山區(qū)高速公路路面設(shè)計(jì)關(guān)鍵性技術(shù)探析

楊再福

（蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 730000）

山區(qū)一般是指山地、丘陵等地質(zhì)條件較為復(fù)雜、地形較為崎嶇的地區(qū)，我國(guó)的山區(qū)面積在國(guó)土總面積中占半數(shù)以上，且多數(shù)山區(qū)地區(qū)經(jīng)濟(jì)水平較為落后，有待發(fā)展。交通便利是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高人民生活質(zhì)量的前提條件，因此改善我國(guó)山區(qū)的交通狀況十分關(guān)鍵。因地形限制，建設(shè)山區(qū)高速公路時(shí)在選擇路線線性方面會(huì)出現(xiàn)隧道、橋等結(jié)構(gòu)形式，線性存在不確定性。山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)建造時(shí)，容易受到經(jīng)濟(jì)技術(shù)方面的阻力，本文對(duì)山區(qū)高速公路路面設(shè)計(jì)會(huì)出現(xiàn)的關(guān)鍵性技術(shù)進(jìn)行研究，以期為相關(guān)人員提供參考。

1 山區(qū)高速公路特點(diǎn)

隨著經(jīng)濟(jì)水平的穩(wěn)步提升，近年來(lái)，我國(guó)山區(qū)高速公路的建設(shè)力度不斷加大，交通布局越發(fā)完善。我國(guó)山區(qū)地形特征復(fù)雜，建設(shè)高速公路時(shí)需結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，制定合理可行的設(shè)計(jì)方案。只有確保設(shè)計(jì)方案具有足夠的合理性與可行性，方能盡量避免擁包、開(kāi)裂等病害的出現(xiàn)，延長(zhǎng)路面使用時(shí)間，最大程度保障行車安全，為區(qū)域交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展提供助力。

山區(qū)高速公路的特點(diǎn)大致可歸納為以下幾點(diǎn)：（1）地形復(fù)雜。山區(qū)包括山地、丘陵等地區(qū)，地形復(fù)雜，地勢(shì)多變，地質(zhì)結(jié)構(gòu)各有不同，想要在山區(qū)建設(shè)高速公路存在較大的難度；（2）有較多的陡坡路段。山區(qū)地區(qū)呈現(xiàn)出明顯的高低不等、落差大的地勢(shì)特征，自然而然會(huì)出現(xiàn)許多陡坡。因此，建設(shè)山區(qū)高速公路時(shí)需考慮地勢(shì)因素，結(jié)合當(dāng)?shù)氐纳舷缕虑闆r進(jìn)行路面設(shè)計(jì)。在陡坡路段，受坡度的變化和自身重力的影響，行車時(shí)需有效控制車速，否則，很容易出現(xiàn)交通事故。相關(guān)人員在制定高速公路設(shè)計(jì)方案時(shí)需考量到這一點(diǎn)；（3）有較多的橋梁、隧道。一些山區(qū)受地勢(shì)特征影響，要想保證高速公路的建設(shè)質(zhì)量，需采用隧道工程、跨越式橋梁結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)方案，其設(shè)計(jì)具有一定的復(fù)雜性，在建造方面也具有較高的難度；（4）海拔較高，有較多的凌冰路段。在一些海拔較高的山區(qū)，氣候受海拔影響，較為寒冷，容易出現(xiàn)雨水堆積現(xiàn)象，凌冰路段較多，會(huì)影響路面結(jié)構(gòu)的合理性，威脅交通安全。

2 瀝青路面設(shè)計(jì)方法的基本概述

2.1 路面厚度設(shè)計(jì)方法

技術(shù)人員在設(shè)計(jì)瀝青路面時(shí)，需遵守我國(guó)交通部推出的《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ014-97），其厚度設(shè)計(jì)方法可用于各級(jí)公路瀝青路面的建設(shè)、與大修設(shè)計(jì)，適用范圍廣泛?，F(xiàn)如今，我國(guó)規(guī)范中瀝青路面設(shè)計(jì)方法中運(yùn)用路表彎沉與層底彎拉應(yīng)力指標(biāo)。技術(shù)人員在明確路面結(jié)構(gòu)層厚度時(shí)，可采取以下流程：首先，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的相關(guān)要求，確立面層類型、彎拉應(yīng)力等相關(guān)參數(shù)。其次，結(jié)合路基土的類型與干濕程度來(lái)制定路段土基回彈模量。再次，按照規(guī)范推薦及自身經(jīng)驗(yàn)，擬定幾種路面結(jié)構(gòu)層組合及厚度方案，選擇其中的一層當(dāng)作設(shè)計(jì)層。通過(guò)配合比實(shí)驗(yàn)檢測(cè)材料的抗壓回彈模量，確定其抗壓強(qiáng)度。最后，按照彎拉應(yīng)力指標(biāo)與設(shè)計(jì)彎沉值得出厚度。若是計(jì)算所得結(jié)果與相關(guān)要求不符，可更改材料配合比、路面結(jié)構(gòu)層組合或是厚度，重新進(jìn)行計(jì)算。

2.2 AASHTO 設(shè)計(jì)方法與SHELL 設(shè)計(jì)方法

AASHTO 與SHELL 是應(yīng)用范圍較為廣泛的兩種設(shè)計(jì)方法，值得相關(guān)人員進(jìn)行探索研究。其中，AASHTO 設(shè)計(jì)方法將現(xiàn)實(shí)服務(wù)能力指數(shù)當(dāng)作評(píng)估衡量路面使用性能的關(guān)鍵性指標(biāo)，SHELL 設(shè)計(jì)方法則是將路面結(jié)構(gòu)作為一種多層線性彈性體系。要想通過(guò)AASHTO 設(shè)計(jì)方法明確瀝青路面厚度，需經(jīng)過(guò)確定使用性能期與分析期、計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軸載在分析期內(nèi)的累計(jì)作用次數(shù)、選取可靠度參數(shù)、確立設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、考量環(huán)境影響、選定排水系數(shù)等流程。而通過(guò)SHELL 設(shè)計(jì)方法明確瀝青路面厚度，則需要運(yùn)用兩項(xiàng)主要標(biāo)準(zhǔn)與兩項(xiàng)次要標(biāo)準(zhǔn)，主要標(biāo)準(zhǔn)是為了明確瀝青底層的水平拉應(yīng)變其容許值與路基表面垂直壓應(yīng)變其容許值，次要標(biāo)準(zhǔn)則是為了明確水泥穩(wěn)定類基層地面拉應(yīng)力其容許值與道路表面永久變形容許車轍深度。

3 陡坡路段路面設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)

3.1 陡坡路段路面的概述

山區(qū)受地理?xiàng)l件限制，必然會(huì)形成長(zhǎng)陡坡路段，陡坡路段發(fā)生車轍病害的概率相對(duì)更高。究其原因，通常情況下，車輛行駛在陡坡上的速度會(huì)比普通路段更小，對(duì)路面的作用時(shí)間也會(huì)隨著速度的降低而延長(zhǎng)。同時(shí)，在陡坡路段，荷載對(duì)于路面的作用力也有所不同，形成的應(yīng)力會(huì)隨著坡度的增加而加大，故而陡坡路段發(fā)生車轍現(xiàn)象的風(fēng)險(xiǎn)更大。在路段交通量一致的前提下，陡坡路段彎沉值要明顯大于平坡路段，這會(huì)讓路面提前處于破壞狀態(tài)，縮短路面的使用時(shí)間。

3.2 陡坡路段路面設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)

陡坡路段的力學(xué)響應(yīng)特點(diǎn)大致可歸納為以下4 點(diǎn)：（1）道路縱坡會(huì)在一定程度上影響路面的結(jié)構(gòu)應(yīng)力與位移，面層剪應(yīng)力的影響程度要比彎沉與層底拉應(yīng)力更大；（2）陡坡路段的路面剪應(yīng)力響應(yīng)存在十分顯著的區(qū)別，縱坡的坡度越大，剪應(yīng)力也會(huì)隨之而增長(zhǎng)。每當(dāng)其坡度加大1%，剪應(yīng)力會(huì)出現(xiàn)超過(guò)30%的平均增幅；（3）陡坡路段的路面彎沉響應(yīng)大致一致，當(dāng)其坡度加大1%時(shí)，彎沉也會(huì)出現(xiàn)1%左右的增幅；（4）陡坡路段的路面層底拉應(yīng)力響應(yīng)并無(wú)顯著的區(qū)別，每當(dāng)其坡度加大1%，拉應(yīng)力會(huì)出現(xiàn)2%左右的增幅。比起平坡路段，陡坡路段對(duì)比路面面層有著更高的抗剪強(qiáng)度要求，車輛行駛時(shí)的作用時(shí)間更長(zhǎng)。

因此，技術(shù)人員在進(jìn)行陡坡路段路面設(shè)計(jì)時(shí)，需考量到以下幾個(gè)方面：（1）提升路面面層的抗剪能力；（2）提升材料的高溫穩(wěn)定性；（3）提升瀝青層的抗車轍能力；（4）考量重載因素。

4 橋面鋪裝路面設(shè)計(jì)研究

4.1 橋面鋪裝的概述

橋面鋪裝指的是在橋面板上方鋪筑的防護(hù)層，可有效避免車輪對(duì)行車道板進(jìn)行直接磨耗，能夠避免柱梁遭受雨水與其他物質(zhì)的侵蝕，同時(shí)可發(fā)揮擴(kuò)散荷載的效果。橋面鋪裝是橋梁結(jié)構(gòu)不可或缺的組成部分，其質(zhì)量?jī)?yōu)劣直接影響到車輛的行駛質(zhì)量。橋面鋪裝可分為剛性與柔性兩種類型，剛性主要為水泥混凝土鋪裝，柔性主要為瀝青混凝土鋪裝，隨著材料學(xué)與建筑行業(yè)的飛速發(fā)展，橋面鋪裝的類型不斷增多。橋面鋪裝層出現(xiàn)的病害主要包括推移與擁包、車轍、松散與坑槽、開(kāi)裂等。

4.2 橋面鋪裝路面設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)

因橋梁結(jié)構(gòu)的自身特點(diǎn)，通常而言，橋梁的局部變形加大，鋪裝層的運(yùn)用也會(huì)增加。橋面鋪裝層主要包含以下兩方面的特點(diǎn)：（1）受力模式不同。橋面鋪裝直接處在橋面板的上方，模量差距較大，最大拉應(yīng)力拉應(yīng)變基本發(fā)生于鋪設(shè)層的表面，從表面開(kāi)始破壞。而公路混凝土路面的最大拉應(yīng)力拉應(yīng)變基本發(fā)生在混凝土層的底面，從底層開(kāi)始破壞。且橋面鋪裝受到車輛荷載等因素的影響，其破壞擴(kuò)展的速度更快；（2）環(huán)境情況不同。橋面鋪裝是鋪設(shè)在橋面上，而瀝青混凝土路面基本上是鋪設(shè)在土基與半剛性基層上面，屬于半無(wú)限空間體。因?yàn)闃蛄菏芎奢d作用影響，變形大，其鋪裝層的工作環(huán)境相對(duì)動(dòng)態(tài)，會(huì)出現(xiàn)較大的應(yīng)力應(yīng)變變化。

橋面鋪裝成在設(shè)計(jì)方案、選取材料、施工操作等方面都有著較高的要求，設(shè)計(jì)人員不僅要考慮路面的結(jié)構(gòu)性能要求，還要考量耐久性、防水性、抗壓能力等方面的要求。因此，技術(shù)人員在進(jìn)行橋面鋪裝路面設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮到以下幾點(diǎn)：（1）橋面鋪裝需要擁有一定的抗變形能力。因?yàn)槠滗佈b層位于橋面板的上方，比起普通的公路基層，其柔性要更大。只有具備一定的抗變形能力，橋面鋪裝層才不會(huì)因風(fēng)荷載、交通荷載等因素出現(xiàn)較大變形；（2）橋面鋪裝需要擁有一定的高溫穩(wěn)定性。對(duì)于橋面鋪裝而言，優(yōu)秀的高溫穩(wěn)定性能夠有效避免推移等病害的出現(xiàn)；（3）橋梁鋪裝層需要擁有一定的抗拉裂性能。因交通荷載作用，橋面鋪裝層的表面很容易形成疲勞拉裂；（4）橋面鋪裝層需要擁有一定的耐久性能。一般情況下，瀝青混凝土路面有15 年的使用期限，想要保證路面的使用時(shí)間不被縮減，需確保路面可抵抗溫度變化、降雨等腐化作用，具備優(yōu)秀的耐久性能；（5）橋面鋪裝層同混凝土橋面板間需要具備一定的層間黏結(jié)能力。橋面鋪裝層與混凝土橋面板之間容易發(fā)生病害，優(yōu)質(zhì)的黏結(jié)材料能夠合二為一，黏結(jié)成一個(gè)整體，可進(jìn)一步優(yōu)化其使用性能。

5 隧道復(fù)合式路面設(shè)計(jì)研究

5.1 隧道復(fù)合式路面的概述

我國(guó)初期的隧道路面建設(shè)基本上是水泥混凝土路面，該路面具有施工便捷、穩(wěn)定性良好等優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用范圍十分廣泛。隨著我國(guó)交通行業(yè)的發(fā)展，高速公路的數(shù)量大幅度提升，對(duì)于行車的安全性、舒適度等要求也在不斷提升。同時(shí)，隨著材料學(xué)的飛速發(fā)展，改性瀝青等材料的研究也越發(fā)深入，因此，隧道中復(fù)合式路面的應(yīng)用范圍不斷拓展?，F(xiàn)階段，我國(guó)公路隧道基本運(yùn)用以下兩種類型的復(fù)合式路面：水泥混凝土基層瀝青路面與水泥混凝土路面。這兩種類型各有自身的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)與局限性，設(shè)計(jì)人員需結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況選取適宜的類型。復(fù)合式路面兼具了水泥混凝土與瀝青混凝土兩種路面結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，可有效提升路面的舒適性。當(dāng)前，人們提到復(fù)合式路面基本是指水泥混凝土層上方鋪筑瀝青混凝土面層的這一結(jié)構(gòu)形式。技術(shù)人員在運(yùn)用復(fù)合式路面時(shí)，需要細(xì)致考慮排水、層間黏結(jié)、防火等方面的問(wèn)題。隧道內(nèi)的環(huán)境不僅半封閉，而且還多水，發(fā)生路面病害的風(fēng)險(xiǎn)較大，容易威脅交通安全。隧道路面的病害主要為以下4 種：變形、滑溜、裂縫、翻漿與涌水。

5.2 隧道復(fù)合式路面設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)

技術(shù)人員在進(jìn)行隧道復(fù)合式路面設(shè)計(jì)時(shí)，需考量到隧道內(nèi)交通的特征：（1）重載超載占比多。我國(guó)區(qū)域貿(mào)易的數(shù)量隨著經(jīng)濟(jì)水平的提升而不斷增加。為追求更大化的經(jīng)濟(jì)效益，時(shí)常出現(xiàn)重載超載情況；（2）交通集中量大。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與人民生活質(zhì)量的提升，我國(guó)的車輛總量不斷增加，高速公路的數(shù)量雖然在大幅增強(qiáng)，但仍難以滿足現(xiàn)實(shí)需求。隧道時(shí)常是兩個(gè)區(qū)域間距離最短的道路，很多車輛會(huì)選擇通過(guò)隧道到達(dá)目的地；（3）車速低且制動(dòng)多。多數(shù)隧道會(huì)對(duì)車輛的行駛速度有所要求，通常情況下，一方面，車輛在隧道內(nèi)的行駛速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于高速公路上的行駛速度。另一方面，在隧道內(nèi)行駛，司機(jī)視線不良、視野受限，容易出現(xiàn)剎車制動(dòng)情況。車速低延長(zhǎng)了作用時(shí)間，制動(dòng)過(guò)程加劇了水平作用力，這些因素都會(huì)對(duì)隧道內(nèi)路面形成傷害。技術(shù)人員設(shè)計(jì)隧道復(fù)合式路面時(shí)，還應(yīng)當(dāng)考慮氣候條件、交通條件、水環(huán)境條件、基層支承條件等相關(guān)影響因素。

6 結(jié)語(yǔ)

高速公路建設(shè)是促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵舉措，其建設(shè)質(zhì)量直接影響道路的使用壽命，值得相關(guān)人員予以重視。山區(qū)地形多變，建設(shè)高速公路難度較大，設(shè)計(jì)人員需做好勘察作業(yè)，掌握其氣候、地質(zhì)、水文等方面的信息，規(guī)范設(shè)計(jì)方案，科學(xué)預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的問(wèn)題并提出相對(duì)應(yīng)的解決措施。本文簡(jiǎn)述了山區(qū)高速公路的特點(diǎn)，山區(qū)高速公路路面設(shè)計(jì)會(huì)出現(xiàn)的關(guān)鍵性技術(shù)，旨在為提升山區(qū)高速公路路面建設(shè)質(zhì)量提供助力。