G15高速公路瀝青路面大修方案設(shè)計要點分析與研究

唐聰（上海市市政規(guī)劃設(shè)計研究院，上海市　200031）

G15高速公路瀝青路面大修方案設(shè)計要點分析與研究

唐聰
（上海市市政規(guī)劃設(shè)計研究院，上海市200031）

以G15高速瀝青路面大修工程為依托，詳細(xì)介紹大修方案設(shè)計流程，指出舊瀝青路面狀況及結(jié)構(gòu)承載力評價、舊瀝青路面處治方案及加鋪層厚度是大修方案的設(shè)計要點。在舊瀝青路面性能評價基礎(chǔ)上提出了注漿加固再加罩4 cm改性瀝青SMA-13的整體設(shè)計方案，并提出不同路段具體的處治方案與彎沉驗收指標(biāo)。

高速公路；瀝青路面；大修工程；設(shè)計要點

0　引言

通常高速公路瀝青路面設(shè)計壽命為15 a，由于環(huán)境、設(shè)計、施工及養(yǎng)護等方面因素的影響，加上交通量的迅速增長，重載超載現(xiàn)場嚴(yán)重，導(dǎo)致瀝青路面在通車5～6 a就出現(xiàn)嚴(yán)重的車轍、裂縫、坑槽等病害，嚴(yán)重影響行車的舒適性與安全性。因此，目前我國許多高速公路瀝青路面需要進行大修設(shè)計，恢復(fù)良好的使用性能。國內(nèi)學(xué)者在此方面也進行了大量研究，例如任美龍［1］以廣佛高速為例，介紹了瀝青路面的路況、交通量、病害成因及維修改造方案，并詳細(xì)探討了路面結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的問題；溫高峰［2］從大修設(shè)計原則、路面修補原則、大修方案設(shè)計及標(biāo)準(zhǔn)方面，分析與研究了高速公路瀝青路面大修工程設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)；程珊珊［3］介紹了大修方案選擇與設(shè)計的過程，并重點分析了不同維修方案的對比、評估要點；時修云［4］以寧高高速瀝青路面大修改造工程為例，提出了分別以高模量瀝青混合料和乳化瀝青廠拌冷再生作為中、下面層路面結(jié)構(gòu)形式，并對具體施工工藝進行了探討。

本文對高速公路瀝青路面大修工程設(shè)計原則與要點進行分析，結(jié)合實體工程的路況調(diào)研結(jié)果，提出針對性的維修處理方案及驗收標(biāo)準(zhǔn)，為以后大修方案的設(shè)計提供參考。

1　工程概況

G15嘉金段（以下簡稱“嘉金高速”）北起嘉定區(qū)嘉瀏立交郊環(huán)北段，南至金山區(qū)S4莘奉金高速公路西段，全長64.96 km，上行為嘉定往金山方向，下行為金山往嘉定方向，現(xiàn)場養(yǎng)護樁號：K1266+908～K1331+873，是上海市高速公路網(wǎng)的重要組成部分，溝通著上海與蘇、浙兩省，是服務(wù)虹橋樞紐、F1賽車場等的主要通道之一。嘉金高速全線均為瀝青混凝土路面，分三次建成通車。

嘉瀏立交—滬寧立交段：養(yǎng)護樁號K1266+ 908～K1278+919，路線長12.011 km，雙向6車道，于2003年6月開工建設(shè)，2004年8月竣工通車。

滬寧立交—北青立交段：養(yǎng)護樁號K1278+919～K1283+410，路線長4.491 km，雙向6車道，于2003年5月開工建設(shè)，2006年1月竣工通車。

北青立交—S4莘奉金高速段：養(yǎng)護樁號K1283+ 410～K1331+873，路線長48.463 km，其中K1312+ 312以北為雙向6車道，以南為雙向4車道、中分帶按6車道預(yù)留，2007年2月底通車。

2　設(shè)計流程及要點分析

2.1設(shè)計流程

《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》（JTG D50—2006）［5］將高速公路瀝青路面改建工程分為以下幾個步驟：

（1）舊瀝青路面狀況調(diào)研與評價。主要內(nèi)容包括：裂縫率、車轍深度、行駛質(zhì)量指數(shù)、路面承載力等。

（2）根據(jù)檢測評價結(jié)果進行分段，并檢測與計算各路段的代表彎沉值。

（3）根據(jù)舊瀝青路面狀況及承載力評價結(jié)果，確定合理的舊瀝青路面處理方案。

（4）加鋪補強層設(shè)計

a.根據(jù)各路段的計算代表彎沉值計算原路面的當(dāng)量回彈模量；

b.擬定幾種可行加鋪補強層的厚度與組合，并根據(jù)工程實踐經(jīng)驗確定各結(jié)構(gòu)層的材料參數(shù)；

c.采用彈性層狀體系理論對加鋪補強層進行結(jié)構(gòu)驗算；

d.進行技術(shù)方案與經(jīng)濟性比較，確定最終高速公路舊瀝青路面大修設(shè)計方案。

2.2設(shè)計要點

根據(jù)高速公路瀝青路面設(shè)計流程可知，舊瀝青路面狀況及結(jié)構(gòu)承載力評價、舊瀝青路面處治方案及加鋪層厚度是整個設(shè)計過程的要點。

（1）舊瀝青路面狀況及結(jié)構(gòu)承載力評價

結(jié)合舊瀝青路面狀況與結(jié)構(gòu)承載力評價，對病害成因進行分析，確定針對性強、合理有效大修方案的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其中路面結(jié)構(gòu)承載力更是重中之重。只有結(jié)合路面實際破壞狀況及承載力評價結(jié)果才能找出病害產(chǎn)生的根本原因。

（2）舊瀝青路面處治方案

根據(jù)病害成因分析結(jié)果，確定舊瀝青路面的處治方案。對于僅存在瀝青面層破壞的路段，只需修補面層或銑刨加罩，但對于車轍、裂縫、坑槽等病害具體應(yīng)如何處理具有較大的研究價值；對于基層、底基層甚至路基損壞的路段，則需采用合理技術(shù)進行結(jié)構(gòu)補強。

（3）加鋪層厚度的確定

中醫(yī)辨證標(biāo)準(zhǔn):主癥:手足麻木,肢體疼痛。次癥:面色蒼白、倦怠無力、自汗畏風(fēng)、心悸、失眠、納呆、大便秘結(jié)或溏泄,舌質(zhì)暗淡或有淤點、或舌體胖大有齒痕,舌苔薄白或白膩,脈沉細(xì)。辨證為主癥2項、次癥2項以上,結(jié)合舌脈即可診為氣陰兩虛、淤血痹阻證。中醫(yī):消渴痹癥,辨證屬氣陰兩虛,淤血痹阻證。

加鋪層厚度是保證良好路用性能的基礎(chǔ)。加鋪層厚度不僅應(yīng)滿足路面結(jié)構(gòu)承載力（彎沉指標(biāo)）與層底拉應(yīng)力要求，還應(yīng)滿足加鋪層材料的最小壓實厚度要求。

3　舊瀝青路面性能調(diào)研及評價

3.1交通量及路面狀況調(diào)查

對全路段交通量進行統(tǒng)計分析，將車型分為11類，各種車型所占比例統(tǒng)計結(jié)果見表1。

將上述11類歸為小汽車、貨車、集裝箱三大類，各類車型所占比例如圖1所示。

從表1與圖1可以看出，該路段貨車與集裝箱比例超過30%，重車比例較高，因此對瀝青路面結(jié)構(gòu)強度要求較高。瀝青路面在重載交通的作用下，近年較多路段再次出現(xiàn)坑洞連片、翻漿沉陷等現(xiàn)象，部分超高路段內(nèi)部車道雨天路面積水嚴(yán)重，影響車輛行車安全。國際平整度指標(biāo)IRI＞2.3 m/km的路段為16.8 km，破損率超標(biāo)（DR＞0.4%）的路段超過50 km，顯示嘉金高速已進入大修周期。

3.2路面結(jié)構(gòu)承載力評價

路面結(jié)構(gòu)強度整治是路面大修工作的重點，對路面結(jié)構(gòu)強度的調(diào)查是道路大修方案確定的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。本次對各路段的結(jié)構(gòu)強度進行了調(diào)查或?qū)扔匈Y料進行了全面分析。根據(jù)《公路路面養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》（DB 31/T489-2010）［6］規(guī)定，衡量路面強度的指標(biāo)是路面結(jié)構(gòu)強度指數(shù)PSSI，計算公式如下：

表1　各車型所占比例

圖1　各類車型所占比例餅狀圖

式中：SSI為結(jié)構(gòu)強度系數(shù)，為路面設(shè)計彎沉（ld）與實測代表彎沉（l0）之比。

由于各路段修建時間不同，路表彎沉設(shè)計指標(biāo)不同，因此路面結(jié)構(gòu)強度評價標(biāo)準(zhǔn)存在差異。因此，根據(jù)各路段評價標(biāo)準(zhǔn)，分別進行路面結(jié)構(gòu)強度的評價。

從表3可以看出，滬寧立交—北青立交路段上行的路面結(jié)構(gòu)強度優(yōu)于下行。其中1車道路面結(jié)構(gòu)強度較差，上、下行1車道評價等級在良以下的比例依次為12.9%與23.6%。

表2　嘉瀏立交—滬寧立交路面結(jié)構(gòu)強度優(yōu)良百分率　%

表3　滬寧立交—北青立交路面結(jié)構(gòu)強度優(yōu)良百分率　%

從表4可以看出，北青立交—松浦二橋路1車道的路面結(jié)構(gòu)強度明顯優(yōu)于2車道和3車道。其中上行2、3車道路面結(jié)構(gòu)強度低于優(yōu)良的比例為24.1%與26.9%；下行依次為27.4%與24.3%，說明上行與下行路面結(jié)構(gòu)強度相當(dāng)。

表4　北青立交—松浦二橋路面結(jié)構(gòu)強度優(yōu)良百分率　%

綜上所述，對于大部分路段而言，上行路面結(jié)構(gòu)較差道重車分布比例大，因此路面結(jié)構(gòu)強度較差。由于該路段貨車比較高，因此全路段中20%路段路面結(jié)構(gòu)強度評價結(jié)果在良以下。因此需對路面進行結(jié)構(gòu)補強，然后再進行加鋪設(shè)計。

4　設(shè)計方案

4.1設(shè)計要求

由于交通部公路國檢標(biāo)準(zhǔn)的滿分要求為：國際平整度指數(shù)IRI≤2.3 m/km，路面破損率DR≤0.4%。同時考慮大修項目施工完畢開放交通后在車輛荷載作用下路面狀況會出現(xiàn)一定衰減，因此本次嘉金高速瀝青路面大修工程驗收指標(biāo)見表5。

表5　嘉金高速公路本次路面大修規(guī)定值

4.2整體設(shè)計方案

結(jié)合《公路路面養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》（DB31/T489-2010）［6］以及上海地區(qū)同類高速公路養(yǎng)護維修經(jīng)驗，擬采用如下總體方案對本段路面進行大修。

（1）對于IRI、DR有一項不符合大修擬規(guī)定值的路段，應(yīng)進行原路面維修以改善路面工作狀況后進行罩面處理。該工程考慮橫坡調(diào)整需要，對因橫向調(diào)坡需要加罩處理的路段，原則上對原路面進行拉毛后，先加罩1層瀝青混凝土調(diào)平層。

（2）設(shè)計彎沉需求值對半剛性基層路段進行評價，不滿足要求的路段均須進行必要的結(jié)構(gòu)補強；北青段瀝青面層總厚度超過30 cm，屬柔性基層路面，原則上不再加厚瀝青結(jié)構(gòu)層，按照設(shè)計彎沉需求值評價，不滿足要求的路段須結(jié)合其他指標(biāo)采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施對其進行整治。

（3）有鑒于嘉金高速公路承載狀況及損壞狀況的不同，在確定整治方案時，原則上依據(jù)2車道和3車道的整治需求，對整個半幅路面進行整修，以確保道路標(biāo)高縱橫向順接。

（4）路面結(jié)構(gòu)補強方案宜選擇交通影響小、實施周期短的加罩補強方案。根據(jù)國內(nèi)以及上海地區(qū)路面維修經(jīng)驗，舊路補強設(shè)計一般有舊路加罩補強、舊路結(jié)構(gòu)翻挖重建、路面現(xiàn)場冷再生、注漿加固等多種方案，其中注漿加固與加罩補強相結(jié)合是近年來上海較常采用的一種技術(shù)措施，具有工期相對較短、廢棄材料少、揚塵少，環(huán)境與交通影響小等特點。結(jié)合嘉金高速公路歷年來取得的相關(guān)工程經(jīng)驗，同時考慮到該項目交通流量大、項目實施社會影響大的特點，以及該工程的大修性質(zhì)，故本次路面大修原則上以加罩補強為主，對局部路面結(jié)構(gòu)強度不滿足要求的路段進行注漿加固再加罩補強，以全面恢復(fù)路面性能。

（5）加罩補強層材料及厚度設(shè)計。為保證全路段施工的連續(xù)性，路面結(jié)構(gòu)強度的均勻性，根據(jù)各路段代表彎沉計算原瀝青路面當(dāng)量回彈模量，以彎沉為設(shè)計指標(biāo)，最終確定全路段經(jīng)過結(jié)構(gòu)補強后加鋪4cm的SBS改性瀝青SMA-13。

4.3分段大修設(shè)計方案

由于各路段路面病害、結(jié)構(gòu)強度不同，因此必須針對不同路段采用不同的舊瀝青路面處治方案及補強加罩技術(shù)，并提出各階段路面結(jié)構(gòu)強度要求，具體維修方案與驗收標(biāo)準(zhǔn)見表6。

表6　各路段設(shè)計方案與驗收標(biāo)準(zhǔn)

5　結(jié)語

本文以G15嘉金高速瀝青路面大修工程為依托，對大修方案設(shè)計要點進行分析與研究。詳細(xì)介紹大修方案設(shè)計流程，分析了舊瀝青路面狀況及結(jié)構(gòu)承載力評價、舊瀝青路面處治方案及加鋪層厚度的確定作為大修方案設(shè)計要點的關(guān)鍵性。舊瀝青路面性能評價表明，該路段貨車與集裝箱比例超過 30%，導(dǎo)致路面國際平整度指標(biāo) IRI＞2.3 m/km的路段為16.8 km，破損率超標(biāo)（DR＞0.4%）的路段超過50 km；20%路段路面結(jié)構(gòu)強度評價結(jié)果在良以下。結(jié)合檢測結(jié)果確定采用注漿加固再加罩4 cm改性瀝青SMA-13的方案，根據(jù)路面狀況及結(jié)構(gòu)承載力針對不同路段采取相應(yīng)的舊瀝青路面處治方案及補強加罩技術(shù)，并提出各路段路面結(jié)構(gòu)強度要求。此設(shè)計方案已通過上海市交通委組織的專家評審，并完成施工圖設(shè)計。

［1］溫高峰.高速公路瀝青混凝土路面大修工程設(shè)計技術(shù)研究［J］.公路，2010（5）:100-101.

［2］任美龍，譚積青，喬翔.廣佛高速公路瀝青路面的結(jié)構(gòu)大修設(shè)計［J］.中外公路，2004（4）:28-31.

［3］程珊珊.高速公路瀝青路面養(yǎng)護與維修方案的選擇與設(shè)計［J］.公路交通科技，2005（5）:24-28.

［4］時修云，劉化學(xué)，吳昊，等.寧高高速公路路面改造方案設(shè)計研究［J］.上海公路，2013（3）:21-24，10.

［5］JTG D50—2006，公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范［S］.

［6］DB31/T489—2010，公路路面養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范［S］.

U418.6

B

1009-7716（2016）06-0048-04

2016-03-10

唐聰（1983-），男，上海人，工程師，從事道路設(shè)計、科研工作。