旧路加铺平整度传递特性与控制方法研究.pdf

总657期2023年第27期（9月 下）0 引言随着我国经济的快速发展，老旧城市道路建设经历了早期建设窗口期后，在物流、客运、通勤需求等快速增长的情况下，其营运能力已无法满足当前交通量需求，且由于超载现象的层出不穷，道路出现开裂、塌陷、剥落等各类病害，一方面影响了城市形象，另一方面也严重影响了行车的舒适性与安全性。目前，旧路加铺成为既有道路改扩建的主要方式之一，但由于旧路基础与面层承载力与新建道路存在较大差异，因此，研究其平整度传递特性，将对改善旧路加铺施工效果具有重大影响。对于道路平整度相关研究，大量学者通过试验、调研、理论计算等方式，获得了很多有益结论。孟志琴1对影响高速公路沥青路面平整度的因素加以分析，并给出了控制平整度的有效方案；鲁斌等2以某公路工程A标段为工程背景，对沥青混凝土路面平整度影响因素与控制技术展开研究，并总结了平整度的有效检测方法；王鑫3采用实例分析方法，对某高速公路沥青混凝土路面平整度控制策略展开研究，总结了严格遵照技术标准、贯彻精细化管理、引入新技术辅助施工、做好现场监督检查的四点经验；苏建明等4对济青高速公路改扩建路面施工平整度控制进行了研究，分析了控制指标较差的原因，并给出了相应的管理措施；刘凯5对三柳高速公路水泥混凝土路面滑模施工平整度控制策略进行了研究，分析了数据监测、设备控制、材料运输、摊铺控制等因素对平整度的影响，提出了相应的人工修正与收面控制措施。目前大量的研究仅集中于新建道路的平整度影响因素与控制方法，而对旧路加铺情况下的平整度传递特性研究较少。为此，本文以国道G105线中山沙朗至古鹤段改建工程为背景，对旧路加铺情况下平整度传递特性加以分析，并有针对性地提出平整度控制方法，希望相关研究结论能够为同类道路施工提供参考。1 工程概况国道G105线中山沙朗至古鹤段改建工程，起点位于中山沙朗立交，终点位于中山市三乡古鹤花坛，全长32.304 km，原道路于1995年建成通车，20102011年进行了“白改黑”路面维修改造，通车至今。本项目的实际改造范围自北向南分为两段，第一段为沙朗（K2639+498.02）至中山三桥（K2648+952.10）段，长度9.45 km；第二段为板芙至三乡古鹤段，起于板芙镇中环（K2656+320），与板芙大道、迎宾大道、工业大道、三乡花坛、金谷大道等道路交叉，终点位于三乡镇古鹤（K2679+170），长22.85 km。全线采用一级公路技术标准，兼顾城市快速路功能。本项目的改建内容主要是将现有的六车道拓宽为八车道，并修建非机动车道。2 旧路加铺后路面平整度影响因素分析2.1 下承层平整度较差国道G105原道路由于服役多年，在材料老化、路基不均匀沉降、超载等因素影响下，不可避免地出现平整度较差的问题，同时其在新建处可能由于施工技术水平、施工机械性能限制等问题，已出现不平整情况。目前根据部分路段实测，实际高程与设计高程相差最大值可达15 cm。当下承层平整度较差时，由于其作为摊铺机行走的支撑面，不平整将致使摊铺机熨平板作业高程变化与自动找平系统控制拖点高程的变化，从而影响加铺路面表面平整度。2.2 下承层承载力较差当前在国道G105板芙北路段、中环路段出现了较收稿日期：2022-12-25作者简介：梁东方（1991），男，广西桂平人，工程师，从事路桥施工管理方面工作。旧路加铺平整度传递特性与控制方法研究梁东方（中山市交通项目建设有限公司，广东 中山 528400）摘要：以国道G105线中山沙朗至古鹤段改建工程为例，通过分析旧路加铺情况下新铺路面平整度影响因素，建立了松铺层平整度、摊铺密实度、新铺路面平整度关系模型，显示出新铺路面平整度传递特性，并提出下承层质量控制、平整度测定、接缝平整度控制、沥青混合料性能改善等平整度控制方法。研究结果表明，通过提升摊铺材料压实度，可降低下承层平整度对新铺路面平整度的影响；通过提升摊铺层平整度，可降低摊铺材料压实度对新铺路面平整度的影响；采用此控制方法后，旧路加铺后新铺路面平整度得到有效控制，3 m直尺法测定平整度合格率为94.96%。关键词：旧路加铺；平整度影响因素；传递特性；平整度控制中图分类号：U416文献标识码：B34交通世界TRANSPOWORLD多由于不均匀形变引发的横向、纵向裂缝、路面下陷、破损、构造物周边破损等病害，其自身承载力是否合格也将难以保证，如果不对存有问题的下承层进行修补或铣刨，直接在其上进行加铺，则新加铺的沥青面层仍将可能发生开裂、下陷、车辙鼓包等病害。2.3 附属构筑物的影响国道G105原道路上存有检查井、雨水斗等各类附属构筑物，在道路长期服役中，由于刚性基座与道路基层沉降差异，其当前高程与道路高程存在一定偏差，如果不考虑附属构筑物突出或下陷带来的影响，也将对加铺沥青面层平整度带来不利影响。2.4 其他因素除上述主要因素外，沥青混合料、施工质量、环境的影响也尤为重要，沥青混合料的选取应与当地的地理环境、气候、水文等特点相匹配，采用合理级配，避免混合料离析，确保路面压实度；施工时应确保管理人员、作业人员技术熟练、经验丰富，避免各工序出现错误，同时确保施工机具运转正常，避免机械因素带来的不利影响；沥青面层摊铺对环境温度、是否降水等较为敏感，当在冬季较低气温下进行施工时，应在施工前测试施工温度，确定最佳施工时间，并迅速完成摊铺和碾压，避免低温对道路质量带来的不利影响。由于国道G105道路为旧路加铺，施工路段附近存在较多车流人流与既有建筑物，应于施工前规划封控方式，避免车、人通行对施工质量的影响。3 旧路加铺平整度传递特性考虑下承层、松铺层，建立松铺层平整度、初始压实度、新铺路面平整度之间的关系，以对旧路加铺平整度传递特性展开研究。假定松铺层不平整度忽略不计，仅考虑下承层平整度；不考虑沥青混合料质量对新铺路面平整度的影响；不考虑施工质量对新铺路面平整度的影响。设松铺层单元体受到的竖直向下应力为1，水平方向应力分别为2、3，且2=3，则有：VV=()1+2()1+3()1-1 1+22-1（1）=21（2）式（1）（2）中：V与V分别表示松铺层单元压实前、压实后的体积；2与3分别表示对应2与3的应变，且满足2=3，1为对应1的应变；表示当量泊松比。将式（2）带入式（1），有：VV=1-1+21（3）如果单元体压实前、压实后质量不发生改变，则单元体密度与体积存在如下关系：VV=（4）式（4）中：、分别表示压实前、压实后的单元体材料密度。综合式（3）（4），得出：H=H()1-1-2（5）式（5）中：H为单元体的高度压缩量；H为压实前的高度。假设松铺层存在两点，该两点处下承层存在不平整情况，“1”点处松铺层厚度为H1，“2”点处松铺层厚度为H2，经压实后两点处压缩量分别为H1与H2，则两点压缩量之差可表示为：Ha=H2-H1=()H2-H11-1-2=H011-1-2（6）由式（6）可知，当松铺层与材料压缩特性均为理想状态时，下承层平整度将经过加铺过程将下承层自身平整特性以相似的形式传递至新铺路面，使新铺路面凹凸规律与下承层保持一致，但二者并非完全相等关系。但实际中往往无法忽视摊铺机械的影响，加之松铺层自身不平整度无法忽略，因此，还需进一步考虑松铺层平整度的传递。与式（6）类似，设松铺层存在两点，该两点处松铺层存在凹凸不平，经压实后两点处压缩量分别为H1与H2，则两点压缩量之差可表示为：Hb=H2-H1=H02-21-2（7）综合考虑上述下承层与松铺层平整度传递两种因素，且令横向应变为零，则总压缩量可表示为：H=Ha+Hb=()1-H01+H02（8）由式（8）可得出旧路加铺平整度传递特性，通过提升摊铺材料压实度，可降低下承层平整度对新铺路面平整度的影响；通过提升摊铺层平整度，可降低摊铺材料压实度对新铺路面平整度的影响。4 新铺路面平整度控制方法4.1 下承层质量控制由式（8）可知，下承层质量对新铺路面平整度具有至关重要的影响，为此，需采取一定方法对下承层病害进行针对性处理，排除其影响承载力的各类隐患。35总657期2023年第27期（9月 下）对于裂缝，建议进行取芯分析裂缝成因，并有针对性地指定裂缝修补方案；对于出现沉降的检查井与雨水斗，需进行加固处理，确保其强度及高程满足要求；对于其他影响下承层高层的路面车辙、鼓包、破损、剥落，应进行铣刨补强处理。4.2 接缝平整度控制由于城市道路复杂，存在较多渐变加宽路段，且其上存在的各类构筑物类型、几何尺寸差异较大，造成接缝质量难以控制，进而影响平整度。为此，可采用免切割边缘限位摊铺法对接缝平整度加以控制。首先，进行施工准备，测量放线后，与路缘石内侧边缘设置混凝土侧模与方木进行限位，并在摊铺前对侧模进行验收，验收合格后清扫除尘；然后喷洒透层油、黏层油，进行沥青摊铺测量，依据摊铺机分界线固定方木；最后进行沥青面层摊铺。推荐采用多机联机摊铺方法，以减少冷接缝数量，摊铺完成后进行碾压作业，对边缘进行夯实，并对方木进行再回收利用。4.3 改善沥青混合料性能考虑材料特性对新铺路面平整度具有一定影响，可以添加温拌剂改善沥青混合料性能，确保在低温时段仍具有较高的施工质量。表1对比了添加三种常见温拌剂产品后沥青混合料的最大降温幅度、孔隙率、成型温度、动稳定度等参数。可见，添加温拌剂后将有效改善沥青混合料性能，可根据实际需求选择不同型号温拌剂，以减少温度对摊铺平整度的影响。表1 不同温拌剂参数对比温拌剂品牌1品牌1品牌1品牌2品牌2品牌2品牌3品牌3品牌3成型温度/170160150170160150170160150最大降温幅度/141414181818232323孔隙率（%）3.53.94.33.83.94.03.43.83.9动稳定度/（次/mm）4 4653 7993 4675 2013 6003 5564 9593 8183 7114.4 平整度控制效果利用4.14.3小节方法对新铺路面平整度加以控制后，再采用直尺测定方法检测新铺路面平整性，以确保施工质量可靠。通常采用3 m直尺、硬木，并配备卷尺、记号笔等工具。利用3 m直尺测定路面最大间隙，以每十尺为一小组数据，以式（9）计算合格率。=()n N 100%（9）式（9）中：n为合格尺数；N为总尺数。快速路或主干路采用每半幅车道100 m两处连续10尺的检查方法，3 m 直尺最大间隙 90%应在 5.0 mm 以下。以板芙北路某加铺路段1 000 m为例，共测得331028组数据，如图 1所示，总合格点数为 5 014个，合格率为94.96%，说明采用本文提出的方法可以有效实现新铺路面平整度控制，且控制效果良好。图1 3 m直尺测量点数据5 结论本文基于国道G105线中山沙朗至古鹤段改建工程，对旧路加铺后影响平整度的因素进行了分析，研究了平整度传递特性，提出了新铺路面平整度控制方法，得到以下结论：1）下承层的平整度、承载力以及附属构筑物均不同程度对旧路加铺后路面平整度产生影响。此外，沥青混合料、施工质量、环境的影响也不容忽视。2）通过建立松铺层平整度、摊铺密实度、新铺路面平整度关系模型，得到了沥青路面平整度传递特性，并由传递特性发现，通过提升摊铺材料压实度，可降低下承层平整度对新铺路面平整度的影响；通过提升摊铺层平整度，可降低摊铺材料压实度对新铺路面平整度的影响。3）通过下承层质量控制、接缝平整度控制、沥青混合料性能改善等方式，提出了新铺路面平整度控制方法，经3 m直尺法测定，有效实现了新铺路面平整度控制。参考文献：1 孟志琴.高速公路路面施工平整度控制J.四川建材，2021，47（3）：97-98.2 鲁彬，王亚晓施工过程中沥青砼路面平整度控制技术J公路与汽运，2021（1）：76-783 王鑫高速公路沥青混凝土路面平整度控制措施J交通世界，2022（7）：60-614 苏建明，张惠勤，章清涛，等济青高速公路改扩建路面施工平整度控制与管理措施探讨J公路交通科技（应用技术版），2019，15（6）：24-26，975 刘凯三柳高速公路水泥混凝土路面滑模施工平整度控制J公路，2016，61（8）：56-5936