高速公路加寬工程路面設(shè)計(jì)探討

廖勇剛

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，城市與城市的溝通發(fā)展日趨繁榮、城市與鄉(xiāng)鎮(zhèn)的協(xié)作發(fā)展逐漸緊密，致使交通量與日俱增，以往的干線、國(guó)道、高速公路已不滿足經(jīng)濟(jì)快速、可持續(xù)發(fā)展的需要，迫切需要構(gòu)建“以高速公路為主、新干線為輔”的新型公路網(wǎng)。當(dāng)前，高速公路擴(kuò)建工程的研究主要集中在軟基處理方面，根據(jù)不同地質(zhì)條件選擇合適的處治方案，而綜合考慮舊路與拓寬車道路基的差異、舊路修復(fù)等因素，對(duì)拓寬車道路面結(jié)構(gòu)組合的研究涉及較少。并且，目前國(guó)內(nèi)高速公路的改擴(kuò)建實(shí)例為數(shù)不多，尚無(wú)成熟的技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)，擴(kuò)建設(shè)計(jì)中存在不少的難題有待進(jìn)一步的共同探討研究。

1 項(xiàng)目概況

廣清高速公路位于珠三角沖積平原，地形平坦，偶爾有溶蝕殘丘分布。項(xiàng)目按汽車專用一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)修建，是國(guó)道107的組成部分?，F(xiàn)有車道數(shù)為四車道，路基寬23 m，包括中央分隔帶1.0 m，兩側(cè)左路緣帶各 0.5 m，兩側(cè)行車道各2×3.75 m，兩側(cè)硬路肩各2.25 m以及土路肩0.75 m，詳見(jiàn)圖 1。

廣清高速公路廣花段分兩期進(jìn)行施工。分別于1992年11月和1994年年底建成通車。由于廣花高速公路沿線地質(zhì)復(fù)雜多變，為了適應(yīng)軟土施工后沉降量大、沉降時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，部分路段采用了瀝青路面，主要為水泥混凝土路面，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況見(jiàn)表1。

表1 水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況一覽表

2 路面綜合評(píng)價(jià)

廣花高速公路水泥路面行駛質(zhì)量一般，路面平整度合格率較低(養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn))，其右幅主車道合格率為 73.2%，左幅僅為40.3%;水泥路面的主要病害包括斷板、裂縫、錯(cuò)臺(tái)、沉陷等，其中最嚴(yán)重的病害是裂縫板、斷板，并存在不同程度的脫空現(xiàn)象，板間傳荷能力差。

綜合分析，其主要原因如下:1)交通量大。2)路基路面排水系統(tǒng)不完善。3)水泥混凝土面板接縫填料損失嚴(yán)重。4)基層和底基層整體承載力不足。

3 路面設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)計(jì)算

1)標(biāo)準(zhǔn)軸載臨界荷位處(板縱向邊緣中部)產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力計(jì)算:

其中，σpra，σpsa分別為瀝青加鋪層下混凝土板在臨界荷位處的荷載疲勞應(yīng)力和標(biāo)準(zhǔn)軸載應(yīng)力，MPa;σps為無(wú)瀝青加鋪層時(shí)混凝土板在臨界荷位處的標(biāo)準(zhǔn)軸載應(yīng)力，MPa;ha為瀝青加鋪層厚度，m;ζ為荷載應(yīng)力折減系數(shù)。

2)溫度疲勞應(yīng)力計(jì)算:

其中，σtra為瀝青加鋪層下混凝土板在臨界荷位處的溫度疲勞應(yīng)力，MPa;σtr，σtm分別為無(wú)瀝青加鋪層時(shí)混凝土板在臨界荷位處的溫度疲勞應(yīng)力和最大溫度應(yīng)力，MPa;ζ′為溫度應(yīng)力折減系數(shù)。

3)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)。

舊混凝土面層的荷載疲勞應(yīng)力和溫度疲勞應(yīng)力之和，應(yīng)滿足預(yù)定可靠度水平的極限狀態(tài)表達(dá)式的要求:

3.2 設(shè)計(jì)方案

1)本次項(xiàng)目路線設(shè)計(jì)起、終點(diǎn)考慮到廣清的全線改造，只在舊路面上采取粗粒式瀝青罩面，作為過(guò)渡路面。

2)對(duì)于加鋪厚度不大于40 cm路段，直接實(shí)施3層瀝青面層，其下用ATB-25瀝青碎石作為調(diào)平層。

3)對(duì)于加鋪厚度40 cm＜H≤85 cm路段，在實(shí)施了3層瀝青面層和ATB-25瀝青碎石后，根據(jù)厚度實(shí)施1層～3層水泥穩(wěn)定層。

4)對(duì)于加鋪厚度85 cm＜H≤145 cm路段，實(shí)施新的85 cm厚路面結(jié)構(gòu)后，在舊路面和新路面結(jié)構(gòu)之間實(shí)施素石粉。

5)對(duì)于加鋪厚度大于145路段，在85 cm新路面結(jié)構(gòu)下直接填土。

在進(jìn)行加鋪設(shè)計(jì)之前，須對(duì)舊路病害進(jìn)行有效處治設(shè)計(jì)，避免對(duì)新路面造成影響。其處治措施主要按照有關(guān)舊路病害處治經(jīng)驗(yàn)和養(yǎng)護(hù)規(guī)范執(zhí)行。

3.3 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及路面類型的確定

1)主要技術(shù)指標(biāo)。

本路段所處自然區(qū)劃為Ⅳ7(華南沿海臺(tái)風(fēng)區(qū))。

瀝青混凝土路面的設(shè)計(jì)年限為15年，設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上的累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載(100 kN)作用次數(shù) Ne=3.911×107次，設(shè)計(jì)彎沉0.182 mm。

水泥混凝土路面的設(shè)計(jì)年限為30年，水泥混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度以齡期28 d的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(fr=5.0 MPa)為標(biāo)準(zhǔn)。

表2 瀝青混凝土設(shè)計(jì)參數(shù)表 MPa

2)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其參數(shù)。

根據(jù)交通量分析、定測(cè)批復(fù)意見(jiàn)及沿線筑路材料分布情況，經(jīng)計(jì)算綜合分析后確定路面結(jié)構(gòu)方案。

路面上面層采用SBS改性瀝青，中面層和下面層采用普通瀝青。

根據(jù)交通部部頒規(guī)范規(guī)定，采用專用路面計(jì)算程序，瀝青混凝土路面按設(shè)計(jì)彎沉和容許拉應(yīng)力雙指標(biāo)控制，各結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。

表3 路面表層及各結(jié)構(gòu)層表面竣工彎沉值 0.01 mm

由于路面各結(jié)構(gòu)層并不是以彎沉作為唯一控制指標(biāo)，因此在施工中，應(yīng)按照施工規(guī)范要求，分別進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)和控制，見(jiàn)表3。

4 注意事項(xiàng)

舊路路面加寬改造是項(xiàng)復(fù)雜的工作，每個(gè)項(xiàng)目都有其特殊性，從設(shè)計(jì)到施工，都須根據(jù)項(xiàng)目的具體情況，如舊路使用年限、舊路現(xiàn)狀、改造后達(dá)到要求等諸多方面考慮，還應(yīng)避免對(duì)現(xiàn)狀交通流量造成影響，注意新、舊路面的結(jié)合等，因此在舊路路面加寬改造中需要投入比新建項(xiàng)目更多的精力，達(dá)到項(xiàng)目的安全、經(jīng)濟(jì)和合理性。

[1] 廣東省公路勘察規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司.廣清擴(kuò)建先行段(流溪間大橋應(yīng)急搶險(xiǎn)段)施工圖設(shè)計(jì)[Z].2008.

[2] 姚祖康.公路設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:人民交通出版社，2006.

[3] JTG D50-2006，公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] JTJ 073.2-2001，公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].