羅昌廷（廣西新長江高速公路有限責(zé)任公司，廣西　南寧　530028）

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高速公路水泥混凝土路面大修設(shè)計研究

羅昌廷（廣西新長江高速公路有限責(zé)任公司，廣西南寧530028）

本文詳細描述了高速公路水泥混凝土路面大修改造工程中的實際問題和難點問題，以廣西興六高速（G80）公路水泥混凝土路面大修改造項目為依托，深入分析和借鑒了國內(nèi)外目前在水泥混凝土路面大修改造方面的研究內(nèi)容和成果，提出路面大修改造原則及“白+黑”路面瀝青加鋪層設(shè)計技術(shù)要求。

水泥混凝土路面；瀝青混凝土路面；路面大修設(shè)計；白+黑

1　前言

公路是國民經(jīng)濟的命脈，由于其特有的優(yōu)越性和靈活性，發(fā)揮著其它運輸方式不可替代的作用。我國從20世紀60年代中期就開始修建水泥混凝土路面，20世紀80年代以來，伴隨我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，道路交通的運輸任務(wù)不斷的增長，水泥混凝土路面具有擴散荷載能力強、剛度大、穩(wěn)定性好的優(yōu)點，在全國迅猛發(fā)展。

近年來，隨著社會經(jīng)濟快速發(fā)展，高速公路交通量大幅增加、重型車比例較大以及嚴重的超載現(xiàn)象，路面出現(xiàn)不同程度的結(jié)構(gòu)性損壞或功能性缺陷，路面使用性能逐年下降，車輛運行速度、行車安全性和舒適性也逐年降低。因此，對高速公路水泥混凝土路面大修改造進行研究，并提出大修過程中相關(guān)難題及對策，具有重大的現(xiàn)實意義。

2　水泥路面特點及破損原因

2.1路面特點

水泥混凝土路面是以水泥混凝土為主要材料做面層的路面，在行車荷載作用下產(chǎn)生板體作用，它的破壞取決于極限彎拉強度，是典型的剛性路面，由墊層、基層及面層構(gòu)成，具有強度高、剛度大、穩(wěn)定性好、使用壽命長、養(yǎng)護費用少等優(yōu)點，是

3　門式起重機防風(fēng)安全功能的運用

按照門式起重機防風(fēng)制動裝置技術(shù)規(guī)定，在對防風(fēng)裝置進行改進后，在防風(fēng)和預(yù)防保護功能上得到了提升，門式起重機的安全性也得到了保障。在防風(fēng)功能運用上主要表現(xiàn)有：緊急防風(fēng)制動裝置和預(yù)防性防風(fēng)制動裝置。

（1）緊急防風(fēng)制動裝置

將工作制動和防風(fēng)制動分開后，在防風(fēng)制動效果上的到了進一步提升，與此同時，工作制動器可根據(jù)實際將工作制動力調(diào)小一些，從而增加了門吊操作人員的舒適感，也對起重機晃動造成鋼結(jié)構(gòu)損傷有所減輕。配置雙出軸結(jié)構(gòu)的制動器，結(jié)構(gòu)也相對較為簡單，力矩大小更好調(diào)試，方便于日后的維修。

從2013年開始，福建鐵路貨場新造的門式起重機及已經(jīng)過大修的門式起重機，大車電動機都是雙出軸，工作制動和防風(fēng)制動是分開的，這樣工作制動力矩可以調(diào)小一些，停機時門式起重機不會晃動太大，而防風(fēng)制動器因有10s左右的延時斷開（通過時間繼電器可調(diào)整），防風(fēng)制動力矩可以調(diào)到最大，保證門式起重機停止工作后有較大的制動力矩，防止門式起重機大車運行機構(gòu)在較大風(fēng)力時大車輪子在軌道上滾動。另外，工作制動一般配置200型制動器，防風(fēng)制動一般配置300型制動器，從各個站段使用的效果來看，防風(fēng)性能達到預(yù)期目的。

從2010年開始，福建鐵路貨場新造的門式起重機及已經(jīng)過大修的門式起重機，在下橫梁兩側(cè)面1.3～1.5m位置，增加急停按鈕，這樣下面操作人員可以在大風(fēng)緊急來臨時第一時間將門吊大車運行機構(gòu)停止工作，防止門吊被風(fēng)吹跑。

（2）預(yù)防性防風(fēng)制動裝置目前使用比較多高級路面。而因其投資大、接縫多、不能立即開放交通、后期養(yǎng)護修復(fù)困難等缺點，在超載、水患等自然環(huán)境及外部因素影響下，水泥混凝土路面容易出現(xiàn)斷板、唧泥、錯臺、沉陷、接縫破損等病害，導(dǎo)致路面使用性能迅速下降、使用壽命大幅縮短。

2.2水泥路面破損原因

水泥混凝土路面破損的發(fā)生，主要由設(shè)計施工缺陷、養(yǎng)護技術(shù)落后、外界因素以及各種因素相互影響而引起。

2.2.1設(shè)計施工缺陷

（1）交通量分析及預(yù)測不準確、路面厚度偏薄、板塊的平面尺寸劃分不當、混凝土配合比不當?shù)葐栴}，使得水泥混凝土路面存在先天不足；

（2）路基強度不足、損壞變形、排水不暢等施工缺陷都將有可能導(dǎo)致路面病害的產(chǎn)生。

2.2.2養(yǎng)護技術(shù)落后

（1）路面?zhèn)鹘y(tǒng)養(yǎng)護維修對策較為單一，且養(yǎng)護維修效果不夠理想；

（2）傳統(tǒng)養(yǎng)護維修決策主要是根據(jù)路面使用性能現(xiàn)狀結(jié)合養(yǎng)護技術(shù)人員的工作經(jīng)驗來確定養(yǎng)護對策，具有一定的主觀性，且考慮的因素相對較少，養(yǎng)護決策的科學(xué)化水平和養(yǎng)護

福建鐵路貨場在門式起重機的下橫梁處的兩側(cè)都設(shè)置防風(fēng)地錨，在起重機停止作業(yè)后，將錨定頭放下落入錨定槽，并檢查電氣聯(lián)鎖限位是否斷開。在緊急大風(fēng)來到之前，還應(yīng)將防風(fēng)纜繩鎖定裝置固定牢固，起到綜合防風(fēng)的作用。

（3）福建鐵路貨場門式起重機的防風(fēng)主要有：制動器防風(fēng)，風(fēng)速測控儀防風(fēng)，大車下橫梁增加急停按鈕防風(fēng)，大小車防風(fēng)地錨，走行線端擋防風(fēng)，防風(fēng)纜繩鎖定裝置等綜合防風(fēng)。經(jīng)過近幾年的綜合防風(fēng)改造，福建省內(nèi)鐵路貨場所有門式起重機都經(jīng)授住臺風(fēng)的考驗，沒有發(fā)生任何事故。

4　結(jié)束語

由于門式起重機的構(gòu)造簡單，具有裝卸效率高及運營成本低等一系列特點，因此在鐵路貨場有著廣泛的應(yīng)用，但是關(guān)于門式起重機受到風(fēng)災(zāi)的原因，防風(fēng)，防災(zāi)的研究還需要進一步研究，在防風(fēng)硬件設(shè)施上也需要隨著技術(shù)的改進一步步完善，這樣才能保證鐵路運輸正常的發(fā)展。

［1］趙村堂，鐵路貨場門式起重機防風(fēng)安全保障研究與運用［J］.內(nèi)蒙古，貨物裝卸，2010，05（11）：7.

［2］馬武衛(wèi)，于鳳軍.門式起重機液壓防風(fēng)裝置的研制［J］，現(xiàn)代制造技術(shù)與設(shè)備，2009，05（17）：10.

［3］楊立志.門式起重機制動性能的研究［J］.水利電力機械，1996，05：32.

［4］林 海.鐵路貨場門式起重機防風(fēng)裝置的計算與研究［J］.上海鐵道科技，2014，1：128.

（3）傳統(tǒng)養(yǎng)護理念仍未得到轉(zhuǎn)變，仍然停留在事后維修和矯正性養(yǎng)護為主的狀況，預(yù)防性養(yǎng)護理念在養(yǎng)護管理工作中并未得到有效的貫徹落實，缺乏完善的預(yù)防性養(yǎng)護維修決策體系。

2.2.3外界因素的影響

隨著交通運輸業(yè)的發(fā)展，大噸位車輛增多，超重車的增加是水泥混凝土路面使用期開裂斷板的重要原因。

通過分析說明水泥混凝土路面破壞形式、破壞的形成機理與破壞原因，為采取相應(yīng)的修復(fù)措施提供理論上可靠的依據(jù)。

3　水泥路面大修改造前期調(diào)查研究

科學(xué)地進行水泥混凝土路面調(diào)查與分析，對水泥混凝土路面大修方案的制定與實施，具有重要意義。調(diào)查內(nèi)容簡述如下：

（1）路基調(diào)查，搜索公路修建和養(yǎng)護技術(shù)資料，采用鉆探、挖探等方法對路面填土進行檢測試驗，摸清路基病害情況；對全線的排水系統(tǒng)的設(shè)置、使用狀況、效果、排水溝的完整程度進行調(diào)查。

（2）路面調(diào)查，主要包括：搜集公路設(shè)計和養(yǎng)護技術(shù)資料；實地調(diào)查路面損壞狀況；利用落錘式彎沉儀和貝克曼梁相結(jié)合的方式對路面結(jié)構(gòu)強度進行調(diào)查；面層厚度和混凝土強度調(diào)查；路面基層使用狀況調(diào)查。

（3）橋涵調(diào)查，調(diào)查橋梁設(shè)計規(guī)范，重新驗算橋梁荷載等級；對橋梁進行全面檢測，查找橋梁病害發(fā)生原因及發(fā)展方向；提出橋梁加固方案。

（4）交通工程及沿線設(shè)施調(diào)查，主要包含波形梁鋼護欄布設(shè)情況調(diào)查；隔離柵設(shè)置情況及破損情況；橋梁防撞墻的設(shè)置情況；全線防眩設(shè)施設(shè)置情況；沿線標志牌的設(shè)置位置情況等。

（5）交通量調(diào)查，合理布設(shè)交通流量觀測點，按分路幅、分車型進行統(tǒng)計，結(jié)合歷年交通車流量的統(tǒng)計資料，推算出交通量增長率。

4　路面大修改造原則

4.1基本原則

高速公路大修既不能完全依照新建高速公路的設(shè)計思想和方法，也不能按投資成本最低的方法確定優(yōu)選方案，應(yīng)根據(jù)實際路況調(diào)查，采取有效手段和方法，進行路面修復(fù)，綜合國內(nèi)外先進經(jīng)驗，從實際出發(fā)，高速公路路面大修改造設(shè)計應(yīng)遵循以下原則：

（1）確保交通通暢與行車安全，盡可能減小對交通的影響，防止施工車輛干擾正常行車。

（2）盡可能以互通為中心合理規(guī)劃施工路段長度，確保每個標段有一個互通，便于材料、施工機械進出，縮短總工期。

（3）制定合理的施工組織計劃、加強管理、加大施工力度、采取速戰(zhàn)速決的方法，在保證質(zhì)量的前提下盡量縮短大修工期。

（4）大修施工過程中盡可能做到施工精細化，使維修以后不至于在短期內(nèi)再次破壞、再次大修，應(yīng)考慮路面的耐久性。

（5）對于路面大修方案應(yīng)結(jié)合原有路面實際情況，保證施工方案切實有效。

4.2設(shè)計年限

通過綜合權(quán)衡大修工程造價和大修后的養(yǎng)護成本，充分考慮交通量、重車快速增長的影響，延緩路面大中修時機，應(yīng)總結(jié)國內(nèi)外水泥混凝土路面加鋪改造的工程經(jīng)驗和教訓(xùn)，確定路面大修設(shè)計基準期即大修設(shè)計年限。

4.3常規(guī)方案

遵循安全耐久、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、方便施工、利于養(yǎng)護和節(jié)約環(huán)保的原則，借鑒和吸收國內(nèi)外大量的水泥混凝土路面大修的成功經(jīng)驗，在對舊水泥路面進行維修補強的基礎(chǔ)上，進行瀝青結(jié)構(gòu)層加鋪，即采用現(xiàn)行較為普遍及可行的“白+黑”路面改造方案，該方案一般采用在治理好舊水泥混凝土路面開裂、脫空、沉陷、破碎等病害的基礎(chǔ)上，在原路面上鋪設(shè)9～ 18cm瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)層；方案的核心除了設(shè)定合理的新鋪設(shè)瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)層外，對舊路病害進行全面治理也極為重要，主要內(nèi)容有：舊路補強、橋梁加固和交安設(shè)施改造。

4.4交通組織

應(yīng)實行“單幅封閉、單幅通行”的交通組織，確保高速行車通暢。

5　“白+黑”路面瀝青加鋪層設(shè)計技術(shù)要求

5.1“白+黑”路面特點

“白+黑”路面，即把舊水泥混凝土路面面層當基層，在上面加鋪瀝青混凝土面層，把白色水泥混凝土路面改為黑色瀝青混凝土路面，該工藝克服了水泥混凝土路面的弊端，又大大節(jié)約了成本，這種加鋪瀝青混凝土面層的方法，是一種典型的補強方法，這種形式的路面結(jié)構(gòu)能吸收兩種材料的優(yōu)點“剛?cè)嵯酀?，大大改善了路面的使用性能，然而由于材料的差異及舊路面板接縫與裂縫的存在，會導(dǎo)致反射裂縫的出現(xiàn)。

5.2“白+黑”路面設(shè)計技術(shù)難題

（1）反射裂縫的防治。反射裂縫是“白+黑”路面的一大技術(shù)難題，舊水泥路面的裂縫在溫度和荷載作用下會擴展到瀝青面層產(chǎn)生開裂現(xiàn)象，主要集中在舊水泥路面接縫、裂縫等應(yīng)力集中路段。反射裂縫的存在會極大地影響瀝青加鋪層的使用壽命，不僅影響行車舒適性，而且容易導(dǎo)致路表水下侵，影響路基的強度與穩(wěn)定性。

（2）新舊面層的粘結(jié)。瀝青混凝土加鋪面層與舊水泥混凝土基層作為兩種不同的材料與結(jié)構(gòu)組合在一起，由于彈性模量不同，在荷載及溫度應(yīng)力作用下，易導(dǎo)致瀝青面層出現(xiàn)推移、壅包等病害，從而縮短路面使用壽命。

5.3“白+黑”路面瀝青加鋪層設(shè)計

舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青面層的厚度設(shè)計應(yīng)依據(jù)舊路面結(jié)構(gòu)承載能力和當?shù)亟?jīng)濟水平，合理選用加鋪層結(jié)構(gòu)方案。瀝青加鋪層的厚度，主要應(yīng)考慮防止加鋪層反射裂縫問題，瀝青加鋪層太薄，極易產(chǎn)生反射裂縫，加鋪層太厚，造價又會太高，經(jīng)濟上難以承受，所以加鋪層應(yīng)該有一個較合理的厚度，根據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗，加鋪層的合理厚度范圍為9～18cm。

目前常規(guī)瀝青加鋪層分為上、中、下三層，即磨耗層、調(diào)平層、應(yīng)力吸收層：

（1）應(yīng)力吸收層，在舊水泥層面和加鋪層之間設(shè)置的夾層，是以推遲反射裂縫的發(fā)生時間為主要目的而設(shè)置的一層特殊的瀝青混合料，它在延緩或抑制舊水泥混凝土路面的反射裂縫方面具有優(yōu)越性，具有高溫穩(wěn)定、低溫抗裂、抗水害等路用性能。通過對誘發(fā)反射裂縫的主要原因進行具體分析，選擇適宜的夾層類型。

（2）調(diào)平層，可供恢復(fù)路拱橫坡和路面平整度。

（3）磨耗層，一般采用骨架密實結(jié)構(gòu)的瀝青瑪蹄脂混合料（SMA），可有效改善行車條件，防止行車對路面的磨損，延長路面的使用周期。

除此之外，為加強瀝青加鋪層之間，瀝青加鋪層與舊水泥混凝土面層或構(gòu)造物之間的粘結(jié)，應(yīng)選用合適的粘層材料及合理的鋪灑量和正確的施工工藝，使得粘層的抗剪強度滿足要求。

6　結(jié)束語

舊水泥混凝土路面的瀝青加鋪層設(shè)計，不僅僅涉及到舊路面的損壞狀況、結(jié)構(gòu)狀況、環(huán)境因素、交通狀況，而且還需要合適的力學(xué)分析模型、正確的材料參數(shù)、有效的防反措施等，內(nèi)容廣泛、復(fù)雜多變，雖然國內(nèi)外的工程研究積累了大量豐富的理論和實踐經(jīng)驗，但仍有許多課題需要進一步的分析研究。

羅昌廷（1980-），男，廣西南寧，人，工程師，本科，主要從事高速公路養(yǎng)護管理工作。

U418.6

A

2095-2066（2016）19-0220-02

2016-6-20資金使用效率相對較低；

2016-6-20