高速公路路面設計的探討

聶 華

(綏陽縣交通運輸局)

本項目為設計速度80 km/h，路基寬度21.5 m 的四車道高速公路。設計根據《工可報告》及其《補充報告》平均交通量進行計算。

1 路面設計原則

路面設計根據交通量及其組成情況和公路等級、使用功能、當地材料、氣候、水文、土質等自然條件，結合本地區的實踐經驗，遵循因地制宜、合理選材、方便施工、利于養護的原則，結合路基進行綜合設計。

考慮到施工方便，排水順暢，以及交通長遠發展的需要，硬路肩路面結構采用同行車道一致的結構。路面采用瀝青混凝土，路基路面一次建成;各路面結構段之間設置過渡段。

2 路面設計界面

路面設計包括。

路基段路床頂面以上的路面結構。

互通式立交區主線、匝道及收費廣場路面以及分離式立交、通道、老路改移、支線等路面數量計入本冊。

對構造物之間路基長度小于50 m 的路段采用復合式路面結構。

收費廣場采用鋼筋水泥混凝土路面;通道路面采用水泥混凝土路面。

各路面結構類型之間設置過渡段。

橋梁路段橋面(含橋頭搭板)水泥混凝土頂面的瀝青鋪裝層;隧道路段水泥混凝土基層、平整層的瀝青鋪裝層。

收費廣場、硬路肩外側的停車區、服務區等附屬設施的路面工程數量納入相應各項工程內。

3 設計依據

(1)公路工程技術標準》JTG B01－2003;

(2)公路瀝青路面設計規范》JTG D50－2006;

(3)公路瀝青路面施工技術規范》JTG F40－2004;

(4)公路水泥混凝土路面設計規范》JTG D40－2002;

(5)公路排水設計規范》JTJ 018－97;

(6)公路自然區劃標準》JTJ003－86;

(7)公路環境保護設計規范》JTJ/T006－98;

(8)公路瀝青路面施工技術規范》JTG F40－2004;

(9)公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》JTJ052－2000;

(10)《公路路面基層施工技術規范》JTJ034－2000;(11)《公路水泥混凝土路面施工技術規范》JTG F30－2003;

(12)《貴州省駕歐至荔波高速公路工程可行性研究報告》。

4 路面設計參數

該項目位于V3(貴州山地過濕區)。軸載采用BZZ－100 中等交通等級，設計使用年限15年。交通量的計算依據《工可》及相關資料所提供的數據進行。以2015年為設計基年。互通匝道路面結構按瀝青混凝土路面設計，累計當量軸載按最大交通量匝道計算。路面設計、結構層參數詳見表1。

表1 路面設計參數表

表2 路面結構層參數表

5 路面材料

5.1 材料選擇

路面主要材料按因地制宜、經久耐用、節約投資的原則選擇，主要材料如下。

(1)瀝青采用70 號A 級道路石油瀝青(中、下面層用)和SBS 改性瀝青(表面層用)。

(2)根據黔高總司紀要［2011］205 號要求，本項目“路面上面層骨料采用沿線優質灰巖”。

(3)中、下面層用粗集料，設計主要從沿線料場開采或采購。

(4)基層用集料，主要從沿線料場開采或采購。

(5)瀝青面層用細集料，采用優質灰巖加工，不得使用加工橋涵混凝土碎石的邊腳料－石屑。

(6)水泥混凝土路面用粗集料采用強度不小于60 MPa的硬質灰巖，細集料應采用優質灰巖加工成的機制砂。

(7)瀝青路面用礦粉采用不含雜石的灰巖研磨，礦粉應干燥、潔凈，能自由地從礦粉倉流出。

5.2 混合料組成設計及技術要求

(1)表面層瀝青混凝土

表面層采用細粒式改性瀝青混凝土(AC－13)，其集料采用玄武巖加工，礦粉采用石灰巖磨細。瀝青混合料配合比必須進行馬歇爾試驗后確定，以確保合適的改性瀝青用量及礦料級配，瀝青混合料的技術指標應滿足設計或相關規范要求。

表3 AC－13 級配組成值

(2)中、下面層瀝青混凝土

中面層采用AC－20C，粗集料采用石灰巖。礦料級配范圍應符合《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40－2004)表5.3.2－2 中的規定。下面層采用AC－25C，粗集料采用石灰巖。礦料級配范圍應符合《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40－2004)表5.3.2－1、5.3.2－2 中的規定。

表4 熱拌瀝青混合料馬歇爾試驗技術指標

表5 瀝青混合料級配組成值

(3)透層、粘層、稀漿封層

①透層采用慢裂陽離子噴灑用乳化瀝青，粘層采用快裂陽離子噴灑用乳化瀝青。透層采用PC－2 型，粘層采用PC－3 型，須符合《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40－2004)表4.3.1，4.3.2 的質量要求和表9.1.4，9.2.3 中規格和用量要求。

②稀漿封層采用慢裂或中裂拌和乳化瀝青BC－1 型，須符合《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40－2004)表4.3.1，4.3.2 的質量要求和表6.5.5，6.5.6 中礦料級配及混合料技術要求。

(4)水泥穩定碎石

水泥穩定碎石集料級配應符合《公路瀝青路面設計規范》(JTG D50－2006)表6.1.6－2 中骨架密實型級配范圍的規定，其壓碎值不大于30%。7 d 無側限抗壓強度為3 ～4 MPa。

表6 水泥穩定碎石混合料級配范圍

(5)級配碎石

級配碎石集料級配應符合《公路路面基層施工技術規范》(JTJ034－2000)表6.2.7 中2 號級配的規定，其壓碎值不大于30%。

(6)水泥混凝土

收費廣場、隧道及通道采用水泥混凝土路面。材料技術要求符合《公路水泥混凝土路面路面設計規范》(JTG D40－2002)，水泥混凝土的28 天齡期設計彎拉強度:主線、互通匝道收費廣場、隧道路面設計彎拉強度fcm≥5.0 MPa;通道路面設計彎拉強度fcm≥4.0 MPa。

(7)橋隧鋪裝層防水

為確保橋面、小于1 km 隧道全段、大于1 km 隧道(下坡隧道入口300 m，上坡隧道出口300 m)防水質量和加強瀝青混凝土與橋面的連接，對所有橋面、長隧道入口均要求進行防水工程施工。施工前要求采用全自動封閉式打砂機對界面進行噴砂打磨，保證界面清潔、平整和干燥，噴涂要求均勻，無氣泡、表面不流淌，無堆積現象。防水材料相關技術指標如下。

表8 防水材料技術標準

6 路面結構方案及表面層集料選擇

6.1 路面類型比選

路面面層主要有瀝青混凝土和水泥混凝土兩大類型，瀝青混凝土路面和水泥混凝土路面在技術上各有其優缺點，強度上均能滿足高速公路的需要。

本項目處于山嶺重丘區，頻繁的高填深挖使得路基不均勻沉降難免出現，水泥混凝土路面是剛性路面，對變形的適應能力遠不及瀝青混凝土路面，對路基不均勻沉降也很敏感，極易產生錯臺、裂縫和斷板等病害，而且破壞后修復困難。而瀝青混凝土路面平整度好、噪音小、行車舒適性好、不反光、施工養護維修方便、對路基變形的適應性強，具有耐磨、孔隙率小、抗疲勞、高溫抗車轍、低溫抗開裂的優點，適用于本項目山區公路的特點。

綜合比較，由于本路段位于山區，氣候對公路的影響較大，瀝青混凝土路面對路基變形的適應性強，本項目路面面層采用瀝青混凝土路面。

6.2 下面層(ATB－25 和AC－25C)比較

AC－25C 為密級配瀝青混凝土，空隙率3.5% ～4.0%之間，能有效防止水進入路面結構，同時有較好的耐久性、高溫穩定性和低溫抗裂性;ATB－25 為瀝青穩定碎石空隙率4.5%左右，密水性較AC－25C 差，同時模量較AC－25C 低，因此對于相同的交通量，ATB－25 較AC－25C 應設計更大的厚度;ATB－25 耐久性一般，但相比AC－25C 能更好的防止水泥碎石穩定基層產生的反射裂縫。

從經濟方面比較，ATB－25 與AC－25C 都屬于熱拌瀝青混合料，都采用同類型的灰巖集料，生產拌合工藝相差無多，其最大的差別在于ATB－25 比AC－25C 的瀝青用量約低0.5 個百分點，然而在滿足相同交通荷載的情況下，ATB－25 要比AC－25C 厚2 cm 左右，因此綜合考慮其造價相差并不大。

目前貴州省高速公路多采用AC－25C 作為下面層，以ATB－25 作為下面層的情況僅在少量試驗路上出現過，其使用效果以及在貴州地區的適應性有待進一步觀測研究，因此該高速公路下面層選擇傳統的AC－25C 密級配瀝青混凝土。

6.3 基層選擇

水泥穩定碎石基層是高速公路中常用的一種半剛性結構，其強度和抗壓回彈模量都較高、水穩定性好，施工工藝成熟，結合項目沿線料較多，便于就地取材，易于機械化施工。在貴州地區石料來源又比較豐富，水泥供應也比較充足，因此優先采用。

6.4 推薦方案的確定

經綜合比選，推薦方案路面結構采用表面層4 cmAC－13+中面層6 cmAC－20C+下面層8 cmAC－25C+基層35 cm 水泥穩定碎石+底基層15 cm 級配碎石，總厚度68 cm。

6.5 路面表面層材料選擇

貴州省荔波至駕歐高速公路初步設計外業驗收會議紀要(黔高總司紀要［2011］205 號)中明確:“路面上面層骨料采用沿線優質灰巖”。據此要求，沿線共選擇灰巖料場6 處進行原材料試驗，目前毛體積密度、吸水率、壓碎值、飽和抗壓強度、粘附性等指標試驗均以完成，磨光值指標試驗尚在進行中，后期將綜合各項原材料性能指標，對沿線灰巖料場進行比選和推薦。

［1］公路工程技術標準(JTG B01－2003)［S］.

［2］公路瀝青路面設計規范(JTG D50－2006)［S］.

［3］公路瀝青路面施工技術規范(JTG F40－2004)［S］.

［4］公路水泥混凝土路面設計規范(JTG D40－2002)［S］.