水泥混凝土路面銑刨及刻槽工藝適用性分析

任 帥，陳彥羽，溫劍啟，周 乾

(廣西交通設計集團有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

自1993年廣西第一條高速公路桂柳高速建成通車以來[1]，到2020年底，廣西高速公路通車里程已達到6 000 km以上。在高速公路建設初期，廣西修建了大量的水泥混凝土路面。根據相關資料顯示，截至2020年年底，廣西水泥混凝土路面仍有950 km，約占所有高速公路里程的15.4%。

水泥混凝土路面通車運營后，在車輛荷載作用和自然環境因素影響下，會出現諸如錯臺、刻槽磨損嚴重等病害[2]，降低路面平整度指標，并伴隨著抗滑性能降低等，直接影響行車舒適性及安全性。

廣西區內多條高速公路采用刻槽和銑刨方式改善水泥路面使用性能。本文選取廣西岑興高速公路某一路段，對銑刨和刻槽前后的路況進行了跟蹤檢測，總結了不同處治方法的適用范圍。

1 工程概況

廣西岑興高速公路全長137.183 km，為雙向四車道高速公路，路面類型為水泥混凝土路面，設計行車速度為120 km/h。項目于2006年開工建設，2008年12月建成通車。道路運營通車多年，根據歷年檢測數據統計，K271+770～K281+000路段平整度及抗滑性能較差。現場調查發現，K271+770～K281+000路段上下行均采用橫向刻槽，經過多年運營，部分刻槽磨損嚴重，且刻槽之間的水泥條表面也顯得比較光滑。

為恢復道路路面功能服務水平，預防事故的發生，提高道路技術狀況，管養單位針對不同路段分別進行了銑刨和刻槽處治。

2 刻槽及銑刨對道路技術狀況的影響

2.1 路段處治及檢測情況

管養單位對上行K271+770～K281+000路段和下行K274+000～K275+000路段分別采用銑刨和刻槽處治措施。為了對比不同方法的處治效果，對刻槽和銑刨前后進行了平整度和摩擦系數檢測。路面處治及檢測情況如表1、表2所示。

表1 路面處治情況一覽表

表2 路面檢測內容一覽表

2.2 處治前后檢測結果對比

2.2.1 對平整度的影響

項目組采用道路綜合檢測車對路面平整度進行跟蹤檢測，采用國際平整度指數IRI(m/km)來評價平整度指標，IRI值越小，代表平整度指標越好。不同路段銑刨和刻槽處治前后的平整度檢測結果如圖1～4所示。

圖1 銑刨前后平整度對比曲線圖(上行1車道)

圖2 銑刨前后平整度對比曲線圖(上行2車道)

圖3 刻槽前后平整度對比曲線圖(下行1車道)

圖4 刻槽前后平整度對比曲線圖(下行2車道)

通過對比20組數據發現，銑刨后1個月路面平整度顯著提升，但銑刨后2年平整度又會降低。銑刨前IRI平均值為2.77 m/km，銑刨后1個月IRI平均值為1.78 m/km，銑刨后2年IRI平均值為2.20 m/km。

刻槽前、刻槽后1個月、刻槽后2年平整度指標變化均較小，刻槽前IRI平均值為2.75 m/km，刻槽后1個月IRI平均值為2.72 m/km，刻槽后2年IRI平均值為2.80 m/km。

采用《公路技術狀況評定標準》(JTG 5210-2018)轉換模型將IRI轉換為RQI。轉換模型如下：

(1)

根據RQI大小將平整度分為五個等級：RQI≥88時評價為優；80≤RQI<88時評價為良；70≤RQI<80時評價為中；60≤RQI<70時評價為次；RQI<60時評價為差。銑刨及刻槽前后路面RQI等級評價分布如圖5～6所示。

圖5 銑刨前后平整度等級評價分布圖

圖6 刻槽前后平整度等級評價分布圖

從圖5～6可以看出：銑刨后1個月路面平整度評價為“優”的百分比明顯提高，隨著時間增加，銑刨后2年路面平整度評價為“優”的百分比又會降低；刻槽前、刻槽后1個月、刻槽后2年路面平整度評價指標變化不大。

2.2.2 對抗滑性能的影響

項目組采用自動路面摩擦系數測試設備對路面抗滑性能進行跟蹤檢測，采用摩擦系數(SFC)評價抗滑性能，SFC值越大，代表抗滑性能越好。不同路段銑刨和刻槽處治前后的抗滑性能檢測結果如圖7～10所示。

圖7 銑刨前后抗滑性能對比曲線圖(上行1車道)

圖8 銑刨前后抗滑性能對比曲線圖(上行2車道)

圖9 刻槽前后抗滑性能對比曲線圖(下行1車道)

圖10 刻槽前后抗滑性能對比曲線圖(下行2車道)

通過對比20組數據發現，銑刨后1個月抗滑性能顯著提升，而銑刨后2年抗滑性能又會恢復到銑刨前的水平。銑刨前SFC平均值為40.7，銑刨后1個月SFC平均值為52.2，銑刨后2年SFC平均值為39.6。

刻槽后1個月抗滑性能有小幅提升，刻槽后2年抗滑性能沒有出現明顯衰減。刻槽前SFC平均值為41.7，刻槽后1個月SFC平均值為45.9，刻槽后2年SFC平均值為46.1。

采用《公路技術狀況評定標準》(JTG 5210-2018)轉換模型將SFC轉換為SRI。轉換模型如下：

(2)

根據SRI大小將平整度分為五個等級：SRI≥90時評價為優，80≤SRI<90時評價為良，70≤SRI<80時評價為中，60≤SRI<70時評價為次，SRI<60時評價為差。銑刨及刻槽前后路面SRI等級評價分布如圖11、圖12所示。

圖11 銑刨前后抗滑性能等級評價分布圖

圖12 刻槽前后抗滑性能等級評價分布圖

從圖11～12可以看出：銑刨后1個月路面抗滑性能全部評價為“優”，隨著時間增加，銑刨后2年路面抗滑性能評價為“優”的百分比又會降低；刻槽后1個月抗滑性能優良率有小幅提高，刻槽后2年優良率未出現明顯變化。

3 不同處治措施對平整度及抗滑性能的影響分析

3.1 對平整度的影響分析

高速公路在運營階段，水泥路面會產生破碎板、錯臺、沉陷等病害。錯臺按損壞程度可分為輕度(接縫兩側高差在5～10 mm)和重度(接縫兩側高差≥10 mm)，錯臺引起的“跳車”是影響平整度的重要因素。

水泥路面銑刨過程中，銑刨深度往往超過10 mm。銑刨完成后短時間內，原有輕度錯臺消失，重度錯臺程度有所緩和或轉為輕度錯臺，有效地降低錯臺數量及錯臺損壞程度。然而，銑刨只是對路面面層的處治，并未改變基層或路基病害，隨著時間增長，錯臺病害又會重復出現。因此，水泥路面銑刨后1個月，路面平整度顯著提高，銑刨后2年平整度指標又會降低。

3.2 對抗滑性能的影響分析

水泥路面抗滑構造主要指路面宏觀構造和微觀構造。宏觀構造即為刻槽紋理，微觀構造為水泥路面表面細集料和粗集料的微觀構造。當刻槽紋理不明顯或刻槽之間的水泥條被磨光后，車輛行駛時，輪胎與路表面會形成一層薄水膜，產生“水滑”，抗滑性能就會明顯降低。

高速公路水泥路面刻槽規格一般為槽寬5 mm、槽深4 mm、槽間距20 mm。刻槽后路面宏觀紋理增加，路面明流排水速度增加，而剎車時宏觀紋理構造對輪胎產生的擠壓作用也會在一定程度上減少車輛的能量，因此抗滑性能有小幅提高。刻槽紋理能夠持續較長時間，因此刻槽后2年抗滑性能不會出現明顯衰減。

水泥路面銑刨后路面會產生良好的微觀構造，且原路面部分粗集料裸露出來，增加路面和輪胎接觸的點狀面積，在一定程度上能消除輪胎與路面之間的薄水膜。此外，銑刨過程是對路面的一次清理，將原路面上的砂石、油污等去除，也會顯著提高路面抗滑性能。但銑刨產生的效果不能持續較長時間。通常來說，正常運營1.5～2年后，摩擦系數會降低到40以下[4]。

4 結語

(1)刻槽后路面宏觀紋理明顯，路面明流排水速度增加，抗滑性能有小幅提高，且短期內不會明顯衰減，但刻槽對平整度的影響較小。因此刻槽適用于路面平整度較好、刻槽紋理不明顯的路段。

(2)銑刨后路面平整度及抗滑性能均有顯著提高，但持續時間較短，1.5～2年后又會回落到銑刨前的水平。因此銑刨對路面路用性能的提高是短暫的，適用于刻槽紋理明顯，但平整度及抗滑性能均較差的路段。

(3)銑刨是對路面“削薄”的過程，最大銑刨深度可達3 cm，采用銑刨工藝時必須考慮對路面強度及路面耐久性的影響。