沪杭高速公路施工中的施工技术现状调研

沪杭高速公路施工中的施工技术现状调查与研究摘要：根据高速公路建设和养护的实践分析了高速公路沥青路面各种病害的成因，提出了各种病害的处治方法，并对我国今后高速公路建设、设计、施工及管养等方面提出了一些建议。沥青路面因具有地质条件适应性强、行车舒适、维护方便等优点而被广泛用于高速公路。在高速公路通车后，因行车荷载作用、外界环境影响以及设计、施工中存在的不足，沥青路面会逐步出现多种路面病害，主要有裂缝、变形、松散。高速公路一出现路面病害，就应及时分析病害成因，及时采取有效措施进行处治，否则不仅会降低道路的使用性能、影响行车的安全、舒适、快捷、畅通，而且会因处理不及时或措施不当导致道路结构性破坏。关键词：裂缝 ；沉陷 ；公路；处理；方法1 工程概况近年来，我区的高等级公路建设得到了飞速发展，但由于各方面的原因，有些建成的高等级公路存在一些质量问题，有的高等级公路通车仅仅两三年就出现了严重的车辙、开裂、泛油、坑槽等病害，从而不得不进行大修，即影响了人们的正常通行和公路使用寿命，又给国家造成经济损失。沪杭高速公路是1993年月国家计委批复同意建设的高速公路，是沪杭甬高速公路的重要组成部分。上海段东起上海市区西南的莘庄，长48公里。上海段被列为国家“九五”重点工程，其中，上海段包括1985年5月23日正式开工,1990年建成通车的上海第二条高速公路莘松高速公路（全长20.6公里，路面宽28.5米，共有4条通道，设计时速每小时120公里，总投资3.2亿元，）和28.2公里的新建段，新建段路幅宽为33.5米，道路先建四车道，预留两个车道在中央10.5米宽的绿化带里。全长48.7公里。1997年12月18日，上海段全线贯通。2路面病害成因分析2.1纵向裂缝纵向裂缝一般发生在距路堤边缘3m5m（行车道与紧急停车带分界）处，且路堤下一般均存在暗埋式箱型通道或盖板涵洞。也有一些发生在互通或服务区加减速车道与行车道的拼接处。裂缝形式有两种，一种为对纵向直线形，裂缝两端未延伸到路堤边缘；另一种为纵向弧形，裂缝两端延伸到路堤边缘。后一种裂缝可能会引起路堤滑动，危险性更大。纵向裂缝形成的主要原因有以下几方面。2.1.1地基原因有些纵向裂缝路段所处地基不属软土地基，但处于丘陵低洼、河谷处，长期受水冲蚀，天然含水量较高，在设计时未发现或未作特别处理，在施工时也未作等载或超载预压，在高填土后，地基出现不均匀沉降，造成路面纵向开裂；有些河谷、水塘虽作了清淤处理，但处理不彻底或回填材料控制得不好，也会因不均匀沉降造成路面纵向开裂。2.1.2路基施工原因路基施工时天气干燥，局部路堤填料粘土土块粉碎不足，致使路基压实不均匀；暗埋式构造物处因构造物长度限制使路基边缘不能超宽碾压，致使路基边缘压实度不够；有些加减速车道与行车道拼接段不同步施工，且拼接处理不好导致路基沉降不均匀。2.1.3渗水原因中央分隔带、路表、边坡等渗水，使得局部路基受水浸泡后土体的、值降低，在动静荷载的作用下，使得裂缝路段进一步产生小圆弧滑动趋势；部分填料为弱膨胀土，施工中未予处理，在渗水后因含水量的变化，导致纵向裂缝进一步开展。2.2横向裂缝目前，我国高速公路广泛采用以二灰或二灰土等为底基层、二灰碎石为基层的半刚性沥青路面。据调查，在半刚性基层路面的沥青面层上产生横向裂缝是极为普遍的，国内外许多学者甚至认为半刚性沥青路面产生横向裂缝是不可避免的。横向裂缝的形成主要有以下几方面原因。2.2.1基层反射裂缝一方面在基层成型过程中，因基层材料失水收缩而形成规则的横向裂缝；另一方面基层材料因温度骤降而发生低温收缩开裂。这两种收缩变形使沥青面层底面承受拉力，当拉力超过沥青面层的抗拉强度时就使沥青面层底部拉裂，并随着温湿的循环变化及行车荷载的反复作用而导致沥青面层底面裂缝沿竖向向上扩展到路表，从而形成沥青路面横向裂缝。从现场取样看，面层裂缝与基层裂缝上下贯通，且下宽上窄。2.2.2沥青混凝土的温缩裂缝因沥青是一种对温度变化比较敏感的粘弹性材料，温度下降时，沥青混合料逐渐变硬变脆，并发生收缩变形。当收缩拉应力超过沥青混凝土的抗拉强度时，沥青路面表面就会被拉裂，并逐步向下发展，形成上宽下窄的横向裂缝。由于大多数的高速公路上面层采用进口优质沥青或改性沥青，沥青混合料的自身低温抗裂性能较好，故此种横向裂缝相对较少。2.2.3差异沉降引起横向裂缝在软土地基与非软土地基交界处、软土地基处理方法变化处或构造物台背与路段交接处，因地基或路基与构造物质差异沉降导致基层的开裂，并反射到沥青面层，形成横向裂缝。这种横向裂缝类似于基层反射裂缝，但往往为路面横向全幅贯通，这种横向裂缝在软基分布比较广泛及构造物众多的水网地区的高速公路上有一定比例。2.3网裂 沉陷 坑槽在高速公路行车道上（特别是在车轮轮迹处）常能发生路面网裂、沉陷及坑槽病害，且在网裂、沉陷处常伴有唧浆现象。如网裂、沉陷不及时处理，在雨后极易形成坑槽。沥青路面网裂、沉陷、坑槽的形成主要有以下几方面原因。2.3.1基本施工质量差由于二灰碎石半刚性基层的整体强度与材料、拌和、摊铺、养生等多种因素密切相关，任何一个环节出问题均可导致其不能形成均匀坚固的板体结构，从而因半刚性基层局部强度不足而引起沥青面层开裂，雨水从裂缝浸入，并渗入到基层表面，使基层表面被泡软，在汽车荷载反复作用下，粉浆通过面层裂缝及空隙被压到表面产生唧浆，基层表面被逐步淘空，使沥青路面面层产生网裂、沉陷，并进而形成坑槽；也有是因在基层施工中，为保证基层的压实度，对于基层设计厚度较厚（20cm）时，必须分层施工，在目前的所用基层材料条件下，就不可避免地出现层间结合薄弱环节，上下基层之间因不连续而出现层状结构，这就改变了基层结构受力状况。2.3.2沥青与石料粘结性差规范要求高速公路沥青路面沥青与石料的粘结力不小于4级，有的路段在试验时粘结力是符合要求的，但在沥青混合料生产时，因石料的差异性或沥青用量偏小，使得沥青与石料的粘结力不足，使混合料逐步松散，进而形成坑槽。2.3.3车辆油渍污染因车辆维修或翻车等原因，汽车用油渗透入路面空隙，使沥青混合料松散并逐步使路面形成坑槽。这种原因形成的杭槽往往较深，有的甚至达到整个沥青面层厚度。据调查，在超载现象比较严重的高速公路上，往往油污是造成路面坑槽破坏的重要原因。2.3.4汽车超载的影响目前汽车超载现象非常突出，由于汽车超载，轴载换算系数明显增加。有关资料表明：超载30%时，换算系数为满载的3.131倍，超载60%时为满载的7.725倍，超载100%时为满载的20.393倍，使得累计标准轴次大大增加，使路面结构使用寿命明显缩短；同时，在重载作用下，路表弯沉及结构层应力显著增加。资料表明：重载（130KN）作用下的路面结构理论弯沉值与基层及底基层层底拉应力均比标准轴载（100KN）作用下增大约30%。因此，汽车超载是造成路面破坏尤其是路面结构早期破坏的重要原因之一。2.4车辙推移随着行车荷载作用次数的增加，高速公路路面会出现不同程度的车辙、推移病害，这种路面病害会导致平整度下降，并影响高速行车的舒适性，严重的病害甚至会影响行车安全。车辙、推移形成的主要原因如下。2.4.1行车荷载的影响 车辆按规定正常在行车道行驶，使得高速公路的交通渠化现象非常突出，随着车辆载荷作用次数增加，行车道车辆轮迹处进一步压实并逐渐形成不同程度的辙槽；重车普遍超载，使得轴载对路面的作用力增大，并导致当量标准轴载作用次数大大增加，加速了车辙、推移形成；在服务区等匝道进口处，因车速变化频繁，车辆慢行，经常刹车与启动，导致对路面作用时间过长，且对路面的水平剪切作用增大，也易形成车辙槽和推移。2.4.2沥青面层高温稳定性差 由于沥青混合料是一种弹塑性材料，如沥青、矿料的选材不当或混合料组成不当均会导致沥青混合料的高温稳定性差、抗塑性变形能力低，在车辆的反复碾压下路表变形过大，并使得面层混合料产生横向流动而形成辙槽和推移。3路面病害处治方法3.1路面坑槽 高速公路的路面坑槽应在不中断交通的情况下快速修补好，这需要先进的路面综合修补设备作保证。目前路面坑槽的修补方法根据使用的路面综合修补设备分为两种，一种为冷补法,一种为热补法。这两种修补方法现已广泛应用于高速公路沥青路面坑槽修补中，但各有优缺点。冷补法可适用于不同深度的坑槽修补，但坑槽修补后存在明显的接缝，如处理不好易渗水，使接缝处出现唧浆，造成新的破坏，修补所需时间较长，雨天及寒冷季节施工质量不能保证；热补法可基本适于全天候修补坑槽，坑槽修补后无接缝，修补所需时间短，废料可以重新利用，但对于较深的坑槽修补效果不易保证。3.1.1冷补法 （1）测定坑槽的深度，划出切槽修补的范围，力求使槽口纵横边线与路面标线平行或垂直。（2）采用液压风镐切槽，槽壁要垂直，并开凿到稳定部分，用高压风枪将槽底、槽壁的废料及粉尘清除干净。（3）用烘灯（烘枪）烘干槽底、槽壁，并在其表面均匀喷洒一薄层粘层油。3.1.2热补法 (1)根据路面坑槽修补范围，确定热辐射加热板加热区域。(2)将加热板调整到合适的位置（离路表面15cm20cm），加热待修补的区域3min5min,使被修补区域路面软化。（3）用热铁耙将加热区域的路面耙松（由四周向中间方向耙松，并尽可能将被加热区域四边耙成与路面标线平行或垂直）。3.2路面沉陷及变形 路面沉陷及变形的发展是一个渐变的过程，路面沉陷及变形积累到一定量时对行车的平整舒适有明显的影响，此时,无论沉陷及变形是否稳定都必须进行处治。因此，应加强观测，以确定沉陷及变形处治的合理时间。据现场观测，当车辆以100km/h速度行驶通过纵向10m范围内沉降量大于3cm的段落时，将有明显的跳车感觉。因此，以此指标为原则确定是否处治，处治的方法主要为铣刨沉降段路面，进行重新摊铺。3.3路面裂缝 由基层开裂引起的反射裂缝及由沥青混凝土温缩等引起的横向裂缝，如缝宽较小可不予处理；如宽度达3mm以上,可将缝隙刷扫干净，并用压缩空气吹净尘土后，采用热沥青或乳化沥青灌缝撒料法封堵；如缝宽在5mm以上，可将缝口杂物清除，或沿裂缝开槽后用压缩空气吹净，采用砂粒式或细粒式热拌沥青混合料填充捣实，并用烙铁封口。对于纵缝进一步发展，出现啃边、错台且裂缝宽大于5mm,则需铣刨上面层（如纵缝为直线型可仅铣刨行车道或紧急停车带，如纵缝为圆弧型需铣刨行车道及紧急停车带）和中面层（铣刨宽度为裂缝两侧各1m），并对裂缝按2.3.1先行填实,沿纵缝铺设玻璃格栅，摊铺中面层，然后在中面层上沿纵向每隔5m设宽为1.2m的玻璃格栅,最后再摊铺上面层。4摊铺施工4.1下承层准备 在铺筑沥青混合料时，下承层表面出现任何质量缺陷，都会影响到路面结构间结合强度，以至于路面整体强度受损。虽然下承层完成之后已进行检查验收，但在两层施工的间隔中，很可能会因为某种原因，如雨天、施工车辆或社会车辆通行或其他施工干扰，会使其发生程度不同的损坏，比如基层的透油层被粘连脱落、基层表面出现松散、表面浮尘；受雨水侵蚀基层出现弹软，因此，必须对弹软部位进行处理，松散有浮尘的必须清扫干净并在摊铺作业前补洒透层油，沥青联结下面层表面如有污染，应及时进行清洗、补洒粘层油。4.2施工放样 首先要用全站仪精确的确定中桩的位置，对于弯道处的中线要进行10m一桩或5m一桩的加桩，以证最终摊铺出的路面线性直顺圆滑、宽度合适。在确定中线后，根据中桩和设计宽度定出摊铺的引导线最好能同时画出路面两侧的宽度线，以便更好地控制路面宽度和线形。标高放样时应考虑下承层的标高差值（设计值与实际标高值之差）厚度和本层应铺厚度。综合考虑后定出挂线桩顶的标高，再打桩挂线。当下承层厚度和标高都不够时，应按差值大的为标准进行放样。如高程与厚度有冲突时，应以满足厚度为主，放样时计入试验段时得到实测的松铺系数，挂线最好使用2mm2.5mm的弹簧钢丝，每段长度150m200m为宜，总长度根据实际生产进度而定，以不影响第2天的工作为宜，挂线的钢筋立杆间距以10m为宜，在弯道处还要进行适度的加密；以减少钢丝张紧后在立杆处折曲现象。150m200 m长的钢丝张紧力一般需800W1000W，不要过紧或太松，实际操作中用手感确定钢丝的张紧力。对无自控装置的摊铺机最好采用平衡梁作业，不存在挂线问题，但要根据所测标高值和本层应铺厚度综合考虑确定实铺厚度，用适当垫块或定位螺旋定位。4.3 结构参数的调整 正式铺装前,应正确调整摊铺机的结构参数,主要包括：熨平板宽度和拱度、摊铺厚度、初始工作仰角、螺旋分料器与熨平板前缘的距离、螺旋分料器离地高度、振捣梁振幅和频率等。 4.3.1熨平板宽度调整 在高等级沥青路面施工中,宜选用熨平板可以加长的履带式摊铺机。熨平板对螺旋分料器所摊铺的沥青混合料进行预压、整形和整平。熨平板一般分机械加长式和液压伸缩式两种，基本熨平板宽度一般为2500mm或3000mm。熨平板组装底面要平整、连接应紧固,左右应尽可能对称,否则摊铺机容易走偏,并因混合料的惯性作用使熨平板前混合料的压力不一致,造成横断面上摊铺厚度的差异。 4.3.2螺旋分料器与熨平板前沿的距离调整 该距离应根据摊铺厚度、沥青混合料配合比、基层强度和刚度、骨料粒径等条件进行调整。一般摊铺条件下（厚度10cm以下中粒式或粗粒式沥青混凝土，骨料粒径3cm，混合料温度适中）距离调到中间位置；摊铺厚度较大，骨料粒径也较大，混合料温度偏低或摊铺层表面出现波纹时,此时距离应调大,使混合料具有较好的通过性,保证输料速度;反之,则应调小。4.3.3螺旋分料器高度调整 螺旋分料器高度应根据摊铺厚度进行调节。铺层厚，螺旋分料器高度要增加，反之，应减少高度。若螺旋分料器装配位置太高，则供料慢，两端供料不足；螺旋分料器太低，则阻力过大，供料不足。一般螺旋分料器下沿调至高出松铺层10cm20cm供料较理想。很多摊铺机的螺旋分料器可被分别固定于三个位置,以适应不同摊铺厚度的需要：高位（比中位高5cm）适用路面铺层超过15cm；中位（螺旋分料器中心线距离地面41.5cm）适用路面铺层为10cm15cm；低位（比中位低5cm）适用面铺层小于8cm。在摊铺过程中，螺旋分料器的底边缘必须始终在熨平装置的底板上方，而堆积材料的料位不能高于螺旋分料器的旋转曲线。4.3.4振幅和振动频率的选择 摊铺机的振动、振捣系统直接影响沥青面层的密实度和平整度。振幅过大、振频太高会造成集料压碎、细料上浮和泛油现象；振幅太小、振频太低则初密实度低，摊铺机预压实达到的密实度越高，越能降低压路机碾压时推移程度，对平整度是很有利的。一般情况下，摊铺层薄、温度高、沥青混合料粒径小宜选用小振幅；反之摊铺层厚、温度低、沥青混合料粒径大时宜选用大振幅。当摊铺厚度为3.5cm10cm，摊铺速度为2m/min4m/min时，预夯锤振幅6mm，主夯锤振幅5mm，夯击频率应为15Hz25Hz，振动频率可调至40Hz70Hz。正常情况下，夯锤的频率可设为最大值，但在3.5cm以下厚度的摊铺工况，夯锤的频率应适当减小，但振动器仍可以设最大值70Hz。 4.3.5熨平板工作仰角的调整 摊铺机熨平板是通过改变工作仰角来改变熨平板的受力平衡，达到调节铺层厚度的目的。调整熨平板初始仰角就是在每次重新开始摊铺前，将熨平板调整到所需的仰角。注意工作仰角的变化，不可随意调节熨平板厚度调节手柄；厚度变化较大时，应查明原因，按坡度标准要求进行调节。在摊铺起点的全摊铺宽度上，根据摊铺宽度的大小放几块垫木，调整垫木厚度，使其高度均达到摊铺起点松铺层表面标高。如果摊铺起点基层已达到其设计标高，松铺层表面标高等于压实厚度与松铺系数的乘积。基层设计标高：如果摊铺起点基层未达到其设计标高，松铺层表面标高等于摊铺起点摊铺层设计标高减去该处基层实测标高之差与松铺系数的乘积再加基层实测标高。松铺系数应经摊铺试验段确定，试验前可根据经验初定。 5实际施工工艺结合工程实际情况和当地环境，在沪杭高速公路中，采用换填法进行施工。即在一定范围内,把影响路基稳定性的淤泥软土用挖掘机挖除,用天然砂砾进行换置,开挖换填深度在2m以内,采用分层填筑、分层压实、分层检测压实度的方法施工。从而改变的承载力特性，提高抗变形和稳定能力。在换填过程中，对于换填的天然沙砾中石头的粒径、含量和级配也应充分考虑，最好做试验检测，避免无法压实而引起沉降。换土垫层的施工可按换填材料分类或按压实方法分类。目前常用的垫层施工方法，主要有机械碾压法、重锤夯实法和振动压实法。机械碾压法是采用各种压实机械，如压路机、羊足碾、振动碾等来压实地基土的一种压实方法。这种方法常用于大面积填土的压实、杂填土地基处理、道路工程基坑面积较大的换土垫层的分层压实。施工时，先按设计挖掉要处理的软弱土层，把基础底部土碾压密实后，再分层填土，逐层压密填土。重锤夯实法是利用起重设备将夯锤提升到一定高度，然后自由落锤，利用重锤自由下落时的冲击能来夯实浅层土层，重复夯打，使浅部地基土或分层填土夯实。主要设备为起重机、夯锤、钢丝绳和吊钩等。重锤夯实法般适用地下水位距地表0.8m以上非饱和的粘性土、砂土、杂填土和分层填土，用以提高其强度，减少其压缩性和不均匀性，也可用于消除或减少湿陷性黄土的表层湿陷性，但在有效夯实深度内存在软弱土时，或当夯击振动对邻近建筑物或设备有影响时，不得采用。因为饱和土在瞬间冲击力作用下水不易排出，很难夯实。振动压实法是利用振动压实机将松散土振动密实。地基土的颗粒受振动而发生相对运动，移动至稳固位置，减小土的孔隙而压实。此法适用于处理无粘性土或粘粒含量少、透水性较好的松散杂填土以及矿渣、碎石、砾砂、砾石、砂砾石等地基。总的来说，垫层施工应根据不同的换填材料选择施工机械。粉质粘土、灰土宜采用平碾、振动碾和羊足碾，中小型工程也可采用蛙式打夯机、柴油夯；砂石等宜采用振动碾；粉煤灰宜用平碾、振动碾、平板式振动器、蛙式夯；矿渣宜采用平碾、振动碾、平板式振动器。6总结 应根据工程实际情况进行科学决策，确定合理工期，防止盲目赶工。同时，应加强设计、施工、监理的协调和管理，保证各环节的工作质量。应注重路面结构性能研究，特别是对于多雨湿热地区水损坏应高度重视。在结构组合上应增强结构排水，可在基层顶面增设防水层（下封层不易做好），有条件的可在下面层及半刚性基层间增设沥青处治碎石排水基层。同时，在土路肩做好配套的纵、横向排水设施。这样，既可将由路表渗入的雨水及时排出路面，又可防止雨水进一步下渗而冲刷半刚性路面基层。对表面层可掺加适量的沥青抗剥落剂，以加大沥青与骨料的粘结力，提高上面层的水稳性。加强施工的各个环节控制，以保证高速公路整体质量。 对于路面面层施工，应控制好储料、拌和、运输、碾压、检验等各环节，尽可能降低混合料组成的变异性和不均匀性，加强碾压，杜绝因片面追求平整度指标而降低路面压实度的做法。现行规范采用马歇尔试验方法控制沥青混合料的生产存在一些问题，特别是不能有效地控制路面的水损坏。用马歇尔试验密度作为标准密度来控制路面压实度亦不可靠，容易作假，造成实际空隙率偏大。应逐步推广以理论密度作为标准密度来控制路面压实度。应加强研究，寻求符合路面生产和使用实际情况、简单易行、可靠的新的试验检验方法，以保证沥青路面的质量。注重高速公路管理及养护，采取积极有效措施，严格控制超载车辆上路，以减少超载车辆对路面的破坏。认真贯彻“预防为主、防治结合”的方针，加强科学研究，建立路面养护管理系统，对路况进行跟踪观测，及时采取预防措施，消除隐患，发现问题，应及时处治，以免进一步酿成大的病害。同时，应加强对路面病害处治方法的研究，以不断