高速公路改扩建工程路面检测和方案分析

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1、高速公路改扩建工程路面检测和方案分析摘要:针对高速公路改扩建工程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项目为例，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，提出两种处治计划，并对各计划从技术实施到项目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计划。关键词:病害检测;病坏处治;改扩建计划1概述高速公路是交通运输业中最重要的根底设施，具有通行速度快，交通流量大的特点1。截止

2、到2022年底，全国高速总里程到达14.96万km，位居世界第一。随着国内交通水平不断的开展，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项目周期，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规范升级、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项目，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项目路基设计办法;吴恩明等5阐述了城区高速公路拼宽改扩建项目的各种计划，并结合具体情况对各种可能存在的改扩建拼宽计划进行了不同层次的比拟;谈彤6以高速公路改

3、扩建项目成功技术为根底，研究采用层次分析法、含糊层次综合评价法确定改扩建计划的方法，并结合瓦九路山区公路改扩建项目实例。探讨了山区公路改扩建计划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项目中关键技术为例，分别研究了该工程的路线选线、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、交通组织计划的考前须知;程远志等8根据实际项目状况，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项目的病害原因、病坏处置、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，项目施工后满足了施工要求

4、，缓解了交通压力，为相关改建项目提供了借鉴。上述研究主要侧重于改扩建公路的技术难点与施工办法。为考虑旧路面材料的处理，在设计此类工程中，如何对原有路面结构进行利用成为了新的项目难题。目前国内诸多工程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办法进行处理，浪费了旧路面材料，不合乎绿色开展理念，且对路面结构拼接的设计计划及施工办法具有较高的要求10。如何既满足道路行驶平安舒适的要求，又能在一定程度上节约资源并使得设计计划具有很强的可实施性，成为了目前此类工程的一个核心问题。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发明性地提出一种绿色路面结构计划，通过相

5、关实验与一般路面结构计划进行比照分析，为高速公路改扩建提供一种绿色节能的计划，合乎国家的绿色开展要求。2项目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拟严重。一方面路面经常要占道维修，给车辆通行带来极大的平安隐患，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，本工程作为连接广西北部湾经济区的主干道，改扩建项目迫在眉睫。钦州至防城港段项目为旧路扩建项目，全长为30.02km，原有公路为双向四车道，路基宽度24.50m

6、。从减少征地拆迁以及项目量的角度考虑，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243.75m，中间带宽4.5m(含0.75m2路缘带)，硬路肩宽3.0m2(含0.5m2路缘带)，土路肩0.75m2。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计划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

7、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，为防止阻碍正常交通运行，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、基层涣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，最主要的病害为部分板底脱空，以及面板与基层的错动沉陷，少数基层涣散，板缝下局部路段垫层内积水，发现内部病害较多的路段同样是路面外表损坏严重的路段。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

8、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根本一致，反映该路段约20%路面出现比拟明显的病害。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，局部基层出现涣散，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;局部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

9、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，独自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)基层调查平均厚度合乎原设计，基层钻芯芯样大多能够完整取出，表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别离或脱空状态。二灰稳定类基层抗冲刷性缺乏，路面普遍出现错台现象。2)各路段混凝土弯拉

10、强度规范值均大于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规范值Ec在34000MPa36000MPa之间，满足设计标准要求。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处基层涣散破碎未能取出，2处芯样完整未取出。芯样完整率到达94%。由此表明检测路段内基层整体状况较好，整体强度较高，大局部芯样抗压强度在9.3MPa22.4MPa之间，除K12+300处芯样以外，基层芯样普遍比拟密实。由此表明调查路段内基层

11、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，该段路面根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改扩建计划通过监测分析，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，原那么上可以采用

12、碎石化或直接作为新建路面基层用，在此根底上提出两种计划路面结构。相较于普通扩改建计划，上述两种改建计划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，合乎绿色开展要求。4两种计划比选计划一与计划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，本节从病坏处治方式、施工工艺、经济性、施工周期等方面对两种计划进行比照分析，确定出较适宜的计划。4.1病坏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，为充沛利用原路面面层和基层结构，计划一基层病坏处治采用注浆的方式，以到达治理基层病害的效果。注浆在实际项目中具有操作流程简单、作业本钱低、施

13、工效率高以及不需要控制交通等优势，在高速公路项目中得到普遍的应用。计划二通过挖除旧路面基层，铺筑36cm水泥稳定碎石基层，到达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，外表坚实，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，两种计划相比，计划二能够彻底打消旧路面基层病害，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。计划一通过注浆方式对路基病害进行处治，病坏处治不彻底。4.2经济性比照根据实际情况对各项目工程费用进行调查计算，得出两种计划建设费用经济分析表。1)

14、计划一累计费用为17477万元，计划二累计费用为17562万元，两者相差85万元。2)在计划一中换板率预计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，计划一的费用会持续增加。3)从数据序号9，10等得出，计划一估计约为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，在实际的项目以及后续的维护过程中，计划二较为经济。4.3施工工艺比照计划一与计划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。计划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

15、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。计划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

16、位置沉降的差别，能够防止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，计划二优于计划一。4.4施工组织与绿色环保比照分析两种计划均需采用半幅施工、半幅通车的交通维护计划，施工组织计划一致，但从同一路段施工工艺比拟，总体上计划一比如案二的工期要长、难度要大。计划一混凝土养护期为24d+24d=48d，混凝土基层工期T1不可控因素很多;计划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。计划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，

17、需集中破碎，本钱更高。旧路病坏处治注浆计划耗费水量大，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。计划二后期维护可能性及难度较小，绿化带更美观，合乎自治区政府的“绿化生态，美化广西的项目建设理念。本节从施工工艺、经济性、病坏处治方式以及施工组织和绿色环保等方面对两种计划进行比照分析，得出计划二优于计划一的结论。故对本段道路选择计划二改扩建计划。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计划，并从施工工艺、经济性、病坏处治方式以及施工组织和绿色环保等方面对两种计划进行比照

18、分析，得出计划二优于计划一的结论，且计划二合乎绿色开展要求，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，2022(6):3-6.2焦江华.现有高速公路改扩建项目工程中的关键技术分析J.中国新技术新产品，2022(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，2008，44(2):36-38.4李智.高速公路改扩建项目路基设计探究J.黑龙江交通科技，2022，43(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计划探讨J.中国水运(下半月)，2022，20(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，2022.