本文摘要：摘要:针对高速公路改扩建项目中道路拓宽产生的路面结构利用问题，以兰海口高速钦州至防城港段改扩建工程为例，对旧混凝土板病害路段进行路面检测并评定旧路面技术状况后，为尽可能利用原混凝土路面结构层加铺柔性基层及沥青混凝土路面结构层，提出两种处治方案，并对各
摘要:针对高速公路改扩建项目中道路拓宽产生的路面结构利用问题，以兰海口高速钦州至防城港段改扩建工程为例，对旧混凝土板病害路段进行路面检测并评定旧路面技术状况后，为尽可能利用原混凝土路面结构层加铺柔性基层及沥青混凝土路面结构层，提出两种处治方案，并对各方案从技术实施到工程运维各方面进行综合比选，最终确定:挖除旧路肩的路面及30cm路床;挖除旧路混凝土路面;利用挖除的旧混凝土路面破碎材料;破除旧混凝土防撞护栏，设置中央绿化带为最终实施方案。
关键词:病害检测;病害处治;改扩建方案
1概述
高速公路是交通运输业中最重要的基础设施，具有通行速度快，交通流量大的特点[1]。截止到2019年底，全国高速总里程达到14.96万km，位居世界第一。随着国内交通水平不断的发展，20世纪90年代初期投入运营的多条高速公路逐渐进入大中修的工程周期，同时为了满足日益增长的交通需求，许多重点公路急需进行技术标准升级、拓宽改造[2]。国内一些学者对高速公路路面扩建进行了研究。
程全等[3]通过昌樟高速公路路面扩建工程，提出了分车道路面设计、老旧路面改建、扩建路面等的设计思路;李智[4]从老路的横断面设计、稳定性以及经济性出发，提出高速公路改扩建工程路基设计方法;吴恩明等[5]阐述了城区高速公路拼宽改扩建工程的各种方案，并结合具体情况对各种可能存在的改扩建拼宽方案进行了不同层次的比较;谈彤[6]以高速公路改扩建工程成功技术为基础，研究采用层次分析法、模糊层次综合评价法确定改扩建方案的办法，并结合瓦九路山区公路改扩建工程实例。
探讨了山区公路改扩建方案的选择及施工过程控制;吴中[7]以青海省西宁至互助公路扩能改建工程中关键技术为例，分别研究了该项目的路线选线、路基路面拼接、桥涵拼接、交通组织规划等，提出了高速公路路线选线、路基路面、桥涵拼接关键技术、交通组织方案的注意事项;程远志等[8]根据实际工程状况，总结出高速公路改扩建路线的设计要点;董刚[9]通过对某段高速路的实例分析，针对高速公路加宽改建路基路面工程的病害原因、病害处置、施工设计、施工技术等方面，对加宽改建关键技术进行简要分析，工程施工后满足了施工要求，缓解了交通压力，为相关改建工程提供了借鉴。
上述研究主要侧重于改扩建公路的技术难点与施工方法。为考虑旧路面材料的处理，在设计此类项目中，如何对原有路面结构进行利用成为了新的工程难题。目前国内诸多项目普遍采用挖除旧路面层，利用原路面基层结构加铺沥青面层的方法进行处理，浪费了旧路面材料，不符合绿色发展理念，且对路面结构拼接的设计方案及施工方法具有较高的要求[10]。
如何既满足道路行驶安全舒适的要求，又能在一定程度上节约资源并使得设计方案具有很强的可实施性，成为了目前此类项目的一个核心问题。本文采用公路雷达检测车对相关高速公路路段的病害进行探测，并根据具体路面病害创造性地提出一种绿色路面结构方案，通过相关实验与一般路面结构方案进行对比分析，为高速公路改扩建提供一种绿色节能的方案，符合国家的绿色发展要求。
2工程背景
兰州至海口高速公路是广西公路网主骨架纵向干线桂海高速公路的重要路段，同时也是广西壮族自治区“六横七纵八支线”高速公路网中“纵六”线南丹至东兴公路的主要构成路段。该路段交通量较大，现有水泥路面损坏比较严重。一方面路面经常要占道维修，给车辆通行带来极大的安全隐患，另一方面，原道路在中央分隔带上所设的水泥防撞墙，晚间行车不防眩，景观不好，本项目作为连接广西北部湾经济区的主干道，改扩建工程迫在眉睫。
钦州至防城港段工程为旧路扩建工程，全长为30.02km，原有公路为双向四车道，路基宽度24.50m。从减少征地拆迁以及工程量的角度考虑，采用两侧拼接方式扩建为八车道，整体式路基宽42m(每侧加宽8.75m)，其中:行车道宽2×4×3.75m，中间带宽4.5m(含0.75m×2路缘带)，硬路肩宽3.0m×2(含0.5m×2路缘带)，土路肩0.75m×2。行车道和硬路肩采用2.0%的路拱横坡，土路肩横坡为4%。
3病害检测分析与改扩建方案
3.1病害检测
现阶段道路路面检测技术种类繁多，为不影响正常的交通运行，利用钻芯和雷达检测两种方式对该路段的路面病害进行调查，综合评定钦防高速公路旧路面技术状况。
3.1.1道路多功能检测车检测
道路多功能检测车引进了车载雷达探测系统。在操作时车上的雷达系统向路面发射雷达波，遇到病害目标后，以图像的方式传输到车内电脑屏幕上。在实际测量中，为避免妨碍正常交通运行，规定多功能道路检测车车速为60km/h;为保证检测精度，每条车道行驶三次。
通过雷达成像可以看出该路段主要存在面板与基层脱空、面板与基层错动、基层松散与错断以及基层与垫层交界处含水等道路病害。将四种病害的长度进行整理汇总。
1)通过地质雷达检测发现了路面内部的一些缺陷和病害，最主要的病害为局部板底脱空，以及面板与基层的错动沉陷，少数基层松散，板缝下部分路段垫层内积水，发现内部病害较多的路段同样是路面表面损坏严重的路段。
2)调查路段5、路段3和路段1中路面出现的各类病害，无论从出现次数和总长度统计结果都反映出病害较严重;而路段2、路段4和路段6调查结果反映路面病害缺陷路段少，病害程度和数量较轻。这与之前路况调查和结构强度调查反映的情况是一致的。病害最为严重的路段5，缺陷路段长度占调查路线长度的19.2%，这与路面脱空率调查结果基本一致，反映该路段约20%路面出现比较明显的病害。
3)各类病害中面板与基层脱空现象最为突出，此类病害长度约占缺陷总长度的53%，其次是面板基层错动与沉陷，部分基层出现松散，但数量较少，约占全部调查路线长度的2.8%，此类病害对路面结构整体承载能力有影响;部分路段路表水渗入路面结构内部，在路面板横缝位置下的基层与垫层之间形成积水，易于对基层产生不利冲刷形成脱空。4)该调查路段总体路面病害状况等级为中，其中约20%的路段病害较严重，状况等级属于次～差。对结构影响大的主要病害类型为破碎板、板角断裂及裂缝为主，其中纵向裂缝明显，几乎所有的破碎板都有明显的纵向断裂病害发生，单独的横向斜向裂缝病害出现的较少。
3.1.2钻孔取样检测
为确定原有路面结构层的厚度以及强度，在各路段不同位置的路面及基层进行钻芯取样，并利用万能试验机对试样的劈裂强度、弯拉强度以及弯拉弹性模量进行测量。
1)基层调查平均厚度符合原设计，基层钻芯芯样大多能够完整取出，说明基层整体强度较高，完整性较好，板边处受冲刷影响基层与面层层间呈分离或脱空状态。二灰稳定类基层抗冲刷性不足，路面普遍出现错台现象。
2)各路段混凝土弯拉强度标准值均大于4.5MPa的设计弯拉强度要求。其中路段5整体强度较低，各路段芯样劈裂强度变异水平为中～高。此外经计算，各路段混凝土的弯拉弹性模量标准值Ec在34000MPa～36000MPa之间，满足设计规范要求。
3)原路面基层为二灰稳定碎石结构，设计厚度18cm，本次路面钻芯18处，钻孔位置一般布置在板底易于出现冲刷的板角附近。其中取出较完整芯样15处，仅1处基层松散破碎未能取出，2处芯样完整未取出。
芯样完整率达到94%。由此说明检测路段内基层整体状况较好，整体强度较高，大部分芯样抗压强度在9.3MPa～22.4MPa之间，除K12+300处芯样以外，基层芯样普遍比较密实。由此说明调查路段内基层整体状况良好，路面破坏原因与基层关系不大。综合本次旧路状况整体检测情况发现，对于路面使用状况次～差的路段，目前己出现大面积的断裂及其他病害，该段路面基本无法作为后期加铺沥青段的下承层，同时，由于原路面基层为二灰稳定碎石基层，抗冲刷性能较差，全线存在极为严重的脱空现象。
3.2改扩建方案
通过监测分析，确定全线原刚性路面结构板底脱空情况严重，基层抗冲刷能力弱，稳定性较差，无法进行搭接处理，考虑采用加铺沥青路面结构的方式对本段进行优化设计。为保证加铺沥青路面结构具有良好的路用性能，对该路段路面二灰稳定碎石基层及水泥混凝土路面进行全面处置以保证其整体结构强度;对于路面使用状况中及良优路段，原则上可以采用碎石化或直接作为新建路面基层用，在此基础上提出两种方案路面结构。
相较于普通扩改建方案，上述两种改建方案均对旧水泥路面的破碎材料进行了有效利用，节约了大量的资源，符合绿色发展要求。
4两种方案比选
方案一与方案二均对旧路面材料进行了有效的利用，但是对于处治路面病害的方式不同，本节从病害处治方式、施工工艺、经济性、施工周期等方面对两种方案进行对比分析，确定出较合适的方案。
4.1病害处治方式
由于扩改建道路存在结构板底脱空情况严重，基层抗冲刷能力弱，稳定性较差等问题，为充分利用原路面面层和基层结构，方案一基层病害处治采用注浆的方式，以达到治理基层病害的效果。注浆在实际工程中具有操作流程简单、作业成本低、施工效率高以及不需要控制交通等优势，在高速公路工程中得到普遍的应用。
方案二通过挖除旧路面基层，铺筑36cm水泥稳定碎石基层，达到彻底治理路基病害的目的。水泥稳定碎石通过碎石之间的嵌挤锁结作用，同时用浆体填充孔隙，因此具有较高的强度，承载能力较高，抗渗防冻性能较好。用其做基层，强度高，表面坚实，遇雨不泥泞是高级路面理想的基层材料。在处治基层病害方面，两种方案相比，方案二能够彻底消除旧路面基层病害，且新修建的水泥稳定碎石基层具有强度高，承载能力强等优点。方案一通过注浆方式对路基病害进行处治，病害处治不彻底。
4.2经济性对比
根据实际情况对各工程项目费用进行调查计算，得出两种方案建设费用经济分析表。
1)方案一累计费用为17477万元，方案二累计费用为17562万元，两者相差85万元。2)在方案一中换板率预计50%，交通维护过程中，换板还将增加。故在实际施工以及后续运营过程中，方案一的费用会持续增加。3)从数据序号9，10等得出，方案一估计约为14万m2，旧路基层可能存在的病害隐患未能得到彻底处治，留下更多的质量隐患，给后期运营维护、维修增加费用的概率更高。综上所述，在实际的工程以及后续的维护过程中，方案二较为经济。
4.3施工工艺对比
方案一与方案二两种施工工艺的不同主要表现在对旧路基的处理方式不同。方案一施工能更好的直接利用处治后的旧水泥混凝土路面结构，能够承载更重的交通车辆。但是利用旧水泥混凝土路面的车道一般主要行驶小汽车，其承载优点没有得到最优利用;在已实施的南宁至南间段(实验路段)建设中发现，水泥混凝土路面普遍存在较为严重的板底脱空现象，二灰稳定碎石抗冲刷性能及水稳性能较差，容易留下质量隐患;横坡调整工作量多、难度大，不易控制施工工期T1及沥青混凝土面层厚度和平整度，路面后期耐久性和行车舒适性较差;新旧混凝土基层搭接整体性较差，在搭接位置新旧路基的不同沉降更易产生路面纵向开裂。
方案二不存在水泥面板板底脱空隐患，能够彻底暴露出旧基层病害，彻底处治旧路病害，并且厚36cm的半刚性基层路面具有更好的荷载扩散能力，同时新旧路面存在40cm的搭接，新老路面直接模量差较小，有利于减少搭接位置沉降的差异，能够避免或者延缓路面纵向开裂的出现。在施工过程中挖除旧路面板工序简单，基层路面整体铺筑，施工质量容易保证，而且容易控制施工工期T3。综合来说，在施工工艺方面，方案二优于方案一。
4.4施工组织与绿色环保对比分析
两种方案均需采用半幅施工、半幅通车的交通维护方案，施工组织方案一致，但从同一路段施工工艺比较，总体上方案一比方案二的工期要长、难度要大。方案一混凝土养护期为24d+24d=48d，混凝土基层工期T1不可控因素很多;方案二基层混凝土养护期为14d+14d=28d，水泥稳定碎石基层工期T3不可控因素很少。方案一通过利用旧路面板较低能耗，但是换出来的混凝土面板不易按流水破碎处理，需集中破碎，成本更高。
旧路病害处治注浆方案消耗水量大，其产生的污水对路面及环境影响很大，后期维护难度较大并会产生更多建筑废料而污染环境，景观绿化较差。方案二后期维护可能性及难度较小，绿化带更美观，符合自治区政府的“绿化生态，美化广西”的工程建设理念。本节从施工工艺、经济性、病害处治方式以及施工组织和绿色环保等方面对两种方案进行对比分析，得出方案二优于方案一的结论。故对本段道路选择方案二改扩建方案。
5结语
本文通过钻芯取样以及道路雷达多功能检测车对该段道路的路基病害进行检测分析，并根据具体病害设计出两种绿色的改扩建方案，并从施工工艺、经济性、病害处治方式以及施工组织和绿色环保等方面对两种方案进行对比分析，得出方案二优于方案一的结论，且方案二符合绿色发展要求，适合大范围推广。
参考文献：
[1]刘甲荣，杨伟刚，王凯，等.济青高速公路改扩建路面拼宽技术创新与实践[J].公路交通科技:应用技术版，2019(6):3-6.
[2]焦江华.现有高速公路改扩建工程项目中的关键技术分析[J].中国新技术新产品，2013(5):39-40.
[3]程全，练伟，程永飞.昌樟高速公路路面扩建设计探讨[J].黑龙江交通科技，2021，44(2):36-38.
[4]李智.高速公路改扩建工程路基设计探究[J].黑龙江交通科技，2020，43(5):69，71.
[5]吴恩明，单鹏飞，张超，等.密集城区高速公路拼宽改扩建方案探讨[J].中国水运(下半月)，2020，20(4):171-172，203.
[6]谈彤.公路改扩建技术在甘孜州干线公路中的应用研究[D].西安:长安大学，2019.
作者：汪相征1，孙超2
转载请注明来自发表学术论文网：http://www.fbxslw.com/jjlw/29247.html
