昌樟高速公路路面擴(kuò)建設(shè)計探討

程 全，練 偉，程永飛

(中交第二公路勘察設(shè)計研究院有限公司，湖北 武漢 430000)

1 概 述

昌樟高速公路通車13年來路面保持了良好的運(yùn)營狀況。但隨著近幾年交通量的快速增長，特別是超載超重車輛的大幅增加，路面出現(xiàn)了不同程度的縱、橫向裂縫、擁包、坑槽、泛油、車轍等破壞。本次改擴(kuò)建采用兩側(cè)整體加寬為主，局部兩側(cè)分離式的加寬方式，擴(kuò)建后為雙向八車道，整體式路基寬42 m。在滿足規(guī)范要求的情況下，為降低造價，針對八車道高速公路行駛車輛分布特點采用分車道路面設(shè)計，同時根據(jù)現(xiàn)有老路路面檢測結(jié)果，并結(jié)合老路路面病害類型、路面代表彎沉值、交通組織、路面調(diào)坡后縱斷面的標(biāo)高差和利于施工等綜合分析論證，確定老路路面的銑刨、加鋪、新老路面拼接以及路面銑刨舊料利用等路面結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。

2 原昌樟路面結(jié)構(gòu)及現(xiàn)狀

2.1 原路面結(jié)構(gòu)組成

既有高速公路采用瀝青混凝土路面，以路表容許彎沉值作為路面整體強(qiáng)度的控制指標(biāo)，對面層及基層進(jìn)行彎拉應(yīng)力計算，設(shè)計年限為15年，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)軸載為BZZ-100 KN。其中：昌樟段路表容許彎沉值46.5(0.01 mm)，換算成路面設(shè)計彎沉值為29.3(0.01 mm)，胡傅段路表容許彎沉值39.6(0.01 mm)，換算成路面設(shè)計彎沉值為25.3(0.01 mm)。由于老路為分期實施，采用的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)不同，因此造成了路面結(jié)構(gòu)的橫向不同、縱向多變的特點。

2.2 原有路面檢測情況

原有道路營運(yùn)多年，后期養(yǎng)護(hù)頻繁，根據(jù)調(diào)查收集資料，2004～2010年經(jīng)歷過3次大的維修罩面(2004年、2005年、2010年)，罩面厚度一般在4 cm厚。

通過對路面破損調(diào)查，路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、路面取芯等方面的檢測，原有路面的情況如下。

(1)路表主要病害為翻漿、龜裂，其次為橫縫、沉陷、修補(bǔ)、縱縫、塊裂。其中翻漿總面積為11 914.4 m2，占病害總面積的50.3%，龜裂總面積為5 402 m2，占病害總面積的22.8%。

(2)從彎沉檢測結(jié)果，大部分路段承載力不足，其中生厚段整體路面強(qiáng)度較差，“優(yōu)良”路段上行線行、超車道約為11%、40%，下行線行、超車道約為4%、19%；由于滬昆段進(jìn)行了大量罩面，相比生厚段路面強(qiáng)度要好，“優(yōu)良”路段上行線行、超車道約為62%、75%，下行線行、超車道約為47%、63%。

根據(jù)檢測的結(jié)論目前左、右幅行車道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度優(yōu)良的路段僅占全線的39%和34%，說明大部分路段承載力不足，需采取補(bǔ)強(qiáng)措施以恢復(fù)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

(3)從芯樣來看，主要分為三種情況：第一種情況為各瀝青層結(jié)構(gòu)較為完好，不存在層間斷裂和結(jié)構(gòu)層松散等現(xiàn)象；第二種情況為對橫縫、龜裂、沉陷、修補(bǔ)密集、翻漿等病害取芯，發(fā)現(xiàn)橫縫病害大部分是由于半剛性基層引起的自下而上的裂縫，龜裂、沉陷、修補(bǔ)密集、翻漿等病害處瀝青層多出現(xiàn)層間斷裂、結(jié)構(gòu)松散、碎裂現(xiàn)象，尤其是下面層基本呈松散狀。第三種情況為面層、基層多存在病害，瀝青面層主要病害為層間斷裂、裂縫貫穿、孔隙大、松散碎裂等，面層病害處的水穩(wěn)基層大多松散碎裂，所取芯樣基本無完整性。

(4)完好路段芯樣的室內(nèi)試驗結(jié)果表明，瀝青面層孔隙率、壓實度、穩(wěn)定度、流值，基層無側(cè)限抗壓強(qiáng)度基本滿足規(guī)范要求。

2.3 現(xiàn)有路面破損狀況及原因

(1)原路面排水和混合料性能不滿足要求

①原路面排水設(shè)施不完善。省莊至胡家坊段未設(shè)中央分隔帶排水設(shè)施，胡家坊至昌傅段，雖然設(shè)置了中央分隔帶排水設(shè)施，但大部分已失去排水功能；同時全線未設(shè)置路肩邊部排水。由于原有路面排水設(shè)施不完善，導(dǎo)致路面積水，造成路面損壞。

②昌樟段上、中面層為典型懸浮密實結(jié)構(gòu)，高溫穩(wěn)定性差，下面層為瀝青碎石，路面抗疲勞性能差；胡傅段上面層采用AK半開級配類型，孔隙率大，容易滲水；瀝青混合料所采用的高溫性指標(biāo)偏不利狀態(tài)，粉膠比過大；水穩(wěn)碎石基層水泥用量過高，劑量普遍在6%左右，容易產(chǎn)生反射裂縫，影響路面結(jié)構(gòu)的耐久性。

(2)施工因素的影響

原路面施工過程中，存在超粒徑碎石比例大、含泥量高，含有相當(dāng)成分的嚴(yán)重風(fēng)化石，不同料源的碎石混合堆放等現(xiàn)象，部分路段面層壓實度不滿足要求。

(3)交通組織中重車比例增加及超載嚴(yán)重

①受當(dāng)時經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度、汽車擁有量及車型等條件的限制，設(shè)計對重載車輛的發(fā)展預(yù)見不足，實際上目前昌樟高速公路通車以來路面所受標(biāo)準(zhǔn)軸次作用已遠(yuǎn)大于原設(shè)計值，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的不足。

②昌樟路段超載現(xiàn)象非常突出。超載導(dǎo)致瀝青路面加速破壞，大大縮短了瀝青路面的使用壽命。在高溫狀態(tài)下使路面出現(xiàn)車轍、推移、擁包等病害現(xiàn)象發(fā)生。

3 改擴(kuò)建路面設(shè)計原則

(1)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計按新建路面、老路面改建兩種方式考慮，引入多車道高速公路的分車道進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的理念，盡可能對老路面充分利用，合理降低工程造價；

(2)路面要有足夠的承載能力，路面結(jié)構(gòu)要符合新技術(shù)發(fā)展方向，盡可能多地解決原有路面結(jié)構(gòu)的不足；路面結(jié)構(gòu)的選擇要與老路面改建綜合考慮，適應(yīng)本項目重載交通多的特點，最大限度的提高路面的耐久性；

(3)盡可能利用老路銑刨材料，在滿足路線線形指標(biāo)的前提下，盡量擬合縱面線形，寧填勿挖，對現(xiàn)有病害進(jìn)行恰當(dāng)?shù)奶幚?，保證老路路面改建強(qiáng)度滿足設(shè)計要求；

(4)路面施工交通組織采用分幅、分區(qū)段并行施工，根據(jù)全線結(jié)構(gòu)物、互通等分布情況進(jìn)行分段，各施工區(qū)段及其間隔長度為4～5 km，并進(jìn)行交通分流；

(5)在詳細(xì)分析老路路基路面現(xiàn)狀檢測、評價的基礎(chǔ)上，結(jié)合路面綜合評價指標(biāo)及老路面改建方案，充分考慮老路銑刨廢舊料的再生利用價值，注重體現(xiàn)環(huán)保設(shè)計理念；

(6)進(jìn)行獨立的縱斷面設(shè)計，為了提高縱斷面設(shè)計與老路面的精度，路面設(shè)計前按左、右兩條線進(jìn)行縱面設(shè)計，以現(xiàn)場實測罩面后的標(biāo)高為基準(zhǔn)。

4 路面設(shè)計

4.1 累計標(biāo)準(zhǔn)軸載分析

(1)八車道交通車型分布

擴(kuò)建后半幅路面的車道劃分：從中央帶向外分別為第一車道、第二車道、第三車道、第四車道、硬路肩。其中一、二車道為老路路面，三、四車道為新建路面，綜合滬寧、合寧、京沈、沈大等多條高速公路的分車道設(shè)計的分布特點以及實際調(diào)研情況，考慮到本項目交通量情況。計算時將一、二車道與三、四車道分開計算，車道系數(shù)η取為0.43，改擴(kuò)建后第一、二車道主要行駛小客車、小型貨車、中型貨車、大客車及少量大型貨車；第三、四車道主要行駛拖掛車、大型貨車及少量中型貨車、大客車。

(2)超載情況

根據(jù)昌樟路收費分中心計重車輛交通流量年報表(分軸組)統(tǒng)計資料，昌樟高速交通量大，貨車比例大，且存在較為明顯超載現(xiàn)象，超載比例如表2。

表2 各類車輛超載比例

在進(jìn)行軸載換算時考慮到部分車型超載后軸載超過130 KN的設(shè)計限值，設(shè)計中進(jìn)行軸載換算時，軸載換算指數(shù)按表3取值。

表3 軸載換算指數(shù)

4.2 新建路面結(jié)構(gòu)(第三、四車道及硬路肩)

根據(jù)路面結(jié)構(gòu)計算，結(jié)合交通組織，考慮到路面材料的再生利用，新建路面結(jié)構(gòu)組合及厚度如表4。

表4 新建路面(第三、四車道及硬路肩)

4.3 老路面改建

(1)老路路面病害的改建措施

根據(jù)老路路面檢測評定結(jié)果，老路路面分以下四種：①類型A：面層和基層完好，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大；②類型B：面層出現(xiàn)大面積病害，基層較為完好，路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度中等；③類型C：面層和基層均出現(xiàn)大面積病害，路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較差；④類型D：面層、基層和底基層均出現(xiàn)大面積病害，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度特別差。在綜合考慮老路路面及分車道設(shè)計原則的基礎(chǔ)上提出了充分利用、補(bǔ)強(qiáng)的概念，即對老路病害進(jìn)行處理后，全線老路面在原有上面層頂面加鋪兩層瀝青面層，即4 cmSMA-13面層和6 cmAC-20C中面層，加大老路面瀝青面層厚度。具體老路改建措施措施進(jìn)行處置。

表5 原老路面銑刨及路面補(bǔ)強(qiáng)措施

(2)路面縱坡調(diào)整的改建措施

根據(jù)縱面調(diào)坡后的標(biāo)高差h(h為設(shè)計標(biāo)高與老路面標(biāo)高之差)，采用以下措施進(jìn)行處理。

表6 老路面縱坡調(diào)整后的改建措施

5 新老路面橫向拼接和路床處理

5.1 硬路肩處理

(1)路面施工交通組織

路面施工總體思路為分幅分區(qū)段施工，即每隔4～5 km劃分一個施工作業(yè)區(qū)。施工步驟大致如下：對左右幅3、4施工作業(yè)區(qū)段的硬路肩部分進(jìn)行銑刨，并與拼寬部分路面同時施工至柔性基層頂面，與老路標(biāo)高齊平。轉(zhuǎn)移交通至3、4施工作業(yè)區(qū)段，對1、2施工作業(yè)區(qū)段老路病害改造后與擴(kuò)建部分同時施工至面層頂面，然后轉(zhuǎn)移交通至1、2施工作業(yè)區(qū)段，對3、4施工作業(yè)區(qū)段進(jìn)行老路病害改造后與擴(kuò)建部分同時路面統(tǒng)一攤鋪面層。

(2)路面橫向拼接

根據(jù)交通組織，結(jié)合路面病害情況的對新老路面拼接采取如下措施。

①新老路一次性施工路段拼接(1、2施工區(qū)段)

拼接前，先根據(jù)老路病害情況對老路進(jìn)行銑刨，對保留的老路路面結(jié)構(gòu)，按30 cm寬開挖臺階，臺階高度為老路面各層厚度。

②新老路分期施工路段(3、4施工區(qū)段)

在老路硬路肩60 cm處的開挖臺階，臺階寬30 cm，高度為老路面各層厚度。鋪筑擴(kuò)建路面至老路面頂面，交通轉(zhuǎn)移至本幅，待對向1、2施工區(qū)一次性施工完成轉(zhuǎn)移交通，結(jié)合老路銑刨層位進(jìn)行反向開挖臺階處理，最后新老路統(tǒng)一罩面。

5.3 路床加固處理

根據(jù)沿線檢測試驗資料分析，原老路路床填料以細(xì)粒土為主，含水量大，壓實度、回彈模量較低，為提高路面結(jié)構(gòu)的耐久性，必須對老路基路床進(jìn)行加固處理。

(1)第三車道路床加固處理

第三車道為重載交通車道，新老路基路床拼接位于第三車道內(nèi)，原有路床的壓實度為95%、土基回彈模量30(35)MPa為老路基設(shè)計規(guī)范(JTJ013-95)，而現(xiàn)有路基設(shè)計規(guī)范(JTG D30-2004)要求路床的壓實度為96%、土基回彈模量40 MPa，兩者差別較大。為保證重載車道路床的強(qiáng)度，提高路面結(jié)構(gòu)耐久性，本次路面改建對現(xiàn)有公路路肩下的路床進(jìn)行加固處理，處理措施如下。

①一般路段：處理上路床30 cm，若填料滿足要求、則翻挖回填；否則，采用摻灰改良或換填粗粒土，其壓實度≥96%、土基回彈模量≥40 MPa。另在新老路床拼接處底鋪設(shè)雙向鋼塑格柵。

②特殊路段：對路面存在唧漿、沉陷病害或路床回彈模量檢測值小于30 MPa的路段，該路段一般表現(xiàn)為排水不暢，含水量高。其處理方案為路床頂面向下翻挖50 cm，換填粗粒土，其壓實度≥96%、土基回彈模量≥40 MPa。另在新老路床拼接處底面鋪設(shè)雙向鋼塑格柵。

(2)老路第一、二車道路床加固處理

第一、二車道路床加固處理的對象為老路路面損毀嚴(yán)重，老路需整個挖除修復(fù)的路段，原超車道及行車道路床可能存在含水量過大，強(qiáng)度、承載力不足的情況，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場銑刨、挖除路面結(jié)構(gòu)后的路床具體狀況確定是否有必要進(jìn)行加固處理。為保證路面結(jié)構(gòu)的耐久性能，應(yīng)先挖除30 cm厚的原路床土，換填粗粒土處理，處理后壓實度≥96%。

6 結(jié)束語

本次高速公路路面擴(kuò)建設(shè)計過程中，對如何結(jié)合擴(kuò)建后高速公路行駛車輛分布特點，合理進(jìn)行分車道路面設(shè)計；如何結(jié)合老路路面病害、老路實測彎沉值等，合理進(jìn)行老路面改造，降低路面工程造價；如何結(jié)合交通組織和老路病害情況進(jìn)行新老路面拼接；為了減少老路面廢料對環(huán)境的污染，如何對原老路面的材料的回收并充分利用等進(jìn)行了探討，但這些都是今后高速公路路面擴(kuò)建工程中的重點和難點課題，還有待于進(jìn)一步專題研究和探討。