高速公路路面加铺设计分析

时间：2024-04-24

周骏、刘承斌

（江西省赣南公路勘察设计院，江西赣州341000）

0 引言

高速公路路面加铺设计作为一项系统性的工程，在路面加铺设计阶段要了解结构层之间的相互兼容参数，构建出更为科学有效的加铺设计方案，为高速公路路面加铺工程打好基础。

1 加铺层厚度计算方法

沥青路面表面设置混凝土加铺层的结构，是因为原路面以及加铺层结构主要应用的是柔性施工材料，首先可以直接检测旧路面表面，把检测后获得的弯沉值转化为旧路面的回弹模量参数，然后可以通过弹性层状理论体系参数确定具体的加铺层结构厚度。因为旧路面结构和加铺层的结构都是柔性施工材料，所以加铺层结构设计时使用弹性层状的理论形式和新建设路面是相同的。此外，应该对公路结构的各个部分的土基结构的回弹模量、厚度以及材料弹性模量进行联合分析，在掌握这些数据后，要做好试验检测与分析，需要经过较长时间才能完成。以当前公路弯沉测量分析，操作比较简单，测量时间也比较多。如果应用自动弯沉仪设备，各项试验操作可以达到自动化检测的要求，加铺设计应用弯沉指标作为分析研究的方式。如果使用当量回弹模量进行分析，将已有的路面弯沉值转化为设定的路基模量参数，然后通过应用弯沉公式实现加铺计算。所谓当量回弹模量，是将原先的层状体系的路面结构看作弯沉相同性均匀的回填模量。根据设计方案的要求，在设计中根据国家标准确定加铺层设计方案，提高施工总体水平。高速公路路面加铺设计方案确定时，首先应该计算原路面结构的当量回弹模量参数，如果加铺单层结构的形式，建设双层弹性体系为模型，加铺n-1 层时根据n 层弹性体系建设模型，并且进行加铺层的拉应力参数。设计加铺层结构时，需要严格按照完成值作为整个路面完整性参数进行设计，如果是二级及以上的路面结构，还应该检验分析加铺层底拉应力参数，其他各项结构设计参数要根据新建设的路面来进行确定，以符合国家标准和行业规范为出发点[1]。

2 路况概述

某高速公路项目建设投入运营超过十年的时间，其为双向四车道的形式，路基结构宽度为26m，按照国家标准的要求进行建设和施工。经过现场运行情况的调查分析发现，该高速公路的总体运行状况良好，但是在各个位置上都有一定程度的病害问题，主要是行车道、超车道出现了网裂、纵向裂缝、横向裂缝等问题，还有一些部位出现了坑槽问题，需要及时进行维修和处理，以保证通行效果和质量，提高交通运行的安全性。

3 病害处理

3.1 路面沥青层病害维修处理

技术人员进行现场损坏程度的分析和研究，对于上述存在病害问题采取如下处理措施：首先，将沥青路面结构表面铣刨一层结构，然后重新铺设一层路面，主要将原松散、轻度裂缝等病害问题的路面修复完成。把原路面结构铣刨6.0cm 的深度之后，表面撒布一层黏层沥青材料，然后铺设结构厚度为5.0cm 的中粒式沥青面层。其次，在全面铣刨处理结束后，重新进行表面的铺设施工，主要是处理原路面结构存在网裂、坑槽、龟裂等问题的路段。铣刨的深度为11cm，原路面再喷洒一层SBS 改性沥青材料，并且铺设一层厚度为10cm 的中粒式改性沥青材料。如果经过全部铣刨处理的路面部分仍存在基层结构损坏的情况，需要将表面铣刨掉21cm 的深度，再应用C20 微膨胀混凝土进行铺设施工，该方式主要应用以下两种情况：其一，存在比较严重纵向裂缝与横向裂缝，基层结构存在块裂的问题；其二，基层结构表面存在松散严重的情况，且有一定程度的唧浆病害问题，损坏较为严重[2]。

3.2 桥面病害维修

对于已经发生了坑槽、网裂等病害问题的桥梁结构来说，把沥青结构表面全部铣刨出来完成后，再进行凿毛处理清理结束后再进行表面SBS 改性沥青的铺设施工，再铺设一层沥青混凝土面层，结合不同的情况选择合适的加铺设计方案，以保证破损和施工的效果合格。对于小型桥梁来说，铺设的是8cm 的中粒式改性沥青面层结构；对于大中型桥梁来说，如果有着孔径存在病害问题，可以铺设9cm 的中粒式改性沥青面层结构。经过铣刨处理完成之后，如果发现水泥混凝土铺装层结构发生严重的损坏问题，需要将原水泥混凝土凿除干净，再次铺设粒径为10cm 的C50 混凝土材料，以达到结构性能的标准要求[3]。

针对桥头跳车来说，以跳车的深度方面的差异，可以选择不同处理措施：跳车深度＜5cm 的情况下，把原沥青面层清理掉，再铺设5cm 的中粒式改性沥青面层结构；跳车深度＞5cm 的情况下，铣刨处理规定深度后，需要铺设中粒式沥青混凝土找平层＋5cm 的中粒式改性沥青混凝土面层。对于找平层结构厚度来说，需要采用的是分层摊铺施工的方式，每一层结构的铺设施工厚度应控制在5～15cm。铣刨深度与加铺层结构的厚度在设计时，最小是1cm。铣刨施工范围内，坡度不能超过0.5%，并保证最大沉降量参数都能够有效的控制，保证结构性能符合要求。

3.3 路面沉陷病害维修

对于沉陷深度尺寸过大且路面损坏严重的情况，必须进行再次路面加铺施工。结合不同沉陷深度尺寸要选择合适的加铺设计方案。

沉陷＞15cm 的结构部分，应用ATB-25 找平层＋10cm 中粒式改性沥青混凝土LAC-20＋5cm 中粒式改性沥青混凝土LAC-20；沉陷深度5～15cm 部分，加铺结构为LAC-20 找平层+5cm 中粒式改性沥青混凝土LAC-20；沉陷深度＜5cm 部分，加铺结构为5cm 中粒式改性沥青混凝土LAC-20。

如果必须进行纵断面结构的调整，需要对路面的总体结构进行处理，保证路缘石、中分带护栏、路肩、泄水槽等部分进行全面的处理，统一做出规定和调整。除了在设计方案中进行段落的标记，比如在现场施工中有明显的沉陷、起伏路段，施工中要做好全面处理。根据主线病害问题展开处理，同时在施工中如果发现存在立交区、服务区匝道病害比较严重，可以同时进行处理[4]。

4 加铺罩面设计方案

在病害结构处理完成之后，要对整个线路进行加铺罩面的设计与施工，主要方案如下：路面与桥梁、行车道、超车道等部分应该进行原路面铣刨1cm 处理，撒布黏层沥青材料之后加铺3.5cm 厚度的沥青玛蹄脂碎石SMA-13L；路面、硬路肩等位置上，需要铺设一层厚度为1cm 的稀浆封层，对于立交区等线路上可以铺设3.5cm 厚度的沥青玛蹄脂碎石材料；大中桥要分类处理：没有发生全断面病害问题，在整个断面内应用1cm 微表处罩面施工方式；全断面病害问题则需要在现场进行加铺罩面施工后，还要做好路缘石的调整处理，保证路面达到平顺度的要求[5]。

原路面结构加铺处理完成之后，大、中桥梁两侧如果存在严重高差的情况，在大、中桥两侧30cm 范围内，要做好现场铣刨处理，还要制作出顺坡。

5 沥青混合料

5.1 沥青

对于沥青混合料来说，主要应用的是SBS 改性沥青，可以使用成品改性沥青，也可以应用现场加工的方式生产，并且保证SBS 改性剂的加入比例控制在5%以上，沥青材料主要使用的是90#石油沥青材料。在材料制作结束后，进行性能指标的检测，主要是进行5℃延度、软化点、弹性指标等方面，总结经验教训，根据规范指标进行控制。

黏层、稀浆封层以及微表处施工方式，都是采用乳化沥青材料，保证各个层结构进行黏层沥青设置，黏层结构应用的是专用PCR 性快裂阳离子乳化沥青，使用量为0.4L/m2。对于没有完全铣刨的路段来说，需要在该路段顶部需要喷洒一层SBS 改性沥青，使用量应该＞1.0L/m2。稀浆封层的结构应用的是乳化沥青材料，微表处则使用的是慢裂阳离子改性乳化量材料，改性剂的加入比例＞3%，油石比控制在6%～8.5%之间。

5.2 矿料

5.2.1 粗集料

对于沥青玛蹄脂材料而言，使用的粗集料抗滑、耐磨性符合要求，使用辉绿岩、玄武岩材料加工制作即可，其形状类似于立方体的形式。

5.2.2 细集料

全部的沥青混合料进行面层施工中，其所应用的细集料为4.75mm 的机制砂，制作的原材料为石灰岩。

5.2.3 填料

为了保证集料与沥青结构的黏合性符合要求，使用42.5 普通硅酸盐水泥材料替代矿粉材料，水泥材料的加入比例为2%。根据需要在搅拌站制作材料，必须设置提升仓结构，保证材料的加入比例符合要求。

5.2.4 纤维稳定剂

根据施工的需要，在改性沥青混合料中加入木质纤维，其加入比例为0.3%。

5.3 配合比的设计

在高速公路路面加铺层结构设计中，其材料的配合比设计要严格控制，必须遵循国家标准要求进行配合比参数的设计，以保证材料的性能符合要求。同时在设计中，必须根据需要做好性能指标的检测，主要是压实度，以马歇尔试验为主要检测方式，保证路面结构的压实度性能＞98%，下面层则控制在97%以上。稀浆封层以及微表处施工也要符合国家标准的要求，确保不会出现质量问题与缺陷，达到工程的技术标准要求。

5.4 加铺层的排水设计与硬路肩的处理

排水设计也是路面设计必不可少的组成部分，只要有自由水进入路面结构内，就会导致路面结构发生损坏的问题。雨水停留在沥青面层结构内，导致沥青从集料表面脱落下来，使得材料的强度、模量等无法满足要求，致使路面发生结构损坏的问题。雨水经过沥青面层进入内部，停留在半刚性基层结构的顶部，会使结构表面存在冲刷的影响，或者灰浆直接被挤出面层表面，导致局部出现网裂、低洼变形的问题，最终出现坑洞的病害问题。雨水只要进入土基结构内，会使结构强度、承载性能下降，导致结构损坏问题。因此，水是路面结构损坏的主要原因。经过设计经验总结分析，很多公路工程中，排水设计不合理容易造成公路发生早期病害问题。预防水侵害的措施主要有如下两种：其一，沥青加铺层结构排水设计不当；其二，加铺层下部设置有下封层的结构。主要的处理步骤如下：

首先，恢复路面横坡的结构。因为车辆荷载持续性作用以及路基发生沉陷的问题，原路面结构横坡度会较小，有些路段甚至还会出现路缘的高度超出路中心的情况。对于横坡＜2%的路段，需要设置特定厚度的调整层，保证沥青加铺层的底部横坡＞2%，达到排水效果的要求。

其次，喷洒透层沥青。基层顶部结构喷洒足够的透层沥青材料，以确保基层有效的保护，不会有雨水进入结构内，保证黏结效果和质量合格。

再次，设置防水下封层结构。在沥青加铺层铺设前，需要设置防水层的结构。下封层在施工中，应用的施工材料为针入度超过＞70 的优质沥青，其应用量为2.3kg/m2。然后在现场设置排水底面层的结构。应用厚度为3.5～4.0cm 厚度的多空隙混凝土材料进行底面层结构的制作，能够保证积水可以迅速的排放出去。多孔隙沥青材料的混合料内孔隙率会＞20%，在降雨量较多的地区需要选择使用改性沥青材料，以达到性能要求。

最后，减小沥青面层结构的渗透性。在沥青面层结构设计中，尤其是表面层结构的设计，需要使用孔隙率在5%以内的密级配沥青材料，可以减小雨水的渗入量。SMA 面层结构的主要优势孔隙率较小，表面结构的深度较大，黏结性能好，应用到里层面层加铺设计效果良好。

5.5 硬路肩的处理

硬路肩位置的处理也是重要的工作，主要的作用是恢复其结构内部的纵横排水设施，保证排水的效果和性能符合要求，将进入路面结构内的雨水可以快速的排出，同时还要沿着路面纵向、路面边缘位置上开挖宽度为20cm 的沟槽，且排水标准符合要求。为保证积水能顺利排出，将路肩结构设计为横坡度＞3%的形式。如果经过检测发现路肩结构的强度性能不足，应该将现场规定厚度的路肩挖除掉，然后再铺设一层半刚性的材料进行补强处理，保证路肩结构的强度性能合格，完全达到运行的标准要求。