高速公路大修工程設計中的要點分析

齊萱

（北京市市政工程設計研究總院有限公司，北京市 100082）

高速公路大修工程設計中的要點分析

齊萱

（北京市市政工程設計研究總院有限公司，北京市 100082）

目前我國高速公路經過10年左右的使用已進入建設與保養并重的時期。結合京哈路大修工程設計實例，提出大修工程的設計流程。著重提出對現況路的資料收集和分析之后的路況評價、對于縱斷面設計標準的控制以及通過對現況路結構分析合理進行加鋪結構設計等思路。京哈路大修路面加鋪設計主要通過現況路彎沉分析結果來確定。該次大修設計分不同路段進行合理計算，綜合彎沉指標、工程投資、施工工期等因素分段進行加鋪瀝青面層，道路表面層全線更換為改性瀝青SMA。通過對高速公路大修設計流程的羅列以及幾個要點分析，希望可以對高速公路大修道路設計的工作提供一些參考。

京哈高速公路；大修設計；路況評價；縱斷面設計標準；路面加鋪結構設計

0　引言

道路路面結構在行車荷載與自然因素的反復綜合作用下，其使用性能會逐漸惡化，路面結構狀況逐漸產生一定程度的損壞，從而必然喪失車輛運行的舒適性，嚴重情況下還會造成交通事故，使道路的運行效率下降。

目前，我國的高速公路已進入建設與養護并重的時期，經過10 a左右的使用，路面破損情況較為嚴重，不少路面需要大修。同時，近年來一些高速公路建成后，交通量增長迅速，受車輛大型化、載重增大及施工質量等因素影響，道路的路面結構承載力均有不同程度的下降。較高的道路破損率嚴重影響了城市交通的正常運行。針對路面病害，采用新技術、新材料、新工藝，進行科學合理的設計維修，提高路面使用品質，延長使用壽命，是目前面臨的緊迫任務，也是道路工作者普遍關心的問題。

結合京哈高速公路大修工程設計實例，提出大修工程的設計流程，著重提出設計前的資料收集和對現況路調查之后的路況評價、大修工程對于縱斷面設計標準的控制以及通過對現況路結構分析合理進行加鋪結構設計等設計思路，希望可以對高速公路大修道路設計工作提供參考。

1　工程概況

京哈高速公路是北京市公路網規劃中八條高速放射線中的一條，是國家公路網中的一條重要國道。京哈高速北京段位于通州區，西起通州區北關環島，東到河北燕郊，全長約11.5 km。

現況京哈高速公路全線為兩上兩下加連續停車帶，路基寬25 m。沿線共有立交橋涵20座。京哈高速于1986年7月開工，1990年11月建成通車，目前已使用14 a。

2　京哈路大修工程設計流程

2.1收集資料及現況路調查

在進行方案設計前，需要收集京哈路原始設計資料，包括預測交通量累計當量軸次、使用期各年實測交通量資料、設計彎沉值、路面結構、縱斷面設計、橫斷面布置和道路附屬設計等，道路使用期間是否有過加鋪以及加鋪次數等資料對之后的設計也會有很大的幫助。

同時，應提出京哈路的路況調查方法、內容、指標與數據整理方法（分瀝青類路面和水泥混凝土類路面）。

此項包括路面病害調查：

（1）調查路面、停車港灣和波形防撞欄桿等破損狀況、類型及原因，并進行分類、統計及分析；

（2）調查沿線橋梁橋頭沉降、加鋪及橋面、匝道和伸縮縫的破損狀況并進行分析；

（3）對路面強度進行測試（包括對縱、橫縫及破損嚴重路段取芯，瀝青層做馬歇爾試驗，判斷基層有無松散，作二灰砂礫層的抗壓強度或回彈模量試驗等）。

還包括路面測量資料（包括橫斷面高程測量和縱向間距30 m一個高程，特殊點加密測量等）及其他專業的調查資料。

2.2設計參數的確定

2.2.1設計彎沉值的確定

萬方養護公司提供了2004年京哈高速公路主站白廟收費站的交通量（2004年每月的其中一天的交通量）調查情況，見表1。

通過以上的數據對應5 a和8 a的設計年限得出表2的設計彎沉值。

根據2004年實測交通量以及各種車型的比例分配算出5 a和8 a對應的設計彎沉值。設計單位專業技術委員會對此專題進行了設計評審，同時邀請國內相關專家就具體問題進行座談，又多次與業主單位及時溝通，該次大修最終確定設計年限為5 a。

2.2.2路況評價

目前的道路大修工程路況評價指標包括有破損率DR、路面狀況指標PCI等，路面的彎沉值是目前鑒定路面強度的一項重要指標。

根據2004年進行的京哈高速公路路面狀況調查，瀝青混凝土路面的病害是較多的，主要病害是：龜裂、橫縫、縱縫、車轍和沉陷。其中最多且最嚴重的破壞形式為龜裂，占總破損面積的58%左右；其次為縱、橫裂縫，占總破損面積的32%左右。路面沉陷主要發生在未修復過的橋梁兩端路面上，其他破壞形式相對較少。

從路面破損采集數據匯總結果來看，京哈高速公路全路段特別是出京方向的路段路面破損率部分已達到3%，已大面積出現龜裂、麻面，橫、縱裂縫等裂縫類破損，小面積松散類和車轍、波浪、擁包等變形破損。

反映路面強度的彎沉指標在2002年、2003年分別做了檢測。通過兩次檢測的結果對比，2003年的彎沉值比2002年增大許多，說明路面強度在一年間下降較多，路面大面積病害的出現也說明了這一點。

要進行合理的大修結構設計，首先要求有精確的舊路路面材料的設計參數，但是舊路面往往破壞層位和程度相差很大，各處路面厚度和老化程度不一。鉆芯的結果很難有代表性，本設計以2003年和2004年的路面彎沉分析結果為依據，來確定大修路面加鋪結構設計。但是，施工當中發現彎沉的結果并不能完全代表路面的破損情況，這跟彎沉的測試點及范圍息息相關。

2.3設計概要

2.3.1設計標準及平面設計

設計標準的確定對大修工程是至關重要的，其控制著整個工程的規模以及投資。京哈路設計標準為高速公路，道路設計行車速度為100 km/h。道路斷面維持現況寬度。該次京哈路大修定位是對道路、橋梁的病害進行整治，而非對原有道路、橋梁改建。

平面設計起點為京通京哈聯絡線終點，終點為北京市與河北交界處，工程道路加鋪范圍主要為主路、匝道及停車港灣處的加鋪［1］。

2.3.2橫斷面設計

現況京哈路橫斷面型式為兩幅路，路基全寬25 m，斷面布置為兩上兩下加連續停車帶（2.5m），中央隔離帶2 m寬。

大修工程橫斷面型式為兩幅路，路基全寬25 m，斷面布置為兩上兩下加連續停車帶（2.75 m），中央隔離帶1.5 m寬。

2.3.3縱斷面設計

京哈路縱斷面設計主要以現況路面標高加鋪瀝青混合料厚度進行控制（不含舊路銑刨厚度），橋下及橋上部分受凈空及橋梁荷載限制，以現況路面高控制，并滿足縱斷設計要求。該次大修縱斷設計標準以滿足規范為前提，但是由于現況道路經過十幾年的運營，大部分路基已有不均勻沉降，而且在橋梁加鋪范圍內需要考慮橋梁荷載以及現有道路豎向條件對加鋪厚度的要求，因此在少數路段（主要為與橋梁接順段，以及豎向變坡點相鄰縱坡坡差很小路段）道路縱斷設計坡長和坡度設計標準適當降低，但能滿足道路平整度的要求，能保證行車的安全和舒適。

表1　京哈高速公路主站白廟收費站的交通量

表2　由白廟收費站的交通量計算的設計彎沉值

大修工程設計的難點是縱斷面設計，舊路經過多年的使用，各處破損的程度相差很大，路面縱斷跟原設計已相差甚遠。如大修縱斷設計標準以滿足規范為前提，勢必將受到現況地面起伏、橋梁范圍荷載要求以及控制工程量節約造價等因素制約。該工程在施工當中多次調整縱斷以滿足橋梁端頭和加鋪厚度的要求，但坡長和坡度按規范執行有一定的難度，設計中可根據現況在保證行車安全的前提下，適當降低標準。

2.3.4路面加鋪結構設計

京哈路原路面結構從下至上分別為15 cm的6%石灰處理路基、18 cm的12%石灰土、36 cm的二灰、5 cm的瀝青碎石、4 cm的瀝青混凝土以及2 cm的瀝青石屑。可以看出，相對于高速公路的標準，京哈路的瀝青面層過薄，目前瀝青石屑已經不能用于高速公路的面層設計，京哈路的面層主要靠瀝青混凝土和瀝青碎石來承載。

該次設計是分不同的路段進行合理計算，綜合彎沉指標、工程投資、施工工期等因素分段進行加鋪瀝青面層。道路表面層全線更換為改性瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA），其有良好的高溫抗車轍能力、低溫抗變形能力，抗滑性能好，同時SMA混合料的空隙很小，耐老化性能及耐久性能都很好，對提高高速公路質量及路面使用服務性能、延長使用壽命、減少使用過程中的維修費用都會有明顯的效果。

具體加鋪設計為：所有路段均需先做病害處理，銑刨原表面層后進行加鋪面層。當路面加鋪厚度較薄時或受橋梁凈空限制時，應將現況路面進行銑刨處理，滿足要求后再加鋪。

（1）起點K1+141.94～K5+110（耿莊立交東西各900 m除外），長2 168.06 m，由上往下加鋪：SMA-16改性瀝青瑪蹄脂碎石混合料5 cm；改性乳化瀝青黏層。

（2）K5+110～終點K12+620，長7 510 m，由上往下加鋪：SMA-16改性瀝青瑪蹄脂碎石混合料5 cm；改性乳化瀝青黏層；AC-20密級配中粒式瀝青混凝土6 cm；改性乳化瀝青黏層。

對于路面結構的設計要求，現行養護規范是以實測彎沉和設計彎沉的比值來評定的。對同一路面結構采用了半剛性基層和柔性基層兩種方式計算設計彎沉，針對不同的交通軸次，設計彎沉值都會有所不同，由此評定的路面強度等級也會相差較大，故不同的基層類型將直接影響到是否對承重層補強。

半剛性基層由于高強度、造價較低，在我國公路工程中得到了廣泛的應用，但由于其自身固有溫縮、干縮等特點，易使路面產生裂縫，給水侵入路基提供了通道，導致路面結構破壞。柔性基層一般采用瀝青穩定碎石等黏彈性材料，韌性好，有一定的自愈能力，具有更大的摩阻力和嵌擠力，結構層整體水密性好，對反射裂縫有較好的抑制作用［2］。

目前在許多高速公路大修設計中采用柔性基層，即在半剛性基層上瀝青混凝土面層下采用8～10 cm的瀝青穩定碎石或級配碎石做夾層，其實質是通過增加瀝青層厚度達到對剪切應力的消散和彌散均勻的效果。實踐中確實有成功的例子證明柔性基層是一種較理想的治理反射裂縫的措施，但實際應用中仍需大量的實例驗證。

2.3.5病害處理

加強對道路病害的處理對整個大修工程成敗的意義重大，因此需對路面裂縫、松散、沉降、變形、擁包、車轍等各類路面病害進行有效處理。

對于路面網裂、龜裂等路面病害應根據不同的破損狀況確定處理方法。京石高速公路現況路面破損類型可分為裂縫類、松散類、變形類三大類，每類中根據路面破損狀況分為龜裂、網裂、不規則裂縫、縱裂和橫裂及車轍、波浪擁包等，并分為輕、重兩種程度，如表2所示。

對不同的病害種類以及病害輕重分別有不同的處理辦法，設計只是給了一般經驗性的原則，具體的病害處理需要在施工當中分析病害成因以及嚴重程度，通過銑刨路面或鉆芯取樣分析，結合現場施工條件給出具體的病害處理意見。

2.3.5.1裂縫處理

（1）裂縫小于5 mm：可不處理。

（2）5～10 mm及以上的裂縫：用開縫機進行開縫處理，開出標準槽，將裂縫清理干凈后，用改性乳化瀝青進行灌縫處理。改性乳化瀝青選用慢裂或中裂陽離子乳化瀝青（PCR或BCR），縫寬在6 mm左右的應選用噴灑型（PCR）改性乳化瀝青，縫寬在10 mm左右的應選用拌合型（BCR）改性乳化瀝青。

表2　瀝青路面破損分類分級表

2.3.5.2對于路面龜裂、松散、破損的處理

將現況表面層刨除4～5 cm，潑灑改性乳化瀝青黏層油（PCR），然后鋪中粒式瀝青混凝土AC—20（AH—90石灰巖碎石）4～5 cm，然后隨路面加鋪段加鋪路面。

（1）表面層破損較輕時

需直接銑刨表面層0.5～1 cm，然后潑灑改性乳化瀝青黏層油（PCR）后，加鋪一層土工格柵，上面再隨路面加鋪段加鋪路面。

（2）沉降及變形較大的路段

局部龜裂、網裂嚴重的地方，應將破損區域按銑刨清除處理，銑刨厚度為4～5 cm，如其下無損壞，則清掃干凈后灑改性瀝青黏層油，用中粒式瀝青混凝土AC—20找平之后再隨路面加鋪段加鋪路面。

如果銑刨后仍有損壞，則繼續向下處理直至好的部位或基層，基層局部損壞嚴重的可灑改性瀝青黏層油（PCR）后，加鋪一層格柵，上面用中粒式瀝青混凝土AC—20找平后隨路面加鋪段加鋪路面。

2.3.6新材料、新工藝以及新的設計思路

京哈路現況中央隔離帶路段全線均為波形梁護欄，沒有硬隔離設施，不符合現行高速公路防撞標準。該次大修設計中央隔離帶全線更換為符合現行高速公路防撞標準的混凝土防撞護欄，壓縮了中央隔離帶尺寸，提高了現況道路的使用功能。同時，在施工中能充分結合現場施工工具的固定尺寸要求，調整銑刨路面寬度和厚度，然后安裝混凝土防撞護欄。現況路側防撞護欄為波形梁護欄，立柱為Z形鋼，在現行的高速公路設計中已不再使用。該次大修路段上將Z形立柱護欄更換為符合設計標準的圓形立柱護欄，安裝新的圓形立柱應岔開Z形立柱位置，并在縱向上與Z形立柱在一條直線上。W板回廠鍍鋅處理后再利用，節約了投資。

大修設計可充分體現新材料、新工藝以及新的設計思路。如北京市二環路路面加鋪增加了改性瀝青應力吸收層，京石大修工程加鋪的瀝青面層增加了抗車轍劑，其他工程中使用了裂縫灌縫膠等。

3　結　語

隨著高速路網的日益完善，長期保持良好的路面使用性能，公路建設的巨額投資才能充分發揮其投資效益。為實現這一目標，目前需做好周期性、預防性養護以有效地防治路面早期破壞，在設計中對水破壞的影響及半剛性基層合理性的研究應充分重視起來，在施工人員和機械等方面實現較充分的配備，加快我國公路交通事業現代化進程。

［1］北京市市政工程設計研究總院.京哈路（北關環島～市界）大修工程道路工程施工圖設計［Z］.北京：北京市市政工程設計研究總院，2005.

［2］高建立.高速公路瀝青路面養護關鍵技術與工程實例［M］.北京：人民交通出版社，2006.

U418.6

B

1009-7716（2016）01-0008-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.01.003

2015-10-23

齊萱（1975-），女，北京人，高級工程師，主要從事道路工程設計工作。