國道324線漳浦路段路面“白改黑”改造工程設計方案分析

■吳建軍

（漳州通正勘測設計院有限公司，漳州 363000）

0 引言

“白改黑”是指在舊水泥混凝土路面板上加鋪較厚的（通常大于18cm）瀝青面層的加鋪方式。本文以國道324線漳浦路段路面改建工程為對象，從建設養(yǎng)護情況調(diào)查、外觀病害調(diào)查、結構情況檢測、交通荷載調(diào)查預測、路段環(huán)境條件調(diào)查、結構病害分析、處治方案、路面結構方案等方面介紹在舊水泥混凝土路面上直接加鋪瀝青路面的設計思路和方法，為今后同類工程提供參考及借鑒。

1 工程概況

國道324線漳浦路段路面“白改黑”改造工程（K351+004～K391+700），項目起點K351+004位于長橋鎮(zhèn)三古，途經(jīng)長橋鎮(zhèn)、漳浦城關、大南坂、盤陀鎮(zhèn)，終點K391+700位于與云霄縣交界處的盤陀嶺隧道，路線全長40.696km。二級公路，設計時速60km/h，路基寬度23m，雙向四車道，路面設計軸載BZZ-100，路面為水泥混凝土路面，其結構為：24cm厚水泥砼面層+15cm厚5%水泥穩(wěn)定碎石基層+舊水泥混凝土路面擊碎。項目通車至今運營已有9年，舊水泥混凝土板已出現(xiàn)裂縫、斷板、錯臺等病害，無法滿足路面使用性能。

2 舊路調(diào)查

為了解舊路面的病害，對沿線水泥混凝土板塊的病害類型及程度進行詳細調(diào)查，并逐板繪制病害及其分布圖；同時對舊路面彎沉進行檢測，調(diào)查項目范圍內(nèi)交通量及軸載等。

2.1 舊路面狀況評定

2.1.1 路面狀況指數(shù)PCI評定

根據(jù)對舊水泥路面板塊的病害統(tǒng)計，各類病害占總板塊數(shù)比例為40.5%，主要病害類型如下：

（1）裂縫類——縱向、橫向、斜向裂縫/交叉裂縫/破碎板/板角斷裂等：35.00%；

（2）變形類——錯臺/沉陷/拱起等：1.00%；

（3）接縫類——接縫破碎/修補損壞等：1.30%；

（4）松散類——起皮/坑洞/脫空等：3.20%。

路面狀況指數(shù)PCI=56.60%，路面破損狀況評定等級為“中”。

2.1.2 路面斷板率DBL評定

通過對道路沿線舊路面板斷板數(shù)的統(tǒng)計，評定舊路面斷板率DBL，其結果見下表1。

表1 設計路段路面斷板率評價匯總表

現(xiàn)場調(diào)查結果顯示，路面斷板率從優(yōu)至差依次為：左側內(nèi)車道、右側內(nèi)車道、左側外車道、右側外車道。內(nèi)車道比外車道斷板率少，這與內(nèi)車道多為小車通行，外車道多為重貨車的實際分布情況一致。

根據(jù)路面狀況指數(shù)PCI=56.60%及斷板率DBL=18%，評定路面破損狀況等級為“次”。

2.1.3 舊路面彎沉檢測

為了解路段路面板底脫空狀況，選取部分有代表性路段，采用貝克曼梁進行彎沉檢測。檢測結果見表2。

從表2中可看出，水泥混凝土板塊最小彎沉值為0.11mm，最大彎沉值0.72mm，主點彎沉平均值為0.101～0.282mm，差異彎沉為 0.169～0.592mm。

2.2 交通荷載調(diào)查及交通量預測

為調(diào)查本項目路段范圍內(nèi)具體交通量及軸載，采用無線便攜式汽車稱重系統(tǒng)，進行為期3天的車輛軸載試驗及交通量觀測。

表2 彎沉脫空檢測一覽表

2.2.1 軸載換算

根據(jù)現(xiàn)場車輛軸載檢測數(shù)據(jù) （現(xiàn)場軸載檢測僅測單向車道），設計路段車輛軸載換算計算見下表3。

表3 車輛軸載換算計算表

2.2.2 車型比例

根據(jù)本項目基年交通量的車型構成分析及未來的客貨車出行量，以及各車型發(fā)展趨勢，確定擬改造公路車型構成，見下表4。

表4 車型比例表

從上表得出，受小客型車輛需求快速增長的影響，中小貨車型比例較高，大貨及拖掛車比例適中，但荷載較重。

2.2.3 計算軸載累計作用次數(shù)

根據(jù)公式：計算得出設計使用年限內(nèi)累計作用次數(shù)為：1.612×107次，路面交通荷載屬重交通荷載等級。

2.3 路面病害原因分析

本項目舊水泥混凝土路面病害中縱向、橫向、角隅裂縫、交叉裂縫及斷裂板主要分布在行車道上，特別是外車道，硬路肩病害最少，許多超載車輛在外車道上行駛，內(nèi)車道相對較少，硬路肩幾乎沒有機動車輛行駛，這與病害的分布位置相一致。路面病害產(chǎn)生原因除受超重超載車輛影響外，還與路面排水是否通暢、地區(qū)降水強度和舊路基強度等有較大的關系。

2.4 “白改黑”路面性能剖析

基于對漳州市多條“白改黑”路面調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)水泥混凝土板加鋪瀝青路面病害主要有反射裂縫、推移、車轍、沉陷、網(wǎng)裂等。出現(xiàn)病害的因素主要有：車輛重載、舊水泥混凝土板病害處治效果、路面加鋪結構及材料、區(qū)域氣候等。其中舊水泥混凝土板病害處治效果、加鋪層的厚度不足是加鋪結構病害的重要原因。

加鋪的瀝青面層反射裂縫主要是在反復車輛荷載作用下舊水泥混凝土路面原有裂縫處產(chǎn)生應力集中，導致瀝青層產(chǎn)生裂縫。因此為減少反射裂縫的產(chǎn)生，應重點關注：（1）對道路舊水泥混凝土面板的病害綜合處理；（2）因地制宜地設置瀝青路面加鋪結構和材料；（3）重視界面防水粘結層性能及作用。

3 加鋪瀝青砼路面結構設計

3.1 路面方案比選

根據(jù)舊路面狀況評定結果，且從投資、工期、交通影響等諸多方面的綜合考慮，確定本項目采用加鋪瀝青混凝土面層，而加鋪方案的選用主要考慮舊路面水泥砼板的不同利用方式來選擇，擬定以下三種加鋪比選方案見圖1。

方案一和方案二屬于“白改黑”，方案三為“白加黑”，三種方案的優(yōu)缺點比較見表5。

經(jīng)舊路調(diào)查、檢測及舊水泥混凝土路面結構參數(shù)調(diào)查評定，結合《公路技術狀況評定標準》對本路段路面調(diào)查結果總體評定為“次”以上，可采用打裂壓穩(wěn)舊水泥混凝土路面后加鋪瀝青面層的設計方案。

圖1 三種路面加鋪方案

表5 三種路面加鋪方案優(yōu)缺點比較表

3.2 路面結構設計

3.2.1 加鋪瀝青面層厚度的計算

根據(jù)軸載試驗及交通量的預測，計算得出的軸載累計作用次數(shù)為：1.612×107次，為重交通荷載等級。采用東南大學HDPS公路路面計算程序進行計算，確定加鋪瀝青面層的厚度。

設計參數(shù)取值如表6。

表6 路面設計參數(shù)表

根據(jù)計算，得出計算結果見表7。

表7 路面設計計算結果表

3.2.2 瀝青混凝土面層結構

3.2.2 .1 路面抗滑表層

瀝青瑪蹄脂碎石混合料是當前公認的一種抗變形能力強，耐久性較好的瀝青混合料，且具有較好的密水、抗車轍、抗滑、耐久、抗裂性能。改性SMA-13及改性AC-13C瀝青混合料的性能對比見表8。

經(jīng)綜合對比，本項目抗滑表層采用4.0cm厚SBS改性SMA-13瀝青瑪蹄脂碎石結構。

表8 表面層性能對比表

3.2.2 .2 中面層

中面層大多采用4～10cm的中粒式連續(xù)級配組成的瀝青混凝土。根據(jù)《福建省普通公路精細化設計指南》及工程實際情況，本項目中面層選用6.0cm厚中粒式改性瀝青混凝土（AC-20C）。

3.2.2 .3 下面層

從延緩舊水泥混凝土路面的反射裂縫，并且防止公路水損害和經(jīng)濟效益角度考慮，下面層大多采用粗粒式連續(xù)級配組成的瀝青穩(wěn)定碎石。根據(jù)本工程實際情況，本項目下面層選用8cm厚密級配瀝青穩(wěn)定碎石層ATB-25。

經(jīng)過上述分析計算，確定本項目加鋪瀝青的結構層為：8cm厚瀝青穩(wěn)定碎石下面層ATB-25+6.0cm厚SBS改性瀝青AC-20C中面層+4.0cm厚SBS改性SMA-13上面層，每平方米造價約200元。

3.3 舊水泥路面綜合處理

根據(jù)調(diào)查的舊路路基情況、路面結構、路面狀況，及檢測的彎沉報告，舊路路基路面的主要病害為路基沉陷、面板破碎板、板底脫空、斷板、裂縫。針對病害在加鋪瀝青路面前，應采用下列處理措施：

（1）路基沉陷路段，應進行注漿處理或其他加固措施，提高地基承載力。

（2）破碎板采用置換板塊，若基層損壞部分應予清除，用素混凝土將路面基層補強；若開挖后發(fā)現(xiàn)原路基出現(xiàn)彈簧現(xiàn)象，應進行路基換填處理。

（3）對舊水泥砼路面采用打裂壓穩(wěn)，使板塊相互間緊密嵌鎖，提高舊混凝土板塊的整體性，消除板下脫空，使其與基層緊密貼在一起成為更加穩(wěn)固的支撐，減小豎向變形和差異沉降。舊水泥路面的打裂程度應使板塊開裂塊度不超過0.4m2。

4 改造后路面性能指標

路面的使用性能是反映路面能否持續(xù)為行駛車輛提供安全、舒適、經(jīng)濟的服務水平的特性。本項目交工前進行了相關路面性能指標的檢測驗收，其結果見表9。

從上表可知，各驗收指標值都符合規(guī)范或設計要求，加鋪后路表彎沉值均不超過0.22mm，平均彎沉值為0.13mm，說明加鋪后路面承載力較高，結構層整體性好，滿足遠景交通量要求；路面平整度不超過1.0mm，平均值為0.89mm，說明加鋪后瀝青路面行車舒適性較好；路面構造深度均大于0.55mm，平均值為0.63mm，說明加鋪后瀝青路面抗滑性能較好，行車安全性較高。通過以上實測路面性能指標，說明本設計方案是可行的，達到了預期“白改黑”的效果。

表9 路面性能指標

5 結語

本文結合國道324線漳浦段路面改造工程，全面介紹在舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青層的設計過程。通過對舊水泥混凝土路面進行病害調(diào)查、彎沉檢測、現(xiàn)場軸載試驗、交通量預測、方案比選，確定加鋪瀝青路面的厚度及結構組成。國道324線漳浦段舊水泥路面通過加鋪改造（“白改黑”），現(xiàn)通車已兩年多，其運行狀況良好，舒適、安全路面無反射裂縫出現(xiàn)，得到社會的一致好評。水泥混凝土路面加鋪在具體道路設計和施工過程中，影響因素很多，應根據(jù)實測資料，詳細分析原有道路病害狀況及損壞程度，制定滿足道路功能需求的加鋪改造設計方案。根據(jù)項目經(jīng)驗，得出以下結論：

（1）在“白改黑”前應對沿線各板塊進行病害調(diào)查、彎沉檢測，了解舊路病害類型和程度，為合理有效對舊水泥混凝土板的處治方式提供依據(jù)。

（2）在“白改黑”前須對現(xiàn)狀道路的交通量、車型比例及軸載進行調(diào)查，了解現(xiàn)狀道路負荷程度，為路面結構層及材料設計提供基礎數(shù)據(jù)。

（3）“白改黑”路面充分地利用舊路面強度，具有節(jié)省投資、減少對環(huán)境破壞污染、縮短對改建道路的施工時間、對交通環(huán)境的干擾影響小，瀝青面層平整度好，維修簡單，大大改善路面使用性能，是對舊水泥混凝土路面進行改造行之有效的方法。

[1]JTG D40-2011，公路水泥混凝土路面設計規(guī)范[S].

[2]JTG D50-2017，公路瀝青路面設計規(guī)范[S].

[3]吳毅勇.“白改黑”項目中的舊水泥砼板處理方案研析.工程技術研究，2017.

[4]胡昌斌，劉發(fā)水.南方地區(qū)公路水泥混凝土路面加鋪改建技術.