山區高速公路路面設計關鍵性技術探析

楊再福

（蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 730000）

山區一般是指山地、丘陵等地質條件較為復雜、地形較為崎嶇的地區，我國的山區面積在國土總面積中占半數以上，且多數山區地區經濟水平較為落后，有待發展。交通便利是促進經濟發展、提高人民生活質量的前提條件，因此改善我國山區的交通狀況十分關鍵。因地形限制，建設山區高速公路時在選擇路線線性方面會出現隧道、橋等結構形式，線性存在不確定性。山區高速公路設計建造時，容易受到經濟技術方面的阻力，本文對山區高速公路路面設計會出現的關鍵性技術進行研究，以期為相關人員提供參考。

1 山區高速公路特點

隨著經濟水平的穩步提升，近年來，我國山區高速公路的建設力度不斷加大，交通布局越發完善。我國山區地形特征復雜，建設高速公路時需結合當地的實際情況，制定合理可行的設計方案。只有確保設計方案具有足夠的合理性與可行性，方能盡量避免擁包、開裂等病害的出現，延長路面使用時間，最大程度保障行車安全，為區域交通運輸業的發展提供助力。

山區高速公路的特點大致可歸納為以下幾點：（1）地形復雜。山區包括山地、丘陵等地區，地形復雜，地勢多變，地質結構各有不同，想要在山區建設高速公路存在較大的難度；（2）有較多的陡坡路段。山區地區呈現出明顯的高低不等、落差大的地勢特征，自然而然會出現許多陡坡。因此，建設山區高速公路時需考慮地勢因素，結合當地的上下坡情況進行路面設計。在陡坡路段，受坡度的變化和自身重力的影響，行車時需有效控制車速，否則，很容易出現交通事故。相關人員在制定高速公路設計方案時需考量到這一點；（3）有較多的橋梁、隧道。一些山區受地勢特征影響，要想保證高速公路的建設質量，需采用隧道工程、跨越式橋梁結構等設計方案，其設計具有一定的復雜性，在建造方面也具有較高的難度；（4）海拔較高，有較多的凌冰路段。在一些海拔較高的山區，氣候受海拔影響，較為寒冷，容易出現雨水堆積現象，凌冰路段較多，會影響路面結構的合理性，威脅交通安全。

2 瀝青路面設計方法的基本概述

2.1 路面厚度設計方法

技術人員在設計瀝青路面時，需遵守我國交通部推出的《公路瀝青路面設計規范》（JTJ014-97），其厚度設計方法可用于各級公路瀝青路面的建設、與大修設計，適用范圍廣泛。現如今，我國規范中瀝青路面設計方法中運用路表彎沉與層底彎拉應力指標。技術人員在明確路面結構層厚度時，可采取以下流程：首先，根據設計任務書的相關要求，確立面層類型、彎拉應力等相關參數。其次，結合路基土的類型與干濕程度來制定路段土基回彈模量。再次，按照規范推薦及自身經驗，擬定幾種路面結構層組合及厚度方案，選擇其中的一層當作設計層。通過配合比實驗檢測材料的抗壓回彈模量，確定其抗壓強度。最后，按照彎拉應力指標與設計彎沉值得出厚度。若是計算所得結果與相關要求不符，可更改材料配合比、路面結構層組合或是厚度，重新進行計算。

2.2 AASHTO 設計方法與SHELL 設計方法

AASHTO 與SHELL 是應用范圍較為廣泛的兩種設計方法，值得相關人員進行探索研究。其中，AASHTO 設計方法將現實服務能力指數當作評估衡量路面使用性能的關鍵性指標，SHELL 設計方法則是將路面結構作為一種多層線性彈性體系。要想通過AASHTO 設計方法明確瀝青路面厚度，需經過確定使用性能期與分析期、計算標準軸載在分析期內的累計作用次數、選取可靠度參數、確立設計標準、考量環境影響、選定排水系數等流程。而通過SHELL 設計方法明確瀝青路面厚度，則需要運用兩項主要標準與兩項次要標準，主要標準是為了明確瀝青底層的水平拉應變其容許值與路基表面垂直壓應變其容許值，次要標準則是為了明確水泥穩定類基層地面拉應力其容許值與道路表面永久變形容許車轍深度。

3 陡坡路段路面設計關鍵點

3.1 陡坡路段路面的概述

山區受地理條件限制，必然會形成長陡坡路段，陡坡路段發生車轍病害的概率相對更高。究其原因，通常情況下，車輛行駛在陡坡上的速度會比普通路段更小，對路面的作用時間也會隨著速度的降低而延長。同時，在陡坡路段，荷載對于路面的作用力也有所不同，形成的應力會隨著坡度的增加而加大，故而陡坡路段發生車轍現象的風險更大。在路段交通量一致的前提下，陡坡路段彎沉值要明顯大于平坡路段，這會讓路面提前處于破壞狀態，縮短路面的使用時間。

3.2 陡坡路段路面設計關鍵點

陡坡路段的力學響應特點大致可歸納為以下4 點：（1）道路縱坡會在一定程度上影響路面的結構應力與位移，面層剪應力的影響程度要比彎沉與層底拉應力更大；（2）陡坡路段的路面剪應力響應存在十分顯著的區別，縱坡的坡度越大，剪應力也會隨之而增長。每當其坡度加大1%，剪應力會出現超過30%的平均增幅；（3）陡坡路段的路面彎沉響應大致一致，當其坡度加大1%時，彎沉也會出現1%左右的增幅；（4）陡坡路段的路面層底拉應力響應并無顯著的區別，每當其坡度加大1%，拉應力會出現2%左右的增幅。比起平坡路段，陡坡路段對比路面面層有著更高的抗剪強度要求，車輛行駛時的作用時間更長。

因此，技術人員在進行陡坡路段路面設計時，需考量到以下幾個方面：（1）提升路面面層的抗剪能力；（2）提升材料的高溫穩定性；（3）提升瀝青層的抗車轍能力；（4）考量重載因素。

4 橋面鋪裝路面設計研究

4.1 橋面鋪裝的概述

橋面鋪裝指的是在橋面板上方鋪筑的防護層，可有效避免車輪對行車道板進行直接磨耗，能夠避免柱梁遭受雨水與其他物質的侵蝕，同時可發揮擴散荷載的效果。橋面鋪裝是橋梁結構不可或缺的組成部分，其質量優劣直接影響到車輛的行駛質量。橋面鋪裝可分為剛性與柔性兩種類型，剛性主要為水泥混凝土鋪裝，柔性主要為瀝青混凝土鋪裝，隨著材料學與建筑行業的飛速發展，橋面鋪裝的類型不斷增多。橋面鋪裝層出現的病害主要包括推移與擁包、車轍、松散與坑槽、開裂等。

4.2 橋面鋪裝路面設計關鍵點

因橋梁結構的自身特點，通常而言，橋梁的局部變形加大，鋪裝層的運用也會增加。橋面鋪裝層主要包含以下兩方面的特點：（1）受力模式不同。橋面鋪裝直接處在橋面板的上方，模量差距較大，最大拉應力拉應變基本發生于鋪設層的表面，從表面開始破壞。而公路混凝土路面的最大拉應力拉應變基本發生在混凝土層的底面，從底層開始破壞。且橋面鋪裝受到車輛荷載等因素的影響，其破壞擴展的速度更快；（2）環境情況不同。橋面鋪裝是鋪設在橋面上，而瀝青混凝土路面基本上是鋪設在土基與半剛性基層上面，屬于半無限空間體。因為橋梁受荷載作用影響，變形大，其鋪裝層的工作環境相對動態，會出現較大的應力應變變化。

橋面鋪裝成在設計方案、選取材料、施工操作等方面都有著較高的要求，設計人員不僅要考慮路面的結構性能要求，還要考量耐久性、防水性、抗壓能力等方面的要求。因此，技術人員在進行橋面鋪裝路面設計時，需考慮到以下幾點：（1）橋面鋪裝需要擁有一定的抗變形能力。因為其鋪裝層位于橋面板的上方，比起普通的公路基層，其柔性要更大。只有具備一定的抗變形能力，橋面鋪裝層才不會因風荷載、交通荷載等因素出現較大變形；（2）橋面鋪裝需要擁有一定的高溫穩定性。對于橋面鋪裝而言，優秀的高溫穩定性能夠有效避免推移等病害的出現；（3）橋梁鋪裝層需要擁有一定的抗拉裂性能。因交通荷載作用，橋面鋪裝層的表面很容易形成疲勞拉裂；（4）橋面鋪裝層需要擁有一定的耐久性能。一般情況下，瀝青混凝土路面有15 年的使用期限，想要保證路面的使用時間不被縮減，需確保路面可抵抗溫度變化、降雨等腐化作用，具備優秀的耐久性能；（5）橋面鋪裝層同混凝土橋面板間需要具備一定的層間黏結能力。橋面鋪裝層與混凝土橋面板之間容易發生病害，優質的黏結材料能夠合二為一，黏結成一個整體，可進一步優化其使用性能。

5 隧道復合式路面設計研究

5.1 隧道復合式路面的概述

我國初期的隧道路面建設基本上是水泥混凝土路面，該路面具有施工便捷、穩定性良好等優勢，應用范圍十分廣泛。隨著我國交通行業的發展，高速公路的數量大幅度提升，對于行車的安全性、舒適度等要求也在不斷提升。同時，隨著材料學的飛速發展，改性瀝青等材料的研究也越發深入，因此，隧道中復合式路面的應用范圍不斷拓展。現階段，我國公路隧道基本運用以下兩種類型的復合式路面：水泥混凝土基層瀝青路面與水泥混凝土路面。這兩種類型各有自身的應用優勢與局限性，設計人員需結合當地的實際情況選取適宜的類型。復合式路面兼具了水泥混凝土與瀝青混凝土兩種路面結構的優點，可有效提升路面的舒適性。當前，人們提到復合式路面基本是指水泥混凝土層上方鋪筑瀝青混凝土面層的這一結構形式。技術人員在運用復合式路面時，需要細致考慮排水、層間黏結、防火等方面的問題。隧道內的環境不僅半封閉，而且還多水，發生路面病害的風險較大，容易威脅交通安全。隧道路面的病害主要為以下4 種：變形、滑溜、裂縫、翻漿與涌水。

5.2 隧道復合式路面設計關鍵點

技術人員在進行隧道復合式路面設計時，需考量到隧道內交通的特征：（1）重載超載占比多。我國區域貿易的數量隨著經濟水平的提升而不斷增加。為追求更大化的經濟效益，時常出現重載超載情況；（2）交通集中量大。隨著經濟的發展與人民生活質量的提升，我國的車輛總量不斷增加，高速公路的數量雖然在大幅增強，但仍難以滿足現實需求。隧道時常是兩個區域間距離最短的道路，很多車輛會選擇通過隧道到達目的地；（3）車速低且制動多。多數隧道會對車輛的行駛速度有所要求，通常情況下，一方面，車輛在隧道內的行駛速度遠遠低于高速公路上的行駛速度。另一方面，在隧道內行駛，司機視線不良、視野受限，容易出現剎車制動情況。車速低延長了作用時間，制動過程加劇了水平作用力，這些因素都會對隧道內路面形成傷害。技術人員設計隧道復合式路面時，還應當考慮氣候條件、交通條件、水環境條件、基層支承條件等相關影響因素。

6 結語

高速公路建設是促進我國經濟發展的關鍵舉措，其建設質量直接影響道路的使用壽命，值得相關人員予以重視。山區地形多變，建設高速公路難度較大，設計人員需做好勘察作業，掌握其氣候、地質、水文等方面的信息，規范設計方案，科學預測可能出現的問題并提出相對應的解決措施。本文簡述了山區高速公路的特點，山區高速公路路面設計會出現的關鍵性技術，旨在為提升山區高速公路路面建設質量提供助力。