G1501郊環(huán)線（東南段）節(jié)約型路面大修設(shè)計實踐

何文繼，孫文州

（1.上海城投公路投資（集團(tuán)）有限公司，上海市200335；2.上海市市政規(guī)劃設(shè)計研究院，上海市200031）

G1501郊環(huán)線（東南段）節(jié)約型路面大修設(shè)計實踐

何文繼1，孫文州2

（1.上海城投公路投資（集團(tuán)）有限公司，上海市200335；2.上海市市政規(guī)劃設(shè)計研究院，上海市200031）

結(jié)合上海G1501郊環(huán)線（東南段）大修工程，在總體投入受控的前提下，以路況調(diào)查分析結(jié)果為基礎(chǔ)，遵循“針對性設(shè)計和全壽命設(shè)計”與“極限利用，經(jīng)濟(jì)節(jié)約”的原則，建立在各項路面技術(shù)狀況指標(biāo)的基礎(chǔ)上，通過既有路面缺陷整治與結(jié)構(gòu)維修，消除原路面病害與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足，最終通過加罩補(bǔ)強(qiáng)實現(xiàn)路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的整體提升，同步完善路基路面的防護(hù)與排水設(shè)計，以滿足今后較長時間的使用要求。

瀝青路面；大修工程；節(jié)約；維修設(shè)計

0 引言

自1988年滬嘉高速公路的建成通車實現(xiàn)了中國大陸高速公路零的突破以來，我國高速公路迅速發(fā)展，在2014年底，我國高速公路通車總里程達(dá)到11.2萬km，超過美國居于世界第一[1]。隨著高速公路網(wǎng)的完善，公路養(yǎng)護(hù)維修的關(guān)注度越來越高；大量的公路瀝青路面與水泥路面接近使用壽命，出現(xiàn)了各種路面病害，嚴(yán)重影響行車的舒適性與安全性，且以前路面結(jié)構(gòu)設(shè)計強(qiáng)度已不能滿足如今重載或特重交通的荷載要求[2]。這些道路亟需進(jìn)行大中修工程，以改善行車性能，滿足實際荷載需求。而目前，國內(nèi)在瀝青路面或水泥路面的大修工程設(shè)計方案方面的研究較為欠缺，大多只是憑經(jīng)驗設(shè)計。因此，在經(jīng)費受控而使用要求較高的情況下，系統(tǒng)研究與進(jìn)行高速公路節(jié)約型路面大修工程，并提出合理的解決方案具有重要意義。

本文結(jié)合上海G1501郊環(huán)線（東南段）大修工程，以路況調(diào)查與綜合分析為基礎(chǔ)，針對不同路段情況提出較為經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計方案，相關(guān)設(shè)計思想可供以后的高速公路大中修工程提供參考。

1 項目背景

G1501郊環(huán)線（東南段）既是上海典型貨運通道，也是上海郊區(qū)環(huán)線高速公路的重要組成部分，全長50.71 km，設(shè)計車速100 km/h。全線于2004年12月竣工通車，自2006年3月起上海施行郊環(huán)線對集卡交通彈性收費政策，集卡交通向G150集聚后，路面產(chǎn)生縱橫向裂縫、唧漿、沉陷、龜裂、坑洞等病害，2014年檢測數(shù)據(jù)表明：全線路面破損率（DR）超過0.4%的路段占總路段的90%以上，且各類損壞處于快速發(fā)展之中，沿線存在大量的惡性跳車點，服務(wù)水平極差，并嚴(yán)重影響行車安全。多年道路服務(wù)狀況跟蹤分析表明，該路段服務(wù)狀況呈現(xiàn)快速衰變狀態(tài)，原設(shè)計、施工等缺陷也逐漸暴露出來。

因此，適時進(jìn)行大修，對保障道路行車的安全通暢，全面提升郊環(huán)高速公路總體服務(wù)水平具有重要意義。

2 路況調(diào)查與評價

掌握項目道路概況，對養(yǎng)護(hù)維修狀況及道路狀況進(jìn)行調(diào)查分析，并對調(diào)查結(jié)果進(jìn)行綜合分析與評價可為工程方案設(shè)計提供可靠依據(jù)。

2.1 道路概況

（1）道路建設(shè)狀況

G1501東南郊環(huán)高速分為遠(yuǎn)東段、大團(tuán)段、大亭段。遠(yuǎn)東段、大團(tuán)段均為半剛性基層瀝青路面，標(biāo)準(zhǔn)橫斷面為雙向六車道，兩側(cè)各一條緊急停車道（硬路肩）；大亭段為白改黑路面，標(biāo)準(zhǔn)橫斷面為雙向四車道加兩側(cè)各一條緊急停車道（硬路肩），主線路面結(jié)構(gòu)形式如圖1～圖3所示。

圖1 遠(yuǎn)東段行車道路面結(jié)構(gòu)型式

圖2 大團(tuán)段行車道路面結(jié)構(gòu)型式

圖3 大亭段行車道路面結(jié)構(gòu)型式

（2）道路交通發(fā)展?fàn)顩r

自2004年底建成通車以來，交通量變化顯著。通車初期，交通流量較少、貨車比例較低，2006年3月對G1501高速上通行集卡實行彈性收費政策后，貨運交通尤其是集卡比例明顯增加，路面損壞加劇。至2014年，集裝箱車比例已超過50%。

2.2 道路狀況調(diào)查

2.2.1 路面技術(shù)狀況調(diào)查

（1）破損率

路面損壞狀況指數(shù)評價低于高速公路養(yǎng)護(hù)規(guī)定值，即評價等級為“中”及以下的路段，內(nèi)圈車道占76.5%，外圈車道占86.3%。大團(tuán)段路面損壞最為嚴(yán)重，優(yōu)良率接近于0。

（2）平整度

路面平整度評價總體欠佳，評價等級為“中”及以下的路段比例較高；大亭段路面平整度總體優(yōu)于遠(yuǎn)東段與大團(tuán)段，大團(tuán)段路面平整度最差，評價為差的路段超過全路段40%。

（3）路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

遠(yuǎn)東段、大團(tuán)段路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度評價為中、次、差的路段，均占有一定比例，總體而言一車道路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要優(yōu)于二、三車道，三車道路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要優(yōu)于二車道。

大亭段為混凝土路面“白加黑”路面結(jié)構(gòu)，屬剛性基層瀝青路面范疇。瀝青路面設(shè)計規(guī)范[3]規(guī)定：水泥混凝土路面維修處治后的路段代表彎沉要求低于20（0.01 mm），然后加鋪瀝青層，故本工程按路段代表彎沉20（0.01 mm）為標(biāo)準(zhǔn)評價。全線代表彎沉超過0.20 mm的路段占全線的39.8%。

（4）面層材料強(qiáng)度調(diào)查

對各路段進(jìn)行了鉆芯與試驗，結(jié)果表明：面層劈裂強(qiáng)度隨點位的不同變異性較大，就具體點位值而言95.7%點位的劈裂強(qiáng)度滿足下面層的要求；舊混凝土面層彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值達(dá)到5.0 MPa，仍可滿足特重交通道路適用要求。

2.2.2 道路排水狀況

沿線路面排水、路肩及邊緣排水狀況較差，土邊坡及護(hù)坡沖刷嚴(yán)重。

2.3 綜合分析與評價

綜上，由于瀝青路面接近使用年限，道路排水不暢，路基強(qiáng)度不足，以及原設(shè)計、施工等諸多因素影響，導(dǎo)致道路路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、路面損壞狀況和行駛舒適性均處于較差狀態(tài)，各項路面技術(shù)狀況指標(biāo)均呈現(xiàn)衰退趨勢。全線原路段按中等交通等級進(jìn)行設(shè)計，已不能滿足重交通要求。因此，需要進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)，以滿足實際交通需求。

3 承載力需求分析

根據(jù)現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范[3]及交通預(yù)測結(jié)果[4]，通過對瀝青路面當(dāng)量軸載與彎沉計算分析可知，遠(yuǎn)東、大團(tuán)路段設(shè)計年限按15年計，各路段累計標(biāo)準(zhǔn)軸次均超過2.5×107次，屬特重交通等級。該兩段設(shè)計年限對應(yīng)的設(shè)計彎沉見表1。

表1 當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)軸載與彎沉計算

根據(jù)現(xiàn)行混凝土路面設(shè)計規(guī)范[5]有關(guān)規(guī)定及交通預(yù)測結(jié)果[4]，對大亭段各路段累計當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)軸載次數(shù)進(jìn)行了計算分析，結(jié)果表明：按8年壽命計便屬特重交通范疇。

4 工程設(shè)計

4.1 設(shè)計原則

本工程為通行高速公路，交通流量大，路面損壞嚴(yán)重，因此，在工期總體較緊且經(jīng)費有限的情況下，需采取針對性強(qiáng)、交通影響小的技術(shù)措施進(jìn)行整治。受道路建成期以及自身變異性影響，路面損壞集中與分散并存，因此，不可避免地需要對路面進(jìn)行針對性集中維修及小面積損壞維修。

嚴(yán)格遵循“針對性設(shè)計和全壽命設(shè)計”與“極限利用，經(jīng)濟(jì)節(jié)約”的原則，進(jìn)行路面設(shè)計，具體為：（1）采用針對性強(qiáng)的路面技術(shù)方案；（2）充分利用現(xiàn)狀路面結(jié)構(gòu)（極限利用），盡量減少整治工程翻挖重建量。少開挖是確保大修工程經(jīng)濟(jì)節(jié)約的最好詮釋。（3）設(shè)計方案的選擇充分考慮施工的可操作性。（4）應(yīng)優(yōu)先考慮選用路用性能好的材料與路面結(jié)構(gòu)，同時兼顧廢舊材料的資源化綜合利用，確保使用壽命。

4.2 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

本工程遵循上述設(shè)計原則，主要設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)如下：（1）路面設(shè)計軸載：標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100。（2）基層翻修路段設(shè)計年限取15年，面層加罩路段設(shè)計年限取8年。（3）橫斷面除恢復(fù)路拱橫坡及因路面標(biāo)高提升相應(yīng)適當(dāng)調(diào)整中分帶和邊坡外，橫斷面車道劃分和布置形式保持不變，瀝青路面路拱橫坡應(yīng)恢復(fù)到2%。（4）設(shè)計車速：100 km/h；對于縱斷面，以橋梁標(biāo)高、作為控制點，結(jié)合路面加罩重新拉坡，主要線形標(biāo)準(zhǔn)按原設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)取值。

4.3 路面大修設(shè)計

4.3.1 遠(yuǎn)東段、大團(tuán)段路面大修方案

該兩路段實際運行年限分別達(dá)到15年與12年，隨著道路交通的日益增長特別是重型集型卡車的作用，路面所產(chǎn)生的損壞主要與道路使用年限以及面層總體較薄、路面排水不暢，難以適應(yīng)特重交通道路使用要求有關(guān)。根據(jù)各路段路面技術(shù)狀況評價進(jìn)行路段歸并，除東大立交～S2高速路段需要進(jìn)行全面補(bǔ)強(qiáng)、翻修處理，并加罩三層式罩面（設(shè)計年限取值15年）外，其他路段在進(jìn)行針對性局部補(bǔ)強(qiáng)后實施二層式罩面（設(shè)計年限取值8年）。在對面層進(jìn)行檢測與損壞調(diào)查后，根據(jù)面層頂彎沉及損壞情況，進(jìn)行面層、基層甚至土路基的維修處治：

4.3.1.1 原路面瀝青面層維修

對于原路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度足夠，即路面頂彎沉符合設(shè)計要求的路段，應(yīng)根據(jù)路面具體病害類型與程度進(jìn)行處置：

（1）裂縫處置：輕微裂縫采用1 m寬聚酯玻纖布跨縫進(jìn)行貼補(bǔ)；其他較嚴(yán)重裂縫沿裂縫切1 m寬的槽，采用ATB-25分兩層進(jìn)行填補(bǔ)。

（2）瀝青面層局部維修：采用ATB-25進(jìn)行填補(bǔ)。

（3）路面損壞連續(xù)路段維修：采用等厚乳化瀝青冷再生瀝青混合料（路段長度超過40 m）或ATB-25（路段長度小于40 m）進(jìn)行填補(bǔ)。

（4）施工過程中如發(fā)現(xiàn)原半剛性基層存在局部損壞的情況，根據(jù)現(xiàn)場施工條件采用ATB-25或水泥混凝土進(jìn)行填補(bǔ)。

4.3.1.2 原路面基層及路基維修

對于原路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足路段，在銑刨瀝青面層后，應(yīng)對基層頂面彎沉進(jìn)行檢測，根據(jù)基層頂彎沉檢測結(jié)果，進(jìn)行基層及路基的維修處治：

（1）基層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度足夠路段：在全面檢查基層損壞情況后，對存在龜裂、松散等損壞的基層進(jìn)行維修，根據(jù)現(xiàn)場施工條件采用ATB-25或水泥混凝土對上部20 cm范圍內(nèi)的基層進(jìn)行填補(bǔ)。

（2）基層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足路段：僅因上部基層損壞導(dǎo)致路段代表彎沉超標(biāo)的情況，采用三渣基層水泥現(xiàn)場冷再生進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)；對于路基狀況良好，基層損壞嚴(yán)重的情況，采用40 cm水泥穩(wěn)定碎石對原基層進(jìn)行換填；對于路基較為軟弱路段，在采用大粒徑碎石與三渣基層銑刨料進(jìn)行原路床換填后，施工40 cm水泥穩(wěn)定碎石。

（3）基層及路基維修完成后，應(yīng)施工改性乳化瀝青同步碎石作為下封層，而后施工乳化瀝青冷再生瀝青混合料作為柔性下基層。

4.3.1.3 加罩補(bǔ)強(qiáng)

在原路面處治完成并達(dá)到要求后，進(jìn)行新瀝青面層的加罩補(bǔ)強(qiáng)。加罩后，瀝青面層結(jié)構(gòu)及路面結(jié)構(gòu)均得以加厚，并獲得良好的結(jié)構(gòu)功能：一方面，將原半剛性基層結(jié)構(gòu)調(diào)整為柔性或半柔性基層結(jié)構(gòu)，增大了結(jié)構(gòu)系數(shù)的取值，降低了對路面結(jié)構(gòu)剛度要求；另一方面，整體提升路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛度，以更好的適應(yīng)將來較長一段時間的道路使用要求。

4.3.2 大亭段路面大修方案

4.3.2.1 現(xiàn)狀路面維修與加固補(bǔ)強(qiáng)

對原路面處治，是確保本工程質(zhì)量核心，其處治方案如下：

（1）原路面瀝青面層維修

縱橫向裂縫維修：跨縫銑刨100 cm瀝青面層，粘貼聚酯玻纖布，施工9 cm骨架密實型普通瀝青ATB-25與相鄰路面接順。

連續(xù)損壞路段維修：路面存在如修補(bǔ)密集、板塊裂縫不規(guī)則、車轍超過2.0 cm等損壞的連續(xù)路段，應(yīng)將瀝青面層全部銑刨后，對下部結(jié)構(gòu)完好狀況進(jìn)行調(diào)查，如下部板塊良好，在對混凝土板板縫跨縫粘貼1 m寬的聚酯玻纖布后，采用等厚ATB-25進(jìn)行填補(bǔ)。

（2）損壞板塊更換：將判定存在斷板損壞混凝土板塊及下部松散基層更換。

（3）板底與三渣基層底注漿加固

對代表彎沉超過0.20 mm的路段內(nèi)裂縫較嚴(yán)重（視為脫空）的板塊進(jìn)行注漿處理；對代表彎沉超過0.45 mm的路段三渣基層底一并進(jìn)行注漿補(bǔ)強(qiáng)，使路段代表彎沉控制在0.20 mm以內(nèi)。

（4）面層加罩補(bǔ)強(qiáng)

原路面維修補(bǔ)強(qiáng)后，在行車道及部分硬路肩滿鋪聚酯玻纖布后，加罩雙層式改性瀝青面層（6 cm SBS改性瀝青 AC-20C+4 cm改性瀝青SMA-13）。

4.3.3 路基防護(hù)與排水設(shè)計

結(jié)合本次大修，對土路肩進(jìn)行了硬化，同時在硬路肩邊線處增設(shè)了路緣排水邊溝、盲溝、急流槽等排水設(shè)施；在防噪屏增設(shè)排水邊溝、急流槽，同步對土路肩進(jìn)行了硬化；對沖刷嚴(yán)重的邊坡進(jìn)行培土，對高填方邊坡進(jìn)行了硬化。以使雨水快速排離路面以及土路肩，減少土路肩浸泡現(xiàn)象，確保路面結(jié)構(gòu)處于良好的工作狀態(tài)。

5 結(jié)語

本文結(jié)合G1501郊環(huán)線（東南段）大修工程，對全線的道路建設(shè)、養(yǎng)護(hù)維修歷史、道路狀況等進(jìn)行了全面調(diào)查分析。在對各路段的路面破損率、平整度、車轍深度、路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等技術(shù)指標(biāo)、大修后道路承載力需求、道路損壞成因等分析與歷年養(yǎng)護(hù)維修經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，嚴(yán)格遵循“針對性設(shè)計和全壽命設(shè)計”與“極限利用，經(jīng)濟(jì)節(jié)約”的原則，進(jìn)行了G1501郊環(huán)線（東南段）節(jié)約型路面大修設(shè)計與實踐。

總體設(shè)計思路為：以維修、置換增強(qiáng)、注漿補(bǔ)強(qiáng)等技術(shù)措施為手段，消除現(xiàn)狀路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足路段，實現(xiàn)原路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的提升。在既有道路結(jié)構(gòu)維修的基礎(chǔ)上通過瀝青面層加罩，一方面實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)型式轉(zhuǎn)變，降低了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度需求；另一方面降低了原路面的受力狀態(tài)，并最終提高了路面結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度，以滿足在將來較長一段時間里的重交通使用要求。

本次大修已于2016年年底完工，施工過程中各項結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指標(biāo)均較好的滿足設(shè)計要求，工程質(zhì)量總體受控。先期完工的路段，已經(jīng)受1個高溫，2個低溫季節(jié)的考驗，并已展現(xiàn)出良好的使用性能。據(jù)此我們有理由相信，遵照節(jié)約型路面大修設(shè)計理念，嚴(yán)格施工質(zhì)量管控，完全可實現(xiàn)大修工程的經(jīng)濟(jì)節(jié)約與后續(xù)使用功能的良好兼顧。

[1]李蒙.粵北山區(qū)農(nóng)村公路路面養(yǎng)護(hù)及工程經(jīng)濟(jì)研究[D].廣州：廣東工業(yè)大學(xué),2015.

[2]顧宗偉.富硯高速公路瀝青路面典型病害養(yǎng)護(hù)措施研究[J].公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版),2015,7:27-29.

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

[4]上海市市政規(guī)劃設(shè)計研究院.G1501郊環(huán)線（東南段）大修工程可行性研究報告[R].上海：上海市市政規(guī)劃設(shè)計研究院,2013.

[5]JTG D40-2011,公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范[S].

U418.6

B

1009-7716（2017）08-0022-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.08.007

2017-05-11

何文繼（1961-），男，浙江余姚人，工程師，從事高速公路管理工作。