廣東省佛山市一環高速公路改造路面大修方案探討

易紅晟

（上海市政工程設計研究總院集團廣東有限公司，廣東 佛山 528200）

0 引言

廣東省佛山市一環高速公路自2006年11月通車以來，一直實施全線免費通行，這也是國內首條全線免費的高速公路。不過免費通行也讓佛山市一環高速公路成為了路網中的“漩渦”或“黑洞”，吸引了周邊路網大量的車流，路況日趨擁堵。根據《廣東省2013年至2017年廣東省高速公路聯網收費“一張網”系統，對一環高速公路建設計劃》，廣明、廣佛肇、佛江、佛清從、佛珠共計5條高速公路將與佛山一環高速公路共用，這意味佛山市一環高速公路將由免費通行轉為收費，成為廣東省高速公路路網的一部分，使用收費杠桿來平衡車流，緩解交通擁堵。

本文旨在通過對佛山市一環高速公路（廣明高速二期佛山一環利用段）改造的契機，探討對佛山市一環高速公路路面大修方案的設計研究工作。

1 改造段原有公路路基、路面設計、使用狀況及調查

1.1 改造段原有公路路基橫斷面組成及使用狀況

原項目主線路基、路面寬度滿足改造為高速公路相應的規范[1]要求，可直接利用。輔道路基、路面寬度滿足規范[2]要求，非改造路段可直接利用。原項目主線養護情況良好，公路使用狀況良好。

1.2 歷年養護與維修情況

（1）根據收集到的軟基路段不均勻沉降病害處理資料，佛山市一環高速公路通車近10 a以來，針對不均勻沉陷路段的處治措施主要是加鋪調平層或銑刨后加鋪調平層，分析原因可能為：軟土地基路段處理方法如排水固結堆載預壓法等都需要一定的處治時間，但由于一環高速公路工期緊張，處理時間不足，2006年年底通車后，除了受面層、基層及土體自重的影響，還要受到車輛荷載重復作用的影響，使土體產生進一步的壓縮變形。但隨使用年限的增加，這種壓縮變形越來越小直至消失，由此導致的路面病害越來越少。

（2）佛山市一環高速公路通車近10 a以來，整體運營狀況良好，路面結構強度較高，部分路段存在少量病害，營運以來，全線實施預防性養護（薄層罩面）處治路段全長約 27.0 km（單幅），其中主路內環約9.9 km，外環約16.9 km。

1.3 公路區間交通量分布狀況

綜合考慮本項目趨勢交通量、誘增交通量和轉移交通量，得到本項目推薦方案交通量預測結果：廣明高速二期建設改造完成后，全線平均日交通量從2018年的7.4萬pcu/h增長到2037年的10.7萬pcu/h，總增長率約為45%。

1.4 改造段原有路面狀況及檢測的主要結論

原有路面狀況：原項目主線及輔道均采用瀝青混凝土路面，瀝青路面破損主要為橫向裂縫，裂縫數量較少；車轍出現較少；局部路段橋頭路基出現輕微跳車。路面PCI（路面狀況指數）總體評價為良。內側兩車道和外側兩車道優良比率分別為98.5%和76.4%。

調查主要結論：根據現場調查情況顯示，部分路段在近年內進行過老路加鋪罩面等養護措施主線路面狀況良好；輔道路面整體情況較好，部分與低等級路交叉路段路面狀況較差。

2 路面結構設計

2.1 加鋪厚度初擬計算

從現場病害情況以及交通量數據分析來看，本項目大部分路段尤其是重車道已經出現了疲勞破壞情況。但根據實測彎沉數據，各路段承載能力狀況較好，路面結構強度指數評價為“優”，這表明彎沉指標在反映瀝青路面強度方面存在著一定的局限性。

為此，本工程路面結構采用以下4種方法進行設計與驗算，計算不同加鋪厚度的頂面設計彎沉值和層底拉應力，找出適宜加鋪厚度。

方法1：參考國內其他高速公路瀝青路面改建設計經驗[3]，統一將舊瀝青路面上基層視為級配碎石（500 MPa），舊瀝青路面其余各層的模量均被認為衰減至材料參數取值下限，重新進行路面結構設計。

方法2：按新建瀝青路面設計進行，但對于舊路面各結構層在材料設計參數的取值上采用規范[4]推薦范圍的下限值（考慮承受巨大交通量后材料的損傷）。

方法3：按瀝青層模量衰減至規范[4]推薦值的下限值、半剛性基層模量衰減了30%后計算。

方法4：按規范[4]改建路面設計方法進行。

根據以上方案設計計算得出的各路段主路適宜加鋪厚度結果見表1。

表1 各路段主路適宜加鋪厚度 cm

從表1可知：（1）根據以上路面結構設計驗算方案，在考慮結構強度損傷折減的基礎上，宜加鋪的厚度為7~11 cm；（2）由于現狀路面實測彎沉值較小，若以實測彎沉值反算舊路表面的回彈模量為基礎，按規范[5]改建路面的方法進行設計，目前的路面厚度仍可滿足改建后交通量的設計要求，無需進行加鋪補強層設計，說明方法4存在一定的局限性。

2.2 路面結構選擇

老路原路面面層為AC-13，本項目從全壽命周期成本出發，上面層采用綜合性能優秀的SMA-13面層。主線老路改造路面采用直接加鋪薄層熱瀝青罩面或銑刨面層一定厚度后加鋪，擬定路面補強加鋪處治方案見表2。

在選擇路面改造方案時，還應考慮以下因素：

（1）根據瀝青路面結構設計驗算，在考慮結構強度損傷折減的基礎上，宜加鋪的厚度為7~11 cm。

（2）渠化交通影響：制定舊路病害處治方案時，還應考慮路面改造階段渠化交通的影響，渠化交通后，車道承載的交通壓力翻倍，路面病害存在迅速破壞的過程，因此，制定方案時應考慮處治方案的前瞻性。

（3）路況檢測時間與大修改造時間差的影響：通常情況下，設計普遍采用檢測單位提供的檢測數據，而本項目檢測時間是2016年7～9月，距離實際施工還有2 a時間差，因此，制定設計方案時應考慮此時間段內路面病害的發展預期。

綜上所述，從保證路面改造后使用耐久性的角度出發，總體上推薦采用方案2（直接加鋪10 cm），個別路段可以結合縱斷面設計、路面狀況等實際情況，靈活選用方案1（直接加鋪4 cm）和方案3。

3 路面加鋪后路基“二次”沉降預估研究

3.1 原有軟基處理方式調查及路基沉降分類

原有路基處理采用了袋裝砂井、CFG樁和水泥攪拌樁進行軟基處理。其中，袋裝砂井處理占比為72.8%。根據對路基累計沉降量與軟基處理工況以及路面損壞（裂縫出現頻率、路面修補次數）之間的關聯程度，對軟基路段再次進行了劃分，劃分情況如表3所示。

其中第一類、第二類路面沉降已趨于穩定，路面大修方案以路面面層處治維修為主；第三類的路基沉降仍未穩定，在設計路面大修方案時通常需增設較厚的基層或調平層等措施，路面加鋪所帶來的附加荷載對原有路基存在一定擾動，需考慮加鋪所帶來的路基二次沉降的影響。

3.2 加鋪層二次沉降影響分析

為對二次沉降的影響進行準確評價，選取了較為典型的路段進行鉆孔取樣，獲得路基的土樣資料。土層分布至上而下為：路面結構層、路基填土、砂墊層、淤泥質土、粉質粘土和全風化花崗巖。

沉降計算采用以有限元計算為主、分層總和法計算為輔的總體思路，為簡化計算模型，提高計算效率，模型按平面應變問題進行數值分析，采用半對稱計算模型。分別計算了10 cm、20 cm、30 cm、40 cm以及50 cm不同加鋪厚度下的路基二次沉降情況見表4。

表2 方案處治信息表

表3 軟土路基“二次”分類情況

表4 不同加鋪厚度下路基沉降計算值 cm

由表4可知：項目改造施工對路基土體擾動后，加鋪厚度在10 cm左右時，軟土路基二次沉降量均在13 cm以內，部分路段加鋪厚度較大（30~50 cm）時，沉降均能控制在20 cm以內，均滿足高速公路允許沉降標準要求。

4 結論

（1）通過對佛山市一環高速公路改造路面方案的研究，探討了在檢測中實測彎沉數據、路面結構強度指數評價與路況調查結果相悖情況下的路面結構計算方法，指出了彎沉指標在反映瀝青路面強度方面存在著一定的局限性。

（2）分析了路面加鋪厚度對原有軟基沉降未穩定路段的二次沉降影響，在加鋪方式設計時，應充分對原有軟基沉降狀況進行調查分析，重視加鋪對路基所帶來的二次沉降影響。