路凌、李晨

（1.吉安市公路勘察設(shè)計院，江西吉安343000；2.吉安市公路建設(shè)和養(yǎng)護中心吉水分中心，江西吉水331600)

0 引言

公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計屬于系統(tǒng)性的工作，在設(shè)計環(huán)節(jié)中對路面結(jié)構(gòu)指標(biāo)要求非常高。如果結(jié)構(gòu)指標(biāo)參數(shù)不合格就會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)層不對接，質(zhì)量下降嚴重的還會導(dǎo)致路面工程的安全性受到影響。所以在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的階段中，采取科學(xué)的優(yōu)化技術(shù)策略是提高路面性能的關(guān)鍵，因此對路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化思路進行分析，最終拿出有效的設(shè)計方案是本文的主要研究方向。

1 項目概況

1.1 項目簡介

某高速公路是南方地區(qū)的重要交通基礎(chǔ)設(shè)施，工程項目的總長度為74km。整個項目貫穿全省，連接多條高速公路，與國道、省道都有交叉，形成縱橫交錯的交通網(wǎng)絡(luò)，對于緩解當(dāng)?shù)氐慕煌ㄍㄐ袎毫?、促進經(jīng)濟發(fā)展有重要的意義。

1.2 氣候、水文條件

該區(qū)域?qū)儆趤啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤氣候區(qū)，四季比較明顯，冬季比較短，夏季時間較長，全年最高氣溫為43℃，最低溫度為-13.3℃，全年范圍內(nèi)溫差比較大。雨季降雨量比較大，雨量值為1324～1551mm，從平原到山區(qū)逐步遞增；并且在該區(qū)域內(nèi)水量比較豐富，流入到長江水系內(nèi)，有比較多的分支流域。

1.3 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

從工程設(shè)計方案了解到，項目結(jié)構(gòu)設(shè)計進行了總體優(yōu)化和改變，最終確定為雙向四車道的高速公路形式，設(shè)計最高行駛速度為100km/h。路基結(jié)構(gòu)寬度為26m，其中行車道的寬度尺寸為2m×2m×3.75m，硬路肩為2m×3m，中間帶寬為3.0m；分離路基的寬度為13m。各個結(jié)構(gòu)的設(shè)計完全按照我國的國家標(biāo)準(zhǔn)和公路行業(yè)規(guī)范進行設(shè)計，保證結(jié)構(gòu)性能符合要求。

2 高速公路結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計思路分析

2.1 高溫穩(wěn)定性

該高速公路項目運行的區(qū)域內(nèi)，年最高氣溫超過40℃，所以夏季是非常炎熱的。在這種極端的條件之下，必須要保證路面混合料達到抗變形的能力，完全滿足運行的標(biāo)準(zhǔn)。同時因為該高速公路項目的路段內(nèi)，交通通行量比較大，還有很多大型重載車輛進入到道路內(nèi)行駛，導(dǎo)致公路受到的車輛載荷作用比較大。此外，有些路段是長大縱坡的路段行駛，高溫、重載、縱坡長等因素的影響，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)的損壞比較嚴重，應(yīng)用條件比較復(fù)雜，極大地影響總體應(yīng)用效果。因此，在路面結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計環(huán)節(jié)，要綜合分析高溫條件下的路面抗車轍性、抗剪性必須滿足要求，確保交通運行的安全性和穩(wěn)定性，不會誘發(fā)嚴重的交通事故問題[1]。

2.2 水穩(wěn)定性

高速公路沿線的區(qū)域內(nèi)，年降雨量在1500mm 左右，所以其屬于降雨量超過1000mm 的潮濕地帶，對于當(dāng)?shù)氐母咚俟愤\行產(chǎn)生很大的影響。深入到現(xiàn)場了解高速公路的運行實際情況，發(fā)現(xiàn)該項目的水損害比較嚴重，難以達到交通運行安全性和穩(wěn)定性的要求。因此，在路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計環(huán)節(jié)，要充分地考慮到混合料的設(shè)計、原材料性能指標(biāo)控制等對于水穩(wěn)定性的影響，從而可以保證結(jié)構(gòu)的強度性能合格，確保交通通行的安全性合格。

2.3 低溫抗裂性

該高速公路項目所處地區(qū)年最低溫度為-10℃以下，是冬冷區(qū)的環(huán)境條件。因此，在高速公路優(yōu)化設(shè)計環(huán)節(jié)，要確保其高溫穩(wěn)定性達標(biāo)，還要保證低溫抗裂性能合格，滿足低溫條件下的運行需要，不會影響冬季環(huán)境的正常運行。

2.4 抗疲勞性

該高速公路項目的通行車輛數(shù)量較多，尤其是有很多的重載車輛進入到高速公路內(nèi)行駛，給路面結(jié)構(gòu)造成很大的損害影響，疲勞破壞的問題比較嚴重。因此，在進行路面優(yōu)化設(shè)計方案的過程中，特別注重促進抗疲勞性能的提升?？傊?，在該高速公路項目設(shè)計方案確定環(huán)節(jié)，要綜合分析重載車輛作用之下的車轍損壞、早期水損害等問題，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，保證混合料滿足運行要求，切實提升高速公路的質(zhì)量；尤其是特殊路段的處理，要完全符合工程的要求，從而可以達到減少早期病害、提升耐久性、延長使用壽命的標(biāo)準(zhǔn)要求[2]。

3 瀝青結(jié)構(gòu)層的優(yōu)化分析

在優(yōu)化設(shè)計環(huán)節(jié)，根據(jù)高速公路的運行條件和情況，采取必要的瀝青結(jié)構(gòu)層的優(yōu)化改進設(shè)計，完全滿足瀝青路面的運行要求。

3.1 瀝青上面層優(yōu)化

結(jié)合當(dāng)前的高速公路車輛通行的實際情況，對于未來交通通行量進行合理性預(yù)測。如果建設(shè)初期并未有較大的通行量，路面荷載影響的主要結(jié)構(gòu)是中面層，所以從功能、經(jīng)濟等角度展開分析，優(yōu)化設(shè)計環(huán)節(jié)，確定上面層結(jié)構(gòu)制作為厚度4cm 的AC-13C，應(yīng)用的瀝青材料是SBS 改性瀝青，可以降低項目運行成本，滿足交通運行的標(biāo)準(zhǔn)要求。AC-13C 應(yīng)用的是硬度高、耐磨性好的集料，比較常見的是玄武巖、輝綠巖等材料，保證路面結(jié)構(gòu)的抗滑性、耐磨性符合要求。通過計算對比分析，應(yīng)用輝綠巖材料的上面層的成本要比玄武巖低，且因為當(dāng)?shù)氐南募经h(huán)境溫度高、降雨量大，最終確定上面層結(jié)構(gòu)應(yīng)用AC-13C 型瀝青混凝土，這樣可以完全達到上面層的運行標(biāo)準(zhǔn)，保證抗滑、耐磨性滿足交通運行標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 瀝青中、下面層優(yōu)化

在該高速公路項目的原設(shè)計方案中，中、下面層分別是6cm 厚度的AC-20C、8cm 厚度的AC-25C，在中面層的下部主要是在該路面結(jié)構(gòu)的高剪力受力范圍內(nèi)。

如果環(huán)境溫度相對較高，且重載車輛比較多，就必須要確保中面層的結(jié)構(gòu)達到高溫穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)。所以在進行施工中，選擇應(yīng)用高溫穩(wěn)定性良好的瀝青混合料的材料，最終選擇應(yīng)用SBS 改性瀝青材料，以達到中面層的運行性能要求。對于下面層的結(jié)構(gòu)來說，主要的作用是承載，同時達到黏結(jié)的效果，保證其抗疲勞性能與抗水害的效果，所以該項目應(yīng)用50#A級道路石油瀝青制作而成。在優(yōu)化設(shè)計階段，將原中面層設(shè)計方案調(diào)整為6cm 的Sup-20 材料膠結(jié)材料，應(yīng)用的是改性瀝青材料，確保材料的性能達到規(guī)定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；下面結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計之后調(diào)整為8cm 的Sup 材料，應(yīng)用的是50#道路石油瀝青材料，結(jié)構(gòu)性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求[3]。

3.3 水穩(wěn)基層優(yōu)化

高速公路原結(jié)構(gòu)設(shè)計方案中，因為使用的水泥比例比較大，結(jié)構(gòu)極易發(fā)生裂縫的問題，嚴重影響運行的質(zhì)量和效果，尤其是1cm 厚度的石油瀝青結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)抗反射裂縫層的情況。因此，在優(yōu)化設(shè)計方案的環(huán)節(jié)，水穩(wěn)定基層的設(shè)計極為重要，降低水泥材料的使用比例，可以防止發(fā)生水穩(wěn)裂縫的問題，通過多種方式可以有效地延緩瀝青路面發(fā)生反射裂縫的時間。水穩(wěn)基層或者裂縫端部的位置上容易發(fā)生結(jié)構(gòu)性能下降的情況，保障防水黏結(jié)層的性能合格。通過采取措施進行鋪裝層結(jié)構(gòu)的抗拉性能、抗剪性能的應(yīng)用。通過利用改善結(jié)構(gòu)層性質(zhì)的效果，完全達到運行的標(biāo)準(zhǔn)，不會出現(xiàn)反射裂縫的病害問題。

4 高速公路路面優(yōu)化設(shè)計的對比分析

4.1 技術(shù)分析

傳統(tǒng)的高速公路設(shè)計方案中，應(yīng)用的是AC 型瀝青混合料的結(jié)構(gòu)，為懸浮密實型連續(xù)級配的形式，高溫穩(wěn)定性效果良好。及時進行級配參數(shù)的調(diào)整，但也無法消除設(shè)計的問題，依然會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生質(zhì)量問題。而傳統(tǒng)馬歇爾試驗方式應(yīng)用擊實成型試件，并不能準(zhǔn)確地了解壓路機的碾壓施工效果，極易造成試件的油石比超出實際路面結(jié)構(gòu)的0.3%～0.5%。在該結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計環(huán)節(jié)，設(shè)計人員應(yīng)用Super pave 技術(shù)進行路面性能的檢測。從實際應(yīng)用效果方面展開分析，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)確定的瀝青混合料路面的均勻性、密實度滿足要求，高溫穩(wěn)定性完全達到工程的運行標(biāo)準(zhǔn)，抗水害效果良好，其他的性能指標(biāo)也要高于傳統(tǒng)AC 混合料，保證結(jié)構(gòu)的性能達標(biāo)，高溫抗車轍效果良好[4]。

4.2 路面基本建設(shè)費用分析

在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計之后，較之原設(shè)計方案來說，路面的綜合性能得到根本性的提升，使用壽命也比較長。而且應(yīng)用清單報價方式計算分析，發(fā)現(xiàn)主線結(jié)構(gòu)的施工資金較之原路面結(jié)構(gòu)節(jié)約2219 萬元左右，經(jīng)濟效益提升較為明顯。

4.3 使用效果分析

當(dāng)前我國的高速高速公路的瀝青路面施工技術(shù)研究中，主要的目的就是延長使用壽命，防止發(fā)生早期損害的問題，符合全壽命設(shè)計理念的需要。從本文分析結(jié)論可以發(fā)現(xiàn)，該高速公路項目的結(jié)構(gòu)優(yōu)化可以消除原路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的不足，在切實提升運行質(zhì)量的基礎(chǔ)條件之下，達到耐久、節(jié)約、環(huán)保型效果，完全達到高速公路的運行要求[5]。

5 結(jié)語

綜上所述，針對高速公路進行優(yōu)化設(shè)計，重要的目的就是保障其運行性能滿足要求，并且降低項目建設(shè)成本。本次高速公路項目優(yōu)化設(shè)計之后，成本節(jié)約2200 余萬元，成本降低較為明顯。因此，在高速公路路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計之后，不僅可以提高路面結(jié)構(gòu)性能，延長使用壽命，同時還能夠降低成本，產(chǎn)生較高的經(jīng)濟效益與社會效益，實現(xiàn)綜合性能的提升，對于促進交通事業(yè)發(fā)展、經(jīng)濟與社會進步有重要價值。