河南省高速公路较长寿命路面的分析探讨

陈 翔

（华设设计集团股份有限公司,江苏 南京 210098）

0 引言

近年来，交通运输部和部分省份提出了长寿命路面的思路和行动步骤，公路学会也设立了长寿命路面奖。长寿命路面的探索和实践，对于延长高速公路路面寿命、提升公路服务水平、节约全寿命周期管养成本都有非常重要的意义。

河南省交通运输发展集团有限公司（以下简称交发展集团）针对“13445 工程”项目印发了《关于推进长寿命沥青路面建设指导意见》的通知，旨在控制路面早期病害，全面实现“13445 工程”项目沥青路面十五年不大修的目标。

1 长寿命路面定义及标准

1.1 长寿命路面基本特征

关于长寿命路面的定义，目前尚未有明确的一致标准，路面结构形式呈多样化。但存在共同点：

（1）路面的设计寿命至少30 年。

（2）路面寿命内无结构性破坏，仅允许表面层损坏。

（3）只进行周期性的小修和中修，不需要进行结构性大修或重建。

（4）初期建设费用较高，但维修费用低，总费用效益比最大[1]。

1.2 河南省长寿命路面要求及定义

根据长寿命路面基本特征，河南省提出的“长寿命路面”不能称作完全意义上的长寿命路面，可将其命名为“较长寿命路面”。

2 河南省高速公路路面寿命关键性因素分析

2.1 自然环境及轴载特点

气候条件：河南属暖温带—亚热带、湿润—半湿润季风气候，年平均气温在12～16 ℃之间，极端最低气温-21.7 ℃；极端最高气温44.2 ℃。

降雨情况：年平均降水量约为500～900 mm，全年降水的50%集中在夏季，常有暴雨。

交通量情况：部分路段日交通超过7 万辆，货车比例大，货车占比超过40%。

2.2 河南省高速公路典型路面结构

近5 年，河南省高速公路典型路面结构如图1 所示，面层厚度18 cm，总厚度72 cm。

图1 河南省典型路面结构形式

2.3 既有高速路面性能特征分析

2.3.1 路面结构性破坏特征

根据《河南省交通运输发展集团高速公路路面结构设计研究思路》对河南省部分高速公路项目路面破坏数据统计，总厚度大于70 cm 的沥青路面，重载交通使用15 年左右，路面基层发生疲劳破坏的比例为5%～15%，部分项目甚至小于2%。基于以上数据，河南省半刚性基层的典型路面结构在保证施工质量的前提下，使用15 年内，路面结构性破坏的风险是可控的。所以该次较长寿命路面仍考虑采用半刚性基层，总厚度控制在70 cm以上。

2.3.2 路面破损特征

2020 年河南省交通科技项目《基于轴载谱的沥青路面破损特征与养护对策研究》课题对部分高速公路路面破损病害进行统计分析，如图2 所示，路面病害主要为横向裂缝、纵向裂缝及修补。

图2 路面病害折算面积统计（一）

同时结合收集的二广高速济洛段、德上高速范县段、大广高速濮阳段、大广高速省界段、郑卢高速路面养护及破损数据，如图3 所示，横向裂缝、纵向裂缝及修补仍是最为常见的路面病害类型。

图3 路面病害折算面积统计（二）

横向裂缝及其衍生病害，对于河南省乃至全国高速公路而言，都是最为主要的病害类型之一。一方面可控制水稳基层收缩裂缝，提高面层抗裂性能来减少横向裂缝的产生；另一方面可增加沥青面层厚度延长裂缝发展路径，延缓半刚性基层反射裂缝。对于重载交通，可通过采用优质改性沥青、加强质量控制等减少纵向裂缝[2]，处理好以上路面破损病害是保证高速公路路面长寿命的关键因素之一。

2.3.3 路面抗滑性能

路面的抗滑性能与表面层碎石品质和混合料选型有关。河南省高速表面层多采用细粒式沥青混凝土AC-13，少部分采用沥青玛蹄脂碎石混合料SMA-13；表面层集料石灰岩、玄武岩（辉绿岩）均有采用，现以抗滑指标横向力系数SFC进行对比分析，详见表1。

表1 不同岩性表面层抗滑性能对比

SMA 表现出比AC 更好的抗滑性能；与采用玄武岩的表面层相比，采用石灰岩（即使材料磨光值满足要求）的表面层抗滑性能衰减更快，合格率难以保证。

3 适用于河南省高速公路路面结构方案

3.1 推荐路面方案

结合河南地域特点及既有高速公路病害，选择合理、经济的路面结构形式，如图4 所示，路面总厚度约76 cm（表面层集料玄武岩或辉绿岩）。

图4 推荐路面结构方案

3.2 推荐路面方案对河南省较长寿命路面的响应

（1）表面层集料玄武岩：表面层集料采用玄武岩（辉绿岩）保证了路面抗滑性能的持久性。

（2）表面层混合料采用SMA：相比较于细粒式沥青混凝土AC，沥青玛蹄脂碎石混合料SMA 拥有更优的抗滑性能、水稳定性、高低温抗裂性能、抗老化性能，能有效地提升路面抗滑性能，抑制横向裂缝及纵向裂缝。

（3）下面层混合料采用ATB：相比较于AC，ATB级配粗集料比例更多，级配连续，空隙率较小，油石比AC 低，有较高的承载能力，抗车辙能力较好，对减少永久变形、减轻水敏感性、提高强度和稳定性有利，适用于重载交通，作为下面层材料河南省应用成熟。

（4）面层厚度增加至22 cm：一方面沥青厚度的增加能够有效地延缓半刚性基层反射裂缝；另一方面能减少面层底的弯拉应力，延长沥青路面的疲劳寿命[3]。

3.3 推荐路面方案在河南省的应用与实践

2005—2015 年（通车年）期间河南省已经尝试采用沥青稳定碎石ATB 作为下面层，并在多条高速上应用，面层厚度均大于20 cm，目前来看路面使用状况良好，能够满足沥青路面十五年不大修的目标，详见表2。

表2 河南省高速公路使用情况（ATB 下面层）

郑云高速与机西高速交通量小且通车年限短，现场路面状况良好，如图5、图6 所示。该次重点分析通车时间长且交通量大、货车比例高的荷宝高速及郑漯高速，即将荷宝高速济源至焦作段和荷宝高速焦作至新乡、郑漯高速扩建郑州至许昌段和郑漯高速扩建许昌至漯河段分别进行对比分析。

图5 郑云高速郑州至武陟段（双六）

（1）根据《少新管理处2015 年路面专项工程施工图设计工作报告》，现对荷宝高速新乡至济源中不同路面结构的两段分析比较，分别是荷宝高速济源至焦作段（济焦段）和荷宝高速焦作至新乡段（焦新段），详见表3。

表3 荷宝高速济源至焦作段和荷宝高速焦作至新乡段路面对比分析

对比结果可知，济焦段和焦新段2014 年断面日平均交通量基本相当，济焦段略大于焦新段，截至2015 年，济焦段通车共10 年，焦新段通车共8 年，路面状况济焦段明显较优。

（2）2020 年荷宝高速济源至焦作段断面日平均交通量约4.55 万辆，焦作至新乡段断面日平均交通量约4.7万辆，重载比例均为60%左右，路面现状情况如图7、图8 所示。

图7 荷宝高速济焦段

图8 荷宝高速焦新段

根据2021 年5 月份现场取芯调查，济焦段裂缝芯样完整，仅在芯样表面存在裂缝，面层厚度与设计厚度相符，如图9、图10 所示；焦新段芯样下面层存在松散，裂缝贯穿整个芯样，如图11、图12 所示。

图9 济焦段裂缝

图10 焦新段裂缝

图11 济焦段裂缝处芯样

图12 焦新段裂缝处芯样

结论：济焦段路面结构形式面层厚度大于20 cm，表面层采用改性沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA-13），下面层采用密级配沥青碎石（ATB-25），目前路面状况良好，已达成15 年不大修的目标。相比较于焦新段，对路面病害的抑制作用，延长路面寿命等方面更加有利。

4 结论

推荐的路面结构形式能够达到在重载交通条件下十五年不大修的目标，在防治路面早期损坏、增强工程耐久性、延长路面使用寿命等方面比较，河南省典型路面结构具有很大的优势，河南省“13445 工程”部分高速公路已推荐采用。