G15高速公路瀝青路面大修方案設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析與研究

唐聰（上海市市政規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，上海市　200031）

G15高速公路瀝青路面大修方案設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析與研究

唐聰
（上海市市政規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，上海市200031）

以G15高速瀝青路面大修工程為依托，詳細(xì)介紹大修方案設(shè)計(jì)流程，指出舊瀝青路面狀況及結(jié)構(gòu)承載力評(píng)價(jià)、舊瀝青路面處治方案及加鋪層厚度是大修方案的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。在舊瀝青路面性能評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上提出了注漿加固再加罩4 cm改性瀝青SMA-13的整體設(shè)計(jì)方案，并提出不同路段具體的處治方案與彎沉驗(yàn)收指標(biāo)。

高速公路；瀝青路面；大修工程；設(shè)計(jì)要點(diǎn)

0　引言

通常高速公路瀝青路面設(shè)計(jì)壽命為15 a，由于環(huán)境、設(shè)計(jì)、施工及養(yǎng)護(hù)等方面因素的影響，加上交通量的迅速增長(zhǎng)，重載超載現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)重，導(dǎo)致瀝青路面在通車(chē)5～6 a就出現(xiàn)嚴(yán)重的車(chē)轍、裂縫、坑槽等病害，嚴(yán)重影響行車(chē)的舒適性與安全性。因此，目前我國(guó)許多高速公路瀝青路面需要進(jìn)行大修設(shè)計(jì)，恢復(fù)良好的使用性能。國(guó)內(nèi)學(xué)者在此方面也進(jìn)行了大量研究，例如任美龍［1］以廣佛高速為例，介紹了瀝青路面的路況、交通量、病害成因及維修改造方案，并詳細(xì)探討了路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的問(wèn)題；溫高峰［2］從大修設(shè)計(jì)原則、路面修補(bǔ)原則、大修方案設(shè)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)方面，分析與研究了高速公路瀝青路面大修工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)；程珊珊［3］介紹了大修方案選擇與設(shè)計(jì)的過(guò)程，并重點(diǎn)分析了不同維修方案的對(duì)比、評(píng)估要點(diǎn)；時(shí)修云［4］以寧高高速瀝青路面大修改造工程為例，提出了分別以高模量瀝青混合料和乳化瀝青廠拌冷再生作為中、下面層路面結(jié)構(gòu)形式，并對(duì)具體施工工藝進(jìn)行了探討。

本文對(duì)高速公路瀝青路面大修工程設(shè)計(jì)原則與要點(diǎn)進(jìn)行分析，結(jié)合實(shí)體工程的路況調(diào)研結(jié)果，提出針對(duì)性的維修處理方案及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，為以后大修方案的設(shè)計(jì)提供參考。

1　工程概況

G15嘉金段（以下簡(jiǎn)稱“嘉金高速”）北起嘉定區(qū)嘉瀏立交郊環(huán)北段，南至金山區(qū)S4莘奉金高速公路西段，全長(zhǎng)64.96 km，上行為嘉定往金山方向，下行為金山往嘉定方向，現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)樁號(hào)：K1266+908～K1331+873，是上海市高速公路網(wǎng)的重要組成部分，溝通著上海與蘇、浙兩省，是服務(wù)虹橋樞紐、F1賽車(chē)場(chǎng)等的主要通道之一。嘉金高速全線均為瀝青混凝土路面，分三次建成通車(chē)。

嘉瀏立交—滬寧立交段：養(yǎng)護(hù)樁號(hào)K1266+ 908～K1278+919，路線長(zhǎng)12.011 km，雙向6車(chē)道，于2003年6月開(kāi)工建設(shè)，2004年8月竣工通車(chē)。

滬寧立交—北青立交段：養(yǎng)護(hù)樁號(hào)K1278+919～K1283+410，路線長(zhǎng)4.491 km，雙向6車(chē)道，于2003年5月開(kāi)工建設(shè)，2006年1月竣工通車(chē)。

北青立交—S4莘奉金高速段：養(yǎng)護(hù)樁號(hào)K1283+ 410～K1331+873，路線長(zhǎng)48.463 km，其中K1312+ 312以北為雙向6車(chē)道，以南為雙向4車(chē)道、中分帶按6車(chē)道預(yù)留，2007年2月底通車(chē)。

2　設(shè)計(jì)流程及要點(diǎn)分析

2.1設(shè)計(jì)流程

《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D50—2006）［5］將高速公路瀝青路面改建工程分為以下幾個(gè)步驟：

（1）舊瀝青路面狀況調(diào)研與評(píng)價(jià)。主要內(nèi)容包括：裂縫率、車(chē)轍深度、行駛質(zhì)量指數(shù)、路面承載力等。

（2）根據(jù)檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行分段，并檢測(cè)與計(jì)算各路段的代表彎沉值。

（3）根據(jù)舊瀝青路面狀況及承載力評(píng)價(jià)結(jié)果，確定合理的舊瀝青路面處理方案。

（4）加鋪補(bǔ)強(qiáng)層設(shè)計(jì)

a.根據(jù)各路段的計(jì)算代表彎沉值計(jì)算原路面的當(dāng)量回彈模量；

b.擬定幾種可行加鋪補(bǔ)強(qiáng)層的厚度與組合，并根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)確定各結(jié)構(gòu)層的材料參數(shù)；

c.采用彈性層狀體系理論對(duì)加鋪補(bǔ)強(qiáng)層進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算；

d.進(jìn)行技術(shù)方案與經(jīng)濟(jì)性比較，確定最終高速公路舊瀝青路面大修設(shè)計(jì)方案。

2.2設(shè)計(jì)要點(diǎn)

根據(jù)高速公路瀝青路面設(shè)計(jì)流程可知，舊瀝青路面狀況及結(jié)構(gòu)承載力評(píng)價(jià)、舊瀝青路面處治方案及加鋪層厚度是整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的要點(diǎn)。

（1）舊瀝青路面狀況及結(jié)構(gòu)承載力評(píng)價(jià)

結(jié)合舊瀝青路面狀況與結(jié)構(gòu)承載力評(píng)價(jià)，對(duì)病害成因進(jìn)行分析，確定針對(duì)性強(qiáng)、合理有效大修方案的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其中路面結(jié)構(gòu)承載力更是重中之重。只有結(jié)合路面實(shí)際破壞狀況及承載力評(píng)價(jià)結(jié)果才能找出病害產(chǎn)生的根本原因。

（2）舊瀝青路面處治方案

根據(jù)病害成因分析結(jié)果，確定舊瀝青路面的處治方案。對(duì)于僅存在瀝青面層破壞的路段，只需修補(bǔ)面層或銑刨加罩，但對(duì)于車(chē)轍、裂縫、坑槽等病害具體應(yīng)如何處理具有較大的研究?jī)r(jià)值；對(duì)于基層、底基層甚至路基損壞的路段，則需采用合理技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)。

（3）加鋪層厚度的確定

中醫(yī)辨證標(biāo)準(zhǔn):主癥:手足麻木,肢體疼痛。次癥:面色蒼白、倦怠無(wú)力、自汗畏風(fēng)、心悸、失眠、納呆、大便秘結(jié)或溏泄,舌質(zhì)暗淡或有淤點(diǎn)、或舌體胖大有齒痕,舌苔薄白或白膩,脈沉細(xì)。辨證為主癥2項(xiàng)、次癥2項(xiàng)以上,結(jié)合舌脈即可診為氣陰兩虛、淤血痹阻證。中醫(yī):消渴痹癥,辨證屬氣陰兩虛,淤血痹阻證。

加鋪層厚度是保證良好路用性能的基礎(chǔ)。加鋪層厚度不僅應(yīng)滿足路面結(jié)構(gòu)承載力（彎沉指標(biāo)）與層底拉應(yīng)力要求，還應(yīng)滿足加鋪層材料的最小壓實(shí)厚度要求。

3　舊瀝青路面性能調(diào)研及評(píng)價(jià)

3.1交通量及路面狀況調(diào)查

對(duì)全路段交通量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，將車(chē)型分為11類(lèi)，各種車(chē)型所占比例統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

將上述11類(lèi)歸為小汽車(chē)、貨車(chē)、集裝箱三大類(lèi)，各類(lèi)車(chē)型所占比例如圖1所示。

從表1與圖1可以看出，該路段貨車(chē)與集裝箱比例超過(guò)30%，重車(chē)比例較高，因此對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求較高。瀝青路面在重載交通的作用下，近年較多路段再次出現(xiàn)坑洞連片、翻漿沉陷等現(xiàn)象，部分超高路段內(nèi)部車(chē)道雨天路面積水嚴(yán)重，影響車(chē)輛行車(chē)安全。國(guó)際平整度指標(biāo)IRI＞2.3 m/km的路段為16.8 km，破損率超標(biāo)（DR＞0.4%）的路段超過(guò)50 km，顯示嘉金高速已進(jìn)入大修周期。

3.2路面結(jié)構(gòu)承載力評(píng)價(jià)

路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度整治是路面大修工作的重點(diǎn)，對(duì)路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的調(diào)查是道路大修方案確定的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。本次對(duì)各路段的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行了調(diào)查或?qū)扔匈Y料進(jìn)行了全面分析。根據(jù)《公路路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（DB 31/T489-2010）［6］規(guī)定，衡量路面強(qiáng)度的指標(biāo)是路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)PSSI，計(jì)算公式如下：

表1　各車(chē)型所占比例

圖1　各類(lèi)車(chē)型所占比例餅狀圖

式中：SSI為結(jié)構(gòu)強(qiáng)度系數(shù)，為路面設(shè)計(jì)彎沉（ld）與實(shí)測(cè)代表彎沉（l0）之比。

由于各路段修建時(shí)間不同，路表彎沉設(shè)計(jì)指標(biāo)不同，因此路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)存在差異。因此，根據(jù)各路段評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，分別進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的評(píng)價(jià)。

從表3可以看出，滬寧立交—北青立交路段上行的路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度優(yōu)于下行。其中1車(chē)道路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較差，上、下行1車(chē)道評(píng)價(jià)等級(jí)在良以下的比例依次為12.9%與23.6%。

表2　嘉瀏立交—滬寧立交路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度優(yōu)良百分率　%

表3　滬寧立交—北青立交路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度優(yōu)良百分率　%

從表4可以看出，北青立交—松浦二橋路1車(chē)道的路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度明顯優(yōu)于2車(chē)道和3車(chē)道。其中上行2、3車(chē)道路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低于優(yōu)良的比例為24.1%與26.9%；下行依次為27.4%與24.3%，說(shuō)明上行與下行路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度相當(dāng)。

表4　北青立交—松浦二橋路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度優(yōu)良百分率　%

綜上所述，對(duì)于大部分路段而言，上行路面結(jié)構(gòu)較差道重車(chē)分布比例大，因此路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較差。由于該路段貨車(chē)比較高，因此全路段中20%路段路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度評(píng)價(jià)結(jié)果在良以下。因此需對(duì)路面進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)，然后再進(jìn)行加鋪設(shè)計(jì)。

4　設(shè)計(jì)方案

4.1設(shè)計(jì)要求

由于交通部公路國(guó)檢標(biāo)準(zhǔn)的滿分要求為：國(guó)際平整度指數(shù)IRI≤2.3 m/km，路面破損率DR≤0.4%。同時(shí)考慮大修項(xiàng)目施工完畢開(kāi)放交通后在車(chē)輛荷載作用下路面狀況會(huì)出現(xiàn)一定衰減，因此本次嘉金高速瀝青路面大修工程驗(yàn)收指標(biāo)見(jiàn)表5。

表5　嘉金高速公路本次路面大修規(guī)定值

4.2整體設(shè)計(jì)方案

結(jié)合《公路路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（DB31/T489-2010）［6］以及上海地區(qū)同類(lèi)高速公路養(yǎng)護(hù)維修經(jīng)驗(yàn)，擬采用如下總體方案對(duì)本段路面進(jìn)行大修。

（1）對(duì)于IRI、DR有一項(xiàng)不符合大修擬規(guī)定值的路段，應(yīng)進(jìn)行原路面維修以改善路面工作狀況后進(jìn)行罩面處理。該工程考慮橫坡調(diào)整需要，對(duì)因橫向調(diào)坡需要加罩處理的路段，原則上對(duì)原路面進(jìn)行拉毛后，先加罩1層瀝青混凝土調(diào)平層。

（2）設(shè)計(jì)彎沉需求值對(duì)半剛性基層路段進(jìn)行評(píng)價(jià)，不滿足要求的路段均須進(jìn)行必要的結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)；北青段瀝青面層總厚度超過(guò)30 cm，屬柔性基層路面，原則上不再加厚瀝青結(jié)構(gòu)層，按照設(shè)計(jì)彎沉需求值評(píng)價(jià)，不滿足要求的路段須結(jié)合其他指標(biāo)采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施對(duì)其進(jìn)行整治。

（3）有鑒于嘉金高速公路承載狀況及損壞狀況的不同，在確定整治方案時(shí)，原則上依據(jù)2車(chē)道和3車(chē)道的整治需求，對(duì)整個(gè)半幅路面進(jìn)行整修，以確保道路標(biāo)高縱橫向順接。

（4）路面結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)方案宜選擇交通影響小、實(shí)施周期短的加罩補(bǔ)強(qiáng)方案。根據(jù)國(guó)內(nèi)以及上海地區(qū)路面維修經(jīng)驗(yàn)，舊路補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)一般有舊路加罩補(bǔ)強(qiáng)、舊路結(jié)構(gòu)翻挖重建、路面現(xiàn)場(chǎng)冷再生、注漿加固等多種方案，其中注漿加固與加罩補(bǔ)強(qiáng)相結(jié)合是近年來(lái)上海較常采用的一種技術(shù)措施，具有工期相對(duì)較短、廢棄材料少、揚(yáng)塵少，環(huán)境與交通影響小等特點(diǎn)。結(jié)合嘉金高速公路歷年來(lái)取得的相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)考慮到該項(xiàng)目交通流量大、項(xiàng)目實(shí)施社會(huì)影響大的特點(diǎn)，以及該工程的大修性質(zhì)，故本次路面大修原則上以加罩補(bǔ)強(qiáng)為主，對(duì)局部路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不滿足要求的路段進(jìn)行注漿加固再加罩補(bǔ)強(qiáng)，以全面恢復(fù)路面性能。

（5）加罩補(bǔ)強(qiáng)層材料及厚度設(shè)計(jì)。為保證全路段施工的連續(xù)性，路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的均勻性，根據(jù)各路段代表彎沉計(jì)算原瀝青路面當(dāng)量回彈模量，以彎沉為設(shè)計(jì)指標(biāo)，最終確定全路段經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)后加鋪4cm的SBS改性瀝青SMA-13。

4.3分段大修設(shè)計(jì)方案

由于各路段路面病害、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不同，因此必須針對(duì)不同路段采用不同的舊瀝青路面處治方案及補(bǔ)強(qiáng)加罩技術(shù)，并提出各階段路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，具體維修方案與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表6。

表6　各路段設(shè)計(jì)方案與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

5　結(jié)語(yǔ)

本文以G15嘉金高速瀝青路面大修工程為依托，對(duì)大修方案設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行分析與研究。詳細(xì)介紹大修方案設(shè)計(jì)流程，分析了舊瀝青路面狀況及結(jié)構(gòu)承載力評(píng)價(jià)、舊瀝青路面處治方案及加鋪層厚度的確定作為大修方案設(shè)計(jì)要點(diǎn)的關(guān)鍵性。舊瀝青路面性能評(píng)價(jià)表明，該路段貨車(chē)與集裝箱比例超過(guò) 30%，導(dǎo)致路面國(guó)際平整度指標(biāo) IRI＞2.3 m/km的路段為16.8 km，破損率超標(biāo)（DR＞0.4%）的路段超過(guò)50 km；20%路段路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度評(píng)價(jià)結(jié)果在良以下。結(jié)合檢測(cè)結(jié)果確定采用注漿加固再加罩4 cm改性瀝青SMA-13的方案，根據(jù)路面狀況及結(jié)構(gòu)承載力針對(duì)不同路段采取相應(yīng)的舊瀝青路面處治方案及補(bǔ)強(qiáng)加罩技術(shù)，并提出各路段路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求。此設(shè)計(jì)方案已通過(guò)上海市交通委組織的專家評(píng)審，并完成施工圖設(shè)計(jì)。

［1］溫高峰.高速公路瀝青混凝土路面大修工程設(shè)計(jì)技術(shù)研究［J］.公路，2010（5）:100-101.

［2］任美龍，譚積青，喬翔.廣佛高速公路瀝青路面的結(jié)構(gòu)大修設(shè)計(jì)［J］.中外公路，2004（4）:28-31.

［3］程珊珊.高速公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)與維修方案的選擇與設(shè)計(jì)［J］.公路交通科技，2005（5）:24-28.

［4］時(shí)修云，劉化學(xué)，吳昊，等.寧高高速公路路面改造方案設(shè)計(jì)研究［J］.上海公路，2013（3）:21-24，10.

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

［6］DB31/T489—2010，公路路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范［S］.

U418.6

B

1009-7716（2016）06-0048-04

2016-03-10

唐聰（1983-），男，上海人，工程師，從事道路設(shè)計(jì)、科研工作。