高速公路“白加黑”路面改造工程项目旧路处治方案比选研究

来源:用户上传      作者:胡迪

　　摘要：文章从造价、工期、安全、环境保护、适用范围等方面，对旧路病害修复、碎石化这两种高速公路“白加黑”路面改造工程项目旧路处治方案进行对比分析。结果表明：旧路病害修复方案在节省建设成本、节约资源、适用范围广等方面具有一定的优势；碎石化方案在工程质量、工期、安全、集约化生产等方面具有明显优势；两种方案各有其优劣和适用条件，在方案比选时，应根据各项目的综合因素、价值取向等确定适合的处治方案。
　　关键词：高速公路；白加黑；碎石化；病害修复；方案比选
　　中图分类号：U418.8-A-05-014-2
　　0 引言
　　改革开放以来，随着我国经济、社会的发展，高速公路建设事业也得到空前的发展。由于水泥混凝土路面具有使用寿命长、工程造价低等优点，我国高速公路较多使用水泥混凝土作为路面材料。但随着水泥混凝土路面病害多、养护成本高、行车舒适性差、噪声大等问题的突显，以及部分水泥混凝土路面使用寿命到期，我国越来越多的高速公路水泥混凝土路面通过加铺沥青面层的方式对路面进行升级改造，以提高路面的使用性能，延长路面的使用寿命。当前，常用的高速公路“白加黑”路面改造工程旧路处治方案有两种：（1）对旧路病害进行修复［1-2］，包括更换水泥混凝土破碎板、板底灌浆［3］、更换旧水泥混凝土路面缩缝料、修补路面裂缝［4］、错台处治等；（2）将旧路水泥混凝土面板碎石化［5-11］，在新旧面层之间增设其他结构层（如基层、底基层、封层等）。本文主要从工程造价、工期、安全、环境保护、适用范围、工程质量等方面对高速公路“白加黑”路面改造工程旧路处治的两种方案进行对比分析，为类似工程项目旧路处治方案的比选提供参考。
　　1 方案对比分析
　　1.1 造价对比分析
　　根据“有无对比”分析方法，由于两个方案均可做出同样的选择，故相同部分可不进行探讨，仅对造价差异部分（新面层结构层、旧桥涵加固、交安设施等）进行探讨。设旧路改造总面积为S，单块水泥混凝土面板长l，板宽b，半幅宽度范围内水泥混凝土面板数为n。
　　方案一：设方案差异部分造价为T1；旧路更换破碎板综合单价为p1（元/m2）；面板破碎率为ω1；板底灌浆综合单价为p2（元/m2）；板底脱空率为ω2；更换旧水泥混凝土路面缩缝料综合单价为p3（元/m）；长度为ξ。
　　因路面裂缝、错台等病害大部分已通过换板、板底灌浆等方式进行消除，纯路面裂缝、错台等病害修复费用占比低，相比整个旧路处治费用，该部分费用可忽略不计；则有：
　　T1=p1・S・ω1+p2・S・ω2+p3・ξ（1）
　　ξ=（n－1）Snb+Sl（2）
　　并有以下约束条件：
　　0≤ω1≤10≤ω2≤10≤ω1+ω2≤1
　　将式（2）代入式（1），故有：
　　T1=p1・S・ω1+p2・S・ω2+p3・Sn－1nb+1l（3）
　　方案二：设方案差异部分造价为T2；旧路水泥混凝土板破碎综合单价为p4（元/m2）；新增结构层综合单价为p5（元/m2）。则有：
　　T2=p4・S+p5・S（4）
　　或T2=p4+p5・S（5）
　　旧路处治方案的造价对比分析，即比较T1、T2的大小，根据盈亏平衡分析，如果T1＞T2，则说明方案一造价高于方案二，应选方案二；如果T1＜T2，则说明方案一造价低于方案二，应选方案一。其临界值，令T1等于T2，则有：
　　p1・S・ω1+p2・S・ω2+p3・Sn－1nb+1l=（p4+p5）・S（6）
　　由于一项目确定以后，各数值均可确定，板底脱空率ω2在全路段，较路面板破碎率ω1的离散率低，且p1远大于p2，故可将ω2当作常数处理，经计算：
　　ω1=p4+p5-p2・ω2-p3・n－1nb+1l÷p1（7）
　　当板底脱空率ω2离散性较大时，临界值的选取也可以由ω1、ω2两个变量共同决定：
　　ω1+ω2・p2/p1=p4+p5-p3・（n－1）nb+1l÷p1（8）
　　根据式（7）、式（8），可算出ω1、ω2的临界值，将项目ω1、ω2的实际值与临界值进行比较，如果实际值低于临界值，选择方案一更为经济，反之选择方案二。高速公路运营期为确保高速公路技术标准要求，亦会投入养护经费及时修复各类路面病害，当实施“白加黑”路面改造工程项目时，大多情况下ω1、ω2位于临界值以下，一般只有局部路段ω1、ω2位于临界值以上，故多数情况下，选择方案一更为经济。
　　1.2 工期对比分析
　　高速公路“白加黑”路面改造工程项目，大多采用占道施工或半幅施工的方式，边通车、边施工。方案一涉及更换破碎板、板底灌浆、更换缩缝填缝料等施工工艺，破碎板、脱空板随机分布，新浇混凝土养生时间长，交叉施工干扰大，板底灌浆弯沉检测次数多，且在质量不合格的情况下须复灌、复测，工期较长，影响较大。采用方案二路面碎石化效率高，在路面半幅碎石化后加铺新增结构层即可，无交叉施工干扰，工期相对较短。
　　1.3 质量对比分析
　　方案一对不同旧路病害采用不同的处治方式，有更换破碎板、板底灌浆、完整旧板等，各类旧路病害修复方式随机分散，离散性大，不利于项目整体质量目标控制，运营期容易出现反射裂缝等病害。而方案二采用机械化、集成化施工，处治路段均采用同样的处治方式，有利于施工过程的质量控制。
　　1.4 安全对比分析
　　方案一施工工期长，交叉施工干扰大，占道施工更换破碎板、板底灌浆等对行车安全造成影响，安全风险相对较大。方案二主要采用机械化施工，多为半幅施工，同一时期施工内容相对单一，安全风险相对较小。
　　1.5 适用范围对比分析
　　方案一适用范围广，对道路净空影响小，几乎可适用所有路段旧路处治。方案二除增加沥青面层外，新旧路面面层之间需新增其他结构层，故在部分上跨天桥、隧道等净空受限的路段不能采用；且由于碎石化冲击力较大，对桥梁结构造成影响，故所有桥梁路段不宜使用。

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　　1.6 环境保护、资源消耗对比分析
　　方案一需更换破碎板、伸缩缝料等，会产生一定的建筑垃圾，在破碎板清除过程中会有一定的噪声和扬尘，资源消耗材料主要为水泥混凝土、水泥浆、填缝料等，消耗量相对较少。而方案二产生的建筑垃圾较少，在旧面板碎石化过程中会有较大的噪声和扬尘污染，而且需在碎石化路段全路面加铺新的结构层，故资源消耗量较大。
　　2 工程实例
　　2.1 工程背景
　　G72桂柳高速公路于1997年建成通车，路面结构为水泥混凝土路面，是广西境内第一条高速公路，2015年年底开始对其进行“白加黑”路面工程改造。该路面改造工程于2018-01-12通过交工验收，2022-01-12通过竣工验收。经过4年的通车检验，路面技术状况指标始终保持在较高水平。
　　2.2 案例分析
　　G72桂柳高速公路“白加黑”路面改造工程项目，经公开招标正式实施，中标单价为：p1=228.93元/m2，p2=33.4元/m2，p3=6.34元/m，p4=38.87元/m2，p5=62.71元/m2（碎石化路面与沥青面层之间设30 cm水泥稳定碎石基层+1 cm沥青碎石封层，综合单价分别为56.1元/m2、6.61元/m2），n=3，b=4.25 m，l取均值4.5 m，经弯沉抽样检测，全路段ω2离散率较小，其值约为0.6，代入式（7）：
　　ω1=38.87+62.71-33.4×0.6-6.34・（3－1）3×4.25+14.5÷228.93
　　经计算，ω1临界值为0.346。如果仅从项目造价考虑，当路面板破碎率＜0.346时，考虑方案一较为经济，反之方案二较为经济。
　　为验证碎石化旧路处治方案的工程效果，为类似路面改造工程项目提供参考，桂柳高速公路“白加黑”路面改造工程项目试验性地选择了K1147+000～K1149+411、K1189+450～K1192+628两段路面板破碎率约为30%的路段进行方案二改造。此两段局部路段旧路处治比采用方案一的路段分别节省工期15 d、20 d，而且在运营期，方案二路段路面病害少，而方案一局部路段出现了明显的纵、横向反射裂缝。
　　3 结语
　　（1）通过“有无对比”分析方法，分解高速公路“白加黑”路面改造工程中两种旧路处治方案差异部分的成本费用构成，利用盈亏平衡分析法从工程造价方面对方案进行比选，为旧路处治方案的造价对比分析提供参考。
　　（2）深入分析高速公路“白加黑”路面改造工程项目旧路处治两种方案在工期、安全管理、环境保护、工程质量等方面的优劣，并以实际工程案例为背景进行分析，为类似工程项目方案的选择提供参考。
　　（3）旧路路面病害修复方案在节省建设成本、节约资源、适用范围广等方面，具有一定优势；而路面碎石化方案在工程质量、工期、安全、集约化生产等方面也具有明显优势。两种方案各有其优劣和适用条件，在方案比选时，应根据各项目的综合因素、价值取向等确定方案。对于一个完整的高速公路“白加黑”路面改造工程目，也可根据水泥混凝土板脱空率、破碎率的临界值或其他因素将全路段划分成若干路段单元，不同路段单元可以根据实际情况选择不同的旧路处治方案。
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　　作者简介：
　　胡 迪（1989―），硕士，工程师，主要从事工程管理工作。

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