某高速公路大修養(yǎng)護(hù)方案設(shè)計(jì)

耿慧敏

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，山西 太原 030012）

1 項(xiàng)目概況

某高速公路于2003年建成通車(chē)，全線為雙向四車(chē)道高速公路，其中2.8 km為水泥混凝土路面，其余路段除隧道采用水泥混凝土路面外，均為瀝青路面。隨著交通量的快速增長(zhǎng)，特別是超載車(chē)輛的大幅增加及其他各方面因素的影響，路面出現(xiàn)了較大范圍的病害，使得高速公路服務(wù)水平明顯下降，影響了行車(chē)舒適感。

根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果，本項(xiàng)目路面現(xiàn)狀總結(jié)為：①重載車(chē)為主，路面結(jié)構(gòu)偏?。虎谂潘到y(tǒng)工作良好；③通車(chē)已5年，路基沉降已較穩(wěn)定；④重丘區(qū)病害以裂縫為主，山嶺區(qū)以車(chē)轍、坑槽、修補(bǔ)為主。

2 路面大修養(yǎng)護(hù)工程方案

本次養(yǎng)護(hù)方案的基本思路是：根據(jù)不同處理原則對(duì)現(xiàn)有瀝青混凝土路面進(jìn)行病害處治后罩面補(bǔ)強(qiáng)，并對(duì)罩面層分層進(jìn)行功能性設(shè)計(jì)。

2.1 路面結(jié)構(gòu)計(jì)算

本次養(yǎng)護(hù)工程按大修補(bǔ)強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)期按10年考慮，根據(jù)《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D50—2006）對(duì)路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。

2.1.1 現(xiàn)有路面當(dāng)量回彈模量

現(xiàn)有路面通車(chē)5年后，計(jì)算彎沉值與當(dāng)量回彈模量相關(guān)關(guān)系見(jiàn)圖1。

圖1 彎沉值與當(dāng)量回彈模量相關(guān)關(guān)系圖

2.1.2 罩面補(bǔ)強(qiáng)厚度計(jì)算

確定原路面當(dāng)量回彈模量后，用彈性層狀體系理論計(jì)算補(bǔ)強(qiáng)層厚度計(jì)算。對(duì)補(bǔ)強(qiáng)層以設(shè)計(jì)彎沉值和補(bǔ)強(qiáng)層層底拉應(yīng)力為指標(biāo)進(jìn)行控制。

根據(jù)分段計(jì)算彎沉值分布情況，本次設(shè)計(jì)計(jì)算3種彎沉值條件下最小補(bǔ)強(qiáng)層厚度，見(jiàn)表1。

表1 3種計(jì)算彎沉值條件下最小補(bǔ)強(qiáng)層厚度

表1中，考慮罩面后整個(gè)瀝青混凝土層較厚（>26 cm），設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算時(shí)路面結(jié)構(gòu)類(lèi)型系數(shù)取1.6。

考察本項(xiàng)目分段計(jì)算彎沉值L0情況，多分布在30（0.01 mm）左右，且罩面補(bǔ)強(qiáng)前將對(duì)路面病害（特別是結(jié)構(gòu)性病害）進(jìn)行徹底處理，處理后L0會(huì)有一定程度降低。綜合考慮滿足使用要求、節(jié)省造價(jià)、減少施工工期等因素，本設(shè)計(jì)罩面厚度按12 cm進(jìn)行控制，原路面強(qiáng)度不足路段處理標(biāo)準(zhǔn)按30（0.01 mm）進(jìn)行控制。

2.2 大修設(shè)計(jì)技術(shù)方案比選

本設(shè)計(jì)根據(jù)交通軸載、路面病害分布情況及路線特征分段制定大修方案。在滿足補(bǔ)強(qiáng)要求的前提下，對(duì)罩面結(jié)構(gòu)分層進(jìn)行功能性設(shè)計(jì)。

2.2.1 緩坡路段大修方案比選

緩坡路段主要為重丘區(qū)路段：路段特征為：①縱坡較緩；②裂縫類(lèi)病害嚴(yán)重，裂縫處水損害明顯；③強(qiáng)度相對(duì)較差。

主要設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：在滿足補(bǔ)強(qiáng)要求的前提下，提高路面抗裂性能、抗疲勞性能、抗水損害性能。

根據(jù)主要設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)緩坡路段提出以下兩個(gè)比選方案，見(jiàn)表2、圖2和圖3。

方案說(shuō)明：

方案A-1和方案A-2的相同點(diǎn)：①SMA-13中摻加0.3%～0.5%木質(zhì)素纖維；②SMA-13和FAC-20混合料中均摻加4%～5%SBS改性劑。

方案A-1和方案A-2的不同點(diǎn)：①改善FAC-20：FAC-20混合料中瀝青用量根據(jù)馬歇爾試驗(yàn)確定的最佳瀝青用量增加0.2%～0.3%；FAC-20混合料摻加約0.3%聚丙烯晴纖維或聚酯纖維；②橡膠瀝青碎石應(yīng)力吸收層：先打磨原路面1 cm，再施工1 cm橡膠瀝青碎石應(yīng)力吸收層。

表2 緩坡路段大修方案比選表

圖2 方案A-1示意圖

圖3 方案A-2示意圖（推薦方案）

2.2.2 長(zhǎng)大縱坡路段大修方案比選

長(zhǎng)大縱坡路段主要為山嶺區(qū)路段，路段特征為：①縱坡較長(zhǎng)，坡度較大；②車(chē)轍病害嚴(yán)重且反復(fù)出現(xiàn)，水損害明顯；③層間分離明顯。

主要設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：在滿足補(bǔ)強(qiáng)要求的前提下，提高路面高溫穩(wěn)定性能、層間防水及抗剪能力。

根據(jù)該路段主要設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，提出以下兩個(gè)比選方案，見(jiàn)表3、圖4和圖5。

表3 長(zhǎng)大縱坡路段大修方案比選表

圖4 方案B-1示意圖（推薦）

方案說(shuō)明：

方案B-1：①SMA-13和FAC-20混合料中摻加4%～5%SBS改性劑；②SMA-13中摻加0.3%～0.5%木質(zhì)素纖維；③FAC-20混合料采用PG-82瀝青。

方案B-2：經(jīng)計(jì)算，30 cm以上板厚能滿足使用要求，建議采用32 cm板厚。方案B-2為銑刨面層（約16 cm）+基層（約26 cm）后，施工32 cm雙鋼混凝土面板+10 cm再生瀝青砼基層?；炷撩姘宀捎秒p層鋼筋網(wǎng)+鋼纖維，瀝青砼基層為銑刨的面層廢料熱再生瀝青砼。

2.3 路面病害處理

罩面補(bǔ)強(qiáng)前應(yīng)先進(jìn)行病害處理。綜合考慮現(xiàn)有路面強(qiáng)度及路面病害密度、程度，對(duì)本項(xiàng)目路段不同路面狀況組合進(jìn)行分類(lèi)，分類(lèi)時(shí)以彎沉指標(biāo)、路面破損率指標(biāo)、車(chē)轍指標(biāo)3個(gè)指標(biāo)進(jìn)行控制。

考慮到較厚罩面層對(duì)路面功能性病害的改善恢復(fù)作用，本次設(shè)計(jì)中路面病害處理較前次設(shè)計(jì)減輕了功能性病害處理力度，重點(diǎn)放在處理結(jié)構(gòu)性病害。病害處理方案見(jiàn)表4。

表4 路面病害處理方案表

從表4中看出彎沉指標(biāo)、路面破損率指標(biāo)、車(chē)轍指標(biāo)具體內(nèi)容為：

2.3.1 彎沉指標(biāo)L

根據(jù)新設(shè)計(jì)彎沉值（0.28 mm）及計(jì)算的罩面厚度（12 cm），原路面強(qiáng)度不足路段判別標(biāo)準(zhǔn)為30（0.01 mm），故現(xiàn)有路面處理時(shí)結(jié)合病害情況，對(duì)彎沉連續(xù)大于30（0.1 mm）路段注漿或銑刨回填處理，處理后現(xiàn)有路面彎沉小于30（0.1 mm）。

2.3.2 路面破損率指標(biāo)DR

根據(jù)路面破損調(diào)查結(jié)果，本項(xiàng)目路面主要破損為橫縫、縱縫、局部沉陷、龜裂、坑槽和修補(bǔ)6種。橫縫、縱縫、局部沉陷、龜裂對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度影響較大，且橫縫、縱縫處多伴隨產(chǎn)生0.6～2 m2的局部沉陷和龜裂；坑槽多為0.1～0.4 m2的面層水損害；修補(bǔ)多為0.8～4 m2的局部沉陷和龜裂的修補(bǔ)，部分修補(bǔ)處重新出現(xiàn)開(kāi)裂或坑槽，且強(qiáng)度檢測(cè)顯示修補(bǔ)處多存在彎沉較大現(xiàn)象。

參照《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JTJ 073.2—2001）中路面破損率計(jì)算方法，對(duì)本項(xiàng)目路面破損率進(jìn)行計(jì)算：

式中：DR：路面破損率，%；

A：路段總面積，m2；

Dij：第 i類(lèi)損壞、j類(lèi)嚴(yán)重程度的實(shí)際破損面積（m2），裂縫破損面積為：裂縫長(zhǎng)度（m）×0.2，車(chē)轍作為單獨(dú)病害計(jì)，不計(jì)入Dij；

Kij：第i類(lèi)損壞、j類(lèi)嚴(yán)重程度的換算系數(shù)。

表5 路面破損換算系數(shù)K值表

根據(jù)前述的路面破損率計(jì)算式，計(jì)算單條車(chē)道（3.75 m寬）100 m長(zhǎng)度范圍本項(xiàng)目六類(lèi)主要破損形式各自單位數(shù)量的路面破損率。

表6 破損單位數(shù)量所占路面破損率（單車(chē)道100 m長(zhǎng)度）

通過(guò)分析本項(xiàng)目路面實(shí)際破損狀況，表7例舉了單條車(chē)道（3.75 m寬）100 m長(zhǎng)度范圍，路面破損率為2%和4%時(shí)，典型路面破損組合。

表7 典型路面破損組合（單車(chē)道100 m長(zhǎng)度）

根據(jù)上述分析，將路面破損率指標(biāo)DR分為3級(jí)：DR＜2%；2%≤DR＜4%；DR≥4%。

2.3.3 車(chē)轍指標(biāo)RD

由于本項(xiàng)目路段縱斷面較特殊，存在大量連續(xù)坡度大于2%的縱坡，該類(lèi)路段行車(chē)速度緩慢，荷載作用時(shí)間長(zhǎng)，極易造成車(chē)轍，且車(chē)轍主要集中在長(zhǎng)、大上坡路段。因此，將本項(xiàng)目路段車(chē)轍指標(biāo)按縱坡是否大于2%進(jìn)行區(qū)分分級(jí)。考慮到罩面因素，僅對(duì)嚴(yán)重車(chē)轍（RD≥25 mm）進(jìn)行處理。

根據(jù)本次路面病害處理方案決策表，統(tǒng)計(jì)各處理方案比重，見(jiàn)表8。

表8 路面病害處理方案表

3 結(jié)束語(yǔ)

在進(jìn)行具體的方案設(shè)計(jì)時(shí),要對(duì)各種方案進(jìn)行充分研究，然后綜合考慮具體工程的地質(zhì)條件、道路等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)以及使用要求、現(xiàn)場(chǎng)施工條件等因素,選擇最適宜的方案。①根據(jù)實(shí)際交通量和路面病害情況確定罩面厚度；②山嶺區(qū)長(zhǎng)大縱坡路段研究對(duì)比鋼筋混凝土路面與高模量瀝青混凝土路面，并給予抗車(chē)轍性能充分重視；③對(duì)路面補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)強(qiáng)度應(yīng)留有一定富余；④路面強(qiáng)度不足的判別應(yīng)以路面破損為主，彎沉為輔，路基注漿補(bǔ)強(qiáng)主要結(jié)合實(shí)際破損情況，在路基及基層無(wú)大問(wèn)題的情況下，應(yīng)減少銑刨量，盡量通過(guò)罩面解決面層問(wèn)題；⑤盡可能避免橋面罩面，不增加橋梁恒載；⑥對(duì)銑刨的瀝青混合料盡可能考慮再生利用；⑦路面施工路段長(zhǎng)度不宜太短，要考慮施工作業(yè)長(zhǎng)度。