高速公路路面加鋪設(shè)計分析

周駿、劉承斌

（江西省贛南公路勘察設(shè)計院，江西贛州341000）

0 引言

高速公路路面加鋪設(shè)計作為一項(xiàng)系統(tǒng)性的工程，在路面加鋪設(shè)計階段要了解結(jié)構(gòu)層之間的相互兼容參數(shù)，構(gòu)建出更為科學(xué)有效的加鋪設(shè)計方案，為高速公路路面加鋪工程打好基礎(chǔ)。

1 加鋪層厚度計算方法

瀝青路面表面設(shè)置混凝土加鋪層的結(jié)構(gòu)，是因?yàn)樵访嬉约凹愉亴咏Y(jié)構(gòu)主要應(yīng)用的是柔性施工材料，首先可以直接檢測舊路面表面，把檢測后獲得的彎沉值轉(zhuǎn)化為舊路面的回彈模量參數(shù)，然后可以通過彈性層狀理論體系參數(shù)確定具體的加鋪層結(jié)構(gòu)厚度。因?yàn)榕f路面結(jié)構(gòu)和加鋪層的結(jié)構(gòu)都是柔性施工材料，所以加鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計時使用彈性層狀的理論形式和新建設(shè)路面是相同的。此外，應(yīng)該對公路結(jié)構(gòu)的各個部分的土基結(jié)構(gòu)的回彈模量、厚度以及材料彈性模量進(jìn)行聯(lián)合分析，在掌握這些數(shù)據(jù)后，要做好試驗(yàn)檢測與分析，需要經(jīng)過較長時間才能完成。以當(dāng)前公路彎沉測量分析，操作比較簡單，測量時間也比較多。如果應(yīng)用自動彎沉儀設(shè)備，各項(xiàng)試驗(yàn)操作可以達(dá)到自動化檢測的要求，加鋪設(shè)計應(yīng)用彎沉指標(biāo)作為分析研究的方式。如果使用當(dāng)量回彈模量進(jìn)行分析，將已有的路面彎沉值轉(zhuǎn)化為設(shè)定的路基模量參數(shù)，然后通過應(yīng)用彎沉公式實(shí)現(xiàn)加鋪計算。所謂當(dāng)量回彈模量，是將原先的層狀體系的路面結(jié)構(gòu)看作彎沉相同性均勻的回填模量。根據(jù)設(shè)計方案的要求，在設(shè)計中根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)確定加鋪層設(shè)計方案，提高施工總體水平。高速公路路面加鋪設(shè)計方案確定時，首先應(yīng)該計算原路面結(jié)構(gòu)的當(dāng)量回彈模量參數(shù)，如果加鋪單層結(jié)構(gòu)的形式，建設(shè)雙層彈性體系為模型，加鋪n-1 層時根據(jù)n 層彈性體系建設(shè)模型，并且進(jìn)行加鋪層的拉應(yīng)力參數(shù)。設(shè)計加鋪層結(jié)構(gòu)時，需要嚴(yán)格按照完成值作為整個路面完整性參數(shù)進(jìn)行設(shè)計，如果是二級及以上的路面結(jié)構(gòu)，還應(yīng)該檢驗(yàn)分析加鋪層底拉應(yīng)力參數(shù)，其他各項(xiàng)結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)要根據(jù)新建設(shè)的路面來進(jìn)行確定，以符合國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范為出發(fā)點(diǎn)[1]。

2 路況概述

某高速公路項(xiàng)目建設(shè)投入運(yùn)營超過十年的時間，其為雙向四車道的形式，路基結(jié)構(gòu)寬度為26m，按照國家標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行建設(shè)和施工。經(jīng)過現(xiàn)場運(yùn)行情況的調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，該高速公路的總體運(yùn)行狀況良好，但是在各個位置上都有一定程度的病害問題，主要是行車道、超車道出現(xiàn)了網(wǎng)裂、縱向裂縫、橫向裂縫等問題，還有一些部位出現(xiàn)了坑槽問題，需要及時進(jìn)行維修和處理，以保證通行效果和質(zhì)量，提高交通運(yùn)行的安全性。

3 病害處理

3.1 路面瀝青層病害維修處理

技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場損壞程度的分析和研究，對于上述存在病害問題采取如下處理措施：首先，將瀝青路面結(jié)構(gòu)表面銑刨一層結(jié)構(gòu)，然后重新鋪設(shè)一層路面，主要將原松散、輕度裂縫等病害問題的路面修復(fù)完成。把原路面結(jié)構(gòu)銑刨6.0cm 的深度之后，表面撒布一層黏層瀝青材料，然后鋪設(shè)結(jié)構(gòu)厚度為5.0cm 的中粒式瀝青面層。其次，在全面銑刨處理結(jié)束后，重新進(jìn)行表面的鋪設(shè)施工，主要是處理原路面結(jié)構(gòu)存在網(wǎng)裂、坑槽、龜裂等問題的路段。銑刨的深度為11cm，原路面再噴灑一層SBS 改性瀝青材料，并且鋪設(shè)一層厚度為10cm 的中粒式改性瀝青材料。如果經(jīng)過全部銑刨處理的路面部分仍存在基層結(jié)構(gòu)損壞的情況，需要將表面銑刨掉21cm 的深度，再應(yīng)用C20 微膨脹混凝土進(jìn)行鋪設(shè)施工，該方式主要應(yīng)用以下兩種情況：其一，存在比較嚴(yán)重縱向裂縫與橫向裂縫，基層結(jié)構(gòu)存在塊裂的問題；其二，基層結(jié)構(gòu)表面存在松散嚴(yán)重的情況，且有一定程度的唧漿病害問題，損壞較為嚴(yán)重[2]。

3.2 橋面病害維修

對于已經(jīng)發(fā)生了坑槽、網(wǎng)裂等病害問題的橋梁結(jié)構(gòu)來說，把瀝青結(jié)構(gòu)表面全部銑刨出來完成后，再進(jìn)行鑿毛處理清理結(jié)束后再進(jìn)行表面SBS 改性瀝青的鋪設(shè)施工，再鋪設(shè)一層瀝青混凝土面層，結(jié)合不同的情況選擇合適的加鋪設(shè)計方案，以保證破損和施工的效果合格。對于小型橋梁來說，鋪設(shè)的是8cm 的中粒式改性瀝青面層結(jié)構(gòu)；對于大中型橋梁來說，如果有著孔徑存在病害問題，可以鋪設(shè)9cm 的中粒式改性瀝青面層結(jié)構(gòu)。經(jīng)過銑刨處理完成之后，如果發(fā)現(xiàn)水泥混凝土鋪裝層結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重的損壞問題，需要將原水泥混凝土鑿除干凈，再次鋪設(shè)粒徑為10cm 的C50 混凝土材料，以達(dá)到結(jié)構(gòu)性能的標(biāo)準(zhǔn)要求[3]。

針對橋頭跳車來說，以跳車的深度方面的差異，可以選擇不同處理措施：跳車深度＜5cm 的情況下，把原瀝青面層清理掉，再鋪設(shè)5cm 的中粒式改性瀝青面層結(jié)構(gòu)；跳車深度＞5cm 的情況下，銑刨處理規(guī)定深度后，需要鋪設(shè)中粒式瀝青混凝土找平層＋5cm 的中粒式改性瀝青混凝土面層。對于找平層結(jié)構(gòu)厚度來說，需要采用的是分層攤鋪施工的方式，每一層結(jié)構(gòu)的鋪設(shè)施工厚度應(yīng)控制在5～15cm。銑刨深度與加鋪層結(jié)構(gòu)的厚度在設(shè)計時，最小是1cm。銑刨施工范圍內(nèi)，坡度不能超過0.5%，并保證最大沉降量參數(shù)都能夠有效的控制，保證結(jié)構(gòu)性能符合要求。

3.3 路面沉陷病害維修

對于沉陷深度尺寸過大且路面損壞嚴(yán)重的情況，必須進(jìn)行再次路面加鋪施工。結(jié)合不同沉陷深度尺寸要選擇合適的加鋪設(shè)計方案。

沉陷＞15cm 的結(jié)構(gòu)部分，應(yīng)用ATB-25 找平層＋10cm 中粒式改性瀝青混凝土LAC-20＋5cm 中粒式改性瀝青混凝土LAC-20；沉陷深度5～15cm 部分，加鋪結(jié)構(gòu)為LAC-20 找平層+5cm 中粒式改性瀝青混凝土LAC-20；沉陷深度＜5cm 部分，加鋪結(jié)構(gòu)為5cm 中粒式改性瀝青混凝土LAC-20。

如果必須進(jìn)行縱斷面結(jié)構(gòu)的調(diào)整，需要對路面的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理，保證路緣石、中分帶護(hù)欄、路肩、泄水槽等部分進(jìn)行全面的處理，統(tǒng)一做出規(guī)定和調(diào)整。除了在設(shè)計方案中進(jìn)行段落的標(biāo)記，比如在現(xiàn)場施工中有明顯的沉陷、起伏路段，施工中要做好全面處理。根據(jù)主線病害問題展開處理，同時在施工中如果發(fā)現(xiàn)存在立交區(qū)、服務(wù)區(qū)匝道病害比較嚴(yán)重，可以同時進(jìn)行處理[4]。

4 加鋪罩面設(shè)計方案

在病害結(jié)構(gòu)處理完成之后，要對整個線路進(jìn)行加鋪罩面的設(shè)計與施工，主要方案如下：路面與橋梁、行車道、超車道等部分應(yīng)該進(jìn)行原路面銑刨1cm 處理，撒布黏層瀝青材料之后加鋪3.5cm 厚度的瀝青瑪蹄脂碎石SMA-13L；路面、硬路肩等位置上，需要鋪設(shè)一層厚度為1cm 的稀漿封層，對于立交區(qū)等線路上可以鋪設(shè)3.5cm 厚度的瀝青瑪蹄脂碎石材料；大中橋要分類處理：沒有發(fā)生全斷面病害問題，在整個斷面內(nèi)應(yīng)用1cm 微表處罩面施工方式；全斷面病害問題則需要在現(xiàn)場進(jìn)行加鋪罩面施工后，還要做好路緣石的調(diào)整處理，保證路面達(dá)到平順度的要求[5]。

原路面結(jié)構(gòu)加鋪處理完成之后，大、中橋梁兩側(cè)如果存在嚴(yán)重高差的情況，在大、中橋兩側(cè)30cm 范圍內(nèi)，要做好現(xiàn)場銑刨處理，還要制作出順坡。

5 瀝青混合料

5.1 瀝青

對于瀝青混合料來說，主要應(yīng)用的是SBS 改性瀝青，可以使用成品改性瀝青，也可以應(yīng)用現(xiàn)場加工的方式生產(chǎn)，并且保證SBS 改性劑的加入比例控制在5%以上，瀝青材料主要使用的是90#石油瀝青材料。在材料制作結(jié)束后，進(jìn)行性能指標(biāo)的檢測，主要是進(jìn)行5℃延度、軟化點(diǎn)、彈性指標(biāo)等方面，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，根據(jù)規(guī)范指標(biāo)進(jìn)行控制。

黏層、稀漿封層以及微表處施工方式，都是采用乳化瀝青材料，保證各個層結(jié)構(gòu)進(jìn)行黏層瀝青設(shè)置，黏層結(jié)構(gòu)應(yīng)用的是專用PCR 性快裂陽離子乳化瀝青，使用量為0.4L/m2。對于沒有完全銑刨的路段來說，需要在該路段頂部需要噴灑一層SBS 改性瀝青，使用量應(yīng)該＞1.0L/m2。稀漿封層的結(jié)構(gòu)應(yīng)用的是乳化瀝青材料，微表處則使用的是慢裂陽離子改性乳化量材料，改性劑的加入比例＞3%，油石比控制在6%～8.5%之間。

5.2 礦料

5.2.1 粗集料

對于瀝青瑪蹄脂材料而言，使用的粗集料抗滑、耐磨性符合要求，使用輝綠巖、玄武巖材料加工制作即可，其形狀類似于立方體的形式。

5.2.2 細(xì)集料

全部的瀝青混合料進(jìn)行面層施工中，其所應(yīng)用的細(xì)集料為4.75mm 的機(jī)制砂，制作的原材料為石灰?guī)r。

5.2.3 填料

為了保證集料與瀝青結(jié)構(gòu)的黏合性符合要求，使用42.5 普通硅酸鹽水泥材料替代礦粉材料，水泥材料的加入比例為2%。根據(jù)需要在攪拌站制作材料，必須設(shè)置提升倉結(jié)構(gòu)，保證材料的加入比例符合要求。

5.2.4 纖維穩(wěn)定劑

根據(jù)施工的需要，在改性瀝青混合料中加入木質(zhì)纖維，其加入比例為0.3%。

5.3 配合比的設(shè)計

在高速公路路面加鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計中，其材料的配合比設(shè)計要嚴(yán)格控制，必須遵循國家標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行配合比參數(shù)的設(shè)計，以保證材料的性能符合要求。同時在設(shè)計中，必須根據(jù)需要做好性能指標(biāo)的檢測，主要是壓實(shí)度，以馬歇爾試驗(yàn)為主要檢測方式，保證路面結(jié)構(gòu)的壓實(shí)度性能＞98%，下面層則控制在97%以上。稀漿封層以及微表處施工也要符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，確保不會出現(xiàn)質(zhì)量問題與缺陷，達(dá)到工程的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。

5.4 加鋪層的排水設(shè)計與硬路肩的處理

排水設(shè)計也是路面設(shè)計必不可少的組成部分，只要有自由水進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)，就會導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)發(fā)生損壞的問題。雨水停留在瀝青面層結(jié)構(gòu)內(nèi)，導(dǎo)致瀝青從集料表面脫落下來，使得材料的強(qiáng)度、模量等無法滿足要求，致使路面發(fā)生結(jié)構(gòu)損壞的問題。雨水經(jīng)過瀝青面層進(jìn)入內(nèi)部，停留在半剛性基層結(jié)構(gòu)的頂部，會使結(jié)構(gòu)表面存在沖刷的影響，或者灰漿直接被擠出面層表面，導(dǎo)致局部出現(xiàn)網(wǎng)裂、低洼變形的問題，最終出現(xiàn)坑洞的病害問題。雨水只要進(jìn)入土基結(jié)構(gòu)內(nèi)，會使結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、承載性能下降，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞問題。因此，水是路面結(jié)構(gòu)損壞的主要原因。經(jīng)過設(shè)計經(jīng)驗(yàn)總結(jié)分析，很多公路工程中，排水設(shè)計不合理容易造成公路發(fā)生早期病害問題。預(yù)防水侵害的措施主要有如下兩種：其一，瀝青加鋪層結(jié)構(gòu)排水設(shè)計不當(dāng)；其二，加鋪層下部設(shè)置有下封層的結(jié)構(gòu)。主要的處理步驟如下：

首先，恢復(fù)路面橫坡的結(jié)構(gòu)。因?yàn)檐囕v荷載持續(xù)性作用以及路基發(fā)生沉陷的問題，原路面結(jié)構(gòu)橫坡度會較小，有些路段甚至還會出現(xiàn)路緣的高度超出路中心的情況。對于橫坡＜2%的路段，需要設(shè)置特定厚度的調(diào)整層，保證瀝青加鋪層的底部橫坡＞2%，達(dá)到排水效果的要求。

其次，噴灑透層瀝青。基層頂部結(jié)構(gòu)噴灑足夠的透層瀝青材料，以確保基層有效的保護(hù)，不會有雨水進(jìn)入結(jié)構(gòu)內(nèi)，保證黏結(jié)效果和質(zhì)量合格。

再次，設(shè)置防水下封層結(jié)構(gòu)。在瀝青加鋪層鋪設(shè)前，需要設(shè)置防水層的結(jié)構(gòu)。下封層在施工中，應(yīng)用的施工材料為針入度超過＞70 的優(yōu)質(zhì)瀝青，其應(yīng)用量為2.3kg/m2。然后在現(xiàn)場設(shè)置排水底面層的結(jié)構(gòu)。應(yīng)用厚度為3.5～4.0cm 厚度的多空隙混凝土材料進(jìn)行底面層結(jié)構(gòu)的制作，能夠保證積水可以迅速的排放出去。多孔隙瀝青材料的混合料內(nèi)孔隙率會＞20%，在降雨量較多的地區(qū)需要選擇使用改性瀝青材料，以達(dá)到性能要求。

最后，減小瀝青面層結(jié)構(gòu)的滲透性。在瀝青面層結(jié)構(gòu)設(shè)計中，尤其是表面層結(jié)構(gòu)的設(shè)計，需要使用孔隙率在5%以內(nèi)的密級配瀝青材料，可以減小雨水的滲入量。SMA 面層結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)勢孔隙率較小，表面結(jié)構(gòu)的深度較大，黏結(jié)性能好，應(yīng)用到里層面層加鋪設(shè)計效果良好。

5.5 硬路肩的處理

硬路肩位置的處理也是重要的工作，主要的作用是恢復(fù)其結(jié)構(gòu)內(nèi)部的縱橫排水設(shè)施，保證排水的效果和性能符合要求，將進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的雨水可以快速的排出，同時還要沿著路面縱向、路面邊緣位置上開挖寬度為20cm 的溝槽，且排水標(biāo)準(zhǔn)符合要求。為保證積水能順利排出，將路肩結(jié)構(gòu)設(shè)計為橫坡度＞3%的形式。如果經(jīng)過檢測發(fā)現(xiàn)路肩結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度性能不足，應(yīng)該將現(xiàn)場規(guī)定厚度的路肩挖除掉，然后再鋪設(shè)一層半剛性的材料進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理，保證路肩結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度性能合格，完全達(dá)到運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)要求。

6 結(jié)語

高速公路路面結(jié)構(gòu)經(jīng)過長期的運(yùn)行后，容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞的問題發(fā)生，基于此，公路管理單位應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行高速公路路面加鋪設(shè)計分析，確定合適的加鋪設(shè)計方案，并且做好現(xiàn)場施工管理和控制，保證路面結(jié)構(gòu)的參數(shù)和尺寸合格，以提高高速公路運(yùn)行效果和質(zhì)量，對于滿足交通運(yùn)行起到積極的作用。