侯毓莉

（上海市市政規(guī)劃設(shè)計研究院,上海市 200031）

二灰碎石基層路面起拱病害淺析

侯毓莉

（上海市市政規(guī)劃設(shè)計研究院,上海市 200031）

對南方某市主干路的二灰碎石基層路面起拱病害進(jìn)行調(diào)查,進(jìn)行了路面平整度檢測、路面彎沉檢測、粉煤灰SO3殘余量試驗以及路基樣洞開挖等一系列檢測。試驗結(jié)果表明:粉煤灰的SO3含量對基層體積安定性的影響較大,基層易發(fā)生體積膨脹,這是導(dǎo)致路面起拱的材料因素；地下水和地表水的浸入,為體積膨脹的發(fā)生提供了水源,這是造成路面起拱的外部原因。

道路；基層；二灰碎石；路面起拱；病害

0 引言

二灰碎石基層是指以石灰、粉煤灰混合作為集合料,與一定量的級配碎石加一定的水分拌合,碾壓、養(yǎng)生后而產(chǎn)生強(qiáng)度的一種半剛性結(jié)構(gòu)。由于其具有強(qiáng)度高、耐久性好、造價低、環(huán)保等優(yōu)點,二灰碎石基層被廣泛應(yīng)用在各類路面工程中。但隨著二灰碎石基層的使用越來越多,也發(fā)現(xiàn)了一些問題,如路面起拱病害[1,2]。近年來,在南方某市內(nèi)的多條城市道路上發(fā)現(xiàn)了多處路面起拱病害,路面起拱最高處達(dá)到18 cm,造成路面凹凸不平,影響了車輛的安全行駛。通過對起拱路段進(jìn)行調(diào)查,采用路況檢測、材料化學(xué)分析、樣洞開挖等檢測手段,對路面出現(xiàn)的起拱問題進(jìn)行了分析。

1 路況調(diào)查

1.1 路面起拱的調(diào)查

本次調(diào)查道路為城市主干路,路段單元為1 km。為了掌握瀝青混凝土路面的起拱嚴(yán)重程度,對該路段各車道進(jìn)行了詳細(xì)的路面狀況調(diào)查。從現(xiàn)場調(diào)查來看,該道路起拱現(xiàn)象在部分區(qū)間內(nèi)比較嚴(yán)重,雙幅起拱面積共計2 809 m2,其中右幅各車道累計起拱面積1 313 m2,左幅各車道累計1 496 m2,左幅比右幅稍嚴(yán)重些。起拱范圍主要集中在非機(jī)動車道和道路中心線兩側(cè)。另外,通過打開井蓋發(fā)現(xiàn)井中水位在正常水位以下。

1.2 平整度調(diào)查

道路起拱嚴(yán)重影響到行車的舒適性和安全性,使路面的行駛質(zhì)量大大降低。為了更科學(xué)直觀地了解該路段各車道的起拱程度,本項目采用激光斷面儀對該路段平整度進(jìn)行了加密檢測,檢測頻率為每20 m一點,各車道平整度檢測結(jié)果匯總見表1。根據(jù)《城鎮(zhèn)道路工程施工與質(zhì)量驗收規(guī)范》（CJJ 1-2008）,城市主干路的平整度設(shè)計指標(biāo)σ≤1.5 mm；根據(jù)《城鎮(zhèn)道路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（CJJ 36-2016）,主干、次干路養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)A級別平整度設(shè)計指標(biāo)σ≤4.5。檢測結(jié)果表明,無論是左幅還是右幅路面,非機(jī)動車道平整度最差,其次為3車道、1車道、2車道。整體來說,右幅比左幅平整度要略差。根據(jù)驗收規(guī)范,右幅各車道平整度合格率在22%～74%之間,左幅各車道合格率在14%～66%之間,說明路面行駛質(zhì)量已經(jīng)基本不能滿足當(dāng)初設(shè)計要求；根據(jù)養(yǎng)護(hù)規(guī)范,右幅各車道平整度合格率在67%～98%之間,左幅各車道平整度合格率在83%～98%之間,除非機(jī)動車道外,絕大部分點行駛質(zhì)量滿足養(yǎng)護(hù)質(zhì)量要求。

表1 各車道平整度檢測結(jié)果

1.3 路面彎沉調(diào)查

路面回彈彎沉是反映路面結(jié)構(gòu)承載能力的重要指標(biāo),本項目采用自動彎沉儀對該路段彎沉進(jìn)行檢測,檢測頻率為每9～11 m一點。根據(jù)該段道路設(shè)計文件,路面彎沉設(shè)計指標(biāo)l≤22.1（0.01 mm）,各車道彎沉檢測結(jié)果匯總見表2。根據(jù)《城鎮(zhèn)道路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（CJJ 36-2016）,重交通半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)臨界彎沉值l≤46（0.01 mm）。從表2可以看出,無論是右幅還是左幅1車道彎沉最大,整體來說,左幅比右幅彎沉要略大一些。根據(jù)設(shè)計文件,右幅各車道彎沉合格率在66%～70%之間,左幅各車道彎沉合格率在40%～65%之間,說明路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度已經(jīng)基本不能滿足當(dāng)初設(shè)計要求。根據(jù)養(yǎng)護(hù)規(guī)范,右幅各車道彎沉合格率在95%～100%之間,左幅各車道彎沉合格率在80%～90%之間,說明除個別點外,路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度基本能夠滿足養(yǎng)護(hù)質(zhì)量要求。

表2 各車道彎沉代表值檢測結(jié)果

1.4 SO3殘余量試驗

參照《水泥化學(xué)分析方法》（GB/T 176-2008）,采用硫酸鋇重量法（基準(zhǔn)法）進(jìn)行SO3殘余量試驗[3],試驗結(jié)果見表3。可以看出,該路段SO3殘余量普遍較高,即使沒起拱的地方也有20%～30%,存在較大的起拱隱患。

表3 SO3殘余量試驗結(jié)果

1.5 開挖樣洞檢驗

為了進(jìn)一步了解基層以及土路基的結(jié)構(gòu)狀況,采用開挖0.8 m×1.0 m的樣洞對該路段基層結(jié)構(gòu)的厚度和完整性以及二灰土底基層的壓實度和含水率進(jìn)行了檢測。該樣洞所在50 m區(qū)間彎沉代表值為0.54 mm,樣洞位置有起拱現(xiàn)象,開挖后發(fā)現(xiàn)二灰碎石基層較為松散,板結(jié)效果較差,SO3殘余量26.92%,但二灰土底基層干燥。

2 二灰碎石基層路面起拱病害原因分析

2.1 原材料的原因

二灰碎石混合料由石灰、粉煤灰、集料和水組成,其中粉煤灰主要從火力發(fā)電廠購買,其主要成分是Fe2O3、SiO2、Al2O3、CaO、SO3。粉煤灰本身并沒有黏性,當(dāng)它與水和消石灰相混合時,在常溫下能與石灰中的氫氧化鈣 Ca（OH）2發(fā)生反應(yīng),生成具有黏結(jié)性的化合物,所以粉煤灰被廣泛地應(yīng)用于道路施工中。SO3是一種空氣和環(huán)境污染物,如直接排放到空氣中,會造成空氣污染,形成酸雨等危害。近幾年我國對環(huán)境保護(hù)控制加強(qiáng),許多電廠都實施了環(huán)保脫硫工藝,脫硫后脫硫灰渣重新回到粉煤灰中,加大了粉煤灰中SO3的含量。

SO3與石灰中的氧化鈣（CaO）反應(yīng)生成硬石膏（CaSO4）或無水鈣質(zhì)芒硝（CaSO4·Na2SO4）。這兩種物質(zhì)的性能都很不穩(wěn)定,CaSO4與水發(fā)生反應(yīng)生成CaSO4·2H20（二水石膏）,無水鈣質(zhì)芒硝（CaSO4· Na2SO4）與水和混合料中的Cao·Al2O3·6H2O（水化鋁酸鈣）進(jìn)一步反應(yīng),生成CaO·Al2O3·3CaSO4· 32H2O（鈣礬石）。通過這一系列的化學(xué)反應(yīng),會使得混合料體積增大2.5倍左右[4]。通過本次檢測發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)起拱的地方,SO3殘余量都普遍較高,這說明粉煤灰中的SO3含量高,對二灰碎石混合料的安定性存在很大的影響,在二灰碎石形成強(qiáng)度的過程中發(fā)生體積膨脹,導(dǎo)致路面起拱。

粉煤灰含有許多化學(xué)活性物,其中氧化鈣、二氧化硅物質(zhì)所形成的離子與黏土顆粒的離子發(fā)生化學(xué)、物理反應(yīng),從而形成大團(tuán)粒結(jié)晶體,具有很高的強(qiáng)度。經(jīng)過脫硫處理的粉煤灰除了SO3含量較高外,還有一個特點是SiO2的成分較少,使得粉煤灰的活性降低,容易脫落,造成二灰碎石基層松散[5]。

2.2 地下水和地表水的原因

該地區(qū)水網(wǎng)發(fā)達(dá),地下水位高,由于毛細(xì)現(xiàn)象,地下水容易浸入到道路中。通過現(xiàn)場調(diào)查,發(fā)現(xiàn)該路段的道路中分綠化帶和機(jī)非隔離的綠化帶都較寬。市政設(shè)施管養(yǎng)單位經(jīng)常對綠化帶進(jìn)行澆灌,由于沒有增設(shè)隔水帶和集水溝,使得澆灌綠化的地表水滲透到道路底層,給基層提供了豐富的水源,使得基層中的無硬石膏、無水鈣質(zhì)芒硝與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成新的次生礦物,造成基層體積膨脹。

3 維修處置措施

針對調(diào)查結(jié)果,建議對該路段的瀝青表面層進(jìn)行銑刨加罩處理,起拱嚴(yán)重的路段局部采用貧混凝土基層進(jìn)行翻修處理。防治地下水對道路的破壞作用,通過工程措施降低地下水位高度,設(shè)置滲井、滲溝阻礙地下水對路基的浸潤。進(jìn)行綠化改造工程,在綠化中分帶、機(jī)非隔離綠化帶下部設(shè)置縱向碎石盲溝和橫向排水管,將綠化帶中土壤聚集的滲透水排除道路范圍之外。

4 結(jié)論

通過對南方某城市主干路的二灰碎石基層路面起拱進(jìn)行調(diào)查,測定了路面平整度、彎沉及SO3殘余量,并進(jìn)行了樣洞開挖,分析了路面起拱產(chǎn)生的原因,得到以下結(jié)論:

（1）二灰碎石混合料中粉煤灰的SO3含量對基層體積安定性的影響較大。經(jīng)過脫硫處理的粉煤灰,SO3含量大,在二灰碎石形成強(qiáng)度的過程中易發(fā)生體積膨脹,這是導(dǎo)致路面起拱的材料因素。地下水和地表水的浸入,為體積膨脹的發(fā)生提供了水源,這是造成路面起拱的外部原因。

（2）在進(jìn)行二灰碎石基層施工時,要重點對SO3含量進(jìn)行監(jiān)測。SO3含量過高的粉煤灰堅決不予采用。加強(qiáng)對道路中分帶、側(cè)分帶、綠化帶的排水設(shè)計,通過增設(shè)排水設(shè)施,防治地表水浸入道路下部。在日常養(yǎng)護(hù)管理中,對于路面上出現(xiàn)的裂縫及時處置,防止雨水經(jīng)裂縫滲入基層。

[1]楊毅,榮建.石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石基層瀝青路面起拱原因分析[J].交通科技,2009(2):83-85.

[2]譚秀平.城市道路（瀝青路面）起拱裂縫原因淺析[J].工程質(zhì)量, 2008(10):36-37.

[3]GB/T 176-2008,水泥化學(xué)分析方法[S].

[4]張東長,曹志勇,袁登瓊,等.二灰碎石基層SO3含量控制指標(biāo)試驗研究[J].公路交通科技,2008（6）:31-38.

[5]昆山市鹿通路橋工程有限公司.石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石基層抗裂性設(shè)計應(yīng)用研究[R].昆山:鹿通路橋工程有限公司,2007.

廣東開陽高速改擴(kuò)建工程獲批正式啟動

廣東開陽高速改擴(kuò)建工程目前已獲省發(fā)改委批準(zhǔn)立項,這標(biāo)志著項目正式啟動。改擴(kuò)建工程力爭年內(nèi)動工,工期4年,將于2021年底完成。

開陽高速公路屬于國高網(wǎng)沈海高速公路的一段,起于開平市水口鎮(zhèn),與佛開高速公路相接,終于陽江市的陽江林場,與陽茂高速公路相連,途經(jīng)鶴山、開平、恩平、陽東、江城等市（區(qū)）,路線全長約125.2 km,于2003年9月建成通車。

作為珠三角到粵西地區(qū)不可替代的高速通道,開陽高速車流量已經(jīng)接近飽和。據(jù)開陽高速公路有限公司統(tǒng)計,2015年全線平均交通流量已超過50 000 pcu/d（年平均日交通量）,個別路段超過70 000 pcu/d,達(dá)到或接近高速公路路段所能適應(yīng)的通行能力,因此項目改擴(kuò)建迫在眉睫。

改擴(kuò)建項目工可建設(shè)方案為全線擴(kuò)建,采用雙向8車道,路基寬度42 m,設(shè)計荷載為公路Ⅰ級,設(shè)計行車速度120 km/h,為高速公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。擴(kuò)建采用兩側(cè)加寬拼接方式,并對舊路進(jìn)行大修加固。

改擴(kuò)建項目工可主要工程量包括特大橋1座,大橋20座,中橋55座,小橋和通道231座,涵洞505道(包括通道涵),互通立交14處（其中新建1處月山互通,其余13處互通為改造）,分離式立交橋19座,服務(wù)區(qū)4處。工程力爭2017年底開工,計劃工期4年,將于2021年底完成。

U418.6

B

1009-7716（2017）07-0050-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.015

2017-03-19

侯毓莉（1981-）,女,上海市,工程師,從事道路現(xiàn)場檢測及研究工作。