高速公路路面結構的優化設計

林森林

摘 要：本研究結合某高速工程實例，較深入地探討了高速公路路面結構的優化設計。通過闡述工程及氣候水文等方面的基本情況、技術標準，對高速公路路面結構設計難點進行了總結，詳細的探討了優化設計方案，對于提高高速公路設計的整體水平具有一定的借鑒作用。

關鍵詞：路面結構設計;高速公路設計;設計要點

1 高速公路工程概況

某高速公路工程95.8千米長，連接某省內縣市交通，在南北縱橫上搭建交通網絡。與工程建設要求相結合，優化路面結構設計過程中，高速公路主要采用四車道公路形式，設計最高通行速度為120千米/小時。工程施工區域具有充足的年降水量，亞熱帶季風氣候比較典型，全年溫度處于13.4～42.5攝氏度之間。因一年四季具有較大變化的溫差，降水分布呈現出季節性不均表現，在一定程度上增大了工程基礎性施工難度。此外，因地形較為復雜，交錯分布的山區和平原，使年降水量變化程度不均。在總體上因具有豐沛的水量，充足的降水，有效補給了河流，為所在區域生活生產用水提供了重要保證。

2 高速公路路面結構設計面臨的主要問題

2.1 高溫穩定性

針對高速公路工程建設區域的氣候而言，最高溫度在夏季不低于40攝氏度。受此惡劣環境的影響，混合料的抗變形性能應達到較高要求，對多樣復雜的氣候條件較為適用。而且，高速公路普遍具有較大的交通流量，尤其是行駛的部分大型車輛，由于自身具有較重的質量，對于路面的影響程度有所差異。

2.2 水穩定性

在高速公路工程施工區域，全年降水量平均可達到1 500毫米的較高水平，基本上其狀態保持相對潮濕。與施工當地實際情況相結合進行分析可知，結果顯示早期水損害問題具有較為突出的表現，對高速公路正常通行產生較為嚴重的影響。但在優化路面結構過程中，應對混合料配比、供應原材料等方面的一些因素充分考慮。

2.3 低溫抗裂性

在冬季因高速公路工程建設路段只有較低的氣溫，因此在路面結構設計中應保證冬季施工達到穩定的溫度，使不同溫度因素產生的不利影響盡可能消除，使道路提高低溫抗裂性能。

2.4 抗疲勞性

高速公路隨著日益增大的交通流量變大，逐漸出現較大的一些重載車輛，直接對瀝青路面結構產生嚴重損壞。因此，應選擇適宜的全面優化方案，使道路確保抗疲勞性較高。總而言之，在優化設計方案中，應對重載交通車輛問題采取有效措施妥善解決，使早期造成損害的不利影響盡可能得以消除。逐層采取優化設計方案，提高混合料配比的合理性，為后期施工質量提供更好地服務。

3 高速公路路面結構的優化設計

3.1 優化上層瀝青面

與高速公路交通量相結合，對道路在不存在交通壓力條件下的車輛行駛情況進行科學預測。結合目前實際可知，路面荷載力經常對中面層產生影響，應基于經濟性原則，針對目前存在的功能性問題進行妥善解決。在對路面結構設計優化中，不同層次采用4厘米改性瀝青施工可使相應需要得到保證。不只是整體建設成本可有效降低，還能使各層次的相應功能需求得到滿足。諸如確定灰綠巖或玄武巖等質地堅硬材料的主體成分，使表層明顯提高抗磨效果。

3.2 優化中下層瀝青面

基于原有施工方案，對中下面層結構模式予以明確。在路面整個結構中中下面層為高剪應力區，瀝青中面層效果較好。特別是在高溫條件下，溫度對瀝青混凝土表層內容將產生一定程度的影響。因此，在中面層應選擇具有良好穩定性的材料作為主體材料，選擇瀝青下面層的材料應以承重層方面功用為重點。

3.3 優化水穩基層

與原路面結構相結合，結果顯示在整體上采用的水泥劑量較高一些。以目前情況為基礎，程度不同的路面裂縫經常產生，通常瀝青材料不具有抗反射裂縫效果。因此，在優化設計水穩基層過程中，應對產生的水穩裂縫全面控制。而且，還要采取針對性措施提高處理效果，使產生瀝青裂縫的時間得到延緩。通常在瀝青面層與水穩基層之間設置防水黏結層，便于前后期施工操作，使產生裂縫的比率明顯降低。

4 高速公路路面結構優化設計比較

4.1 技術分析

傳統瀝青材料具有懸浮密實性連續級配的特點，較高溫度時難以應對。盡管原有材料有所改觀，但傳統設計方案產生的束縛不能被打破。馬歇爾設計方法對路面壓實情況不能準確進行模擬，還將產生很多裂縫問題。在優化設計方案過程中，應將Superpave技術引入基礎性施工檢測中。該設計方案可使瀝青混合料密實度得到有效保證，抗水性明顯提高。

4.2 污水管道設計

在高速公路工程路段中，對污水管出口與規劃污水出口污水排設置，出污水出口近期溢流規劃向雨水系統排入，遠期與相交道路污水系統連接。

4.3 對井、雨水口現狀進行檢查并設計管道

對已有雨水口及其連接管道重新修建，對排水檢查井根據加固圖進行改建，并清淤已有管道。排水工程設計中，設計中分帶排水，應將排水防滲設計在全線中分帶，有效避免路基受到3米綠化帶中的雨水侵蝕作用。在橋面雨水設計中，對橋面排水系統設置用于對橋面雨水的收集，經落水管向地面雨水口或收水井就近接入。

4.4 基本建設費用

優化及升級高速公路路面結構設計方案可使路面提高整體性能，路面明顯延長使用期限。而且，通過反復詳細進行測算，結構優化后所需費用比原設計所需費用明顯低很多，使道路施工及建設方的成本支出得到有效節約，工程性價比顯著提高。

4.5 使用效果

結合高速公路工程路面結構目前情況，關鍵在于道路瀝青延長使用期限，逐漸成為一個主要研究方向。結合上述分析結果發現，優化升級高速公路路面結構應使原存在的一些問題得到妥善解決，受環境因素產生的不利影響盡可能消除，為充分發揮整體功能提供重要保證，進而使工程建設目標達到更環保更節約的效果。

5 結語

綜上所述，根據高速公路工程路面結構優化設計目標可知，為使工程使用功能整體提升，在工程造價方面明顯減小不利影響。經比較分析結果顯示，工程整體建設中用于路面結構安裝的相關費用約為83 425.3萬元。隨著優化設計工程內部結構，可有效控制費用在81 395.3萬元，與工程設計優化前后結合分析，為有關單位節約支出2 000余萬元。據此可知，該高速路面結構優化方案的實踐價值較高，不僅使建設施工費用明顯降低，還可使整體功能得到進一步完善。無論在經濟還是技術等方面，該設計優化方案的可行性較高。不只是充分發揮技術經濟效益，還能明顯降低工程整體造價，對于提高高速公路設計的整體水平具有一定的借鑒作用。

參考文獻：

[1]吳國雄，曹陽，付修竹.舊水泥混凝土路面瀝青加鋪層設計影響因素研究[J].重慶交通大學學報（自然科學版），2008（5）：717-721.

[2]曾勝，何宇航.舊水泥混凝土路面瀝青加鋪層結構力學分析[J].長安大學學報（自然科學版），2008（2）：18-21+25.

[3]楊斌，楊建領，陳拴發，等.舊水泥混凝土路面破裂板瀝青加鋪層設計方法研究[J].廣西大學學報（自然科學版），2007（3）：235-237.

[4]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，2013，38（4）：128-132.

[5]王輝.重載高溫區瀝青路面結構與材料研究[D].中南大學，2008.

[6]王濤利.高速公路車轍病害軌道式銑刨鋪裝快速修復技術研究[D].浙江大學，2011.