高速公路改擴建必要性及評價指標分析

李 成

(中鐵十三局集團有限公司，遼寧大連 116083)

0 引言

近些年來隨著經濟的飛速發展，大型車輛的載重量和數量都不斷增加，公路交通量和交通荷載也在不斷增加，原有的設計通行能力與日益增長的交通需求之間的差距越來越大，高峰時段的服務水平已明顯降低，高速公路堵車現象時有發生，道路服務水平明顯下降，極大地影響了道路交通，導致運輸成本提高，一定程度上阻礙了區域經濟的增長。因此對早期建成的諸多高速公路急需進行大修或者改擴建來改善現狀。但是進行高速公路的改擴建工程投資比較大、建設時間長并且建成后難以更改，因此，在設計施工前對高速公路原有路基、路面工作狀態和結構性能的分析與評價已經成為不可或缺的研究工作，通過全面的分析與評價，為高速公路改擴建工程提供有關初步設計和施工圖設計的詳細技術指導。

1 高速公路改擴建必要性分析

就我國目前的情況來說，高速公路改擴建是非常有必要的，其原因有如下幾點。

1.1 交通量的迅猛增長

由于交通量的迅猛增長，尤其位于東部沿海經濟較為繁榮地區的主干高速公路，所承載的實際運輸量已遠超過建設初期的設計通行能力，帶來一系列的交通阻塞、交通事故，很多高速公路對現有的運輸量已經不堪重負，因此通過對原有道路進行拓寬擴建來提高其服務水平和通行能力，從而滿足交通量的迅猛增長的需求已成為必然。

1.2 舊的高速公路使用性能逐漸降低

車輛載荷和環境因素的持續反復作用會導致高速公路的使用性能逐漸降低，從而增加車輛的運輸成本投入，包括配件消耗、燃油浪費、行駛時間延長等帶來的費用消耗，導致交通事故逐年增多、道路損壞嚴重、運輸效率降低，通過對高速公路進行改擴建可以顯著提高其使用性能，這對降低維護和使用費用都有很大的幫助［1］。

1.3 促進經濟的發展

高速公路網作為國防和經濟基礎設施中舉足輕重的骨干因素，其地位是毋庸置疑的。通過在一定區域內構建一個快速高效的交通網絡體系，可以強有力的推動和促進區域產業多元化和經濟一體化的發展，通過改善地區間道路交通條件，可以縮短空間距離，刺激地區城市間客貨運輸發展，加強人員與物資交流，從而帶動經濟、科技和文化的迅速發展。

1.4 減少“發展瓶頸”的出現

由于經濟發展與交通運輸業繁復的交互循環與推動促進，一些主干高速公路的局部路段建成幾年后交通量就已經飽和，這些地位突出、運營10年以上的高速公路，初期的設計通行能力已不能承受現在交通、經濟及社會發展所帶來的龐大交通量，中東部地區重要的交通運輸走廊繁忙擁擠現象嚴重。因此在保持適度新建工程的規模及速度的同時，我國的高速公路建設還必須大力擴容路網，循序漸進的加快改擴建工程的速度和規模，減少“發展瓶頸”的出現。

1.5 地方規劃的需要

從地方規劃的需要、發揮通道資源優勢考慮，進行高速公路改擴建是首先要做的事，可以為后期的適應地方規劃和開發旅游資源及推動旅游事業發展工作創造必要的交通條件。

2 高速公路路面使用性能單項評價指標分析

我國高速公路路面類型有瀝青混凝土路面和水泥路面兩大類，其中前者屬于柔性路面而后者為剛性路面，路面景觀如圖1所示。

對于柔性路面，一般選取路面狀況指數PCI、路面車轍深度指數(Pavement Rut Depth Index，PRDI)、路面抗滑性能指數(Skidding Resistance Index，SRI)、行駛舒適性指數(Riding Quality Indes，RQI)等作為路面使用性能評價指標;對于剛性路面，一般選取路面抗滑性能指數SRI、路面狀況指數PCI、行駛舒適性指數RQI等作為路面使用性能評價指標［2］。

2.1 路面損壞狀況指數

在車輛載荷和自然因素作用下路面結構變形損壞的程度可以用路面損壞狀況指數(PCI)來量化表達。作為反映路面損壞狀況的最佳指數，路面損壞狀況指數(PCI)能夠比較真實全面的反映路面的服務水平，一般以路面綜合破損率DR來作為調查指標。

高速公路的路面損壞見圖2。

圖1 高速公路路面景觀圖

圖2 高速公路路面結構損壞病害圖

根據路面結構損壞程度的不同，一般將路面質量分為五個等級，即優、良、中、次、差，評價標準［3］見表 1。

2.2 路面車轍深度指數

由于高速公路的車流量大、車輛軸載重、行車速度快、渠化現象重，導致車轍成為主要的路面病害之一(見圖3)。車轍嚴重時不僅影響行駛舒適性，使得車輛在行駛過程中出現顛簸，而且車轍產生的“溝槽效應”將大大降低行車安全性。嚴重時將在雨季和冬季造成路面雨水匯集或者結冰，降低行駛車輛的制動能力和操作穩定性，使得交通事故的發生概率大幅提高。

表1 高速公路路面破損形式分類統計表

圖3 高速公路路面車轍病害圖

瀝青路面的車轍類型主要有結構性、流動性、壓密性和磨損性車轍。常見的車轍評價指標有車轍深度(RD)、動穩定度指標(Ds)和相對變形率指標(δ)，其中最常用的為車轍深度(RD)。

從行駛舒適性和安全性出發，一般路面使用性能調查指標為車轍深度(RD)，而將反映車轍深度的車轍深度指數(RDI)作為路面使用性能的評價指標之一。高速公路路面車轍評價指標的評價標準［3］分為五個等級，如表2所示。

表2 瀝青路面車轍情況評價標準

2.3 路面抗滑性能指數

路面的抗滑性能是指行駛在道路上的車輛，其輪胎在受到制動時能夠抵抗沿路表面滑移的能力。行駛速度高時，路面抗滑性能差會使汽車在制動時難以控制從而導致事故。

影響路面抗滑性能的主要因素有車輛的行駛速度、路面的潮濕程度、表面材料及施工設計特征［4］。如果輪胎與路面之間的抗滑力很小，尤其是在雨雪霧天或者人為因素導致的路面潮濕狀態下，極易發生輪胎對路面摩擦力降低導致的側滑，產生車輛滑溜事故。另外車輛在緊急轉向或制動時，路面抗滑能力低下更易導致滑溜，增大事故發生率。

提高路面抗滑能力措施圖見圖4。

圖4 提高路面抗滑能力措施圖

通常由路況、行駛速度和測定方法等因素來確定路面的最低抗滑性能。一般可選取抗滑能力指數SRI或路面橫向力系數SFC作為評價指標［5］。

評價標準分為五個等級［3］，見表3。

表3 瀝青路面抗滑性能指標評價標準

2.4 行駛舒適性指數

行駛舒適性指數是路面使用性能的最佳評價指標，可以直接反映路面的服務水平和駕乘者的主觀感受。由于路面平整度不僅影響駕乘者的行駛舒適程度，而且對行車安全性、油耗、機械損耗以及速度等也有影響，因此行駛舒適性指數是以路面國際平整度(IRI)為基礎求得的。常用的斷面類路面平整度檢測設備多數是以標準車速(80 km/h)行駛來進行路面平整度檢測，可以滿足高等級公路快速、大規模的檢測要求，直接得到國際平整度指數(IRI)。

高速公路路面平整度優劣對比圖見圖5。

圖5 高速公路路面平整度優劣對比圖

路面行駛舒適性分為五個等級［3］，評價標準見表4。

表4 高速公路路面行駛舒適性評價標準

3 高速公路路面使用性能單項評價指標分析

路基需要承受自重、路面結構荷載，以及由路面向下傳遞的行車荷載，并且依照線路位置和一定技術要求修建的帶狀構造物，同時，是整個道路結構的基礎［6］。

在車輛荷載和自然環境等因素的協同磨損作用下，路基結構會遭到不同程度的破壞，使用性能逐漸降低最終導致不能滿足要求。路基的使用性能主要有結構性和功能性，路基結構性指結構完好狀況，也可用路基的損壞程度來反映;功能性指路面基礎所能為駕乘者提供的行駛滿意程度，主要有路基的強度及穩定性、排水功能、邊坡和擋墻穩定性等［7］。

路基施工圖見圖6。

圖6 高速公路路基施工圖

3.1 彎沉

彎沉值能夠量化表明路基路面承載力并且可以反映其結構強度。路面強度一般經彎沉檢測，實測彎沉值均應大幅度的高于設計彎沉值，而當路面結構強度系數為中等以下時，常采取大修補強或進行改擴建來提高其承載能力。

3.2 路肩缺損度及清潔性

路肩不僅需要保證路基路面的整體穩定性、及時排水保證路面干燥，在出現交通事故時還要確保臨時停車所需兩側最小寬度作為救援車輛的緊急通道(見圖7)。

路肩的主要作用是針對路面的，可以穩定各層次的結構、側向支撐基層、墊層和排除積水，其優劣直接影響行車的安全暢通和路基、路面的強度、穩定性［8］。

路肩整體性能的好壞可由其破損和清潔度來反映，通常用缺損度和清潔性作為其評價指標。

3.3 邊坡缺損度

邊坡主要用來保證路基免受沖刷從而保持必須的穩定性、在一定程度上減少病害的產生，另外還可避免因降雨、洪澇等造成的水土流失，同時因植草護坡的原因還可以改善景觀效果、保護生態平衡(見圖8)。當邊坡出現輕微破損如沖溝、缺口時，邊坡破損處會因為雨雪水的進入而侵蝕土層導致損壞更加嚴重;當邊坡破損嚴重時，路基土的強度、回彈模量和穩定性會因為雨雪水的浸入而急劇降低。所以，一般選擇缺損度作為路肩服務現狀的評價指標。

圖7 高速公路路肩圖

圖8 高速公路邊坡示意圖

3.4 排水設施的排水性能及缺損度

排水設施的主要功能是保證路基路面常年處于干燥狀態，主要是及時排除路基路面范圍內的雨雪水和人為造成的積水，提高行駛過程中的安全性(如圖9所示)。如果排水設施排水不通暢或被堵塞，排水不及時將會降低路基路面的穩定性，因此可以真實反饋其整體性能的缺損度和排水性，這兩項因素可以作為評價指標。

3.5 擋土墻

擋土墻主要是用來保證道路兩側土體的穩定，防止路基填土或山坡坍塌而承受土體側壓力的墻體構造物(見圖10)。當其破損嚴重時，極易導致擋土墻傾斜、坍塌、失穩甚至山體滑坡，嚴重威脅駕乘者的行車安全。因此一般采用可以反映擋土墻整體性能好壞的缺損度作為其評價指標。

4 結語

從低碳、環保、經濟的可持續發展角度出發，總結國內外有關高速公路運營評價和高速公路養護評價的經驗，結合高速公路建設工程特性，本文提出了適合于我國高速公路改擴建工程既有路基路面的綜合評價指標。

圖9 高速公路排水設施圖

圖10 高速公路擋土墻

由于本人水平有限，以及相關資料的搜索難度較大，對高速公路改擴建工程既有路基路面現狀的綜合評價研究仍有許多不足。指標體系的建立僅僅是從整體線路出發，并沒有將服務區、收費站、互通及涵構造物等納入評價范圍之內，這還需要優化和增加。

［1］高艷玲，黃子航，楊培培.我國高速公路改擴建的必要性分析［J］.交通標準化，2009，22(209):80-82.

［2］陸 建，張國強，項喬君.高等級公路綜合養護評價與預測技術［M］.北京:科學出版社，2010.

［3］JTG 037.2-2001，公路瀝青路面養護技術規范［S］.

［4］姚 慧.新疆地區瀝青路面使用性能評價方法研究［D］.西安:長安大學，2010.

［5］辛紅升.高速公路路面使用性能評價、預測及養護決策的研究［D］.西安:長安大學，2008.

［6］李章峰.磷石膏改良土用作路基及基層填料的試驗研究［D］.成都:西南交通大學，2007.

［7］劉豐軍.高等級公路路基養護評價模型研究［D］.南京:東南大學，2006.

［8］劉豐軍，陸 鍵，張國強.高速公路路基養護評價方法研究［J］.公路交通科技，2006，23(5):39-42.