文章来源:中国沥青路面网
西部非洲是世界上经济最为落后的地区,同时也是近年发展势头较迅猛的地区。交通基础设施也在这些年中得到进一步完善,从而进一步促进了经济的腾跃。从建设条件而言,西部非洲具有良好的自然环境,但如不加以合理利用,同样会有很多问题出现。本文就结合西非地区一个新建道路破坏的实例,来对西非道路建设中的一些关键问题加以分析。
西非地区环境特点
西部非洲由于历史原因、自然条件、资源分布等多方面原因,各国间在经济、文化上表现出很大差异。不过由于总体区域的特点,在西部非洲地区的国家中,还是有很多共性,在气候上的共性特点是高温,在筑路材料上的共性特点是红土粒料的广泛使用。
(1)气候特点。西非全境地势较为平坦,海拔多在200~500m之间,南部和东北部有低矮的高原,沿海地区分布着狭长的平原,其余地区是辽阔的草原和广袤的沙漠。因为地势起伏不大,总体海拔较低,且西非全境纬度分布在北纬5°~25°之间,因此气候和植被呈现出明显的纬度地带性差异。
西非地区气候总体特点是高温酷热持续时间长,由北向南降雨差异大。广大的北部是典型的热带沙漠气候,终年干燥少雨;而中部地区是旱、雨季交替的热带草原气候,温差大、气温高,植被多为一年生的草本植物;南部几内亚湾沿岸深受几内亚湾暖流的影响终年降雨丰沛,加之靠近赤道,高温炎热,形成了典型的热带雨林气候,植被翠绿、潮湿、茂盛。此外,西非地区的降雨有明显的季节性,每年明显分成旱季和雨季,主要降雨均在雨季发生。
(2)主要筑路材料。对于公路修建而言,西非地区建设条件很好,地势平坦、较少地质病害,可用筑路材料分布广泛,特别是广泛分布的红土粒料,是基于非洲特有的地质条件,并在干湿两季循环交替的气候条件作用而成的,一般呈红色(红棕色、黄色或者褐色),土中含有大量不同粒径的天然混合料。红土粒料在不断的胶结、复合、脱水的过程中,可以聚结成直径几十cm的坚硬实体,经过筛选、摊铺压实后稳定性良好,非常适合与路基基层的填筑材料使用。在西非地区,红土粒料分布普遍、储量丰富且易于运输,是道路修建的上佳选择。
西非地区典型路面结构
西非地区道路的修建,呈现多样性的特点。考虑到西非地区普遍交通量较低的特点,西方援助项目多采用级配碎石类的柔性基层;中国援助的项目则多习惯采用半刚性基层;本土实施的项目则更喜好采用当地习惯做法,更多使用红土粒料。
此外,道路的等级要求,体现在路面结构上差异也比较大。较低等级道路多采用沥青表处面层,直接铺筑在红土粒料基层上。较高等级道路则采用沥青混凝土面层,下设级配碎石类柔性基层或水稳类半刚性基层。
整理当地典型路面结构如下:(1)法国规范典型结构:由于历史原因,西非地区受法国的影响比较大。法国的建设特点,在基础设施建设中体现也比较多。在道路方面,法国习惯采用典型结构法进行路面设计。根据此方法,路面结构分成面层和路面体两部分考虑。西非地区,法国习惯设计的路面结构,常见的主要以下形式:面层:150px高模量沥青混凝土或100px薄层沥青混凝土+100px薄层沥青混凝土;路面体:(10~375px)沥青碎石+(15~20)cm级配碎石或双层级配碎石。
(2)中国援助典型结构:西非地区是中国援助的重点地区,以援外形式进行的项目比较多,同时还有相当数量的两优项目。因此路面结构方案充分体现了中国道路建设的特点,即较多使用半刚性基层。同时,考虑援外的特点,结构选取一般会倾向于稳妥。总结较常采用的路面结构形式如下:面层:(5~7)cm单层密级配沥青混凝土或(9~10)cm双层密级配沥青混凝土;基层:(20~25)cm水泥稳定碎石;底基层:(20~25)cm级配碎石或红土粒料。
(3)当地习惯典型结构:一般会根据多年延续的建设习惯和做法,有一些固定成型的结构类型。如:面层:(2~3)cm双层或三层沥青表面处置或(4~6)cm单层沥青混凝土;基层:(15~25)cm水泥稳定红土粒料或(15~25)cm天然红土粒料;底基层:(15~25)cm天然红土粒料或不设底基层。
应该说,随着对地区特点、当地材料及习惯的了解进一步加深,即便是外国在西非地区的建设项目,慢慢的也都会吸取当地习惯做法,尽可能的多采用当地筑路材料。因此,更多时候,看到的是融合了的路面结构方式。
破坏案例
项目概况
本项目位于西非某国,连接该国两大城市,路线总长约180km。根据西非路网规划,该项目属于西非高速路网的一段,因此,该路远期设计标准为双向4车道高速公路。考虑到融资规模以及交通需求情况,一期先进行现状道路的改建,采用中国政府优惠贷款资金建设。目前现有道路为上世纪80年代修建,路基路面破损严重,后经多次改建修补。目前现状已对交通顺畅及安全产生很大影响。现状路基宽度6~7m,在交通日益增长下,也愈发显得不足。
根据项目设计方案,旧路改建后,作为远期高速公路的一幅,路面采用单向坡,两条行车道外侧设置紧急停车带,路基总宽10.3m。考虑到旧路路面破损严重,设计中只把原有旧路作为路基,新建路面结构方案融合了中国及当地建设的特点。设计方提出的行车道路面方案为:面层:150px中粒式沥青混凝土AC-16;基层:375px3.5%水泥稳定红土粒料;底基层:500px天然红土粒料;面层及基层间设置改性沥青封层,路肩上铺筑双层沥青表处。
施工开始后,当地监理工程师对路面结构进行了变更,降低了面层厚度,提高了基层厚度,并取消了基层顶面封层和路肩上的沥青表处面层。变更后的路面结构为:面层:125pxBBM沥青混凝土0~14;基层:500px3%水泥稳定红土粒料;底基层:500px天然红土粒料。
破坏情况介绍
由于路线长度较长,本项目采用了分段提交设计、分段审批、分段施工的方式。项目营地设在路线桩号K14附近。2013年3月起,逐渐开始路面结构的铺筑。铺筑方向为从一起点城市向另一终点城市方向推进。2015年5月,沥青路面铺设基本完成。但6月份进入雨季后,沥青面层开始逐渐出现破损,至8月份路面大面积损坏,且主要集中在路线靠终点的20km路段,也就是刚刚完成施工不久的路段。
路面破损的主要表现为网裂、坑槽、唧浆,位置基本都分布在行车道范围内。车辙情况也有,但不算严重,一般在25px之内。问题发生后,项目部立刻会同外方业主进行了现场调查,在调查结论未形成之前,先进行了路面的修补。随后不久,修补后的路面及周边又发生了破坏。
原因分析
由于破坏日趋严重,且难以控制。建设方组织调查组,对项目现场进行了调研分析。通过现场钻芯取样、弯沉实验,以及对设计、施工原材料、施工管理等各流程进行仔细的核查,路面破损的原因逐渐清晰。通过弯沉检测,基本排除了基层质量原因,现状基层的承载力还是比较好的。通过交通量核查,排除了车辆荷载的原因,出问题的段落恰恰是交通量最小的路段。核查的重点集中在了沥青混凝土上。发现了如下问题:
(1)结构缺陷。现场在已发生破坏的区域周边进行了钻芯,发现了比较多的问题。其中一个典型的情况,就是在现状的面层沥青混凝土中,发现了不少充填的红土。同时,在路面已发生裂缝但没有进一步破坏的区域,发现了缝隙中充填了大量红土。通过钻芯取样,发现这种缝隙中的红土是上下贯通的。
原因分析:从这种现象,我们可以推断沥青面层破坏的过程。在行车作用下,水泥稳定红土粒料中的粘土颗粒与水混合,之后通过沥青混凝土中的缝隙,逐渐__渗入到路表。在这个过程中,面层中的沥青由于泥浆的作用,失去了对集料的裹附能力,集料逐渐松散,进而脱落,发生整体破坏。
从现场情况分析,以及对设计过程的检查发现,主要原因有两点:第一,取消封层导致面层及路侧的渗水,使红土粒料中的粘土泥浆化。由于取消了封层,泥浆很容易进入面层混凝土。同时在行车荷载的负压作用下,被吸到路表,进而破坏。第二,由于本路采用单向坡设计,单向坡上侧的路肩表面的沥青表处结构被取消,雨水在面层边缘沿着面层和基层之间的缝隙渗入,这成为基层中水的一个主要来源。
(2)施工控制。在问题排查中,也发现了施工方面控制不当的因素。本项目路线里程长,达到180km。而沥青混凝土拌和站却设在一侧起点附近。沥青混凝土的压实中,温度的控制最为重要。根据我国规范的规定,对于厚度在5~200px的沥青混凝土面层,最低摊铺温度应至少在130℃以上。而实际情况是,由于沥青混凝土出场后,至终点运输时长超过2h,且没有配备保温车,导致实际到场温度已远远不能满足摊铺要求。这种情况下摊铺的沥青混凝土,必然导致压实不良,孔隙过大,雨季开始后,渗水严重。
(3)材料选用。此外,对于沥青混凝土制备中采用的原材料,检查的结果认为也是不恰当的。根据现场提供的原材料实验,本项目中采用的集料为变质玄武岩。实际检查发现,该岩石中云母和石英含量很高,整体呈酸性,沥青黏附力介于3~4之间,不能满足项目需要。而项目实施中,也没有采取相应的提高黏附性的措施,导致沥青与集料间很容易剥离。
处置措施
(1)材料控制。首先,从原材料入手。尽可能寻找黏附性好的基性岩石料。如只能采用这种石料,则必须考虑相应的抗剥落措施。根据现场条件,建议在沥青混凝土中掺加适量的水泥作为抗剥落剂。水泥的掺量需要通过实验确定,建议分别按2%、2.5%、3%进行分组试验,选取最合适的比例,必要时可考虑铺筑实验路段。
(2)现场处理。
①合理设置拌和站:原有拌和站位置过远,不能满足使用需要。施工组应即刻准备搬迁至待修复路段附近,同时做好备料工作。②现有路面处置:根据现场调查,对于发生大面积破坏的路段,不能再采取局部修补的措施。在检查基层完好的条件下,铲除现状损坏面层。同时,需对未明显破坏路段进行排查,列出可能会在近两年内发生破坏的段落。③采用原设计方案进行加铺处理:按照原始设计方案,应在铲除破损路面后,铺设封层,进行隔水处理。之后再加铺沥青面层。同时,对路肩进行沥青表处罩面,阻断雨水渗入。
④存在隐患路段设置稀浆封层:现场发现的,靠近破坏段落的区域,路表已出现不同程度的裂纹。对开裂严重的段落,一并采取加铺处理。而对于目前还不严重但存在一定隐患的段落,采取铺设稀浆封层的措施,减缓进一步恶化的趋势。
实施建议
(1)设计应留有纠错空间。本项目中路面发生破坏,首先是方案的不合理。由于造价原因,路面结构已接近承载极限,施工后又在此基础上进一步简化调整,而现场施工不可能完全符合实验室的理想状态,会造成现场质量事故。
(2)充分研究当地材料特点。对当地材料的认识不够,也是出现问题的主要原因。红土粒料本身具有水稳性确实较好,随着时间的延续,红土粒料自身就会胶结成很高的硬度。但在压实后初期,必须要做好防水养护,否则很容易形成细颗粒析出,进而影响路面质量。
(3)重点关注路面防水。本地区处理路面问题的关键是防水,防水措施不到位不仅能导致路面的损坏,还会导致基层失效,进而导致整个路面结构的破坏,需格外注意。
广东 衡阳 | 路桥市政
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