常安高速公路路面結構優化設計分析

覃 翔，楊方偉

(長沙榕源交通技術咨詢有限公司)

1 項目概述

1.1 項目概況

湖南省常德至安化的高速公路工程位于湖南省中北部的常德市和益陽市轄區內，工程總長96.361 km，項目縱貫湖南省中部地區，將橫向的常張、長常、岳常、常吉、潭邵、邵懷、衡邵等多條高速公路及多條國道、省道連接起來，形成縱橫交織的交通網絡，有利于緩解京珠國道主干線的交通壓力。

1.2 氣候、水文條件

工程項目所屬區域為亞熱帶季風濕潤氣候區，四季分明，冬短夏長，最高溫達到43 ℃，最低溫達到－13.3 ℃，四季溫差變化較大。雨量豐富，年均降水量為1 324～1 551 mm，并由平原向山區遞增。且在這一區域內，水量豐富，河流屬長江水系，洞庭湖流域，主要河流有阮水、資水、東風河、滄水。

1.3 技術標準

結合項目工程的相關資料，在路面結構優化設計中，分為雙向四車道高速公路，設計速度為100 km/h，整體式路基寬26 m，其中，行車道寬設計為2 ×2 ×3.75 m，硬路肩寬2 ×3 m，中間帶寬3.0 m(中央分隔帶寬2.0 m，左側路緣帶寬2 ×0.5 m)，土路肩寬2 ×0.75 m;分離式路基寬13 m，其中:左側土路肩寬0.75 m，左側硬路肩寬1.0 m，行車道寬2×3.75 m，右側硬路肩寬3 m，右側土路肩寬0.75 m，其技術標準符合各項規程、制度。

2 常安高速公路路面優化設計需要解決的難點分析

2.1 高溫穩定性

常安高速公路工程項目所處地區為最高氣溫超過40 ℃的夏炎熱區。在這種苛刻的環境下，必須要求路面混合料擁有極高的抗變形性能。同時，因為在這一個高速公路段，交通量較大且重載車比例高，這些都加重了公路路面負荷。此外，有部分路段為長大縱坡路段，高溫條件下重載交通對長大縱坡段層間剪切滑動也產生不利影響。因此，在進行路面結構優化方案設計時，需要重點關注在高溫條件下路面的抗車轍性能與抗剪性能。

2.2 水穩定性

工程項目沿線年降雨量約為1 500 mm 左右，屬于年降雨量＞1 000 mm 的潮濕區。通過對湖南地區整體高速公路使用情況的分析，可看出部分路段的早期水損害問題仍然比較嚴重。因而，在進行路面結構優化設計時，必須充分考慮到混合料設計、原材料指標控制等對水穩定性方面問題。

2.3 低溫抗裂性

常安高速公路工程項目所處地區的年極端最低氣溫低于－10.0 ℃，屬于冬冷區。因此，進行優化設計時，既要保證路面擁有足夠高溫穩定性，又要確保其具備一定的低溫抗裂性能。

2.4 抗疲勞性

高速公路的交通量大，且重載車較多，極易造成瀝青路面結構層疲勞破壞現象的形成，因此，需在優化方案中采取相應的措施提高其抗疲勞性能。

總之，在常安高速公路路面結構優化設計方案中，需要以解決重載交通下車轍病害問題和早期水損害的問題為主要方向。通過優化路面結構、合理設計混合料、嚴格控制施工質量，并對特殊路段特殊處理，達到減少早期病害、提高路面耐久性、降低全壽命周期成本的目的。

3 瀝青結構層的優化分析

在原設計中，瀝青路面結構層為:上面層為4 cm 改性瀝青SMA－13;中面層為6 cm 改性瀝青AC－20C;下面層為8 cm 普通瀝青AC－25C。進行優化設計時，結合路面結構層的厚度及路用性能，對瀝青路面結構層進行如下優化。

3.1 瀝青上面層優化

根據常安高速公路通車后的交通量預測，在初期沒有太大交通量的情況下，路面荷載的影響深度主要在于中面層，因此從功能性和經濟性這兩方面考慮，在優化中，在上面層采用4 cm 厚AC－13C，瀝青采用SBS 改性瀝青，在有效降低工程造價成本的同時，也能充分滿足其功能要求。

AC－13C 采用石質較堅硬、耐磨耗的集料，如玄武巖和輝綠巖等，以確保抗滑磨耗表層的功能(如表1)。在此基礎上，將地產的輝綠巖材料用于上面層，相比于SMA－13 所需要的外購的玄武巖便宜，造價有所降低。并且，考慮到工程項目所在地為高溫多雨潮濕區，在上面層采用AC－13C 型瀝青混凝土。

表1 AC－13C 混合料試驗技術指標

3.2 瀝青中、下面層優化

原施工圖設計方案的中、下面層結構為:中面層6 cm 的AC－20C、下面層8 cm 的AC－25C，瀝青的中面層所在層處于整個路面結構的高剪應力受力區域，在高溫地區重載交通條件下，中面層應具有較好的高溫穩定性，因此，中面層需要采用高溫穩定性較好的瀝青混合料，瀝青膠結料采用SBS 改性瀝青。瀝青的下面層主要起承重層及粘結層的作用，同時還必須具有較好的抗疲勞性能和抗水損害性能，因此需要采用50#A 級道路石油瀝青。

在優化設計中，將原方案中面層6 cm 的AC－20C 調整為6.0 cm 的Sup－20，膠結料采用改性瀝青，并要求達到PG 70－22 級性能標準;下面層8 cm 的AC－25C 調整為8 cm的Sup－25，采用50#道路石油瀝青，要求達到PG 64－16 級性能標準。

3.3 水穩基層優化

在原路面結構設計中，由于水泥劑量用量較高，水穩易產生裂縫，1 cm 的石油瀝青表處不能起到抗反射裂縫的作用。因此，在優化設計中，水穩基層通過降低水泥劑量的方式來控制水穩裂縫的產生，同時采取有效的工程措施來延緩瀝青路面的反射裂縫。在水穩基層和瀝青面層之間設置防水粘接層，以便瀝青面層的應力和應變因離開應力集中的接縫或者裂縫端部而得到降低。同時，加強加鋪層結構的抗拉能力與抗剪能力。其中，在防水粘接層類型的選擇方面，結合高性能聚酯玻纖布、稀漿封層、橡膠瀝青應力吸收層(SAMI)等三類防水粘接層的特點分析，優先選用1 cm 橡膠瀝青應力吸收層來延緩瀝青路面的反射裂縫。

4 常安高速公路路面優化設計的對比分析

4.1 技術分析

傳統的AC 型瀝青混合料采用懸浮密實型連續級配，高溫穩定性較差，即使對其級配進行調整，也難以避免傳統設計方法的缺陷。而傳統的馬歇爾設計方法采用擊實成型試件，不能準確模擬路面壓路機實際碾壓的揉搓效果，因此導致試件油石比往往較實際路面大0.3%至0.5%。而在優化設計方案中，引入Super pave 技術從施工檢測及工程應用效果來看，Super pave 設計的瀝青混合料表面均勻、密實，高溫性能有較大程度的提高，抗水損害性能良好，其各方面性能均優于傳統的懸浮密實型AC 混合料，能提高整體的路面性能，特別是高溫抗車轍性能。

4.2 路面基本建設費用分析

優化方案較原設計方案將有效提高路面性能和延長路面使用壽命。并且，通過清單報價計算，優化后的主線路面結構比原設計路面結構可節約基本建設費用2 219 萬元。

4.3 使用效果分析

目前，我國高速公路瀝青路面的研究和發展方向是，延長瀝青路面的使用壽命，減少早期損害，更好的體現全壽命周期成本設計理念。通過上述分析所得，常安高速公路路面結構優化將在解決原工程項目中的特點及難點問題，在保證路面優質服務功能的基礎上，實現路面“耐久、節約、環保”的目標。

5 結束語

優化設計的目的在于，在保證使用功能的前提下，能有效降低造價。而通過綜合評估得出，原設計路面結構建筑安裝工程費預算為83 556.84 萬元;優化后路面結構建筑安裝工程費預算為80 450.27 萬元，優化后路面結構比原設計路面結構節省造價3 106.57 萬元。二者對比可看出，常安高速的路面結構優化方案既節約了投資，也保證了路面結構的使用功能，在經濟上和技術上均是可行的，且技術經濟效益明顯，能有效降低工程造價。

［1］彭宏圖.混合式基層瀝青路面的疲勞特性分析研究［J］.公路工程，2013，(4).