高速公路改扩建工程硬路肩技术状况评估与利用方案研究.pdf
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1、第 1 期郑炳锋,等.高速公路改扩建工程硬路肩技术状况评估与利用方案研究高速公路改扩建工程硬路肩技术状况评估与利用方案研究郑炳锋1,2,3,吴威伟1,2,李志涛1,简 辉1(1.苏交科集团股份有限公司,南京 210019;2.新型道路材料国家工程研究中心,南京 211112;3.东南大学,南京 211189)采用日期:2023 11 21第一作者:郑炳锋(1983),男,高级工程师,主要从事沥青路面相关的科研工作。摘 要:在高速公路改扩建工程中,硬路肩的技术状况会影响新老路面的拼接方式与拼接位置,与工程的社会经济效益相关。依托上海武汉高速公路改扩建工程,首先采用弯沉代表值、弯沉盆参数以及弯沉盆
2、模量反算分析硬路肩的路面结构性能;其次采用动态模量试验分析硬路肩沥青面层的力学性能,基于半圆弯曲试验分析沥青面层的抗裂性能,采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验分析硬路肩沥青面层的抗水损害性能,基于沥青回收试验分析沥青面层的老化程度,采用基层无侧限抗压强度和回弹模量试验分析基层的力学性能;最后分析硬路肩的利用方案,开展路面结构验算。关键词:高速公路;改扩建工程;硬路肩;路面结构强度;路面材料性能中图分类号:U412.36+6;U418.8 文献标识码:A 文章编号:1672 9889(2024)01 0013 07Research on the Technical Condition Evalua
3、tion and Utilization Plan of Hard Shoulder in Expressway Reconstruction and Expansion ProjectZHENG Bingfeng1,2,3,WU Weiwei1,2,LI Zhitao1,JIAN Hui1(1.JSTI Group Co.,Ltd.,Nanjing 210019,China;2.National Engineering Research Center of Advanced Road Materials,Nanjing 211112,China;3.Southeast University,
4、Nanjing 211189,China)Abstract:The technical condition of hard shoulder in expressway reconstruction and expansion projects affects the spli-cing method and position of new and old pavement,also related to the social and economic benefits of the project.Based on the reconstruction and expansion proje
5、ct of the Shanghai-Wuhan Expressway,firstly,the structural performance of the hard shoulder pavement was analyzed using representative values of deflection,deflection basin parameters,and deflection ba-sin back calculation modulus;secondly,the mechanical properties of the hard shoulder asphalt surfa
6、ce layer were analyzed using dynamic modulus tests,the crack resistance of the asphalt surface layer was analyzed based on semi-circular bending tests,the water damage resistance of the hard shoulder asphalt surface layer was analyzed using immersion Marshall tests and freeze-thaw splitting tests,th
7、e aging degree of the asphalt surface layer was analyzed based on asphalt recovery tests,the me-chanical properties of the base layer were analyzed using unconfined compressive strength and rebound modulus tests;finally,the utilization plan of hard shoulder was analyzed and the pavement structure ve
8、rification was carried out.Key words:expressway;reconstruction and expansion project;hard shoulder;pavement structural strength;pavement mate-rial properties 高速公路是重要的运输通道,其改扩建对自身运营及区域路网的交通均会产生较大影响。随着我国国民经济的快速发展,高速公路的通行能力逐渐无法满足日益增长的交通需求,而改扩建是缓解交通拥堵、提升高速公路服务水平的有效措施1 3。纵观国内相关工程,江苏省江都至广陵高速公路改扩建时利用旧路行车道和
9、超车道,将旧路硬路肩挖除至新建路床顶面4;北京哈尔滨高速公路长春至拉林河段改扩建时将旧路硬路肩挖除5;成都至乐山高速公路改扩建采用了保留旧路硬路肩的拼第 21 卷 第 1 期2024 年 2 月现 代 交 通 技 术Modern Transportation Technology Vol.21 No.1Feb.2024现 代 交 通 技 术2024 年接方案;北京上海高速公路改扩建时同样将旧硬路肩挖除6。硬路肩的状况,决定着改扩建工程旧路的利用方案、工程量大小、扩建后的行车安全性和舒适性等。本文依托上海武汉高速公路(下文简称“沪武高速公路”)太仓至常州段改扩建工程,从路面结构性能和路面材料性能
10、两方面分析硬路肩的技术状况。结合交通量预测结果,计算累计当量轴载作用次数和交通荷载等级,考虑拓宽路段新建路面对标准化施工与重载交通的要求,提出硬路肩利用方案。1 工程概况沪武高速公路于2004 年全线通车,董浜枢纽至常州南互通段改扩建工程中拟将双向四车道改扩建为双向八车道,起止桩号为 K59+316 K160+795,老路路面结构形式如表 1 所示。表 1 老路路面结构形式层位路面结构类型上面层4 cm 改性 AK 13A/SMA 13中面层6 cm 改性 AC 20下面层8 cm 改性 AC 25基层40 cm 水泥稳定碎石底基层20 cm 二灰土注:AK 指抗滑表层沥青混合料;SMA 指沥
11、青玛蹄脂碎石;AC 指沥青混凝土。2 硬路肩评估与利用方法评估硬路肩需从结构性能和材料性能两方面进行。本文采用弯沉检测、取芯检测等方法分析硬路肩的结构性能,通过室内沥青混合料试验、沥青胶结料试验、基层材料试验分析硬路肩的材料性能。基于硬路肩的结构性能、材料性能的关联分析,开展硬路肩利用方案研究,为制订改扩建路面技术方案提供支持。3 硬路肩路面结构性能评价落锤 式 弯 沉 仪(falling weight deflectormeter,FWD)是目前检测沥青路面结构强度最常用的设备之一7。本文通过 FWD 测得的弯沉代表值、弯沉盆参数以及弯沉盆模量反算来反映硬路肩各层的结构强度状况。3.1 弯沉
12、代表值弯沉代表值能够用于评价硬路肩的整体结构强度,为确定硬路肩的处治方案提供科学依据。以1 km 为评价单元,每公里弯沉代表值统计结果如表 2 所示,其中“上行”和“下行”分别指太仓常州方向(下文简称“太常方向”)和常州太仓方向(下文简称“常太方向”)。双向硬路肩弯沉代表值如图 1 所示。表 2 每公里弯沉代表值统计结果位置方向硬路肩行车道上行下行上行下行弯沉代表值/0.01 mm平均值4.94.68.08.8最小值3.32.63.44.8最大值8.28.515.020.8图 1 双向硬路肩弯沉代表值从上述结果中可以看出,行车道弯沉代表值大于硬路肩,这与其长期受行车荷载作用有关,而双向硬路肩弯
13、沉代表值的平均值均小于 5(0.01 mm)。3.2 弯沉盆参数根据应力扩散角理论和路面结构层厚度,弯沉盆曲线 030 cm 受沥青面层模量影响最大,因此确定利用弯沉盆参数 D0-D30来评价面层响应情况。应力扩散角示意如图 2 所示。分别采用 D30-D90和 D90-D120评价基层、底基层状况。由于最远端弯沉点只和土基模量相关,因此采用 D180评价土基状况。图 2 应力扩散角示意以 10 km 为区间,路段划分示意如表 3 所示,统41第 1 期郑炳锋,等.高速公路改扩建工程硬路肩技术状况评估与利用方案研究计弯沉盆参数,硬路肩弯沉盆参数如图 3 所示。从结果可以看出:双向硬路肩沥青面层
14、弯沉盆参数基本在 810 m,处于较低水平,表明面层状况良好;双向硬路肩基层弯沉盆参数基本在 46 m,底基层在 2 m 左右,土基基本保持在 1014 m,均处于较低的水平,表明该路段的基层、底基层和土基承载力状况良好。表 3 路段划分示意(以 10 km 为区间)路段编号桩号范围1K59+316K70+2372K70+237K79+3163K79+316K89+3164K89+316K99+3165K99+316K109+3166K109+316K119+3167K119+316K129+3168K129+316K144+1409K144+140K146+91610K149+316K160
15、+766(a)上行方向(b)下行方向图 3 硬路肩弯沉盆参数为了更直观地对比硬路肩的结构承载力情况,将行车道的面层和基层弯沉盆参数与硬路肩的进行比较。沥青面层和基层的弯沉盆参数分别如图 4 和图 5 所示。从图中可以看出:除路段 9 和路段 10 的常太方向硬路肩以外,其余路段常太方向和太常方向硬路肩的 D30-D90均小于第二车道,这表明硬路肩的基层状况更优;硬路肩和第二车道的沥青面层弯沉盆参数 D0-D30没有明显差别,分析原因可能是第二车道的沥青面层会定期养护维修,因而结构性能和硬路肩基本一致。图 4 沥青面层弯沉盆参数图 5 基层弯沉盆参数3.3 弯沉盆模量反算模量反算是弯沉盆应用的一
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