高速公路長壽命路面結(jié)構(gòu)設(shè)計與應(yīng)用

賀 慧

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西晉中 030600)

近年來，我國高速公路建設(shè)取得了巨大成就。截止2012年，高速公路通車總里程9．56萬km，總里程居世界第一。在我國高速公路路面設(shè)計中，半剛性基層瀝青路面占90%以上，水泥混凝土路面及復(fù)合式路面約為10%。在我國，高速公路設(shè)計年限一般為15年～30年，但令人震驚的是，部分高速公路存在使用3年～5年后即需大修的情況。在高速公路建設(shè)中，設(shè)計和施工是保證公路使用壽命的兩大關(guān)鍵因素。為解決我國高速公路的問題，我國從國外引進(jìn)了長壽命路面并進(jìn)行了實驗性修筑，均取得了很好的效果。研究和推廣長壽命高速公路路面，對于解決重、超載車輛對路面使用壽命的影響，延長道路使用壽命，具有特別重大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 長壽命路面概述

長壽命瀝青路面的概念出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代，其理念是要建造一個不會發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞且表面層材料根據(jù)需要很容易進(jìn)行修復(fù)的路面結(jié)構(gòu)。

在美國，長壽命路面稱作長效性或永久性路面，其定義為:路面使用年限至少為35年，并且在使用年限內(nèi)路面不會發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞，只需進(jìn)行周期性養(yǎng)護(hù)，平均罩面時間不少于12年。

在日本，長期使用路面簡稱LSP，它的設(shè)計目標(biāo)是擁有2倍于現(xiàn)行路面的使用性能，因功能破壞而維修的周期在15年以上，結(jié)構(gòu)性壽命在40年～60年。

在國外許多國家，如加拿大、澳大利亞、南非等國家都對長壽命路面進(jìn)行了研究，并取得了一定成果。目前，長壽命路面在設(shè)計參數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)上還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，仍處在發(fā)展完善階段。

在我國，長安大學(xué)、交通部公路科學(xué)研究所、江蘇交通科學(xué)研究院等單位對長壽命路面進(jìn)行了研究，取得了不少成就。2003年，河南瑞貝卡實業(yè)有限公司與長安大學(xué)合作進(jìn)行了《高速公路長壽命路面典型結(jié)構(gòu)成套技術(shù)研究》，并在尉許高速上(2005年通車)進(jìn)行了修筑，延長道路使用壽命從15年提高到50年以上，榮獲“2006年度河南省科技進(jìn)步一等獎”。2012年，北京市路政局選取國道108線作為長壽命路面示范工程試驗段進(jìn)行了修筑，取得了良好的效果。

2 我國常用高速公路結(jié)構(gòu)

在我國，新建高速公路的路面損壞現(xiàn)象也十分嚴(yán)重。常用的高速公路結(jié)構(gòu)主要有瀝青混凝土路面、水泥混凝土路面與復(fù)合式路面三種。

1)瀝青路面(見圖1)。優(yōu)點(diǎn):行車舒適性好;噪聲小;適應(yīng)性強(qiáng);養(yǎng)護(hù)維修方便。缺點(diǎn):耐水性差;溫度穩(wěn)定性差;平整度的保持性差。

圖1 瀝青混凝土路面

2)水泥路面(見圖2)。優(yōu)點(diǎn):穩(wěn)定性好;強(qiáng)度高;耐久性好;有利于夜間行車;長期保持平整度。缺點(diǎn):有接縫;修復(fù)困難;易脫空，產(chǎn)生斷裂破壞。

3)復(fù)合式路面(見圖3)。優(yōu)點(diǎn):綜合了瀝青混凝土路面和水泥混凝土路面兩者的優(yōu)點(diǎn)，可承受重大交通作用;改善平整度;有效利用舊水泥路面;改善公路環(huán)境;造價降低。缺點(diǎn):反射裂縫;水損害;推移。

圖2 水泥混凝土路面

圖3 復(fù)合式路面

我國常用的路面結(jié)構(gòu)在設(shè)計上還不夠完善。因此，研究設(shè)計適合我國經(jīng)濟(jì)條件、自然條件、資源條件的長壽命瀝青路面是我們亟需解決的問題。

3 長壽命路面結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工

在河南尉許高速路面設(shè)計中，采用了“瀝青混凝土+水泥混凝土面層+瀝青聯(lián)結(jié)層”的結(jié)構(gòu)設(shè)計(見圖4)，水泥混凝土板提供持久強(qiáng)大的承載力，瀝青混合料面層提供行車的安全性和舒適性。

3．1 路基施工

路基是路面的基礎(chǔ)，應(yīng)具有足夠的穩(wěn)定性和耐久性，能夠承受行車的反復(fù)荷載作用和抗御各種自然因素的影響。

施工技術(shù):機(jī)械碾壓法(見表1)、強(qiáng)夯法、沖壓(見圖5)、土壤改良等。

圖4 長壽命路面結(jié)構(gòu)（尉許高速）

表1 各類土質(zhì)適宜的碾壓機(jī)械

壓實施工:

1)碾壓前，應(yīng)檢查土的含水量(過濕則攤鋪晾曬，過干則灑水濕潤)。

2)開始時宜用慢速，直線段由兩邊向中間，小半徑曲線段由內(nèi)側(cè)向外側(cè)，縱向進(jìn)退式進(jìn)行。

3)采用振動壓路機(jī)碾壓時，第一遍應(yīng)不振動靜壓，然后先慢后快，由弱振至強(qiáng)振。

4)壓實度須分層檢測，保證無漏壓、無死角，確保碾壓均勻。

3．2 基層施工

該層應(yīng)具有足夠的抗沖刷能力和一定的剛度，以防止唧泥和錯臺等病害產(chǎn)生，采用18 cm厚的二灰(石灰、粉煤灰)穩(wěn)定碎石為基層。可摻入適量硫酸鈉，以提高早期強(qiáng)度，降低施工難度，保證工程質(zhì)量。

施工工藝:

準(zhǔn)備下承層→施工放樣→備料→拌和→運(yùn)輸→攤鋪→碾壓→接縫處理→養(yǎng)生(見圖6)。

圖5 路基沖擊壓實

圖6 二灰碎石養(yǎng)生

硫酸鈉的劑量不宜超過二灰干質(zhì)量的3%，以1%～2%為宜。

質(zhì)量控制的基本要求:土塊要打碎，生石灰須經(jīng)充分消解才能使用;混合料拌和均勻;碾壓達(dá)到要求的壓實度，養(yǎng)生期符合規(guī)范要求;表面平整密實、無坑洼;接槎平整、無縫隙。其他要求見表2。

3．3 防水聯(lián)結(jié)層施工

該層由良好級配的礦料、乳化瀝青、填料、水及添加劑等組成。作為瀝青墊層，必須具備良好的均勻性和密水性，有一定的抗變形能力和延展性。采用1．5 cm厚雙層改性瀝青稀漿封層，要求蒸發(fā)殘留物的5℃延度不小于50 cm。

表2 基層施工設(shè)計要求

施工程序:路基檢測→封閉管制交通→清掃路面→放樣放線→攤鋪(見圖7)→修補(bǔ)修邊→早期養(yǎng)護(hù)→開放交通。

施工前必須提供礦料、乳化瀝青、填料、水及添加劑的試驗報告，在確認(rèn)符合要求后，方可使用。

防水聯(lián)接層表面應(yīng)該平整，密實，無松散，無輪跡;縱、橫縫銜接平順，外觀色澤均勻一致;銜接平順，無污染;攤鋪范圍以外無流出的稀漿混合料;表面粗糙，無光滑現(xiàn)象。

3．4 水泥混凝土面板施工

在尉許高速的水泥混凝土面板施工中，半幅12 m寬、28 cm厚，采用滑模攤鋪機(jī)一次攤鋪成型(見圖8)，配置拉桿和傳力桿并采用自動植入技術(shù)，表面進(jìn)行裸化處理。

圖7 防水聯(lián)接層施工

圖8 水泥混凝土滑模施工

施工工藝:測量放樣→混合料的拌和與運(yùn)輸→鋪前檢查→滑模攤鋪→拉桿與傳力桿植入(見圖9)→表面裸化→養(yǎng)生。

水泥采用強(qiáng)度等級為5．25的硅酸鹽高強(qiáng)水泥。水泥混凝土混合料的坍落度要求在2．0 cm～4．0 cm范圍內(nèi)。

傳力桿鋼筋每根45 cm長，將其頭部磨光然后套上塑料套筒，套筒長度比傳力桿長度的一半多10 cm，以保證傳力桿在面板中的一頭可以滑動。

裸化施工時間一般控制在滑模施工后的150 h～180 h進(jìn)行。

3．5 應(yīng)力吸收層與上面層施工

應(yīng)力吸收層(見圖10)必須具有突出的粘結(jié)力、足夠的高溫抗變形與低溫抗開裂能力、能夠防水與排水;上面層必須具有足夠的抗剪強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度及抗變形、抗水損壞能力。尉許高速設(shè)置了2 cm厚的應(yīng)力吸收層和4 cm厚的改性瀝青混凝土上面層。

圖9 傳力桿埋置效果

圖10 水泥混凝土與應(yīng)力吸收層

應(yīng)力吸收層和上面層的施工采用攤鋪機(jī)進(jìn)行攤鋪施工。

由于應(yīng)力吸收層和上面層的集料粒徑較小，可采用一次全幅攤鋪的方法。

攤鋪機(jī)攤鋪時應(yīng)緩慢、均勻、連續(xù)且不能間斷，攤鋪過程中不得隨意變換速度或中途停頓，以保證施工質(zhì)量。

4 結(jié)語

長壽命路面是一個使用壽命超過40年且沒有主要結(jié)構(gòu)性修復(fù)或重建的耐久性能優(yōu)越的瀝青路面結(jié)構(gòu)。長壽命路面不僅適用于大交通量道路，將其結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整后，也適用于中、低等級交通量道路。尉許高速是我國第一條長壽命路面高速公路，對我國公路建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益都是難以估量的。

相比較常用路面結(jié)構(gòu)形式，無論從性能價格比還是壽命周期費(fèi)用方面分析，長壽命瀝青路面較傳統(tǒng)瀝青路面都具有明顯的優(yōu)勢。

在我國研究和推廣長壽命路面，對于提高道路使用性能，節(jié)約道路建設(shè)、養(yǎng)護(hù)、維修綜合費(fèi)用都具有重要意義。

［1］薛振華．重載交通長壽命路面結(jié)構(gòu)設(shè)計研究［J］．公路與汽運(yùn)，2013(2):9-10．

［2］長壽命路面結(jié)構(gòu)施工．http://wenku．baidu．com/view/fb8c343e580216fc700afd17．html．

［3］長壽命路面成套技術(shù)分析和應(yīng)用．http://wenku．baidu．com/view/05bc17d033d4b14e85246832．html．

［4］長壽命路面的北京實踐．http://www．chinahigh way．com/news/2013/746899．php．