高速公路加寬工程路面設計探討

廖勇剛

隨著我國國民經濟快速增長，城市與城市的溝通發展日趨繁榮、城市與鄉鎮的協作發展逐漸緊密，致使交通量與日俱增，以往的干線、國道、高速公路已不滿足經濟快速、可持續發展的需要，迫切需要構建“以高速公路為主、新干線為輔”的新型公路網。當前，高速公路擴建工程的研究主要集中在軟基處理方面，根據不同地質條件選擇合適的處治方案，而綜合考慮舊路與拓寬車道路基的差異、舊路修復等因素，對拓寬車道路面結構組合的研究涉及較少。并且，目前國內高速公路的改擴建實例為數不多，尚無成熟的技術與經驗，擴建設計中存在不少的難題有待進一步的共同探討研究。

1 項目概況

廣清高速公路位于珠三角沖積平原，地形平坦，偶爾有溶蝕殘丘分布。項目按汽車專用一級公路標準修建，是國道107的組成部分?，F有車道數為四車道，路基寬23 m，包括中央分隔帶1.0 m，兩側左路緣帶各 0.5 m，兩側行車道各2×3.75 m，兩側硬路肩各2.25 m以及土路肩0.75 m，詳見圖 1。

廣清高速公路廣花段分兩期進行施工。分別于1992年11月和1994年年底建成通車。由于廣花高速公路沿線地質復雜多變，為了適應軟土施工后沉降量大、沉降時間長的特點，部分路段采用了瀝青路面，主要為水泥混凝土路面，其結構設計情況見表1。

表1 水泥混凝土路面結構設計情況一覽表

2 路面綜合評價

廣花高速公路水泥路面行駛質量一般，路面平整度合格率較低(養護標準)，其右幅主車道合格率為 73.2%，左幅僅為40.3%;水泥路面的主要病害包括斷板、裂縫、錯臺、沉陷等，其中最嚴重的病害是裂縫板、斷板，并存在不同程度的脫空現象，板間傳荷能力差。

綜合分析，其主要原因如下:1)交通量大。2)路基路面排水系統不完善。3)水泥混凝土面板接縫填料損失嚴重。4)基層和底基層整體承載力不足。

3 路面設計

3.1 設計計算

1)標準軸載臨界荷位處(板縱向邊緣中部)產生的荷載疲勞應力計算:

其中，σpra，σpsa分別為瀝青加鋪層下混凝土板在臨界荷位處的荷載疲勞應力和標準軸載應力，MPa;σps為無瀝青加鋪層時混凝土板在臨界荷位處的標準軸載應力，MPa;ha為瀝青加鋪層厚度，m;ζ為荷載應力折減系數。

2)溫度疲勞應力計算:

其中，σtra為瀝青加鋪層下混凝土板在臨界荷位處的溫度疲勞應力，MPa;σtr，σtm分別為無瀝青加鋪層時混凝土板在臨界荷位處的溫度疲勞應力和最大溫度應力，MPa;ζ′為溫度應力折減系數。

3)設計標準檢驗。

舊混凝土面層的荷載疲勞應力和溫度疲勞應力之和，應滿足預定可靠度水平的極限狀態表達式的要求:

3.2 設計方案

1)本次項目路線設計起、終點考慮到廣清的全線改造，只在舊路面上采取粗粒式瀝青罩面，作為過渡路面。

2)對于加鋪厚度不大于40 cm路段，直接實施3層瀝青面層，其下用ATB-25瀝青碎石作為調平層。

3)對于加鋪厚度40 cm＜H≤85 cm路段，在實施了3層瀝青面層和ATB-25瀝青碎石后，根據厚度實施1層～3層水泥穩定層。

4)對于加鋪厚度85 cm＜H≤145 cm路段，實施新的85 cm厚路面結構后，在舊路面和新路面結構之間實施素石粉。

5)對于加鋪厚度大于145路段，在85 cm新路面結構下直接填土。

在進行加鋪設計之前，須對舊路病害進行有效處治設計，避免對新路面造成影響。其處治措施主要按照有關舊路病害處治經驗和養護規范執行。

3.3 技術標準及路面類型的確定

1)主要技術指標。

本路段所處自然區劃為Ⅳ7(華南沿海臺風區)。

瀝青混凝土路面的設計年限為15年，設計年限內一個車道上的累計標準軸載(100 kN)作用次數 Ne=3.911×107次，設計彎沉0.182 mm。

水泥混凝土路面的設計年限為30年，水泥混凝土的設計強度以齡期28 d的彎拉強度標準值(fr=5.0 MPa)為標準。

表2 瀝青混凝土設計參數表 MPa

2)路面結構設計及其參數。

根據交通量分析、定測批復意見及沿線筑路材料分布情況，經計算綜合分析后確定路面結構方案。

路面上面層采用SBS改性瀝青，中面層和下面層采用普通瀝青。

根據交通部部頒規范規定，采用專用路面計算程序，瀝青混凝土路面按設計彎沉和容許拉應力雙指標控制，各結構層設計參數見表2。

表3 路面表層及各結構層表面竣工彎沉值 0.01 mm

由于路面各結構層并不是以彎沉作為唯一控制指標，因此在施工中，應按照施工規范要求，分別進行質量檢驗和控制，見表3。

4 注意事項

舊路路面加寬改造是項復雜的工作，每個項目都有其特殊性，從設計到施工，都須根據項目的具體情況，如舊路使用年限、舊路現狀、改造后達到要求等諸多方面考慮，還應避免對現狀交通流量造成影響，注意新、舊路面的結合等，因此在舊路路面加寬改造中需要投入比新建項目更多的精力，達到項目的安全、經濟和合理性。

[1] 廣東省公路勘察規劃設計院有限公司.廣清擴建先行段(流溪間大橋應急搶險段)施工圖設計[Z].2008.

[2] 姚祖康.公路設計手冊[M].北京:人民交通出版社，2006.

[3] JTG D50-2006，公路瀝青路面設計規范[S].

[4] JTJ 073.2-2001，公路瀝青路面養護技術規范[S].