浅谈广西沿海高速公路路面改建设计

易宗石

(广西交通科学研究院，广西　南宁　530007)



浅谈广西沿海高速公路路面改建设计

易宗石

(广西交通科学研究院，广西南宁530007)

易宗石(1988—)，助理工程师，从事路基路面设计、旧路路面处治及施工现场方案研究工作。

摘要：文章针对广西沿海高速公路病害情况，结合常用的旧水泥混凝土加铺方案，从路面结构设计、混合料设计、旧路处治等方面提出了广西沿海高速公路路面加铺沥青层设计思路，以期为旧水泥混凝土路面改造提供设计依据。

关键词：沿海高速公路；旧水泥混凝土路面；加铺方案；结构设计；旧路处治；改建设计

0引言

广西沿海高速公路是国家高速公路网主框架南北走向主干线，G75高速公路(钦州至北海段)是桂海高速公路的重要组成路段，也是西南各省市通往北海市铁山港及广东各地的出海大通道的组成路段，随着北部湾大开发的快速推进，它同时也是广西北部湾经济区核心城市南宁与钦州、北海两市的主要公路通道，该路段于2000年10月建成通车以来，至今已将近13年。随着北部湾大开发战略的实施，沿海高速公路(钦州至北海段)的交通量逐年增加，尤其是超限超载车辆的快速增长，导致原水泥路面破损严重，水泥混凝土路面出现了不同程度的病害，包括破碎、沉陷、错台、唧泥等，这些病害严重影响了行车安全，造成了不良的社会影响。因此，对钦州至北海高速公路进行大修，将进一步改善钦州至北海高速公路的通行条件，为社会提供良好的交通运输服务，并对改善投资环境，扩大对外开放，加快钦州、北海等市的经济发展，扩大泛珠江三角洲区域的合作，以及巩固西南沿海国防、维护本地区稳定发展等具有重要的意义。

1常用的旧水泥混凝土加铺方案

常用的旧水泥混凝土路面加铺方案有分离式水泥混凝土加铺、结合式水泥混凝土加铺及沥青混凝土加铺。

根据国内外的研究结论，沥青加铺层施工方便、对交通及环境影响小，能有效改善旧水泥混凝土路面的使用性能，提高行车舒适性，且周期成本较低、养护便利，设计中采用了国内外应用最多的加铺方案：处治后的水泥混凝土路面加铺沥青混凝土面层，简称“白+黑”[4]。针对此种路面结构的特性，为保证改建后的路面具有良好的服务性能以及社会效应，项目在设计过程中期望达到减缓路面反射裂缝、减少车辙、提高路表抗磨损能力、减少养护工程量等目的。

2广西沿海高速公路路面加铺沥青层设计思路

沥青混凝土加铺层的使用功能受到三个方面的影响：(1)加铺层的路面结构；(2)各结构层混合料的设计；(3)为其提供承载作用的旧路面的稳定性。

2.1　加铺层结构设计

沥青混凝土加铺层的结构设计，直接关系到加铺层的使用寿命和使用功能，因此加强结构设计是根本。

2.1.1在旧混凝土板顶面设置应力吸收层

沿海高速公路路段运营已13年，部分路段损坏严重，变形较大。主要表现在路基沉降，水泥混凝土路面错台、裂缝发育、面板破碎等，项目所在地日照丰富，高温时间每年超过8个月，雨季超过6个月，且雨热同季。SMA结构由于沥青玛蹄脂的粘结作用，沥青混合料的低温变形性能和水稳定性得到较大的改善。添加了纤维稳定剂后，使沥青混合料能够保持高粘度，其摊铺和压实效果较好，混合料的空隙又很小，耐老化性能及耐久性都很好，从而全面提高了路用性能[5]。因此设计中在路面加铺时设置3 cmSMA-10防反射裂缝应力吸收层，用以延缓反射裂缝的出现。

SMA-10沥青混凝土的油石比可以控制在6.5%左右，其沥青含量高，SMA-10属于细粒式沥青混凝土，混合料中细矿料比例大，因而具有高弹性、不透水性、黏附性强及抗裂性能好的优点。因此，具有更优良的抗裂性能。

作为应力吸收层，应具有高柔韧性，但是作为路面结构层，又不能过于柔软，必须具有一定的强度，为了获得柔韧性就使得混合料的油石比增大，为了获得强度又必须防止油石比过高，这就需要找到一个适中的油石比例。沿海地区高温多雨，沥青混合料丰富的含油量在长时间的高温作用下，会出现变软、推移等病害，降低行车舒适性的同时，还会导致沥青油上迁至表面层，即通常所说的泛油，这会使沥青面层表面变的光滑泛光，行车安全性能大幅度降低。含油量过低又会失去应力吸收的作用，根据柳州至南宁旧路加铺以及钦州至崇左新建高速公路等工程经验，针对广西地区气候特性，设计采用6.2%~6.8%的油石比，在项目施工过程中根据试验段摊铺数据分析，针对本项目所采用的集料和沥青等原材料指标，施工配合比中的油石比采用6.3%。

2.1.2增加沥青加铺层厚度

我国现行《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40-2011)8.6.4对旧水泥路面加铺沥青面层作了指导性的厚度规定，即“沥青加铺层厚度应兼顾混合料的公称最大粒径相匹配和减缓反射裂缝的要求确定。高速公路和一级公路的最小厚度宜为100 mm，其他等级公路的最小厚度宜为80 mm”。[1]

根据沿海高速公路改扩建工程可行性研究调查中的交通量预测，高速公路水泥混凝土路面设计基准期30年，旧路已使用了13年，剩余设计基准期17年，设计轴载采用标准轴载100 kN，旧混凝土面层厚240 mm，使用HPDS计算得到旧路面剩余设计基准期内设计车道上设计轴载累计作用次数为1.301158E+08，路面承受的交通荷载等级属于特重交通荷载等级，满足路面结构极限状态要求的沥青混凝土加铺层设计厚度100 mm。此厚度仅仅为规范中推荐的最小厚度，沿海高速公路是广西南北通道的主动脉，根据同一主要线路上柳州至南宁高速公路旧路加铺经验，特重交通荷载等级下，100 mm厚的沥青加铺层在运营过程中产生反射裂缝和车辙的时间和程度没有达到预计效果，同时考虑沿海地区日照、辐射、雨水、高温等气候条件，以及沿海高速公路处于雨热同季、出海货运重载等因素，最终采用了150 mm厚的路面结构。从下往上的结构层依次为：处治后的旧水泥路面+3 cm3mA-10改性沥青混凝土防反射裂缝应力吸收层+8 cmAc-20c改性沥青混凝土下面层+4 cmAc-13改性沥青混凝土上面层。

2.2　沥青混合料的设计

各结构层使用功能的最终决定因素仍然是混合料本身的质量，因而沥青混合料的性能将决定加铺层的使用功能。

2.2.1在加铺层沥青混合料中掺加改性剂

考虑到沿海高速公路的自然地理条件和行车条件，为了增强路面结构的高温稳定性、水稳定性、抗滑功能以及抗渗水功能，在设计中采用三层改性沥青混凝土。改性沥青混合料具有良好的抗高温和低温稳定性，此外其水稳定性和耐久性也比普通沥青混合料的指标高许多，同时具有良好的表面功能，因此改性沥青混凝土可以更好地达到设计所需要的目标效果。本项目规定所使用基质沥青必须使用进口A级道路石油沥青70号沥青，改性剂掺量要求≥5.0%。

2.2.2沥青加铺层下层采用较粗颗粒的沥青混凝土

根据《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)“表4.1.3-1沥青混合料的压实最小厚度与适宜厚度”中的要求，本项目下面层厚度为8 cm，以结构设计中路面结构整体性作为出发点，由于粗颗粒的沥青混合料能阻碍裂缝尖端的扩展，粗颗粒的沥青混凝土具有更好的抗车辙及减缓反射裂缝的功能，因此下面层否定了使用需要分两层摊铺的中粒式沥青混凝土，而是设计了单层摊铺的Ac-20C沥青混凝土。

为了得到更高的高温稳定性能，增强抗车辙功能，同时达到延缓反射裂缝的发生与发展的效果，下面层设计了AC-20C改性沥青混凝土，所采用的级配是偏粗型的AC-20级配，中间档粗颗粒集料的含量超出了规范的指导范围，这是根据广西地区的工程经验所提出的级配，符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)5.3.2条文说明中的相关规定，即根据研究成果，沥青混合料的矿料级配范围包含三个层次，即规范规定的级配范围、工程设计级配范围、施工质量检验时允许波动的级配范围，其中工程设计级配范围应充分结合当地特点和已有的经验与成果进行优化，必要时也允许超出规范范围[3]。

粗颗粒沥青混凝土下面层可以明显地提高路面结构的整体强度，能有效减小水泥路面接缝两侧的弯沉与弯沉差，以及减小沥青混凝土加铺层的荷载应力，从而使得沥青加铺层荷载型反射裂缝的发生与扩展得到有效延缓。

广西沿海地区昼夜温差和四季气温变化较内陆地区小，而温度应力是引起沥青加铺层反射裂缝的主要原因之一，15 cm厚的沥青加铺层大大改善了旧水泥路面的温度状况，相当于给旧水泥路面盖了一层保温的被子，降温所产生的温度梯度对水泥混凝土路面的影响程度得到减小，大幅度降低了水泥混凝土路面板的翘曲变形和接缝张开位移量，因而可以有效改善沥青加铺层在温度作用下的受力状况。

2.2.3加铺层表面层集料采用辉绿岩

沿海高速公路承担了西南地区出海通道的作用，同时还是“北部湾”地区大开发的必经之路，随着国家对北部湾的大力开发，交通量大幅增长，对加铺路面结构的质量必须高度重视，尤其是表面层的施工和使用效果，如果在加铺后的短时间内出现表面磨损、路面网裂、坑洞等需要大面积维修的情况，对经济建设和社会效益将会有极大的不良影响。

在表面层的设计中，出于抗表面磨损及路面表层黑化等提高路面使用功能的目的，上面层的SMA-13沥青混凝土的粗集料和细集料均采用广西本地生产的辉绿岩破碎而成。辉绿岩其坚固、强韧、耐久性，使得它具有较低的压碎值、磨耗值和较高的磨光值。同时，在设计中为保证上面层碎石材料具有一定的硬度和强度、洁净、干燥、无风化、无有害杂质，且针片状含量低、颗粒形状接近立方体，要求须采用反击破生产工艺，即终破均采用反击破生产工艺，保证生产碎石颗粒的粒形质量。

2.3　旧水泥混凝土路面的处治

旧水泥混凝土路面作为基层为加铺层提供了承载作用，因此旧路面的稳定性及表面平整度也将影响到沥青混凝土加铺层的使用功能。在设计中加重了旧路面处治的分量，在沥青加铺层加铺之前，必须保证旧路面得到了有效的处治，具体包括三个方面。

2.3.1破损板更换

旧路面板有部分板块出现了破损，破损程度从轻微裂缝发展至板块破碎，这些板块大部分已经松动，除轻微裂缝经弯沉检测合格不作处治外，其余均更换板块。

2.3.2脱空板板底压浆

旧水泥混凝土面板经过长时间的使用，由于不均匀受力、雨水冲刷等等原因，其板底会出现脱空现象，如果不处治，加铺层会因此出现反射裂缝、网裂、鼓包等等病害。

水泥混凝土路面板底压浆是通过压浆泵将胶凝填充材料压入板底脱空处及基层空隙中，形成一薄层强度高、稳定性好、与混凝土板底密贴的结构层，以恢复混凝土板底的正常承接，起到加固混凝上面板、维护面板正常使用状态和保障路面使用寿命的作用。设计中要求在沥青混凝土加铺前，对所有板块进行弯沉检测，要求板角弯沉<0.14 mm，对于大于此标准的水泥面板，进行板底压浆处理，然后进行复测，直到弯沉值达到要求，压浆3次后仍达不到标准的，更换水泥混凝土面板。

2.3.3板块轻微病害处治

旧水泥面板还存在其他许多轻微病害，设计中要求对板角破损、超过3 mm的错台、板块拱起、坑洞等等轻微病害进行相应处治，例如对板角破损和坑洞进行切割修补，对板块拱起增加板块横向切缝，对错台进行打磨等等。

3结语

由于广西地处华南湿热地区，当高温与重载交通条件下沥青混凝土的高温稳定性不足时，部分沥青路面早期车辙和反射裂缝等损坏问题突出，养护维修甚至铣刨重修造成了巨大的经济浪费和不良的社会影响。本项目在设计阶段针对沥青路面加铺层常见的早期病害，通过路面结构设计、混合料设计、旧路处治等方面的分析，进行了多阶段的讨论研究，最终做出了施工图设计，期望沿海高速公路旧路改建项目能有高质量的使用功能，从而对以后的水泥混凝土路面旧路改建提供可借鉴的经验。

参考文献

[1]JTG D50-2006，公路沥青路面设计规范[S].

[2]JTG D40-2011，公路水泥混凝土路面设计规范[S].

[3]JTG F40-2004，公路沥青路面施工技术规范[S].

[4]陈栓发，杨斌.水泥混凝土路面沥青加铺层设计与施工[M].北京：人民交通出版社，2011.

[5]廖卫东，陈栓发.改性沥青混合料应力吸收层材料特性与结构行为[M].北京：科学出版社，2010.

[6]李嘉.旧水泥混凝土路面加铺罩面层设计[J].中南公路工程，1995.37：12.

Discussions on Pavement Reconstruction Design of Guangxi Coastal Expressway

YI Zong-shi

(Guangxi Transportation Research Institute，Nanning，Guangxi，530007)

Abstract：Regarding the disease situation of Guangxi coastal expressway，combined with commonly used cement concrete overlaying program，this article proposed Guangxi coast expressway pavement asphalt overlay design ideas from the aspects of pavement structure design，mixture design，and old road treatment，etc.，aiming to provide the design basis for the reconstruction of old cement concrete pavement.

Keywords：Coastal expressway； Old cement concrete pavement； Overlaying program； Structural design； Old road treatment； Reconstruction design

收稿日期：2015-04-04

文章编号：1673-4874(2015)05-0027-03

中图分类号：U418.8

文献标识码：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.05.008

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