高速公路隧道水泥混凝土路面改造方案探討

薛愛新 薛斌峰 楊智敏

(1.寧波交投公路營運管理有限公司,浙江 寧波 315046; 2.浙江公路水運工程監理有限公司,浙江 杭州 310004; 3.云南省玉溪市公路局,云南 玉溪 653100)

1 概述

隧道水泥混凝土路面經過多年的營運后都會出現水泥混凝土面板破碎、斷裂、錯臺等病害，對這些病害的整治或維修由于交通組織困難，施工環境制約因素多(空間受限)等原因，一直都是困擾高速公路養護領域的一個問題[1，2]。筆者從事養護工程管理十多年，也參與過多個隧道路面的改造工程，但并沒有收到滿意的效果，最近幾年通過技術提升，改變原有的傳統思路，采用多種方法的結合，取得了明顯改善，因此在此就高速公路隧道路面改造中的一些思路與同行從業者共同分享及探討。

2 工程實例

浙江沿海地區某高速公路，建成于2000年，晝夜斷面交通流量達40 000多輛，且多為集裝箱車輛，其隧道路面為混凝土結構，隨著使用年限的增加，出現混凝土面板破碎，泛水等病害，并長期無法根除，給行車舒適及安全性帶來嚴重影響，長期被司機及周邊群眾投訴。為改善路面的使用性能并解決路面病害，長期采用開挖破壞水泥混凝土板后使用瀝青碎石回填的辦法，但效果極差，造成人力、物力的浪費。為徹底解決隧道路面的問題，2013年啟動整治工程，本工程對沿線8座隧道進行處置，最長的達到3 000多米，最短的100多米，2013年8月2日開工，8月30日完工，至今已經過去4年，從現場的情況來看，未出現滲水及裂縫，路面基本完好，說明該方案是可行的，現就整治維修方案及施工工藝進行交流探討[3]。

2.1 病害成因分析及整治方案確定

隧道路面作為一個封閉環境受雨水影響較小，但因隧道防排水施工存在缺陷及營運因素等影響，往往幾年后暴露出滲水等病害，同時隧道中央設有縱向排水管，由于多種原因排水并不暢通，在局部地段的累積上升至路面結構層，在行車的反復碾壓下行車動水上升至路面面層，使路面混凝土產生如斷板、破碎、啃邊、錯臺等病害，帶來嚴重的安全隱患。因此，處理此類路面病害關乎成千上萬的車輛安全，社會意義重大。從近10年來多座隧道路面破壞原因分析看，筆者發現，隧道的排水系統不能正常工作是最大的原因，一般如果沒有出現泛水的隧道路面幾乎沒有出現明顯病害，但如果存在路面泛水現象，則路面破損則會加速，甚至發現泛水點后一年內就會出現坑洞連片的情況，如果按照常規進行銑刨重鋪的辦法處理根本就無法進行根治，反而造成反復養護的情況[4-6]。

水泥路面維修一般采用破除碎板塊，重新澆筑水泥混凝土回補的方式，即使采用碎石化水泥路面后加鋪瀝青面層，但由于隧道內采用碎石化設備施工存在極大的安全風險，因此也罕見有這種施工方法；直接加鋪瀝青混凝土面層，雖然方法簡單，施工技術成熟，但直接加鋪會抬高隧道路面高程，減小隧道凈空，且一段時間后由于混凝土板的剛性太強，導致路面裂縫較多，仍存在泛水現象，也無法解決，反而加速混凝土面層的破壞，無法滿足使用及耐久性要求。那么既要解決隧道路面存在的病害，又可以最大程度利用原有路面、采用有效的路面結構形式，從而達到經濟適用的目的來解決問題。

本項目方案設計為水泥混凝土置換破碎混凝土板塊后對水泥混凝土路面進行1 cm精細銑刨，施作一層橡膠應力吸收層后加鋪4 cm SMA-13。開工后發現即使回填水泥混凝土，仍然無法解決地下水上滲的問題，隧道積水依然會上滲至路面。隨后召開多方參與的方案討論會，分析后認為：其滲水主要是隧道排水功能下降，大量滲水聚集在路面下相對較低的位置，行車碾壓下從板縫擠出造成，因此隔水或引水才可以解決這個問題，但引水出隧道顯然工程量過大，無法實現，經多次討論，最終采用了以下方案：開挖破碎混凝土至隧道路面調平層，找到積水位置，等待至水位穩定，標記水面位置，然后回填大粒徑碎石至水面以上5 cm，整平后其上再鋪土工布后澆筑水泥混凝土，混凝土標高略低于原水泥路面，以減少銑刨量。此方案最大的優點是工程量小，讓地下滲水儲存于碎石空隙之間，通過長期緩慢下滲至隧道中央排水溝,保持瀝青路面基底的干燥，從而延長使用壽命。

2.2 處置工藝及質量控制概述

在進行路面處置前先需要對滲入路面結構層的水進行疏導，如果開挖隧道仰拱以上混凝土等結構找到隧道縱向排水管，把滲水處的排水系統完善顯然工程量巨大，同時需要高速公路中斷交通，對于一般正常通行的高速公路都是不可取的，那么如何實現把地下水阻隔在路面結構層與仰拱之間就顯得十分重要。本項目中采用了以下工藝：

1)隔水碎石層。

本工程的成敗就在于隔水層的設置，開挖已經破碎的水泥混凝土面板，并向下開挖已經破碎且浸泡在水里的混凝土調平層，超挖至少10 cm后，用粒徑37.5以上碎石回填，再用小型壓實機械進行碾壓，因不是級配碎石，碾壓平整即可，隨后鋪土工布一層，用于隔斷混凝土與碎石層。

2)回填混凝土。

因采用瀝青碎石回填雖然可以加快施工進度，但瀝青材料抗水損害能力差，所以采用干硬性早強C25混凝土回填，以加快施工速度，一般24 h強度就可達到15 MPa以上，具備施工瀝青面層的條件。

3)精細銑刨技術。

隧道混凝土路面由于長時間的通車，表面光滑、且板縫之間也存在錯臺，因此采用精細銑刨技術對表面進行改造和優化。精細銑刨目的在于獲得一個新的、具有精確紋理的路面，能夠形成具有理想抗滑性能的平整路面(見圖1，圖2)。

4)橡膠應力吸收層。

a.橡膠瀝青。

橡膠瀝青技術要求見表1。

b.集料。

應力吸收層應采用13玄武巖形成的碎石。在條件允許情況下，宜按照集料重量計0.2%～0.3%的瀝青進行預裹附。注意事項：預裹附所選用的集料堆放時間控制在2周以內；裹附溫度在120 ℃以上。

表1 橡膠瀝青技術要求

c.主要施工機械。

涉及到的機械設備主要包括：橡膠瀝青生產設備、橡膠瀝青灑布車、碎石撒布機、輪胎壓路機、灑水車各1臺(套)。

d.橡膠瀝青應力吸收層(AR-SAMI)施工工藝見圖3，圖4。

施工前應進行基層的清掃、吹塵和清洗:第一步，通過拖地工具將基層表面全方位徹底打掃；第二步，拿2臺～3臺鼓風機(需要選用森林除火用途的設備)把浮灰清除(應該按照沿縱向排成斜線方向)，最終目的就是盡可能將基層頂面的集料顆粒能夠部分顯現。

灑布粘層油：通常情況下，應該最少取3種存在差別的橡膠粉含量開展試驗研究，首先，把瀝青的溫度控制在177 ℃～204 ℃范圍，將橡膠粉摻入。隨后進行攪拌至1 h后。最后再依據試驗結果選擇恰當的橡膠粉摻量。橡膠瀝青各項指標應滿足表1技術要求。

進行灑布橡膠瀝青施工工序之前，以下方面值得關注：環境溫度保證在15 ℃以上；下承層需要保持干燥狀態，另外路緣石需要處在好的狀態；最后需要保證風速不會對橡膠瀝青灑布效果產生不利影響。

橡膠瀝青灑布。當選擇預裹附的集料方案時，瀝青的用量可適當減少；起步和終止位置應鋪工程紙，以準確進行橫向銜接，灑布車經過后應及時取走工程紙；縱向銜接應與已灑布部分重疊10 cm左右。

撒鋪碎石：在進行噴灑橡膠瀝青工序之后，必須即刻進行碎石的撒鋪工作。

碾壓：壓實方式需要選擇膠輪壓路機，兩遍碾壓，按照表2進行碾壓(規定時間內必須完成)。

表2 施工時間要求

開始鋪設頂部瀝青混合料之前，需打掃應力吸收層，以保障SAMI層與上面層之間的粘結。

其中應力吸收層的施工必須跟頂部瀝青混凝土連貫實施，期間一般不允許放開交通，如果一定要放開交通，需要滿足一定條件，即必須等SAMI施工完成3 h后才可以，并且車輛速度控制在25 km/h以內。

5)質量管理。

a.在施工期間，需要檢測的項目主要有：橡膠瀝青性質、橡膠瀝青灑布量、集料撒布量、剎車試驗、外觀檢查等。

b.檢驗方法及檢驗標準見表3。

瀝青面層根據各業主的實際需要進行選取，施工方法也為傳統方法，本文不再冗述。

3 結論及注意事項

從本案例來看，隧道路面改造成功的關鍵是對地下水的隔斷和橡膠應力吸收層，如果地下水量較大時，需要考慮在設置碎石隔水層的同時把積水點的水從路側盲溝引出。橡膠應力吸收層所用瀝青為熱瀝青，施工季節盡量選擇在氣溫較高的季節施工，灑布的碎石需要進行拌合樓預拌，在灑布時容易造成灑布困難，需要在施工時注意，如果出現露白現象需要人工及時跟進。