高速公路長(zhǎng)壽命路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

賀 慧

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西晉中 030600)

近年來(lái)，我國(guó)高速公路建設(shè)取得了巨大成就。截止2012年，高速公路通車(chē)總里程9．56萬(wàn)km，總里程居世界第一。在我國(guó)高速公路路面設(shè)計(jì)中，半剛性基層瀝青路面占90%以上，水泥混凝土路面及復(fù)合式路面約為10%。在我國(guó)，高速公路設(shè)計(jì)年限一般為15年～30年，但令人震驚的是，部分高速公路存在使用3年～5年后即需大修的情況。在高速公路建設(shè)中，設(shè)計(jì)和施工是保證公路使用壽命的兩大關(guān)鍵因素。為解決我國(guó)高速公路的問(wèn)題，我國(guó)從國(guó)外引進(jìn)了長(zhǎng)壽命路面并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)性修筑，均取得了很好的效果。研究和推廣長(zhǎng)壽命高速公路路面，對(duì)于解決重、超載車(chē)輛對(duì)路面使用壽命的影響，延長(zhǎng)道路使用壽命，具有特別重大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 長(zhǎng)壽命路面概述

長(zhǎng)壽命瀝青路面的概念出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代，其理念是要建造一個(gè)不會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞且表面層材料根據(jù)需要很容易進(jìn)行修復(fù)的路面結(jié)構(gòu)。

在美國(guó)，長(zhǎng)壽命路面稱(chēng)作長(zhǎng)效性或永久性路面，其定義為:路面使用年限至少為35年，并且在使用年限內(nèi)路面不會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞，只需進(jìn)行周期性養(yǎng)護(hù)，平均罩面時(shí)間不少于12年。

在日本，長(zhǎng)期使用路面簡(jiǎn)稱(chēng)LSP，它的設(shè)計(jì)目標(biāo)是擁有2倍于現(xiàn)行路面的使用性能，因功能破壞而維修的周期在15年以上，結(jié)構(gòu)性壽命在40年～60年。

在國(guó)外許多國(guó)家，如加拿大、澳大利亞、南非等國(guó)家都對(duì)長(zhǎng)壽命路面進(jìn)行了研究，并取得了一定成果。目前，長(zhǎng)壽命路面在設(shè)計(jì)參數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)上還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，仍處在發(fā)展完善階段。

在我國(guó)，長(zhǎng)安大學(xué)、交通部公路科學(xué)研究所、江蘇交通科學(xué)研究院等單位對(duì)長(zhǎng)壽命路面進(jìn)行了研究，取得了不少成就。2003年，河南瑞貝卡實(shí)業(yè)有限公司與長(zhǎng)安大學(xué)合作進(jìn)行了《高速公路長(zhǎng)壽命路面典型結(jié)構(gòu)成套技術(shù)研究》，并在尉許高速上(2005年通車(chē))進(jìn)行了修筑，延長(zhǎng)道路使用壽命從15年提高到50年以上，榮獲“2006年度河南省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)”。2012年，北京市路政局選取國(guó)道108線作為長(zhǎng)壽命路面示范工程試驗(yàn)段進(jìn)行了修筑，取得了良好的效果。

2 我國(guó)常用高速公路結(jié)構(gòu)

在我國(guó)，新建高速公路的路面損壞現(xiàn)象也十分嚴(yán)重。常用的高速公路結(jié)構(gòu)主要有瀝青混凝土路面、水泥混凝土路面與復(fù)合式路面三種。

1)瀝青路面(見(jiàn)圖1)。優(yōu)點(diǎn):行車(chē)舒適性好;噪聲小;適應(yīng)性強(qiáng);養(yǎng)護(hù)維修方便。缺點(diǎn):耐水性差;溫度穩(wěn)定性差;平整度的保持性差。

圖1 瀝青混凝土路面

2)水泥路面(見(jiàn)圖2)。優(yōu)點(diǎn):穩(wěn)定性好;強(qiáng)度高;耐久性好;有利于夜間行車(chē);長(zhǎng)期保持平整度。缺點(diǎn):有接縫;修復(fù)困難;易脫空，產(chǎn)生斷裂破壞。

3)復(fù)合式路面(見(jiàn)圖3)。優(yōu)點(diǎn):綜合了瀝青混凝土路面和水泥混凝土路面兩者的優(yōu)點(diǎn)，可承受重大交通作用;改善平整度;有效利用舊水泥路面;改善公路環(huán)境;造價(jià)降低。缺點(diǎn):反射裂縫;水損害;推移。

圖2 水泥混凝土路面

圖3 復(fù)合式路面

我國(guó)常用的路面結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上還不夠完善。因此，研究設(shè)計(jì)適合我國(guó)經(jīng)濟(jì)條件、自然條件、資源條件的長(zhǎng)壽命瀝青路面是我們亟需解決的問(wèn)題。

3 長(zhǎng)壽命路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工

在河南尉許高速路面設(shè)計(jì)中，采用了“瀝青混凝土+水泥混凝土面層+瀝青聯(lián)結(jié)層”的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖4)，水泥混凝土板提供持久強(qiáng)大的承載力，瀝青混合料面層提供行車(chē)的安全性和舒適性。

3．1 路基施工

路基是路面的基礎(chǔ)，應(yīng)具有足夠的穩(wěn)定性和耐久性，能夠承受行車(chē)的反復(fù)荷載作用和抗御各種自然因素的影響。

施工技術(shù):機(jī)械碾壓法(見(jiàn)表1)、強(qiáng)夯法、沖壓(見(jiàn)圖5)、土壤改良等。

圖4 長(zhǎng)壽命路面結(jié)構(gòu)（尉許高速）

表1 各類(lèi)土質(zhì)適宜的碾壓機(jī)械

壓實(shí)施工:

1)碾壓前，應(yīng)檢查土的含水量(過(guò)濕則攤鋪晾曬，過(guò)干則灑水濕潤(rùn))。

2)開(kāi)始時(shí)宜用慢速，直線段由兩邊向中間，小半徑曲線段由內(nèi)側(cè)向外側(cè)，縱向進(jìn)退式進(jìn)行。

3)采用振動(dòng)壓路機(jī)碾壓時(shí)，第一遍應(yīng)不振動(dòng)靜壓，然后先慢后快，由弱振至強(qiáng)振。

4)壓實(shí)度須分層檢測(cè)，保證無(wú)漏壓、無(wú)死角，確保碾壓均勻。

3．2 基層施工

該層應(yīng)具有足夠的抗沖刷能力和一定的剛度，以防止唧泥和錯(cuò)臺(tái)等病害產(chǎn)生，采用18 cm厚的二灰(石灰、粉煤灰)穩(wěn)定碎石為基層。可摻入適量硫酸鈉，以提高早期強(qiáng)度，降低施工難度，保證工程質(zhì)量。

施工工藝:

準(zhǔn)備下承層→施工放樣→備料→拌和→運(yùn)輸→攤鋪→碾壓→接縫處理→養(yǎng)生(見(jiàn)圖6)。

圖5 路基沖擊壓實(shí)

圖6 二灰碎石養(yǎng)生

硫酸鈉的劑量不宜超過(guò)二灰干質(zhì)量的3%，以1%～2%為宜。

質(zhì)量控制的基本要求:土塊要打碎，生石灰須經(jīng)充分消解才能使用;混合料拌和均勻;碾壓達(dá)到要求的壓實(shí)度，養(yǎng)生期符合規(guī)范要求;表面平整密實(shí)、無(wú)坑洼;接槎平整、無(wú)縫隙。其他要求見(jiàn)表2。

3．3 防水聯(lián)結(jié)層施工

該層由良好級(jí)配的礦料、乳化瀝青、填料、水及添加劑等組成。作為瀝青墊層，必須具備良好的均勻性和密水性，有一定的抗變形能力和延展性。采用1．5 cm厚雙層改性瀝青稀漿封層，要求蒸發(fā)殘留物的5℃延度不小于50 cm。

表2 基層施工設(shè)計(jì)要求

施工程序:路基檢測(cè)→封閉管制交通→清掃路面→放樣放線→攤鋪(見(jiàn)圖7)→修補(bǔ)修邊→早期養(yǎng)護(hù)→開(kāi)放交通。

施工前必須提供礦料、乳化瀝青、填料、水及添加劑的試驗(yàn)報(bào)告，在確認(rèn)符合要求后，方可使用。

防水聯(lián)接層表面應(yīng)該平整，密實(shí)，無(wú)松散，無(wú)輪跡;縱、橫縫銜接平順，外觀色澤均勻一致;銜接平順，無(wú)污染;攤鋪范圍以外無(wú)流出的稀漿混合料;表面粗糙，無(wú)光滑現(xiàn)象。

3．4 水泥混凝土面板施工

在尉許高速的水泥混凝土面板施工中，半幅12 m寬、28 cm厚，采用滑模攤鋪機(jī)一次攤鋪成型(見(jiàn)圖8)，配置拉桿和傳力桿并采用自動(dòng)植入技術(shù)，表面進(jìn)行裸化處理。

圖7 防水聯(lián)接層施工

圖8 水泥混凝土滑模施工

施工工藝:測(cè)量放樣→混合料的拌和與運(yùn)輸→鋪前檢查→滑模攤鋪→拉桿與傳力桿植入(見(jiàn)圖9)→表面裸化→養(yǎng)生。

水泥采用強(qiáng)度等級(jí)為5．25的硅酸鹽高強(qiáng)水泥。水泥混凝土混合料的坍落度要求在2．0 cm～4．0 cm范圍內(nèi)。

傳力桿鋼筋每根45 cm長(zhǎng)，將其頭部磨光然后套上塑料套筒，套筒長(zhǎng)度比傳力桿長(zhǎng)度的一半多10 cm，以保證傳力桿在面板中的一頭可以滑動(dòng)。

裸化施工時(shí)間一般控制在滑模施工后的150 h～180 h進(jìn)行。

3．5 應(yīng)力吸收層與上面層施工

應(yīng)力吸收層(見(jiàn)圖10)必須具有突出的粘結(jié)力、足夠的高溫抗變形與低溫抗開(kāi)裂能力、能夠防水與排水;上面層必須具有足夠的抗剪強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度及抗變形、抗水損壞能力。尉許高速設(shè)置了2 cm厚的應(yīng)力吸收層和4 cm厚的改性瀝青混凝土上面層。

圖9 傳力桿埋置效果

圖10 水泥混凝土與應(yīng)力吸收層

應(yīng)力吸收層和上面層的施工采用攤鋪機(jī)進(jìn)行攤鋪施工。

由于應(yīng)力吸收層和上面層的集料粒徑較小，可采用一次全幅攤鋪的方法。

攤鋪機(jī)攤鋪時(shí)應(yīng)緩慢、均勻、連續(xù)且不能間斷，攤鋪過(guò)程中不得隨意變換速度或中途停頓，以保證施工質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)壽命路面是一個(gè)使用壽命超過(guò)40年且沒(méi)有主要結(jié)構(gòu)性修復(fù)或重建的耐久性能優(yōu)越的瀝青路面結(jié)構(gòu)。長(zhǎng)壽命路面不僅適用于大交通量道路，將其結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整后，也適用于中、低等級(jí)交通量道路。尉許高速是我國(guó)第一條長(zhǎng)壽命路面高速公路，對(duì)我國(guó)公路建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益都是難以估量的。

相比較常用路面結(jié)構(gòu)形式，無(wú)論從性能價(jià)格比還是壽命周期費(fèi)用方面分析，長(zhǎng)壽命瀝青路面較傳統(tǒng)瀝青路面都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

在我國(guó)研究和推廣長(zhǎng)壽命路面，對(duì)于提高道路使用性能，節(jié)約道路建設(shè)、養(yǎng)護(hù)、維修綜合費(fèi)用都具有重要意義。

［1］薛振華．重載交通長(zhǎng)壽命路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究［J］．公路與汽運(yùn)，2013(2):9-10．

［2］長(zhǎng)壽命路面結(jié)構(gòu)施工．http://wenku．baidu．com/view/fb8c343e580216fc700afd17．html．

［3］長(zhǎng)壽命路面成套技術(shù)分析和應(yīng)用．http://wenku．baidu．com/view/05bc17d033d4b14e85246832．html．

［4］長(zhǎng)壽命路面的北京實(shí)踐．http://www．chinahigh way．com/news/2013/746899．php．