某高速公路大修养护方案设计

耿慧敏

（山西省交通规划勘察设计院，山西 太原 030012）

1 项目概况

某高速公路于2003年建成通车，全线为双向四车道高速公路，其中2.8 km为水泥混凝土路面，其余路段除隧道采用水泥混凝土路面外，均为沥青路面。随着交通量的快速增长，特别是超载车辆的大幅增加及其他各方面因素的影响，路面出现了较大范围的病害，使得高速公路服务水平明显下降，影响了行车舒适感。

根据调查数据及计算结果，本项目路面现状总结为：①重载车为主，路面结构偏薄；②排水系统工作良好；③通车已5年，路基沉降已较稳定；④重丘区病害以裂缝为主，山岭区以车辙、坑槽、修补为主。

2 路面大修养护工程方案

本次养护方案的基本思路是：根据不同处理原则对现有沥青混凝土路面进行病害处治后罩面补强，并对罩面层分层进行功能性设计。

2.1 路面结构计算

本次养护工程按大修补强标准进行设计，设计期按10年考虑，根据《公路沥青路面设计规范》（JTG D50—2006）对路面结构进行计算。

2.1.1 现有路面当量回弹模量

现有路面通车5年后，计算弯沉值与当量回弹模量相关关系见图1。

图1 弯沉值与当量回弹模量相关关系图

2.1.2 罩面补强厚度计算

确定原路面当量回弹模量后，用弹性层状体系理论计算补强层厚度计算。对补强层以设计弯沉值和补强层层底拉应力为指标进行控制。

根据分段计算弯沉值分布情况，本次设计计算3种弯沉值条件下最小补强层厚度，见表1。

表1 3种计算弯沉值条件下最小补强层厚度

表1中，考虑罩面后整个沥青混凝土层较厚（>26 cm），设计弯沉值计算时路面结构类型系数取1.6。

考察本项目分段计算弯沉值L0情况，多分布在30（0.01 mm）左右，且罩面补强前将对路面病害（特别是结构性病害）进行彻底处理，处理后L0会有一定程度降低。综合考虑满足使用要求、节省造价、减少施工工期等因素，本设计罩面厚度按12 cm进行控制，原路面强度不足路段处理标准按30（0.01 mm）进行控制。

2.2 大修设计技术方案比选

本设计根据交通轴载、路面病害分布情况及路线特征分段制定大修方案。在满足补强要求的前提下，对罩面结构分层进行功能性设计。

2.2.1 缓坡路段大修方案比选

缓坡路段主要为重丘区路段：路段特征为：①纵坡较缓；②裂缝类病害严重，裂缝处水损害明显；③强度相对较差。

主要设计标准：在满足补强要求的前提下，提高路面抗裂性能、抗疲劳性能、抗水损害性能。

根据主要设计标准，对缓坡路段提出以下两个比选方案，见表2、图2和图3。

方案说明：

方案A-1和方案A-2的相同点：①SMA-13中掺加0.3%～0.5%木质素纤维；②SMA-13和FAC-20混合料中均掺加4%～5%SBS改性剂。

方案A-1和方案A-2的不同点：①改善FAC-20：FAC-20混合料中沥青用量根据马歇尔试验确定的最佳沥青用量增加0.2%～0.3%；FAC-20混合料掺加约0.3%聚丙烯晴纤维或聚酯纤维；②橡胶沥青碎石应力吸收层：先打磨原路面1 cm，再施工1 cm橡胶沥青碎石应力吸收层。

表2 缓坡路段大修方案比选表

图2 方案A-1示意图

图3 方案A-2示意图（推荐方案）

2.2.2 长大纵坡路段大修方案比选

长大纵坡路段主要为山岭区路段，路段特征为：①纵坡较长，坡度较大；②车辙病害严重且反复出现，水损害明显；③层间分离明显。

主要设计标准：在满足补强要求的前提下，提高路面高温稳定性能、层间防水及抗剪能力。

根据该路段主要设计标准，提出以下两个比选方案，见表3、图4和图5。

表3 长大纵坡路段大修方案比选表

图4 方案B-1示意图（推荐）

方案说明：

方案B-1：①SMA-13和FAC-20混合料中掺加4%～5%SBS改性剂；②SMA-13中掺加0.3%～0.5%木质素纤维；③FAC-20混合料采用PG-82沥青。

方案B-2：经计算，30 cm以上板厚能满足使用要求，建议采用32 cm板厚。方案B-2为铣刨面层（约16 cm）+基层（约26 cm）后，施工32 cm双钢混凝土面板+10 cm再生沥青砼基层。混凝土面板采用双层钢筋网+钢纤维，沥青砼基层为铣刨的面层废料热再生沥青砼。

2.3 路面病害处理

罩面补强前应先进行病害处理。综合考虑现有路面强度及路面病害密度、程度，对本项目路段不同路面状况组合进行分类，分类时以弯沉指标、路面破损率指标、车辙指标3个指标进行控制。

考虑到较厚罩面层对路面功能性病害的改善恢复作用，本次设计中路面病害处理较前次设计减轻了功能性病害处理力度，重点放在处理结构性病害。病害处理方案见表4。

表4 路面病害处理方案表

从表4中看出弯沉指标、路面破损率指标、车辙指标具体内容为：

2.3.1 弯沉指标L

根据新设计弯沉值（0.28 mm）及计算的罩面厚度（12 cm），原路面强度不足路段判别标准为30（0.01 mm），故现有路面处理时结合病害情况，对弯沉连续大于30（0.1 mm）路段注浆或铣刨回填处理，处理后现有路面弯沉小于30（0.1 mm）。

2.3.2 路面破损率指标DR

根据路面破损调查结果，本项目路面主要破损为横缝、纵缝、局部沉陷、龟裂、坑槽和修补6种。横缝、纵缝、局部沉陷、龟裂对结构强度影响较大，且横缝、纵缝处多伴随产生0.6～2 m2的局部沉陷和龟裂；坑槽多为0.1～0.4 m2的面层水损害；修补多为0.8～4 m2的局部沉陷和龟裂的修补，部分修补处重新出现开裂或坑槽，且强度检测显示修补处多存在弯沉较大现象。

参照《公路沥青路面养护技术规范》（JTJ 073.2—2001）中路面破损率计算方法，对本项目路面破损率进行计算：

式中：DR：路面破损率，%；

A：路段总面积，m2；

Dij：第 i类损坏、j类严重程度的实际破损面积（m2），裂缝破损面积为：裂缝长度（m）×0.2，车辙作为单独病害计，不计入Dij；

Kij：第i类损坏、j类严重程度的换算系数。

表5 路面破损换算系数K值表

根据前述的路面破损率计算式，计算单条车道（3.75 m宽）100 m长度范围本项目六类主要破损形式各自单位数量的路面破损率。

表6 破损单位数量所占路面破损率（单车道100 m长度）

通过分析本项目路面实际破损状况，表7例举了单条车道（3.75 m宽）100 m长度范围，路面破损率为2%和4%时，典型路面破损组合。

表7 典型路面破损组合（单车道100 m长度）

根据上述分析，将路面破损率指标DR分为3级：DR＜2%；2%≤DR＜4%；DR≥4%。

2.3.3 车辙指标RD

由于本项目路段纵断面较特殊，存在大量连续坡度大于2%的纵坡，该类路段行车速度缓慢，荷载作用时间长，极易造成车辙，且车辙主要集中在长、大上坡路段。因此，将本项目路段车辙指标按纵坡是否大于2%进行区分分级。考虑到罩面因素，仅对严重车辙（RD≥25 mm）进行处理。

根据本次路面病害处理方案决策表，统计各处理方案比重，见表8。

表8 路面病害处理方案表

3 结束语

在进行具体的方案设计时,要对各种方案进行充分研究，然后综合考虑具体工程的地质条件、道路等级标准以及使用要求、现场施工条件等因素,选择最适宜的方案。①根据实际交通量和路面病害情况确定罩面厚度；②山岭区长大纵坡路段研究对比钢筋混凝土路面与高模量沥青混凝土路面，并给予抗车辙性能充分重视；③对路面补强设计中，设计强度应留有一定富余；④路面强度不足的判别应以路面破损为主，弯沉为辅，路基注浆补强主要结合实际破损情况，在路基及基层无大问题的情况下，应减少铣刨量，尽量通过罩面解决面层问题；⑤尽可能避免桥面罩面，不增加桥梁恒载；⑥对铣刨的沥青混合料尽可能考虑再生利用；⑦路面施工路段长度不宜太短，要考虑施工作业长度。