郝 勇
(上海城西城建工程勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司,上海市 201101)
隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,機(jī)場(chǎng)建設(shè)如火如荼。某國際機(jī)場(chǎng)作為一個(gè)大型的國際航空樞紐港,承載著大量的客流、貨流運(yùn)輸任務(wù)。在這樣一個(gè)龐大的區(qū)域當(dāng)中,機(jī)場(chǎng)道路等大量的服務(wù)性設(shè)施必不可少,與整個(gè)機(jī)場(chǎng)的主體工程有機(jī)聯(lián)系,相互呼應(yīng),互動(dòng)互補(bǔ)[1]。完善的道路系統(tǒng)建設(shè)將改善機(jī)場(chǎng)客貨運(yùn)集散的交通條件。然而,該國際機(jī)場(chǎng)航站樓正式投入運(yùn)營4年后,航站樓前的配套道路出現(xiàn)了較多瀝青路面病害[2-3],其中道路兩側(cè)出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的不均勻沉降問題,尤其是出租車等候區(qū)位置,道路行駛平順性較差,路面擁包、拱起最大處達(dá)30cm以上,局部位置出現(xiàn)裂縫。
為了全面提升該機(jī)場(chǎng)航站樓前配套道路的整體使用水平和服務(wù)功能,更好地滿足航空運(yùn)輸中心到達(dá)旅客交通需求,對(duì)航站樓前區(qū)域內(nèi)道路進(jìn)行病害機(jī)理及整治對(duì)策研究是十分迫切及必要的[4-6]。
某國際機(jī)場(chǎng)航站樓前(到達(dá)層)配套道路,北起航站樓北側(cè)邊線以北50 m處,南至南側(cè)邊線以南50 m處,路線長度約520 m。現(xiàn)狀道路總寬27 m,自西向東依次為7.5 m(輔助車行道)+2.0 m(分隔帶)+17.5 m(車行道),現(xiàn)狀采用瀝青混凝土路面,在圖1所示范圍內(nèi)道路路面破損較為嚴(yán)重。
圖1 道路病害路段示意圖
本路段主要病害類型為位于車行道的縱向裂縫(見圖2)、位于每根柱子相鄰車道的擁包和拱起(見圖3)以及分隔帶處的大理石板與路緣石出現(xiàn)間隙,且有松動(dòng)、斷裂、沉陷等病害(見圖4)。
圖2 車行道縱向裂縫
經(jīng)路面破損狀況調(diào)查、平整度測(cè)試、路面車轍測(cè)試、既有路面摩擦系數(shù)檢測(cè)、既有路面構(gòu)造深度檢測(cè)、瀝青路面滲水實(shí)驗(yàn)測(cè)定、落錘式彎沉儀測(cè)試、結(jié)構(gòu)調(diào)查及芯樣室內(nèi)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)、波浪擁包拱起方量檢測(cè)等多項(xiàng)專業(yè)檢測(cè),得出以下結(jié)論:
圖3 擁包、拱起
圖4 隔離帶病害
(1)該路段主要病害為波浪擁包和裂縫,PCI統(tǒng)計(jì)結(jié)果為69.14,等級(jí)評(píng)價(jià)為C,主要是2號(hào)、3號(hào)和7號(hào)3個(gè)車道靠近墩柱位置有較明顯的波浪擁包、拱起及局部位置的開裂,而1號(hào)、4號(hào)、5號(hào)與6號(hào)車道整體狀況良好。
(2)路面平整度共測(cè)試6處,每處10/3 m,共20 m。從檢測(cè)結(jié)果看,最大間隙為7.2 mm,最小間隙為0.6 mm,6個(gè)檢測(cè)斷面最大間隙平均值為2.4~4.2 mm。
(3)所測(cè)路段瀝青路面的平均車轍深度為0 mm,視作該路段瀝青路面基本沒有車轍病害損壞。
(4)摩擦系數(shù)共檢測(cè)3處,分別為65、66和66,根據(jù)《城鎮(zhèn)道路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)程》(CJJ 36—2016)中對(duì)瀝青路面的抗滑能力的評(píng)價(jià)指標(biāo),等級(jí)評(píng)價(jià)為A。
(5)鋪砂法檢測(cè)瀝青路面構(gòu)造深度共測(cè)試3處,平均構(gòu)造深度為0.97~1.02 mm,說明道路表面抗滑性能良好。
(6)共測(cè)試3處的滲水系數(shù),分別是3 932、3 817、3 932 mL/min;另外,水并沒有快速下滲到中面層以下,而是發(fā)生了周邊冒水的情況,表明瀝青路面空隙率較大,路面壓實(shí)度可能存在不足。
(7)根據(jù)FWD落錘式彎沉儀測(cè)試結(jié)果,轉(zhuǎn)化為貝克曼梁彎沉,發(fā)現(xiàn)總體上道路彎沉不大,整體性較好,但是靠近墩柱位置彎沉明顯低于道路中心區(qū)域;同時(shí)根據(jù)FWD測(cè)試結(jié)果計(jì)算土基回彈模量,結(jié)果表明靠近墩柱位置回彈模量顯著高于道路中心區(qū)域,表明靠近墩柱位置道路強(qiáng)度要顯著強(qiáng)于道路其他區(qū)域位置,這也是道路出現(xiàn)差異沉降的主要原因。
(8)由于道路差異沉降引起靠近墩臺(tái)位置道路波浪擁包,經(jīng)測(cè)試,統(tǒng)計(jì)出檢測(cè)路段內(nèi)波浪擁包方量為89.9 m3。
(9)芯樣厚度及結(jié)構(gòu)層調(diào)查結(jié)果表明,上面層厚度實(shí)測(cè)值為32~40 mm;中面層厚度實(shí)測(cè)值為31~35 mm;下面層厚度實(shí)測(cè)值為35~88 mm。三渣基層芯樣底部松散,可測(cè)厚度為270~300 mm。
(10)從芯樣上面層壓實(shí)度試驗(yàn)結(jié)果看,所測(cè)點(diǎn)的壓實(shí)度情況不是很理想;從3層面層的顆粒級(jí)配試驗(yàn)結(jié)果看,級(jí)配結(jié)果與設(shè)計(jì)要求基本一致,個(gè)別超出設(shè)計(jì)范圍,粒徑總體偏小。
基于前述道路病害情況,結(jié)合地勘資料按不同工況進(jìn)行了路基沉降計(jì)算分析。
土層從上至下依次為:①填土(厚約2.3 m)、②1粉質(zhì)黏土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土(厚約1.1 m)、②3砂質(zhì)粉土(厚約5 m)、③1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土(厚約1.4 m)、③2砂質(zhì)粉土(厚約2.3 m)、④淤泥質(zhì)黏土(厚約 8.4 m)、⑤1-1黏土(厚約 9.9 m)、⑤4粉質(zhì)黏土(厚約 0.8 m)、⑦1砂質(zhì)粉土(厚約 1.0 m)、⑦2-1粉砂(厚約7.5 m)。
(1)工況1(填土較低路段):直接鋪筑路面結(jié)構(gòu)層厚度75.6 cm。填土密度采用1 800 kg/m3,路面結(jié)構(gòu)層密度采用2 300 kg/m3。其計(jì)算結(jié)果見圖5。
圖5 工后沉降與時(shí)間關(guān)系曲線(填土較低路段)
(2)工況2(填土較高路段):填土高按2 m計(jì),路面結(jié)構(gòu)層厚度75.6 cm。其余參數(shù)同工況1。其計(jì)算結(jié)果見圖6。
圖6 工后沉降與時(shí)間關(guān)系曲線(填土較高路段)
根據(jù)計(jì)算情況,路基沉降目前仍遠(yuǎn)未穩(wěn)定:對(duì)于填土較低路段,工后5年內(nèi)沉降可達(dá)10 cm,在道路使用期余下的10年內(nèi)仍將沉降4~5 cm以上;對(duì)于填土較高路段,工后5年內(nèi)沉降可達(dá)33 cm,在道路使用期余下的10年內(nèi)仍將沉降13 cm以上。
綜上,各工況經(jīng)計(jì)算均能滿足規(guī)范要求的工后沉降不大于50 cm,但各工況下沉降均未穩(wěn)定,截止目前固結(jié)度僅0.649,在使用期內(nèi)還將產(chǎn)生一定的沉降。從路基結(jié)構(gòu)分析,樁基周圍和道路中心的路基土體剛度差異明顯,在相同外力(車載等)作用下,變形量不同,尤其是在外載反復(fù)作用下,可能出現(xiàn)兩種情況:一是出現(xiàn)明顯的差異沉降,導(dǎo)致路基路面裂縫破損;二是雖然沒有明顯的差異沉降,但在每次外力作用時(shí),路面結(jié)構(gòu)和路基表層內(nèi)由于差異變形而出現(xiàn)不利的附加拉力或剪力,路面結(jié)構(gòu)和路基表層在這個(gè)力的多次反復(fù)循環(huán)作用下產(chǎn)生疲勞破壞,導(dǎo)致路面或路基病害。在機(jī)場(chǎng)道路建設(shè)中,樁基影響范圍內(nèi)的路基部位,前者往往起主導(dǎo)作用,需引起足夠重視。
建議處治病害后,布設(shè)道路沉降長期觀測(cè)點(diǎn),每月觀測(cè)1次,以累積相關(guān)資料,為后續(xù)機(jī)場(chǎng)類似工程提供借鑒。
路面狀況和路面病害的出現(xiàn)與很多因素有關(guān),一方面和路面所處的外部環(huán)境有很大關(guān)系,主要有自然氣候條件、交通量等;另一方面是與路面排水條件、路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、混合料的性能息息相關(guān)。本工程主要病害為擁包、拱起及局部縱向裂縫。
擁包、拱起病害位置為靠近墩柱位置的道路,集中在2號(hào)、3號(hào)與7號(hào)車道,尤其以7號(hào)車道問題最為嚴(yán)重,與相鄰6號(hào)車道高差20 cm以上。
通過調(diào)研分析,由于本工程位置在機(jī)場(chǎng)航站樓下部,受溫度及雨水影響很小,另外該位置車輛主要為出租車等小型車輛,沒有重載車輛,交通影響也較小,主要原因還是來自于道路兩側(cè)支撐航站樓的墩柱。墩柱的樁基長30~70 m不等,墩柱結(jié)構(gòu)與周圍路面材料不同,柱結(jié)構(gòu)為混凝土澆筑而成,具有較大的剛度,樁基的存在增強(qiáng)了靠近墩柱位置道路的強(qiáng)度,而其他位置路基和路面組成的道路屬于半剛性或柔性結(jié)構(gòu),相對(duì)而言強(qiáng)度較低。通過FWD試驗(yàn)對(duì)比,靠近墩柱位置道路的彎沉明顯小于道路中心位置彎沉;計(jì)算土基回彈模量時(shí),靠近墩柱位置的路基回彈模量顯著大于道路中心位置回彈模量,其對(duì)比圖分別見圖7、圖8。
建設(shè)期道路路基經(jīng)過處理壓實(shí)后,只能完成部分沉降,而在車輛荷載與自重作用下不斷沉降,在工程完工后路基仍在繼續(xù)下沉,沉降量隨著時(shí)間逐漸增加。
圖7 靠近墩柱位置與道路中心位置彎沉對(duì)比圖
圖8 靠近墩柱位置與道路中心位置土基回彈模量對(duì)比圖
根據(jù)前述路基沉降計(jì)算,工后沉降量為15~40cm,而由于航站樓結(jié)構(gòu)物要求較高,本身允許的沉降較小,沉降量基本可以忽略,因此正常道路路基不斷沉降,而靠近墩柱位置道路由于樁基影響沉降很小,道路差異沉降不可避免,導(dǎo)致靠近墩柱的道路擁包、拱起。
縱向裂縫主要分布于車行道,在裂縫處取芯發(fā)現(xiàn)芯樣全部碎裂(見圖9),從芯洞內(nèi)部觀察發(fā)現(xiàn)縱向裂縫一直延伸到芯洞底部(見圖10)。縱向裂縫主要為靠近墩柱位置道路不沉降,而其他位置沉降所產(chǎn)生的不均勻沉降,導(dǎo)致道路縱向開裂。
圖9 芯樣碎裂圖
圖10 芯洞情況圖
基于檢測(cè)及病害分析,該路段病害處治設(shè)計(jì)以路面現(xiàn)有病害處治與預(yù)防性養(yǎng)護(hù)相結(jié)合為主要原則;同時(shí),結(jié)合項(xiàng)目所處地區(qū)的氣候、水文、土質(zhì)等自然條件,結(jié)合以往道路施工經(jīng)驗(yàn)和材料供應(yīng)情況,在滿足交通量和使用要求的前提下,遵循技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、選材合理、方便施工、利于養(yǎng)護(hù)的原則。
采用鉆孔壓漿方法進(jìn)行處理,施工時(shí)通過鉆孔壓漿將水泥漿壓入路面基層或底基層中,必要時(shí)可將水泥漿壓入路基中;壓漿前用環(huán)氧砂漿對(duì)裂縫表面進(jìn)行封堵,并沿裂縫每隔一定距離預(yù)埋一注漿管,采用不分序依次向前推進(jìn)的循環(huán)式灌漿法,從一端開始,依次注漿至相鄰注漿管溢出漿液為止。如中間有壓漿管不能溢出漿液,則將壓漿泵移至相鄰的下一孔管進(jìn)行注漿。
本處理工藝適應(yīng)于路強(qiáng)度不足段落的局部路段處理,包括裂縫注漿的處理。注漿布孔沿裂縫布孔,孔位間距1.3 m,全部為垂直孔;鉆孔孔徑為?50(漿管直徑 ?32),鉆孔深度 1.0 m。
分隔帶、人行道根據(jù)需要進(jìn)行重新鋪設(shè)。
整條車道銑刨至水穩(wěn)基層底部,然后對(duì)路基進(jìn)行注漿,按1.3 m間距品字形進(jìn)行布孔,處理深度3 m,注漿壓力0.5~0.8 MPa,注漿完成后,按新建路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
本文依托某機(jī)場(chǎng)臨近航站樓道路項(xiàng)目,針對(duì)其建成運(yùn)營僅4年多就出現(xiàn)的縱向裂縫、擁包、拱起、分隔帶損壞等典型病害,進(jìn)行專業(yè)檢測(cè)并深入分析。在此基礎(chǔ)上,采用一維固結(jié)理論進(jìn)行了工后沉降計(jì)算,進(jìn)而分析了路面病害產(chǎn)生的原因,最后針對(duì)性給出了處治方案,較好地解決了實(shí)際工程問題。工程實(shí)踐表明所提出的處治方案合理可靠,可以為類似工程提供參考。