隧道內抗滑降噪水泥混凝土路面關鍵施工工藝研究

洪 宇

（山西路橋集團 試驗檢測中心有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

路面鋪裝作為隧道工程的重要組成部分，關系到隧道整體的運營安全，受重載、大交通量、路面積水等因素的影響，隧道內路面常年處于超負荷狀態，為了盡量延長隧道內鋪裝的服役年限，減輕路面養護負擔，隧道內多采用水泥混凝土剛性路面，以控制荷載長期作用下的早期開裂、不均勻沉陷等病害的發生。路面鋪裝抗滑性下降及胎噪高是誘發隧道內道路交通安全事故的兩大原因，一方面，路面鋪裝抗滑性能下降，將導致車輛制動距離延長，極端情況下容易造成制動失效，引發嚴重的隧道內交通事故[1]；另一方面，由于隧道結構特殊，胎噪不易耗散，胎噪在相對封閉的空間內多次反射后被增強，長時間行駛在隧道內，駕駛人員易出現耳鳴、煩躁、注意力下降等問題，給安全駕駛埋下重大隱患[2]。

為解決隧道內路面鋪裝的抗滑與降噪兩大問題，各種形式的主動抗滑降噪功能型路面相繼推出，其中兼具技術性與經濟性的路面形式主要有露石水泥混凝土路面和聚合物改性水泥混凝土路面兩種，本文就上述兩種路面形式的施工工藝及工程適用性展開研究，為隧道內抗滑降噪路面鋪裝選型提供理論依據。

1 聚合物改性水泥混凝土抗滑降噪路面主要施工工藝分析

1.1 路面概述

聚合物改性水泥混凝土是由有機纖維、膠凝材料及不同粒徑集料混合后形成的一種新型水泥混凝土材料，聚合物改性水泥混凝土水泥水化過程同時伴隨聚合物固化，但聚合物與水泥之間并不發生化學反應。由于混合料凝結硬化過程中同時出現水化和固化兩種反應，其凝結硬化后的黏聚力更強，結構致密不易滲水，耐磨性顯著提升。

1.2 施工工序

因聚合物改性水泥混凝土的施工和易性良好，為提高攤鋪效率，可借助瀝青攤鋪設備一次性攤鋪成型，現場施工工序如圖1所示。

圖1 聚合物水泥混凝土面層施工工序

1.3 主要施工工藝

在路面整體結構中，聚合物水泥混凝土層充當面層，為了保證面層與基層間的界面黏結強度，應對基層進行鑿毛處理，以提高基層表面的摩阻系數。同時在基層表面均勻涂刷抗滲黏結層，以增強界面間的黏結強度，黏結層材料為聚合物水泥漿；黏結層涂刷后應立即攤鋪聚合物水泥混凝土面層，現場應做好施工組織，保障運料車與攤鋪機之間的協調配合，避免混凝土集料離析；為精準控制攤鋪厚度，應合理控制攤鋪機行駛速率，堅持“緩、勻”的走行原則，行駛速率宜控制在80～90 m/h之間，攤鋪完成后的24 h內禁止一切車輛通行[3]。面層攤鋪后形成的路面整體結構剖面示意如圖2所示。

圖2 路面整體結構剖面示意

2 露石水泥混凝土抗滑降噪路面主要施工工藝分析

2.1 路面概述

露石水泥混凝土路面主要依靠粗集料外露以構造出表面粗糙的結構形式，從而發揮其抗滑和降噪功能，由于外露粗集料直接與車輛輪胎接觸，故對粗集料的硬度、強度要求較高。目前，常見的露石水泥混凝土路面有單一級配型和連續級配型兩種，二者在外觀和強度方面各有優劣[4]。

2.2 施工工序

從施工工序角度看，露石水泥混凝土路面的施工工序與普通水泥混凝土類似，特別之處是增加了露石劑噴灑及路面洗刷環節[1]?，F場施工工序如圖3所示。

圖3 露石水泥混凝土路面施工工序

2.3 主要施工工藝

露石水泥混凝土路面攤鋪工藝與普通水泥混凝土類似，此處不再贅述，本文重點介紹露石劑噴灑及路面洗刷工藝。

首先，露石劑噴灑時機非常關鍵，水泥混凝土路面收面后表面會形成薄層水膜，應待水膜完全凝固后方可噴灑露石劑，以保證露石劑的濃度及均勻性滿足施工要求，露石劑噴灑后應及時覆膜養護[4]?？紤]到露石劑用量對未來露石水泥混凝土路面的抗滑降噪能力影響最為明顯，為了合理選定露石劑噴灑量范圍，本文選取了若干用量指標進行對比研究，通過分析路面構造深度及露石深度兩指標判斷合理的噴灑量范圍。試驗結果如圖4所示。

圖4 露石劑噴灑量與構造深度、露石深度指標相關關系

據圖4可知，露石水泥混凝土路面構造深度及露石深度指標與露石劑噴灑量之間呈正相關關系，通過實地查看發現，當露石劑噴灑量低于0.25 kg/m2時，表面形成的水膜厚度不足，且露石面分布不均勻，路面的抗滑降噪性能較差。當噴灑量超過0.3 kg/m2時，路面參數指標的增長幅度明顯放緩，且過量噴灑露石劑容易產生路面“掉粒”現象，進而影響路面耐久性。綜合成本、功能等因素，建議露石劑合理噴灑量應介于0.25～0.3 kg/m2之間。

路面洗刷是露石水泥混凝土路面抗滑降噪功能形成的關鍵環節，同時也是人為因素影響最突出的環節，故應做好現場施工控制。路面洗刷施工控制的關鍵是沖洗時機的確定，如果洗刷時間過早，一方面影響露石劑阻凝功能的發揮，造成材料浪費，同時過早洗刷將清洗掉大量的細集料砂漿，致使粗集料外露過多，影響路面平整性，嚴重情況下將誘發路面早期坑槽病害[1]；如果洗刷時間過晚，將錯過最佳的洗刷窗口期，導致表面細集料砂漿難以被沖洗，最終形成露石路面的露石深度、構造深度指標不滿足規范要求。目前，工程中較成熟的洗刷時間判斷方法主要有以下幾種，具體見表1所述。

表1 露石水泥混凝土路面洗刷時間判斷方法[4]

3 兩種抗滑降噪路面的路用性能及優劣勢對比

為了對比分析聚合物改性水泥混凝土和露石水泥混凝土兩種抗滑降噪路面的路用性能及其優劣勢，從而為工程設計及施工方案編制提供參考，本文隨機選取山西省內某在役高速公路標段范圍內的兩種結構形式路面進行現場試驗，試驗過程按照《公路路基路面現場測試規程》（JTG 3450—2019）中的相關要求進行[5]。

3.1 路面抗滑性對比分析

路面抗滑性試驗采用規范給定的單輪式橫向力系數測試法進行，試驗標段總里程為100 m，采集頻次為5 m/次，檢測過程中嚴格限制單輪檢測車行駛速率，該次試驗給定的行駛速度為60 km/h，檢測全過程應保持勻速行進。試驗結果如圖5所示。

圖5 兩種路面抗滑性對比結果

據抗滑性試驗結果可知，露石水泥混凝土路面與聚合物改性水泥混凝土路面的抗滑性指標SFC均值分別為76.1、67.98，露石水泥混凝土路面的抗滑性明顯優于聚合物改性水泥混凝土路面；且二者的路面抗滑性指標SFC值的變異系數分別為14.7%、12.0%，變異系數均低于15%限值，滿足規范要求。

3.2 路面噪聲對比分析

路面噪聲試驗采用安全便捷的車載檢測技術，車載聲強檢測技術能夠主動過濾試驗軸以外的雜音，提高噪聲檢測的準確性。為了全面評價路面噪聲水平，本文擬選用聲強和聲壓兩個參數進行表征，并與普通刻槽水泥混凝土路面進行對比。3種路面結構對應的噪聲參數結果如表2。

表2 3種路面結構對應的噪聲參數結果 dB

據路面噪聲試驗結果可知，露石水泥混凝土路面和聚合物改性水泥混凝土路面的噪聲聲強及聲壓試驗結果基本接近，且均低于普通刻槽水泥混凝土路面的噪聲指標，均具有良好的降噪功能。

3.3 基于兩種抗滑降噪路面性能優劣勢的工程應用建議

綜上分析可知，露石水泥混凝土路面的抗滑性優勢明顯，更適用于長大縱坡路段的隧道或長、特長隧道中，但考慮到露石水泥混凝土路面的施工工藝繁瑣、施工控制難度較大，相應的施工成本更高，建議在普通路段或中、短隧道內優先推廣聚合物改性水泥混凝土路面結構。而兩種路面結構的降噪性能接近，且均滿足低路噪要求，故不作為施工方案選定依據。

4 結語

本文介紹了兩種隧道內常用的抗滑降噪功能型路面的施工工序及關鍵施工工藝，重點明確了聚合物改性水泥混凝土路面結構的層間處理工藝、攤鋪控制。針對露石水泥混凝土路面的露石劑噴灑量及路面洗刷時間，給出了明確的量化范圍和判斷標準，為項目現場施工提供了重要理論參考。