高速公路短路基路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

王 偉

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

隨著公路建設(shè)的發(fā)展，山區(qū)高速公路的建設(shè)也逐步增加，山區(qū)地形地質(zhì)條件復(fù)雜，橋隧比例高，容易出現(xiàn)橋與橋或隧道之間的短路基，短路基段落長(zhǎng)度短，位置分散，路基基礎(chǔ)與橋、隧等構(gòu)造物相比差異性很大，且施工困難，容易形成公路病害，因此，山區(qū)高速公路短路基路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)研究。本文以某山區(qū)高速公路為例，對(duì)短路基路面結(jié)構(gòu)組合進(jìn)行分析。

1 短路基的特點(diǎn)

由于山區(qū)地形起伏，路線受地形和線位等因素的制約，位于橋隧等構(gòu)造物之間的短路基多位于高填或深挖路段，因此，短路基具有如下特點(diǎn)：

a）路基位于橋隧等構(gòu)造物之間，長(zhǎng)度短、位置分散且多數(shù)為高填方或深挖方。

b）由于短路基多數(shù)位于地勢(shì)陡峭路段，且里程很短，造成大型機(jī)械操作及搬運(yùn)難度大，必須采用人工或小型機(jī)具，因此，施工質(zhì)量難以控制，尤其是路基壓實(shí)度難以保證。

c）由于壓實(shí)度不合格、填料不均勻以及路基與橋隧等構(gòu)造物之間基礎(chǔ)剛度差異性大等因素，容易造成短路基不均勻沉降，從而導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)層損壞，影響公路通行。

d）短路基多位于橋隧等構(gòu)造物之間，位置分散且長(zhǎng)度短，大型施工機(jī)械運(yùn)輸及操作困難，因此，短路基路段施工只能使用小型機(jī)具。

e）目前山區(qū)高速公路短路基路面結(jié)構(gòu)與普通路基段落相同，通車后易出現(xiàn)路基不均勻沉降和路面開裂，從而說明目前短路基路段的路面結(jié)構(gòu)并不合理。

2 短路基路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)

2.1 面層

2.1.1 面層型式選擇

水泥混凝土路面剛度大，可以彌補(bǔ)短路基壓實(shí)控制難的不足，同時(shí)可以減緩路基不均勻沉降帶來的路面損壞，因此，水泥混凝土路面應(yīng)用于短路基是合理的。然而由于短路基的不利因素較多，如壓實(shí)度不足、不均勻沉降嚴(yán)重等，易使水泥混凝土面板局部應(yīng)力過度集中，導(dǎo)致水泥混凝土路面過早損壞，影響公路通行，因此，必須增強(qiáng)水泥混凝土的抗彎拉性能。

目前水泥混凝土路面主要是摻入鋼纖維、減水劑或設(shè)置鋼筋網(wǎng)以提高路用性能。對(duì)于短路基來說，路面工程量小，位置分散，不適合復(fù)雜的施工工藝，因此，在混凝土中摻加鋼纖維，這種方式既操作簡(jiǎn)便又能達(dá)到大幅度提高抗折強(qiáng)度的要求，同時(shí)鋼纖維水泥混凝土的攪拌、攤鋪等工藝與普通水泥混凝土基本一致，且鋼纖維混凝土具有較高的抗裂、抗彎拉、抗疲勞性能，減少了接縫設(shè)置。

由于本項(xiàng)目其他路段是瀝青混凝土路面，而短路基路段是鋼纖維混凝土路面，會(huì)使瀝青路面施工時(shí)攤鋪?zhàn)鳂I(yè)中斷，且兩種路面型式在同一公路中交替出現(xiàn)，既影響公路美觀又影響行車舒適性，因此，短路基路段宜采用復(fù)合式路面，即鋼纖維水泥混凝土（SFRC）上加鋪瀝青混凝土（AC）。

復(fù)合式路面應(yīng)用于短路基部分，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

a）瀝青混凝土面層行車舒適性高、噪聲小、施工連續(xù)性好。

b）瀝青混凝土面層減小了鋼纖維混凝土面板的荷載應(yīng)力，降低了溫度梯度，減小了溫度翹曲應(yīng)力，延長(zhǎng)了鋼纖維混凝土面板的使用壽命。

c）鋼纖維混凝土剛度大、抗折強(qiáng)度高，克服了短路基部分壓實(shí)度和不均勻沉降帶來的不利因素。

綜上所述，短路基路段使用復(fù)合式路面較為合理，下面對(duì)復(fù)合式路面進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。

2.1.2 鋼纖維混凝土面層

2.1.2.1 接縫設(shè)置

根據(jù)水泥混凝土路面的溫縮、干縮特性，需設(shè)置接縫以防止混凝土板斷裂；然而接縫過多影響路面使用性能和車輛舒適性，應(yīng)盡量少設(shè)。

鋼纖維混凝土面板長(zhǎng)一般為6～10 m，最大面板尺寸不應(yīng)大于6×12 m[1]，而在本項(xiàng)目中，鋼纖維混凝土上面有瀝青混凝土層，受溫度和濕度影響小，可不設(shè)接縫，以避免在瀝青面層上產(chǎn)生反射裂縫。

2.1.2.2 厚度設(shè)計(jì)

鋼纖維混凝土面層的厚度受其摻量影響。根據(jù)水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范可知，鋼纖維體積率一般為0.6%～1.0%，重交通時(shí)的最小厚度為16 cm；中等交通時(shí)的最小厚度為14 cm[2]。本項(xiàng)目為復(fù)合式路面，鋼纖維混凝土面板受溫度和車輛荷載的影響都有不同程度的減小，同時(shí)結(jié)合本項(xiàng)目的特點(diǎn)、交通量預(yù)測(cè)及組成、鋼纖維種類及相關(guān)試驗(yàn)等，確定鋼纖維的摻量為40 kg/m3（體積率0.5%）（該摻量下鋼纖維混凝土28 d抗折強(qiáng)度可達(dá)6.0 MPa）。

綜合以上因素并參照以往該地區(qū)修建高速公路的成功經(jīng)驗(yàn)，建議短路基路段鋼纖維混凝土板的厚度為22 cm。

2.1.3 瀝青混凝土面層

短路基段落在全線的占比較小，沒有必要單獨(dú)設(shè)計(jì)，因此，短路基復(fù)合式路面中的瀝青混凝土上面層厚度可參考普通路段。根據(jù)《復(fù)合式路面設(shè)計(jì)原理與施工技術(shù)》中關(guān)于對(duì)瀝青混凝土+碾壓混凝土（AC+RCC）復(fù)合式路面的研究得知，在高速公路中瀝青面層厚度不小于7 cm[3]。而本項(xiàng)目普通路段的瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)層為4 cm細(xì)粒式改性瀝青混凝土（AC-13）+6 cm中粒式瀝青混凝土（AC-20）+6 cm中粒式瀝青混凝土（AC-20），橋面鋪裝采用4 cm細(xì)粒式改性瀝青混凝土（AC-13）+6 cm中粒式瀝青混凝土（AC-20），隧道路面同樣采用（4+6）cm的雙層瀝青面層（上面層添加阻燃劑）。因此，短路基路段的瀝青面層宜采用4 cm細(xì)粒式改性瀝青混凝土（AC-13）+6 cm中粒式瀝青混凝土（AC-20）雙層結(jié)構(gòu)，以保證瀝青路面施工的方便性和經(jīng)濟(jì)性。

綜上所述，短路基路段的路面結(jié)構(gòu)層宜采用4 cm細(xì)粒式改性瀝青混凝土（AC-13）+6 cm中粒式瀝青混凝土（AC-20）+22 cm鋼纖維水泥混凝土的結(jié)構(gòu)型式，不僅克服了短路基的缺點(diǎn)，而且保證了瀝青層施工的連續(xù)性。

2.2 基層

短路基高填、深挖段落多，路基狀況復(fù)雜。填方路段基層直接鋪筑在路基上面，受地下水影響較小，但是由于填方高度較高，受現(xiàn)場(chǎng)條件限制和施工質(zhì)量影響，填方的壓實(shí)質(zhì)量無法保證，不均勻沉降較為嚴(yán)重，因此，基層必須選用剛度大、擴(kuò)散能力強(qiáng)的材料，以減少路基的不均勻沉降。水泥穩(wěn)定碎石屬于半剛性材料，高速公路中應(yīng)用廣泛，施工技術(shù)成熟，應(yīng)用于填方路段的短路基非常合適，且本項(xiàng)目普通路段基層材料也是水泥穩(wěn)定碎石，有利于施工。

山區(qū)挖方路基由于開挖較大，還應(yīng)考慮地下水的影響。如果挖方路床距地下水位線較大，受地下水影響小，短路基挖方段的路基狀況與填方路基相似，為方便施工，路面基層宜采用水泥穩(wěn)定碎石。如果局部路段地下水位較高，尤其是路基開挖至水位線以下時(shí)，由于地下水的毛細(xì)作用，加上地表水下滲，容易使水進(jìn)入基層底部或基層與鋼纖維混凝土板之間，導(dǎo)致底部脫空，在車輛荷載作用下，造成混凝土板塊斷裂，形成反射裂縫損壞瀝青面層，因此，地下水豐富的挖方路段基層材料須具有良好的透水性。而級(jí)配碎石基層具有良好的透水性，在高速公路中使用較多，技術(shù)成熟，可應(yīng)用于地下水豐富的挖方路段。

綜上所述，對(duì)于短路基路段的基層，應(yīng)根據(jù)填挖情況分別考慮，如果短路基位于高填方或距地下水位線較大的挖方路段，受水的影響較小，為方便施工，宜采用水泥穩(wěn)定碎石基層；如果挖方路段開挖至水位線以下，宜采用級(jí)配碎石基層。

2.3 墊層

墊層位于基層與土基之間，其主要作用是隔水、排水、防凍、擴(kuò)散荷載及減少路基變形。

墊層的設(shè)置應(yīng)根據(jù)短路基的地形、水文地質(zhì)情況進(jìn)行考慮：

a）在季節(jié)性冰凍地區(qū)，當(dāng)路面總厚度小于最小防凍厚度時(shí)，應(yīng)設(shè)置墊層，以防止凍脹翻漿現(xiàn)象的發(fā)生。

b）地下水豐厚的路段，應(yīng)設(shè)置墊層以利于排水。

c）短路基填方段落不均勻沉降嚴(yán)重，應(yīng)設(shè)置半剛性墊層。

3 結(jié)論

通過對(duì)短路基路段的分析，并結(jié)合本項(xiàng)目特點(diǎn)，得出其合理路面結(jié)構(gòu)型式：

a）短路基路段宜采用AC+SFRC復(fù)合式路面，瀝青面層應(yīng)與普通路段一致，采用4 cm細(xì)粒式改性瀝青混凝土（AC-13）+6 cm中粒式瀝青混凝土（AC-20），鋼纖維混凝土路面不設(shè)接縫，厚度建議值22 cm。

b）基層根據(jù)地下水情況分別考慮，當(dāng)短路基位于高填方或距地下水位線較大的挖方路段，宜采用水泥穩(wěn)定碎石基層；當(dāng)挖方路段開挖至水位線以下時(shí)，宜采用級(jí)配碎石基層。

c）根據(jù)水文地質(zhì)條件及防凍要求合理設(shè)置墊層。