G60公路拓宽改建工程沥青路面加罩补强设计

秦 健，顾 旻

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

0 前言

随着我国高速公路路网的逐步完善，部分早期建设的高速公路已达到其使用年限的末期，通行能力不足和路面使用性能衰减的现象逐渐凸显，将面临道路拓宽和路面结构加罩补强。

本文以G60公路（上海莘松段）拓宽改建工程为例，介绍了沥青路面加罩补强设计中的几个关键问题：原路面结构检测与评价、路面结构加罩补强设计，加罩前原路面结构处理，以及新老路面结构拼接设计。为同类工程设计与施工图提供可参考和借鉴的经验。

1 工程概况

1.1 工程背景

G60沪昆高速公路是我国高速公路网重要组成部分，其上海－杭州段原称为沪杭高速公路，是连接沪浙两省市的重要通道。

沪杭高速公路1998年建成通车之初，按照双向4车道设计。近年来，随着区域社会经济的飞速发展和沪浙两省市间联系的日益密切，沪杭高速公路交通量急剧增加，交通需求与现有道路资源之间的矛盾日益凸显。上海境内松江—枫泾段（即松枫段）于2004年在中央分隔带增加2条车道，拓宽为双向6车道；浙江段也于2006年完成拓宽改建，拓宽为双向8车道；截至2008年，全线仅余莘庄—松江段（即莘松段）仍为双向4车道，道路通行能力已不能满足日益增加的交通需求。

同时，经过近20年的运营，莘松段道路使用性能也有了相当程度的衰减。主要表现为：路段代表弯沉值偏大，路面结构整体承载能力降低；路面破损状况较严重，纵、横向裂缝频现，伴有龟裂、沉陷、磨光等病害，经过局部修补或大范围的铣刨加罩处理的路段占很大比例；桥头路堤不均匀沉降现象较为严重，构造物两侧线性不平顺，桥头跳车现象突出；道路整体平整度衰减较为严重，车辆行驶舒适性变差。

随着上海世博会的举办，G60公路将承受更大的交通压力。因此，在世博会举办前对其进行拓宽改建，是十分必要的。

1.2 设计概况

G60公路（上海莘松段）西起松江立交东侧，东至莘庄立交西侧，拓宽改建工程于2009年10月开工建设，于2010年4月竣工通车。

G60公路新建主线收费站位于G15沈海高速公路以东，收费站以西为主线拓宽路段，向两侧拓宽至双向8车道；收费站以东新建双向6车道主线高架桥梁，原道路改建为双向4车道地面辅路。

根据原沪杭高速公路设计和竣工资料，原车行道设计路面结构为：3 cm细粒式沥青混凝土+10 cm粗粒式沥青混凝土+10 cm厂拌黑色碎石+30～34 cm粉煤灰三渣+15 cm砾石砂；硬路肩与车行道路面结构不同厚。经过近20年运营，路面经过多次养护维修和加罩补强，沥青层厚度已与原设计不尽相同。通过对原路面结构钻芯取样发现，沥青面层厚度为18～39 cm，粉煤灰三渣基层部分已松散损坏。

根据交通轴载预测，主线拓宽路段设计年限内1个车道上的累计标准轴次为2.47×107，路面设计弯沉值为19.9（0.01mm）。主线拓宽部分新建路面结构为：4 cm细粒式沥青马蹄脂碎石SMA-13（SBS改性沥青）+8 cm中粒式沥青混凝土 Sup-20（SBS改性沥青）+8 cm粗粒式沥青混凝土Sup-25+0.6 cm乳化沥青稀浆封层+20 cm水泥稳定碎石（3.5MPa）+20 cm水泥稳定碎石（3.5 MPa）+15 cm石灰土（石灰掺量12%），路面结构总厚度为75.6 cm。图1为路基拓宽路段示意图。

图1 G60公路路基拓宽路段示意图

2 原路面结构检测和评价方法

选择具有代表性的技术指标进行检测，科学评价原路面结构使用性能衰减程度，是合理确定路面结构加罩补强方案的前提。

2.1 原路面结构检测

G60公路（上海莘松段）已达到其设计年限的末期，结构整体强度衰减、路面破损严重、平整度水平降低是其突出特征。路段代表弯沉值是表征路面结构整体强度的指标，能够反映路面结构整体强度的衰减程度；路面破损状况可以直观反映路面结构的破损类型、破损机理、破损程度和破损密度。该工程选择路段代表弯沉值和路面破损状况作为原路面结构的主要检测项目。

弯沉检测采用符合规范[1]要求的自动弯沉仪进行。自动弯沉仪按正常行车方向对原路面每条车道进行检测；通过回归方程，将测得的路面总弯沉换算为回弹弯沉值，并进行温度修正；以沿线桥梁和通道作为路段划分的依据，每100 m左右划分1个路段单元，左右半幅分别计算路段代表弯沉值。

路面破损状况调查采用人工踏勘的方式，通过目测和仪具量测，调查结果记录于图纸相应位置，典型状况拍照记录。路面破损按照裂缝类、松散类、变形类、其它类4个类型进行分类统计记录。

2.2 原路面结构评价

原路面结构整体强度通过路面强度指数（SSI）评价，SSI=路面设计弯沉值/路段代表弯沉值。半刚性基层是提供路面结构整体承载能力的主要层次，在路面结构设计年限末期，路面强度指数SSI亦可以作为体现半刚性基层损害程度的指标。以SSI=0.8作为原路面结构整体强度衰减程度，或半刚性基层损坏程度的参照。当SSI≥0.8，即路段代表弯沉值不大于25（0.01 mm）时，认为原路面结构整体强度尚好，半刚性基层未明显破坏，仅需要加罩沥青面层；当SSI＜0.8，即路段代表弯沉值大于25（0.01 mm）时，认为原路面结构整体强度较差，半刚性基层可能出现部分或全部松散，需要加罩沥青面层和部分半刚性基层。

原路面结构破损状况通过路面状况指数（PCI）进行评价，路面状况指数由沥青路面破损率（DR）按照规范[2]公式计算得出。路面结构破损状况直观反映路面结构破损类型和破损程度，作为确定路面结构加罩补强方案的参考。

3 路面结构加罩补强设计

3.1 设计原则

加罩补强设计的基本原则是：以尽量提高老路利用率，消除老路病害，利于施工为前提，严格控制加罩补强结构中各结构层的压实厚度要求，合理选择加罩补强的结构组合形式，使加罩补强后的路面结构达到规范和设计要求的验收标准。

（1）原路面结构铣刨

对原路面结构进行铣刨时，铣刨后各结构层应保留有一定的厚度，使之能够结为板体。当铣刨后结构层剩余厚度过薄，或结构层有一定剩余厚度但已出现松动或松散现象的，应将该结构层剩余部分全部铣刨。为保证加罩部分沥青面层与下卧层连接紧密，原沥青层铣刨的最小厚度应不小于2 cm。

（2）最小加罩厚度

综合考虑原路面结构使用性能的衰减程度，道路拓宽改建后设计年限内的交通轴载，新老路面结构衔接，确定原路面结构的最小加罩厚度为12 cm，即新建路面结构上、中面层。

（3）结构层压实厚度要求

加罩补强时，加罩补强结构层的压实厚度应符合规范[3]的要求：

中粒式沥青混凝土Sup-20的压实厚度，最小为5 cm，最大为10 cm。

粗粒式沥青混凝土Sup-25的压实厚度，最小为7 cm，最大为12 cm。

水泥稳定碎石作为基层材料的压实厚度，最小为15 cm，最大为20 cm。

石灰土作为底基层材料的压实厚度，最小为15 cm，最大为20 cm。

加罩补强结构超过材料单层最大压实厚度的，应分层摊铺碾压，但分层后每层的压实厚度亦应大于该材料的最小压实厚度。

3.2 加罩补强设计

路面加罩补强设计以道路设计高程与原地面之间的高差和原路面结构代表弯沉值为控制指标，同时参考原路面破损状况调查结果来确定。

（1）对于原有路面结构代表弯沉值不大于25（0.01 mm）的路段，原则上采用铣刨部分原有沥青层后，加罩沥青面层的方法。为保证加罩部分沥青面层与下卧层连接紧密，原沥青层铣刨的最小厚度应不小于2 cm。原有路面结构加罩补强设计如表1所示。

（2）对于原有路面结构代表弯沉值大于25（0.01 mm）的路段，宜在加罩补强施工过程中根据现场铣刨翻挖老路后原路面结构半刚性基层的损害情况采用不同的加罩补强方案。若原路面结构半刚性基层板体性尚好，原则上采用铣刨原有路面结构部分沥青层后，加罩沥青面层的方法；若原路面结构半刚性基层已松散损坏而无法形成板体，原则上采用铣刨原有路面结构沥青层和部分半刚性基层后，加罩沥青面层和水泥稳定碎石基层的方法。原有路面结构加罩补强设计如表2所示。

（3）对于原有路面结构代表弯沉值不大于25（0.01 mm），但路面设计标高与原地面标高之差ΔH＞34 cm的路段，可按照表2中加罩补强设计B-1或B-2实施。

4 加罩前原路面结构处理措施

按照上述加罩补强设计要求对原路面结构铣刨至要求的标高，铺筑加罩补强结构层前，应对原路面进行处理。

表1 原路面结构加罩补强设计（路段代表弯沉值≤25（0.01 mm））

表2 原路面结构加罩补强设计（路段代表弯沉值＞25（0.01 mm））

4.1 原沥青层的处理

当加罩补强结构层的下卧层为沥青层时，应参照规范[2]对铣刨后的沥青层表面的裂缝、坑槽、松散等损坏修补后，再铺筑加罩补强结构层。

4.1.1裂缝

（1）沥青层表面的轻微裂缝，可沿裂缝涂刷少量稠度较低的沥青。

（2）沥青层表面的纵向或横向裂缝，当缝宽在5 mm以内时，应清除缝中杂物及尘土；将稠度较低的热沥青（缝内潮湿时采用乳化沥青）灌入缝内，灌入深度约为缝深的2/3；填入干净石屑或粗砂，并捣实；将溢出缝外的沥青及石屑、砂清除。

（3）沥青层表面的纵向或横向裂缝，当缝宽在5 mm以上时，应除去已松动的裂缝边缘；用热拌沥青混合料填入缝中，捣实；缝内潮湿时应采用乳化沥青混合料。

（4）沥青层表面的纵向和横向裂缝，按照上述方法修补后，宜根据实际情况在裂缝部位铺设聚酯玻纤布，聚酯玻纤布的铺设宽度为1.0 m。

（5）沥青层表面出现严重的网状裂缝或龟裂时，应将该范围（横向宽度不小于1条车道的宽度，纵向长度应较损坏范围两端各延伸2 m）沥青层全部铣刨，检查原路面半刚性基层是否损坏。若原路面结构半刚性基层已损坏，则应先处治基层，再修复沥青面层。

4.1.2坑槽

（1）对于沥青层表面的局部坑槽，当仅面层有坑槽时，应按照“圆洞方补、斜洞正补”的原则，划出所需修补坑槽的轮廓线；沿所划轮廓线开凿至坑底稳定部分，其深度不得小于原坑槽的最大深度；清除槽底、槽壁的松动部分及粉尘、杂物，并涂刷粘层沥青。填入沥青混合料（在潮湿或低温季节，宜采用乳化沥青拌制的混合料）并整平；用小型压实机具或手夯将填补好的部分压（夯）实。

（2）对于沥青层表面的局部坑槽，当仅面层有坑槽时，也可采用热补法修补。采用热修补养护车，将加热板加热坑槽处路面，翻松被加热软化铺装层，喷洒乳化沥青，加入新的沥青混合料，然后搅拌摊铺，压路机压实成型。

（3）对于由于半刚性基层局部强度不足使基层破坏而形成的坑槽，应先处治基层，再修复面层。

4.1.3松散

沥青层表面的局部松散，可参照坑槽的修补方法进行处理。

4.2 半刚性基层的处理

当加罩补强结构层的下卧层为半刚性基层时，应按照下述要求对半刚性基层进行处理后，再铺筑加罩补强结构层。

（1）基层松散，未结成板体的，必须全部翻挖，并向两端各延伸5 m。

（2）基层虽板体性较好，但块状裂缝成片（边长小于2 m），或纵横向裂缝密集，基层应全部翻挖，并向两端各延伸5 m。

（3）基层横向裂缝连续且间距小于10 m的路段，基层应全部翻挖，并向两端各延伸5 m。

（4）基层翻挖部位，应换填新料。

（5）基层局部出现的不规则裂缝、横向开裂、坑槽等病害，修补范围控制在横向1条车道宽度，纵向距病害点2m。在裂缝部位，可采用速破沥青乳液、水泥砂浆或环氧树脂灌缝处理；也可在裂缝部位局部开槽（开槽深度为20 cm，开槽宽度为50 cm），然后浇注C15水泥混凝土至铣刨面顶面。在坑槽部位，可采用局部换填新料的方法加以处治。

（6）若修补好的基层上直接铺筑沥青面层，在局部修补部位，为防止反射裂缝的产生，在铺筑沥青面层之前，宜根据实际情况在裂缝部位铺设聚酯玻纤布，聚酯玻纤布的铺设宽度为1.0 m。

5 新老路面结构拼接设计

高速公路拓宽改造工程中，新老路面结构拼接处易出现以下2种病害：一是由于新老路基不均匀沉降引起的路面拼宽部分整体沉降和拼接处纵向开裂；二是沥青面层在新老基层拼接处产生反射裂缝。

对于前者，应通过控制路基拼宽部分的工后沉降解决。在该工程中主要采用“预应力管桩复合地基+石灰土路基填筑”的工程措施，有效减小路基拼宽部分的工后沉降，在本文中不作详细论述。

对于后者，应通过路面结构防反射裂缝措施解决。在该工程中主要采用“逐层结构设置台阶+铺设聚酯玻纤布”的工程措施，延缓反射裂缝的产生。

当采用加罩补强设计方案A-1～A-5时，应在各结构层逐层设置台阶，并在基层顶面或下面层顶面铺设一层聚酯玻纤布，拼接部分宽度为1.6 m，如图2所示；当采用加罩补强设计方案B-1和B-2时，仅设置台阶，不铺设聚酯玻纤布，拼接部分宽度为0～0.3 m，如图3所示。

6 结论

（1）G60公路（上海莘松段）已达到其设计年限的末期，结构整体强度衰减是其主要问题。以路段代表弯沉值作为结构强度衰减程度的评价指标和确定加罩补强方案的主要依据，具有直观简便的特点，便于设计取用和施工控制。

图2 新老路面结构拼接设计（一）

图3 新老路面结构拼接设计（二）

（2）确定路面结构加罩补强方案时，应综合考虑老路利用，利于压实，便于施工，新老路面结构衔接平顺等多方面因素。

（3）G60公路（上海莘松段）竣工后运营1年多的实践证明，新老路面结构拼接处采用“逐层设置台阶+铺设聚酯玻纤布”的措施，能够有效延缓或防止半刚性基层反射裂缝的产生。

[1]JTG E40-2008公路路基路面现场测试规程[S].

[2]JTJ 073.2-2001公路沥青路面养护技术规范[S].

[3]JTG D50-2006公路沥青路面设计规范[S].