高速公路隧道水泥路面“白改黑”施工技术探讨
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摘要：随着高速公路交通流量日益增长，高速公路隧道水泥混凝土路面结构损坏越来越重，路面平整度已无法满足高速公路行车舒适性的高标准。“白改黑”改造技术就是在原隧道水泥混凝土路面的基础上，加铺沥青混凝土面层，使原来的混凝土刚性路面变为沥青柔性路面。文章介绍了上三高速公路沿线隧道水泥混凝土路面“白改黑”改造技术的成功应用，总结了施工要点并对其相关路用性能进行了分析。
关键词：高速公路隧道；水泥混凝土路面；白改黑；施工技术；路用性能
中图分类号：U416 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）25-0092-03
1 工程概况
浙江省上三（上虞至三门）高速公路全长142km，是沪杭甬高速公路与甬台温高速公路的重要连接线，也是沟通浙江省沿海地区和浙中浙南腹地的一条重要通道。上三高速公路新天段于2000年底建成通车时就以“四高一多两复杂”著称，其中一多即指隧道多。新昌境内隧道共有4座，隧道总里程达到5.2km，隧道内水泥砼路面经过十多年运营，由于使用年限较长及重载车的大量增加，导致了部分水泥板块出现了裂缝、破损等病害，且水泥砼路面整体路面平整度较差，使得路面各项性能已难以满足高速公路行驶的高标准。为全面改善路况性能和路面行驶指数，2012年对上三高速公路马岙岭隧道、琅珂岭隧道、任胡岭隧道的水泥混凝土路面进行了“白改黑”改造，在对原隧道水泥混凝土路面进行维修处治的基础上，采用1cm橡胶沥青应力吸收层SAMI+4cmSMA-13的加铺结构方案，以达到有效控制路面裂缝反射、明显改善路貌、提高路面平整度的效果。
2 隧道原水泥混凝土路面状况
在对上三高速公路沿线隧道水泥混凝土路面进行“白改黑”改造实施前，对马岙岭隧道、琅珂岭隧道、任胡岭隧道水泥混凝土路面路况进行了全面调查，主要包括路面平整度、路面破损状况及病害类型等。其中路面平整度（IRI）分别为2.3m/km、2.4m/km、3.1m/km、3.8m/km，均不满足高速公路路面行驶质量指标要求（按沥青路面平整度指标（IRI）要求应不大于2.0m/km）；路面损坏状况指数（PCI）最低值为70.48、最高值为85.31，与全线路面PCI平均值有较大差距；路面主要病害类型有板块裂缝、板破损、板角断裂、错台等，其中板块裂缝和板破损占所有板块病害的87.5%，同时，马岙岭等隧道原水泥混凝土路面2005年实施的稀浆封层已局部脱皮较严重，不仅影响路容路貌，而且对车辆的行车安全性和舒适性也有一定程度的影响。
3 隧道原水泥混凝土路面处治
在对隧道水泥混凝土路面实施“白改黑”前，先对水泥混凝土板块病害进行彻底处治，提高路面实施效果，保证路面使用寿命。
3.1 断板
（1）单块断板：将旧板破碎，运走，视情况处理基层。采用早强水泥混凝土进行修复处理；（2）连续断板：采用早强水泥混凝土或改性沥青砼进行回填（上面层采用改性沥青AC-16C沥青砼、下面层采用改性沥青AC-20C沥青砼）。板块之间的横向施工缝按照规范要求设置传力杆，纵向缩缝按照规范要求设置拉杆。
3.2 纵横向裂缝
对水泥混凝土板块的纵横向裂缝，先进行开槽，用高压空气清除缝内的杂物，10mm以下缝隙采用沥青灌缝胶灌缝处理，10mm以上缝隙除上述措施外再进行热沥青砂填筑压实。
3.3 角隅断裂
按破裂面积大小确定切割范围并放样，用切割机切出边缘，用风镐凿除破损部分，打成规则的垂直面，然后清除凿除范围，采用早强水泥混凝土修复。
3.4 接缝
对原有路面灌缝料脱落损坏或没有灌缝的接缝进行清缝后灌填专用填缝料封水；按接缝位置不同采用不同的填缝料：对结构缝、纵向接缝和胀缝采用硅酮胶，对其余一般横向接缝采用聚氨酯。
3.5 板底脱空
施工前对隧道全部水泥板块进行检测，对存在板底脱空的板块，在脱空部位面板上钻直径3cm的孔2个、间距1m，然后将M15高强水泥砂浆高压灌注，如情况严重，则需进行换板处理。
3.6 水泥混凝土路面铣刨
因原水泥混凝土路面表面实施了稀浆封层，并已局部脱落，对该稀浆封层采用铣刨机进行清除，铣刨时根据水泥板块的沉降情况调整铣刨方位，确保铣刨彻底。
4 隧道路面“白改黑”施工控制
隧道水泥混凝土路面“白改黑”改造采用1cm橡胶沥青应力吸收层SAMI+4cmSMA-13的加铺结构型式，其生产拌合及施工工艺控制上较普通沥青砼存在一定的差异性，需要进行严格的控制管理。
4.1 橡胶沥青应力吸收层（SAMI）施工控制
橡胶沥青应力吸收层（SAMI）施工前应对隧道表面进行清扫、吹尘和清洗，确保干燥、无灰尘、石屑、杂物等，尤其要注意隧道路面无水分、干燥。应力吸收层撒铺，先洒布橡胶沥青，橡胶沥青洒布量按2.0～2.6kg/m2控制，在喷洒橡胶沥青后应立即撒铺碎石，碎石撒铺量按12±2kg/m2控制，以满铺、不散失为度，对于局部碎石撒铺量不足的地方，应人工补足。撒铺后应立即进行采用25t以上的胶轮压路机进行碾压作业，两台胶轮压路机应同时进行碾压，紧跟碎石撒铺车。碾压遍数为3遍。
在铺筑上层沥青混合料前，对橡胶沥青应力吸收层进行清扫，以清除没有粘结的松散碎石，避免影响SAMI层与沥青混凝土的粘结性能。同时橡胶沥青应力吸收层施工应与上层沥青混凝土紧凑进行，中间不开放交通。
4.2 SMA-13沥青砼原材料
SMA-13沥青砼原材料选择和技术指标控制应严格按照规范要求，沥青采用SBS改性沥青，粗集料采用玄武岩机制碎石，细集料采用石灰岩机制碎石，填料采用石灰岩碱性石料经磨细得到的矿粉，稳定剂采用优良的木质素絮状纤维，掺加比例以沥青混合料总质量的0.3%。沥青、粗细集料、矿粉、木质纤维各项技术指标均满足设计及规范要求。
4.3 SMA-13沥青混合料拌和
沥青混合料在沥青拌和场采用间隙式拌和机拌制，为确保SMA-13改性沥青砼拌合的均匀性，严格控制每盘的实际拌和时间为60～70s，以混合料拌和均匀、无花白、无粗细料分离和结团成块现象，所有矿料颗粒全部覆盖沥青结合料为度。在拌和中，要严格控制油石比和矿料级配，避免油石比不当而产生泛油和松散现象，并严格掌握改性沥青和集料的加热温度以及改性沥青SMA-13的出厂温度，集料的加热温度控制在190℃～220℃之间；沥青加热温度控制在160℃～165℃之间；出料温度控制在170℃～185℃之间。
4.4 SMA-13沥青混合料检测
沥青混合料的质量技术指标控制，试验室主要通过马歇尔试验进行控制，严格控制SMA-13改性沥青混合料的空隙率、沥青饱和度、稳定度和流值等各项技术性能指标。
4.5 SMA-13沥青混合料运输
（1）运输车辆选择。隧道路面罩面因其隧道净空限制的特殊性，宜采用载重小于30吨双桥运输车进行运输，利于在隧道内完全卸空沥青混合料，避免混合料浪费。（2）料温防护及待料车数。为防止运输过程中沥青混和料温度损失，以及防止沥青混合料洒落在路面上，在运输过程中，运输车上覆盖防雨篷布和棉布保温。同时，为减少隧道内车辆废气排放，应严格控制隧道内运输车辆数量，原则上保证摊铺不停顿，其他车辆在隧道外待命。
4.6 SMA-13沥青混合料摊铺
SMA-13沥青混合料摊铺采用平衡梁装置进行摊铺作业，为确保路面平整度，SMA-13沥青混合料摊铺宜缓慢、均匀、连续不间断地进行，鉴于隧道施工位置的特殊性，摊铺速度控制为3m/min，摊铺过程中基本不变换速度或中途停顿。摊铺过程中应全程跟踪沥青混合料摊铺质量，将摊铺机调整到最佳工作状态，调试好螺旋布料器两端的自动料位器，并使料门开度、链板送料器的速度和螺旋布料器的转速相匹配，螺旋布料器的料量应高于螺旋布料器中心，使熨平板的挡料板前混合料在全宽范围内均匀分布，避免摊铺层出现离析等现象，随时检测松铺厚度、摊铺温度等是否符合要求。
4.7 SMA-13沥青混合料压实成型
SMA-13沥青混合料碾压采用4台13吨双钢轮压路机并列成梯队进行全断面碾压，碾压采用紧跟、慢压、高频、低幅的原则进行。鉴于隧道空间内散热慢的特殊性，初压温度可按规范要求的下限控制，尽可能降低对压路机操作工在通风不畅且高温作业下的身体影响。碾压过程中，加强对碾压顺序、碾压遍数、碾压速度及碾压温度的控制管理。
4.8 开放交通
鉴于隧道内散热较慢，交通开放时间须严格控制，待摊铺层完全自然冷却后，待路表温度低于50℃后，方可开放交通，因此隧道沥青路面养生时间较隧道外路面时间长。
5 隧道路面“白改黑”路用性能分析
结合1cm橡胶沥青应力吸收层SAMI+4cmSMA-13的加铺结构型式在上三高速公路沿线隧道水泥混凝土路面“白改黑”改造中的应用，对其各项技术性能指标进行综合分析，研究其在抗老化、抗疲劳、延缓反射裂缝、延长路面使用寿命等方面的价值。
5.1 路面抗滑、渗水性能
对成型路面表面的宏观粗糙度及抗滑性能进行检测分析，共检测42处，其中渗水系数平均值31mL/min，大于60mL/min有2处、不渗水13处，合格率95%；构造深度平均值0.94mm，合格率100%；摩擦系数平均值49BPN，合格率100%；横向力系数平均值61，大于规范要求的54，合格率100%。从上述检测结果分析，采用1cm橡胶沥青应力吸收层SAMI+4cmSMA-13进行隧道路面“白改黑”后，其路面的摩擦系数和构造深度均较大，具有较好的抗滑和渗水性能，能较好地延长路面的使用寿命。
5.2 路面平整度
通过对沿线隧道水泥混凝土路面“白改黑”改造路段的路面平整度检测，其中原水泥混凝土路面平整度（IRI）分别为2.3m/km、2.4m/km、3.1m/km、3.8m/km，实施“白改黑”改造后，路面平整度（IRI）分别为1.2m/km、1.3m/km、1.3m/km、1.2m/km，路面平整度（IRI）平均值由“白改黑”改造前的2.9m/km提高到改造后的1.3m/km，提高了123%，明显改善了路面行车舒适性。
5.3 改善路面性能
隧道水泥混凝土路面“白改黑”改造采用1cm橡胶沥青应力吸收层SAMI+4cmSMA-13加铺结构型式，在有效改善路容路貌的同时，提高路面平整度，更好地抑制隧道板块之间板缝的反射，延长路面使用寿命。截至2014年3月，经过近2年的营运，对该路段的路面进行现场检测，发现路面没有出现推移、拥包、裂缝现象，也没有出现早期水损害，面层情况基本完好。
6 结论
上三高速公路沿线隧道水泥混凝土路面“白改黑”改造，在运营的近两年时间中，SAMI应力吸收层体现了良好的遏制、延缓反射裂缝、提高层间粘结力、防水等效果，上面层4cm厚SMA-13薄层路面体现了良好的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性，还具备了足够的抗滑性能，在此期间该路段路面状况良好，延长了路面使用寿命，在保证行车安全和舒适性的同时，节省了路面养护投入。
参考文献
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