淺談廣西沿海高速公路路面改建設計

易宗石

(廣西交通科學研究院，廣西　南寧　530007)

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淺談廣西沿海高速公路路面改建設計

易宗石

(廣西交通科學研究院，廣西南寧530007)

易宗石(1988—)，助理工程師，從事路基路面設計、舊路路面處治及施工現場方案研究工作。

摘要：文章針對廣西沿海高速公路病害情況，結合常用的舊水泥混凝土加鋪方案，從路面結構設計、混合料設計、舊路處治等方面提出了廣西沿海高速公路路面加鋪瀝青層設計思路，以期為舊水泥混凝土路面改造提供設計依據。

關鍵詞：沿海高速公路；舊水泥混凝土路面；加鋪方案；結構設計；舊路處治；改建設計

0引言

廣西沿海高速公路是國家高速公路網主框架南北走向主干線，G75高速公路(欽州至北海段)是桂海高速公路的重要組成路段，也是西南各省市通往北海市鐵山港及廣東各地的出海大通道的組成路段，隨著北部灣大開發的快速推進，它同時也是廣西北部灣經濟區核心城市南寧與欽州、北海兩市的主要公路通道，該路段于2000年10月建成通車以來，至今已將近13年。隨著北部灣大開發戰略的實施，沿海高速公路(欽州至北海段)的交通量逐年增加，尤其是超限超載車輛的快速增長，導致原水泥路面破損嚴重，水泥混凝土路面出現了不同程度的病害，包括破碎、沉陷、錯臺、唧泥等，這些病害嚴重影響了行車安全，造成了不良的社會影響。因此，對欽州至北海高速公路進行大修，將進一步改善欽州至北海高速公路的通行條件，為社會提供良好的交通運輸服務，并對改善投資環境，擴大對外開放，加快欽州、北海等市的經濟發展，擴大泛珠江三角洲區域的合作，以及鞏固西南沿海國防、維護本地區穩定發展等具有重要的意義。

1常用的舊水泥混凝土加鋪方案

常用的舊水泥混凝土路面加鋪方案有分離式水泥混凝土加鋪、結合式水泥混凝土加鋪及瀝青混凝土加鋪。

根據國內外的研究結論，瀝青加鋪層施工方便、對交通及環境影響小，能有效改善舊水泥混凝土路面的使用性能，提高行車舒適性，且周期成本較低、養護便利，設計中采用了國內外應用最多的加鋪方案：處治后的水泥混凝土路面加鋪瀝青混凝土面層，簡稱“白+黑”[4]。針對此種路面結構的特性，為保證改建后的路面具有良好的服務性能以及社會效應，項目在設計過程中期望達到減緩路面反射裂縫、減少車轍、提高路表抗磨損能力、減少養護工程量等目的。

2廣西沿海高速公路路面加鋪瀝青層設計思路

瀝青混凝土加鋪層的使用功能受到三個方面的影響：(1)加鋪層的路面結構；(2)各結構層混合料的設計；(3)為其提供承載作用的舊路面的穩定性。

2.1　加鋪層結構設計

瀝青混凝土加鋪層的結構設計，直接關系到加鋪層的使用壽命和使用功能，因此加強結構設計是根本。

2.1.1在舊混凝土板頂面設置應力吸收層

沿海高速公路路段運營已13年，部分路段損壞嚴重，變形較大。主要表現在路基沉降，水泥混凝土路面錯臺、裂縫發育、面板破碎等，項目所在地日照豐富，高溫時間每年超過8個月，雨季超過6個月，且雨熱同季。SMA結構由于瀝青瑪蹄脂的粘結作用，瀝青混合料的低溫變形性能和水穩定性得到較大的改善。添加了纖維穩定劑后，使瀝青混合料能夠保持高粘度，其攤鋪和壓實效果較好，混合料的空隙又很小，耐老化性能及耐久性都很好，從而全面提高了路用性能[5]。因此設計中在路面加鋪時設置3 cmSMA-10防反射裂縫應力吸收層，用以延緩反射裂縫的出現。

SMA-10瀝青混凝土的油石比可以控制在6.5%左右，其瀝青含量高，SMA-10屬于細粒式瀝青混凝土，混合料中細礦料比例大，因而具有高彈性、不透水性、黏附性強及抗裂性能好的優點。因此，具有更優良的抗裂性能。

作為應力吸收層，應具有高柔韌性，但是作為路面結構層，又不能過于柔軟，必須具有一定的強度，為了獲得柔韌性就使得混合料的油石比增大，為了獲得強度又必須防止油石比過高，這就需要找到一個適中的油石比例。沿海地區高溫多雨，瀝青混合料豐富的含油量在長時間的高溫作用下，會出現變軟、推移等病害，降低行車舒適性的同時，還會導致瀝青油上遷至表面層，即通常所說的泛油，這會使瀝青面層表面變的光滑泛光，行車安全性能大幅度降低。含油量過低又會失去應力吸收的作用，根據柳州至南寧舊路加鋪以及欽州至崇左新建高速公路等工程經驗，針對廣西地區氣候特性，設計采用6.2%~6.8%的油石比，在項目施工過程中根據試驗段攤鋪數據分析，針對本項目所采用的集料和瀝青等原材料指標，施工配合比中的油石比采用6.3%。

2.1.2增加瀝青加鋪層厚度

我國現行《公路水泥混凝土路面設計規范》(JTG D40-2011)8.6.4對舊水泥路面加鋪瀝青面層作了指導性的厚度規定，即“瀝青加鋪層厚度應兼顧混合料的公稱最大粒徑相匹配和減緩反射裂縫的要求確定。高速公路和一級公路的最小厚度宜為100 mm，其他等級公路的最小厚度宜為80 mm”。[1]

根據沿海高速公路改擴建工程可行性研究調查中的交通量預測，高速公路水泥混凝土路面設計基準期30年，舊路已使用了13年，剩余設計基準期17年，設計軸載采用標準軸載100 kN，舊混凝土面層厚240 mm，使用HPDS計算得到舊路面剩余設計基準期內設計車道上設計軸載累計作用次數為1.301158E+08，路面承受的交通荷載等級屬于特重交通荷載等級，滿足路面結構極限狀態要求的瀝青混凝土加鋪層設計厚度100 mm。此厚度僅僅為規范中推薦的最小厚度，沿海高速公路是廣西南北通道的主動脈，根據同一主要線路上柳州至南寧高速公路舊路加鋪經驗，特重交通荷載等級下，100 mm厚的瀝青加鋪層在運營過程中產生反射裂縫和車轍的時間和程度沒有達到預計效果，同時考慮沿海地區日照、輻射、雨水、高溫等氣候條件，以及沿海高速公路處于雨熱同季、出海貨運重載等因素，最終采用了150 mm厚的路面結構。從下往上的結構層依次為：處治后的舊水泥路面+3 cm3mA-10改性瀝青混凝土防反射裂縫應力吸收層+8 cmAc-20c改性瀝青混凝土下面層+4 cmAc-13改性瀝青混凝土上面層。

2.2　瀝青混合料的設計

各結構層使用功能的最終決定因素仍然是混合料本身的質量，因而瀝青混合料的性能將決定加鋪層的使用功能。

2.2.1在加鋪層瀝青混合料中摻加改性劑

考慮到沿海高速公路的自然地理條件和行車條件，為了增強路面結構的高溫穩定性、水穩定性、抗滑功能以及抗滲水功能，在設計中采用三層改性瀝青混凝土。改性瀝青混合料具有良好的抗高溫和低溫穩定性，此外其水穩定性和耐久性也比普通瀝青混合料的指標高許多，同時具有良好的表面功能，因此改性瀝青混凝土可以更好地達到設計所需要的目標效果。本項目規定所使用基質瀝青必須使用進口A級道路石油瀝青70號瀝青，改性劑摻量要求≥5.0%。

2.2.2瀝青加鋪層下層采用較粗顆粒的瀝青混凝土

根據《公路瀝青路面設計規范》(JTG D50-2006)“表4.1.3-1瀝青混合料的壓實最小厚度與適宜厚度”中的要求，本項目下面層厚度為8 cm，以結構設計中路面結構整體性作為出發點，由于粗顆粒的瀝青混合料能阻礙裂縫尖端的擴展，粗顆粒的瀝青混凝土具有更好的抗車轍及減緩反射裂縫的功能，因此下面層否定了使用需要分兩層攤鋪的中粒式瀝青混凝土，而是設計了單層攤鋪的Ac-20C瀝青混凝土。

為了得到更高的高溫穩定性能，增強抗車轍功能，同時達到延緩反射裂縫的發生與發展的效果，下面層設計了AC-20C改性瀝青混凝土，所采用的級配是偏粗型的AC-20級配，中間檔粗顆粒集料的含量超出了規范的指導范圍，這是根據廣西地區的工程經驗所提出的級配，符合《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)5.3.2條文說明中的相關規定，即根據研究成果，瀝青混合料的礦料級配范圍包含三個層次，即規范規定的級配范圍、工程設計級配范圍、施工質量檢驗時允許波動的級配范圍，其中工程設計級配范圍應充分結合當地特點和已有的經驗與成果進行優化，必要時也允許超出規范范圍[3]。

粗顆粒瀝青混凝土下面層可以明顯地提高路面結構的整體強度，能有效減小水泥路面接縫兩側的彎沉與彎沉差，以及減小瀝青混凝土加鋪層的荷載應力，從而使得瀝青加鋪層荷載型反射裂縫的發生與擴展得到有效延緩。

廣西沿海地區晝夜溫差和四季氣溫變化較內陸地區小，而溫度應力是引起瀝青加鋪層反射裂縫的主要原因之一，15 cm厚的瀝青加鋪層大大改善了舊水泥路面的溫度狀況，相當于給舊水泥路面蓋了一層保溫的被子，降溫所產生的溫度梯度對水泥混凝土路面的影響程度得到減小，大幅度降低了水泥混凝土路面板的翹曲變形和接縫張開位移量，因而可以有效改善瀝青加鋪層在溫度作用下的受力狀況。

2.2.3加鋪層表面層集料采用輝綠巖

沿海高速公路承擔了西南地區出海通道的作用，同時還是“北部灣”地區大開發的必經之路，隨著國家對北部灣的大力開發，交通量大幅增長，對加鋪路面結構的質量必須高度重視，尤其是表面層的施工和使用效果，如果在加鋪后的短時間內出現表面磨損、路面網裂、坑洞等需要大面積維修的情況，對經濟建設和社會效益將會有極大的不良影響。

在表面層的設計中，出于抗表面磨損及路面表層黑化等提高路面使用功能的目的，上面層的SMA-13瀝青混凝土的粗集料和細集料均采用廣西本地生產的輝綠巖破碎而成。輝綠巖其堅固、強韌、耐久性，使得它具有較低的壓碎值、磨耗值和較高的磨光值。同時，在設計中為保證上面層碎石材料具有一定的硬度和強度、潔凈、干燥、無風化、無有害雜質，且針片狀含量低、顆粒形狀接近立方體，要求須采用反擊破生產工藝，即終破均采用反擊破生產工藝，保證生產碎石顆粒的粒形質量。

2.3　舊水泥混凝土路面的處治

舊水泥混凝土路面作為基層為加鋪層提供了承載作用，因此舊路面的穩定性及表面平整度也將影響到瀝青混凝土加鋪層的使用功能。在設計中加重了舊路面處治的分量，在瀝青加鋪層加鋪之前，必須保證舊路面得到了有效的處治，具體包括三個方面。

2.3.1破損板更換

舊路面板有部分板塊出現了破損，破損程度從輕微裂縫發展至板塊破碎，這些板塊大部分已經松動，除輕微裂縫經彎沉檢測合格不作處治外，其余均更換板塊。

2.3.2脫空板板底壓漿

舊水泥混凝土面板經過長時間的使用，由于不均勻受力、雨水沖刷等等原因，其板底會出現脫空現象，如果不處治，加鋪層會因此出現反射裂縫、網裂、鼓包等等病害。

水泥混凝土路面板底壓漿是通過壓漿泵將膠凝填充材料壓入板底脫空處及基層空隙中，形成一薄層強度高、穩定性好、與混凝土板底密貼的結構層，以恢復混凝土板底的正常承接，起到加固混凝上面板、維護面板正常使用狀態和保障路面使用壽命的作用。設計中要求在瀝青混凝土加鋪前，對所有板塊進行彎沉檢測，要求板角彎沉<0.14 mm，對于大于此標準的水泥面板，進行板底壓漿處理，然后進行復測，直到彎沉值達到要求，壓漿3次后仍達不到標準的，更換水泥混凝土面板。

2.3.3板塊輕微病害處治

舊水泥面板還存在其他許多輕微病害，設計中要求對板角破損、超過3 mm的錯臺、板塊拱起、坑洞等等輕微病害進行相應處治，例如對板角破損和坑洞進行切割修補，對板塊拱起增加板塊橫向切縫，對錯臺進行打磨等等。

3結語

由于廣西地處華南濕熱地區，當高溫與重載交通條件下瀝青混凝土的高溫穩定性不足時，部分瀝青路面早期車轍和反射裂縫等損壞問題突出，養護維修甚至銑刨重修造成了巨大的經濟浪費和不良的社會影響。本項目在設計階段針對瀝青路面加鋪層常見的早期病害，通過路面結構設計、混合料設計、舊路處治等方面的分析，進行了多階段的討論研究，最終做出了施工圖設計，期望沿海高速公路舊路改建項目能有高質量的使用功能，從而對以后的水泥混凝土路面舊路改建提供可借鑒的經驗。

參考文獻

[1]JTG D50-2006，公路瀝青路面設計規范[S].

[2]JTG D40-2011，公路水泥混凝土路面設計規范[S].

[3]JTG F40-2004，公路瀝青路面施工技術規范[S].

[4]陳栓發，楊斌.水泥混凝土路面瀝青加鋪層設計與施工[M].北京：人民交通出版社，2011.

[5]廖衛東，陳栓發.改性瀝青混合料應力吸收層材料特性與結構行為[M].北京：科學出版社，2010.

[6]李嘉.舊水泥混凝土路面加鋪罩面層設計[J].中南公路工程，1995.37：12.

Discussions on Pavement Reconstruction Design of Guangxi Coastal Expressway

YI Zong-shi

(Guangxi Transportation Research Institute，Nanning，Guangxi，530007)

Abstract：Regarding the disease situation of Guangxi coastal expressway，combined with commonly used cement concrete overlaying program，this article proposed Guangxi coast expressway pavement asphalt overlay design ideas from the aspects of pavement structure design，mixture design，and old road treatment，etc.，aiming to provide the design basis for the reconstruction of old cement concrete pavement.

Keywords：Coastal expressway； Old cement concrete pavement； Overlaying program； Structural design； Old road treatment； Reconstruction design

收稿日期：2015-04-04

文章編號：1673-4874(2015)05-0027-03

中圖分類號：U418.8

文獻標識碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.05.008

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