高速公路长寿命路面结构设计与应用

贺 慧

(山西省晋中路桥建设集团有限公司，山西晋中 030600)

近年来，我国高速公路建设取得了巨大成就。截止2012年，高速公路通车总里程9．56万km，总里程居世界第一。在我国高速公路路面设计中，半刚性基层沥青路面占90%以上，水泥混凝土路面及复合式路面约为10%。在我国，高速公路设计年限一般为15年～30年，但令人震惊的是，部分高速公路存在使用3年～5年后即需大修的情况。在高速公路建设中，设计和施工是保证公路使用寿命的两大关键因素。为解决我国高速公路的问题，我国从国外引进了长寿命路面并进行了实验性修筑，均取得了很好的效果。研究和推广长寿命高速公路路面，对于解决重、超载车辆对路面使用寿命的影响，延长道路使用寿命，具有特别重大的社会效益和经济效益。

1 长寿命路面概述

长寿命沥青路面的概念出现在20世纪60年代，其理念是要建造一个不会发生结构性破坏且表面层材料根据需要很容易进行修复的路面结构。

在美国，长寿命路面称作长效性或永久性路面，其定义为:路面使用年限至少为35年，并且在使用年限内路面不会发生结构性破坏，只需进行周期性养护，平均罩面时间不少于12年。

在日本，长期使用路面简称LSP，它的设计目标是拥有2倍于现行路面的使用性能，因功能破坏而维修的周期在15年以上，结构性寿命在40年～60年。

在国外许多国家，如加拿大、澳大利亚、南非等国家都对长寿命路面进行了研究，并取得了一定成果。目前，长寿命路面在设计参数、标准上还没有统一的标准，仍处在发展完善阶段。

在我国，长安大学、交通部公路科学研究所、江苏交通科学研究院等单位对长寿命路面进行了研究，取得了不少成就。2003年，河南瑞贝卡实业有限公司与长安大学合作进行了《高速公路长寿命路面典型结构成套技术研究》，并在尉许高速上(2005年通车)进行了修筑，延长道路使用寿命从15年提高到50年以上，荣获“2006年度河南省科技进步一等奖”。2012年，北京市路政局选取国道108线作为长寿命路面示范工程试验段进行了修筑，取得了良好的效果。

2 我国常用高速公路结构

在我国，新建高速公路的路面损坏现象也十分严重。常用的高速公路结构主要有沥青混凝土路面、水泥混凝土路面与复合式路面三种。

1)沥青路面(见图1)。优点:行车舒适性好;噪声小;适应性强;养护维修方便。缺点:耐水性差;温度稳定性差;平整度的保持性差。

图1 沥青混凝土路面

2)水泥路面(见图2)。优点:稳定性好;强度高;耐久性好;有利于夜间行车;长期保持平整度。缺点:有接缝;修复困难;易脱空，产生断裂破坏。

3)复合式路面(见图3)。优点:综合了沥青混凝土路面和水泥混凝土路面两者的优点，可承受重大交通作用;改善平整度;有效利用旧水泥路面;改善公路环境;造价降低。缺点:反射裂缝;水损害;推移。

图2 水泥混凝土路面

图3 复合式路面

我国常用的路面结构在设计上还不够完善。因此，研究设计适合我国经济条件、自然条件、资源条件的长寿命沥青路面是我们亟需解决的问题。

3 长寿命路面结构设计及施工

在河南尉许高速路面设计中，采用了“沥青混凝土+水泥混凝土面层+沥青联结层”的结构设计(见图4)，水泥混凝土板提供持久强大的承载力，沥青混合料面层提供行车的安全性和舒适性。

3．1 路基施工

路基是路面的基础，应具有足够的稳定性和耐久性，能够承受行车的反复荷载作用和抗御各种自然因素的影响。

施工技术:机械碾压法(见表1)、强夯法、冲压(见图5)、土壤改良等。

图4 长寿命路面结构（尉许高速）

表1 各类土质适宜的碾压机械

压实施工:

1)碾压前，应检查土的含水量(过湿则摊铺晾晒，过干则洒水湿润)。

2)开始时宜用慢速，直线段由两边向中间，小半径曲线段由内侧向外侧，纵向进退式进行。

3)采用振动压路机碾压时，第一遍应不振动静压，然后先慢后快，由弱振至强振。

4)压实度须分层检测，保证无漏压、无死角，确保碾压均匀。

3．2 基层施工

该层应具有足够的抗冲刷能力和一定的刚度，以防止唧泥和错台等病害产生，采用18 cm厚的二灰(石灰、粉煤灰)稳定碎石为基层。可掺入适量硫酸钠，以提高早期强度，降低施工难度，保证工程质量。

施工工艺:

准备下承层→施工放样→备料→拌和→运输→摊铺→碾压→接缝处理→养生(见图6)。

图5 路基冲击压实

图6 二灰碎石养生

硫酸钠的剂量不宜超过二灰干质量的3%，以1%～2%为宜。

质量控制的基本要求:土块要打碎，生石灰须经充分消解才能使用;混合料拌和均匀;碾压达到要求的压实度，养生期符合规范要求;表面平整密实、无坑洼;接槎平整、无缝隙。其他要求见表2。

3．3 防水联结层施工

该层由良好级配的矿料、乳化沥青、填料、水及添加剂等组成。作为沥青垫层，必须具备良好的均匀性和密水性，有一定的抗变形能力和延展性。采用1．5 cm厚双层改性沥青稀浆封层，要求蒸发残留物的5℃延度不小于50 cm。

表2 基层施工设计要求

施工程序:路基检测→封闭管制交通→清扫路面→放样放线→摊铺(见图7)→修补修边→早期养护→开放交通。

施工前必须提供矿料、乳化沥青、填料、水及添加剂的试验报告，在确认符合要求后，方可使用。

防水联接层表面应该平整，密实，无松散，无轮迹;纵、横缝衔接平顺，外观色泽均匀一致;衔接平顺，无污染;摊铺范围以外无流出的稀浆混合料;表面粗糙，无光滑现象。

3．4 水泥混凝土面板施工

在尉许高速的水泥混凝土面板施工中，半幅12 m宽、28 cm厚，采用滑模摊铺机一次摊铺成型(见图8)，配置拉杆和传力杆并采用自动植入技术，表面进行裸化处理。

图7 防水联接层施工

图8 水泥混凝土滑模施工

施工工艺:测量放样→混合料的拌和与运输→铺前检查→滑模摊铺→拉杆与传力杆植入(见图9)→表面裸化→养生。

水泥采用强度等级为5．25的硅酸盐高强水泥。水泥混凝土混合料的坍落度要求在2．0 cm～4．0 cm范围内。

传力杆钢筋每根45 cm长，将其头部磨光然后套上塑料套筒，套筒长度比传力杆长度的一半多10 cm，以保证传力杆在面板中的一头可以滑动。

裸化施工时间一般控制在滑模施工后的150 h～180 h进行。

3．5 应力吸收层与上面层施工

应力吸收层(见图10)必须具有突出的粘结力、足够的高温抗变形与低温抗开裂能力、能够防水与排水;上面层必须具有足够的抗剪强度、抗拉强度及抗变形、抗水损坏能力。尉许高速设置了2 cm厚的应力吸收层和4 cm厚的改性沥青混凝土上面层。

图9 传力杆埋置效果

图10 水泥混凝土与应力吸收层

应力吸收层和上面层的施工采用摊铺机进行摊铺施工。

由于应力吸收层和上面层的集料粒径较小，可采用一次全幅摊铺的方法。

摊铺机摊铺时应缓慢、均匀、连续且不能间断，摊铺过程中不得随意变换速度或中途停顿，以保证施工质量。

4 结语

长寿命路面是一个使用寿命超过40年且没有主要结构性修复或重建的耐久性能优越的沥青路面结构。长寿命路面不仅适用于大交通量道路，将其结构进行适当的调整后，也适用于中、低等级交通量道路。尉许高速是我国第一条长寿命路面高速公路，对我国公路建设的经济效益和社会效益都是难以估量的。

相比较常用路面结构形式，无论从性能价格比还是寿命周期费用方面分析，长寿命沥青路面较传统沥青路面都具有明显的优势。

在我国研究和推广长寿命路面，对于提高道路使用性能，节约道路建设、养护、维修综合费用都具有重要意义。

［1］薛振华．重载交通长寿命路面结构设计研究［J］．公路与汽运，2013(2):9-10．

［2］长寿命路面结构施工．http://wenku．baidu．com/view/fb8c343e580216fc700afd17．html．

［3］长寿命路面成套技术分析和应用．http://wenku．baidu．com/view/05bc17d033d4b14e85246832．html．

［4］长寿命路面的北京实践．http://www．chinahigh way．com/news/2013/746899．php．