高速公路大交通量匝道白改黑設(shè)計方案
——以廣州北環(huán)高速公路沙貝立交匝道為例

柳子暉，聶 文，李 穎，熊春龍

(1.廣州北環(huán)高速公路有限公司，廣東 廣州 510507；2.廣州肖寧道路工程技術(shù)研究事務(wù)所有限公司，廣東 廣州 510641)

1 項目概況

作為我國最早建成通車的高速公路之一，廣州北環(huán)高速公路已有20多年運營期，東西方向分別與廣深高速、廣佛高速相接，全長21.652 km，同時也是G342國道福昆線(K978+096～K993+096)、S15沈海高速廣州支線(K10+884～K32+536)以及S81廣州環(huán)城高速公路(K0+000～K21+652)的一部分。北環(huán)高速于1991年3月動工，1993年11月8日瑤臺至沙河路段建成試通車，12月18日全線通車。作為廣州北部進城的交通要塞，北環(huán)高速車流量位居廣東省乃至全國首列，對加強廣州、其他珠三角城市以及港澳地區(qū)經(jīng)貿(mào)互動，促進粵港澳地區(qū)經(jīng)濟繁榮起著積極作用。

北環(huán)高速公路沙貝立交C匝道(環(huán)佛匝道)和D匝道(佛環(huán)匝道)現(xiàn)狀為水泥混凝土路面，經(jīng)過調(diào)查，路面結(jié)構(gòu)為：28 cm水泥混凝土面板+20 cm貧混凝土基層+20 cm水泥穩(wěn)定碎石底基層(其中D匝道加寬段為20 cm貧混凝土底基層)。該區(qū)段交通量繁忙，大型載重車輛比例較大，特別是D匝道(佛環(huán)匝道)沙貝往東線方向的主交通流方向車流持續(xù)增加，斷面交通量已超過了上限值，屬于超負荷運營狀態(tài)，高峰期捆堵現(xiàn)象嚴重。D匝道于2015年加寬至四車道后，出現(xiàn)第二車道與第三車道縱向拉裂，錯臺，破碎板較為嚴重，如圖1所示。路面服務(wù)質(zhì)量下降，且因北環(huán)高速近年已經(jīng)進行白加黑罩面，C匝道、D匝道起終點均為瀝青路面，為提高C、D匝道服務(wù)質(zhì)量，對C、D匝道進行修復并加鋪。

2 匝道罩面方案功能要求分析

沙貝匝道交通量大，小半徑和縱坡較大，斷面車輛制動頻繁，匝道上加鋪瀝青罩面的受力狀況較正常路段瀝青加鋪層復雜的現(xiàn)實，勢必會使加鋪層與水泥路面之間出現(xiàn)較明顯的層間剪切破壞，加鋪層易出現(xiàn)脫皮、推移等病害。因此，沙貝匝道C、D加鋪瀝青路面方案考慮為雙層結(jié)構(gòu)，不同結(jié)構(gòu)層位應(yīng)具有不同的受力特點及功能要求。

上面層作為磨耗層，直接抵抗外界環(huán)境和車輛荷載的作用，要求其具有良好的行駛性能、抗滑耐久性能及一定的抗裂性能；下面層作為承重層，一方面主要抵抗車輛荷載對瀝青路面所施加的剪切應(yīng)力，避免因抗剪強度不足而引起結(jié)構(gòu)層失穩(wěn)破壞，當承重層失穩(wěn)累積變形達到上面層所能成承受的最大彎拉應(yīng)變時，上面層底部開裂并向上發(fā)展形成貫通裂縫；另一方面由于原水泥路面的病害反射裂縫向上發(fā)展，也會導致上面層貫穿開裂；因此，匝道罩面方案下面層瀝青混合料要求具有良好的高低溫性能、抗裂性能、抗水損害性能和耐久性能。另外，瀝青加鋪層與水泥混凝土面板間應(yīng)具有良好的抗反射裂縫及抗剪切能力，以抵抗由原水泥路面板反射上來的裂縫。

3 匝道罩面方案

在匝道加鋪前，先對原水泥混凝土面板出現(xiàn)的病害進行必要處治，基層強度不足的路段需對基層進行補強處理。綜合考慮該路段的原水泥面板病害情況、車輛荷載作用形式、交通量及工程投資，選用加鋪設(shè)計方案為如圖1所示。

圖1 加鋪設(shè)計方案

4 施工原材料質(zhì)量控制要點

4.1 改性瀝青混凝土SMA-13

SMA-13組成成分包括：瀝青、纖維穩(wěn)定劑、礦粉和少量的細集料，是一種間斷級配。由于較多的瀝青膠結(jié)料以及具有良好勁度的瀝青瑪蹄脂膠漿填充于粗集料的空隙之中，形成一種石-石嵌擠結(jié)構(gòu)，從而使得SMA-13具有高溫抗車轍、低溫抗裂縫、良好的水穩(wěn)定性、良好的耐久性以及良好的路用性能等特性。

本方案SMA-13采用設(shè)計級配如表1所示。其中，各項瀝青混合料馬歇爾試驗技術(shù)指標均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTGF40-2004要求。SMA-13瀝青混凝土采用PG88-22超強改性瀝青，超強改性瀝青技術(shù)指標應(yīng)符合下表2要求。

表1 SMA-13瀝青混合料礦料級配范圍

表2 PG88-22超強改性瀝青技術(shù)要求

4.2 FAC-20高模量瀝青混凝土

富瀝青混合料(FAC)采用主骨架填充法(Coarse Aggregate Void Filling，CAVF)進行設(shè)計，由張肖寧教授于1995年提出。既使粗骨料發(fā)揮嵌擠效果形成骨架結(jié)構(gòu)，又使細集料與瀝青充分填充主骨架空隙是主骨料空隙填充法(CAVF法)法的特點，由此使得混合料具有優(yōu)良的密實程度，從而具備良好的抗車轍性能。

本方案采用的FAC-20高模量瀝青混凝土設(shè)計級配如表3所示。FAC-20高模量瀝青混合料采用如表2所示的PG88-22超強改性瀝青，該瀝青勁度模量超過12 KPa以上，使瀝青路面抗剪切能力進一步提高。

表3 FAC-20混合料設(shè)計級配

4.3 高彈改性瀝青應(yīng)力吸收層

設(shè)置高彈改性瀝青應(yīng)力吸收層主要目的是增加層間粘結(jié)，使路面結(jié)構(gòu)作為一個整體抵抗交通荷載的作用，降低路面結(jié)構(gòu)中剪應(yīng)力，降低產(chǎn)生車轍、推移、擁包等結(jié)構(gòu)失穩(wěn)風險。其次，應(yīng)力吸收層可增強路面結(jié)構(gòu)防水功能，防止路表水滲透進道路基層中加劇基層損壞，避免因基層損壞導致的路面結(jié)構(gòu)整體承載力不足。還可以增強路面抗反射裂縫能力，防治ATB材料和水泥板之間收縮系數(shù)差異造成的接縫處受力不同和水泥混凝土面板裂縫等病害反射至瀝青路面，保證路面結(jié)構(gòu)中不出現(xiàn)貫通裂縫，提高路面結(jié)構(gòu)整體耐久性。

本方案中的高彈改性瀝青應(yīng)力吸收層級配控制范圍如表4所示，高彈改性瀝青技術(shù)要求如表5所示。

表4 高彈改性瀝青應(yīng)力吸收層級配控制范圍

表5 高彈改性瀝青技術(shù)要求

5 結(jié) 論

瀝青混合料施工質(zhì)量控制是保證各結(jié)構(gòu)層的效能得到最大程度發(fā)揮的前提。本項目施工作業(yè)嚴格遵守瀝青路面施工質(zhì)量管理要求，嚴格按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)進行檢查評定，同時建立健全有效的質(zhì)量保證體系，并采用施工動態(tài)管理辦法，以期達到規(guī)定的質(zhì)量標準，嚴格把控施工質(zhì)量。該項目從2018年8月通車以來，在超大交通量荷載作用下，未發(fā)現(xiàn)有明顯的裂縫、車轍、脫皮以及推移等病害。因此，本文提出的白改黑設(shè)計方案能較好地應(yīng)用于交通量大、小半徑、縱坡較大、斷面車輛制動頻繁等復雜路況的路段，該方案是實用和有效的，同時也能為大交通量匝道白改黑罩面建設(shè)提供一定的工程依據(jù)。