滩涂路基上过渡性路面结构层选择

滩涂路基上过渡性路面结构层选择

潘伟强

温州市瓯江口新区市政园林有限公司浙江温州325000

前言

随着我国海洋战略的不断推进，在沿海滩涂、软土路基上规划布局公路项目越来越多，等级越来越高。东南沿海特别是江浙地区沿海滩涂的地质结构大部分都是软土淤泥地质。要在淤泥上修建高等级公路，软基的处理是个世界难题，各方面的研究经验很多，也有很多软基处理方法，并取得了一定的成效。但是对滩涂路基上路面结构层的选择好像成功经验不多。本人有幸参与了江浙一处沿海省道项目建设，对项目路面结构层设计调整及施工过程比较熟悉，形成了如下一些不成熟的工作经验，若有错误不忘赐教。

一、项目实施的路基条件

本项目位于浙东南沿海，全线都是软土，以海相淤泥土为主，其特征是厚度大且变化大，含水量高，具有高压缩性，强度低，承载力低，不能满足承载力及工程工后沉降控制要求。根据地质勘察报告，在勘察深度范围内上部以淤泥与粉砂互层、淤泥、淤泥质粘土为主，为流塑状，高压缩性，透水性较差，具嗅味，含少量贝壳碎屑、腐植质，工程地质性质很差，地基承载力为35kPa~50kPa左右，层厚约30~45m；下部为粘土、粉质粘土，灰色、兰灰色，软塑-可塑状，高压缩性，含少量粉细砂、炭化物碎屑，工程地质性质一般，层厚约21.1m。

项目总体线路布设从海边到岛屿段（A段）采用在原老海堤（县级通岛公路）南侧拼宽路基的方式通过浅滩段到岛屿一，（B段）路线沿岛屿一的北侧山海之间行进，至终点到岛屿二南头与港口码头出口相连。主线路线全长26km，按双向四车道一级公路标准建设，设计速度为80km/h，路基宽度24.5m，桥涵设计汽车荷载等级为公路-I级。

基于以上软土条件，设计在软基处理方面采用堆载预压、塑料排水板、浆喷桩、爆破挤淤等方法综合运用。并在路基两侧侧设计20-70米反压护道，整段路基除了挖方和半填半挖路段外全部采用超载预压，平均超载1米。

二、路面结构方案的设计比选

方案比选背景

相邻连岛公路老海堤（通海岛县级公路06年通车）路面结构为25cmC35水泥混凝土+20cm水泥稳定层+石渣片石，现状路面存在大量病害，网裂、错台、角隅破坏、修补等，车辆行驶颠簸剧烈，舒适性极差，由于沉降大初在大潮水天气海水倒灌，严重影响行车。结合老海堤道路路面运行现状，并根据沉降观测单位提供的数据。得出刚性、半刚性材料的路面结构对深厚海相软基路段是不适用的，应当采用柔性路面结构，并考虑分期修建。因此初设阶段设计单位对本项目路面结构层考虑为三年过渡性路面再加12年永久路面，分两阶段实施。

路面结构分类和特点

路面结构一般分为基层和面层。由于材料、力学性能不同，基层和面层都有好几种分类。

高等级公路的面层一般分为沥青路面和水泥混凝土路面，从老海堤运行看本项目不适合水泥混凝土路面，面层应采用沥青混凝土路面。沥青路面按其强度构成原则分为嵌挤锁结式和级配密实式两类。嵌锁式沥青路面用沥青表面处治、沥青贯入式和沥青碎石铺筑，属于次高级路面。密实式沥青路面采用各类沥青混凝土，沥青玛蹄脂碎石等铺筑，其密实度大、孔隙小，是强度和稳定性最高的沥青路面，属高级路面。结合实际情况设计单位比选时考虑选择沥青贯入式和密级配沥青混凝土。

路面基层根据力学行为通常可分为全柔性基层、复合式基层和半刚性基层。其各自的结构特点分别为：柔性基层沥青路面与半刚性基层沥青路面相比较，最大的优势在于柔性路面的基层和底基层没有裂缝产生，同时对本项目浅滩围涂填石路堤变形协调性强；而半刚性基层主要优点在于强度高，基层承载力强，为面层提供稳定的支撑，，就地取材方便，造价低，有着成熟的设计、施工方法和施工工艺，但半刚性基层在修建初期由于其干缩和温缩特性的综合作用，会产生不规则裂缝，运营期间，在荷载应力和温度应力的共同作用下，导致沥青路面产生基层反射裂缝，进而影响沥青路面的基本路用性能和耐久性，水稳性等。另外，半刚性基层对本项目浅滩围涂填石路堤变形协调性差，易由于路堤的不均匀沉降引发开裂，在重交通情况下，更易出现早期路面病害，一旦出现比较严重的开裂现象，也就意味着路面出现了结构性破坏。复合式基层沥青路面结构，把柔性基层（沥青稳定类材料）作为上基层，半刚性基层（水泥稳定类材料）作为下基层，让二者优势互补，充分利用半刚性材料具有较高强度和承载能力的优点，减小沥青层的厚度，大大节约初期投资，同时柔性基层的存在使半刚性材料层位下降，改善其受力条件，并且对半刚性材料层反射裂缝起到缓裂和止裂的作用，具有良好的柔性、隔温性以及排水性等特点，大大改善路面结构的水稳条件。

过渡期路面结构比选

需要指出的是，新建路基3年过渡期内，不均匀沉降很突出，由于半刚性材料本身的脆性问题，对于路基竖向应变协调性差，当路基发生较大的应变，而半刚性基层不能与路基顶面保持层间连续状态时，就会出现半刚性层底与路基脱空，当变形累计到一定程度时，半刚性基层底即产生断裂破坏，随着行车荷载的继续作用，裂缝不断扩大，直至半刚性基层整体断裂，发生结构性破坏，所以在3年过渡期内不对半刚性基层进行比选，由于复合式基层存在一部分水泥稳定碎石层，路面整体抗变形能力差，在过渡性路面结构中也不予考虑。因此设计单位在比选时主要拟定以下方案。

第一方案，三年过渡期路面结构层为40CM级配碎石+4CM沥青贯入式，过渡期后永久路面结构层为5cmAC-13+7cmAC-20+30cm（3.0～4.5%）水泥稳定碎石+20cm（2.5～3.5%）水泥稳定碎石；第二方案，40CM级配碎石+6cmAC-20+4cmAC-13，过渡期后永久路面结构层为加铺沥青混凝土；第三方案，40CM沥青稳定碎石+6cmAC-13+4cmAC-20，过渡期后永久路面结构层为加铺沥青混凝土。在比选论证时认为，方案一基于通车初期，交通量较小，临时性路面结构给轻交通行车提供了一个基本的通行条件，级配碎石层可以协调路基不均匀沉降变形，沥青贯入式的沥青结构简单，初期投资少。3年后，挖除贯入式表层，级配碎石层在三年路基沉降固结和荷载作用下嵌挤紧密，能提供较高的路基顶面回弹模量，为12年永久路面结构提供了有利条件，且新路面结构不存在已生成的结构裂缝问题，消除了12年永久路面隐藏病害出现的隐患，不失为一个很好的方案。方案二、三均属于要在原有3年过渡式路面加铺罩面方案，因此，整个结构路用性能是建立在过渡式路面结构基础上的，那么，在加铺使用期路面结构之前，应该要对过渡式路面做全面的检测，调查破损情况，调查路面强度、平整度、抗滑能力、渗水性等指标，并做路面钻芯和路基钻芯，根据检测结果判断是否采用加铺罩面的方案，若路面出现较多病害，处理起来可能成本也比较高。综合以上设计单位推荐了第一方案。

三、过渡性路面结构施工

在实际施工中，由于在浅滩围涂中填筑路基，路基施工工序经历了铺土工布，袋装碎石，塑料排水板，抛石挤淤，碎石料填筑等工艺。由于软土沉降很大且不均匀，由沉降观测单位进行专业观测，每月上报观测数据，根据观测报告，施工中路基分层填筑严格实行审批制，工程科待数据符合要求后才批准填筑下一层，分层填筑很慢，因此填筑路基部分耗时多年。基于此在海边到岛屿段（A段）中划出5公里作为试验段提前招标进行填筑，试验段12年底进入超载预压，剩余11公里14年中旬进入超载预压。根据路基卸载要求，路基要超载一年以上和月沉降速率小于5mm才能批准卸载。5公里试验段于16年初卸载后，先行进行5公里的级配碎石施工。在级配碎石200M实验段施工完成后，对各项试验检测数据计算时，发现弯沉代表值很大，该段路基验收时弯沉代表值数据136左右，40CM级配碎石完成后顶面弯沉代表值反而大于路基。施工单位意识到问题的严重性，不断总结施工工艺并咨询相关方面行内人员，通过以下几种措施改良施工方案：1.调整配合比，原配合比细集料（0-4.75）占44%，把细集料0-4.75再细分成两档，加大粉料比重（0-2.36）为40%，还实验掺加黄沙（9%）等四个施工配合比。2.增配压实机械，由1台22T单钢轮和1台30T胶轮，再增加1台22T单钢轮压实机械。3、更换级配碎石拌合楼主要配件，重新标定，保证出料级配符合要求，租赁进口摊铺机。选择在晴好天气进行施工，严格控制各个施工环节。最后总共实验了6段级配碎石基层，检测的弯沉代表值数据为120-180，各路段初始数据弯沉平均值偏大，且标准差也很大，不稳定，毫无规律。经与设计单位沟通和征询各方专家意见，以及参考各方级配碎石施工经验（特别是南方），级配碎石基层顶面弯沉值确实有很多地方施工后数值反而大于路基弯沉值，大部分都是通过半刚性基层提高强度。基于此，经过慎重考虑，形成如下实施意见：实施5公里试验段的全部级配碎石并全部完成面层4CM沥青贯入式施工，通车开放行车碾压来提高路面强度。4CM沥青贯入式面层实施完成后，通过检测弯沉代表值普遍为100-120，而面层设计弯沉值为84.3。由于沥青贯入式路面强度与稳定性主要由石料相互嵌挤作用构成，因此在碾压结束后即可开放交通，并通过开放交通补充压实、成型稳定。需要2-3周成型期，在此期间要设专人指挥交通或设置障碍物控制行车，限制行车速度不超过20KM/h，严禁畜力车及铁轮车行驶，使路面全部宽度均匀压实。在行车碾压与重力作用下，沥青逐渐下渗包裹石料，填充空隙，形成整体的稳定结构层，并提高路面强度，达到良好的弯沉代表值。

四、路面结构方案调整

调整原因

试验段完成后建设单位马上跟主管部门汇报情况建议邀请相关各方商议如何临时有条件的开放交通。经过与交通质监部门和交警路政等相关部门沟通后，各方认为必须要按设计要求验收才能开放交通，否则相关交通安全和路面后续质量责任问题无法鉴定。由于沥青贯入式路面按规范要求只适用于三级及三级以下公路，刚实施完的路面连部分交安设施都无法施工，如标线和道钉；而且初期路面强度（弯沉值数据相差很大）也根本达不到设计要求；况且本道路设计是一级公路标准，由于该路连接的是新兴的产业集聚区和旅游海岛，近几年社会经济发展迅猛，海岛撤县改区，交通规划日新月异，沿线区域交通流量发生巨大变化。另外社会大众普遍对道路行车舒适性要求很高，如若沥青贯入式路面开放交通，对以旅游为主的海岛县和产业集聚区的招商引资无可避免的带来负面影响。沥青贯入式路面出于社会影响层面，还是技术实施上，以及验收程序和交通安全方面考虑都已不适应。经与交通主管部门沟通，并征求各方意见，原则同意对本项目的路面面层结构进行调整，并要求设计单位尽快提出解决方案并经专家会审。

调整方案的比选和优化

设计单位按照车辆荷载及沥青层层底附加应力容许值与对应的差异沉降的变化规律拟定不同的路面结构层厚度方案。提出过渡期路面方案一为40CM级配碎石+6cmAC-13；方案二为40CM级配碎石+6cmAC-20+4cmAC-13；方案三为40CM级配碎石+8cmATB-25沥青碎石+4cmAC-13。通过方案计算，咨询单位认为这三个路面结构很难服务三年过渡期，并觉得级配碎石混合料的级配组合及施工质量的过程控制要求较高，且级配碎石基层承载能力较弱（弯沉值达不到），加之路基不均匀沉降较大，过渡期路面容易过早地损坏。部分参会人员甚至建议增加20cm级配碎石底基层+20cm水泥稳定+10cm沥青混凝土的路面结构方案作进一步的方案比选，从某种意义上对柔性路面的质量是相当的担心。

方案论证期间，邀请了全省知名的道路施工方面的专家。一致认为虽然级配碎石基层承载能力较弱，但对沉降较大的软土路基适用柔性路面还是肯定的，并推荐第二方案。对于担心路面结构很难服务三年过渡期的问题，创造性的提出二期路面分期实施的方案。暨二期路面全部为AC-13，根据路面运行情况，可提前实施一层，后期再实施剩余厚度。最终设计单位优化后方案定为一期路面为40CM级配碎石+6cmAC-20+4cmAC-13；二期路面为17cmAC-13，运营后视情况，前两年每年加铺4cmAC-13，第三年加铺剩余厚度。

五、变更后路面实施及运行现状

设计变更批复后，从海边到岛屿段（A段）剩余9公里于2016年年底实施完成，经检测沥青顶面弯沉代表值平均为70以内，跟设计计算要求达到的数值（计算为56）有偏差，考虑到过渡路面结构设计进行适当放宽。该段施工完成后，于16年12月开放交通，从通行情况看，该路段主要是疏港公路兼海岛旅游，节假日车流量大，平时车流量一般。该段线型为直线段，经过一年半多运行观察来看，路面除了沉降较大外，主要病害问题是出现部分小坑洞，还集中在桥梁两侧和红绿灯路口转弯车道上，沥青路面裂缝和翻浆几乎没有。（B段）于17年12月建成开放交通，从通行情况来看，由于全线通车，集装箱等超载车辆有所增加，从目前运行半年来看，由于第二段是沿着岛屿滩涂布设，曲线半径较小，转弯多，目前主要的问题是弯道路段沉降比较大，同一断面内侧沉降更明显，后期沥青加铺相对可能要内侧加厚；其他裂缝、坑洞等沥青路面常见病害目前几乎没有出现。截止发稿（A段）第二期路面也还没实施。

结语

通过本项目的建设实践来看，在沿海滩涂、软土淤泥地质中修建高等级路面，增设过渡性路面是完全有必要的。通过分期建设的方案，路面结构方面，一期铺筑4cmAC-13+6cmAC-20+40cm级配碎石；二期根据沉降情况分阶段实施完17cmAC-13面层。应该说是个比较理想的方案，而且由于沥青路面病害少，过渡路面不需要怎么处理就能加铺；而且没有水泥稳定层，在二期修筑时对交通影响程度很小，社会效果良好。通过本项目的建设主要值得深思有以下几个问题，一、如何控制好级配碎石的施工质量确保弯沉值可控；二、设计初期对超高段预抛高可否适当再提高。三、由于分期实施，对路面交安设施、排水设施等预留要全盘考虑。

参考文件：

[1]贯入式沥青路面施工工艺控制（建筑施工）郑辉、郑永清

[2]滩涂路基路面设计初探（中外建筑）章资和

[3]公路沥青路面施工技术规范（JTGF40-2004）人民交通出版社