侯 爵

（江蘇省交通工程建設(shè)局，江蘇 南京 210004）

我國(guó)早期建設(shè)的高速公路以雙向四車(chē)道為主，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通運(yùn)營(yíng)車(chē)輛數(shù)量與日俱增，原有高速公路的通行能力與快速增長(zhǎng)的交通需求之間的矛盾日益突出，對(duì)原有高速進(jìn)行改擴(kuò)建已成為交通建設(shè)發(fā)展新常態(tài)[1]。當(dāng)前，我國(guó)一大批高速公路已經(jīng)實(shí)施了拓寬改建工程，眾多學(xué)者對(duì)擴(kuò)建工程中的路面工程關(guān)鍵技術(shù)做了一系列研究。曲向進(jìn)[2]對(duì)沈大高速公路現(xiàn)狀、病害原因及目前我國(guó)舊路改造利用工程中存在的問(wèn)題進(jìn)行了評(píng)價(jià)和分析，擴(kuò)建方案采用了以兩側(cè)拼接為主，單側(cè)分離為輔的組合形式。劉建蘭、李海軍等人[3-4]以滬寧高速擴(kuò)建為依托，研究了路面拼接的施工技術(shù)，包括老路的處理、基層拼接施工、面層拼接施工等，同時(shí)提出了適用于滬寧高速公路重載交通的幾種耐久性路面結(jié)構(gòu)。劉甲榮等人[5]針對(duì)濟(jì)青高速改擴(kuò)建工程建設(shè)中路面拼寬遇到的技術(shù)難題，創(chuàng)新提出了改擴(kuò)建路面拼寬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與材料應(yīng)用、舊路面材料與固體工業(yè)廢棄物再生利用，以及路面拼寬施工新工藝等一系列新技術(shù)。鑒于此，文章以京滬高速公路新沂至江都段擴(kuò)建工程為依托，充分貫徹全壽命周期設(shè)計(jì)理念，著重研究了擴(kuò)建工程路面拼寬技術(shù)和舊路面材料再生利用技術(shù)。

1 工程概況

京滬高速公路新沂至江都段擴(kuò)建工程路線起自京滬高速公路蘇魯省界，止于揚(yáng)州正誼樞紐，路線全長(zhǎng)約259.565km。項(xiàng)目現(xiàn)狀按《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2014）中平微區(qū)高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，雙向四車(chē)道，設(shè)計(jì)速度為120km/h，標(biāo)準(zhǔn)路基寬度為28m[6]。

老路項(xiàng)目于2000年12月建成通車(chē)，已運(yùn)營(yíng)近20年，有力地帶動(dòng)了沿線經(jīng)濟(jì)的全方位發(fā)展。隨著沿線社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，京滬高速公路的交通量迅猛增長(zhǎng)，高峰時(shí)段的服務(wù)水平已明顯降低，其中淮安以南路段特別是高郵段道路通行狀況已基本接近飽和，原雙向四車(chē)道高速公路服務(wù)水平急劇下降。為適應(yīng)日益增長(zhǎng)的交通發(fā)展需要，現(xiàn)按“兩側(cè)拼接加寬為主，局部分離”的方案將原雙向四車(chē)道擴(kuò)建為雙向八車(chē)道高速公路。拓寬后整體式路基寬度為42m，其中，中間帶4.5m（左側(cè)路緣帶寬2×0.75m，中央分隔帶3.0m）、行車(chē)道2×4×3.75m、右側(cè)硬路肩2×3.0m（含右側(cè)路緣帶0.5m）、土路肩2×0.75m。

2 京滬高速擴(kuò)建路面性能提升需求分析及設(shè)計(jì)原則

2.1 京滬高速擴(kuò)建路面性能提升需求分析

隨著通車(chē)年限的不斷增加，路基天然地基受力變形，加之路面在車(chē)輛的長(zhǎng)期荷載及環(huán)境變化的循環(huán)作用下，出現(xiàn)車(chē)轍、開(kāi)裂、抗滑不足等問(wèn)題，服務(wù)性能下降。鑒于此，改擴(kuò)建工程中，開(kāi)展既有路基路面檢測(cè)評(píng)價(jià)是制定路基、路面改擴(kuò)建方案，控制工程規(guī)模的重要基礎(chǔ)。京滬高速公路路基、路面現(xiàn)狀質(zhì)量對(duì)擴(kuò)建方案的選擇有明顯的制約作用。

在總結(jié)與借鑒國(guó)內(nèi)外對(duì)高速公路既有道路分析評(píng)價(jià)以及高速公路養(yǎng)護(hù)分析的基礎(chǔ)上，該項(xiàng)目收集了京滬高速公路通車(chē)以來(lái)的路面破損、平整度、車(chē)轍檢測(cè)數(shù)據(jù)，針對(duì)性開(kāi)展了京滬高速公路路基路面檢測(cè)評(píng)價(jià)，統(tǒng)計(jì)了路面破損、平整度和車(chē)轍等變化情況，結(jié)合京滬高速的養(yǎng)護(hù)歷史，分析了京滬高速的路面性能發(fā)展規(guī)律。養(yǎng)護(hù)歷史表明，京滬高速在運(yùn)營(yíng)20年期間，歷年都進(jìn)行了大范圍的專項(xiàng)養(yǎng)護(hù)，主要專項(xiàng)養(yǎng)護(hù)類(lèi)型為銑刨重鋪和罩面，兩項(xiàng)占比合計(jì)超過(guò)70%。老路各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，車(chē)轍和裂縫是其路面主要病害，其中路面車(chē)轍在開(kāi)始4～5年內(nèi)發(fā)展較快，后逐漸趨于穩(wěn)定，車(chē)轍深度不超過(guò)8mm。相關(guān)研究表明，瀝青層剪應(yīng)力主要集中在4～10cm，對(duì)車(chē)轍深度影響較大的主要在于中面層模量。路面裂縫方面，現(xiàn)狀18～22cm路面在通車(chē)初期基本無(wú)裂縫，營(yíng)運(yùn)3～5年后反射裂縫開(kāi)始出現(xiàn)，經(jīng)過(guò)數(shù)年的穩(wěn)定發(fā)展在9～10年開(kāi)始加速發(fā)展?；谝幌盗醒芯砍晒?，路面結(jié)構(gòu)組合優(yōu)化，同時(shí)提升路面材料性能在京滬高速擴(kuò)建設(shè)計(jì)時(shí)顯得尤為重要。

2.2 京滬高速擴(kuò)建路面拼寬方案設(shè)計(jì)原則

（1）分車(chē)道設(shè)計(jì)原則。京滬高速公路擴(kuò)建工程采用雙向八車(chē)道標(biāo)準(zhǔn)，客貨分離的分車(chē)道設(shè)計(jì)理念，考慮不同路況，不同交通量，結(jié)合2017版《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D50—2017），進(jìn)行相應(yīng)路段或車(chē)道的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。第三、第四車(chē)道以大型車(chē)為主，第一、第二車(chē)道以小型車(chē)為主[7]。

（2）既有第一、第二車(chē)道路面改造設(shè)計(jì)原則。①盡可能利用原有路面結(jié)構(gòu)剩余強(qiáng)度，避免大面積和深層次開(kāi)挖路面結(jié)構(gòu)，降低施工干擾因素；②設(shè)計(jì)方案既要能解決實(shí)際問(wèn)題，保證路面功能滿足要求，并具備較好的耐久性能，同時(shí)又要經(jīng)濟(jì)合理、施工方便，全壽命周期經(jīng)濟(jì)。

（3）拼寬新建第三、第四車(chē)道設(shè)計(jì)原則。①新建第三、第四車(chē)道設(shè)計(jì)壽命期限內(nèi)需滿足京滬高速公路重載交通荷載的承載能力要求。通過(guò)對(duì)交通量及軸載組成的分析，確定新建第三、第四車(chē)道設(shè)計(jì)交通荷載等級(jí)屬于特重交通。②新建路面結(jié)構(gòu)層需考慮拼接的需求，考慮新舊路面橫向拼接的層位匹配，以及路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)橫向排水要求，原則上拼寬部分的瀝青層厚度與改造后第一、第二車(chē)道瀝青層的厚度保持一致。③第三、第四車(chē)道及硬路肩上面層厚度與第一、第二車(chē)道加鋪罩面層的厚度保持一致。④在滿足路面功能要求的同時(shí)具備較好的經(jīng)濟(jì)、耐久性，符合全壽命周期要求。

3 拼寬路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及材料應(yīng)用

3.1 拼寬路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

（1）路面結(jié)構(gòu)方案比選。既有公路第一、二車(chē)道整體路況較好，路面結(jié)構(gòu)承載能力滿足要求，僅需進(jìn)行功能性修復(fù)。第一、二車(chē)道采用直接加鋪和銑刨加鋪兩種比選方案，再結(jié)合第三、第四車(chē)道瀝青面層采用同層等厚的原則對(duì)路面結(jié)構(gòu)層進(jìn)行綜合比選，同時(shí)，對(duì)于第一、二車(chē)道直接加鋪面層方案，增加拼寬車(chē)道瀝青面層不同層等厚的比選方案。

方案一：第一、第二車(chē)道加鋪4cm SMA-13；對(duì)應(yīng)第三、第四車(chē)道鋪筑4cm SMA-13+6cm Sup-20+6cm Sup-20+10cm Sup-25=26cm。該方案可充分利用既有路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，避免損傷既有路面；瀝青層相對(duì)較厚，有效延緩反射裂縫的產(chǎn)生，提高瀝青路面結(jié)構(gòu)使用壽命，充分滿足重載條件下瀝青路面耐久性使用要求；新老瀝青路面同層，結(jié)構(gòu)受力特性保持一致，對(duì)基層頂面橫向排水有利，縱向拼接效果好；施工時(shí)間短，對(duì)交通干擾小，容易進(jìn)行施工組織。但是該方案需要在橋頭兩側(cè)進(jìn)行銑刨重鋪?lái)樈舆^(guò)渡；初期建設(shè)費(fèi)用高；且資源消耗大。該方案每公里總造價(jià)約1335萬(wàn)元。

方案二：第一、第二車(chē)道加鋪4cm SMA-13；對(duì)應(yīng)第三、第四車(chē)道鋪筑4cm SMA-13+8cm Sup-20+10cm Sup-25=22cm。該方案可充分利用既有路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，避免損傷既有路面；縱向拼接效果好；養(yǎng)護(hù)間隔周期長(zhǎng)；施工時(shí)間短，對(duì)交通干擾小，容易進(jìn)行施工組織；資源消耗相對(duì)較少，工程造價(jià)相對(duì)較低。但是存在新老瀝青路面不同層，結(jié)構(gòu)受力特性存在一定差異，對(duì)基層頂面橫向排水不利，需要在橋頭兩側(cè)進(jìn)行銑刨重鋪?lái)樈舆^(guò)渡等缺點(diǎn)。該方案每公里總造價(jià)約1240萬(wàn)元。

方案三：第一、第二車(chē)道銑刨重鋪4cm SMA-13；對(duì)應(yīng)第三、第四車(chē)道鋪筑4cm SMA-13+8cm Sup-20+10cm Sup-25=22cm。該方案縱斷面高程不抬高，不存在橋梁順接過(guò)渡，縱斷面線形好；銑刨料可再生利用，資源消耗少；新老瀝青路面同層，結(jié)構(gòu)受力特性保持一致，對(duì)基層頂面橫向排水有利，縱向拼接效果好。但是此方案對(duì)既有路面產(chǎn)生擾動(dòng)，降低了既有路面性能的利用；增加了既有路面的病害風(fēng)險(xiǎn)，病害處治工程規(guī)模不易控制；且增加了施工工序，施工組織相對(duì)復(fù)雜。該方案每公里總造價(jià)約1357萬(wàn)元。

（2）路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)京滬高速公路路面設(shè)計(jì)原則和路面各結(jié)構(gòu)層類(lèi)型的比選，該項(xiàng)目?jī)?yōu)選采用了方案一，即既有路面采用直接加鋪4cm SMA-13面層的改造方案，拼寬路面采用瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)，面層為4cm改性瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA-13）+6cm中粒式改性瀝青混合料（Sup-20）+6cm中粒式改性瀝青混合料（Sup-20）+10cm粗粒式瀝青混合料（Sup-25），基層為38cm水泥穩(wěn)定碎石，底基層為20cm廠拌冷再生水泥穩(wěn)定碎石或低劑量水泥穩(wěn)定碎石，總厚度為84cm。主線一般路段路面結(jié)構(gòu)組合如表1所示。硬路肩路面結(jié)構(gòu)與行車(chē)道同厚度同結(jié)構(gòu)?；鶎禹敳吭O(shè)置SBS改性乳化瀝青封層，并局部設(shè)置聚酯玻纖布作為技術(shù)處理措施，以保護(hù)基層及防止雨水下滲和可能出現(xiàn)的收縮裂縫向上反射。各瀝青面層之間均應(yīng)灑布SBS改性乳化瀝青黏層油。

表1 主線一般路段路面結(jié)構(gòu)組合

3.2 新型路面材料的應(yīng)用

基于對(duì)新型路面材料的調(diào)研，高模量瀝青混合料和巖瀝青混合料在高速公路養(yǎng)護(hù)工程和改擴(kuò)建工程中均有試驗(yàn)性應(yīng)用，可較好地提高瀝青路面抗車(chē)轍性能。因此，該項(xiàng)目基于調(diào)研基礎(chǔ)對(duì)高模量瀝青混合料和巖瀝青混合料進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

（1）高模量瀝青混合料。高模量瀝青混合料主要通過(guò)硬質(zhì)瀝青的高黏度來(lái)增加膠結(jié)料與集料間的黏結(jié)力，配合比設(shè)計(jì)采用高瀝青含量和低空隙率確保礦料形成密實(shí)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而增加瀝青混合料的強(qiáng)度和高溫穩(wěn)定性，并保證其抗疲勞性能。EME-14高模量瀝青混合料與Sup-20（SBS改性瀝青）性能對(duì)比如表2所示。由表2可以看出，EME-14高模量瀝青混合料車(chē)轍動(dòng)穩(wěn)定度和20℃動(dòng)態(tài)模量均優(yōu)于Sup-20改性瀝青混合料，具有優(yōu)異的抗車(chē)轍性能。

表2 EME-14高模量瀝青混合料與Sup-20（SBS改性瀝青）性能對(duì)比

（2）巖瀝青混合料。高灰分巖瀝青是指灰分含量達(dá)到70%以上的巖瀝青，其不僅具有巖瀝青的一般特性，而且其中的瀝青與灰分通過(guò)億萬(wàn)年的相互作用，形成了較為穩(wěn)定的作用界面。將其用于瀝青混合料，不僅能起到對(duì)瀝青改性的作用，也能改善瀝青膠漿的性能，從而提升瀝青混合料的綜合性能。巖瀝青混合料在江廣擴(kuò)建工程以及養(yǎng)護(hù)工程中得到應(yīng)用。考慮到Sup-20混合料級(jí)配對(duì)于巖瀝青來(lái)說(shuō)較難壓實(shí)，因此，巖瀝青混合料一般采用AC-20級(jí)配。不同種類(lèi)的AC-20混合料高溫性能比較如表3所示。由表3可知，使用高灰分巖瀝青制備的BRAC-20混合料動(dòng)穩(wěn)定度可提高20%～40%，在抗車(chē)轍性能方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

表3 不同種類(lèi)的AC-20混合料高溫性能比較

根據(jù)新材料的研究成果，在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中計(jì)劃通過(guò)路面試驗(yàn)段加以驗(yàn)證。

3.3 舊路面材料再生利用

該項(xiàng)目為老路擴(kuò)建工程，原有瀝青面層銑刨后將會(huì)產(chǎn)生大量的銑刨料，這些銑刨料如果直接廢棄，將會(huì)對(duì)環(huán)境造成極大的污染。同時(shí)，江蘇省石料資源日益匱乏，如果全部采用遠(yuǎn)運(yùn)，將會(huì)大幅度增加成本。如果將銑刨料進(jìn)行加工再利用，既有利于環(huán)保，也能節(jié)省資源，符合“品質(zhì)工程、綠色公路”的環(huán)保理念，是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在公路建設(shè)中的具體體現(xiàn)。因此，有必要在路面結(jié)構(gòu)中采用部分再生混合料結(jié)構(gòu)層。

根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)部分高速公路擴(kuò)建工程再生利用方案的調(diào)研，基層混合料再生方式主要以摻加水泥結(jié)合料的廠拌冷再生底基層為主，使用情況良好。因此，該項(xiàng)目主線底基層采用了低劑量廠拌冷再生水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)，同時(shí)，為提高瀝青面層銑刨料的再生利用率，廠拌冷再生水泥穩(wěn)定碎石底基層中摻入一定比例的瀝青面層銑刨料。此外，廠拌冷再生水泥穩(wěn)定碎石還可用在既有路面硬路肩下的路床補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)中。

結(jié)合以上分析，將瀝青銑刨料用于乳化瀝青廠拌冷再生基層的組合式基層結(jié)構(gòu)與瀝青銑刨料、二灰碎石銑刨料用于廠拌冷再生水穩(wěn)碎石底基層的兩種方案進(jìn)行比較，如表4所示。

通過(guò)銑刨料基層再生與銑刨料底基層再生利用方案比選可知，銑刨料廠拌冷再生水穩(wěn)碎石底基層再生方案有較大的優(yōu)勢(shì)。

表4 銑刨料基層再生與銑刨料底基層再生利用方案比選

4 結(jié)束語(yǔ)

文章以京滬高速新沂至江都段擴(kuò)建工程為依托，采用雙向八車(chē)道標(biāo)準(zhǔn)、客貨分離的分車(chē)道設(shè)計(jì)理念，進(jìn)行相應(yīng)路段或車(chē)道的路面設(shè)計(jì)。研究成果如下：

（1）通過(guò)對(duì)不同路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行比選，針對(duì)該項(xiàng)目特點(diǎn)推薦了路面最優(yōu)結(jié)構(gòu)組合，一二車(chē)道直接加鋪4cm SMA-13，拼寬路面面層鋪筑4cm SMA-13+6cm Sup-20+6cm Sup-20+10cm Sup-25=26cm，基層為38cm水泥穩(wěn)定碎石，底基層為20cm廠拌冷再生水泥穩(wěn)定碎石或低劑量水泥穩(wěn)定碎石。

（2）基于調(diào)研對(duì)高模量瀝青混合料和巖瀝青混合料進(jìn)行了試驗(yàn)研究，研究結(jié)果表明，兩者均可較好地提高瀝青路面抗車(chē)轍性能，在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中將通過(guò)試驗(yàn)段加以驗(yàn)證。

（3）貫徹“品質(zhì)工程、綠色公路”的環(huán)保理念，再生利用老路路面銑刨料，應(yīng)用于廠拌冷再生水穩(wěn)碎石底基層，實(shí)現(xiàn)綠色、可持續(xù)發(fā)展。