高速公路大修工程路面施工方案优化设计

1、Vol. 39, No. 4Aug t 2 0 1 4第39卷，第4期2 0 14年8月公路工程Highway Engineering高速公路大修工程路面施工方案优化设计彭杰（湖南省奇速公路管理局湖南长沙410001）摘 S研究结合京港澳国家高速公路（C4）湖南省来阳至宜章段大修工程基于长寿命高速公路设计理 念通过合理的计算，对原路面不同路面结构分别提岀不同的加铺方案，并在大修过程中，根据现场实际惰况，对施 工方案进行优化设计。通过旧连续配筋混凝土路面结构及钢筋间距调整、旧沥青路面处治措施优化、层间处治措 施优化、沥青谁合料路用性能优化以及桥头调坡段施工方案优化，能够保证大修工程质量。研究结果

2、可供同行 参考。【关键词髙速公路；大修工程；加铺方案；施工方案优化中图分类号U4186'7文献标识码A文章编号1674 -0610（2014 ） 04 - 0186 - 05Optimization Design of Pavement Construction for HeaveMaintenance of ExpresswaysPENG Jie(Highway Administration Bureau of Hunan Province, Changsha9 Hunan 410001 t China)Abstract Aiming at the seepage phenomeno

3、n of leiyi-yizhang section of Beijing Hong Kong and Macao national highway( G4) in Hunan province, Based on long-life expressway design and reasonable calculation, different overlay programs were put forward from different pavement structures of the original expressway During heave maintenance const

4、ruction, the construction plans were designed optimally ac cording to the actual situation Studies show that t the quality of repair works can be ensured by optimi* zing the construction program t such as adjustment of old continuous reinforcement pavement structure and reinforced concrete pitch, op

5、timization of old asphalt pavement treatment measures, optimization of bond ing layers treatment measures t asphalt pavement performance optimization and optimization of slope justment section in bridge construction. The results can be available for peer referenceKey words expressway； heave maintena

6、nce； overlay programs; construction optimizationVol. 39, No. 4Aug t 2 0 1 4第39卷，第4期2 0 14年8月Vol. 39, No. 4Aug t 2 0 1 4第39卷，第4期2 0 14年8月收稿日期）2014-03-03作窖简介彭 杰（1983-）；.湖南汨罗人，工程师主要从爭髙速公路建设与管理工作。o 前言高速公路不同于一般公路，对行驶质量有较高 要求W。因此，髙速公路大修既不能完全依照新建 高速公路的设计思想和方法，也不能按投资成本最 低的方法确定优选方案，应根据实际路况调査，采取 有效手段和方法,进行路面修

7、复：2'51O综合国内外 的经验，从国内的实际情况出发，高速公路的大修改 造大体应遵循以下原则：确保交通畅通和交通 安全，尽叫能减小对交適的影响，防止施工车辆干扰 正常行车，借道分流处应设专人指挥交通；尽可 能以互通为中心合理划分施工路段长度，确保每个 标段有一个互通，便于材料、施工机械、车辆进出，缩 短总的维修工期；制定合理、紧凑的施工组 织计划、加强管理、加大施工力度、采取速战速决的 方法，在保证质量的前提下尽量缩短大修工 期大修施工过程中尽可能做到施工精细 化，使维修以后不至于在短期内再次损坏、再次大 修，应考虑路面耐久性；对于路面大修方案应结 合原有路面实际情况，保证晰工方案切

8、实有效。研究结合京港澳国家高速公路（G4）湖南省耒 阳至宜章段大修工程，基于重载交通长寿命设计理 念，提岀大修工程路面结构加铺设计方案，并在施工 过程中结合现场情况对路面施工方案进行优化。研 第4期彭杰：高速公路大修工程路面施工方案优化设计187究将为国内重载交通下高速公路大修工程施工方案 制定提供一定参考。1大修工程概况耒宜奇速公路是京港澳国家高速公路（C4）湖 南境内最南端的一段，它北起耒阳以东的陈家坪与 潭耒高速公路相连，途经耒阳、永兴、苏仙、北湖、宜 章等县区市，在小塘与广东省粤北高速公路相接，仝 长135.367 km,设计时速为100 km/h,全线位于公 路自然区划中的IV5与I

9、V6区。项目按山岭重丘区 双向四车道高速公路标准修建，路基宽27 m,路面 宽23.5 m,中间分隔带宽2 mo该路于1998年11月28日正式动工兴建,2001 年12月28日正式通车运营，已运营了 12 ao随着 国民经济的飞速发展，耒宜高速交通量增长迅速。 目前，耒宜高速公路交通量已远远超过原设计交通 总量。交通量的快速增长使既有公路的服务水平急 剧下降。耒宜高速公路通车10多a来，大量超载车 辆的通行造成了既有路面的严重破坏，桥梁、涵洞等 构造物业出现了不同程度的病害，车辆运行速度、行 车安全性与舒适性逐年下降，道路服务水平与高速 公路的性质、功能极不相称。为进一步提奇耒宜高 速公路的

10、通行能方和服务水平，促进沿线社会经济 的发展,2013年5月对耒宜高連实施大修。2大修工程路面加铺方案设计2.1 原路面结构层耒宜髙速公路全线原路面结构有四种形式，分 别为普通水泥混凝土路面、连续配筋混凝土路面、钢 筋混凝土路面及沥青混凝土路面，各路面结构类型 及分段如表1所示。第4期彭杰：高速公路大修工程路面施工方案优化设计#路面结构类那普通水泥混凝土 49.77 km连续配筋混凝土 38.91 km钢筋水泥混凝土 2.051 km沥青混凝土 4463 km«1原路面结构类型Table 1 Original pavement structure type路面结构组成18 cm4%水

11、泥稳定碎石底基层“8 cm6%水泥稳定碎石耳层 1 cm沥青表处防水层+28 cmC35水泥 混凝土路面18 ctn4%水泥矗定碎石底基层+18 cm6%水泥总宦碎石基层 1 cm沥青表处防水层*28 cmC35连续 配筋水泥混凝土路面18 cm4%水泥檢定碎石底基层“8 cm6%水泥稳定碎石基层+ 1 cm沥青表处防水层+28 cmC35钢筋水泥混凝土路师20 cm4%水泥稳定碎石底耕层*20 cm5.5%水泥定碎石下基层*20 cm5.5%水泥稳定碎石上基层*1 cm沥青表处防水层+8 cmAC-251沥青混凝土下面层+6 cmAC-201改性沥青混凝土中面泾*4 cmAK-13改性沥仃混

12、凝土上面层在运营过程中加慵25 cm超薄廉耗层第4期彭杰：高速公路大修工程路面施工方案优化设计#2.2 大修工程路直结构加铺方案根据全线路面调查情况及以往养护记录，本大. 修工程的设计单位湖南省交通规划勘察设计研究院 在施工图设计文件中提岀的路面结构方案如下：旧沥青路面大修施工方案：根据耒宜高速公路 交通議调査，湖南往广东方向交通量较大，且重载货 车较多。因此，西半幅部分路段，对旧沥青路面上面 层（厚度约6 cm左右）进行现场热再生后加铺6 cm 改性沥青AC-20C+4 cm改性沥青SMA-13O对于 旧沥青路面的局部破损，需局部铳刨重铺后再进行 现场热再生；对于旧沥青路面局部破损密集的路段

13、， 进行整车道（超车道、行车道）的铳刨后重铺6 cmAC-20,再加铺6 cm改性沥青AC-20C沥青混凝 板压浆、换板等处治后，加铺18 cm连续配筋混凝土 +沥青复合式路面结构，总加铺厚度30. 5 cm。旧连续配筋混凝土路面大修施工方案：对局部 破损进行修补后，加铺改性乳化沥青粘层+ 10 cmAC-30+6 cnAC-20C沥青混凝土 +改性乳化沥 青粘结层+4cmSMA13。3大修工程路面施工方案优化耒宜高速公路大修工程开工建设以来，项目部 组织施工单位、设计单位、技术咨询单位等相关人员 对沿线进行了多次现场考察。相关单位在仔细阅读 设计文件的基础上，项目部收集各方面的意见，对耒 宜

14、高速大修工程施工方案进行优化，并对施工质眾第4期彭杰：高速公路大修工程路面施工方案优化设计#土 +4 cm改性沥W SMA-13上面层。对于东半幅控制提出相关要求。第4期彭杰：高速公路大修工程路面施工方案优化设计#路段，对旧沥青路面进行铳刨或现场热再生后直接3.1 旧连续配筋混凝土路面加铺层调整方案及路第4期彭杰：高速公路大修工程路面施工方案优化设计191加铺4 cm改性沥青SMA-13上面层。旧普通水泥混凝土路面与钢筋混凝土路面大修 施工方案：对旧水泥混凝土路面采取破板修补、脱空段大修工程中，对耒宜高速公路的旧连续配筋混 凝土路面段进行了现场调査，发现旧连续配筋混凝土板存在以下问題：（D由于

15、西半辎重载、制载现象严塑，大眾的连 续配筋水泥混凝土板进行了更换，11存在部分板块 冬次更换的现象导致了换连续配筋混凝土路面板 的纵向钢筋失效换板后的路而结构已成为钢筋混 凝土路面或普通屁凝土路面。 从前期的检测结果来看，旧连续配筋混凝土 路段路况整体评价在次及差的比例为36.3%，路面 板底脱空严重，而目涮现场旧路压浆处治效果不容 乐观C 从2008 -2012年的养护资料来看，近5 a KI 778 K1 779 段累计换板率为 118% ,K1 760 K! 761段累计换板率为105低，累计换板率超过 30%的路段有33 km，超过40%的路段有29 km,换 板率或禾复换板率很高。大

16、修工程施工单位、监理眾位的统计结果经讨 论在考虑桥梁顶升、桥头调坡、上跨桥净空、各标段 施工连续且协调的基础上，在大修工期等条件允许 的前捉下，对与耒宜高速公路部分病書较严重的I日 连续配筋混凝土结构路段，由氐设计中旧连续配筋 混凝土路面加铺20 cm沥亦混凝土的方案优化为连 续配筋+沥青复合式加铺30.5 cm的方案。3.2 旧沥青略而处治施工技术方案优化 第六标段沥育路面处治方案优化。小塘收费站至广东省界的路段（7.7 km）,因施 工工期和无法完全封闭交通的要求，建议在该段东、 西半幅均釆用施工图设计文件中的结构设计方案， 即加舗4 cmSMAl3 +改性乳化沥讦粘层+6 cm AC -

17、20C +改性乳化沥科粘层+原路面铳刨礦铺。西半細KI 820 + 125.3至小塘收费站段已经 进行了超薄磨耗层的加铺从现有的路况来看，大多 数路段表面状况便好说明111沥青路面结构使用状 况良好超薄應耗层所釆用的石料为玄武岩碎石， 如全线铳刨加铺则产生很多的废I日材料，不利于资 源的循环利用。顶目部将方案优化为选取路况较好 的段落采用就地热再生，其它路段采用铳刨重铺方 案。就地热再生施工现场情况如图I所示。 旧沥靑路面挽创耍求。铳刨路段要求要铳刨到中而层表面，对局部没 幻铳刨到位的路段要进行梢铳刨直至达到要求；对 廉进行修补过的坑洞，如完好可不进行处理如冇松 散或其他缺陷必须亜新修补；铳刨

18、宽度为趙车逍和 行车逍，换路肩不铳刨,病書严飛路段除外。 旧沥许而层铳刨厉裂缝处治建议。图I就地戒再生施工悄况Figure I Tlirrmal rrgrnrration on thr pol ronstruclion铳刨后发现旧沥疔路面中面层存在裂缝的现 象，采取以下方案：如存在微裂缝（包扌舌纵缝和横 峰），则要求进行清缝、灌缝、贴缝进行处理，灌缝材 料采用A-70亚交沥卅，贴缝材料采用抗裂贴貼缝 处理抗裂贴采用骑缝铺设，宽度为不小于33 cm； 如存在铳刨后旧沥青混合料中面层碎裂或基层、底 基层碎裂等病害，则要求对IU沥讦路面中面层（下 面层、基层、底基层）进行挖坑处治，处治的方案见 施工

19、图设计文件，更求坑壁（沥许层可采用双面胶 或改性乳化沥青进行处理）、层底采用改性乳化沥 讦涂刷一层（基层与底基层之间不需要涂刷乳化沥 ff层），然后再铺筑沥音混合料或水泥混凝上结构 层人为形成的接妊上需贴抗裂贴，具体要求如前 述。I日路面开窗处治施工如图2所示。Figure 2 Fenestration dijqxwr construclion如铳刨后基层或底基层存在微裂缝，也应采用 清缝，并灌注A-70热沥许，表面接缝采用抗裂贴进 行封闭。其详细的技术要求和技术指标应符合扭标 文件中的技术规范要求。3.3 连续配筋施工方案优化（D连续配筋混凝土横向钢筋间距调整建议。施工图设计文件中要求连续配

20、筋混凝土板的 横向钢筋间距为35 cm,是取目怕规范要求3060 cm的低值，是符合規范要求的，但在施工过程中，由 于横向钢筋的间距太小,使用排振进行振捣时施工 单位仅仅是对水泥混凝上表面（瑕大9 cm左右）的 位憧进行了振捣导致水泥混凝土板底位建的蜂窝、 麻面等现彖非常严重影响大修工程路面施工质笊。现场情况如图3所示。因此,从方便施工和保证工程质蜀的角度考虑, 在东半觞连续配筋施工中项目部经过多方论证，将 横向钢筋间距调整为50 -60 cmo调整后钢筋间距 满足设计规范中配筋率要求，且更符合实际施工条 件。关于连续配筋混凝土行车道与硬路肩交界 处纵向的筋数51的调整。施工图设计文件中，对于

21、行车道和硬路肩是采 用不同的纵向钢筋配筋率，纵向配筋率之间没有过 渡而是直接采用减半的形式。考虑到部分路段标线 外移、使用后车辆不会完全按车道线行驶、控制混凝 土横向做裂缝形成的均匀性等方面考虑，在行车道 和硬路启纵向钢筋突变的位置，设翅间距过渡的纵 向钢筋，即在间距为18,36 cm的纵向钢筋之间增设 1根间距为27 cm的纵向钢筋，纵向钢筋间距从18 cm变化为27 cm再变化到36 cm。调整后钢筋布设 更加符合受力要求，调整后行车道与砚路肩交界处 纵向布筋如图4所示。higurr 3 Continuous rrin- (orcrmenl liar configure 4 (Contin

22、uous rrin- foHTmrnl vertical barsi ruction pace of original design3.4珞面结构层间处治措施优化连续配筋混凝土加铺沥膏路面结构中沥青混 凝I：而层与水況混凝土层之间主要依靠沥青结合料 的粘结力来抵抗水平剪力，兀抗的能力相对较弱。 因此，在连续配筋混凝土上加铺同步碎石封层起到 防水、粘结作用。施工图i殳计文件说明书中改性沥 青防水粘结层的控制指标，对于碎石的撒布规格要 求为4.75 -9.5 mm的玄武岩碎石，路面咨询组认 为:衅石粒径偏小，很容易成层，对飛个路血结构的 受力性能不利.现场借况如图5所示。因此，耒宜大修项目部结合工

23、程实际情况，对改 性沥Tf防水粘结层的控制指标进行优化：采用13 2 -19m m的石灰岩碎石，粉尘含盾不能超过5% ,撒图5同步碎石封廉Figun 5 Synchronous payrmrnl surface布碎石的覆盖面积应控制在50% -60%。同时在 施工图设计文件中，防水粘结层主要设置在旧连续 配筋混凝土板上，招标文件对防水粘结层改性沥青 的用駅1.41.6kg/r，应将改性沥青的撒布就提 髙到1.8-2.2 kg/m2,以增强层间的粘结效果。如 果碎石粉尘含贰过大，则要求用于该结构层的碎石 利用沥青拌合楼进行除尘后再使用。对于旧桥面沥 青加铺层铳刨后，应注匝层间的处理建议喷洒1.8

24、 2.2 kg/m2的改性沥青.撒布9.5-13.2 mm的单 一粒径的碎石，碎石撒布届为50% 60%。3.5 沥青泯合料珞用性能优化a. AC30沥青混合料中掺加玄武岩纤维。从国内外目前的研究成果来看：玄武岩纤维掺 加到沥青混合料中，可增大沥讦粘度与模址、提高高 温抗车辙变形能力、提髙低温坑裂能力、捉髙沥许路 而抗水损書能力、提高沥市混合料抗氧化老化及疲 劳耐久性等优点C基于此，在考虑现有连续配筋混凝土路面的实 际状况、旧路处治效果、长大纵坡路段较多、超我和 乖载交通的影响、不良的气候环境因索等方面，并考 虑到方便施工的情况，设计单位和路面咨询m位建 议在长大纵坡、爭故频发路段的AC-30

25、结构层中掺 加短切玄武岩纤维，玄武岩纤维掺於为0.3% .油石 比提髙约0.2% （1ft据目标配合比设计的悄况来 定）。b. 增强沥青混合料粘附性的建议。SMA-13沥靑混凝上面层所用玄武岩碎石，石 质坚硬，耐曆强度高，但所用石料为酸性，且开口空 隙半较大吸水率接近技术要求址高值，导致集料与 沥运粘附较差，雨天在髙速行车荷载作用下容易造 成沥靑膜的刺落c针対这一问题，项目部对施工单 位生产沥青混合料过程提出如下建议： 集料要求搭棚遮盖尽駅避免被雨淋，适当 延长集料烘干时间，烘干集料空隙内水分，保证集料 淸洁干燥。 在S1标 S3标SMA-13沥青混合料中掺加 一定剂量抗剥离剂，增强沥青与集料

26、(酸性石料)之 间的粘附力，提高抗水损害的强度。其中，抗剥离剂 类型不建议采用胺类。 在混合料配合比设计时，应考虑掺加2% 3%水泥，替代等量的矿粉，以增强沥青与集料的粘 附性。 SMA-13沥青混合料中添加降温剂。温拌剂具有延长施工季节，增加沥青路面施工 的灵活性、便利性，降温速率减缓，延长混合料的可 压实时间等优点。同时，温拌混合料对路表和环境 温度的要求相对低，路面施工季节和日施工时间延 长，比热拌更适合夜间施工。考虑到大修工程施工后期昼夜温差较大，白天 施工沥青混合料环境温度较高，混合料温度下降较 慢，可不需掺用温拌剂。到夜间环境温度小于15 弋，由于沥青玛蹄脂的特性，决定添加沥青剂量

27、的 5%的XT-W3型沥青温拌剂。3.6 桥头调坡及珞桥过渡段衔接方案优化 调坡段长度调整。施工图设计文件中，对于调坡段长度的控制标 准为按0.4%的纵坡进行控制，针对部分路段纵坡 较大.弯道半径小等待点，从保证行车的舒适性的角 度考虑，在结合桥梁顶升等现场情况的基础上，建议 调坡段尽蜃采用0.3%的纵坡进行控制。 关于路桥过渡段衔接问题方案调整。施工图设计文件中，对于桥头过渡(调坡)的处 理有几种做法，对于旧水泥混凝土路面、钢筋混凝土 路面，采用破板设置过渡板，然后加铺30.5 cm加铺 层；对于旧连续配筋混凝土路面，采用破板设置过渡 板(钢筋连续)，然后加舖20 m沥青混合料加铺层， 目前西半幅调坡设置过渡板的路段已经基本完成。 项目部结合现场情况，对于上述两种调坡方案，建议 在加铺段与现有桥头搭板相接位置，采用伸缩缝的 形式进行连接。如调坡后采用普通水泥混凝土作为下埋板，上 面直接加铺沥青混凝土面层的路段，则建议在下埋 板的起终点设置传力杆(植筋)，然后直接加铺沥青 面层，不需要采用伸缩缝的形式过渡；如采用连续配 筋混凝土作为下埋板，则与桥头搭板连接的位置仍 然需要采用伸缩缝的形式过渡。 关于桥头禍坡段普通水泥混凝土接缝设置。 湖南省耒宜高速公路大修工程因标高、桥梁顶 升等方面的影响，存在较多的桥头调坡路段，调坡路 段浇筑了一定数就的普通水泥混凝土路面结