高速公路扩建段原道路硬路肩使用状况的评定探究

高速公路扩建段原道路硬路肩使用状况的评定探究

魏显权

广东华路交通科技有限公司广东广州510000

摘要：随着车流量的逐年增加，国内很多原有的双向四车道已经无法满足人们对高速公路快速、方便的行车需求，高速公路扩建迫在眉睫，而满足扩建需要的重要前提就是原路面的结构强度，本文通过应用FWD反算结构层模量及结构强度、路面钻芯及室内试验对高速公路扩建段原道路硬路肩使用状况进行初步的评定和探究。

关键词：FWD；弯沉；结构层强度；劈裂试验；单轴贯入试验

1概述

本文所研究的高速公路在广东省境内，以下用某高速代替。某高速建成通车近20年为全封闭、全立交的双向四车道。随着交通量的逐年增加，原有双向四车道越发难以满足人们对高速公路交通便捷高速的行驶要求，遂将原来的双向四车道扩建成双向八车道。路面结构自上而下依次为18cm厚沥青加铺层、26cm厚水泥混凝土面层、18cm厚6%水泥稳定石屑、15cm厚4%水泥稳定粒料。

又因广东地处南亚热带海洋性季风气候区，夏季高温多雨对路面质量和结构强度产生极大影响，为满足扩建需要，就必须为充分了解某高速扩建路段原道路硬路肩（紧急停车道）的使用状况，为探究扩建段结构性能。固本文采用了FWD检测结构强度和结构层模量反算，以及路面取芯来做劈裂试验和单轴贯入试验来探究原道路硬路肩使用状况。

2评价方法及结果

2.1路面钻芯调查及室内试验结果

过采用Φ10cm取芯机扩建段原道路硬路肩（紧急停车道）进行取芯调查，观察结构层类型、厚度及完整性，并将完整的水泥混凝土芯样带回试验室进行劈裂强度试验，对沥青层芯样进行单轴贯入试验。通过现场取芯抽查及室内试验，各结构层芯样厚度、外观描述和水泥板芯样的劈裂强度得出以下结果。

（1）沥青面层芯样总体上完整，芯样表面普遍存在有小孔隙。桩号递增方向厚度在17.3~19.4（cm）之间，平均值为18.2（cm），代表值为17.3（cm）；桩号递减方向厚度在14.9~19.4（cm）之间，平均值为17.6（cm），代表值为15.7（cm）。大部分满足设计厚度18.0cm的要求。

（2）水泥板芯样完整，芯样表面普遍存在有小孔隙，个别芯样下部存在有较大孔洞。桩号递增方向厚度在19.3~25.0（cm）之间，平均值为23.0（cm），代表值为20.7（cm）；桩号递减方向厚度在18.8~24.5（cm）之间，平均值为22.4（cm），代表值为19.9（cm）。大部分满足设计厚度22.0cm的要求。

（3）大部分水稳基层未能在取芯时取出，个别能取出的水稳基层与水泥板粘接牢固。

（4）桩号递增方向水泥板芯样劈裂强度在4.81~6.18（MPa）之间，平均值为5.35（MPa），代表值为4.96（MPa）；桩号递减方向水泥板芯样劈裂强度在3.44~6.22（MPa）之间，平均值为5.14（MPa），代表值为4.28（MPa）。参考二级公路水泥砼板钻芯劈裂强度与标准小梁弯拉强度的换算公式，换算成弯拉强度分别在7.34~9.13（MPa）和5.48~9.18（MPa）之间，大于一般高速公路水泥砼路面设计弯拉强度5.0（MPa）的标准。

综合各项试验的指标结果，从大体上看可以满足扩建要求，但还应对检测结果不理想的位置加大检测频率和有效处治手段为保障扩建段的施工质量做好铺垫准备。

2.2沥青路面弯沉检测结果

通过采用落锤式弯沉仪（FWD）对某高速扩建段原道路硬路肩沥青路面的弯沉检测，拟根据取芯厚度对路段的划分，因未进行落锤式弯沉仪与贝克曼梁弯沉仪的对比试验，落锤式弯沉仪测试数据仅供参考。

（1）桩号递增方向硬路肩沥青面层各路段弯沉代表值在16.2~26.4（0.01mm）之间，单点最大值为32.3（0.01mm）。

（2）桩号递减方向硬路肩沥青面层各路段弯沉代表值在15.2~21.1（0.01mm）之间，单点最大值为25.3（0.01mm），比递增方向略好。

2.3路面结构层模量反算结果

通过落锤式弯沉仪（FWD）检测，利用SIDMOD软件（迭代法）对各结构层进行模量反算。路面结构反算是一个非常复杂而困难的问题，反算结果受路面结构厚度、选取的参数及使用软件的不同会有所差异，对动态模量的反算也暂无相关规范和标准，故本反算结果仅供参考。

本项目选择的反算软件SIDMOD，为使反算结果更加精确、合理，根据现场取芯调查厚度结果拟对路段进行了划分，分别对各结构层的模量进行分层反算和对相似结构层合并反算（水泥板和水泥稳定土）

2.3.1按四层路面结构进行模量反算

根据现场取芯调查厚度情况，分别对各结构层：沥青层+水泥层+水泥稳定土基层+路基的模量进行反算，得出以下三点结果。

注：统计值中已删除超限失真数值。

（1）桩号递增方向各路段水泥板的模量在12890~30894（MPa）之间，平均值为18405（MPa），代表值为18183（MPa）；桩号递减方向各路段水泥板的模量在14024~27587（MPa）之间，平均值为19938（MPa），代表值为19691（MPa），基本与桩号递增方向结果相当。

（2）桩号递增方向各路段水泥稳定基层的模量在2534~3852（MPa）之间，平均值为3168（MPa），代表值为3063（MPa）；桩号递减方向各路段水泥稳定基层的模量在2037~4628（MPa）之间，平均值为3170（MPa），代表值为3068（MPa），基本与桩号递增方向结果相当。对比《公路水泥砼路面设计规范》中级配碎石底基层材料回弹模量经验代表值为220（MPa）的标准高出近14倍，同时与我们以前调查其他高速公路基层反算模量大于2500（MPa）的结果相吻合。

（3）桩号递增方向各路段路基的模量在186~262（MPa）之间，平均值为214（MPa），代表值为168（MPa）；桩号递减方向各路段路基的模量在197~252（MPa）之间，平均值为224（MPa），代表值为176（MPa），基本与桩号递增方向结果相当。大于3倍室内试验静模量水平，属正常水平。

2.4单轴贯入试验结果

通过切割沥青芯样上中面层，根据《广东省交通集团PG82改性沥青混合料路面施工技术指南（试行）》Q/GDCGJ02-2014中沥青混合料抗剪切强度试验方法对沥青层芯样进行单轴贯入试验可知，混合料抗剪切强度在0.54~1.27（MPa）之间，平均值为0.79（MPa），标准差为0.28（MPa），接近PG82指南对PG82改性沥青混合料的推荐值（不小于0.7MPa）。结合相应主车道路面使用多年后车辙深度不大的现况，可以认为取样路段沥青路面的抗车辙水平较高。

注：试验温度60℃，保温时间4~8h，加载速率1mm/min。

3结论与探究

通过本次对某高速扩建段原道路硬路肩（紧急停车道）的取芯调查探究和FWD检测等，主要有如下结论：

（1）两个方向的沥青层芯样表面均有不同程度的小孔隙，厚度波动较大，代表值大部分满足设计厚度要求。沥青面层反算模量主要在1000~2500（MPa）之间，代表值分别为1291、1954（MPa）。上中面层沥青芯样抗剪切强度在0.54~1.27（MPa）之间，平均值为0.79（MPa），接近PG82指南对PG82改性沥青混合料的推荐值（不小于0.7MPa），结合相应主车道路面使用多年后车辙深度不大的现况，可以认为取样路段沥青路面的抗车辙水平较高。

（2）两个方向的水泥层芯样表面均有不同程度的小孔隙，个别芯样底部有较大孔洞，厚度波动较大，代表值大部分满足设计厚度要求。水泥板芯样劈裂强度换算成弯拉强度后分别在7.34~9.13（MPa）和5.48~9.18（MPa）之，大于一般高速公路水泥砼路面设计弯拉强度5.0（MPa）的标准。反算水泥板模量主要在10000~30000（MPa）之间，代表值分别为18183、19691（MPa）。

（3）大部分水稳基层未能在取芯时取出，反算水泥稳定基层模量主要在2000~4000（MPa）之间，代表值分别为3063、3068（MPa），与我们以前调查其他高速公路基层反算模量大于2500（MPa）的结果相吻合。

（4）路基的反算模量主要在180~250（MPa）之间，大于3倍室内试验静模量水平，属正常水平。

（5）采用落锤式弯沉仪（FWD）所检测的弯沉值为动态弯沉，一般认为路面动弯沉大于静弯沉（贝克曼梁法），但不同的路面结构动弯沉与静弯沉的具体关系也不同，因此为掌握路面静态弯沉情况，建议有条件时增加该项检测内容。

（6）路面结构层动态模量反算虽有相关工程经验值，但暂无相关规范和标准，建议设计单位根据本次检测结果对结构层作进一步的验算，施工时需根据实际情况作进一步验证处理。

参考文献：

《公路路基路面现场测试规程》（JTGE60-2008）、《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）、《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2011）、《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTGE30-2005）、《公路水泥混凝土路面施工技术细则》（JTG/TF30-2014）