高速公路隧道水泥混凝土路面加鋪瀝青面層施工技術探討

潘謙啟

摘要：2010年以前廣西建成通車的高速公路隧道絕大多數為水泥混凝土路面，路面結構的磨耗與損壞隨著車流量和開通年限的增長而越來越嚴重，路面抗滑性能逐漸衰減，已無法滿足高速公路運營舒適性與安全性的要求。文章結合平樂至鐘山高速公路木沖隧道加鋪瀝青面層實例，從隧道原路面檢測、原路面病害處治、施工前準備工作、施工過程控制和處治后路用性能評價五個方面，探討了隧道加鋪瀝青面層施工技術和路面抗滑性能的改善措施。

關鍵詞：高速公路隧道;水泥混凝土路面;加鋪瀝青面層;抗滑處治;施工技術

中圖分類號：U459.2A311115

0 引言

早期的高速公路隧道路面大部分為水泥混凝土路面，水泥混凝土路面具有強度高、耐久性好、水穩定性好、防火安全等特點。水泥混凝土路面抗滑構造由以下兩方面構造組成：（1）由水泥砂漿形成的微觀構造;（2）通過表面刻槽形成的宏觀構造[1]。已建隧道水泥混凝土路面參照水泥混凝土路面結構設計方法和施工工藝，忽略了隧道內部環境的影響以及隧道水泥混凝土路面對結構、材料等方面的特殊要求，在車輛荷載作用下，抗滑構造逐漸磨耗，表面變得光滑。同時，隧道路面在車輛尾氣附著形成的油污和空氣中的粉塵的混合而成的作用下，路面抗滑性能明顯減弱[2]。路面抗滑性能迅速衰減、行駛車輛溜滑、交通事故頻發已然成為隧道水泥混凝土路面突出的問題和難題。因此，針對隧道路面進行抗滑處治，提升路面抗滑性能勢在必行。本文主要結合高速公路隧道水泥混凝土路面加鋪瀝青面層施工，實例探討隧道水泥混凝土路面加鋪瀝青面層施工關鍵技術及路面抗滑性能的改善措施。

1 高速公路隧道水泥混凝土路面加鋪瀝青面層施工技術

受到隧道內封閉潮濕的環境、汽車尾氣形成的油污以及水泥混凝土自身的固有性能這三大因素的影響，必然會導致路面抗滑性能衰減。廣西位于高溫多雨區域，高速公路隧道交通荷載重，實施常規的拋丸、刻槽、精銑刨、微表處等處治措施，雖然短期內對高速公路隧道抗滑性能提升較為明顯，但其耐久性僅為一到兩年。結合國內隧道水泥路面抗滑處治的實例，并經過長期實踐不難得知，隧道水泥路面加鋪瀝青面層優勢明顯，既能有效提高隧道內路面抗滑性能，又能確保抗滑構造耐久性，本文主要從五個方面探討隧道路面加鋪瀝青面層的施工技術。

1.1 隧道原路面檢測技術

檢測指標包含原路面結構層參數和路面技術狀況調查。結構層參數檢測需對原路面進行鉆芯取樣，檢測其彎拉彈性模量、劈裂強度、彎拉強度指標;路面技術狀況調查包含抗滑性能、平整度、路面破損情況;原路面檢測及調查主要是對路面進行全面評價，為后期施工提供原始數據，控制關鍵點，為科學合理地制定方案奠定基礎。

1.2 隧道原路面病害處治技術

隧道水泥混凝土路面加鋪瀝青面層關鍵是要做好下臥層的病害處治，否則極易出現因下臥層病害反射到瀝青混凝土面層造成的損壞。原水泥混凝土路面病害處治原則為：采用落錘式彎沉儀（FWD）對隧道內所有車道進行逐板檢測，板塊單點彎沉控制指標（單位0.01 mm）：

（1）單點實測彎沉值Lr≤14，不予處理。

（2）脫空注漿：單點實測彎沉值14

（3）破碎板更換：單點實測彎沉值Lr>40，整板破碎，處理基層，新澆混凝土板塊[3]。

（4）表面裂縫封閉：進行擴縫處理，清理裂縫后用聚氨酯密封膠對路面裂縫進行修補封閉，敷設抗裂貼延緩反射裂縫。

1.3 水泥路面與瀝青層結合技術

隧道原水泥路面加鋪瀝青面層，其粘結是否牢固、可靠和防水，直接關系到加鋪后是否出現結合面滑移、瀝青面層脫落等問題。水泥路面與瀝青層結合的施工方法有以下兩種：

（1）通過銑刨增加原水泥路面的粗糙程度。

（2）采用性能優異、粘結力強的材料作為粘結層。

為確保層間粘結良好，必須保證原路面的病害均得到處治，并對原路面進行吹掃和清洗，確保粘結層的施工達到預期效果。

1.4 反射裂縫延緩技術

隧道水泥路面加鋪瀝青面層中面臨最大的問題就是如何延緩反射裂縫。必須采取有效的措施，降低瀝青面層剪應力，延緩反射裂縫，常見的做法有以下幾種：

（1）選用具有良好的路用性能、具有較大的內摩擦角和粘聚力的瀝青層，并通過增加厚度和優化瀝青混合料級配的方法來保證瀝青路面的耐久性及抗開裂的性能。

（2）在界面設置吸收應力的材料，如設置土工格柵、土工織物、SAMI、聚酯玻纖布或在瀝青混合料中摻加聚酯纖維等進行延緩反射裂縫[4]。

（3）設置應力吸收層，通過應力吸收層來吸收原路面裂縫反射上來的應力，延緩下臥層的反射裂縫。

1.5 交通組織技術

對于運營高速公路隧道加鋪瀝青面層而言，交通組織設計尤為重要，運營高速公路施工要最大限度地減少對現行交通的影響，盡量不中斷交通。交通組織方案要確保安全性、高效性，隧道內路面結構有其特殊性，洞內無應急車道，既要盡量減少施工對現行交通的影響，也要保證施工質量和進度，通常有三種交通組織方案：

（1）封閉單洞施工，另一單洞雙向連續通行。

（2）封閉單洞施工，另一單洞間歇性放行。

（3）封閉單洞施工，該方向車流遠端繞行，另一單洞正常通行。

2 實例分析

2.1 工程概況

木沖隧道位于平樂至鐘山高速公路（G65、G78），雙向四車道，其中隧道右線長3 695 m，左線長3 670 m，于2006年12月28日建成通車。運營13年以來，隧道水泥混凝土路面強度高，破損少，2013年以來采取過常規的拋丸、刻槽、精銑刨等處治措施，短期內對SRI值的提升較為明顯，但其耐久性和使用壽命較短，僅為一到兩年。由于木沖隧道近年來路面抗滑性能指標下降較快，隧道事故率不斷攀升，對木沖隧道路面進行抗滑處治十分必要。

2.2 隧道原路面檢測

2.2.1 原路面檢測

根據原路面檢測技術，對木沖隧道原路面進行全面檢測，將檢測數據進行統計分析，做出全面評價，為后續確定施工方案提供參考和依據。

（1）對原路面鉆取芯樣6個進行檢測。將芯樣在室內進行面層劈裂強度試驗，木沖隧道上面層劈裂強度標準值為2.78 MPa，彎拉強度標準值為3.64 MPa，彎拉彈性模量標準值為28 300 MPa;下面層劈裂強度標準值為3.89 MPa，彎拉強度標準值為6.10 MPa，彎拉彈性模量標準值為40 400 MPa。

（2）采用落錘式彎沉儀（FWD）對木沖隧道四個車道進行檢測，按單點實測彎沉值14

2.2.2 路面技術狀況調查

（1）抗滑性能：木沖隧道近五年來抗滑性能處于偏低水平，大部分路段評價為“中”和“次”。

（2）平整度：木沖隧道路面為水泥混凝土路面，平整度略低，總體評價為“良”。

（3）路面破損：木沖隧道路面為水泥混凝土路面，承載力大，投入運營以來路面損壞較少，僅有少量表面裂縫，整體評價為“優”。

2.3 確定加鋪瀝青面層方案

根據木沖隧道原路面檢測結果，從路面調查和檢測的結果分析，木沖隧道現狀水泥混凝土路面彎拉強度高，結構性路面病害較少，基層頂面回彈模量>10 000 MPa，板邊彎沉值小，接縫傳荷能力多數為優，運營近13年后的脫空率不到20%。檢測數據表明隧道水泥混凝土路面結構狀況較好，針對表面功能性抗滑不足而加鋪瀝青面層的結構性風險較低，結合養護投資控制要求及隧道抗滑處治全壽命周期效益最優的原則，采用隧道路面抗滑處治方案的路面結構為：加鋪5 cm SMA-13改性瀝青混凝土表面層+1 cm同步碎石封層+聚酯玻纖無紡土工織物+粘層+舊水泥混凝土路面。

2.4 施工準備工作

2.4.1 確定交通組織方案

木沖隧道是特長隧道，交通組織技術尤為關鍵。經與當地高速公路交通警察大隊、高速公路路政大隊多次探討，為確保可行性與安全性，最終選擇封閉單洞施工，另一單洞間歇性放行的交通組織技術方案。交通警察大隊與施工單位一同安排充足的維護和疏導交通人員三班倒，不間斷地進行施工，縮短工期以減少對現行交通的影響。

2.4.2 原材料的把控

SMA-13采用SBS改性阻燃瀝青;粗細集料結合廣西當地石料產量，均采用輝綠巖;填料采用石灰巖制成的礦粉;纖維穩定劑應采用優質顆粒狀木質素，纖維摻量應≥0.3%。上述各項材料性能應滿足瀝青路面施工規范，經檢測合格后方可使用。

2.4.3 配合比設計

充分利用廣西區類似項目的經驗，根據本項目的特點，重點關注瀝青層和水泥路面的結合、延緩反射裂縫、抗車轍的要求，嚴格遵循《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）要求，經過目標配合比設計、生產配合比設計和生產配合比驗證這三個階段來確定礦料級配和瀝青用量，并具有良好的施工性能。

2.5 施工過程控制

2.5.1 原路面病害處治

根據原路面檢測的彎沉數據，結合原路面的病害處治技術，根據不同工況，采取相應的處治措施，具體處治措施見表1。

2.5.2 粘層、同步碎石封層

（1）為增加瀝青面層和原水泥混凝土路面的粘層力，對原路面進行一定程度的銑刨增加粗糙程度。同時，粘層、封層采用具有較大的內摩擦角和粘聚力瀝青層SBS改性瀝青，不僅能增強粘結力，而且能在一定程度上延緩下臥層的反射裂縫，其技術指標要求見表2。在干燥潔凈的面層間，采用瀝青灑布車灑布熱瀝青，用量為1.0～1.2 L/m2。

（2）同步碎石封層采用SBS改性瀝青，其技術指標要求如表2所示，瀝青用量為1.5～1.8 kg/m2。

（3）同步碎石封層集料采用粒徑為9.5～13.2 mm的滿足規范要求的經除塵的，堅固性≤12%，壓碎值≤25%，針片狀≤10%，洛杉磯磨耗損失≤28%，表觀相對密度≥2.60，吸水率≤2.0%的潔凈碎石。

（4）對即將灑布同步碎石封層的聚酯玻纖無紡土工織物進行檢查，有破損地方應進行修補。

（5）試驗段灑布確定各項參數，用同步碎石封層車進行智能灑布，并對碎石和瀝青用量進行抽檢和總量核算，控制用量。

（6）施工溫度≥15 ℃，大風、大霧或雨雪天不得施工。同步碎石封層施工后，應封閉交通，且應盡可能早地進行瀝青面層的施工，瀝青面層的運料車在封層上行駛，車速≤20 km/h。

2.5.3 聚酯玻纖無紡土工織物

（1）結合該項目實際，為延緩反射裂縫，采用在粘層油上攤鋪土工織物的延緩反射裂縫技術，降低瀝青面層剪應力，提高瀝青路面的使用壽命。

（2）土工合成材料的鋪設宜對接鋪設。確需搭接時，聚酯玻纖無紡土工織物短邊搭接長度≤15 cm，并根據施工順序，把后施工的一頭置于先施工的一頭下面，應將搭接處固定，長邊搭接長度宜≤10 cm，可用粘層瀝青粘結搭接處。

（3）進行瀝青路面施工時，施工車輛不得在土工合成材料表面轉彎。

（4）路聚酯玻纖無紡土工織物的技術要求如表3所示。

2.5.4 SMA-13面層施工

（1）結合木沖隧道的凈空要求，綜合考慮瀝青面層的耐久性及抗開裂的性能，通過反復的馬歇爾試驗，優化混合料級配并將SMA-13面層的厚度由原設計方案的4 cm增加至5 cm，以確保良好的路用性能以及耐久性。

（2）施工過程中粗細集料、填料、瀝青、纖維穩定劑均按設計和施工規范要求按批次進行抽樣檢測，合格后方可使用。

（3）混合料的拌制：按生產配合比比例投料、控制溫度和拌和時間，表面層SMA-13拌和時需要按比例投放木質纖維穩定劑，纖維必須在混合料中充分分散，濕拌時間宜控制在≥45 s，混合料的礦料溫度為180 ℃～200 ℃，瀝青溫度為170 ℃～180 ℃，混合料出廠溫度為175 ℃～185 ℃。