次數確定最佳夯擊能，夯擊能推薦值為1 500～2 000 k N/m，夯錘重20 t，落距7.5～10 m。

（2）由于新舊路基縱向結合處較集中，為了使路基夯擊后新舊路基沉降較均勻，夯點在結合處以梅花形布置，點距、行距均為0.5 m（夯錘直徑2 m）。在實施強夯前再一次復核夯點放線，根據錘的規格用白灰標注夯點位置，保證夯錘與夯點中心距離誤差小于15 cm。

（3）強夯完成后及時查看夯坑位置，查出漏夯或偏差并予以糾正；因坑底不平致使夯錘不正時，應將其填平后再夯實。

（4）若回填土濕度較大，將其風干后再夯實，防止出現“橡皮土”現象。

（5）夯點的夯擊次數根據地基土的性質及施工部位的特點，由夯擊后的路基沉降量確定，沉降量小于30mm、夯坑周圍沒有過大隆起、夯擊坑深度均勻時可停止夯擊。該工程實際每夯擊點夯擊次數為6次。

4 運營后試驗路段調查及觀測

分別于2014、2015年對試驗路段病害及代表性斷面的強度等情況實施調查和觀測。

（1）病害情況。路況總體很好，病害以橫縫為主。這主要和湖南省的自然環境因素有關，這里一年四季氣溫均在零度以上，加上夏季時間長、溫度高、降雨多等特點，原本溫度較高的瀝青路面經雨水沖洗后溫度驟然降低，在較高溫差的反復作用下，公路面層出現溫度疲勞裂縫。全線只在K4+900處產生了長約50 m的縱向裂縫，充分說明其路基穩定性很好，防治反射裂縫技術非常到位。該裂縫可能是由施工原因所致。

（2）強度。選取具有代表性的橫斷面，分別為K4+900、K3+800、K2+700、K1+900、K0+900、K0+020，在每個斷面上距離0.5 m依次選取16個點測量豎向相對強度，結果見圖5。從圖5來看，加寬的新路面強度均較高，其整體結構強度優于舊路。舊路（4.1～7.6 m）的強度較平穩，相對模量多數為4～8 k Pa。新路基的相對模量較平緩，各斷面走向基本相同，但數據有一定差別，從高至低依次為K0+ 900、K2+700、K3+800、K0+020、K1+900、K4+ 900。新舊路基交接處的相對強度和兩邊比較并不存在明顯差別，總體來看和新路較為接近，比舊路強度稍高。但K4+900斷面處的相對強度出現了較大變化，其新舊交接部位的強度較低，這可能是該處產生裂縫的原因。

（3）平整度。用3 m直尺分別對上述6個橫斷面進行高差測試，結果見表1。總體來看，路面產生的相對高差較小，大多數高差為1mm，最大為3.2mm。斷面高差較大處為硬路肩及路緣石位置。而在新舊路基結合處（3.6～4.6 m），舊路的一側產生了較小的高差，這在一定程度上表明產生了沉降。K4+900斷面產生的裂縫位于4.2 m處，為新舊路基結合處。

圖5　檢測斷面的相對回彈模量

表1　檢測斷面的高差

5 結語

張青公路改造項目針對新舊路基結合部位采取舊路基挖臺階增強結合處穩定性、實施強夯提高土體壓實度、增設鋼塑土工格柵控制路基沉降等防治反射裂縫技術，平整度、路面狀況、相對強度調查結果顯示該公路運營2年多來，新舊路基結合處沒有產生明顯的縱向裂縫，路基穩定性高。

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