高速公路路面设计的探讨

聂 华

(绥阳县交通运输局)

本项目为设计速度80 km/h，路基宽度21.5 m 的四车道高速公路。设计根据《工可报告》及其《补充报告》平均交通量进行计算。

1 路面设计原则

路面设计根据交通量及其组成情况和公路等级、使用功能、当地材料、气候、水文、土质等自然条件，结合本地区的实践经验，遵循因地制宜、合理选材、方便施工、利于养护的原则，结合路基进行综合设计。

考虑到施工方便，排水顺畅，以及交通长远发展的需要，硬路肩路面结构采用同行车道一致的结构。路面采用沥青混凝土，路基路面一次建成;各路面结构段之间设置过渡段。

2 路面设计界面

路面设计包括。

路基段路床顶面以上的路面结构。

互通式立交区主线、匝道及收费广场路面以及分离式立交、通道、老路改移、支线等路面数量计入本册。

对构造物之间路基长度小于50 m 的路段采用复合式路面结构。

收费广场采用钢筋水泥混凝土路面;通道路面采用水泥混凝土路面。

各路面结构类型之间设置过渡段。

桥梁路段桥面(含桥头搭板)水泥混凝土顶面的沥青铺装层;隧道路段水泥混凝土基层、平整层的沥青铺装层。

收费广场、硬路肩外侧的停车区、服务区等附属设施的路面工程数量纳入相应各项工程内。

3 设计依据

(1)公路工程技术标准》JTG B01－2003;

(2)公路沥青路面设计规范》JTG D50－2006;

(3)公路沥青路面施工技术规范》JTG F40－2004;

(4)公路水泥混凝土路面设计规范》JTG D40－2002;

(5)公路排水设计规范》JTJ 018－97;

(6)公路自然区划标准》JTJ003－86;

(7)公路环境保护设计规范》JTJ/T006－98;

(8)公路沥青路面施工技术规范》JTG F40－2004;

(9)公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ052－2000;

(10)《公路路面基层施工技术规范》JTJ034－2000;(11)《公路水泥混凝土路面施工技术规范》JTG F30－2003;

(12)《贵州省驾欧至荔波高速公路工程可行性研究报告》。

4 路面设计参数

该项目位于V3(贵州山地过湿区)。轴载采用BZZ－100 中等交通等级，设计使用年限15年。交通量的计算依据《工可》及相关资料所提供的数据进行。以2015年为设计基年。互通匝道路面结构按沥青混凝土路面设计，累计当量轴载按最大交通量匝道计算。路面设计、结构层参数详见表1。

表1 路面设计参数表

表2 路面结构层参数表

5 路面材料

5.1 材料选择

路面主要材料按因地制宜、经久耐用、节约投资的原则选择，主要材料如下。

(1)沥青采用70 号A 级道路石油沥青(中、下面层用)和SBS 改性沥青(表面层用)。

(2)根据黔高总司纪要［2011］205 号要求，本项目“路面上面层骨料采用沿线优质灰岩”。

(3)中、下面层用粗集料，设计主要从沿线料场开采或采购。

(4)基层用集料，主要从沿线料场开采或采购。

(5)沥青面层用细集料，采用优质灰岩加工，不得使用加工桥涵混凝土碎石的边脚料－石屑。

(6)水泥混凝土路面用粗集料采用强度不小于60 MPa的硬质灰岩，细集料应采用优质灰岩加工成的机制砂。

(7)沥青路面用矿粉采用不含杂石的灰岩研磨，矿粉应干燥、洁净，能自由地从矿粉仓流出。

5.2 混合料组成设计及技术要求

(1)表面层沥青混凝土

表面层采用细粒式改性沥青混凝土(AC－13)，其集料采用玄武岩加工，矿粉采用石灰岩磨细。沥青混合料配合比必须进行马歇尔试验后确定，以确保合适的改性沥青用量及矿料级配，沥青混合料的技术指标应满足设计或相关规范要求。

表3 AC－13 级配组成值

(2)中、下面层沥青混凝土

中面层采用AC－20C，粗集料采用石灰岩。矿料级配范围应符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40－2004)表5.3.2－2 中的规定。下面层采用AC－25C，粗集料采用石灰岩。矿料级配范围应符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40－2004)表5.3.2－1、5.3.2－2 中的规定。

表4 热拌沥青混合料马歇尔试验技术指标

表5 沥青混合料级配组成值

(3)透层、粘层、稀浆封层

①透层采用慢裂阳离子喷洒用乳化沥青，粘层采用快裂阳离子喷洒用乳化沥青。透层采用PC－2 型，粘层采用PC－3 型，须符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40－2004)表4.3.1，4.3.2 的质量要求和表9.1.4，9.2.3 中规格和用量要求。

②稀浆封层采用慢裂或中裂拌和乳化沥青BC－1 型，须符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40－2004)表4.3.1，4.3.2 的质量要求和表6.5.5，6.5.6 中矿料级配及混合料技术要求。

(4)水泥稳定碎石

水泥稳定碎石集料级配应符合《公路沥青路面设计规范》(JTG D50－2006)表6.1.6－2 中骨架密实型级配范围的规定，其压碎值不大于30%。7 d 无侧限抗压强度为3 ～4 MPa。

表6 水泥稳定碎石混合料级配范围

(5)级配碎石

级配碎石集料级配应符合《公路路面基层施工技术规范》(JTJ034－2000)表6.2.7 中2 号级配的规定，其压碎值不大于30%。

(6)水泥混凝土

收费广场、隧道及通道采用水泥混凝土路面。材料技术要求符合《公路水泥混凝土路面路面设计规范》(JTG D40－2002)，水泥混凝土的28 天龄期设计弯拉强度:主线、互通匝道收费广场、隧道路面设计弯拉强度fcm≥5.0 MPa;通道路面设计弯拉强度fcm≥4.0 MPa。

(7)桥隧铺装层防水

为确保桥面、小于1 km 隧道全段、大于1 km 隧道(下坡隧道入口300 m，上坡隧道出口300 m)防水质量和加强沥青混凝土与桥面的连接，对所有桥面、长隧道入口均要求进行防水工程施工。施工前要求采用全自动封闭式打砂机对界面进行喷砂打磨，保证界面清洁、平整和干燥，喷涂要求均匀，无气泡、表面不流淌，无堆积现象。防水材料相关技术指标如下。

表8 防水材料技术标准

6 路面结构方案及表面层集料选择

6.1 路面类型比选

路面面层主要有沥青混凝土和水泥混凝土两大类型，沥青混凝土路面和水泥混凝土路面在技术上各有其优缺点，强度上均能满足高速公路的需要。

本项目处于山岭重丘区，频繁的高填深挖使得路基不均匀沉降难免出现，水泥混凝土路面是刚性路面，对变形的适应能力远不及沥青混凝土路面，对路基不均匀沉降也很敏感，极易产生错台、裂缝和断板等病害，而且破坏后修复困难。而沥青混凝土路面平整度好、噪音小、行车舒适性好、不反光、施工养护维修方便、对路基变形的适应性强，具有耐磨、孔隙率小、抗疲劳、高温抗车辙、低温抗开裂的优点，适用于本项目山区公路的特点。

综合比较，由于本路段位于山区，气候对公路的影响较大，沥青混凝土路面对路基变形的适应性强，本项目路面面层采用沥青混凝土路面。

6.2 下面层(ATB－25 和AC－25C)比较

AC－25C 为密级配沥青混凝土，空隙率3.5% ～4.0%之间，能有效防止水进入路面结构，同时有较好的耐久性、高温稳定性和低温抗裂性;ATB－25 为沥青稳定碎石空隙率4.5%左右，密水性较AC－25C 差，同时模量较AC－25C 低，因此对于相同的交通量，ATB－25 较AC－25C 应设计更大的厚度;ATB－25 耐久性一般，但相比AC－25C 能更好的防止水泥碎石稳定基层产生的反射裂缝。

从经济方面比较，ATB－25 与AC－25C 都属于热拌沥青混合料，都采用同类型的灰岩集料，生产拌合工艺相差无多，其最大的差别在于ATB－25 比AC－25C 的沥青用量约低0.5 个百分点，然而在满足相同交通荷载的情况下，ATB－25 要比AC－25C 厚2 cm 左右，因此综合考虑其造价相差并不大。

目前贵州省高速公路多采用AC－25C 作为下面层，以ATB－25 作为下面层的情况仅在少量试验路上出现过，其使用效果以及在贵州地区的适应性有待进一步观测研究，因此该高速公路下面层选择传统的AC－25C 密级配沥青混凝土。

6.3 基层选择

水泥稳定碎石基层是高速公路中常用的一种半刚性结构，其强度和抗压回弹模量都较高、水稳定性好，施工工艺成熟，结合项目沿线料较多，便于就地取材，易于机械化施工。在贵州地区石料来源又比较丰富，水泥供应也比较充足，因此优先采用。

6.4 推荐方案的确定

经综合比选，推荐方案路面结构采用表面层4 cmAC－13+中面层6 cmAC－20C+下面层8 cmAC－25C+基层35 cm 水泥稳定碎石+底基层15 cm 级配碎石，总厚度68 cm。

6.5 路面表面层材料选择

贵州省荔波至驾欧高速公路初步设计外业验收会议纪要(黔高总司纪要［2011］205 号)中明确:“路面上面层骨料采用沿线优质灰岩”。据此要求，沿线共选择灰岩料场6 处进行原材料试验，目前毛体积密度、吸水率、压碎值、饱和抗压强度、粘附性等指标试验均以完成，磨光值指标试验尚在进行中，后期将综合各项原材料性能指标，对沿线灰岩料场进行比选和推荐。

［1］公路工程技术标准(JTG B01－2003)［S］.

［2］公路沥青路面设计规范(JTG D50－2006)［S］.

［3］公路沥青路面施工技术规范(JTG F40－2004)［S］.

［4］公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40－2002)［S］.