非對稱路面設計的高速公路應用

陳通杰（廣東省南粵交通河惠莞高速公路管理中心，廣東 河源 517300）

1 項目概況

云南某高速主線全長85.67 km，采用雙向四車道高速公路標準建設，設計行車速度80～100 km/h，瀝青混凝土路面設計年限15年。項目所在地區為云貴省界，是重要產煤區，且貴州的產煤會大量運往云南，重載與超限煤車較多，同時左右幅交通軸載組成差別較大。

2 非對稱路面設計方案

2.1 設計參數

2.1.1 自然氣候條件

項目所經地區屬于以高原地貌形態為主的滇東高原，地處宣威市東北部，屬云南高原向貴州高原過渡的斜坡地帶，位于云南省滇東高原的北部，地勢西北高，東南低。境內屬暖溫帶高原季風氣候，具有冬暖夏涼，年溫差較小，日溫差較大，季節不明顯，干溫季分明的特征，自然區劃為V4區。

2.1.2 路段交通量

項目設計年限15年，車道系數0.45。根據工可交通量預測，交通量增長率為2013—2020年平均增長率8.78%；2020—2030年平均增長率2.13%；2030—2032年平均增長率1.68%。

2.1.3 交通組成

根據工可交通量換算結果與現場軸載補充調查結果，本項目公路運營初始年交通組成見表1、表2。平均噸（客）位選用代表車型見表3。

表1 云南至貴州方向（左幅）混合交通（輛/日）

表2 貴州至云南方向（右幅）混合交通（輛/日）

表3 代表車型

2.1.4 路面結構設計參數

公路等級系數為1.0，面層類型系數為1.0，路面結構類型系數為1.0。材料計算參數見表4。

表4 材料計算參數

2.2 高速路面結構設計方案及驗算結果

路面結構見表5和表6。

表6 左幅主線路面結構（云南至貴州方向）

路面設計以設計彎沉值為路面整體剛度的設計指標來驗證調整后的路面結構是否能夠滿足規范[3]中的設計要求，并以容許彎拉應力進行驗算。根據交通部相關規范[3]的規定進行軸載換算，按規范公式進行計算。

2.2.1 右幅計算結果

項目右幅（貴州到云南方向）計算結果見表7。

表7 右幅（貴州到云南方向）的計算結果

按設計彎沉值驗證調整后的結構設計彎沉值ld=18.8（0.01 mm），計算彎沉值lS= 14.6（0.01 mm）。所以，不使用10 cmATB-25柔性基層，用20 cm低劑量水泥穩定碎石底基層替換20 cm級配碎石底基層后，滿足lS≤ld，故僅考慮彎沉時計算滿足要求。

按容許拉應力驗算結構設計調整后的結構計算，瀝青層層底拉應力σm=-0.031 MPa，小于容許應力σR=0.20 MPa，滿足設計要求。

基層層底拉應力σm=0.067 MPa，小于容許應力σR=0.1 MPa，滿足要求。同時考慮彎沉和拉應力，滿足要求。

經計算，路面各結構層及路基頂面竣工驗收彎沉值見表8。

表8 （貴州至云南方向）路面結構竣工驗收彎沉（BZZ-100）

2.2.2 左幅計算結果

項目左幅（云南到貴州方向）計算結果見表9。

表9 左幅（云南到貴州方向）計算結果

按設計彎沉值驗證結構結果為設計彎沉值ld= 21.7（0.01 mm），計算彎沉值lS= 17.0（0.01 mm），滿足lS≤ld，故僅考慮彎沉時計算滿足要求。

按容許拉應力驗算結構設計調整后的結構結果，瀝青層層底拉應力σm=-0.031 MPa，小于容許應力σR=0.21 MPa，滿足相關要求；基層層底拉應力σm=0.106 MPa，小于容許應力σR=0.23 MPa，滿足相關要求。同時考慮彎沉和拉應力，滿足要求。

經計算，路面各結構層及路基頂面竣工驗收彎沉值見表10。

表10 （貴州至云南方向）路面結構竣工驗收彎沉（BZZ-100）

該高速公路左右幅路面結構并非對稱的，貴州至云南方向交通量大，底基層采用低劑量水泥穩定碎石代替一般的級配碎石，增強了整體路面的結構承載能力。

3 檢測結果

工程結束后，在全線進行了雙向對比檢測，主要包括平整度、滲水系數、摩擦系數和構造深度等指標，試驗結果見表11。從檢測結果看雙幅并無明顯差異，基本實現了設計意圖。

表11 工程結束后檢測結果

4 結語

該高速公路左右幅結構層根據各自的交通量大小計算確定，在總厚度一致的情況下，底基層分別采用了級配碎石（輕交通）和低劑量水泥穩定碎石（重交通）。既滿足了重交通對路面結構的要求，也減小了輕交通建設的成本，特別適用于大交通量的運煤、采礦及建筑材料運輸專用通道。非對稱路面設計充分提升了高速公路的使用功效，讓我國的高速公路建設更加的科學和完善。