淺談“白改黑”路面設計
——基于G323 章貢區梅林大橋至沙石段公路改建工程

丁新慧，劉 振

[同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司，上海市 200092]

1 舊水泥路面改造技術概述

目前針對舊水泥路面的處置方法集中在白改黑、白加黑、挖除新建3 種[1]。

（1）白改黑。“白改黑”即是將舊水泥混凝土路面破碎化作為墊層再加鋪瀝青路面的一種改造方法。碎石化是一種水泥混凝土路面破碎處治技術，與路面破碎不同之處為碎石化后顆粒粒徑小，力學模式更趨向于級配碎石，一般是在水泥混凝土路面使用期末，病害嚴重時使用較多。破碎后的處理方式有原位移除與原位利用，但移除的成本高、對環境也有不利影響，并且破碎后的水泥混凝土板塊尺寸不一，不可以再用作結構基層或底基層，故一般原位利用的情況比較多。破碎后水泥混凝土路面強度降低，需加鋪結構層。因該方法是對路面加鋪，需抬高高程，所以適用于對標高限制沒有很大要求的公路改建。路面破碎化方案施工簡單，設計施工得當時可以有效防止和延緩反射裂縫，但需要選擇合適的機械進行路面破碎，破碎過程中可能對周圍建筑物造成一定程度的影響。

（2）白加黑。當水泥混凝土板路面檢測良好、面層結構損壞情況和接縫傳荷能力均為優良或中時，可對水泥混凝土板存在的裂縫、錯臺、脫空等病害進行修復后，加鋪瀝青層。這種方法造價少、對周圍環境影響小、工期短，但必須對原水泥混凝土板病害進行修復，否則容易產生反射裂縫。設置裂縫松弛層、設計厚的瀝青混凝土加鋪層、設置應力吸收層等方法可以減少瀝青加鋪層的反射裂縫[2]。

（3）挖除新建。當水泥混凝土路面破損較嚴重時，可以采取挖除新建的方法。該方法施工時間短、機械需求少，但施工工期長。適用于對道路標高要求很高的路面設計。

老路改造方案比選表見表1。

表1 老路改造方案比選表

2 項目概述

G323 國道是1 條國家級主干道。G323 國道為江西省“十縱十橫”干線公路網中的“第八橫”，是贛州市中心城區連接周邊鄰省的重要公路通道，是贛州市東西向客貨運輸的主要通道之一，也是溝通江西省南部縣市，連接周邊鄰省的重要公路通道之一。G323 國道在贛州市區域段約230 km。G323 國道贛州市章貢區梅林大橋至沙石路口段改建工程，起點位于贛州市章貢區梅林大橋橋頭，終點位于規劃沙峰路與和諧大道交叉口，全長約14.09 km。本工程公路采用60 km/h 設計速度，路基寬度為24.5 m。汽車荷載為公路-I 級。

項目工程地理位置圖見圖1。

圖1 項目工程地理位置圖

3 舊路現狀調查

3.1 路基現狀

通過對老路路基的特定位置進行鉆芯取樣，可以分析判斷出原路基和基層土質、材料種類及施工質量、老路路面結構組成、厚度等。

老路標準斷面圖見圖2。

圖2 老路標準斷面圖（單位：cm）

該段現狀道路為二級公路，于2003 年初開建，2005 年9 月竣工驗收。道路寬度為1.5 m（土路肩）+2.25 m（硬路肩）+7.5 m（行車道）+2.25 m（硬路肩）+1.5 m（土路肩）=15 m,為雙向2 車道。

老路經長時間運營，沉降已基本完成，路基穩定，全線基本沒有發現局部沉降現象。地形相對平坦，挖方高度相對較低，邊坡基本穩定，未發現塌方滑坡病害現象。

通過對各種路基損壞的分值進行匯總，加權平均計算，得到路基損壞狀況指數SCI，見表2。由表2可見，上行線方向路基技術狀況優于下行線方向。

表2 路基技術狀況指數匯總表

3.2 路面現狀

舊水泥混凝土路面綜合評價方式分為路面表觀破損狀況評價、路面脫空狀況評價、路面板強度狀況評價。

路面表觀破損狀況評價主要是調查裂縫、角隅斷裂、交叉裂縫、板塊沉陷、錯臺、坑洞、路表波浪等。在路面調查時，需做好詳細書面記錄。通過斷板率DBL、路面狀況指數PCI 等指標進行分車道評價。

路面脫空狀況評價肉眼不可見，需借助相應的儀器進行勘測。地質雷達勘探可通過高頻電磁脈沖遇到不同介電常數的地質界面產生不同反射波，記錄地下地層物體的位置、分布范圍、埋深等參數。

路面板強度狀況評價需通過對水泥混凝土板鉆孔取芯，對芯樣進行劈裂試驗以確定其抗折強度。取芯樣品應包括所有水泥混凝土路面所有情況，包括破損和完好的路面。通過劈裂試驗測試其劈裂強度，折算成水泥混凝土面板的抗折強度。

老路面結構為：厚25 cm 水泥混凝土面層；厚17 cm 水泥穩定碎石基層；厚18 cm 碎石摻砂墊層。其中起點K128+060 至南方萬年青水泥廠K130+500段，除局部出現網裂、裂縫等，大部分路面狀況較好（見圖3）；其余段原路面病害嚴重（見圖4）。

圖3 起點K128+060 至南方萬年青水泥廠K130+500 段路面狀況

圖4 混凝土路面老路現狀

對老路路面進行檢測，得到的路面狀況評定結果見表3。

表3 老路面狀況評定表

4 路面結構設計

4.1 交通量組成

（1）根據工可報告交通量預測結果，公路運營期間交通組成及各特征年交通量見表4，特征年各種車型所占比例見表5。

表4 特征年交通量 單位：pcu/d

表5 特征年車型比例（按照絕對量計算） 單位：%

（2）瀝青路面以設計彎沉值、瀝青層層底拉應力為設計指標時，各種軸載換算成標準軸載P 的當量軸次N。計算式為：

式中：C1為被換算車型的軸數系數，當軸間距大于或等于3 m 時，按1 個單獨的軸載計算；當軸間距小于3 m 時，雙軸或多軸的軸數系數應按公式C1=1+1.2（m-1）計算，其中m 為軸數；C2為被換算車型的輪組系數，單輪組為6.4，雙輪組為1.0，4 輪組為0.38；ni為被換算車型的各級軸載作用次數，次/d；P 為標準軸載，kN；Pi為被換算車型的各級軸載，kN。

（3）瀝青路面設計基準期內1 根車道上的累計當量軸次Ne計算式為：

式中：γ 為設計基準期內交通量的年平均增長率，γ=4.46%；t 為設計基準期（a），設計道路為次干路時，取t=15；N1為路面營運第1 年單向日平均當量軸次，次/d，以設計彎沉值、瀝青層剪應力和瀝青層層底拉應變為設計指標；η 為設計車道分布系數，根據《公路瀝青路面設計規范》（JTG D50—2017），雙向4 車道η 取值范圍為0.4～0.5，本次計算中取η=0.45。

交通等級見表6。

表6 交通等級

根據《公路瀝青路面設計規范》，1 根車道上的累計當量軸次Ne計算結果處于8×106～19×106次之間，對照表6 可知，所設計的交通荷載等級為重載交通。

4.2 路面結構方案

參照當地最近修建高等級公路的路面結構，結合沿線筑路材料供應情況，擬訂路面結構方案見表7。

表7 路面結構方案

綜上，考慮工期要求和改造路面質量要求，兼顧經濟、環保、耐久性等因素，確定采用白改黑方案對本工程老路段進行路面改造。

經路面結構計算，推薦改造路面結構見表8。

表8 推薦改造路面結構

4.3 路面結構計算分析

根據交通量及其組成和使用要求，考慮當地氣候、水文、土質等自然條件，并結合當地實踐經驗，按照全壽命周期成本的理念，進行路面結構設計。

（1）設計彎沉值Ld計算式為：

式中：Ac為公路等級系數，一級公路為1.0；As為面層類型系數，瀝青混凝土面層為1.0；Ab為基層類型系數，半剛性基層瀝青路面為1.0，柔性基層瀝青路面為1.6。

計算得到路面設計彎沉值為21.8（0.01 mm）。

（2）材料的容許拉應力σR計算式為：

式中：σS為瀝青混凝土或半剛性材料的極限劈裂強度，MPa；Ks為抗拉強度結構系數。

計算所得路面結構層容許拉應力見表9。

表9 路面結構層容許拉應力

（3）改建路面結構厚度計算。路面結構及參數見表10。

表10 路面結構及參數

按設計彎沉值計算設計層厚度:LD=21.8（0.01 mm）；H（4）=150 mm；LS=18（0.01 mm）。

由于設計層厚度H（4）=Hmin時，LS≤LD，故彎沉計算已滿足要求。

最后得到路面結構設計結果見圖5。

圖5 路面結構設計圖

5 結語

（1）根據贛州當地的工程實際經驗，考慮工程造價、施工方案的可行性、工期的要求以及養護維修的方便性，結合沿線涉及的老路路面破損情況，選擇“白改黑”方法不僅可以較好地解決混凝土路面加鋪瀝青混凝土面層后出現的反射裂縫問題，同時還能改善路面的性能指標，施工工期短，不需要全封閉交通、節約環保、耐久性好。

（2）老路混凝土路面板碎石化后，不具備稱重能力，僅可以作為級配碎石結構層使用。通過路面結構計算后，可以滿足路面結構的設計彎沉值和容許拉應力要求。