吐烏大高速公路路面擴(kuò)建設(shè)計(jì)分析

李 程

（新疆維吾爾自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引言

吐烏大高速公路是新疆最重要的交通要道，是我國(guó)第一個(gè)全國(guó)公路國(guó)道主干線網(wǎng)絡(luò)“兩縱兩橫三個(gè)重要路段”中的“兩橫”，是連云港至霍爾果斯線的重要組成部分。吐烏大高速公路自1998年建成通車(chē)至今已有14年，目前交通量已達(dá)飽和狀態(tài)，服務(wù)水平日趨下降，對(duì)該段高速的擴(kuò)建研究已提上日程。

本文對(duì)該段高速公路四車(chē)道改八車(chē)道中路面擴(kuò)建設(shè)計(jì)進(jìn)行探討，針對(duì)吐烏大高速公路現(xiàn)有路面狀況，分析其路面破損產(chǎn)生原因，并結(jié)合八車(chē)道高速公路行駛車(chē)輛分布特點(diǎn)，按分車(chē)道行駛進(jìn)行路面設(shè)計(jì)，為今后新疆高速公路路面擴(kuò)建提供參考。

1 現(xiàn)有吐烏大高速公路路面結(jié)構(gòu)及現(xiàn)狀

1.1 現(xiàn)有路面結(jié)構(gòu)組成及運(yùn)營(yíng)維修情況

本段高速公路現(xiàn)有路面結(jié)構(gòu)為：面層為瀝青混凝土，基層為水泥穩(wěn)定砂礫，底基層為天然砂礫，路面結(jié)構(gòu)層厚度總體較薄。

截止到2009年，本段高速公路已運(yùn)營(yíng)了十余年，在長(zhǎng)期交通荷載和氣候環(huán)境因素作用下，路面普遍出現(xiàn)了縱向裂縫、橫向裂縫、沉陷、泛油與車(chē)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(zhǎng)，路面又出現(xiàn)了新的裂縫、沉陷、泛油、車(chē)轍等病害，養(yǎng)護(hù)部門(mén)已對(duì)其做過(guò)細(xì)致的修補(bǔ)，目前使用狀況良好。

1.2 現(xiàn)有路面破損狀況

對(duì)本段高速公路路面進(jìn)行調(diào)查與檢測(cè)，內(nèi)容包括：路面病害調(diào)查、回彈彎沉檢測(cè)、平整度檢測(cè)、探地雷達(dá)檢測(cè)、路面取芯與試驗(yàn)。在調(diào)查檢測(cè)與試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，依據(jù)《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。

現(xiàn)有路面檢測(cè)與評(píng)價(jià)結(jié)果為：使用狀況良好，整體強(qiáng)度高，但局部病害嚴(yán)重；路面面層病害較為普遍，典型病害有裂縫、龜裂、泛油等，PCI評(píng)價(jià)為中、差的路段較多；路面彎沉檢測(cè)結(jié)果較好，路面結(jié)構(gòu)層強(qiáng)度高，PSSI評(píng)價(jià)為良；探地雷達(dá)檢測(cè)和路面鉆芯取樣試驗(yàn)表明，沿線各層厚度均勻，整體強(qiáng)度較好，但是全線的瀝青中、下面層礦料級(jí)配波動(dòng)較大。

結(jié)合現(xiàn)有路面檢測(cè)與評(píng)價(jià)結(jié)果以及管理單位提供的相關(guān)材料，認(rèn)為現(xiàn)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

1.3.1 橫向裂縫

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(duì)行車(chē)的舒適性有較大的影響，行駛過(guò)程中有明顯的跳車(chē)。本段高速公路全線采用水泥穩(wěn)定砂礫材料作為基層，所經(jīng)地區(qū)屬大陸性干旱氣候，冬季寒冷，溫差大，氣溫升降劇烈。經(jīng)過(guò)病害分析，判斷橫向裂縫為溫縮開(kāi)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。

1.3.2 不平整

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(fù)行車(chē)荷載作用下的壓密變形和路面車(chē)轍。

1.3.3 泛油

根據(jù)路況調(diào)查，在夏季高溫季節(jié)六七月份，吐烏大高速公路路面出現(xiàn)大量的泛油現(xiàn)象，分析認(rèn)為主要有以下兩個(gè)方面的原因。

1.3.3.1 夏季高溫

新疆地區(qū)夏季溫度很高，特別是該高速公路項(xiàng)目所在地區(qū)夏季的最高溫度可達(dá)到50℃以上，在強(qiáng)烈的日照作用下地表溫度可達(dá)到80℃。高溫使瀝青變軟，在車(chē)輛荷載的作用下進(jìn)一步擠密，過(guò)多的自由瀝青擠壓到路面表面形成泛油現(xiàn)象。

1.3.3.2 路面上面層瀝青含量偏高

路面取芯及室內(nèi)試驗(yàn)表明：上面層瀝青從瀝青混凝土層的內(nèi)部和下部向上移動(dòng)，使表面有過(guò)多瀝青，部分路段存在明顯的車(chē)轍，上面層的高溫穩(wěn)定性較差。這也是造成路面高溫穩(wěn)定性較差、產(chǎn)生泛油的原因之一。

1.4 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)策

結(jié)合本段路面病害原因分析，沿線氣候環(huán)境惡劣，地質(zhì)條件復(fù)雜，因此在瀝青混合料設(shè)計(jì)中，以高溫抗車(chē)轍、低溫抗開(kāi)裂作為重要設(shè)計(jì)指標(biāo)，需提高溫度穩(wěn)定性并均衡協(xié)調(diào)兩者對(duì)于材料技術(shù)指標(biāo)及配比設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)時(shí)為有效減少水泥穩(wěn)定砂礫基層的收縮開(kāi)裂，建議采用較低的水泥劑量，并嚴(yán)格控制半剛性基層的厚度。施工時(shí)注意基層7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度要嚴(yán)格控制在3～4MPa。

2 擴(kuò)建路面設(shè)計(jì)原則

2.1 分車(chē)道設(shè)計(jì)新建路面結(jié)構(gòu)

根據(jù)改擴(kuò)建后八車(chē)道高速公路車(chē)輛運(yùn)行特點(diǎn)，自中央分隔帶向外第一、二車(chē)道行駛車(chē)輛為小型車(chē)、中型車(chē)，行駛速度相對(duì)較快，一般作為輕載交通車(chē)道，第三、四車(chē)道行駛車(chē)輛為大型車(chē)、中型車(chē)，行駛速度相對(duì)較慢，一般作為重載交通車(chē)道。結(jié)合改擴(kuò)建后八車(chē)道高速公路車(chē)輛運(yùn)行特點(diǎn)，將現(xiàn)有路面作為老路改建利用車(chē)道，按輕載交通進(jìn)行設(shè)計(jì)；第三、第四車(chē)道和硬路肩全部新建路面，按重載交通進(jìn)行設(shè)計(jì)。

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(chē)轍、坑槽等，基層病害主要表現(xiàn)為基層破碎及路面沉陷。

改擴(kuò)建項(xiàng)目為利用原有路面，就擬定路面病害程度的劃分標(biāo)準(zhǔn)制定不同的路面病害處治原則。原有路面面層出現(xiàn)坑槽、沉陷、龜裂、疲勞裂縫、橫向裂縫連續(xù)、集料剝離等病害時(shí)就需挖除原有路面的面層，并按調(diào)坡后的路面標(biāo)高重新加鋪瀝青混凝土面層。

對(duì)原有路面基層進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，基層松散、破碎、橫向裂縫連續(xù)等病害為嚴(yán)重破損，需挖除重建。

對(duì)原有路面底基層原則上不翻修，個(gè)別情況視需要確定。

根據(jù)以上路面病害、破損嚴(yán)重程度，確定本項(xiàng)目路面破損、病害處治原則，對(duì)原有路面病害進(jìn)行處治后方可利用。

2.3 路拱橫坡銜接

路面縱面設(shè)計(jì)時(shí)兼顧老路面橫坡改建需要。路面調(diào)縱坡前必須核對(duì)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(shè)計(jì)橫坡確定；當(dāng)原老路面橫坡小于設(shè)計(jì)值時(shí)，可適當(dāng)抬高路面縱坡，當(dāng)原路面橫坡大于設(shè)計(jì)值時(shí)，可適當(dāng)降低路面縱坡，盡量控制老路行車(chē)道路面標(biāo)高，使其在原老路面罩面標(biāo)高基礎(chǔ)上少量抬高。

橋頭原伸縮縫處標(biāo)高不變，作為縱坡調(diào)整的控制點(diǎn)，橋面鋪裝按現(xiàn)有縱面進(jìn)行施工，不考慮縱面調(diào)整，保證鋪裝厚度的穩(wěn)定。

2.4 路面結(jié)構(gòu)拼接

對(duì)現(xiàn)有路面進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)利用時(shí)，為了提高老路基強(qiáng)度，保證新建路面下路基強(qiáng)度的均勻性，將現(xiàn)有路面硬路肩和土路肩全部挖除，第三、第四車(chē)道與硬路肩新建路面。對(duì)現(xiàn)有路面開(kāi)挖臺(tái)階，臺(tái)階每級(jí)寬30cm，并在基層頂部鋪設(shè)寬2m的玻璃纖維格柵，防止新舊路面產(chǎn)生縱向裂縫。

2.5 現(xiàn)有路面再利用分析

為了減少老路面廢料對(duì)環(huán)境的污染、降低路面工程造價(jià)，對(duì)老路面材料進(jìn)行回收并充分利用，現(xiàn)有路面銑刨的瀝青混凝土舊料和基層舊料分開(kāi)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(jìn)行再生利用。

3 新建路面設(shè)計(jì)

3.1 累計(jì)當(dāng)量軸次計(jì)算

3.1.1 交通量預(yù)測(cè)

根據(jù)交通量預(yù)測(cè)結(jié)果，吐烏大高速公路交通組成主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

a）客車(chē)、拖掛車(chē)、集裝箱所占比重較大，并逐年增長(zhǎng)；

b）大客車(chē)、小貨車(chē)、中貨車(chē)、大貨車(chē)、特大貨車(chē)所占比重較小，其中大客車(chē)、中貨車(chē)、大貨車(chē)、特大貨車(chē)所占比重逐年減少，小貨車(chē)比重基本不變。

根據(jù)未來(lái)特征年交通量預(yù)測(cè)：吐魯番至達(dá)坂城、達(dá)坂城至烏拉泊段在設(shè)計(jì)基年2020年的交通量分別達(dá)到了21 794pcu/d、33 712pcu/d，其中客車(chē)和貨車(chē)的比例為3∶2。

3.1.2 計(jì)算參數(shù)

新建雙向八車(chē)道路面設(shè)計(jì)，按《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》選取設(shè)計(jì)參數(shù)，公路等級(jí)系數(shù)Ac=1，面層類(lèi)型系數(shù)As=1，路面結(jié)構(gòu)類(lèi)型系數(shù)Ab=1，車(chē)道分布系數(shù)η＝0.5。

3.1.3 計(jì)算結(jié)果

按分道行駛設(shè)計(jì)原則，第三、四車(chē)道及硬路肩新建路面為重載交通作用路面，累計(jì)當(dāng)量軸次為5.2×107次/車(chē)道，設(shè)計(jì)彎沉計(jì)為23.2（0.01mm）。

3.2 新建路面結(jié)構(gòu)

新建路面結(jié)構(gòu)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(wěn)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(wěn)定砂礫；底基層為20cm3%水泥穩(wěn)定砂礫。

4 老路面改建設(shè)計(jì)

4.1 原有路面當(dāng)量模量計(jì)算及累計(jì)軸載計(jì)算

根據(jù)各路段原路面實(shí)測(cè)彎沉值，按《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D50—2006）中改建路面的當(dāng)量模量計(jì)算公式得出原有路面當(dāng)量模量，再根據(jù)原有路面當(dāng)量模量計(jì)算出路面補(bǔ)強(qiáng)厚度。依據(jù)原有老路檢測(cè)與評(píng)價(jià)，計(jì)算得出原有路面上、下行線的當(dāng)量模量分別為668.5、878MPa。

按分道行駛設(shè)計(jì)原則，第一、二車(chē)道為老路改建利用，為輕載交通作用路面，累計(jì)當(dāng)量軸次為3.71×107次/車(chē)道，設(shè)計(jì)彎沉值為29.1（0.01mm）。

4.2 原有路面結(jié)構(gòu)

假設(shè)加鋪層為四層，采用設(shè)計(jì)累計(jì)當(dāng)量軸次3.71×107次、路面設(shè)計(jì)彎沉值0.291mm驗(yàn)算補(bǔ)強(qiáng)層厚度。補(bǔ)強(qiáng)路面結(jié)構(gòu)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(wěn)定碎石（ATB—25F）。經(jīng)驗(yàn)算，水泥穩(wěn)定砂礫補(bǔ)強(qiáng)層厚度為18cm時(shí)就能滿足設(shè)計(jì)彎沉值的要求。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著西部大開(kāi)發(fā)的深入，新疆地區(qū)的經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，高速公路的交通量快速增長(zhǎng)，高速公路的運(yùn)輸壓力越來(lái)越大。新疆地區(qū)的高速公路已逐漸進(jìn)入擴(kuò)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(kuò)建高速公路。本文結(jié)合新疆特有的地形、地貌和氣候等特點(diǎn)以及以往高速公路路面的病害特點(diǎn)對(duì)路面擴(kuò)建設(shè)計(jì)進(jìn)行探討，以為今后新疆的高速公路改擴(kuò)建工程提供參考。

［1］JTG D50—2006，公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］新疆維吾爾自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院.連霍高速（G30）新疆境內(nèi)吐魯番至烏魯木齊段改擴(kuò)建工程可行性研究［R］.烏魯木齊：新疆維吾爾自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，2012.

［3］韓文濤.連霍高速公路鄭州段路面改擴(kuò)建設(shè)計(jì)［J］.中外公路，2009，（5）：56-61.