G1501郊環線（東南段）節約型路面大修設計實踐

何文繼，孫文州

（1.上海城投公路投資（集團）有限公司，上海市200335；2.上海市市政規劃設計研究院，上海市200031）

G1501郊環線（東南段）節約型路面大修設計實踐

何文繼1，孫文州2

（1.上海城投公路投資（集團）有限公司，上海市200335；2.上海市市政規劃設計研究院，上海市200031）

結合上海G1501郊環線（東南段）大修工程，在總體投入受控的前提下，以路況調查分析結果為基礎，遵循“針對性設計和全壽命設計”與“極限利用，經濟節約”的原則，建立在各項路面技術狀況指標的基礎上，通過既有路面缺陷整治與結構維修，消除原路面病害與結構強度不足，最終通過加罩補強實現路面結構強度的整體提升，同步完善路基路面的防護與排水設計，以滿足今后較長時間的使用要求。

瀝青路面；大修工程；節約；維修設計

0 引言

自1988年滬嘉高速公路的建成通車實現了中國大陸高速公路零的突破以來，我國高速公路迅速發展，在2014年底，我國高速公路通車總里程達到11.2萬km，超過美國居于世界第一[1]。隨著高速公路網的完善，公路養護維修的關注度越來越高；大量的公路瀝青路面與水泥路面接近使用壽命，出現了各種路面病害，嚴重影響行車的舒適性與安全性，且以前路面結構設計強度已不能滿足如今重載或特重交通的荷載要求[2]。這些道路亟需進行大中修工程，以改善行車性能，滿足實際荷載需求。而目前，國內在瀝青路面或水泥路面的大修工程設計方案方面的研究較為欠缺，大多只是憑經驗設計。因此，在經費受控而使用要求較高的情況下，系統研究與進行高速公路節約型路面大修工程，并提出合理的解決方案具有重要意義。

本文結合上海G1501郊環線（東南段）大修工程，以路況調查與綜合分析為基礎，針對不同路段情況提出較為經濟合理的設計方案，相關設計思想可供以后的高速公路大中修工程提供參考。

1 項目背景

G1501郊環線（東南段）既是上海典型貨運通道，也是上海郊區環線高速公路的重要組成部分，全長50.71 km，設計車速100 km/h。全線于2004年12月竣工通車，自2006年3月起上海施行郊環線對集卡交通彈性收費政策，集卡交通向G150集聚后，路面產生縱橫向裂縫、唧漿、沉陷、龜裂、坑洞等病害，2014年檢測數據表明：全線路面破損率（DR）超過0.4%的路段占總路段的90%以上，且各類損壞處于快速發展之中，沿線存在大量的惡性跳車點，服務水平極差，并嚴重影響行車安全。多年道路服務狀況跟蹤分析表明，該路段服務狀況呈現快速衰變狀態，原設計、施工等缺陷也逐漸暴露出來。

因此，適時進行大修，對保障道路行車的安全通暢，全面提升郊環高速公路總體服務水平具有重要意義。

2 路況調查與評價

掌握項目道路概況，對養護維修狀況及道路狀況進行調查分析，并對調查結果進行綜合分析與評價可為工程方案設計提供可靠依據。

2.1 道路概況

（1）道路建設狀況

G1501東南郊環高速分為遠東段、大團段、大亭段。遠東段、大團段均為半剛性基層瀝青路面，標準橫斷面為雙向六車道，兩側各一條緊急停車道（硬路肩）；大亭段為白改黑路面，標準橫斷面為雙向四車道加兩側各一條緊急停車道（硬路肩），主線路面結構形式如圖1～圖3所示。

圖1 遠東段行車道路面結構型式

圖2 大團段行車道路面結構型式

圖3 大亭段行車道路面結構型式

（2）道路交通發展狀況

自2004年底建成通車以來，交通量變化顯著。通車初期，交通流量較少、貨車比例較低，2006年3月對G1501高速上通行集卡實行彈性收費政策后，貨運交通尤其是集卡比例明顯增加，路面損壞加劇。至2014年，集裝箱車比例已超過50%。

2.2 道路狀況調查

2.2.1 路面技術狀況調查

（1）破損率

路面損壞狀況指數評價低于高速公路養護規定值，即評價等級為“中”及以下的路段，內圈車道占76.5%，外圈車道占86.3%。大團段路面損壞最為嚴重，優良率接近于0。

（2）平整度

路面平整度評價總體欠佳，評價等級為“中”及以下的路段比例較高；大亭段路面平整度總體優于遠東段與大團段，大團段路面平整度最差，評價為差的路段超過全路段40%。

（3）路面結構強度

遠東段、大團段路面結構強度評價為中、次、差的路段，均占有一定比例，總體而言一車道路面結構強度要優于二、三車道，三車道路面結構強度要優于二車道。

大亭段為混凝土路面“白加黑”路面結構，屬剛性基層瀝青路面范疇。瀝青路面設計規范[3]規定：水泥混凝土路面維修處治后的路段代表彎沉要求低于20（0.01 mm），然后加鋪瀝青層，故本工程按路段代表彎沉20（0.01 mm）為標準評價。全線代表彎沉超過0.20 mm的路段占全線的39.8%。

（4）面層材料強度調查

對各路段進行了鉆芯與試驗，結果表明：面層劈裂強度隨點位的不同變異性較大，就具體點位值而言95.7%點位的劈裂強度滿足下面層的要求；舊混凝土面層彎拉強度標準值達到5.0 MPa，仍可滿足特重交通道路適用要求。

2.2.2 道路排水狀況

沿線路面排水、路肩及邊緣排水狀況較差，土邊坡及護坡沖刷嚴重。

2.3 綜合分析與評價

綜上，由于瀝青路面接近使用年限，道路排水不暢，路基強度不足，以及原設計、施工等諸多因素影響，導致道路路面結構強度、路面損壞狀況和行駛舒適性均處于較差狀態，各項路面技術狀況指標均呈現衰退趨勢。全線原路段按中等交通等級進行設計，已不能滿足重交通要求。因此，需要進行路面結構補強，以滿足實際交通需求。

3 承載力需求分析

根據現行設計規范[3]及交通預測結果[4]，通過對瀝青路面當量軸載與彎沉計算分析可知，遠東、大團路段設計年限按15年計，各路段累計標準軸次均超過2.5×107次，屬特重交通等級。該兩段設計年限對應的設計彎沉見表1。

表1 當量標準軸載與彎沉計算

根據現行混凝土路面設計規范[5]有關規定及交通預測結果[4]，對大亭段各路段累計當量標準軸載次數進行了計算分析，結果表明：按8年壽命計便屬特重交通范疇。

4 工程設計

4.1 設計原則

本工程為通行高速公路，交通流量大，路面損壞嚴重，因此，在工期總體較緊且經費有限的情況下，需采取針對性強、交通影響小的技術措施進行整治。受道路建成期以及自身變異性影響，路面損壞集中與分散并存，因此，不可避免地需要對路面進行針對性集中維修及小面積損壞維修。

嚴格遵循“針對性設計和全壽命設計”與“極限利用，經濟節約”的原則，進行路面設計，具體為：（1）采用針對性強的路面技術方案；（2）充分利用現狀路面結構（極限利用），盡量減少整治工程翻挖重建量。少開挖是確保大修工程經濟節約的最好詮釋。（3）設計方案的選擇充分考慮施工的可操作性。（4）應優先考慮選用路用性能好的材料與路面結構，同時兼顧廢舊材料的資源化綜合利用，確保使用壽命。

4.2 設計標準

本工程遵循上述設計原則，主要設計標準如下：（1）路面設計軸載：標準軸載BZZ-100。（2）基層翻修路段設計年限取15年，面層加罩路段設計年限取8年。（3）橫斷面除恢復路拱橫坡及因路面標高提升相應適當調整中分帶和邊坡外，橫斷面車道劃分和布置形式保持不變，瀝青路面路拱橫坡應恢復到2%。（4）設計車速：100 km/h；對于縱斷面，以橋梁標高、作為控制點，結合路面加罩重新拉坡，主要線形標準按原設計標準取值。

4.3 路面大修設計

4.3.1 遠東段、大團段路面大修方案

該兩路段實際運行年限分別達到15年與12年，隨著道路交通的日益增長特別是重型集型卡車的作用，路面所產生的損壞主要與道路使用年限以及面層總體較薄、路面排水不暢，難以適應特重交通道路使用要求有關。根據各路段路面技術狀況評價進行路段歸并，除東大立交～S2高速路段需要進行全面補強、翻修處理，并加罩三層式罩面（設計年限取值15年）外，其他路段在進行針對性局部補強后實施二層式罩面（設計年限取值8年）。在對面層進行檢測與損壞調查后，根據面層頂彎沉及損壞情況，進行面層、基層甚至土路基的維修處治：

4.3.1.1 原路面瀝青面層維修

對于原路面結構強度足夠，即路面頂彎沉符合設計要求的路段，應根據路面具體病害類型與程度進行處置：

（1）裂縫處置：輕微裂縫采用1 m寬聚酯玻纖布跨縫進行貼補；其他較嚴重裂縫沿裂縫切1 m寬的槽，采用ATB-25分兩層進行填補。

（2）瀝青面層局部維修：采用ATB-25進行填補。

（3）路面損壞連續路段維修：采用等厚乳化瀝青冷再生瀝青混合料（路段長度超過40 m）或ATB-25（路段長度小于40 m）進行填補。

（4）施工過程中如發現原半剛性基層存在局部損壞的情況，根據現場施工條件采用ATB-25或水泥混凝土進行填補。

4.3.1.2 原路面基層及路基維修

對于原路面結構強度不足路段，在銑刨瀝青面層后，應對基層頂面彎沉進行檢測，根據基層頂彎沉檢測結果，進行基層及路基的維修處治：

（1）基層結構強度足夠路段：在全面檢查基層損壞情況后，對存在龜裂、松散等損壞的基層進行維修，根據現場施工條件采用ATB-25或水泥混凝土對上部20 cm范圍內的基層進行填補。

（2）基層結構強度不足路段：僅因上部基層損壞導致路段代表彎沉超標的情況，采用三渣基層水泥現場冷再生進行補強；對于路基狀況良好，基層損壞嚴重的情況，采用40 cm水泥穩定碎石對原基層進行換填；對于路基較為軟弱路段，在采用大粒徑碎石與三渣基層銑刨料進行原路床換填后，施工40 cm水泥穩定碎石。

（3）基層及路基維修完成后，應施工改性乳化瀝青同步碎石作為下封層，而后施工乳化瀝青冷再生瀝青混合料作為柔性下基層。

4.3.1.3 加罩補強

在原路面處治完成并達到要求后，進行新瀝青面層的加罩補強。加罩后，瀝青面層結構及路面結構均得以加厚，并獲得良好的結構功能：一方面，將原半剛性基層結構調整為柔性或半柔性基層結構，增大了結構系數的取值，降低了對路面結構剛度要求；另一方面，整體提升路面結構強度與剛度，以更好的適應將來較長一段時間的道路使用要求。

4.3.2 大亭段路面大修方案

4.3.2.1 現狀路面維修與加固補強

對原路面處治，是確保本工程質量核心，其處治方案如下：

（1）原路面瀝青面層維修

縱橫向裂縫維修：跨縫銑刨100 cm瀝青面層，粘貼聚酯玻纖布，施工9 cm骨架密實型普通瀝青ATB-25與相鄰路面接順。

連續損壞路段維修：路面存在如修補密集、板塊裂縫不規則、車轍超過2.0 cm等損壞的連續路段，應將瀝青面層全部銑刨后，對下部結構完好狀況進行調查，如下部板塊良好，在對混凝土板板縫跨縫粘貼1 m寬的聚酯玻纖布后，采用等厚ATB-25進行填補。

（2）損壞板塊更換：將判定存在斷板損壞混凝土板塊及下部松散基層更換。

（3）板底與三渣基層底注漿加固

對代表彎沉超過0.20 mm的路段內裂縫較嚴重（視為脫空）的板塊進行注漿處理；對代表彎沉超過0.45 mm的路段三渣基層底一并進行注漿補強，使路段代表彎沉控制在0.20 mm以內。

（4）面層加罩補強

原路面維修補強后，在行車道及部分硬路肩滿鋪聚酯玻纖布后，加罩雙層式改性瀝青面層（6 cm SBS改性瀝青 AC-20C+4 cm改性瀝青SMA-13）。

4.3.3 路基防護與排水設計

結合本次大修，對土路肩進行了硬化，同時在硬路肩邊線處增設了路緣排水邊溝、盲溝、急流槽等排水設施；在防噪屏增設排水邊溝、急流槽，同步對土路肩進行了硬化；對沖刷嚴重的邊坡進行培土，對高填方邊坡進行了硬化。以使雨水快速排離路面以及土路肩，減少土路肩浸泡現象，確保路面結構處于良好的工作狀態。

5 結語

本文結合G1501郊環線（東南段）大修工程，對全線的道路建設、養護維修歷史、道路狀況等進行了全面調查分析。在對各路段的路面破損率、平整度、車轍深度、路面結構強度等技術指標、大修后道路承載力需求、道路損壞成因等分析與歷年養護維修經驗的基礎上，嚴格遵循“針對性設計和全壽命設計”與“極限利用，經濟節約”的原則，進行了G1501郊環線（東南段）節約型路面大修設計與實踐。

總體設計思路為：以維修、置換增強、注漿補強等技術措施為手段，消除現狀路面結構強度不足路段，實現原路面結構強度的提升。在既有道路結構維修的基礎上通過瀝青面層加罩，一方面實現了結構型式轉變，降低了結構強度需求；另一方面降低了原路面的受力狀態，并最終提高了路面結構的整體強度，以滿足在將來較長一段時間里的重交通使用要求。

本次大修已于2016年年底完工，施工過程中各項結構強度指標均較好的滿足設計要求，工程質量總體受控。先期完工的路段，已經受1個高溫，2個低溫季節的考驗，并已展現出良好的使用性能。據此我們有理由相信，遵照節約型路面大修設計理念，嚴格施工質量管控，完全可實現大修工程的經濟節約與后續使用功能的良好兼顧。

[1]李蒙.粵北山區農村公路路面養護及工程經濟研究[D].廣州：廣東工業大學,2015.

[2]顧宗偉.富硯高速公路瀝青路面典型病害養護措施研究[J].公路交通科技(應用技術版),2015,7:27-29.

[3]JTG D50-2006,公路瀝青路面設計規范[S].

[4]上海市市政規劃設計研究院.G1501郊環線（東南段）大修工程可行性研究報告[R].上海：上海市市政規劃設計研究院,2013.

[5]JTG D40-2011,公路水泥混凝土路面設計規范[S].

U418.6

B

1009-7716（2017）08-0022-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.08.007

2017-05-11

何文繼（1961-），男，浙江余姚人，工程師，從事高速公路管理工作。