摘要 為確定某高速公路路面結(jié)構(gòu)類型，文章首先根據(jù)高速公路工可報告交通量調(diào)查結(jié)果，對公路交通組成及各特征年交通量進(jìn)行了分析；其次初擬路面結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)組成，并對初擬的路面結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行方案優(yōu)劣性對比分析，并給出推薦方案；最后對路面結(jié)構(gòu)關(guān)鍵性指標(biāo)進(jìn)行驗算。研究表明：該高速公路中，小客車占比最大，每年均在56%以上，且瀝青混合料層層底拉應(yīng)變、瀝青混合料層永久變形量、無機結(jié)合料穩(wěn)定層層底拉應(yīng)力和路基頂面豎向壓應(yīng)變對應(yīng)的設(shè)計車道上的當(dāng)量設(shè)計軸載累計作用次數(shù)分別為4.55×10⁷、3.41×10⁹和7.80×10⁷；經(jīng)路面結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)組成對比分析，高速路的路面結(jié)構(gòu)采用瀝青混凝土路面，路面總厚度為82 cm；經(jīng)路面結(jié)構(gòu)驗算，路面結(jié)構(gòu)推薦方案的無機結(jié)合料穩(wěn)定層的疲勞開裂壽命、瀝青混合料層永久變形量、防凍厚度、路基頂面驗收彎沉值和路表驗收彎沉值分別為1.267 039×10¹⁰、9.98 mm、0.55 m、186.7 （0.01 mm）和16.3 （0.01 mm）。

關(guān)鍵詞 交通組成分析；路面結(jié)構(gòu)組成；方案對比分析；路面結(jié)構(gòu)驗算

中圖分類號 U416.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）04-0087-03

0 引言

高速公路的路面結(jié)構(gòu)方案設(shè)計與受力分析^[1]，常常是路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點內(nèi)容。為確保路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性，對擬建公路的交通狀況、超重載作用^[2]等進(jìn)行分析是十分有必要的。瀝青路面^[3]以其獨特的優(yōu)點常常用于高速公路路面中，瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計和驗算時也存在或多或少的問題^[4]，基于多種規(guī)范體系^[5]，對路面結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行綜合對比分析，進(jìn)而得出更合理的高速公路路面結(jié)構(gòu)。

基于上述問題，該文以某高速公路為研究背景，在交通組成分析基礎(chǔ)上，提出可能的路面結(jié)構(gòu)方案，并進(jìn)行對比分析，最后對路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗算。

1 工程背景

某高速公路全線采用雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，路基寬度為27 m。擬建高速公路沿線溝壑縱橫，高低起伏變化較大，地形條件復(fù)雜。沿線不良地質(zhì)體主要為巖溶塌陷及人工開挖形成的地貌等，工程地質(zhì)條件總體上較好。

2 交通荷載分析

2.1 交通量及交通組成狀況

根據(jù)該高速公路工可報告交通量調(diào)查結(jié)果，公路交通組成及各特征年交通量如圖1所示。

分析圖1可知，小客車占比最大，每年均在56%以上。

2.2 系數(shù)取值

根據(jù)《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》，方向系數(shù)取0.55。新建路面可采用水平二（當(dāng)?shù)氐慕?jīng)驗值）或水平三（規(guī)范表A.2.5 車道系數(shù)）。該項目車道系數(shù)選用0.8。

根據(jù)該高速公路可提供的交通量，可確定該高速公路屬TTC3。TTC3的車輛類型分布系數(shù)如表1所示。

2.3 當(dāng)量設(shè)計軸載累計作用次數(shù)

設(shè)計車道上的當(dāng)量設(shè)計軸載累計作用次數(shù)按式（1）計算：

式中，r——平均每一年交通量的增長變化率，其值為5.26%；N1值為2 471；t——設(shè)計使用年限。代入上述值即可得到當(dāng)量設(shè)計軸載累計作用次數(shù)為1.984 725×10⁷（輛），根據(jù)交通荷載等級的劃分標(biāo)準(zhǔn)可知，該條高速公路的交通荷載等級為特重交通荷載。

3 路面結(jié)構(gòu)方案比選

3.1 路面結(jié)構(gòu)類型比選

當(dāng)前高速公路常見的路面結(jié)構(gòu)有瀝青混凝土路面與水泥混凝土路面兩種，兩種路面結(jié)構(gòu)的對比情況如表2所示。

從工程造價、施工技術(shù)、使用效果、維修程度以及對環(huán)境影響等幾個方面綜合考慮，該高速公路路面結(jié)構(gòu)類型選用瀝青混凝土路面。

3.2 路面結(jié)構(gòu)組成方案比選

3.2.1 路面結(jié)構(gòu)組成初擬

目前國內(nèi)常用的上面層有AC、SMA等結(jié)構(gòu)，AC結(jié)構(gòu)抗滑性能好，但抗水損害能力較差；SMA結(jié)構(gòu)既密水又抗滑，但造價略高。該高速公路上面層推薦采用4 cm SMA-13瀝青混凝土，在省內(nèi)多條高速公路上已有成熟的應(yīng)用經(jīng)驗。

考慮二灰穩(wěn)定碎石前期強度低，水穩(wěn)性較差，且料源供應(yīng)受人為因素制約，不確定因素多，因此基層擬采用水泥穩(wěn)定碎石；根據(jù)筑路材料的來源情況，底基層擬采用水泥穩(wěn)定碎石。

3.2.2 初擬路面結(jié)構(gòu)方案比選

結(jié)合上述初擬情況，給出了3種路面結(jié)構(gòu)如圖2所示，其對比分析如表3所示。

分析表3可知，該高速公路路面結(jié)構(gòu)推薦采用方案一，該路面結(jié)構(gòu)總厚度為82 cm。

4 路面結(jié)構(gòu)驗算

4.1 材料設(shè)計參數(shù)

擬定瀝青混合料、基層與底基層材料的設(shè)計參數(shù)取值如表4所示。

4.2 土基回彈模量

該高速公路所經(jīng)區(qū)域地質(zhì)由第四系全系統(tǒng)沖洪積含礫粉質(zhì)黏土及砂礫石組成，下伏燕山期花崗巖，寒武系鳳山組白云質(zhì)灰?guī)r及白云巖，寒武系張夏組、饅頭組頁巖，灰?guī)r，粉砂巖等為主，該項目土基靜態(tài)回彈模量取60 MPa。

4.3 無機結(jié)合料穩(wěn)定層的疲勞開裂驗算

無機結(jié)合料穩(wěn)定層的疲勞開裂壽命一般以無機結(jié)合料穩(wěn)定層最底端在各種荷載作用下的拉應(yīng)力為驗算指標(biāo)，拉應(yīng)力可按式（2）計算：

根據(jù)公式計算得：R_a=9.98 mm。

4.5 防凍厚度驗算

季節(jié)性凍土地區(qū)瀝青面層，應(yīng)按式（5）驗算其低溫開裂指數(shù)CI。

CI=1.95×10^?3S_tlgb?0.075（T +0.07h_a）lgS_t+0.15 （5）

經(jīng)計算CI=0條

季節(jié)性凍土地區(qū)路基為中濕或潮濕狀態(tài)時，應(yīng)按式（6）計算公路多年最大凍深：

Z_max=abcZ_d（6）

根據(jù)公式計算得：Z_max=0.55 m。

4.6 驗收彎沉值

路基頂面驗收彎沉值，應(yīng)按式（7）計算：

根據(jù)式（7）和（8）可計算得到路基和路面頂面驗收彎沉分為186.7（0.01 mm）和16.3（0.01 mm）。

5 結(jié)語

主要結(jié)論如下：

（1）根據(jù)高速公路工可報告交通量調(diào)查結(jié)果，公路交通組成及各特征年交通量中，小客車占比最大，每年均在56%以上。瀝青混合料層層底拉應(yīng)變、瀝青混合料層永久變形量、無機結(jié)合料穩(wěn)定層層底拉應(yīng)力和路基頂面豎向壓應(yīng)變對應(yīng)的設(shè)計車道上的當(dāng)量設(shè)計軸載累計作用次數(shù)分別為4.55×10⁷、3.41×10⁹和7.80×10⁷。

（2）經(jīng)路面結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)組成對比分析，高速路的路面結(jié)構(gòu)采用瀝青混凝土路面，路面結(jié)構(gòu)層主要由上面層、中面層、下面層、柔性基層、下封層、半剛性基層和底基層組成，路面總厚度為82 cm。

（3）經(jīng)路面結(jié)構(gòu)驗算，路面結(jié)構(gòu)推薦方案的無機結(jié)合料穩(wěn)定層的疲勞開裂壽命、瀝青混合料層永久變形量、防凍厚度、路基頂面驗收彎沉值和路表驗收彎沉值分別為1.267 039×10¹⁰、9.98 mm、0.55 m、186.7（0.01 mm）和16.3（0.01 mm）。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2023-12-07

作者簡介：張桓鋮（1990—），男，本科，工程師，研究方向：交通規(guī)劃、公路道路施工、橋梁施工等。