昆明市某道路拓寬改造工程病害分析

為了滿足昆明城市道路交通日益增長的需求，近年來，昆明對城市和周邊地區的許多道路進行了擴建和重建。通過對這些道路的調查發現,有些道路通車后不久,拓寬部分與原有道路之間出現不均勻沉降,在接縫處產生錯臺、縱向開裂等病害,在軟土地基地段,該現象尤為突出。現結合昆明市某條道路建設實際,對拓寬道路常見病害及處治方法進行了分析與探討。1原路第5號該路建于1985年,全長4.3km。1992年擴建為雙向四車道,道路紅線寬38m。本次拓寬后的機動車道數為雙向八車道,道路等級為Ⅰ級主干道,設計車速50km/h,標準軸載100kN,道路紅線寬60m。工程分兩期實施,一期長2.6km,2003年10月初動工,2004年3月底結束;二期長1.7km,2004年3月底動工,6月底完工。該條道路所處地區為湖沼相沉積層,原農田下1～1.5m為泥炭質土層,厚4～6m。原路在修建時,曾用土工布、換土、拋石擠淤等方法對路基進行了處理。經過十來年的使用,路基發生了較大的沉降,累積沉降在60～100cm左右,如今其沉降已基本穩定。2一期建筑面積2.1路面混凝土的鋪設和鋪設由于工期原因,此次道路拓寬改造工程路基除K1+900～K2+600段右半幅靠中央綠化帶一條拓寬車道進行了碎石樁處理外,其余拓寬部分主要采取換填的方法對路基進行了處理。靠右側拓寬部分的路面基層為20cm厚的C25雙層鋼筋混凝土,與原路基的搭接寬度在0.5～1.0m之間,面層為4cm厚的AC-16瀝青混凝土;其余部分的基層為水泥穩定層,厚30～50cm不等,面層為6cm厚的AM-30瀝青碎石和4cm厚的AC-16瀝青混凝土。2.2路面開裂、錯臺通過路面標高、外觀監測發現,一期工程通車后不久,道路沿線主要發生了以下幾種病害。(1)路面開裂、錯臺,特別是沿混凝土與水穩層接縫的縱向方向裂縫明顯,且貫穿整個結構層。隨著使用時間的延長,裂縫在縱、橫向逐漸擴大,做了墊層的地方,開裂速度反而要快且大。(2)路面平整度差,部分路段的路面標線發生變形,瀝青面層出現擁包與搓板等病害。(3)路面積水。2.3病原因分析2.3.1錯誤分析與臺丟失的原因經現場調查、分析發現,路面發生開裂、錯臺病害的主要原因如下。(1)表面裂縫發生的期性變化混凝土為剛性材料,水穩層為半剛性材料,兩者溫度伸縮系數不同。由于昆明日溫差較大,在溫度周期性變化作用下,路面基層沿混凝土與水穩層接縫間產生裂縫,進而形成的反射裂縫。初始裂縫形成后,其溫度傳遞效果得到了加強,在溫度作用下,裂縫迅速擴展。與此同時,由于路表水的滲入,水穩層的強度和穩定性大幅降低,在大量交通荷載與超載車輛的反復作用下,加快了裂縫向四周的擴散速度。(2)交通荷載作用下的不均勻沉降盡管混凝土基層搭接在舊路基之上,在拓寬接縫處按要求設置了臺階,但舊路基經過十來年的使用之后,其沉降已基本穩定,而拓寬部分路基由于工期的原因,僅做了表層換填處理,道路開放交通后,在交通荷載作用下,路基固結沉降速率大于舊路基,產生不均勻沉降。由于混凝土與水穩層接逢為路面基層最薄弱處,在彎拉應力作用下,產生裂縫與錯臺,進而使路面產生開裂破壞。(3)墊入施工情況對墊睡眠質量的影響為了防止接縫處裂縫的產生,在剛性與半剛性基層之間設置了混凝土墊枕。但由于墊枕寬度較窄、墊枕與鋼筋混凝土板之間缺少傳力構件等原因,后期澆筑的墊枕與鋼筋混凝土板塊之間連接較差,承載能力有限,在重車荷載作用下,特別是存在不均勻沉降時,很容易沿接縫斷開,使墊層失去應有的作用。2.3.2鋼筋混凝土預壓墻存在的病害現場調查發現,路面標線發生變形、瀝青面層出現的擁包與搓板等病害,全部發生在鋼筋混凝土基層范圍之內,且交叉口兩側要比路段嚴重。通過現場取樣分析,發現產生上述病害的主要原因如下。(1)頂面拉毛施工為了增大混凝土板的表面摩擦阻力,設計要求將混凝土板的頂面拉毛。施工單位在施工過程中,采取先拋光再刻紋的施工方法。由于刻紋方式不當,深度與密度不足,致使混凝土板與瀝青面層之間的摩擦阻力得不到應有的保證。(2)水面標高的影響鋼筋混凝土基層之上的路面厚度設計為4cm。進行混凝土基層施工時,由于頂面標高不可避免的存在一定的誤差,致使面層最薄處僅3～3.5cm。瀝青面層厚度越小,其整體剛度及抵抗垂直變形的能力也越小,當瀝青路面受到重交通荷載作用,特別是車輛經常起動、制動的沖擊作用時,極易引起瀝青面層的水平滑移變形。(3)車輛熱穩定性將降低瀝青混合料細料過多、瀝青用量過高,瀝青混合料的熱穩定性會降低,抵抗車輛水平力的能力將減小。經現場取樣分析,瀝青路面發生擁包與搓板病害路段的瀝青混合料礦料級配普遍偏細,瀝青用量偏高。2.4現狀分析的原因現場調查發現,街沿流水石直接鋪砌在水穩層之上的路段,路面積水狀況要相對好一些,獨立基礎則比較突出;交叉口范圍與機動車道加寬路段,路面積水現象要比機動車道非加寬路段嚴重許多。經分析,其主要原因如下。(1)為了減小不均勻沉降,靠右側的一條或兩條主車道的路面基層設計為鋼筋混凝土結構,而交叉口與機動車道加寬部分的路面基層為水穩層,由于彼此沉降量不同,致使路面排水坡度發生了變化。(2)街沿流水石直接鋪砌在水穩層之上的路段,街沿流水石與路面之間的沉降基本相同;獨立基礎路段,因街沿流水石與路面之間的沉降不同,致使部分流水石及雨水口標高高于路面標高。(3)交叉口范圍雨水口數量設計不足,位置設置不當,部分位置設置在相對高處。道路驗收時,通常不對交叉口進行檢測,從而施工過程中,對交叉口范圍內的路面標高控制不嚴。3二期工程建設3.1鋼塑土工格柵的施工工藝通過現場調查、分析發現,一期工程建設中所產生的相關病害有設計的因素,也有施工的原因。針對一期工程建設中的問題,在二期工程建設中,對結構層進行了改進,改進后的路面結構如圖2所示。同時,加強了施工過程中的質量控制。其具體措施如下。(1)改進回填材料,嚴格控制回填質量。一期拓寬部分路基回填材料主要為天然級配土夾石。由于土夾石的含石量不均,石料最大粒徑難以控制,地下水位較高,下層填料含水量偏大等原因,路基壓實均勻性不太理想。針對該問題,在二期工程建設中,用3～5cm粗料占40%、細料占60%的優質風化料取代土夾石作為填筑材料。由于填筑材料均勻、可靠,壓實過程得到了加強等,壓實度得到了有力的保證,減小了路基的工后沉降。(2)設置土工格柵,減小不均勻沉降量。土工格柵具有良好的延性、高抗拉疲勞性和耐腐蝕性。在拓寬道路接縫處設置土工格柵后,可增強新舊路基間的整體穩定性,提高加寬路基的強度和剛度,減小新舊路基之間的剛度差、不均勻沉降量及加寬路基的側向位移。在二期工程中,除在接縫處按規定要求開挖臺階外,加設了一層雙向鋼塑土工格柵。鋼塑土工格柵的技術要求如下:每延米縱橫斷裂荷載>50kN/m,縱橫斷裂延伸率<3%。(3)取消混凝土墊層,適當增加找平層的厚度,嚴格控制接縫處水穩料的碾壓質量。當找平層大于15cm時,用水穩層找平;小于15cm,用C15混凝土找平,找平層比混凝土基層寬0.5m以上,以避免通縫的產生。接縫處水穩料的碾壓為水穩層施工的薄弱環節。在施工過程中,通過對機械操作手、碾壓遍數、松鋪厚度等的嚴格控制,確保接縫處水穩層的施工質量,盡量減小結合部位因材質、質量及路面結構層等差異所帶來的危害。(4)增設土工布,延緩接縫處路面的剪切破壞。土工布具有較好的延伸性和防滲性,可減緩裂縫處應力集中現象與路面水的滲入。考慮到混凝土基層與水穩層的接縫為路面產生裂縫的薄弱環節,本工程在接縫處基層之上增設了一層土工布。由于土工布的變形過渡作用,板縫在彎沉過程中產生的剪切變形在自身范圍內得到了擴散,使瀝青加鋪層底部的剪切變形與應力減小,從而延緩了車輛荷載對路面的剪切破壞,限制了剪應力破壞區域的變形。與此同時,由于土工布具有較好的防滲性,當路面產生細小裂紋時,可防止路面水滲入基層,降低基層的承載力及由此產生的一系列路面病害。該工程所用土工布的主要技術參數如表1所示。(5)增加瀝青面層厚度及混凝土基層表面粗糙度。適當增加瀝青面層厚度,可提高路面結構的整體剛度與路面抵抗垂直變形的能力;增加混凝土基層的表面粗糙度,可增大表面的摩擦系數,減小彼此間的相對滑移。從而在二期工程中,將面層的厚度由4cm增加到了6cm在混凝土基層施工中,對表面拉毛的過程與程度進行了嚴格控制,盡可能地增加其表面粗糙度。(6)添加瀝青道路專用增強纖維。通過一期工程試驗,在瀝青混合料中添加瀝青道路專用增強纖維后,可提高瀝青混合料的粘結力與高溫穩定性,增加路面的柔韌性,減少高溫車轍與低溫開裂,延長路面的使用壽命。從而在二期工程建設中,上面層全部添加了瀝青混合料0.3%的瀝青道路專用增強纖維-聚丙烯晴纖維。其主要技術參數如表2所示。(7)加強交叉口范圍標高控制。為了防止交叉口周邊積水,在施工過程中,對交叉口范圍的標高進行了嚴格控制,并確保雨水口設置在交叉口低處。3.2瀝青混凝土地面應用二期工程投入使用至今已一年多了,期間經歷了一個雨季。盡管路基也產生了一定的沉降,但不均勻沉降量明顯小于一期,鋼筋混凝土基層與水穩層接縫之間沒有產生錯臺與裂縫,鋼筋混凝土面層也沒有發生搓起等病害。該道路交通量大,且超載現象比較嚴重,其現有單向高峰小時交通量在1200輛以上。為了增強路面的抗裂性與抗車轍能力,該道路做了一試驗段,在其右側兩條車道