張?zhí)m峰，蔣英禮

(廣東交通職業(yè)技術學院,廣東 廣州 510650)

0 引言

鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略是習近平總書記于2017年在黨的十九大報告中提出的,精準把握十九大精神主旨,堅持貫徹對農村公路建設的重要批示精神[1]。農村公路是鏈接農村與城市的經濟命脈通道,是社會主義新農村建設的載體[2]。2021年1月4日中共中央、國務院關于全面推進鄉(xiāng)村振興加快農業(yè)農村現代化的意見中提到實施農村道路暢通工程。加快農村公路建設是解決“三農”問題的基礎條件,對推進城鎮(zhèn)化和縮小城鄉(xiāng)差距、繁榮農村經濟具有重要意義。

農村公路是我國公路網的重要組成部分,農村公路普遍設計技術等級為三級、四級公路標準。隨著我國經濟建設的發(fā)展,部分農村公路已經無法滿足車輛日益增長的需要,存在路網等級低、通達能力差、抗災能力弱、管理體制機制不健全、安全隱患多等問題,急需要進行提質改建,以提升農村公路通行能力、服務水平與改善農民出行條件,促進城鎮(zhèn)化進程[3]。農村公路建設受資金約束,建設重點不是大規(guī)模新建道路,而是對已有舊路進行技術改造、完善安全保障設施[4]。

1 農村公路現狀

農村公路普遍建設等級低,農村公路防災、抗災能力普遍較差、安全防護設備不足,在陡坡、急彎路段缺少必要的安全設施和警示標志,車況路況隱患大、監(jiān)管不到位等影響出行安全。例如路基壓實度不足,出現不均勻沉降,甚至沉陷,邊坡防護不足,雨水沖刷后出現邊坡坍塌;瀝青面層攤鋪質量控制差,壓實度不足;路面不平整、局部出現松散和坑槽等現象,嚴重影響了農村公路耐久性與公路服務水平。養(yǎng)護不受重視,導致公路出現一些早期破壞,如開裂、小型坑槽、水泥混凝土路面板接縫出現高差、瀝青路面抗滑性較低、道路排水設施堵塞等問題,若得不到及時處理,會導致公路的使用壽命與使用質量大幅度降低。

2 農村公路改造設計

廣東省是經濟發(fā)展的重要大省,積極響應國家鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略,提升農村公路建設,推進農村經濟發(fā)展?，F以廣東省汕頭市農村公路改建為例說明農村公路改造設計過程。本項目農村公路提質改造工程包括:路面提質改造以及安全保障設施完善。

2.1 路況調查

對于舊路線形進行全面排查并選取合理的技術標準。由于農村公路的交通量較小且軸載較重的車輛較少,水泥混凝土路面有造價低、使用壽命較長、養(yǎng)護費用較少的優(yōu)點,因此大部分農村公路為水泥混凝土路面。以汕頭市“四好農村路”某建設工程為例調查,原公路為四級公路,兩車道,路面寬度10 m,路側設有排水邊溝,綠化、照明措施完善,但現有排水設施部分損毀,路面多處積水。隨著道路交通量和汽車載重量的急劇增加,部分水泥混凝土路面出現了不同程度的病害。路段路面多處出現破碎、龜裂,破損嚴重。日常行車晴天塵土飛揚,雨天淤泥四濺,同時路面不平帶來的交通噪聲擾民問題突出。為此將其納入“四好農村路”“暢返不暢”專項進行改造,提高其服務水平。

調查結果表明,改造路段路基狀況基本良好,僅需要對路面進行改造,存在以下主要問題:1)部分路基、路面排水系統不連續(xù),排水措施受損嚴重,道路兩側排水溝存在淤塞、破損、出水口過高、部分路段缺失等問題。2)原路局部路段水泥路面受損嚴重,錯臺、破碎板、板角斷裂、坑洞、縱向、橫向和斜向裂縫、麻面等(見圖1—圖4),影響行車速度和安全性,不同程度地降低交通運輸效率,增加營運成本。項目路段道路已難以提供快速、安全、舒適和經濟的交通運輸環(huán)境,亟需進行路面設計改造。

2.2 路基路面調查

調查路段的路面、路基結構形式,對路面進行現場踏勘,查找收集工程竣工資料、日常養(yǎng)護工記錄、檢測報告及專項處治設計圖紙等,病害、設計交通量、設計彎沉、平整度等一些基本的設計參數。調查下列內容:1)公路修建和養(yǎng)護技術資料:路面結構和材料組成、接縫構造及養(yǎng)護歷史等;2)路面損壞狀況:損壞類型、輕重程度、范圍及修補措施等;3)路面結構強度:面層厚度和混凝土強度、混凝土路面基層頂面的當量回彈模量等;4)已承受的交通荷載及預計的交通需求:交通量、軸載組成及增長率等;5)環(huán)境條件:沿線氣候條件、地下水位以及路基和路面的排水狀況等。

2.3 路面損壞狀況評定

水泥混凝土路面的破損情況通過路況指數PCI和斷板率DBL表征。根據路面調查的分析結果,得出路面出現的各種病害類型、損壞程度、密度,計算PCI。路段調查統計分析水泥混凝土路面DBL與PCI值如表1所示。

表1 舊水泥混凝土路面病害統計分析

2.4 路面行駛質量評定

路面行駛質量是通過行駛質量指數(RQI)來表征。本次調查路段的水泥混凝土路面行駛質量RQI見表2。

表2 水泥混凝土路面行駛質量RQI

2.5 路面基層頂面當量回彈模量

舊混凝土路面基層頂面的當量回彈模量標準值,通過采用落錘式彎沉儀(設計荷載100 kN、承載板半徑150 mm)量測板中荷載作用下的彎沉曲線得到。本次檢測路基頂面當量回彈模量共計10點,全線基層頂面當量回彈模量標準值Et平均值為151.8 MPa。

2.6 舊路路面的調查病害分析

2.6.1 舊路面結構

面層:20 cm厚C35水泥混凝土板面層(彎拉強度4.0 MPa);基層:15 cm厚C15素混凝土基層。

2.6.2 病害原因分析

1)路面結構強度不足、行車道板接縫傳荷能力差:由于鄉(xiāng)村道路建設時間較早,采用建設標準偏低,不能適應現階段的交通量增長和重車比例較多的實際狀況。行車道板接縫的啃邊較多,板接縫傳荷能力差,基層、土層的強度不足,造成行車道傳力鋼筋剛度不足,產生超負荷作用,使路面承受汽車荷載不足,而造成路面板裂縫、破壞。

2)排水設施不完善,水損害嚴重:由于路段屬于華南沿海臺風區(qū)(Ⅳ7),年降雨量常超過1 000 mm,降雨時間長,春季、夏季尤為突出。路面水沿面板接縫及裂縫處不斷下滲,極其容易造成路基飽水,加上原基層、土層強度不足,易造成板底掏空,導致路面破壞。

2.7 改造技術標準

由于此農村公路為舊路面改造,故平面線形、縱面線形主要是根據實測數據點進行擬合。對于不影響行車安全和舒適性的部分指標可適當放寬,如最小坡長、豎曲線長度等指標。根據農村公路的性質、使用功能、沿線地形、地質條件、交通量預測結果、通行能力分析和服務水平評價結果,本項目鄉(xiāng)道改造工程技術標準為四級公路。路面改造設計主要技術指標如下:1)自然區(qū)劃:Ⅳ7區(qū)(華南沿海臺風區(qū));2)路面類型:瀝青路面;3)設計使用年限:四級公路瀝青混凝土路面15 a;4)標準軸載:BZZ—100根據交通部JTG B01—2014公路工程技術標準和JTG D20—2017公路路線設計規(guī)范,結合舊路現狀標準,設計速度20 km/h。在滿足行車安全性、舒適性條件下盡量減少加鋪厚度,節(jié)約造價。本項目的主要技術指標見表3。

2.8 路面結構改造設計

在提質改造過程中,需綜合考慮遠景交通量,以及經濟發(fā)展狀況選用合適的路面結構形式。本項目路面改造方案為對既有水泥混凝土路面進行加鋪瀝青路面處理。為了減少舊路加鋪層對道路沿線設施的影響,項目路面改造采用較薄的路面加鋪層。根據路面病害調查資料,針對不同路面病害類型及嚴重程度,在加鋪新路面結構層前,需要制定相應的病害處置方案,修復舊水泥混凝土路面結構層以滿足加鋪要求。

本次“四好農村路”“暢返不暢”路面改造,主要是在現有道路等級的基礎上,對水泥混凝土路面進行加鋪改造。道路標準采用原路標準,中線基本上是按舊路中線布設,縱斷面除路面高程受周圍建筑物和橋梁控制需按原高程要求設計外,其余路段按照加鋪厚度抬高一定高度,全線路基完全利用。

表3 主要技術指標表

2.8.1 機動車道路面結構設計

修復完畢的舊水泥混凝土面板拼接加寬混凝土面板上加鋪瀝青路面結構。面層:5 cm SBS改性瀝青混凝土GAC-16C;基層:修復后的舊水泥混凝土面板。

2.8.2 加寬路面結構設計

行車道加寬路面結構如下:面層:5 cm SBS改性瀝青混凝土GAC-16C;基層:C35混凝土拼接加寬厚20 cm;底基層:C20貧混凝土基層15 cm。

2.8.3 舊水泥混凝土路面病害處理

在加鋪瀝青混凝土結構層前,需對損壞的舊水泥混凝土路面進行處置,對水泥混凝土路面破損處理方式如下:

1)縱縫、橫縫處理:對于一般較為輕微的裂縫,即縫寬小于3 mm的裂縫,且邊緣無碎裂現象,適用于直接灌縫。對于縫寬大于3 mm、小于15 mm的裂縫可采取條帶加鋪進行補縫。對于縫寬大于15 mm的嚴重裂縫的面板挖除新建。

2)水泥混凝土路面損壞板、基層挖補處理:路面破損嚴重,出現縱橫裂縫,裂縫寬度大于10 mm或為斷裂板、破碎板,路面下沉變形,挖除舊路20 cm原水泥混凝土面板后,換除原有水泥混凝土面板施工時,當發(fā)現基層有嚴重裂縫、松散等病害,應挖除基層用重新澆筑C20貧混凝土基層。

3)板角斷裂板塊處理:按破裂面大小確定切割范圍。切縫后鑿成規(guī)則的垂直面。對原有鋼筋不應切斷,要保留長短交錯的20 cm～30 cm長的鋼筋頭。在新舊混凝土之間加設間距為30 cm傳力桿,在接縫面處涂刷瀝青。脹縫設置接縫板。新舊混凝土面板間的接縫處需設置寬3 mm、深4 mm的接縫槽,將改性乳化瀝青灌注入槽中,之后騎縫貼50 cm寬玻纖格柵。待混凝土達到強度后,開放交通。

4)錯臺處理:對小于1 cm的錯臺可采取磨平處理,高差大于1 cm的錯臺,采用瀝青砂進行處理。

5)接縫處理:加鋪前必須對接縫進行清縫及灌縫處理,為了減小接縫位置加鋪層的層底應力,需要跨縫鋪設0.5 m寬的玻纖格柵,并用小型壓路機壓平整。

2.9 瀝青面層材料設計參數

1)材料設計參數見表4。

表4 瀝青路面材料設計參數

2)瀝青混合料礦料級配要求:根據《廣東省高等級公路瀝青路面施工技術指南》,項目瀝青混凝土路面的瀝青面層瀝青混合料的礦料級配采用在廣東省具有成功應用經驗的GAC級配,級配如表5所示。

表5 面層各層瀝青混合料級配范圍

2.10 路面驗算結論及竣工驗收彎沉值

經過路面結構驗算:主線路面無機結合料穩(wěn)定層疲勞開裂壽命均能滿足設計年限內累計軸載作用次數要求;瀝青層設計年限內永久變形量為13 mm,滿足規(guī)范要求。

取干濕循環(huán)條件下路基土模量折減系數0.8,設計主道瀝青路面路基頂面驗收彎沉值為293.0(0.01 mm)。

2.11 玻璃纖維格柵施工

玻纖格柵用于水泥混凝土路面改建復合式路面,抑制板塊收縮等引起反射裂縫,分散路面承載應力,有助于延長路面使用壽命[5]。玻璃纖維格柵施工注意事項:

在鋪設前必須將影響鋪設面結合強度的雜質清除干凈,保持鋪設面清潔干燥。鋪設玻纖格柵時,應先用機械拉緊,保持張拉伸長率1.0%～1.5%,然后用小型壓路機碾壓鋪平。格柵縱向搭接寬度大于20 cm,橫向搭接寬度大于15 cm。在鋪設玻纖格柵處涂刷改性乳化瀝青,乳化瀝青用量應為0.6 kg/m2,以防止出現鼓脹、松弛、卷曲現象,保證玻纖格柵的粘貼效果。玻纖格柵施工工藝圖見圖5,玻纖格柵鋪設示意圖見圖6。

3 安全保障設施

安全保障設施是公路工程的重要組成部分,其設置科學性、合理性、配套性直接影響公路運營安全[6]。大部分農村公路在新建時對交通安全設施設置重視不夠,造成大量農村公路交通安全設施設置缺乏或是設置不合理,給車輛行駛帶來了安全隱患[7]。

本次農村公路改造,對于安全設施也進行現場調查,項目沿線各種交通標志設置比較合理,可以部分利用,另按需增設部分交通標志、防護欄與速度控制設施,在進入交叉口之前、過村莊和學校、陡坡和急彎路段需要加設速度控制設施。

1)交通標志:本項目農村公路路段可視性較好,只需要在路段邊采用與周邊環(huán)境協調性較好、造價較低的附著式交通標志或是柱式交通標志。

為了保證各類交通車輛在各自的行車道范圍內安全行駛,且項目路面寬度為10 m,不小于6 m,必須設置道路中心標線。對于農村公路,可選擇造價較低、使用壽命長的雙組分材料或水性材料作為交通標線材料。

2)防護欄:在農村公路中選取時,應綜合考慮道路等級、路側危險程度、造價、防撞效果結合實地情況,選用合適的護欄[8]。本次改造的公路為二級公路,對防撞效果要求較高,選用波形梁護欄作為防護設施。

3)速度控制設施:本項目農村公路路過學校、村鎮(zhèn)交叉口,這些地段人流量相對較大。在不影響行車舒適性和路面排水性能的情況下,設置合適的限速設施?？稍谛枰匏俚膮^(qū)域的起點設限速標志,強制車輛必須在標志設置區(qū)的限速范圍內行駛。同時,需要在路面設置強制減速設施,如橡膠減速帶、熱塑性減速振動標記等,降低車速,保證人流量較大地段的行駛安全。

4 結論

1)農村公路建設盡量充分利用舊路資源,避免路線大整改占用耕地資源;采用適宜的路面結構,提高路面質量;完善農村公路的安全設施,提高其行駛安全性。

2)對于路基完好,且滿足道路等級路基技術標準的情況下,道路改造可以改善路面為主。在原有水泥混凝土路面上鋪設瀝青混凝土路面之前,進行路面病害調查,需要檢測路面結構強度、路面基層頂面當量回彈模量,評定路面損壞狀況、路面行駛質量。進一步對舊水泥混凝土路面進行縱縫與橫縫處理、水泥混凝土路面損壞板處理、基層挖補處理、板角斷裂板塊處理、錯臺處理、接縫處理,以保證舊路面的整體性。

3)水泥混凝土路面改建復合式路面需要鋪設玻纖格柵,用于抑制水泥混凝土板塊出現的裂縫反射到瀝青路面上,并進一步分散車輛荷載作用產生的應力,延長公路使用壽命。在農村公路改造的同時,需要進一步完善安全設施,保障行車安全。