城市道路常見病害的修復(fù)方案探討

城市道路常見病害的修復(fù)方案探討

上海曹寶路等級為城市二級道路，設(shè)計速度為50km。h、bw-100標準路面；現(xiàn)在的道路是分為三個部分的形式的。車道為雙向4車道和2減速，道路寬度為32m，車道寬度為15m。在閔行區(qū)范圍的道路經(jīng)過多年運營,雖日常養(yǎng)護,但仍出現(xiàn)大量病害,主要表現(xiàn)為水泥混凝土路面的板塊錯臺、開裂、碎裂、表面層剝落;瀝青路面出現(xiàn)縱橫向裂縫、龜裂、沉陷等道路病害。本文以漕寶路(S20—蓮花路)道路大修工程為例,對城市道路大修方案進行探討。該工程位于外環(huán)與中環(huán)之間,東起蓮花路,西至S20,長度為2.79km。1縱斷面線形調(diào)整大修工程設(shè)計根據(jù)既有道路情況,確定以下原則:平面、橫斷面設(shè)計維持原狀;對道路縱斷面線形結(jié)合路面結(jié)構(gòu)的改造,按照相關(guān)的技術(shù)標準予以適當調(diào)整,盡可能使道路大修后線形達到道路相應(yīng)等級的要求;在確保道路整體強度需求的基礎(chǔ)上,針對改善路面使用質(zhì)量并滿足相應(yīng)指標為原則進行設(shè)計,對原路中的水泥混凝土路面進行“白加黑”。2當前研究與分析評價2.1原路面結(jié)構(gòu)調(diào)查原路機動車道部分為水泥混凝土路面(約占全段56%),部分為瀝青路面(約占全段44%),經(jīng)過對老路路面結(jié)構(gòu)調(diào)查和實地開挖樣洞,原路面結(jié)構(gòu)組成及厚度情況如下。1)蓮花路—南新涇橋接坡段:4cm細粒式瀝青混合料+8cm粗粒式瀝青混合料+45cm三渣。2)南新涇橋接坡—興安加油站段:24cm水泥混凝土+35cm三渣+15cm碎石。3)興安加油站—S20段:3cm細粒式瀝青混合料+9cm粗粒式瀝青混合料+原路水泥混凝土板。2.2新沙浦河大橋—機動車道路面現(xiàn)狀1)蓮花路—南新涇橋接坡為瀝青路面(K14+000~K14+982.3,現(xiàn)狀雙向5車道)。該段瀝青路面裂縫較多,龜裂現(xiàn)象較為嚴重,部分路段存在沉陷。2)南新涇橋接坡—興安加油站為水泥混凝土路面(K14+982.3~K16+452.5,其中沙浦河橋頭接坡為瀝青路面,長度約57m,現(xiàn)狀雙向4車道)。南側(cè)半幅機動車道水泥混凝土路面狀況較好,僅有少部分存在裂縫;北側(cè)半幅機動車道水泥混凝土路面破損較多,尤其外側(cè)機動車道水泥板斷裂、破碎、坑槽、沉陷較嚴重。3)興安加油站—S20為瀝青路面(K16+452.5~K16+793.6,現(xiàn)狀雙向4車道)。該段道路路面是在原水泥混凝土板路面上,加鋪雙層瀝青面層,狀況基本良好,僅有少部分沉降和裂縫。2.3注漿板塊建議匯總彎沉檢測按照水泥混凝土路面和瀝青路面分3個評定段進行檢測匯總。第1評定段成果匯總表如表1所示。第2評定段根據(jù)板塊接縫處的主點彎沉、差異彎沉對水泥混凝土板底的脫空情況進行判斷。對彎沉采用雙控制,主點絕對彎沉控制標準≤0.20mm,差異彎沉≤0.06mm,各車道注漿板塊建議匯總見表2。第3評定段由于已經(jīng)為“白加黑”路段,故無法檢測其主點彎沉、差異彎沉,從現(xiàn)場踏勘情況看,部分路段有沉降及裂縫,裂縫明顯呈板塊狀。2.4基礎(chǔ)加固處理第1評定段彎沉測量值較大,路面強度較差。從現(xiàn)場踏勘情況來看,該段路面瀝青混合料裂縫較多,龜裂現(xiàn)象較為嚴重,部分路段存在沉陷,局部需要進行基礎(chǔ)補強處理。第2評定段根據(jù)主點彎沉、差異彎沉數(shù)據(jù)顯示:北二車道板底脫空情況最嚴重,從現(xiàn)場踏勘情況來看,該段水泥混凝土路面斷裂、破碎、坑槽、沉陷最嚴重;南二車道板底脫空情況次之;北一、南一車道板底脫空情況稍好。第3評定段從現(xiàn)場踏勘情況來看,該段道路路面狀況基本良好,僅部分沉降和裂縫,沉降現(xiàn)象出現(xiàn)在機動車道外邊緣,是原混凝土板沉降導(dǎo)致,裂縫位置分布均勻且呈板塊狀。3項目計劃3.1混凝土砌塊的翻新方案3.1.1瀝青加鋪結(jié)構(gòu)設(shè)計1)對舊水泥混凝土路面的處治是工程成敗的關(guān)鍵。根據(jù)現(xiàn)狀進行如下處治。(1)對有縱橫向貫穿縫和交叉裂縫的水泥混凝土板塊進行翻挖(以一塊板為最小單位),新澆筑水泥混凝土板(fr≥5.0MPa)厚度與原板相同,本次設(shè)計擬對106塊水泥混凝土板進行重新澆筑,占總板塊數(shù)量的9.6%。(2)錯臺≤1cm的,注漿后予以磨平;錯臺>1cm的,注漿滿足要求后錯臺仍>1cm的,應(yīng)將錯臺高出一側(cè)的板塊邊緣30~50cm范圍內(nèi),按斜度削平至下側(cè)板塊邊緣,鑿平采用人工操作。本次設(shè)計擬對7塊錯臺水泥混凝土板進行人工鑿除,對69塊錯臺水泥混凝土板進行機械磨平,占總板塊數(shù)量的6.2%。(3)原路面板塊縱、橫向裂縫采用低黏性瀝青灌縫,灌縫要飽滿,占總板塊數(shù)量的7.9%。接縫處需要清理,灌入乳化瀝青封底,瀝青砂填注,然后再用乳化瀝青封面。對彎沉采用了雙控制,主點絕對彎沉控制標準為≤0.20mm,差異彎沉為≤0.06mm,凡板塊彎沉達不到上述標準的均進行注漿處理。根據(jù)實測彎沉數(shù)據(jù),擬對534塊板進行注漿,占總板塊數(shù)量的48.4%。注漿完成后在7d齡期后進行復(fù)測,主點彎沉和差異彎沉應(yīng)達到控制要求,如不滿足則進行二次注漿,直至滿足為止。為縮短水泥混凝土養(yǎng)護時間,減少施工工期,同時又不降低重澆水泥混凝土板的強度,可在重澆水泥混凝土板內(nèi)增加單層鋼筋網(wǎng)片,并在水泥中添加早強劑。2)防水、防反射裂縫措施。采用新型的聚酯玻纖防裂布,起到防水作用,又起到防反射裂縫的作用。這種玻纖布在江蘇、安徽“白加黑”工程中大面積使用,效果良好。3)瀝青加鋪結(jié)構(gòu)層設(shè)計。根據(jù)JTGD50—2006《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》,在穩(wěn)定的原水泥混凝土板塊上加鋪瀝青層時,中等及中等以上交通道路,加鋪厚度不宜<10cm。從面層的結(jié)構(gòu)層次、材料壓實最小厚度要求、防止反射裂縫措施對加罩層要求和經(jīng)濟角度考慮,瀝青加鋪層的厚度控制在9~15cm。推薦采用12cm瀝青面層:4cmSMA-13(SBS改性瀝青)+8cm粗粒式瀝青混合料(AC-25C)+聚酯玻纖防裂布。4)方案特點。本方案僅對原破碎嚴重的水泥混凝土板進行挖除,挖除后重澆板塊添加早強劑,水泥養(yǎng)護時間縮短為7d左右,可有效縮短施工工期。但瀝青面層加罩后原路標高有所抬升,為不影響周邊建筑物,需對機非隔離帶進行抬升,非機動車道橫坡進行加大,避免人行道的抬升。3.1.2多塊式體改型3個1)碎石化方案?，F(xiàn)場采用移動式單頭共振式的破碎機或多頭沖擊式破碎機將原有混凝土路面打成碎塊。打碎的路面面板碎塊與原有的路面基層一起形成新的路面基層,然后加鋪瀝青混合料面層。單頭共振式破碎機工作原理是利用機器找出水泥路面的固有頻率,并激發(fā)水泥路面共振,從而使路面碎裂。機器以每秒不小于44次的頻率,25.4mm的振幅及908kg的力來使混凝土板破碎。破碎頭寬度為15cm,每次破壞1條路面,大約需要50次來回才能破碎1條7.5m寬的路。破碎后的混凝土碎塊尺寸一般≤15cm,多數(shù)在2.5~7.5cm。單頭共振式破碎機采用高頻低幅的原理,對地下管線的影響較小,噪聲相對較小,適用于城鎮(zhèn)道路,破碎單價為50~55元/m2。多頭沖擊式破碎機有12個或16個重錘2種,沖擊次數(shù)為30~35次/min,行進速度為0~8km/h,機器總重22~26t。破碎原理是靠十幾個重錘的自重,以每分鐘30多次的頻率,落在混凝土面板上,沖擊打碎混凝土路面板。行走寬度每幅1.0~3.9m,破碎后的混凝土碎塊尺寸一般在7.5cm以下。對于鋼筋混凝土路面,要求在破碎后鋼筋自動剝離。破碎機的工作效率為每天處理大約1.6km單車道的混凝土。多頭沖擊式破碎機采用低頻高幅的原理,振動強度大,對地下管線影響大,噪聲相對較大,適用于公路,破碎單價為25~30元/m2。2)瀝青結(jié)構(gòu)層設(shè)計。混凝土面板碎石化后,細顆粒集中在路面上部,粗顆粒集中在路面下部,形成類似級配碎石的柔性基層。上層加鋪瀝青面層,厚度設(shè)計及允許彎沉值可按柔性基層考慮。根據(jù)上海市城市次干路一般的荷載量,計算得到本路在設(shè)計年限內(nèi)的路面設(shè)計彎沉值容許值為0.40mm。通過程序計算得,瀝青面層厚度需20cm,故推薦瀝青加鋪結(jié)構(gòu)采用:4cmSMA-13(SBS改性瀝青)+7cm中粒式瀝青混合料(AC-20C)+9cm粗粒式瀝青混合料(AC-25C)。3)方案特點。上海公路改造中使用該方案較多,效果明顯,可有效避免后期反射裂縫的問題。但破碎時噪聲、振動很大,在市區(qū)實施有一定的難度。瀝青面層加鋪20cm后標高抬升較大,對周邊建筑物影響較大。3.1.3瀝青面板和柔性基層的處理將原水泥混凝土板挖除,對原基層予以利用(施工損壞的進行局部混凝土修補),在原三渣基層上加鋪瀝青面層。按照加鋪瀝青面層和柔性基層的方法進行處理:4cmSMA-13(SBS改性瀝青)+8cm粗粒式瀝青混合料(AC-25C)+12cm瀝青碎石(ATPB-25)。路面標高與原路面標高基本一致,對沿線建筑幾乎沒有影響。但所有的水泥混凝土板翻挖、外運,工程量大,產(chǎn)生的噪聲、振動很大,對周邊環(huán)境影響嚴重,在本區(qū)域內(nèi)施工有難度。3.1.4“白改黑”方案方案一是比較成熟的“白加黑”方案。如果板塊注漿質(zhì)量能得到保證,可有效延緩反射裂縫出現(xiàn)的時間。江蘇寧通高速的“白加黑”工程是此方案的經(jīng)典案例,通過對板塊注漿工藝和嚴格的施工監(jiān)管,通車5a未出現(xiàn)反射裂縫。上海市的“白加黑”工程,一般在2~3a后出現(xiàn)反射裂縫,其主要原因是板塊注漿的施工質(zhì)量未得到有效監(jiān)控,注漿后復(fù)查彎沉的措施未得到堅決貫徹。方案二是“白改黑”技術(shù)方案,在美國應(yīng)用較多,國內(nèi)從2003年開始引進,上海目前有較多的成功案例。但破碎機械的強力沖擊會對原有基層及土基承載力產(chǎn)生一定的破壞。根據(jù)漕寶路綜合管線物探報告,工程區(qū)域內(nèi)分布有空軍及警備區(qū)軍用電纜、煤氣、天然氣、給水、信息管線、雨污水管道及高壓電纜等眾多的管線,共振碎石化過程中如有損壞,將給國民經(jīng)濟和人民的生命財產(chǎn)造成極大損失。另外本工程位于中心城區(qū),路面標高抬高20cm,與沿街建筑的關(guān)系較難處理。方案三是將原水泥混凝土板進行挖除,重新鋪設(shè)瀝青面層的方法,可以改變在“白改黑”工程中存在的種種弊端,滿足道路在設(shè)計年限內(nèi)的可靠使用。方案一、二均抬高原路12~20cm,對周邊建筑物產(chǎn)生一定影響,方案三雖與原路標高基本一致,但翻挖外運土方量較多。經(jīng)測算,方案二造價最高,方案三次之,方案一最小。綜合施工期間對周邊環(huán)境、交通的影響,地下管線的保護,以及道路在竣工后在設(shè)計年限內(nèi)正常使用,最終推薦方案一。3.2基礎(chǔ)注漿加固隨著交通、環(huán)境、社會發(fā)展,道路大修必須滿足非開挖、無障礙、全天候、可迅速開放交通的要求。采用新材料、新工藝、新技術(shù)是解決道路結(jié)構(gòu)補強的一條積極途徑,也是改變傳統(tǒng)維修方法的一種有效措施。道路非開挖快速搶修加固技術(shù)(壓力注漿)大大改善老工藝的不足,不但節(jié)約成本、縮短工期,而且工程質(zhì)量也大幅提升。注漿材料采用地聚合物注漿混合材料,具有自硬性好、黏結(jié)力強等性能。地聚合物注漿混合材料一旦與淤泥質(zhì)土顆粒表面的自由水接觸融合后,能滲透到土顆粒表面與結(jié)合水發(fā)生反應(yīng),生成膠凝結(jié)構(gòu)物,且這種膠體具有不可逆性,使土顆粒與土顆粒之間形成一種穩(wěn)定的膠體作用,提高承載能力?？紤]到漕寶路(S20—蓮花路)對施工工期的要求,根據(jù)道路彎沉測試結(jié)果,針對局部路段實測彎沉值較大的進行基礎(chǔ)注漿補強;由于原水泥混凝土路面進行“白加黑”,對原路標高有所抬升,所以擬對全線瀝青面層進行加罩處理。1)基礎(chǔ)注漿補強路段:對測量彎沉值>0.40mm的集中路段,進行基礎(chǔ)注漿補強;其余路段零星存在龜裂和沉陷的基層也作相應(yīng)的注漿補強。2)局部基礎(chǔ)注漿補強后,再對原路面