罗改霞

(中铁大桥科学研究院有限公司,湖北 武汉430034)

1 工程概况

某地下通道起讫里程为K1＋116～K1＋596,全长480m,根据路面高差结构形式引道采用挡土墙、钢筋混凝土U型槽结构,其中南侧引道长246m,北侧引道长244m。主通道采用双孔C35钢筋混凝土闭合框架结构,宽度29.1m,高度7.6m,顶板厚0.9m,底板厚1.0m,侧墙厚0.8m,中隔墙厚0.7m。通道路面为沥青混凝土路面,两侧均设有检修道,边墙侧设排水沟。根据竣工图,国博大道下穿层U型槽、闭合框架结构路面结构设计为：4cm厚细粒式改性沥青砼＋5cm厚中粒式沥青砼＋玻璃纤维格栅＋钢筋混凝土铺装层＋闭合框架底板(U型槽底板)。通道框架结构底板下包括100mmC20细石混凝土保护层＋3mm防水卷材＋150mm厚C20混凝土垫层。

2 定期检测

定期检查是按规定周期对土建结构的基本技术状况进行全面检查。通过定期检查,系统掌握结构基本技术状况,评定结构物功能状态,为制定养护工作计划提供依据。土建结构技术状况评定根据定期检查的结果,综合考虑洞门、结构、路面和附属设施等方面的影响,确定隧道的技术状况等级。

检测表明,通道洞口、衬砌、检修道、排水系统、墙体和装饰层、吊顶及各种预埋、交通标志仅有轻微病害,不影响行车安全。

图2 左幅K1＋186路面沉陷

该通道为沥青路面。检查发现路面存在严重的路面沉陷,车辙和翻浆冒泥病害,通道为沥青路面。检查发现路面存在严重的路面破损,特别是右幅K1＋213－K1＋585段路面连续出现,左右幅破损面积合计1316.5m2。其中左幅,14处沥青混凝土路面破损,最大面积S＝10.0×6.0mm,累计破损面积333.0m2,如图1和图2;右幅14处沥青混凝土路面破损,其中K1＋213－K1＋585段路面连续出现破损,长度372m,累计面积983.5m2,如图3和图4。

图3 右幅K1＋550路面破损

图4 右幅K1＋570路面翻浆

通道结构路面的病害严重,路面状况评定值达到3,根据《公路隧道养护技术规范》(JTG H12－2015)规定,通道土建结构技术状况直接评定为4类。

3 路面专项检测

为详细掌握通道路面病害原因,采用弯沉法和钻芯法检测路面结构状态,确定了路面病害形成的原因。

3.1 场地状况

根据设计图纸,场地地层主要有人工填土、全新统冲湖积相粘性土、淤泥质土及冲积相粉细砂构成,地层划分为4大层10个亚层,各地层分布及岩性特征等如表1工程地质分层表。根据上设计图纸主通道路面设计高程为14.23～16.19m。

(1－1)耕土、(1－2)素填土、(2－1)淤泥质粘土、(2－2)粘土和(2－4)淤泥质粘土具有低～较低强度,高～较高压缩性,土、石工程分级为I级,松土,不能作为通道基础的持力层。(2－3)粘土和(2－5)亚粘土具有较低强度～中等强度、中等压缩性,土、石工程分级为II级,普通土。(2－4a)亚粘土夹亚砂土、(3)亚粘土夹粉砂和(4)粉细砂具有中等～中等偏低强度,中等～较低压缩性,土、石工程分级为I级,松土,该类含砂土含有地层下部承压水,在动力作用下,易产生结构和路面变形和沉降。

根据设计图纸以及主通道结构、路面和垫层的分布情况,确定起点里程K1＋116处垫层底的设计高程为14.0m,在K1＋260处为通道最低点,垫层底的设计高程为12.44m,通道出口K1＋596处垫层底的设计高程为14.59m,也就是说通道垫层的设计高程为12.44～14.59m,经过地层为(2－3)粘土、(2－4)淤泥质粘土和(2－4a)亚粘土夹压砂土。

表1 工程地质分层表

3.2 路面弯沉检测

路面弯沉是指在规定的标准轴载作用下,路面表面轮隙位置产生的总垂直变形(总弯沉)或回弹弯沉值,以0.01mm为单位,用来表示路基路面的承载能力,回弹弯沉值越大,承载能力越小,反之则越大。采用贝克曼梁测定路面回弹弯沉值,每车道每10米测一次两个点。为尽量全面的检测路面的承载力,检测时相邻车道测点里程应适当错开。对弯沉大的区域,取芯抽查道路各层厚度情况。

根据设计图纸,主线路面弯沉值不大于25(单位：1/100mm),辅道路面弯沉不大于40。

本次论坛围绕“创新引领科技发展、大数据助推资源共享”主题，以长江经济带11省（市）科技资源共享机构为依托，面向全国推动科技资源跨区域共享。在论坛会议期间举行了系列签约活动，作了《逐渐睁开的中国天眼》、《推进科技资源开放共享的工作进展和思考》等4个主题报告，组织了“企业服务面对面”和“科技资源共享助力长江经济带发展经验交流和举措研讨”两个分论坛。（编辑/任伟）

对左幅通道弯沉检测结果如表1所示。统计表明,左幅通道三股车道共检测弯沉数据288个,其中弯沉值大于25的测点为94个,占总测点数的32.6%。不合格测点中车道一为24个,车道二为48个,车道三为22个。

对右幅通道弯沉检测结果如表2所示。统计表明,右幅通道三股车道共检测弯沉数据288个,其中弯沉值大于25的测点为67个,占总测点数的23.3%。不合格测点中车道一为18个,车道二为30个,车道三为19个。

图5 左幅通道弯沉值检测结果统计图

图6 右幅通道弯沉值检测结果统计图

综合左右幅弯沉检测结果,通道共有161个测点弯沉值大于25,不满足设计要求,不合格点数占总测点数的28.0%,其中车道一为42个,车道二为78个,车道三为41个。

3.3 路面取芯

根据弯沉检测结果,在左右幅各选取3个位置进行路面取芯,查明路面各层分布及基础情况。钻芯结果如表2。

表2 通道路面钻孔取芯结果

图7 左幅K1＋510路面芯样

图8 左幅K1＋345路面芯样

图9 左幅K1＋240路面芯样

图10 右幅K1＋195路面芯样

图11 右幅K1＋310路面芯样

图12 右幅K1＋472路面芯样

根据钻孔结果和路面结构设计图纸,可以得到以下结论：

(1)通道沥青面层厚度为9～12cm,满足设计9cm的要求;

(3)闭合框架底板混凝土厚度为131～198cm,满足设计要求。

(4)混凝土底板基础为淤泥质粘土,芯样含水量高,呈软塑状。其中3个孔含15～20cm粉砂。

钻芯过程显示,第3层结合料水稳定性较差,芯样遇水极易软化崩解。该层在沥青面层(混凝土铺装层)和闭合框架底板之间易形成软弱夹层,成为路面病害形成的病灶之一。结合钻孔和设计资料,框架结构底板基础主要为淤泥质粘土和亚粘土,芯样含水量大,呈软塑状。通道为下穿结构,路面高程低,存在地下水作用的不利条件,将淤泥质粘土和亚粘土作为底板基础也是加剧路面病害的原因之一。

目前,通道交通流量较大,是渣土车、运送钢材卡车等大轴重车辆出城的主要通道,在行车荷载的不断作用下,2014年底新整治沥青路面很快出现了网裂、车辙、沉陷、翻浆冒泥等严重病害,同时环卫作业用水沿病害区域下渗,加剧了路面局部或成片损坏。

根据《公路隧道设计规范》(JTG D70－2004)15.3节规定,公路隧道可采用沥青混合料上面层与水泥混凝土下面层组成的复合式路面,设仰拱的隧道路面可只设置基层和面层,基层宜采用素混凝土,其抗压强度不低于C20或弯拉强度不低于1.8MPa。路面第3层结合料,形成了沥青面层(混凝土铺装层)和闭合框架底板之间的软弱夹层,是路面出现沉陷、翻浆冒泥等严重病害的主要原因。通道是城市主干道,水泥稳定土不适用高级路面的基层。

通道存在地下水作用的不利条件,淤泥质粘土芯样含水量高,呈软塑状,淤泥质粘土和亚粘土具有较低强度,中等～高压缩性,一般不宜作为天然地基,需进行处理。

4 总结

根据定期检测结果,该通道结构路面的病害严重,路面状况评定值达到3,根据《公路隧道养护技术规范》(JTG H12－2015)规定,通道土建结构技术状况直接评定为4类。

根据弯沉法和钻芯法检测结果,通道共有161个测点弯沉值大于25,不满足设计要求,不合格点数占总测点数的28.0%。路面第3层结合料,形成了沥青面层(混凝土铺装层)和闭合框架底板之间的软弱夹层,是路面出现沉陷、翻浆冒泥等严重病害的主要原因。

根据《城市道路工程设计规范》(CJJ37－2012)表2城市主干道沥青路面的设计使用年限应大于15年,在设计年限内,车行道的宽度应满足道路交通增长的要求,保证车辆能安全、舒适、通畅地行驶。通道沥青路面在2014年底整治后,很快出现了网裂、车辙、沉陷、翻浆冒泥等严重病害,发展下去将危及行车安全,建议对通道路面进行彻底整治(旧路面结构补强和改建设计)。

路面整治中应充分调查旧路面的结构性能、使用历史,以及路面环境条件,并应依据路面的交通需求,以及材料、施工技术、实践经验和环境保护要求等,通过技术经济分析论证确定。通道路面第3层软弱夹层和底板下软弱基础是造成路面结构承载力不足的主要原因,日益增长的交通流量和大轴重车辆是路面病害加剧的外部原因。

该通道路面病害现阶段已影响行车安全,发展下去将危及行车安全,必须整治路面病害,恢复路面设计使用年限,保证车辆能安全、舒适、通畅地行驶。整治中应首先铲除沥青面层(混凝土铺装层)和闭合框架底板之间的软弱夹层,然后考虑对框架结构底板天然基础进行处理。

[1]公路隧道养护技术规范(JTG H12－2015)[S].北京：人民交通出版社,2015.

[2]公路隧道设计规范(JTG D70－2004)[S].北京：人民交通出版社,2014.

[3]城市道路工程设计规范(CJJ37－2012)[S].北京：人民交通出版社,2012.