G321線椑木鎮(zhèn)南瓜橋至南美路椑木路口路面維修整治措施分析

王川友

摘要 文章結合道路工程實際情況，對瀝青路面耗材、基層等方案進行對比分析，對道路結構設計方案進行確定，根據(jù)原路面實際情況選用銑刨換鋪、病害修補后再鋪筑4 cm罩面。從全壽命周期方面考慮，對后期的維修處置方案進行分析，經(jīng)過對比，采用中修養(yǎng)護。通過數(shù)值模擬方法分析車輛動荷載影響下道路的動力響應及變形情況，車輪處的荷載最大，隨著距離車輪外側的距離逐漸增大荷載最大值逐漸減小。

關鍵詞 道路；維修；經(jīng)濟；方案

中圖分類號 U414文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）03-0103-03

0 引言

道路作為經(jīng)濟社會發(fā)展的重要通道，對當?shù)匕l(fā)展建設具有重要的促進作用。道路工程修建涉及多個方面，后期的運行、維修也是影響道路修建的一個重要因素。適宜的方案可以節(jié)約工程投資、提高施工質量，具有十分重要的意義。

1 工程概況

項目實施中修工程段為國道321線東興區(qū)椑木鎮(zhèn)南瓜橋至南美路椑木路口段，起止點樁號為K1957+552～K1961+733，目前路面龜裂、裂縫和沉陷等病害現(xiàn)象較嚴重，影響了行車的舒適性和行車安全。路線全長4.181 km，為雙向四車道一級公路，路基寬度22.5 m，由0.75 m土路肩+2.5 m硬路肩+2×3.5 m行車道+2.0 m中央分隔帶+2×3.5 m行車道+2.5 m硬路肩+0.75 m土路肩組成，設計速度60 km/h。

2 瀝青路面方案比選

2.1 瀝青路面磨耗層方案比選

項目所經(jīng)地區(qū)夏季炎熱期較長且溫度高，實際運營期間貨車重載現(xiàn)象普遍，為全面提高和改善瀝青路面的路用性能和服務水平，減少瀝青路面的早期破壞，全線表面層采用改性瀝青。為便于確定表面層混合料組成，將目前普遍用于瀝青路面表層的三種混合料路用性能進行比較，見表1。

AC型是一種密實型瀝青混凝土結構，是連續(xù)性級配，其礦料級配按最大密實原則設計，混合料的強度和穩(wěn)定性主要取決于瀝青與礦料之間的黏聚力，目前AC型主要因為其結構密實、設計空隙率小，對密水性起到一定作用，路面的水穩(wěn)定性較好，而常用于瀝青混凝土中、下面層。在添加了合理的改性劑后，高溫黏度增大，軟化點升高，在良好的設計配合比和施工條件下，瀝青路面的耐久性和高溫穩(wěn)定性明顯提高[1]。

SMA是一種由瀝青、纖維穩(wěn)定劑、礦粉和少量的細集料組成的瀝青瑪蹄脂填充間斷級配的粗集料骨架間隙而組成的瀝青混合料。它是由足夠的瀝青結合料和具有相當勁度的瀝青瑪蹄脂膠漿填充在粗集料形成的石—石嵌擠結構的空隙中形成的。因此，具有抗高溫、低溫穩(wěn)定性，良好的水穩(wěn)定性，良好的耐久性和表面功能（抗滑、車轍小、平整度高、噪音小、能見度好），但造價成本較高[2]。

綜合該道路在路網(wǎng)中所處的功能地位、交通量組成及經(jīng)濟效益、社會效益、項目投資以及既有瀝青路面使用情況分析，SMA-13型路面具有較好的路用性能，但其造價較高，本著節(jié)約投資，經(jīng)濟實用的原則，AC-13型路面同樣滿足該項目要求，因此推薦采用SBS改性瀝青混凝土AC-13C。

2.2 瀝青路面基層方案比選

為便于確定基層結構形式，將水泥穩(wěn)定碎石基層、C15混凝土基層和石灰粉煤灰碎石基層從路用性能、施工難度和初期造價進行比較，見表2。C15混凝土基層具有強度高、不用壓實、適用于小面積的基層恢復的優(yōu)點，并有較高的路面結構承載能力，同時有與之相配套的設計理論和驗收標準，在我國高等級公路路面結構中得到了大面積的推廣應用，有豐富的施工經(jīng)驗。綜合該項目現(xiàn)有基層損壞程度及范圍考慮，綜合考慮各種材料的優(yōu)缺點，基層處置采用C15混凝土進行恢復。

項目基層病害較少，封層用量較少，因而該項目經(jīng)綜合考慮采用同步碎石封層。

2.3 設計結構層確定

根據(jù)調查及試驗結果，現(xiàn)階段養(yǎng)護措施采用中修方案。

除橋梁路段處治原路面病害，再采用4 cm厚SBS改性瀝青混凝土AC-13C面層恢復。采用路面動態(tài)設計，加鋪新建路面前，因實測各新建路面結構類型的最底面彎沉值，若不滿足要求銑刨老路基層（刨除厚度根據(jù)實際情況確定）后采用水穩(wěn)或C15貧混凝土對老路基層進行修復，符合設計要求后方可允許進行下一階段的施工。

維修方案設計思路：該次維修主要采用路面病害處治即單點病害處治和連片翻修處治相結合的方案，根據(jù)原路面實際情況選用銑刨換鋪、病害修補后再鋪筑4 cm罩面。單點病害處治主要針對嚴重龜裂、沉陷和坑槽修補進行。連片翻修處治主要根據(jù)縱橫向裂縫密度小于10 m一條，并伴隨龜裂、車轍等病害的路段，結合平整度、車轍測試、回彈彎沉指標、芯樣情況綜合確定。

3 全壽命周期費用分析

選取兩種方案進行對比分析。方案一：該次是中修養(yǎng)護設計，一級公路，計算期確定為8年（96個月），則未來的養(yǎng)護工程為第3年和第6年預防性養(yǎng)護。方案二：該次是中修養(yǎng)護設計，一級公路，計算期確定為8年（96個月），則未來的養(yǎng)護工程為第4年預防性養(yǎng)護。

管養(yǎng)部門費用是指道路建設和保持其一定服務水平所需要的費用，主要包括道路初期修建費用、年度日常養(yǎng)護費用、養(yǎng)護工程費用、路面殘值費用等。

初期修建費用：方案一為1 038萬元，方案二為1 179萬元。

日常養(yǎng)護費用：根據(jù)地方類似道路養(yǎng)護費用測算指標，按照建設第一年日常養(yǎng)護費用估計，瀝青混凝土路面為每年10 000元/km。考慮隨著經(jīng)濟的發(fā)展，養(yǎng)護水平也將逐漸提高，另外使用年限越長，道路損壞率越高，所需維修養(yǎng)護費用也將相應增加，同時職工工資及福利費用也將逐年提高，因此養(yǎng)護、管理費用每年按5%遞增。年度日常養(yǎng)護費用見表3，方案一、方案二日常養(yǎng)護暫無明顯差距。

方案一、方案二日常養(yǎng)護費用合計為39.9萬元，折現(xiàn)值為33.2萬元。

養(yǎng)護工程費用全路段預防性養(yǎng)護一次估算費用為120萬元，故方案一養(yǎng)護工程費用為240萬元，折現(xiàn)值為204.9萬元；方案二養(yǎng)護工程費用為120萬元，折現(xiàn)值為102.7萬元。

對養(yǎng)護方案經(jīng)濟效益進行評價見表4。

分析總費用現(xiàn)值，結合公路運營現(xiàn)狀、養(yǎng)護目標，綜合考慮中修、中修段均選擇全壽命周期費用較低的方案一為推薦方案。

4 車輛荷載計算

假設汽車單輪軸載25 kN、胎壓700 kPa。使用簡諧力表示車輛移動過程。

車輛荷載如下：

P=Ps+Pd? ?（1）

式中，P——車輛荷載；Pd、Ps——車輛的動荷載、靜荷載。

車輛在荷載作用下，輪胎會產(chǎn)生變形，矩形的L按下式計算：

式中，F(xiàn)——后軸標準軸載；p——胎壓。

根據(jù)上述計算結果建立模型，進行動荷載作用下公路沉降分析。

在正常行駛過程中，車輛荷載與道路路面垂直，方向豎直向下，但是，車輛荷載作用在道路路面上是一個動態(tài)變化的過程。為了方便研究，假設1s時間內車輛荷載循環(huán)10次，分析車輛荷載作用下的動應力和沉降變形情況。

在車輛動荷載作用下，車輛作用在公路上的動荷載振動中線約為152 kPa，振動幅度一般不超過25 kPa；車輪外側0.5 m處、1 m處振動中線分別為7.5 kPa、5 kPa，振動幅度分別為1.5 kPa、0.8 kPa。表明隨著距離車輪距離的增大，車輛動荷載產(chǎn)生的影響急劇降低。車輪正下方的變形量最大，為6.7 mm，兩個車輪之間的最大變形量為5.7 mm，隨著車輪外距離增大，沉降量逐漸減小。

5 路面處治方案

（1）一般路基段。直接加鋪4 cm厚SBS改性瀝青AC-13C面層。

（2）橋梁段。銑刨4 cm原橋面鋪裝瀝青面層，鋪筑4 cm厚SBS改性瀝青AC-13C面層。

（3）路面病害處治措施。對下承層處治措施如下：

①縱、橫向裂縫、車轍病害路段處治對縱、橫向裂縫采用防裂貼對中貼縫后，統(tǒng)一鋪筑4 cm厚SBS改性瀝青AC-13C面層。

②龜裂病害路段處治。銑刨下面層后鋪筑中粒式瀝青混凝土AC-20恢復到原瀝青路面下面層頂面標高；若銑刨下面層后發(fā)現(xiàn)基層有病害，挖除基層后澆筑C15貧混凝土或鋪筑水泥穩(wěn)定碎石恢復到原基層頂面標高，并鋪筑中粒式瀝青混凝土AC-20恢復到原瀝青路面下面層頂面標高；最后統(tǒng)一鋪筑4 cm厚SBS改性瀝青AC-13C面層。

③路面沉陷、坑槽處治方案。銑刨下面層后鋪筑中粒式瀝青混凝土AC-20恢復到原瀝青路面下面層頂面標高；若銑刨下面層后發(fā)現(xiàn)基層有病害，挖除基層后澆筑C15貧混凝土或鋪筑水泥穩(wěn)定碎石恢復到原基層頂面標高，并鋪筑瀝青混凝土AC-20恢復到原瀝青路面下面層頂面標高；若銑刨下面層和基層后發(fā)現(xiàn)底基層有病害，挖除底基層后澆筑C15貧混凝土或鋪筑水泥穩(wěn)定碎石恢復到原底基層頂面標高，并鋪筑基層和瀝青混凝土AC-20恢復到原瀝青路面下面層頂面標高；最后統(tǒng)一鋪筑4 cm厚SBS改性瀝青AC-13C面層。

各路段具體病害處治方案見表5。

病害路段采用銑刨重鋪的方案，路面銑刨后應密切關注銑刨層底面病害情況，若發(fā)現(xiàn)下承層頂面（下面層或基層）有松散、坑洞等病害，則必須將破壞的面層和基層一并銑刨，然后灑布黏層油，下面層用AC-20C瀝青混凝土回填，基層損壞用C15貧混凝土恢復。

6 結論

（1）通過方案對比分析，從經(jīng)濟性、施工難度、耐久性等方面對道路的耐磨層、基層等處置方案進行確定。綜合考慮，采用C15混凝土基層同步碎石封層，SBS改性瀝青混凝土AC-13C耐磨層。

（2）從全壽命周期考慮后期道路維修加固的經(jīng)濟性，經(jīng)過對比，方案一該次是中修養(yǎng)護設計，一級公路，計算期確定為8年（96個月），則未來的養(yǎng)護工程為第3年和第6年預防性養(yǎng)護，經(jīng)濟性最優(yōu)，作為推薦方案。

（3）采用數(shù)值模擬方法分析車輛動荷載影響下道路的動力響應及變形情況，車輪處的荷載最大，隨著距離車輪外側的距離逐漸增大荷載最大值逐漸減小。

參考文獻

[1]陳智， 樊叔晗. 淺談SBS和TLA改性瀝青對比選取[J]. 公路交通科技（應用技術版）， 2019（4）： 28-29.

[2]祝華生， 陳昌偉， 葉樹華. 改性瀝青和SMA路面施工控制[J]. 江西建材， 2012（1）： 182-183.

[3]王成虎. 瀝青混凝土路面養(yǎng)護工程設計要點分析[J]. 工程與建設， 2022（6）： 1794-1796+1878.