昌樟高速公路路面扩建设计探讨

程 全，练 伟，程永飞

(中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北 武汉 430000)

1 概 述

昌樟高速公路通车13年来路面保持了良好的运营状况。但随着近几年交通量的快速增长，特别是超载超重车辆的大幅增加，路面出现了不同程度的纵、横向裂缝、拥包、坑槽、泛油、车辙等破坏。本次改扩建采用两侧整体加宽为主，局部两侧分离式的加宽方式，扩建后为双向八车道，整体式路基宽42 m。在满足规范要求的情况下，为降低造价，针对八车道高速公路行驶车辆分布特点采用分车道路面设计，同时根据现有老路路面检测结果，并结合老路路面病害类型、路面代表弯沉值、交通组织、路面调坡后纵断面的标高差和利于施工等综合分析论证，确定老路路面的铣刨、加铺、新老路面拼接以及路面铣刨旧料利用等路面结构设计方案。

2 原昌樟路面结构及现状

2.1 原路面结构组成

既有高速公路采用沥青混凝土路面，以路表容许弯沉值作为路面整体强度的控制指标，对面层及基层进行弯拉应力计算，设计年限为15年，设计标准轴载为BZZ-100 KN。其中：昌樟段路表容许弯沉值46.5(0.01 mm)，换算成路面设计弯沉值为29.3(0.01 mm)，胡傅段路表容许弯沉值39.6(0.01 mm)，换算成路面设计弯沉值为25.3(0.01 mm)。由于老路为分期实施，采用的设计标准不同，因此造成了路面结构的横向不同、纵向多变的特点。

2.2 原有路面检测情况

原有道路营运多年，后期养护频繁，根据调查收集资料，2004～2010年经历过3次大的维修罩面(2004年、2005年、2010年)，罩面厚度一般在4 cm厚。

通过对路面破损调查，路面结构强度、路面取芯等方面的检测，原有路面的情况如下。

(1)路表主要病害为翻浆、龟裂，其次为横缝、沉陷、修补、纵缝、块裂。其中翻浆总面积为11 914.4 m2，占病害总面积的50.3%，龟裂总面积为5 402 m2，占病害总面积的22.8%。

(2)从弯沉检测结果，大部分路段承载力不足，其中生厚段整体路面强度较差，“优良”路段上行线行、超车道约为11%、40%，下行线行、超车道约为4%、19%；由于沪昆段进行了大量罩面，相比生厚段路面强度要好，“优良”路段上行线行、超车道约为62%、75%，下行线行、超车道约为47%、63%。

根据检测的结论目前左、右幅行车道结构强度优良的路段仅占全线的39%和34%，说明大部分路段承载力不足，需采取补强措施以恢复其结构强度。

(3)从芯样来看，主要分为三种情况：第一种情况为各沥青层结构较为完好，不存在层间断裂和结构层松散等现象；第二种情况为对横缝、龟裂、沉陷、修补密集、翻浆等病害取芯，发现横缝病害大部分是由于半刚性基层引起的自下而上的裂缝，龟裂、沉陷、修补密集、翻浆等病害处沥青层多出现层间断裂、结构松散、碎裂现象，尤其是下面层基本呈松散状。第三种情况为面层、基层多存在病害，沥青面层主要病害为层间断裂、裂缝贯穿、孔隙大、松散碎裂等，面层病害处的水稳基层大多松散碎裂，所取芯样基本无完整性。

(4)完好路段芯样的室内试验结果表明，沥青面层孔隙率、压实度、稳定度、流值，基层无侧限抗压强度基本满足规范要求。

2.3 现有路面破损状况及原因

(1)原路面排水和混合料性能不满足要求

①原路面排水设施不完善。省庄至胡家坊段未设中央分隔带排水设施，胡家坊至昌傅段，虽然设置了中央分隔带排水设施，但大部分已失去排水功能；同时全线未设置路肩边部排水。由于原有路面排水设施不完善，导致路面积水，造成路面损坏。

②昌樟段上、中面层为典型悬浮密实结构，高温稳定性差，下面层为沥青碎石，路面抗疲劳性能差；胡傅段上面层采用AK半开级配类型，孔隙率大，容易渗水；沥青混合料所采用的高温性指标偏不利状态，粉胶比过大；水稳碎石基层水泥用量过高，剂量普遍在6%左右，容易产生反射裂缝，影响路面结构的耐久性。

(2)施工因素的影响

原路面施工过程中，存在超粒径碎石比例大、含泥量高，含有相当成分的严重风化石，不同料源的碎石混合堆放等现象，部分路段面层压实度不满足要求。

(3)交通组织中重车比例增加及超载严重

①受当时经济发展程度、汽车拥有量及车型等条件的限制，设计对重载车辆的发展预见不足，实际上目前昌樟高速公路通车以来路面所受标准轴次作用已远大于原设计值，导致路面结构强度的不足。

②昌樟路段超载现象非常突出。超载导致沥青路面加速破坏，大大缩短了沥青路面的使用寿命。在高温状态下使路面出现车辙、推移、拥包等病害现象发生。

3 改扩建路面设计原则

(1)路面结构设计按新建路面、老路面改建两种方式考虑，引入多车道高速公路的分车道进行路面结构设计的理念，尽可能对老路面充分利用，合理降低工程造价；

(2)路面要有足够的承载能力，路面结构要符合新技术发展方向，尽可能多地解决原有路面结构的不足；路面结构的选择要与老路面改建综合考虑，适应本项目重载交通多的特点，最大限度的提高路面的耐久性；

(3)尽可能利用老路铣刨材料，在满足路线线形指标的前提下，尽量拟合纵面线形，宁填勿挖，对现有病害进行恰当的处理，保证老路路面改建强度满足设计要求；

(4)路面施工交通组织采用分幅、分区段并行施工，根据全线结构物、互通等分布情况进行分段，各施工区段及其间隔长度为4～5 km，并进行交通分流；

(5)在详细分析老路路基路面现状检测、评价的基础上，结合路面综合评价指标及老路面改建方案，充分考虑老路铣刨废旧料的再生利用价值，注重体现环保设计理念；

(6)进行独立的纵断面设计，为了提高纵断面设计与老路面的精度，路面设计前按左、右两条线进行纵面设计，以现场实测罩面后的标高为基准。

4 路面设计

4.1 累计标准轴载分析

(1)八车道交通车型分布

扩建后半幅路面的车道划分：从中央带向外分别为第一车道、第二车道、第三车道、第四车道、硬路肩。其中一、二车道为老路路面，三、四车道为新建路面，综合沪宁、合宁、京沈、沈大等多条高速公路的分车道设计的分布特点以及实际调研情况，考虑到本项目交通量情况。计算时将一、二车道与三、四车道分开计算，车道系数η取为0.43，改扩建后第一、二车道主要行驶小客车、小型货车、中型货车、大客车及少量大型货车；第三、四车道主要行驶拖挂车、大型货车及少量中型货车、大客车。

(2)超载情况

根据昌樟路收费分中心计重车辆交通流量年报表(分轴组)统计资料，昌樟高速交通量大，货车比例大，且存在较为明显超载现象，超载比例如表2。

表2 各类车辆超载比例

在进行轴载换算时考虑到部分车型超载后轴载超过130 KN的设计限值，设计中进行轴载换算时，轴载换算指数按表3取值。

表3 轴载换算指数

4.2 新建路面结构(第三、四车道及硬路肩)

根据路面结构计算，结合交通组织，考虑到路面材料的再生利用，新建路面结构组合及厚度如表4。

表4 新建路面(第三、四车道及硬路肩)

4.3 老路面改建

(1)老路路面病害的改建措施

根据老路路面检测评定结果，老路路面分以下四种：①类型A：面层和基层完好，结构强度大；②类型B：面层出现大面积病害，基层较为完好，路面结构强度中等；③类型C：面层和基层均出现大面积病害，路面结构强度较差；④类型D：面层、基层和底基层均出现大面积病害，结构强度特别差。在综合考虑老路路面及分车道设计原则的基础上提出了充分利用、补强的概念，即对老路病害进行处理后，全线老路面在原有上面层顶面加铺两层沥青面层，即4 cmSMA-13面层和6 cmAC-20C中面层，加大老路面沥青面层厚度。具体老路改建措施措施进行处置。

表5 原老路面铣刨及路面补强措施

(2)路面纵坡调整的改建措施

根据纵面调坡后的标高差h(h为设计标高与老路面标高之差)，采用以下措施进行处理。

表6 老路面纵坡调整后的改建措施

5 新老路面横向拼接和路床处理

5.1 硬路肩处理

(1)路面施工交通组织

路面施工总体思路为分幅分区段施工，即每隔4～5 km划分一个施工作业区。施工步骤大致如下：对左右幅3、4施工作业区段的硬路肩部分进行铣刨，并与拼宽部分路面同时施工至柔性基层顶面，与老路标高齐平。转移交通至3、4施工作业区段，对1、2施工作业区段老路病害改造后与扩建部分同时施工至面层顶面，然后转移交通至1、2施工作业区段，对3、4施工作业区段进行老路病害改造后与扩建部分同时路面统一摊铺面层。

(2)路面横向拼接

根据交通组织，结合路面病害情况的对新老路面拼接采取如下措施。

①新老路一次性施工路段拼接(1、2施工区段)

拼接前，先根据老路病害情况对老路进行铣刨，对保留的老路路面结构，按30 cm宽开挖台阶，台阶高度为老路面各层厚度。

②新老路分期施工路段(3、4施工区段)

在老路硬路肩60 cm处的开挖台阶，台阶宽30 cm，高度为老路面各层厚度。铺筑扩建路面至老路面顶面，交通转移至本幅，待对向1、2施工区一次性施工完成转移交通，结合老路铣刨层位进行反向开挖台阶处理，最后新老路统一罩面。

5.3 路床加固处理

根据沿线检测试验资料分析，原老路路床填料以细粒土为主，含水量大，压实度、回弹模量较低，为提高路面结构的耐久性，必须对老路基路床进行加固处理。

(1)第三车道路床加固处理

第三车道为重载交通车道，新老路基路床拼接位于第三车道内，原有路床的压实度为95%、土基回弹模量30(35)MPa为老路基设计规范(JTJ013-95)，而现有路基设计规范(JTG D30-2004)要求路床的压实度为96%、土基回弹模量40 MPa，两者差别较大。为保证重载车道路床的强度，提高路面结构耐久性，本次路面改建对现有公路路肩下的路床进行加固处理，处理措施如下。

①一般路段：处理上路床30 cm，若填料满足要求、则翻挖回填；否则，采用掺灰改良或换填粗粒土，其压实度≥96%、土基回弹模量≥40 MPa。另在新老路床拼接处底铺设双向钢塑格栅。

②特殊路段：对路面存在唧浆、沉陷病害或路床回弹模量检测值小于30 MPa的路段，该路段一般表现为排水不畅，含水量高。其处理方案为路床顶面向下翻挖50 cm，换填粗粒土，其压实度≥96%、土基回弹模量≥40 MPa。另在新老路床拼接处底面铺设双向钢塑格栅。

(2)老路第一、二车道路床加固处理

第一、二车道路床加固处理的对象为老路路面损毁严重，老路需整个挖除修复的路段，原超车道及行车道路床可能存在含水量过大，强度、承载力不足的情况，应根据现场铣刨、挖除路面结构后的路床具体状况确定是否有必要进行加固处理。为保证路面结构的耐久性能，应先挖除30 cm厚的原路床土，换填粗粒土处理，处理后压实度≥96%。

6 结束语

本次高速公路路面扩建设计过程中，对如何结合扩建后高速公路行驶车辆分布特点，合理进行分车道路面设计；如何结合老路路面病害、老路实测弯沉值等，合理进行老路面改造，降低路面工程造价；如何结合交通组织和老路病害情况进行新老路面拼接；为了减少老路面废料对环境的污染，如何对原老路面的材料的回收并充分利用等进行了探讨，但这些都是今后高速公路路面扩建工程中的重点和难点课题，还有待于进一步专题研究和探讨。