高速公路大交通量匝道白改黑設計方案
——以廣州北環高速公路沙貝立交匝道為例

柳子暉，聶 文，李 穎，熊春龍

(1.廣州北環高速公路有限公司，廣東 廣州 510507；2.廣州肖寧道路工程技術研究事務所有限公司，廣東 廣州 510641)

1 項目概況

作為我國最早建成通車的高速公路之一，廣州北環高速公路已有20多年運營期，東西方向分別與廣深高速、廣佛高速相接，全長21.652 km，同時也是G342國道福昆線(K978+096～K993+096)、S15沈海高速廣州支線(K10+884～K32+536)以及S81廣州環城高速公路(K0+000～K21+652)的一部分。北環高速于1991年3月動工，1993年11月8日瑤臺至沙河路段建成試通車，12月18日全線通車。作為廣州北部進城的交通要塞，北環高速車流量位居廣東省乃至全國首列，對加強廣州、其他珠三角城市以及港澳地區經貿互動，促進粵港澳地區經濟繁榮起著積極作用。

北環高速公路沙貝立交C匝道(環佛匝道)和D匝道(佛環匝道)現狀為水泥混凝土路面，經過調查，路面結構為：28 cm水泥混凝土面板+20 cm貧混凝土基層+20 cm水泥穩定碎石底基層(其中D匝道加寬段為20 cm貧混凝土底基層)。該區段交通量繁忙，大型載重車輛比例較大，特別是D匝道(佛環匝道)沙貝往東線方向的主交通流方向車流持續增加，斷面交通量已超過了上限值，屬于超負荷運營狀態，高峰期捆堵現象嚴重。D匝道于2015年加寬至四車道后，出現第二車道與第三車道縱向拉裂，錯臺，破碎板較為嚴重，如圖1所示。路面服務質量下降，且因北環高速近年已經進行白加黑罩面，C匝道、D匝道起終點均為瀝青路面，為提高C、D匝道服務質量，對C、D匝道進行修復并加鋪。

2 匝道罩面方案功能要求分析

沙貝匝道交通量大，小半徑和縱坡較大，斷面車輛制動頻繁，匝道上加鋪瀝青罩面的受力狀況較正常路段瀝青加鋪層復雜的現實，勢必會使加鋪層與水泥路面之間出現較明顯的層間剪切破壞，加鋪層易出現脫皮、推移等病害。因此，沙貝匝道C、D加鋪瀝青路面方案考慮為雙層結構，不同結構層位應具有不同的受力特點及功能要求。

上面層作為磨耗層，直接抵抗外界環境和車輛荷載的作用，要求其具有良好的行駛性能、抗滑耐久性能及一定的抗裂性能；下面層作為承重層，一方面主要抵抗車輛荷載對瀝青路面所施加的剪切應力，避免因抗剪強度不足而引起結構層失穩破壞，當承重層失穩累積變形達到上面層所能成承受的最大彎拉應變時，上面層底部開裂并向上發展形成貫通裂縫；另一方面由于原水泥路面的病害反射裂縫向上發展，也會導致上面層貫穿開裂；因此，匝道罩面方案下面層瀝青混合料要求具有良好的高低溫性能、抗裂性能、抗水損害性能和耐久性能。另外，瀝青加鋪層與水泥混凝土面板間應具有良好的抗反射裂縫及抗剪切能力，以抵抗由原水泥路面板反射上來的裂縫。

3 匝道罩面方案

在匝道加鋪前，先對原水泥混凝土面板出現的病害進行必要處治，基層強度不足的路段需對基層進行補強處理。綜合考慮該路段的原水泥面板病害情況、車輛荷載作用形式、交通量及工程投資，選用加鋪設計方案為如圖1所示。

圖1 加鋪設計方案

4 施工原材料質量控制要點

4.1 改性瀝青混凝土SMA-13

SMA-13組成成分包括：瀝青、纖維穩定劑、礦粉和少量的細集料，是一種間斷級配。由于較多的瀝青膠結料以及具有良好勁度的瀝青瑪蹄脂膠漿填充于粗集料的空隙之中，形成一種石-石嵌擠結構，從而使得SMA-13具有高溫抗車轍、低溫抗裂縫、良好的水穩定性、良好的耐久性以及良好的路用性能等特性。

本方案SMA-13采用設計級配如表1所示。其中，各項瀝青混合料馬歇爾試驗技術指標均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》JTGF40-2004要求。SMA-13瀝青混凝土采用PG88-22超強改性瀝青，超強改性瀝青技術指標應符合下表2要求。

表1 SMA-13瀝青混合料礦料級配范圍

表2 PG88-22超強改性瀝青技術要求

4.2 FAC-20高模量瀝青混凝土

富瀝青混合料(FAC)采用主骨架填充法(Coarse Aggregate Void Filling，CAVF)進行設計，由張肖寧教授于1995年提出。既使粗骨料發揮嵌擠效果形成骨架結構，又使細集料與瀝青充分填充主骨架空隙是主骨料空隙填充法(CAVF法)法的特點，由此使得混合料具有優良的密實程度，從而具備良好的抗車轍性能。

本方案采用的FAC-20高模量瀝青混凝土設計級配如表3所示。FAC-20高模量瀝青混合料采用如表2所示的PG88-22超強改性瀝青，該瀝青勁度模量超過12 KPa以上，使瀝青路面抗剪切能力進一步提高。

表3 FAC-20混合料設計級配

4.3 高彈改性瀝青應力吸收層

設置高彈改性瀝青應力吸收層主要目的是增加層間粘結，使路面結構作為一個整體抵抗交通荷載的作用，降低路面結構中剪應力，降低產生車轍、推移、擁包等結構失穩風險。其次，應力吸收層可增強路面結構防水功能，防止路表水滲透進道路基層中加劇基層損壞，避免因基層損壞導致的路面結構整體承載力不足。還可以增強路面抗反射裂縫能力，防治ATB材料和水泥板之間收縮系數差異造成的接縫處受力不同和水泥混凝土面板裂縫等病害反射至瀝青路面，保證路面結構中不出現貫通裂縫，提高路面結構整體耐久性。

本方案中的高彈改性瀝青應力吸收層級配控制范圍如表4所示，高彈改性瀝青技術要求如表5所示。

表4 高彈改性瀝青應力吸收層級配控制范圍

表5 高彈改性瀝青技術要求

5 結 論

瀝青混合料施工質量控制是保證各結構層的效能得到最大程度發揮的前提。本項目施工作業嚴格遵守瀝青路面施工質量管理要求，嚴格按照《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)進行檢查評定，同時建立健全有效的質量保證體系，并采用施工動態管理辦法，以期達到規定的質量標準，嚴格把控施工質量。該項目從2018年8月通車以來，在超大交通量荷載作用下，未發現有明顯的裂縫、車轍、脫皮以及推移等病害。因此，本文提出的白改黑設計方案能較好地應用于交通量大、小半徑、縱坡較大、斷面車輛制動頻繁等復雜路況的路段，該方案是實用和有效的，同時也能為大交通量匝道白改黑罩面建設提供一定的工程依據。