二級公路改擴建工程中的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能評估技術(shù)研究

中圖分類號U418.6 文獻標識碼A 文章編號2096-8949（2025）08-0083-03

0 引言

近年來，隨著交通量的快速增長和重載車輛的增加，二級公路的路面結(jié)構(gòu)面臨著更大的壓力，促使各類改擴建工程不斷實施。然而，由于不同地區(qū)的地質(zhì)條件與交通流量存在差異，如何在實際工程項目中科學(xué)合理地設(shè)計路面結(jié)構(gòu)，并有效評估其改擴建后的性能，仍是當前道路工程研究中的一大挑戰(zhàn)。

目前，國內(nèi)外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計重點在于路面結(jié)構(gòu)層次的優(yōu)化、材料選擇的合理性以及拼接設(shè)計的可靠性[。對于一般公路而言，多采用加厚面層、增強基層剛度、改善路面材料耐久性等多種優(yōu)化設(shè)計方案[3]。然而，針對二級公路這種交通流量和車速介于高速公路與低等級公路之間的特殊條件，相關(guān)研究較為匱乏[4]。關(guān)于路面結(jié)構(gòu)拼接設(shè)計的理論與實際應(yīng)用之間仍存在差距，尤其在新舊路面結(jié)合部位的處理上，往往容易出現(xiàn)裂縫、沉降等病害，導(dǎo)致路面早期破損[5]。

該文從工程實例出發(fā)，依托于貴州省某二級公路改擴建工程，探討二級公路改擴建中的路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，并通過彎沉數(shù)據(jù)分析，評估改擴建前后路面性能變化，為提升二級公路改擴建質(zhì)量和延長使用壽命提供技術(shù)參考。

1 工程概況

貴州省某二級公路是貴州公路網(wǎng)中的重要道路之一，途經(jīng)三個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。原有道路為雙向兩車道，設(shè)計時速為4 0 k m / h ，路基寬度為 8 . 5 m ，路面結(jié)構(gòu)采用瀝青混凝土面層。隨著交通量及重載交通比例的增加，使得路面出現(xiàn)了較為嚴重的破損和變形，路面多處出現(xiàn)裂縫、車轍、沉降等病害。為提升道路的通行能力、延長使用壽命，同時滿足沿線鄉(xiāng)鎮(zhèn)的經(jīng)濟發(fā)展需求，管理部門決定對該路段進行改擴建。

2二級公路路面結(jié)構(gòu)改擴建特點

2.1交通管理與施工并行

與新建道路建設(shè)不同，二級公路改擴建施工要求在保持道路部分暢通的情況下進行，這種復(fù)雜的施工環(huán)境對交通管理、施工進度安排及安全防護提出了更高的要求，因此需要對交通進行合理組織與分流，確保施工安全與車輛順暢通行并存。

2.2 滿足重載交通要求

隨著重載車輛比例的上升，二級公路的設(shè)計需要特別關(guān)注路面的抗疲勞和抗車轍能力。在改擴建中，路面材料的選擇更加注重其抗壓強度和耐久性，常采用高強度瀝青混凝土或水泥穩(wěn)定碎石基層等材料，以抵抗重載交通帶來的長期損耗。

3路面結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1基于彎沉盆特征分析的路面結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計

為研究路面結(jié)構(gòu)參數(shù)對彎沉盆特征的影響，該研究采用層狀彈性體系路面力學(xué)計算軟件EPADS計算路面結(jié)構(gòu)在標準荷載（ 5 0 k N） ）作用下不同位置處的彎沉值。該軟件基于層狀彈性體系力學(xué)模型理論，假定路面結(jié)構(gòu)層材料均為理想彈性體，各結(jié)構(gòu)層完全緊密接觸。

項目中主要考慮面層模量、基層模量與底基層模量對路面結(jié)構(gòu)不同位置處的彎沉值影響，主要計算工況如表1所示。

（1）面層模量影響。

在利用EPADS軟件計算時，設(shè)置監(jiān)測彎沉盆位置分別為距荷載中心 0 c m 、 、 、 6 0 c m 、 1 0 0 c m 、1 4 0 c m 、 1 8 0 c m 、 2 2 0 c m 處。得到不同面層模量工況下的不同位置處的路面結(jié)構(gòu)彎沉值如圖2所示。隨著面層模量的增加，不同位置處的路面結(jié)構(gòu)彎沉值均隨之降低，在距荷載中心較高距離時差異不再明顯。此外，可以發(fā)現(xiàn)，面層模量一定時，在距離荷載中心 0 ～ 2 0 c m 內(nèi)的彎沉盆隨監(jiān)測點距離增加而迅速降低，但在 后下降趨勢逐漸減緩。因此，面層模量對距離荷載中心 0 ～ 2 0 c m 內(nèi)的彎沉盆影響顯著。

（2）基層模量影響。

不同基層模量工況下的不同位置處的路面結(jié)構(gòu)彎沉盆如圖3所示。隨著基層模量的增加，不同位置的路面結(jié)構(gòu)彎沉值均有所降低，尤其在距荷載中心較近的區(qū)域（ 0 ～ 3 0 c m ）表現(xiàn)明顯。然而，隨著監(jiān)測點距離荷載中心的增加，這種差異逐漸減小，基層模量影響趨于減弱。

（3）底基層模量影響。

不同底基層模量工況下的不同位置處的路面結(jié)構(gòu)彎沉值如圖4所示。底基層模量差異對路面結(jié)構(gòu)彎沉盆影響相對較小，在距離荷載中心點較近位置處，路面結(jié)構(gòu)彎沉值隨底基層模量增加而降低。在距離荷載中心 0 ～ 6 0 c m 內(nèi)的彎沉值差異比較明顯，因此底基層模量影響應(yīng)考慮 0 ～ 6 0 c m 。

3.2路面結(jié)構(gòu)拼接設(shè)計方案

在該改擴建項目中，路面拼接設(shè)計是施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，處理不當容易導(dǎo)致裂縫擴展和早期路面損壞。為保證新舊路面拼接的結(jié)構(gòu)完整性和使用壽命，該文提出以下拼接設(shè)計方案：

（1）拼接縫位置設(shè)計。

新舊路面拼接縫是結(jié)構(gòu)中的薄弱點，該項目中新舊路面拼接縫遠離車輪行駛軌跡線，避免拼接縫位于車輛輪跡線集中分布的區(qū)域（約在車道分道線外 5 0 ～ 1 5 0 c m ），以提升路面耐久性。

（2）拼接臺階數(shù)量優(yōu)化設(shè)計。

拼接臺階的設(shè)計有助于增強新舊路面接縫的整體受力效果，但臺階數(shù)量應(yīng)適中。該工程項目設(shè)計臺階數(shù)目為3個，能夠有效降低拼接面處的應(yīng)力集中，避免早期開裂。

（3）臺階寬度與高度設(shè)計。

通過計算分析得出，拼接臺階的寬度宜大于 2 0 c m ，基層臺階寬度應(yīng)控制在 4 0 ～ 6 0 c m 范圍內(nèi)。該項目采用臺階寬度 ，臺階高度 設(shè)計以保證施工便捷性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

3.3 路面結(jié)構(gòu)層材料

根據(jù)分析計算，設(shè)計路面結(jié)構(gòu)層材料如表2所示。路面結(jié)構(gòu)總厚度為 5 8 c m ，各結(jié)構(gòu)層材料應(yīng)滿足項目與規(guī)范所提出的技術(shù)要求。以瀝青混凝土為例，瀝青混凝土的集料為堅硬、耐磨、抗壓的碎石，細集料為潔凈的天然砂或人工砂，要求無粉塵及有機雜質(zhì)。瀝青選用高黏度、高耐久性的道路石油瀝青。

4基于彎沉盆數(shù)據(jù)分析的性能評估技術(shù)

4.1彎沉盆數(shù)據(jù)采集方案

為對路面結(jié)構(gòu)設(shè)計效果進行評估，項目中使用落錘式彎沉儀（FWD）對2個典型路段進行了彎沉數(shù)據(jù)采集。采集方案如表3所示。

4.2 測試結(jié)果分析

基于FWD對改擴建前后的各不同位置處的平均彎沉進行分析，繪制出相關(guān)曲線如圖4所示。可以看出，該兩個典型路段經(jīng)改擴建后的彎沉盆值顯著降低，曲線斜率更加平緩，說明改擴建后的路面結(jié)構(gòu)性能得到改善。此外可以發(fā)現(xiàn)，改擴建后主要是對距荷載中心點距離較小的位置產(chǎn)生明顯影響，顯著降低路面結(jié)構(gòu)彎沉盆值，進而增強路面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

目前，針對彎沉盆參數(shù)通常可采用中心彎沉值 d 1 進行評價，項目中除使用中心彎沉值外，還計算出改擴建前后的表面曲率指數(shù)SCI（彎沉在荷載中心點距離 與 3 0 . 5 c m 處的差值）和基層損壞指數(shù)BDI（彎沉在荷載中心點距離 與 處的差值），以使得評價更加全面客觀。

改擴建后兩個路段的 d 1 、SCI及BDI均有所下降，表明改擴建后的路面結(jié)構(gòu)在整體強度上得到了顯著提升。中心彎沉值降低說明路基和路面結(jié)構(gòu)的承載能力得到增強，由SCI和BDI的對比可知，面層結(jié)構(gòu)的強度增加更為明顯，說明面層材料和厚度的優(yōu)化設(shè)計具有合理性。綜上可知，改擴建工程有效提高了路面整體和各結(jié)構(gòu)層的強度，尤其是面層的改進對于路面的整體性能提升起到了關(guān)鍵作用。

5 結(jié)束語

該文基于貴州省某二級公路改擴建工程，系統(tǒng)研究了路面結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能評估。得到如下結(jié)論：

通過彎沉盆特征分析，優(yōu)化設(shè)計了路面結(jié)構(gòu)參數(shù)，即面層模量對路面結(jié)構(gòu)彎沉值的影響最為顯著，基層模量次之，而底基層模量的影響相對較小。

提出了基于拼接縫位置設(shè)計、搭接臺階數(shù)量優(yōu)化以及臺階寬度與高度設(shè)計的路面結(jié)構(gòu)拼接設(shè)計方案，并指出路面結(jié)構(gòu)層材料應(yīng)符合工程實際需求和規(guī)范要求。

在性能評估方面，提出基于彎沉盆數(shù)據(jù)分析的性能評估技術(shù)，結(jié)果表明，改擴建后的路面結(jié)構(gòu)彎沉盆值顯著降低，中心彎沉值d1、表面曲率指數(shù)SCI和基層損壞指數(shù)BDI等性能參數(shù)均有所下降，說明改擴建工程有效提高了路面整體和各結(jié)構(gòu)層的強度。該文研究成果可為二級公路改擴建工程提供技術(shù)參考，有助于提升道路使用壽命。未來可進一步研究不同地質(zhì)和交通條件下的路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計與性能評估方法。

參考文獻

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