论省道S325漯嵩线公路改扩建沥青路面设计关键问题

孙佳星

(平顶山市公路交通勘察设计院，河南 平顶山 467000)

1 工程概况

省道S325漯嵩线平顶山程庄至郑万高铁平西站段改建工程(北环路升级及西延项目)路线长度18.224 km。采用双向八车道一级公路标准，设计速度80 km/h，一级公路标准建设。其中新建5.4 km，改建12.824 km。设计速度80 km/h，路面面层采用沥青混凝土结构，工程范围涉及路基、路面、桥梁、涵洞等附属工程，省道S325漯嵩线段改建工程是在原有线路的基础上，将拓宽为路基60 m、道路红线两侧外延50 m绿化带的多功能立体互通快速通道。对于城市发展来说，道路交通的通畅是重中之重，省道S325漯嵩线平顶山程庄至郑万高铁平西站段改建工程是平顶山市“十三五”规划的重点工程，该工程也是平顶山市北部路网重要的交通干线，承载着该地区大部分过境交通量，改建完成后将逐步提升平顶山交通的承载能力。

2 省道325公路改扩建沥青路面病害及成因

2.1 公路改扩建的主要形式

拼宽是省道公路改扩建工程的主要特征，省道S325漯嵩线要保留利用原路面，在其外侧新建拼宽路面，以补强原路面和改善其路表功能而进行补强罩面及单一罩面。此类改扩建公路，因所处土层为软土，原路沉降非常大，稳定期比较长。对此，为减少一次投入的加铺量太大而导致加速沉降，设计路面应先拼宽，在后期养护中再加铺，逐渐改善公路线形。后期养护调整纵坡时，要全面检测和评价路面病害及性能，总结和区分病害后，剔除同新建工程的共性类型，对改扩建工程的病害类型进行总结，并分析其原因、特征及发生频率，为病害防治及路面养护提供依据。

2.2 省道S325漯嵩线路面病害类型

病害类型，依据其破损严重程度将省道S325漯嵩线省道公路病害分为变形、松散、裂缝及其他等病害类型。省道S325漯嵩线裂缝类主要是块裂、龟裂、纵向裂缝、横向裂缝、不规则裂缝等。其中纵向裂缝主要发生在老路侧，主要是因拼宽侧地基或路基固结沉降导致新老路的差异沉降太大，此差异沉降导致拉应力过大，超出允许应力，从而产生拉张性裂缝。同时，拼接部的纵向裂缝较为常见，这是因为拼接处纵向裂缝在为拼接基层未能形成整体，导致路面传荷能力弱，路面层受力不利，在偏载作用下，弯沉差会引起剪切疲劳开裂。这种开裂病害较为常见。

松散类主要是推移、坑槽、啃边、麻面、松散等，省道S325漯嵩线这类病害相对较多。变形类则为车辙、沉陷、拥包、波浪、桥头跳车等病害，其中拼接部开裂及沉陷、老路开裂及沉陷等病害最为常见。老路侧开裂和沉陷主要是原路的路肩，此病害多无规律零星分布，也是轮迹印迹明显突出。这是因为老路原有强度不高，局部压实不充分，存在轻微脱空的缺陷，而在此局部压实不充分条件下，车辆荷载作用过大会导致其压缩变形，从而导致开裂。当然，车辙病害也是省道公路改扩建中最为常见的病害，车辙变形空间来自于空隙压缩及石料、砂浆流动，车辙变形病害主要发生在新路侧，多见于重车轮迹位置，呈纵向连续性分布。车辙类变形主要是由于混合料剪切流动变形和车辆荷载的补充压密作用所致，加之混合料的高温稳定性差，从而导致压密变形。这种变形病害最为常见。此外还有磨光、泛油、冻胀、修补不良及唧浆等病害。

2.3 纵向横向裂缝病害形成原因

病害成因。发生纵向裂缝主要是老路面沉降较大，研究发现省道S325漯嵩线基层底部的拉应力过大，当基层材料抗拉强度不能抵抗其拉应力时，就会导致基层底部的开裂。在反复的荷载作用下，底部裂缝会扩展到沥青层面，沿车轮轨迹行驶方向行车荷载纵向龟裂和裂缝。若路基不均匀或填土骨料不均匀则会导致沉陷，特别是在新旧路面连接处，处理不当则日后沉降病害较为严重。发生横向裂缝主要是气温早降导致沥青面层发生低温收缩，增加了拉应力和温度变化率，冷热交替作用下形成疲劳效应。在下层材料的黏连限制下沥青层面会形成极大的张拉应力，张拉应力超过沥青材料抗拉强度的极限时，就会产生横向非荷载型裂缝。反射性裂缝是温缩开裂及半刚性材料干缩的影响下形成的底部开裂，导致沥青层面出现横向裂缝。在改扩建设计时应该关注到在偏载的作用影响下轮迹位置拼接缝疲劳导致的反射裂缝，此反射裂缝的危害远高于半刚性材料形成的传统反射裂缝。

车辙及老路路肩开裂沉陷。省道S325漯嵩线车辙病害主要是重载和高温作用下沥青混合料形成剪切变形所致。而老路路肩开裂及沉陷等则是较为常见的病害。省道S325漯嵩线公路改扩建后通常采用八道分车型管理方式，对由内向外的第一车道、第二车道，在坚持常规养护下罩面满足客车行驶。而拼接后原路路肩被第三车道、第四车道利用，这两个车道则是货车车道。由于是拼宽后形成的两个车道，会导致出现一系列的问题。如原路施工存在缺陷，此前由于没有过往车辆，路面没有承受车辆荷载而未反应出来，而在改扩建后此问题则会表现出来。如果路基干湿循环、压缩及初始压密等作用不足，则会导致路基面存在一定的脱空，在小密集的交通流量下，看不出什么问题，在累计受到重载偏载作用下，拼宽路面与原路肩协调性差，路面路基结构因受力不利而出现开裂沉陷。同时，由于长期雨水或沥青老化，路面路基混合料的抗裂性及水稳定性下降，也会导致路肩发生沉陷或开裂。

3 省道公路改扩建沥青路面设计中的关键技术

3.1 增强分车道设计的防裂抗裂效果

新旧公路拼接区域的结构及施工技术直接影响着拼接区域的构造和施工质量。省道S325漯嵩线公路改扩建工程中，不管是旧路利用还是拼宽新建路面、拼接路面，其都不同于新建。要根据病害特征来进一步改变设计习惯，基于预防病害的视角，由结构应力应变情况去综合考虑沥青路面设计。由于该工程(一期)路线长度18.224 km，该公路承载着该地区大部分过境交通量，地理位置十分突出，既是宝丰县通往平顶山的一条重要省级公路，也是宝丰县、平顶山市及周边区域各种矿产资源、农副产品、工业产品外运的一条重要通道。该工程起点自平顶山市卫东区与平郏东路交叉处，沿老路向西依次路经平顶山众多省道公路，分车道设计的防裂缝、抗裂缝问题尤其关键。基于该扩建工程沥青路面设计采用交通量与路面设计相关联，因轴载不同，则通过轴载换算系数将其折算为标准轴载，以横向分布系数评估不同车道的行驶特性差异。同横断面上的不同车道，其设计标准及控制指标都相同。如将弯沉作为主要设计指标，由于改扩建后各车道间作用次数的差异性比较大，单一弯沉控制很难满足车道要求，会导致内侧车道富余过多而外侧车道严重不足，进而缩减外侧车道的使用寿命，造成内侧车道的旧路利用率减小，加大其处治难度，同时增加了工程投资。

3.2 精确新旧路面拼接结构的粘接力计算

省道S325漯嵩线公路改扩建路面拼接效果受原路状况、拼接厚度及结构结合等的影响较大，拼接构造并不全部相同，构造设计时应全面考虑施工和粘接力。通常情况下，省道公路改扩建设计只是从便于施工控制及黏结、拼接压实的角度进行考虑和设计，很少进行粘接力的力学计算。从该工程沥青路面拼接纵向、横向裂缝病害看，在改扩建公路沥青路面时有必要分析拼接构造力学，计算各台阶设置的宽度及位置，以减少或防止拼接不利受力的问题，以及面层剪应力的减小。通过力学计算沥青路面粘接力设计技术标准及应变扫描试验结果显示，当应变小于10%时，SBS、橡胶和高黏改性沥青处在线性黏弹性范围内。根据频率扫描试验结果，使用Sigmoidal模型拟合SBS、橡胶和高黏改性沥青的复数剪切模量主曲线光滑连续，且均是简单的流变材料。由此选用符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)标准要求的SBS类改性沥青，其技术指标要求如下：沥青混合料路面路用性能等技术指标路表平整度的标准差σ1.0 mm T 0932IRI 2.0 m/km T 0933；路表渗水系数≤300 ml/min T 0971；构造深度TD≥0.50 mm T 0961/62/63；横向力系数SFC60≥50T 09652；改性沥青技术指标u SBS具有足够的高温稳定性和低温抗裂性。

3.3 强化原路路肩结构强度及破损状况评价

公路改扩建工程原路面的使用标准较为复杂，虽经过一定检测，但多依据经验判定其如何利用或能否利用，这种经验性判断具有较强的主观随意性。为此，要依据公路沥青路面设计规范对改扩建路面设计的需求，再结合原路面结构状况，从技术层面、松散程度、混合料级配、沥青指标等层面进行检测评估。此外，虽然受检测方法、道路运营及旧路养护等因素影响，具体操作难度较大，还应采取综合评估方法和标准经验对其结构强度及破损状况进行分析评估。根据省道S325漯嵩线公路改扩建沥青路面路肩结构研究评价，扩建沥青路面设计为：新老路面衔接粘层之间设置粘层油，粘层采用PC-3型改性乳化沥青，粘层油用量为0.3～0.6 L/m2，原路路肩透层与粘层均采用撒布车施工。

省道S325漯嵩线公路改扩建分车道设计中严格执行《工程建设标准强制性条文(公路工程部分)》(建标[2002]99号)的规定和要求进行编制。设计需要采用分车道施工，而现场控制直接决定冷接缝的施工质量，当前工艺不太成熟。新老路的基层模量差异越大越不利于拼接部上方层面的受力。同时，受旧路路段差异、状况、边施工边通车及运营特征等的限制，实践中无法实现其互相匹配，这也表明，省道公路改扩建对面层沥青混合料强度及模量提出了较高要求。省道S325漯嵩线在改扩建后原路路肩承重荷载，容易出现改建前的病害。所以，在改扩建前要全面了解原路的养护历史及病害特征，并作为改扩建沥青路面设计依据。同时，也要评价拼接前侧面结构，施工环节仍需进行再评价，以进一步修正设计中的结论。又由于测评主要借助主观经验，且无固定的评估标准，因道路路况不同，必须对其进行统筹分析和综合评估。

4 总 结

总之，省道S325漯嵩线公路改扩建沥青路面结构设计必须明确其典型病害，及其发生的原因，针对道路运营情况和病害特征更新省道公路改扩建沥青路面设计理念，综合考虑其内部应力、病害预防等因素，通过增强抗剪强度及使用分车道设计等方法进行设计，但仍需重视拼接缝选择、路肩结构的评价及力学计算，综合考虑沥青混合料类型、等级、面层厚度等，以提高新改扩建沥青路面的性能。