廖岳高 周群

作者簡(jiǎn)介：廖岳高（1987—），工程師，主要從事道路與橋梁工程設(shè)計(jì)工作。

文章以某山區(qū)高速公路路面結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)為研究對(duì)象，從項(xiàng)目交通量及交通組成分析入手，對(duì)路面類型、面層及基層方案設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比分析，比選出適合該項(xiàng)目的最佳路面結(jié)構(gòu)方案，應(yīng)用效果良好，可為同類項(xiàng)目提供借鑒。

高速公路；交通量；路面類型；結(jié)構(gòu)方案；方案比選

U416.22A090322

0?引言

為加快地方經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國(guó)家對(duì)基建投資的力度不斷加大，高速公路如雨后春筍般逐年遞增。然而，快節(jié)奏的高速公路建設(shè)也導(dǎo)致部分已建高速公路路面出現(xiàn)裂縫、坑槽、車轍等病害［1-4］。

綜合分析發(fā)現(xiàn)，除了施工、超載等原因外，導(dǎo)致路面發(fā)生病害的另一重要原因是在路面結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)其交通量、路面結(jié)構(gòu)等方面分析不到位，整個(gè)路面方案設(shè)計(jì)存在欠缺。因此，在設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)方案時(shí)，應(yīng)進(jìn)行多方案的比選分析，綜合對(duì)比后才能選出適合項(xiàng)目的最優(yōu)路面結(jié)構(gòu)方案［5-7］。

本文在以往路面結(jié)構(gòu)方案研究的基礎(chǔ)上，以廣西北部某山區(qū)高速公路為研究對(duì)象，從交通量及交通組成入手，對(duì)其路面類型、面層結(jié)構(gòu)、基層結(jié)構(gòu)進(jìn)行方案的比選分析，綜合對(duì)比選取出最優(yōu)路面結(jié)構(gòu)方案，以期為同類型高速公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考與借鑒。

1?背景工程簡(jiǎn)介

背景工程為廣西某山區(qū)設(shè)計(jì)中的一條高速公路，按時(shí)速100 km四車道進(jìn)行設(shè)計(jì)，全線長(zhǎng)度共計(jì)45.0 km。

路基寬25.5 m，其整體式路基斷面組成如圖1所示。下文將從項(xiàng)目交通量及交通組成分析入手，對(duì)其路面結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行詳細(xì)的方案比選分析。

2?交通量及交通組成分析

一般而言，項(xiàng)目交通量及交通組成是路面結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的基本依據(jù)。因此，在對(duì)路面結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行比選分析之前，應(yīng)對(duì)其項(xiàng)目交通量及交通組成進(jìn)行詳細(xì)分析，為下文路面結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)提供原始依據(jù)。

本項(xiàng)目方案與工可對(duì)比道路及立交功能未發(fā)生變化，本次設(shè)計(jì)交通量預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)沿用工可報(bào)告修編稿中的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)。項(xiàng)目預(yù)計(jì)建成年為2025年，交通量預(yù)測(cè)特征年為2025年、2026年、2031年、2036年和2044年，項(xiàng)目各路段預(yù)測(cè)交通量如表1所示。

預(yù)測(cè)至2044年，項(xiàng)目路段平均交通量為31 352 pcu/d，其交通組成如表2所示。

由表2分析可知，項(xiàng)目建成年客貨占比情況約為58.99%∶41.01%，預(yù)測(cè)末年為59.84%∶40.16%，未來隨著經(jīng)濟(jì)水平和居民出行需求質(zhì)量的不斷提高，汽車需求將發(fā)生改變，由公用朝著私用方向逐漸發(fā)生變化，車型結(jié)構(gòu)也朝著兩個(gè)方向分化。由于私家車越來越多，未來主導(dǎo)車型應(yīng)為持續(xù)增長(zhǎng)的小汽車，而客車將有所下降；考慮運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性和方便性、快捷性，貨車將逐漸向大型貨車發(fā)展；整體上通道內(nèi)車型構(gòu)成以客車為主。

此外，由表2分析可知，未來客車占比＞66%，其中基本以小客車為主，＞50%，而重型大貨車占比僅6%左右，且逐年減少，因此基本可確定該路面設(shè)計(jì)交通荷載以輕型交通荷載為主。

下文將在本節(jié)交通量及交通組成分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)本項(xiàng)目交通特點(diǎn)，從本項(xiàng)目使用功能、自然條件等出發(fā)，遵循因地制宜、合理選材、方便施工、利于養(yǎng)護(hù)的原則，以道路功能要求、表面抗滑性能、高溫穩(wěn)定性與低溫性能、施工性能、結(jié)構(gòu)層與基面的粘接問題、水損害問題等為設(shè)計(jì)要點(diǎn)，進(jìn)行項(xiàng)目路面方案對(duì)比分析，比選出項(xiàng)目最優(yōu)路面結(jié)構(gòu)方案，具體比選過程如下文所述。

3?路面結(jié)構(gòu)方案比選分析

3.1?路面類型比選分析

瀝青路面和水泥混凝土路面是國(guó)內(nèi)在建或已建高速公路路面類型中最為常見的兩大類型，尤其以瀝青路面居多。

瀝青路面具有噪音小、行車無(wú)縫、平穩(wěn)舒適等優(yōu)點(diǎn)，是高等級(jí)公路最常用的路面類型，以輕交通荷載為主。

水泥混凝土路面造價(jià)相對(duì)較低，但其變形適應(yīng)性非常差，特別是對(duì)于地質(zhì)較差的路段，其路堤的不均勻沉降非常容易導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)發(fā)生開裂破壞，導(dǎo)致行車不順，因此其在低等級(jí)路面中應(yīng)用廣泛，以重交通荷載為主。

此外，綜合調(diào)研區(qū)外內(nèi)已建高速公路水泥路面發(fā)現(xiàn)，路面發(fā)生病害非常多，已給行車造成了諸多不便，甚至導(dǎo)致了不少安全事故。

基于以上分析，從性能、施工及養(yǎng)護(hù)上綜合對(duì)比瀝青路面和水泥混凝土路面結(jié)果如表3所示。

由表3分析可知，瀝青混凝土行車、變形、耐久、施工、養(yǎng)護(hù)等綜合性能均優(yōu)于水泥混凝土路面，因此本項(xiàng)目整體路面類型采用瀝青路面。

3.2?路面面層方案比選分析

由前文分析可知，瀝青路面較水泥路面性能更優(yōu)，下文將選取3種常用的瀝青路面面層方案進(jìn)一步進(jìn)行面層方案的比選分析，具體面層方案如下：

方案一：改性瀝青SMA-13混合料。

方案二：改性瀝青AC-13C混合料。

方案三：橡膠瀝青ARC-13。

3.2.1?方案經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析

通過對(duì)比，各方案路面結(jié)構(gòu)綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)性能比較如4表所示。

由表4分析可知，方案二造價(jià)最省，方案一比方案二增加約14%，方案三比方案二增加約28%，方案三比方案一增加約12.5%。

3.2.2?施工因素對(duì)比分析

從原材料技術(shù)、施工工藝、工期等方面對(duì)比分析各方案的施工性能，結(jié)果如表5所示。

由表5分析可知，方案一的施工最為便利，施工質(zhì)量更易控制，后期維修費(fèi)用更低。

綜合表4、表5分析，方案一的綜合性能最佳，因此本項(xiàng)目路面上面層結(jié)構(gòu)方案推薦采用方案一，即改性瀝青SMA-13混合料。

此外，基于方案二AC改性瀝青良好的材料性能、施工及經(jīng)濟(jì)性能，本項(xiàng)目考慮將其作為路面結(jié)構(gòu)的中面層，參考同類高速公路中面層設(shè)計(jì)方案，本項(xiàng)目中面層混合料類型設(shè)計(jì)為改性瀝青AC-20C。進(jìn)一步從經(jīng)濟(jì)角度考慮，下面層混合料類型則采用滿足性能要求的普通瀝青AC-25C，經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)。

3.3?路面基層方案比選分析

通過前文對(duì)路面類型、路面面層進(jìn)行的對(duì)比分析，基本確定了項(xiàng)目路面結(jié)構(gòu)方案，上面層采用改性瀝青SMA-13混合料，中面層采用改性瀝青AC-20C，下面層采用普通瀝青AC-25C。下文將對(duì)路面基層方案進(jìn)行方案的比選分析。

路面基層方案也是路面方案設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，但對(duì)于柔性基層和剛性基層目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用非常少，缺乏長(zhǎng)期路用性能的觀測(cè)資料。此外，考慮到我國(guó)公路建設(shè)的實(shí)際和經(jīng)濟(jì)性，半剛性基層可以顯著地降低工程造價(jià)，因此，本項(xiàng)目最終采用半剛性路面基層。

參考區(qū)內(nèi)外高速公路常用的路面基層材料，通過對(duì)不同類型基層混合料的調(diào)研分析，最終本項(xiàng)目采用水泥穩(wěn)定碎石作為路面基層材料，下文將選取兩種不同厚度的路面基層方案，綜合對(duì)比選出最優(yōu)的路面結(jié)構(gòu)方案，對(duì)比方案分別如下。

方案一路面結(jié)構(gòu)組合如表6所示。

方案二路面結(jié)構(gòu)組合如表7所示。

從結(jié)構(gòu)性能、施工工藝及經(jīng)濟(jì)性綜合對(duì)比方案一及方案二，結(jié)果如表8所示。

由表8分析可知，方案二整體性能指標(biāo)相對(duì)優(yōu)于方案一，但結(jié)合本項(xiàng)目交通量狀況，方案一完全適用本項(xiàng)目，此外，方案一施工工期短，后期維修少，且最重要的是相比方案二，方案一造價(jià)低約75元/m2，經(jīng)濟(jì)性能非常高。因此，綜合考慮路面結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性、路用性能及與本道路交通量狀況的適應(yīng)性，將方案一作為推薦方案。

4?結(jié)語(yǔ)

好的路面結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)將非常有利于行車舒適且可大大減少后期運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)的成本。本文以實(shí)際項(xiàng)目的路面結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)為例，從項(xiàng)目的交通量及交通組成入手，對(duì)其路面類型、面層結(jié)構(gòu)、基層結(jié)構(gòu)進(jìn)行多方案的比選分析，綜合對(duì)比選取出適合本項(xiàng)目最優(yōu)路面結(jié)構(gòu)方案，整個(gè)方案設(shè)計(jì)與比選過程可為同類型高速公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考與借鑒。

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