公路改擴建路面工程設計存在問題及對策分析

孫 菲

（廣東華美加工程顧問有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

近幾年廣東省公路通車里程持續增加，截至 2018 年底，全省公路通車里程達 21.77 萬 km。隨著粵港澳大灣區的進一步開放發展，道路通行壓力逐漸提升，公路改擴建及路面改造工程也將逐漸增多。但改擴建路面工程仍存在較多問題，例如使用壽命短、工程造價高、路面破壞嚴重等［1］。本文將結合廣東省公路建設現狀，對干線公路路面工程改擴建設計存在的問題及對策進行分析。

1 廣東省公路路面建設現狀分析

根據對珠三角（廣州）、粵北（韶關）、粵東（汕頭）、粵西（湛江）等典型地方干線公路使用現狀調查，結果分析如下。

1）廣州地區路面結構多為水泥、瀝青或白加黑等結構。韶關地區在 2010 年以前多以水泥路面為 主，在 2013 年之后，瀝青路面開始增多，但是在交通量比較小和縱坡比較大的路段，依舊采用水泥路面，在山區改擴建路面結構更傾向于水泥路面。汕頭地區路面改造以白加黑為主。湛江地區高等級公路一般采用瀝青路面為主，交通荷載較大地區仍考慮采用水泥路面。

2）平交口路面瀝青路面車轍、擁包等病害嚴重，即使路面添加抗車轍劑等材料仍然破壞嚴重。

3）水泥混凝土路面主要病害包括裂縫、破碎板等，其中裂縫占比約 70 %；瀝青路面主要病害包括龜裂、車轍、縱向裂縫、橫向裂縫以及修補等病害，其中龜裂占比約 50 %。

4）穿城公路路面加鋪高度受限，加鋪結構太厚不利于兩側居民出行。

5）地方公路超載車輛較多，水泥穩定碎石等傳統半剛性基層產生反射裂縫問題較為嚴重。

6）郊區公路以重交通為主，面層一般采用 AC-16 級配設計，抗車轍性能較好；穿城公路以小客車為主，采用 AC-13 級配設計，防水性能較好。

7）路面改擴建工程對舊路面材料的利用不充分，材料再生循環利用率較低。

2 路面工程改擴建設計中存在問題分析

2.1 路面處治方案不能充分解決舊路面問題

結合廣東省干線公路路面建設現狀和以往舊路改造項目設計經驗，認為舊路處治方案設計中主要存在以下幾點問題。

1）改擴建路面設計時，一般能夠根據原有路面狀況的調查和評估的結果，進行路面損壞分析，分段擬定路面處治方案。但針對舊路病害的處治往往缺乏準確的判別標準和質量控制標準，造成施工現場難以正確判斷路面處治方案。

2）早期廣東省較多城鎮路段原路面基層下有較厚的砂石材料，單純的進行路面處治后進行加鋪設計，導致路面標高抬高，不利于兩側居民的出行。

3）舊路面各結構層再生處治方法設計不合理，尤其是水泥混凝土路面，應充分分析集中再生利用與就地再生利用的適用條件，提高路面處治效果，降低環境污染。

2.2 舊路面材料再生利用不充分

1）《粵港澳大灣區發展規劃綱要》指出，大灣區將實行最為嚴格的環保要求，建立環境污染“黑名單”制度，推進資源全面節約和循環利用［2］。因此，對廣東省公路改擴建設計路面材料的充分再生利用設計提出了更為嚴格的要求。目前在公路改擴建設計中，對材料的綜合循環利用設計不夠全面，對再生骨料通常設計用于工程項目的水穩基層等建設，而針對其他細料等未進行充分設計利用，導致廢舊材料的循環利用率大大降低。

2）結合改擴建項目設計情況來看，對廢舊路面材料通常采用廢棄處治或集中堆放用于其他工程項目，未能夠最大限度地利用于設計項目工程，既造成了環境污染，又加大回收材料后期的處治難度。

2.3 路面加鋪結構設計保守且針對性不高

1）一般舊路經過多年使用后，路面病害較為復雜，不同路段路面結構強度相差可能較大，若均采用同一種加鋪結構，則加鋪路段改建后的路面結構力學性能相差較大，可能造成部分路段強度富余較多，而部分路段結構偏危險。這種路面結構設計保守，且未能充分針對舊路狀況進行加鋪設計，針對性不強，使得道路使用壽命不長，增加公路養護和大修的費用。

2）“白加黑”是目前舊路改造常見的處治方式，舊水泥混凝土路面作為路面基層，極易產生反射裂縫，大大降低路面的使用壽命，造成后期養護及處治難度加大［3］。

3）加鋪結構基層設計通常采用水泥穩定碎石類半剛性基層材料，結合實際工程調研結果來看，這種加鋪結構容易產生反射裂縫，尤其針對特重交通等級路段。

3 改擴建設計關鍵問題解決對策分析

3.1 舊路處治方案分析

舊路面改擴建設計應結合路面結構承載力狀況、路面損害狀況及交通荷載等級等因素，采用動態設計理念，綜合分析舊路的處治及利用方案。

3.1.1 舊瀝青路面處治判別標準

舊瀝青路面處治主要結合舊路強度、承載能力以及路面破損狀況進行判斷，結合JTGD 50－2017《公路瀝青路面設計規范》對改擴建路面結構的驗算方法，涉及舊路結構材料強度和模量等設計參數，為便于施工質量控制，建議將路表彎沉質量標準控制在 35（0.01 mm）mm 以內，從而保證原路面結構強度和承載能力。詳細判斷方法與控制標準如表 1 所示，其中對舊路結構較好路段建議采用非開挖式地聚合物對路面結構進行注漿補強，既減少對路面結構的損壞，又能夠較好地提高路面結構的承載能力。

表1 舊瀝青路面處治判別和質量控制標準

3.1.2 舊水泥混凝土路面處治判別標準

舊水泥混凝土路面處治判別方法主要依據舊路面技術狀況評定等級進行判定，處治方案主要可分為兩種：路表處治后保留原路面或加鋪新結構層、舊路再生處治后加鋪新結構層，如表 2 所示。

表2 舊水泥混凝土路面處治判別和質量控制標準

目前對舊水泥混凝土路面再生處治工藝主要分為以下 3 種類型［4］。

1）集中破碎再生利用，采用固定地點統一集中破碎加工處理后再生利用。

2）就地碎石化再生利用，主要包括共振碎石化再生技術及多錘頭碎石化再生技術。

3）就地發裂再生利用，主要包括沖擊壓裂再生技術、板式打裂壓穩再生利用技術及微裂均質化再生利用技術。

結合近些年來較多研究和工程應用狀況來看［5，6］，沖擊壓裂和板式打裂壓穩技術應用相對就地碎石化和微裂均質化技術應用較少，主要是由于其施工對路面結構和周圍敏感構筑物的影響，限制了其使用范圍。微裂均質化技術是近幾年發展并逐漸應用的工藝，能夠較為徹底地消除板底脫空，對原路面基層和路基具有一定補強作用，使舊路面達到裂而不破的效果，較好地防治反射裂縫的產生，因此建議路面技術狀況評定結果為“良、中”路段可采用該技術。

與就地碎石化技術相比，集中再生利用技術對路面結構和周圍環境的影響較小，因此在滿足集中破碎再生利用條件時，宜采用集中破碎再生技術方案，其利用條件如表 3 所示。

表3 舊路集中破碎再生利用推薦條件

3.1.3 城鎮及標高受限路段路面處治方案設計

城鎮及標高受限路段路面處治方案設計主要考慮路面處治方案對兩側敏感構筑物及路面標高對居民出行的影響。對附近有敏感構筑物時，應優先采用集中破碎再生技術。對標高受限或需降低路面標高路段，建議挖除路基以上路面結構，其中基層下含有較厚砂石材料路段，宜挖除后集中再生利用，然后鋪筑新路面結構層。

3.2 舊路面材料綜合再生利用設計

1）對舊瀝青路面的再生利用方式主要分為廠拌熱再生、就地熱再生、廠拌冷再生、就地冷再生等。目前對舊瀝青路面材料的再生利用設計發展和應用較為成熟，較多省市頒布并實施相關技術指南或規范，一般再生后應用于路面面層或基層結構。

2）對舊水泥混凝土路面及半剛性材料基層（或底基層）的綜合再生利用設計主要指集中破碎再生后再生料的應用。應盡可能提高舊路材料再生循環利用率并應用于設計工程項目，避免資源的浪費與環境污染。通過碎石加工工藝（見圖 1），將廢舊路面材料進行破碎，其再生利用最大粒徑不宜超過 26.5 mm。

圖1 碎石加工流程

3）對再生成品集料可分為粗骨料（粒徑＞5 mm）、細料（粒徑≤5 mm）及細粉等，其中粗骨料可用于半剛性基層（底基層）、貧混凝土基層以及路緣石、邊溝、排水溝等交通附屬設施的建設，用于基層（底基層）材料設計時，其摻配比例應控制在 70 % 以內；細料可通過制砂機制成再生砂，用于水泥混凝土或水穩材料的設計；細粉可用于建筑圬工材料。

3.3 加鋪結構設計分析

舊路加鋪結構設計應綜合考慮結構設計的合理性、工程建設的經濟性以及對道路周圍環境的影響。結構設計的合理性要求對舊路強度進行檢測和統計分析，針對舊路不同強度等級進行路面結構設計驗算，提出對應的路面加鋪結構形式與施工質量控制標準；工程建設的經濟性不僅要保證對結構設計的合理性，而且要求綜合考慮新材料、新技術、新工藝的應用以及道路建設和養護的全壽命周期成本；對道路周圍環境的影響主要考慮加鋪路面結構標高對周圍居民出行及道路附屬構造物產生的影響。

1）加鋪結構設計驗算。干線公路改擴建項目大多設計建設較早，而隨著 JTG D50－2017《公路瀝青路面設計規范》新規范的頒布對路面結構改擴建設計驗算的要求更加嚴格。對改擴建項目加鋪結構設計驗算時，應充分調查交通荷載參數，明確設計路段交通荷載等級。舊水泥混凝土路面利用形式主要分為 3 類：①舊路補強后加鋪；②面層挖除再生，基層補強后加鋪；③路面結構挖除再生重建。其中針對第一類路面結構驗算時，原路面結構可劃入路面結構驗算層中，對結構材料模量及強度依據路面檢測結果進行設計驗算；對第二類路面結構驗算時，原路面結構不劃入路面結構中，采用未劃入路面的原路路基和留用路面結構頂面當量回彈模量進行設計驗算。

2）應力吸收層。通過調研顯示，較多地方公路“白+黑”改擴建工程為節約工程造價未鋪筑應力吸收層，通車后路面反射裂縫產生較為明顯。在舊水泥板與加鋪瀝青層間設置應力吸收層，能夠有效地消散板體裂縫在瀝青面層處產生的集中應力，防治“白+黑”路面結構反射裂縫的產生。中等及以下交通等級路面的應力吸收層厚宜采用 1～3 cm，重及以上交通等級宜采用 2～4 cm，實際設計時應結合當地工程經濟狀況，考慮全壽命周期成本，合理設計。

3）新工藝的應用。目前，加鋪路面結構多采用水泥穩定碎石基層+瀝青路面（或水泥混凝土）路面結構形式，傳統的半剛性基層易產生干縮開裂從而引起路面反射裂縫、水損害等問題。近些年，填充式大粒徑水泥穩定碎石基層路面應用和發展逐漸成熟，該技術是由大粒徑主骨料構成骨架，水泥穩定碎石填充料填充骨架空隙，經壓實形成的一種路面材料，整體呈現柔性特征，其強度主要來源于主骨料間的骨架嵌鎖作用，填充料起到穩固主骨料作用，具有良好的抗裂性、足夠的承載力和穩定的抗車轍性能，適合應用于瀝青的上基層。與普通水泥穩定碎石結構相比，由于其克服了自身的干縮開裂問題，既保護了瀝青面層，又使傳遞荷載能力更加均勻，對下基層起到很好的保護作用，可大幅延長半剛性基層瀝青路面整體結構的使用壽命。

4）車轍防治措施。對交通量等級較大的平交口路段，可考慮在路口 100 m 范圍內采用剛性基層瀝青路面或水泥混凝土路面。采用瀝青路面時，對面層材料應通過調整級配、添加抗車轍劑、選用高品質改性瀝青等方式提高面層的高溫抗車轍性能，并適當提高瀝青中上面層的原材料與瀝青混合料的高溫技術指標要求。

3.4 路面拼寬設計

路面拼寬設計是改擴建工程的重點，設計不當容易造成路面裂縫，影響路面使用壽命。路面拼寬設計主要考慮以下幾個方面。

1）接縫位置設計應避免位于行車輪跡帶處。受車輛荷載的作用，輪跡帶處接縫更容易出現早期破壞。

2）半剛性基層與瀝青面層間應增加防反射裂縫設計，可鋪設一層單邊燒毛土工布。

3）新舊路面拼接臺階設計。從結構穩定性、造價和施工難度考慮，拼接臺階數量不宜超過 3 個，搭接寬度不宜＜0.3 m。

4）窄路肩（寬度＜2.5 m）加寬時，路面基層結構應考慮施工方便性，宜采用低強度等級的水泥混凝土或素混凝土等非碾壓式材料。

4 結語

綜上所述，干線公路改擴建路面工程設計，應對舊路進行科學合理的處治、利用、設計。在設計過程中要充分遵循“節約資源、保護環境、充分利用、注重實效”的原則，引入“動態設計”“全壽命周期成本”的理念，在滿足行車需要的前提下充分考慮不同技術方案（包括路面結構選型、再生技術、材料與工藝選擇、差異沉降處理等）與工程經濟的平衡性，提高改擴建路面工程的整體設計和施工質量，延長路面使用壽命。Q