高速公路路面擴建設計探析

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1現有吐烏大高速公路路面結構及現狀

1.1現有路面結構組成及運營維修情況

本段高速公路現有路面結構為：面層為瀝青混凝土，基層為水泥穩定砂礫，底基層為天然砂礫，路面結構層厚度總體較薄。截止到2009年，本段高速公路已運營了十余年，在長期交通荷載和氣候環境因素作用下，路面普遍出現了縱向裂縫、橫向裂縫、沉陷、泛油與車轍等病害。2009年9月~2010年10月，完成了該段高速公路舊路面病害處理及罩面施工。隨著2010～2012年交通量的迅猛增長，路面又出現了新的裂縫、沉陷、泛油、車轍等病害，養護部門已對其做過細致的修補，目前使用狀況良好。

1.2現有路面破損狀況

對本段高速公路路面進行調查與檢測，內容包括：路面病害調查、回彈彎沉檢測、平整度檢測、探地雷達檢測、路面取芯與試驗。在調查檢測與試驗的基礎上，依據《公路技術狀況評定標準》對各項指標進行評價分析。現有路面檢測與評價結果為：使用狀況良好，整體強度高，但局部病害嚴重；路面面層2013年5月第9期HighwayEngineering道路工程病害較為普遍，典型病害有裂縫、龜裂、泛油等，PCI評價為中、差的路段較多；路面彎沉檢測結果較好，路面結構層強度高，PSSI評價為良；探地雷達檢測和路面鉆芯取樣試驗表明，沿線各層厚度均勻，整體強度較好，但是全線的瀝青中、下面層礦料級配波動較大。結合現有路面檢測與評價結果以及管理單位提供的相關材料，認為現有路面的主要病害為：橫向裂縫、平整度不足、泛油。

1.3路面病害原因分析

吐烏大高速公路的主要病害是橫向裂縫，寬度為10～20mm。橫向裂縫對行車的舒適性有較大的影響，行駛過程中有明顯的跳車。本段高速公路全線采用水泥穩定砂礫材料作為基層，所經地區屬大陸性干旱氣候，冬季寒冷，溫差大，氣溫升降劇烈。經過病害分析，判斷橫向裂縫為溫縮開裂、半剛性基層反射裂縫以及這兩種原因的綜合作用形成的橫向裂縫。吐烏大高速公路上下行線平整度普遍較差，主要原因在于瀝青混合料面層的變形，包括重復行車荷載作用下的壓密變形和路面車轍。根據路況調查，在夏季高溫季節六七月份，吐烏大高速公路路面出現大量的泛油現象，分析認為主要有以下兩個方面的原因。新疆地區夏季溫度很高，特別是該高速公路項目所在地區夏季的最高溫度可達到50℃以上，在強烈的日照作用下地表溫度可達到80℃。高溫使瀝青變軟，在車輛荷載的作用下進一步擠密，過多的自由瀝青擠壓到路面表面形成泛油現象。1.3.3.2路面上面層瀝青含量偏高路面取芯及室內試驗表明：上面層瀝青從瀝青混凝土層的內部和下部向上移動，使表面有過多瀝青，部分路段存在明顯的車轍，上面層的高溫穩定性較差。這也是造成路面高溫穩定性較差、產生泛油的原因之一。

1.4路面結構設計對策

結合本段路面病害原因分析，沿線氣候環境惡劣，地質條件復雜，因此在瀝青混合料設計中，以高溫抗車轍、低溫抗開裂作為重要設計指標，需提高溫度穩定性并均衡協調兩者對于材料技術指標及配比設計的要求。建議使用改性瀝青，如SBS改性瀝青、SBR改性瀝青。半剛性基層設計時為有效減少水泥穩定砂礫基層的收縮開裂，建議采用較低的水泥劑量，并嚴格控制半剛性基層的厚度。施工時注意基層7d無側限抗壓強度要嚴格控制在3～4MPa。

2擴建路面設計原則

2.1分車道設計新建路面結構

根據改擴建后八車道高速公路車輛運行特點，自中央分隔帶向外第一、二車道行駛車輛為小型車、中型車，行駛速度相對較快，一般作為輕載交通車道，第三、四車道行駛車輛為大型車、中型車，行駛速度相對較慢，一般作為重載交通車道。結合改擴建后八車道高速公路車輛運行特點，將現有路面作為老路改建利用車道，按輕載交通進行設計；第三、第四車道和硬路肩全部新建路面，按重載交通進行設計。

2.2原有路面病害處治

原有路面病害處治可分為面層病害處治和基層病害處治。其中面層病害主要有裂縫、龜裂、車轍、坑槽等，基層病害主要表現為基層破碎及路面沉陷。改擴建項目為利用原有路面，就擬定路面病害程度的劃分標準制定不同的路面病害處治原則。原有路面面層出現坑槽、沉陷、龜裂、疲勞裂縫、橫向裂縫連續、集料剝離等病害時就需挖除原有路面的面層，并按調坡后的路面標高重新加鋪瀝青混凝土面層。對原有路面基層進行現場檢測，基層松散、破碎、橫向裂縫連續等病害為嚴重破損，需挖除重建。對原有路面底基層原則上不翻修，個別情況視需要確定。根據以上路面病害、破損嚴重程度，確定本項目路面破損、病害處治原則，對原有路面病害進行處治后方可利用。

2.3路拱橫坡銜接

路面縱面設計時兼顧老路面橫坡改建需要。路面調縱坡前必須核對老路面原橫向坡度，要求改建路面和新建路面均按同一橫坡控制，超高路段按設計橫坡確定；當原老路面橫坡小于設計值時，可適當抬高路面縱坡，當原路面橫坡大于設計值時，可適當降低路面縱坡，盡量控制老路行車道路面標高，使其在原老路面罩面標高基礎上少量抬高。橋頭原伸縮縫處標高不變，作為縱坡調整的控制點，橋面鋪裝按現有縱面進行施工，不考慮縱面調整，保證鋪裝厚度的穩定。

2.4路面結構拼接

對現有路面進行補強利用時，為了提高老路基強度，保證新建路面下路基強度的均勻性，將現有路面硬路肩和土路肩全部挖除，第三、第四車道與硬路肩新建路面。對現有路面開挖臺階，臺階每級寬30cm，并在基層頂部鋪設寬2m的玻璃纖維格柵，防止新舊路面產生縱向裂縫。2.5現有路面再利用分析為了減少老路面廢料對環境的污染、降低路面工程造價，對老路面材料進行回收并充分利用，現有路面銑刨的瀝青混凝土舊料和基層舊料分開堆放，把瀝青混凝土舊料、基層舊料、石屑和水泥按一定的配合比摻合進行再生利用。

3新建路面設計

3.1累計當量軸次計算

根據交通量預測結果，吐烏大高速公路交通組成主要有以下幾個特點：a）客車、拖掛車、集裝箱所占比重較大，并逐年增長；b）大客車、小貨車、中貨車、大貨車、特大貨車所占比重較小，其中大客車、中貨車、大貨車、特大貨車所占比重逐年減少，小貨車比重基本不變。根據未來特征年交通量預測：吐魯番至達坂城、達坂城至烏拉泊段在設計基年2020年的交通量分別達到了21794pcu/d、33712pcu/d，其中客車和貨車的比例為3∶2。新建雙向八車道路面設計，按《公路瀝青路面設計規范》選取設計參數，公路等級系數Ac=1，面層類型系數As=1，路面結構類型系數Ab=1，車道分布系數η＝0.5。3.1.3計算結果按分道行駛設計原則，第三、四車道及硬路肩新建路面為重載交通作用路面，累計當量軸次為5.2×107次/車道，設計彎沉計為23.2（0.01mm）。

3.2新建路面結構

新建路面結構組合及厚度如下：上面層為5cm中粒式SBS改性瀝青混凝土（AC—16C）；中面層為6cm中粒式SBS改性瀝青混凝土（AC—20C）；下面層為8cm瀝青穩定碎石（ATB—25F）；封層為瀝青表面處治下封層（S12）；基層為32cm4.5%水泥穩定砂礫；底基層為20cm3%水泥穩定砂礫。

4老路面改建設計

4.1原有路面當量模量計算及累計軸載計算

根據各路段原路面實測彎沉值，按《公路瀝青路面設計規范》（JTGD50—2006）中改建路面的當量模量計算公式得出原有路面當量模量，再根據原有路面當量模量計算出路面補強厚度。依據原有老路檢測與評價，計算得出原有路面上、下行線的當量模量分別為668.5、878MPa。按分道行駛設計原則，第一、二車道為老路改建利用，為輕載交通作用路面，累計當量軸次為3.71×107次/車道，設計彎沉值為29.1（0.01mm）。

4.2原有路面結構

假設加鋪層為四層，采用設計累計當量軸次3.71×107次、路面設計彎沉值0.291mm驗算補強層厚度。補強路面結構層為：5cm中粒式SBS改性瀝青混凝土（AC—16C）+6cm粗粒式SBS改性瀝青混凝土（AC—20C）+8cm瀝青穩定碎石（ATB—25F）。經驗算，水泥穩定砂礫補強層厚度為18cm時就能滿足設計彎沉值的要求。

5結語

隨著西部大開發的深入，新疆地區的經濟迅速發展，高速公路的交通量快速增長，高速公路的運輸壓力越來越大。新疆地區的高速公路已逐漸進入擴建期。吐烏大高速公路是新疆第一條高速公路，也是第一條改擴建高速公路。本文結合新疆特有的地形、地貌和氣候等特點以及以往高速公路路面的病害特點對路面擴建設計進行探討，以為今后新疆的高速公路改擴建工程提供參考。

本文作者：李程工作單位：新疆維吾爾自治區交通規劃勘察設計研究院