論省道S325漯嵩線公路改擴建瀝青路面設計關鍵問題

孫佳星

(平頂山市公路交通勘察設計院，河南 平頂山 467000)

1 工程概況

省道S325漯嵩線平頂山程莊至鄭萬高鐵平西站段改建工程(北環路升級及西延項目)路線長度18.224 km。采用雙向八車道一級公路標準，設計速度80 km/h，一級公路標準建設。其中新建5.4 km，改建12.824 km。設計速度80 km/h，路面面層采用瀝青混凝土結構，工程范圍涉及路基、路面、橋梁、涵洞等附屬工程，省道S325漯嵩線段改建工程是在原有線路的基礎上，將拓寬為路基60 m、道路紅線兩側外延50 m綠化帶的多功能立體互通快速通道。對于城市發展來說，道路交通的通暢是重中之重，省道S325漯嵩線平頂山程莊至鄭萬高鐵平西站段改建工程是平頂山市“十三五”規劃的重點工程，該工程也是平頂山市北部路網重要的交通干線，承載著該地區大部分過境交通量，改建完成后將逐步提升平頂山交通的承載能力。

2 省道325公路改擴建瀝青路面病害及成因

2.1 公路改擴建的主要形式

拼寬是省道公路改擴建工程的主要特征，省道S325漯嵩線要保留利用原路面，在其外側新建拼寬路面，以補強原路面和改善其路表功能而進行補強罩面及單一罩面。此類改擴建公路，因所處土層為軟土，原路沉降非常大，穩定期比較長。對此，為減少一次投入的加鋪量太大而導致加速沉降，設計路面應先拼寬，在后期養護中再加鋪，逐漸改善公路線形。后期養護調整縱坡時，要全面檢測和評價路面病害及性能，總結和區分病害后，剔除同新建工程的共性類型，對改擴建工程的病害類型進行總結，并分析其原因、特征及發生頻率，為病害防治及路面養護提供依據。

2.2 省道S325漯嵩線路面病害類型

病害類型，依據其破損嚴重程度將省道S325漯嵩線省道公路病害分為變形、松散、裂縫及其他等病害類型。省道S325漯嵩線裂縫類主要是塊裂、龜裂、縱向裂縫、橫向裂縫、不規則裂縫等。其中縱向裂縫主要發生在老路側，主要是因拼寬側地基或路基固結沉降導致新老路的差異沉降太大，此差異沉降導致拉應力過大，超出允許應力，從而產生拉張性裂縫。同時，拼接部的縱向裂縫較為常見，這是因為拼接處縱向裂縫在為拼接基層未能形成整體，導致路面傳荷能力弱，路面層受力不利，在偏載作用下，彎沉差會引起剪切疲勞開裂。這種開裂病害較為常見。

松散類主要是推移、坑槽、啃邊、麻面、松散等，省道S325漯嵩線這類病害相對較多。變形類則為車轍、沉陷、擁包、波浪、橋頭跳車等病害，其中拼接部開裂及沉陷、老路開裂及沉陷等病害最為常見。老路側開裂和沉陷主要是原路的路肩，此病害多無規律零星分布，也是輪跡印跡明顯突出。這是因為老路原有強度不高，局部壓實不充分，存在輕微脫空的缺陷，而在此局部壓實不充分條件下，車輛荷載作用過大會導致其壓縮變形，從而導致開裂。當然，車轍病害也是省道公路改擴建中最為常見的病害，車轍變形空間來自于空隙壓縮及石料、砂漿流動，車轍變形病害主要發生在新路側，多見于重車輪跡位置，呈縱向連續性分布。車轍類變形主要是由于混合料剪切流動變形和車輛荷載的補充壓密作用所致，加之混合料的高溫穩定性差，從而導致壓密變形。這種變形病害最為常見。此外還有磨光、泛油、凍脹、修補不良及唧漿等病害。

2.3 縱向橫向裂縫病害形成原因

病害成因。發生縱向裂縫主要是老路面沉降較大，研究發現省道S325漯嵩線基層底部的拉應力過大，當基層材料抗拉強度不能抵抗其拉應力時，就會導致基層底部的開裂。在反復的荷載作用下，底部裂縫會擴展到瀝青層面，沿車輪軌跡行駛方向行車荷載縱向龜裂和裂縫。若路基不均勻或填土骨料不均勻則會導致沉陷，特別是在新舊路面連接處，處理不當則日后沉降病害較為嚴重。發生橫向裂縫主要是氣溫早降導致瀝青面層發生低溫收縮，增加了拉應力和溫度變化率，冷熱交替作用下形成疲勞效應。在下層材料的黏連限制下瀝青層面會形成極大的張拉應力，張拉應力超過瀝青材料抗拉強度的極限時，就會產生橫向非荷載型裂縫。反射性裂縫是溫縮開裂及半剛性材料干縮的影響下形成的底部開裂，導致瀝青層面出現橫向裂縫。在改擴建設計時應該關注到在偏載的作用影響下輪跡位置拼接縫疲勞導致的反射裂縫，此反射裂縫的危害遠高于半剛性材料形成的傳統反射裂縫。

車轍及老路路肩開裂沉陷。省道S325漯嵩線車轍病害主要是重載和高溫作用下瀝青混合料形成剪切變形所致。而老路路肩開裂及沉陷等則是較為常見的病害。省道S325漯嵩線公路改擴建后通常采用八道分車型管理方式，對由內向外的第一車道、第二車道，在堅持常規養護下罩面滿足客車行駛。而拼接后原路路肩被第三車道、第四車道利用，這兩個車道則是貨車車道。由于是拼寬后形成的兩個車道，會導致出現一系列的問題。如原路施工存在缺陷，此前由于沒有過往車輛，路面沒有承受車輛荷載而未反應出來，而在改擴建后此問題則會表現出來。如果路基干濕循環、壓縮及初始壓密等作用不足，則會導致路基面存在一定的脫空，在小密集的交通流量下，看不出什么問題，在累計受到重載偏載作用下，拼寬路面與原路肩協調性差，路面路基結構因受力不利而出現開裂沉陷。同時，由于長期雨水或瀝青老化，路面路基混合料的抗裂性及水穩定性下降，也會導致路肩發生沉陷或開裂。

3 省道公路改擴建瀝青路面設計中的關鍵技術

3.1 增強分車道設計的防裂抗裂效果

新舊公路拼接區域的結構及施工技術直接影響著拼接區域的構造和施工質量。省道S325漯嵩線公路改擴建工程中，不管是舊路利用還是拼寬新建路面、拼接路面，其都不同于新建。要根據病害特征來進一步改變設計習慣，基于預防病害的視角，由結構應力應變情況去綜合考慮瀝青路面設計。由于該工程(一期)路線長度18.224 km，該公路承載著該地區大部分過境交通量，地理位置十分突出，既是寶豐縣通往平頂山的一條重要省級公路，也是寶豐縣、平頂山市及周邊區域各種礦產資源、農副產品、工業產品外運的一條重要通道。該工程起點自平頂山市衛東區與平郟東路交叉處，沿老路向西依次路經平頂山眾多省道公路，分車道設計的防裂縫、抗裂縫問題尤其關鍵?；谠摂U建工程瀝青路面設計采用交通量與路面設計相關聯，因軸載不同，則通過軸載換算系數將其折算為標準軸載，以橫向分布系數評估不同車道的行駛特性差異。同橫斷面上的不同車道，其設計標準及控制指標都相同。如將彎沉作為主要設計指標，由于改擴建后各車道間作用次數的差異性比較大，單一彎沉控制很難滿足車道要求，會導致內側車道富余過多而外側車道嚴重不足，進而縮減外側車道的使用壽命，造成內側車道的舊路利用率減小，加大其處治難度，同時增加了工程投資。

3.2 精確新舊路面拼接結構的粘接力計算

省道S325漯嵩線公路改擴建路面拼接效果受原路狀況、拼接厚度及結構結合等的影響較大，拼接構造并不全部相同，構造設計時應全面考慮施工和粘接力。通常情況下，省道公路改擴建設計只是從便于施工控制及黏結、拼接壓實的角度進行考慮和設計，很少進行粘接力的力學計算。從該工程瀝青路面拼接縱向、橫向裂縫病害看，在改擴建公路瀝青路面時有必要分析拼接構造力學，計算各臺階設置的寬度及位置，以減少或防止拼接不利受力的問題，以及面層剪應力的減小。通過力學計算瀝青路面粘接力設計技術標準及應變掃描試驗結果顯示，當應變小于10%時，SBS、橡膠和高黏改性瀝青處在線性黏彈性范圍內。根據頻率掃描試驗結果，使用Sigmoidal模型擬合SBS、橡膠和高黏改性瀝青的復數剪切模量主曲線光滑連續，且均是簡單的流變材料。由此選用符合《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40—2004)標準要求的SBS類改性瀝青，其技術指標要求如下：瀝青混合料路面路用性能等技術指標路表平整度的標準差σ1.0 mm T 0932IRI 2.0 m/km T 0933；路表滲水系數≤300 ml/min T 0971；構造深度TD≥0.50 mm T 0961/62/63；橫向力系數SFC60≥50T 09652；改性瀝青技術指標u SBS具有足夠的高溫穩定性和低溫抗裂性。

3.3 強化原路路肩結構強度及破損狀況評價

公路改擴建工程原路面的使用標準較為復雜，雖經過一定檢測，但多依據經驗判定其如何利用或能否利用，這種經驗性判斷具有較強的主觀隨意性。為此，要依據公路瀝青路面設計規范對改擴建路面設計的需求，再結合原路面結構狀況，從技術層面、松散程度、混合料級配、瀝青指標等層面進行檢測評估。此外，雖然受檢測方法、道路運營及舊路養護等因素影響，具體操作難度較大，還應采取綜合評估方法和標準經驗對其結構強度及破損狀況進行分析評估。根據省道S325漯嵩線公路改擴建瀝青路面路肩結構研究評價，擴建瀝青路面設計為：新老路面銜接粘層之間設置粘層油，粘層采用PC-3型改性乳化瀝青，粘層油用量為0.3～0.6 L/m2，原路路肩透層與粘層均采用撒布車施工。

省道S325漯嵩線公路改擴建分車道設計中嚴格執行《工程建設標準強制性條文(公路工程部分)》(建標[2002]99號)的規定和要求進行編制。設計需要采用分車道施工，而現場控制直接決定冷接縫的施工質量，當前工藝不太成熟。新老路的基層模量差異越大越不利于拼接部上方層面的受力。同時，受舊路路段差異、狀況、邊施工邊通車及運營特征等的限制，實踐中無法實現其互相匹配，這也表明，省道公路改擴建對面層瀝青混合料強度及模量提出了較高要求。省道S325漯嵩線在改擴建后原路路肩承重荷載，容易出現改建前的病害。所以，在改擴建前要全面了解原路的養護歷史及病害特征，并作為改擴建瀝青路面設計依據。同時，也要評價拼接前側面結構，施工環節仍需進行再評價，以進一步修正設計中的結論。又由于測評主要借助主觀經驗，且無固定的評估標準，因道路路況不同，必須對其進行統籌分析和綜合評估。

4 總 結

總之，省道S325漯嵩線公路改擴建瀝青路面結構設計必須明確其典型病害，及其發生的原因，針對道路運營情況和病害特征更新省道公路改擴建瀝青路面設計理念，綜合考慮其內部應力、病害預防等因素，通過增強抗剪強度及使用分車道設計等方法進行設計，但仍需重視拼接縫選擇、路肩結構的評價及力學計算，綜合考慮瀝青混合料類型、等級、面層厚度等，以提高新改擴建瀝青路面的性能。