某山區(qū)高速公路路面結構方案比選分析

廖岳高 周群

作者簡介：廖岳高（1987—），工程師，主要從事道路與橋梁工程設計工作。

文章以某山區(qū)高速公路路面結構方案設計為研究對象，從項目交通量及交通組成分析入手，對路面類型、面層及基層方案設計進行了詳細的對比分析，比選出適合該項目的最佳路面結構方案，應用效果良好，可為同類項目提供借鑒。

高速公路；交通量；路面類型；結構方案；方案比選

U416.22A090322

0?引言

為加快地方經濟的快速發(fā)展，國家對基建投資的力度不斷加大，高速公路如雨后春筍般逐年遞增。然而，快節(jié)奏的高速公路建設也導致部分已建高速公路路面出現(xiàn)裂縫、坑槽、車轍等病害［1-4］。

綜合分析發(fā)現(xiàn)，除了施工、超載等原因外，導致路面發(fā)生病害的另一重要原因是在路面結構方案設計時對其交通量、路面結構等方面分析不到位，整個路面方案設計存在欠缺。因此，在設計路面結構方案時，應進行多方案的比選分析，綜合對比后才能選出適合項目的最優(yōu)路面結構方案［5-7］。

本文在以往路面結構方案研究的基礎上，以廣西北部某山區(qū)高速公路為研究對象，從交通量及交通組成入手，對其路面類型、面層結構、基層結構進行方案的比選分析，綜合對比選取出最優(yōu)路面結構方案，以期為同類型高速公路路面結構設計提供參考與借鑒。

1?背景工程簡介

背景工程為廣西某山區(qū)設計中的一條高速公路，按時速100 km四車道進行設計，全線長度共計45.0 km。

路基寬25.5 m，其整體式路基斷面組成如圖1所示。下文將從項目交通量及交通組成分析入手，對其路面結構方案進行詳細的方案比選分析。

2?交通量及交通組成分析

一般而言，項目交通量及交通組成是路面結構方案設計的基本依據(jù)。因此，在對路面結構方案進行比選分析之前，應對其項目交通量及交通組成進行詳細分析，為下文路面結構方案設計提供原始依據(jù)。

本項目方案與工可對比道路及立交功能未發(fā)生變化，本次設計交通量預測數(shù)據(jù)沿用工可報告修編稿中的預測數(shù)據(jù)。項目預計建成年為2025年，交通量預測特征年為2025年、2026年、2031年、2036年和2044年，項目各路段預測交通量如表1所示。

預測至2044年，項目路段平均交通量為31 352 pcu/d，其交通組成如表2所示。

由表2分析可知，項目建成年客貨占比情況約為58.99%∶41.01%，預測末年為59.84%∶40.16%，未來隨著經濟水平和居民出行需求質量的不斷提高，汽車需求將發(fā)生改變，由公用朝著私用方向逐漸發(fā)生變化，車型結構也朝著兩個方向分化。由于私家車越來越多，未來主導車型應為持續(xù)增長的小汽車，而客車將有所下降；考慮運輸經濟性和方便性、快捷性，貨車將逐漸向大型貨車發(fā)展；整體上通道內車型構成以客車為主。

此外，由表2分析可知，未來客車占比＞66%，其中基本以小客車為主，＞50%，而重型大貨車占比僅6%左右，且逐年減少，因此基本可確定該路面設計交通荷載以輕型交通荷載為主。

下文將在本節(jié)交通量及交通組成分析的基礎上，根據(jù)本項目交通特點，從本項目使用功能、自然條件等出發(fā)，遵循因地制宜、合理選材、方便施工、利于養(yǎng)護的原則，以道路功能要求、表面抗滑性能、高溫穩(wěn)定性與低溫性能、施工性能、結構層與基面的粘接問題、水損害問題等為設計要點，進行項目路面方案對比分析，比選出項目最優(yōu)路面結構方案，具體比選過程如下文所述。

3?路面結構方案比選分析

3.1?路面類型比選分析

瀝青路面和水泥混凝土路面是國內在建或已建高速公路路面類型中最為常見的兩大類型，尤其以瀝青路面居多。

瀝青路面具有噪音小、行車無縫、平穩(wěn)舒適等優(yōu)點，是高等級公路最常用的路面類型，以輕交通荷載為主。

水泥混凝土路面造價相對較低，但其變形適應性非常差，特別是對于地質較差的路段，其路堤的不均勻沉降非常容易導致路面結構發(fā)生開裂破壞，導致行車不順，因此其在低等級路面中應用廣泛，以重交通荷載為主。

此外，綜合調研區(qū)外內已建高速公路水泥路面發(fā)現(xiàn)，路面發(fā)生病害非常多，已給行車造成了諸多不便，甚至導致了不少安全事故。

基于以上分析，從性能、施工及養(yǎng)護上綜合對比瀝青路面和水泥混凝土路面結果如表3所示。

由表3分析可知，瀝青混凝土行車、變形、耐久、施工、養(yǎng)護等綜合性能均優(yōu)于水泥混凝土路面，因此本項目整體路面類型采用瀝青路面。

3.2?路面面層方案比選分析

由前文分析可知，瀝青路面較水泥路面性能更優(yōu)，下文將選取3種常用的瀝青路面面層方案進一步進行面層方案的比選分析，具體面層方案如下：

方案一：改性瀝青SMA-13混合料。

方案二：改性瀝青AC-13C混合料。

方案三：橡膠瀝青ARC-13。

3.2.1?方案經濟性對比分析

通過對比，各方案路面結構綜合經濟技術性能比較如4表所示。

由表4分析可知，方案二造價最省，方案一比方案二增加約14%，方案三比方案二增加約28%，方案三比方案一增加約12.5%。

3.2.2?施工因素對比分析

從原材料技術、施工工藝、工期等方面對比分析各方案的施工性能，結果如表5所示。

由表5分析可知，方案一的施工最為便利，施工質量更易控制，后期維修費用更低。

綜合表4、表5分析，方案一的綜合性能最佳，因此本項目路面上面層結構方案推薦采用方案一，即改性瀝青SMA-13混合料。

此外，基于方案二AC改性瀝青良好的材料性能、施工及經濟性能，本項目考慮將其作為路面結構的中面層，參考同類高速公路中面層設計方案，本項目中面層混合料類型設計為改性瀝青AC-20C。進一步從經濟角度考慮，下面層混合料類型則采用滿足性能要求的普通瀝青AC-25C，經濟性更優(yōu)。

3.3?路面基層方案比選分析

通過前文對路面類型、路面面層進行的對比分析，基本確定了項目路面結構方案，上面層采用改性瀝青SMA-13混合料，中面層采用改性瀝青AC-20C，下面層采用普通瀝青AC-25C。下文將對路面基層方案進行方案的比選分析。

路面基層方案也是路面方案設計的重要內容，但對于柔性基層和剛性基層目前國內應用非常少，缺乏長期路用性能的觀測資料。此外，考慮到我國公路建設的實際和經濟性，半剛性基層可以顯著地降低工程造價，因此，本項目最終采用半剛性路面基層。

參考區(qū)內外高速公路常用的路面基層材料，通過對不同類型基層混合料的調研分析，最終本項目采用水泥穩(wěn)定碎石作為路面基層材料，下文將選取兩種不同厚度的路面基層方案，綜合對比選出最優(yōu)的路面結構方案，對比方案分別如下。

方案一路面結構組合如表6所示。

方案二路面結構組合如表7所示。

從結構性能、施工工藝及經濟性綜合對比方案一及方案二，結果如表8所示。

由表8分析可知，方案二整體性能指標相對優(yōu)于方案一，但結合本項目交通量狀況，方案一完全適用本項目，此外，方案一施工工期短，后期維修少，且最重要的是相比方案二，方案一造價低約75元/m2，經濟性能非常高。因此，綜合考慮路面結構的經濟性、路用性能及與本道路交通量狀況的適應性，將方案一作為推薦方案。

4?結語

好的路面結構方案設計將非常有利于行車舒適且可大大減少后期運營養(yǎng)護的成本。本文以實際項目的路面結構方案設計為例，從項目的交通量及交通組成入手，對其路面類型、面層結構、基層結構進行多方案的比選分析，綜合對比選取出適合本項目最優(yōu)路面結構方案，整個方案設計與比選過程可為同類型高速公路路面結構設計提供參考與借鑒。

參考文獻

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