高速公路大交通量匝道白改黑设计方案——以广州北环高速公路沙贝立交匝道为例

柳子晖，聂 文，李 颖，熊春龙

(1.广州北环高速公路有限公司，广东 广州 510507；2.广州肖宁道路工程技术研究事务所有限公司，广东 广州 510641)

1 项目概况

作为我国最早建成通车的高速公路之一，广州北环高速公路已有20多年运营期，东西方向分别与广深高速、广佛高速相接，全长21.652 km，同时也是G342国道福昆线(K978+096～K993+096)、S15沈海高速广州支线(K10+884～K32+536)以及S81广州环城高速公路(K0+000～K21+652)的一部分。北环高速于1991年3月动工，1993年11月8日瑶台至沙河路段建成试通车，12月18日全线通车。作为广州北部进城的交通要塞，北环高速车流量位居广东省乃至全国首列，对加强广州、其他珠三角城市以及港澳地区经贸互动，促进粤港澳地区经济繁荣起着积极作用。

北环高速公路沙贝立交C匝道(环佛匝道)和D匝道(佛环匝道)现状为水泥混凝土路面，经过调查，路面结构为：28 cm水泥混凝土面板+20 cm贫混凝土基层+20 cm水泥稳定碎石底基层(其中D匝道加宽段为20 cm贫混凝土底基层)。该区段交通量繁忙，大型载重车辆比例较大，特别是D匝道(佛环匝道)沙贝往东线方向的主交通流方向车流持续增加，断面交通量已超过了上限值，属于超负荷运营状态，高峰期捆堵现象严重。D匝道于2015年加宽至四车道后，出现第二车道与第三车道纵向拉裂，错台，破碎板较为严重，如图1所示。路面服务质量下降，且因北环高速近年已经进行白加黑罩面，C匝道、D匝道起终点均为沥青路面，为提高C、D匝道服务质量，对C、D匝道进行修复并加铺。

2 匝道罩面方案功能要求分析

沙贝匝道交通量大，小半径和纵坡较大，断面车辆制动频繁，匝道上加铺沥青罩面的受力状况较正常路段沥青加铺层复杂的现实，势必会使加铺层与水泥路面之间出现较明显的层间剪切破坏，加铺层易出现脱皮、推移等病害。因此，沙贝匝道C、D加铺沥青路面方案考虑为双层结构，不同结构层位应具有不同的受力特点及功能要求。

上面层作为磨耗层，直接抵抗外界环境和车辆荷载的作用，要求其具有良好的行驶性能、抗滑耐久性能及一定的抗裂性能；下面层作为承重层，一方面主要抵抗车辆荷载对沥青路面所施加的剪切应力，避免因抗剪强度不足而引起结构层失稳破坏，当承重层失稳累积变形达到上面层所能成承受的最大弯拉应变时，上面层底部开裂并向上发展形成贯通裂缝；另一方面由于原水泥路面的病害反射裂缝向上发展，也会导致上面层贯穿开裂；因此，匝道罩面方案下面层沥青混合料要求具有良好的高低温性能、抗裂性能、抗水损害性能和耐久性能。另外，沥青加铺层与水泥混凝土面板间应具有良好的抗反射裂缝及抗剪切能力，以抵抗由原水泥路面板反射上来的裂缝。

3 匝道罩面方案

在匝道加铺前，先对原水泥混凝土面板出现的病害进行必要处治，基层强度不足的路段需对基层进行补强处理。综合考虑该路段的原水泥面板病害情况、车辆荷载作用形式、交通量及工程投资，选用加铺设计方案为如图1所示。

图1 加铺设计方案

4 施工原材料质量控制要点

4.1 改性沥青混凝土SMA-13

SMA-13组成成分包括：沥青、纤维稳定剂、矿粉和少量的细集料，是一种间断级配。由于较多的沥青胶结料以及具有良好劲度的沥青玛蹄脂胶浆填充于粗集料的空隙之中，形成一种石-石嵌挤结构，从而使得SMA-13具有高温抗车辙、低温抗裂缝、良好的水稳定性、良好的耐久性以及良好的路用性能等特性。

本方案SMA-13采用设计级配如表1所示。其中，各项沥青混合料马歇尔试验技术指标均满足《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40-2004要求。SMA-13沥青混凝土采用PG88-22超强改性沥青，超强改性沥青技术指标应符合下表2要求。

表1 SMA-13沥青混合料矿料级配范围

表2 PG88-22超强改性沥青技术要求

4.2 FAC-20高模量沥青混凝土

富沥青混合料(FAC)采用主骨架填充法(Coarse Aggregate Void Filling，CAVF)进行设计，由张肖宁教授于1995年提出。既使粗骨料发挥嵌挤效果形成骨架结构，又使细集料与沥青充分填充主骨架空隙是主骨料空隙填充法(CAVF法)法的特点，由此使得混合料具有优良的密实程度，从而具备良好的抗车辙性能。

本方案采用的FAC-20高模量沥青混凝土设计级配如表3所示。FAC-20高模量沥青混合料采用如表2所示的PG88-22超强改性沥青，该沥青劲度模量超过12 KPa以上，使沥青路面抗剪切能力进一步提高。

表3 FAC-20混合料设计级配

4.3 高弹改性沥青应力吸收层

设置高弹改性沥青应力吸收层主要目的是增加层间粘结，使路面结构作为一个整体抵抗交通荷载的作用，降低路面结构中剪应力，降低产生车辙、推移、拥包等结构失稳风险。其次，应力吸收层可增强路面结构防水功能，防止路表水渗透进道路基层中加剧基层损坏，避免因基层损坏导致的路面结构整体承载力不足。还可以增强路面抗反射裂缝能力，防治ATB材料和水泥板之间收缩系数差异造成的接缝处受力不同和水泥混凝土面板裂缝等病害反射至沥青路面，保证路面结构中不出现贯通裂缝，提高路面结构整体耐久性。

本方案中的高弹改性沥青应力吸收层级配控制范围如表4所示，高弹改性沥青技术要求如表5所示。

表4 高弹改性沥青应力吸收层级配控制范围

表5 高弹改性沥青技术要求

5 结 论

沥青混合料施工质量控制是保证各结构层的效能得到最大程度发挥的前提。本项目施工作业严格遵守沥青路面施工质量管理要求，严格按照《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)进行检查评定，同时建立健全有效的质量保证体系，并采用施工动态管理办法，以期达到规定的质量标准，严格把控施工质量。该项目从2018年8月通车以来，在超大交通量荷载作用下，未发现有明显的裂缝、车辙、脱皮以及推移等病害。因此，本文提出的白改黑设计方案能较好地应用于交通量大、小半径、纵坡较大、断面车辆制动频繁等复杂路况的路段，该方案是实用和有效的，同时也能为大交通量匝道白改黑罩面建设提供一定的工程依据。