某高速公路大修養(yǎng)護(hù)方案設(shè)計

耿慧敏

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院，山西 太原 030012）

1 項目概況

某高速公路于2003年建成通車，全線為雙向四車道高速公路，其中2.8 km為水泥混凝土路面，其余路段除隧道采用水泥混凝土路面外，均為瀝青路面。隨著交通量的快速增長，特別是超載車輛的大幅增加及其他各方面因素的影響，路面出現(xiàn)了較大范圍的病害，使得高速公路服務(wù)水平明顯下降，影響了行車舒適感。

根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)及計算結(jié)果，本項目路面現(xiàn)狀總結(jié)為：①重載車為主，路面結(jié)構(gòu)偏薄；②排水系統(tǒng)工作良好；③通車已5年，路基沉降已較穩(wěn)定；④重丘區(qū)病害以裂縫為主，山嶺區(qū)以車轍、坑槽、修補為主。

2 路面大修養(yǎng)護(hù)工程方案

本次養(yǎng)護(hù)方案的基本思路是：根據(jù)不同處理原則對現(xiàn)有瀝青混凝土路面進(jìn)行病害處治后罩面補強，并對罩面層分層進(jìn)行功能性設(shè)計。

2.1 路面結(jié)構(gòu)計算

本次養(yǎng)護(hù)工程按大修補強標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計，設(shè)計期按10年考慮，根據(jù)《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》（JTG D50—2006）對路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算。

2.1.1 現(xiàn)有路面當(dāng)量回彈模量

現(xiàn)有路面通車5年后，計算彎沉值與當(dāng)量回彈模量相關(guān)關(guān)系見圖1。

圖1 彎沉值與當(dāng)量回彈模量相關(guān)關(guān)系圖

2.1.2 罩面補強厚度計算

確定原路面當(dāng)量回彈模量后，用彈性層狀體系理論計算補強層厚度計算。對補強層以設(shè)計彎沉值和補強層層底拉應(yīng)力為指標(biāo)進(jìn)行控制。

根據(jù)分段計算彎沉值分布情況，本次設(shè)計計算3種彎沉值條件下最小補強層厚度，見表1。

表1 3種計算彎沉值條件下最小補強層厚度

表1中，考慮罩面后整個瀝青混凝土層較厚（>26 cm），設(shè)計彎沉值計算時路面結(jié)構(gòu)類型系數(shù)取1.6。

考察本項目分段計算彎沉值L0情況，多分布在30（0.01 mm）左右，且罩面補強前將對路面病害（特別是結(jié)構(gòu)性病害）進(jìn)行徹底處理，處理后L0會有一定程度降低。綜合考慮滿足使用要求、節(jié)省造價、減少施工工期等因素，本設(shè)計罩面厚度按12 cm進(jìn)行控制，原路面強度不足路段處理標(biāo)準(zhǔn)按30（0.01 mm）進(jìn)行控制。

2.2 大修設(shè)計技術(shù)方案比選

本設(shè)計根據(jù)交通軸載、路面病害分布情況及路線特征分段制定大修方案。在滿足補強要求的前提下，對罩面結(jié)構(gòu)分層進(jìn)行功能性設(shè)計。

2.2.1 緩坡路段大修方案比選

緩坡路段主要為重丘區(qū)路段：路段特征為：①縱坡較緩；②裂縫類病害嚴(yán)重，裂縫處水損害明顯；③強度相對較差。

主要設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)：在滿足補強要求的前提下，提高路面抗裂性能、抗疲勞性能、抗水損害性能。

根據(jù)主要設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，對緩坡路段提出以下兩個比選方案，見表2、圖2和圖3。

方案說明：

方案A-1和方案A-2的相同點：①SMA-13中摻加0.3%～0.5%木質(zhì)素纖維；②SMA-13和FAC-20混合料中均摻加4%～5%SBS改性劑。

方案A-1和方案A-2的不同點：①改善FAC-20：FAC-20混合料中瀝青用量根據(jù)馬歇爾試驗確定的最佳瀝青用量增加0.2%～0.3%；FAC-20混合料摻加約0.3%聚丙烯晴纖維或聚酯纖維；②橡膠瀝青碎石應(yīng)力吸收層：先打磨原路面1 cm，再施工1 cm橡膠瀝青碎石應(yīng)力吸收層。

表2 緩坡路段大修方案比選表

圖2 方案A-1示意圖

圖3 方案A-2示意圖（推薦方案）

2.2.2 長大縱坡路段大修方案比選

長大縱坡路段主要為山嶺區(qū)路段，路段特征為：①縱坡較長，坡度較大；②車轍病害嚴(yán)重且反復(fù)出現(xiàn)，水損害明顯；③層間分離明顯。

主要設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)：在滿足補強要求的前提下，提高路面高溫穩(wěn)定性能、層間防水及抗剪能力。

根據(jù)該路段主要設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，提出以下兩個比選方案，見表3、圖4和圖5。

表3 長大縱坡路段大修方案比選表

圖4 方案B-1示意圖（推薦）

方案說明：

方案B-1：①SMA-13和FAC-20混合料中摻加4%～5%SBS改性劑；②SMA-13中摻加0.3%～0.5%木質(zhì)素纖維；③FAC-20混合料采用PG-82瀝青。

方案B-2：經(jīng)計算，30 cm以上板厚能滿足使用要求，建議采用32 cm板厚。方案B-2為銑刨面層（約16 cm）+基層（約26 cm）后，施工32 cm雙鋼混凝土面板+10 cm再生瀝青砼基層。混凝土面板采用雙層鋼筋網(wǎng)+鋼纖維，瀝青砼基層為銑刨的面層廢料熱再生瀝青砼。

2.3 路面病害處理

罩面補強前應(yīng)先進(jìn)行病害處理。綜合考慮現(xiàn)有路面強度及路面病害密度、程度，對本項目路段不同路面狀況組合進(jìn)行分類，分類時以彎沉指標(biāo)、路面破損率指標(biāo)、車轍指標(biāo)3個指標(biāo)進(jìn)行控制。

考慮到較厚罩面層對路面功能性病害的改善恢復(fù)作用，本次設(shè)計中路面病害處理較前次設(shè)計減輕了功能性病害處理力度，重點放在處理結(jié)構(gòu)性病害。病害處理方案見表4。

表4 路面病害處理方案表

從表4中看出彎沉指標(biāo)、路面破損率指標(biāo)、車轍指標(biāo)具體內(nèi)容為：

2.3.1 彎沉指標(biāo)L

根據(jù)新設(shè)計彎沉值（0.28 mm）及計算的罩面厚度（12 cm），原路面強度不足路段判別標(biāo)準(zhǔn)為30（0.01 mm），故現(xiàn)有路面處理時結(jié)合病害情況，對彎沉連續(xù)大于30（0.1 mm）路段注漿或銑刨回填處理，處理后現(xiàn)有路面彎沉小于30（0.1 mm）。

2.3.2 路面破損率指標(biāo)DR

根據(jù)路面破損調(diào)查結(jié)果，本項目路面主要破損為橫縫、縱縫、局部沉陷、龜裂、坑槽和修補6種。橫縫、縱縫、局部沉陷、龜裂對結(jié)構(gòu)強度影響較大，且橫縫、縱縫處多伴隨產(chǎn)生0.6～2 m2的局部沉陷和龜裂；坑槽多為0.1～0.4 m2的面層水損害；修補多為0.8～4 m2的局部沉陷和龜裂的修補，部分修補處重新出現(xiàn)開裂或坑槽，且強度檢測顯示修補處多存在彎沉較大現(xiàn)象。

參照《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JTJ 073.2—2001）中路面破損率計算方法，對本項目路面破損率進(jìn)行計算：

式中：DR：路面破損率，%；

A：路段總面積，m2；

Dij：第 i類損壞、j類嚴(yán)重程度的實際破損面積（m2），裂縫破損面積為：裂縫長度（m）×0.2，車轍作為單獨病害計，不計入Dij；

Kij：第i類損壞、j類嚴(yán)重程度的換算系數(shù)。

表5 路面破損換算系數(shù)K值表

根據(jù)前述的路面破損率計算式，計算單條車道（3.75 m寬）100 m長度范圍本項目六類主要破損形式各自單位數(shù)量的路面破損率。

表6 破損單位數(shù)量所占路面破損率（單車道100 m長度）

通過分析本項目路面實際破損狀況，表7例舉了單條車道（3.75 m寬）100 m長度范圍，路面破損率為2%和4%時，典型路面破損組合。

表7 典型路面破損組合（單車道100 m長度）

根據(jù)上述分析，將路面破損率指標(biāo)DR分為3級：DR＜2%；2%≤DR＜4%；DR≥4%。

2.3.3 車轍指標(biāo)RD

由于本項目路段縱斷面較特殊，存在大量連續(xù)坡度大于2%的縱坡，該類路段行車速度緩慢，荷載作用時間長，極易造成車轍，且車轍主要集中在長、大上坡路段。因此，將本項目路段車轍指標(biāo)按縱坡是否大于2%進(jìn)行區(qū)分分級。考慮到罩面因素，僅對嚴(yán)重車轍（RD≥25 mm）進(jìn)行處理。

根據(jù)本次路面病害處理方案決策表，統(tǒng)計各處理方案比重，見表8。

表8 路面病害處理方案表

3 結(jié)束語

在進(jìn)行具體的方案設(shè)計時,要對各種方案進(jìn)行充分研究，然后綜合考慮具體工程的地質(zhì)條件、道路等級標(biāo)準(zhǔn)以及使用要求、現(xiàn)場施工條件等因素,選擇最適宜的方案。①根據(jù)實際交通量和路面病害情況確定罩面厚度；②山嶺區(qū)長大縱坡路段研究對比鋼筋混凝土路面與高模量瀝青混凝土路面，并給予抗車轍性能充分重視；③對路面補強設(shè)計中，設(shè)計強度應(yīng)留有一定富余；④路面強度不足的判別應(yīng)以路面破損為主，彎沉為輔，路基注漿補強主要結(jié)合實際破損情況，在路基及基層無大問題的情況下，應(yīng)減少銑刨量，盡量通過罩面解決面層問題；⑤盡可能避免橋面罩面，不增加橋梁恒載；⑥對銑刨的瀝青混合料盡可能考慮再生利用；⑦路面施工路段長度不宜太短，要考慮施工作業(yè)長度。