上海市杨高路水泥混凝土路面整治工程方案

上海市杨高路水泥混凝土路面整治工程方案

随着我国道路建设的发展，大部分原始建设的水泥混凝土道路造成了各种损坏，需要在其上铺沥青路（以下简称“白黑”）。杨高路建成于1992年,是上海市浦东新区开发、开放以来的第一条重要道路,也是浦东新区范围沿江片唯一1条连接外高桥、金桥、陆家嘴、三林世博等区域的交通通道。它具有重荷载、大交通量的交通特性。杨高路南起外环线(环南一大道),北至环东一大道,全长约28km,原机动车道以白色路面为主,2005年起杨高路分3段进行综合整治。本文主要介绍1期、2期改造工程的“白加黑”方案及工艺要点。1杨高路及其海上施工杨高路综合整治工程1期工程范围为龙阳路—金海路(中段),全长8.4km,于2005年建成;2期工程范围为金海路—环东一大道(北段),全长11.2km,于2007年建成。杨高路红线宽50m,规划等级为城市主干路I级,设计速度60km/h。整治前道路断面为双向6快2慢,经过整治,拓宽为双向8快2慢。在既有的水泥混凝土路面上加铺沥青层是杨高路整治工程中的主要内容之一。1期“白加黑”实际范围为民生路—金海路段,水泥混凝土路面全长4.43km;2期“白加黑”实际范围为金海路—洲海路段,水泥混凝土路面全长约4.63km。2混凝土应用情况根据原路竣工资料和现场样洞显示,原机动车道水泥混凝土路面结构:24cm水泥混凝土+30cm石灰粉煤灰碎石+15cm砾石砂。经走访养护单位初步了解,杨高路工程近年来投入的大中修费用约为200～300万元/a,1999～2004年杨高路混凝土板块修补数量见表1。经现场踏勘,杨高路水泥混凝土路面总体路况一般,在水泥混凝土路面存在各种病害,包括纵向、横向、斜向裂缝,破碎板,脱空板块,接缝损坏,断板、断角,错台及麻面等病害。杨高路整治1期、2期路况调查见表2。3原水泥混凝土板块处理方案3.1泥混凝土板块变形控制标准从力学分析和工程实践中看,原水泥混凝土板块的稳定对于反射裂缝的防治是至关重要的。板块的脱空而产生的自身沉降和板块间的差异沉降是造成日后加铺层产生反射裂缝的主要原因,因此对原水泥混凝土板块的稳定处理是决定工程成功的关键。经过相关工程使用效果比较,将原水泥混凝土板块的板边、板角的变形控制在一定范围之内,加铺沥青层后使用效果较好。但是,因各工程地质条件、原路面结构、汽车轴载差异较大,因此变形标准需要参考有关设计规范、研究文献、成功的工程实例经过计算、工程案例对比后分析确定。在工程中对变形较大的板块采用水泥注浆。具体标准如下。1)采用BZZ-100型标准轴载的弯沉测试车,5.4m贝克曼梁弯沉仪进行复测,以板边主点弯沉、差异弯沉来控制。2)检验标准为绝对弯沉≤0.2mm;且差异弯沉≤0.06mm。3)复检合格率≥95%;若不能满足进行二次注浆,直至达到合格率为止。4)通过对工程的跟踪分析,上述标准在工程实施过程中,合格率比较高。5)为了减少重复工作量,建议施工时可选择有代表性的路段进行试验,然后按此检验标准进行检验,若检验结果不能满足上述标准,且不合格率很高,则可能需要调整浆液配比或注浆工艺。3.2严重损坏损失的处理凿除原混凝土面层,保留钢筋,并重新铺筑24cm水泥混凝土板(弯拉强度5.0MPa)。3.3原水泥混凝土板裂缝和错台处理参见JTJ073.1—2011《公路水泥混凝土路面养护技术规范》的相关技术要求。3.4对原部位的处理混凝土路面的接缝包括纵向接缝、横向接缝(横向施工缝、横向缩缝、横向胀缝)等。接缝是水泥混凝土板块的薄弱部位,最容易引起破坏,特别是胀缝破坏率甚高。一旦填缝材料老化损坏,水泥混凝土板块随季节变化的热胀冷缩会造成唧泥、脱空、边角挤碎等病害,即便加铺沥青层,也不能完全防止水的渗入。因此,为了保证加铺后路面的使用寿命,必须在加铺前对原水泥混凝土板块的接缝进行处理。1)清缝。将原板块的填缝料清除,若原缝偏窄需重新切缝,要求切缝宽度10mm,深度40～50mm。2)用橡胶吹气球或吸尘器吹吸干净缝内尘土,采用填缝料填充。3.5甲乙组分的配比为采用聚氨酯密封胶作为填缝材料,该材料主要由甲组分(多异氰酸酯)、乙组分(多羟基化合物)组成,不含煤焦油成分。甲乙组分的配比为1.0∶(2.7～3.2)。其主要优点有如下几点。1)适用于常温下施工,操作简便。2)热稳定性好,夏季高温时,填缝料不易发生流淌。3)具有较好的低温塑性。在冬季低温时,填缝料不易脆裂,仍具有一定的延伸性。4)耐久性好,不易老化。4为沥青路板铺设4.1工程实例及分析根据国内外的工程实例,现在一般加铺层的厚度多为8～12cm。根据JTGD40—2011《公路水泥混凝土路面设计规范》8.7.3条规定,水泥混凝土路面加铺沥青混合料面层的最小厚度为10cm。同时,参照美国沥青协会(AI)规定,为了抑制反射裂缝,沥青混合料的最小厚度为8cm;参考德国的实验结果,最小厚度为8cm,最佳厚度为10cm。因此,本方案初拟加铺最小厚度为10cm的沥青层。对水泥混凝土路面加铺沥青层后的板块应力进行分析,依据JTGD40—2011计算如下。1)基础资料。地区自然区划为Ⅳ级;道路等级为城市主干路I级;车辆荷载为BZZ-100标准轴载;原水泥混凝土板厚度H=0.24m;长度L=5.00m;考虑原混凝土强度折减,原混凝土弯拉强度fr=4MPa;基层顶面当量回弹模量Et=100MPa;有沥青上面层的混凝土板最大温度梯度Tg=40℃/m;初拟沥青加铺层厚度为10cm。2)设计基准期内标准轴载累计作用次数计算。根据预测分析流量,一车道使用初期标准轴载日作用次数Ns=22133次;轮迹横向分布系数η=0.22;由交通量预测报告推算,交通量年平均增长率gr=1.5%;设计基准期(17a)内标准轴载累计作用次数为Ne=3.412618×107次。因此,路面承受的交通等级为重交通等级。3)加铺厚度及板块应力计算(暂定路面沥青层加铺厚度为10cm)。原混凝土弯拉弹性模量Ec≈3×104MPa;原混凝土路面相对刚度半径r=0.863m;标准轴载在临界处产生的荷载应力σps=1.22MPa;原混凝土板在临界荷位处产生的荷载应力σpsa=1.02MPa;荷载疲劳应力σpr=2.98MPa;最大温度梯度时混凝土面层的温度翘曲应力σtm=0.864MPa;温度疲劳应力σtra=0.22MPa。取可靠度系数γr=1.23[见式(1)]。式(1)表明,原混凝土上作用的荷载应力和温度应力之和小于原混凝土板的弯拉强度。因此,在原混凝土上加铺10cm沥青能够承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用,同时也满足规范要求。考虑原路加铺纵断面线形和横断面现状的影响,加铺厚度10cm只能作为最小控制厚度,平均厚度按12cm计算。4.2表面层对路面材料的基本要求沥青混合料的品种很多,需根据杨高路路面自身特点和各层材料的不同作用,有针对性的选择和组合。由于杨高路为重交通道路,重车所占比例较大,且行车速度一般较快。因此,表面层对路面材料疲劳耐久性、抗老化性、抗磨损、抗滑性能及抗车辙变形等方面的要求比较高。综合比较,针对杨高路的交通特点,采用改性SMA-13(SBS改性)为沥青上面层。4.3水泥混凝土加铺层施工技术整个加铺层材料组合则不仅要满足杨高路交通特性的需要,同时要考虑是否能适应水泥混凝土路面加铺的需要。加铺层结构组合其本身需具备:适应杨高路交通和荷载特点,有效提高加铺层本身的使用寿命;能有效防止反射裂缝的出现。杨高路加铺层结构组合方案见表3。5材料的加层设计高黏度改性沥青GSOG(间断半开级配GapSemi-Open-Graded)混合料是指矿料由在一个乃至几个粒径分布处存在断档(或用量很少)的间断级配组成。并且在矿料与沥青混合料拌和后,经马歇尔标准击实成型的试件,其剩余空隙率维持在6%～12%的沥青混合料。该材料由上海市浦东新区环保局支持研发,具有自主知识产权。该材料方案将沥青材料加铺层的结构性和功能性融为一体,有效处理了“白加黑”工程中需要着重处理的3个主要问题:抗竖向剪切作用;应力吸收作用;满足在高温多雨地区沥青混合料的重要路用性能要求。GSOG-20沥青混合料与Super-19沥青混合料的主要性能对比见表4。6在工程中的应用减少反射裂缝是水泥混凝土路面加铺沥青面层工程中的难点,从国内外的相关研究以及工程实践证明,沥青路面反射裂缝本身无法彻底消除,无论采取何种措施,裂缝迟早会出现,关键是如何延缓和减少反射裂缝的出现。反射裂缝的出现,主要是通过车轮荷载和温度荷载的耦合作用产生的,另外还有原混凝土板块接缝竖向运动产生的剪切应力等。因此,要解决或减缓反射裂缝的出现,关键在于以下3方面。1)原混凝土板块的稳定处理。这是加铺的前提,也是工程是否成功的关键。2)沥青加铺层。相关的理论研究表明,加铺层的厚度对由车轮荷载产生的应力有比较大的作用,随着加铺层的厚度增加,弯沉值变小。当厚度≥12cm时,这个趋势趋于缓和。这主要是加铺层顶面弯沉差和底面弯沉差的变化规律存在差异,顶面弯沉差随着厚度的增加而减小。当厚度≈10cm时,顶面弯沉差为最小值,之后就会随着厚度增加而逐渐加大;底面弯沉差则呈现线形变化,随厚度增加而减少,但当厚度≥16cm后,减少量下降。由此可见,10cm厚的加铺层,其自身性能已经能有效地减少由轮载产生的应力,减缓反射裂缝的出现。3)夹层。目前,使用比较广泛的夹层主要有聚酯玻纤布、玻璃纤维格栅、土工布、应力吸收层及防水卷材等。通过对各种材料的试验比较和分析相关工程,聚酯玻纤布效果也较土工布好。7沥青抗拉gsag沥青层缺失造成的应力杨高路2期工程目前已经竣工通车6a,通过原板块稳定处理,减少原板块自身的接缝竖向运动;采用改性沥青应力吸收层GSOG-20,能明显吸收水泥混凝土板缝展开产生的应力;采用合适的沥青面层和适当的厚度(最小加铺