高速公路大中修工程设计应注意的几个问题.doc

高速公路大中修工程设计应注意的几个问题
    高速公路使用一定的年限后，由于受到各种自然和人为因素的综合作用会产生不同程度的破坏，当破坏达到一定的程度后，必须进行大、中修，以保证高速公路的正常使用。
1高速公路路面较早破坏的原因
1.1 设计因素
1.1.1强基薄面理论在设计中的应用的结果
    强基薄面理论在设计中的应用，造成的路面强度低,使路面出现龟裂、网裂、沉陷病害。沥青路面形成此类病害的主要原因是：(1)沥青面层厚度偏薄。如石太高速公路原沥青面层厚度为12cm，而路面实际承受的交通荷载为2万多辆/日，且超载严重。(2)沥青混合料质量标准低。按照1986年规范，下面层采用的是粗粒式沥青碎石、国产沥青材料，抗疲劳开裂能力差。(3)沥青面层透水，使面层、基层松散破坏。(4)超重车辆荷载作用，加速了路面破坏。
1.1.2沥青混合料配合比设计不合理
    由于采用设计思路的不同，一些路段设计偏于保守，致使沥青用量较多。沥青混合料的设计配合比不合理，混合料不能均匀分布，摊铺压实不均匀，这样沥青路面在车辆荷载的重复作用下，就很容易在主车道上产生纵向车辙，不均匀密实而造成桥面的不平整，严重影响车辆的行驶效果。
1.1.3桥面铺装层厚度设计不合理
    在高速公路的桥面上，一般是铺筑两层沥青混凝土面层，其中、上面层应与高速公路路面的中、上面层厚度相同，但由于设计的原因，使桥面的两层沥青混凝土与高速公路路面结构的两层沥青混凝土厚度不相同，虽然设计上没有问题，但在施工中容易产生误差，容易影响路面的平整度。再者，设计时有的桥面沥青面层铺装宽度与路面的铺装宽度不同，这样在高速公路施工中施工机械不易操作，而影响路面的平整度。由于不平整，在车辆荷载作用下，桥面和与桥面相连的路面很容易产生破坏。
1.1.4小桥涵结构单板受力(设计不合理)
    高速公路中的一些小桥涵结构一般是采用先简支后连续的桥面结构。这种结构在梁桥形成整体时靠的是桥涵结构横向联接和桥涵面混凝土铺装。由于桥涵面的桥面铺装层相对比较薄弱，一般厚度为8～10cm，并且根据设计进行了钢筋网的布置。但是，仅靠相对薄弱的横向联接和较薄的铺装层，相对于整个小桥涵结构而言是比较薄弱的；从受力角度来讲，能满足车辆荷载的作用，而从实际应用角度出发，则相对薄弱，车辆荷载的重复作用，使桥面结构整体破坏，形成单板受力。
1.2路基不均匀沉降
1.2.1路基强度低、稳定性差
    从早期建设的高速公路使用情况来看，特殊路基段和高填方路基段，是高速公路进行维修的一个重要路段。由于路基高填方与挖方不同使路基产生不均匀沉降，使路面结构产生不同程度的下沉，造成路面的不平整。如石太高速公路河北段，由于高填方造成的不均匀沉降达50～60cm，影响行车质量并造成路面的破坏；石-安高速公路邯郸特殊土质路基路段，软弱地基造成路基不均匀沉降，造成路面明显出现30～50cm的下陷，影响行车质量并逐渐加快路面的破坏。
1.2.2桥头跳车
    由于路基填筑土的不均匀沉降和路基施工质量原因，桥头与路基下沉不同，致使桥头标高与相连接的路面标高不同，造成桥头跳车，使桥面和与桥面相连的路面结构破坏。虽然桥头搭板都进行特殊的设计和处理，但由于此处的施工工作面太小，难于达到施工的质量要求。
1.3 车辆超载运输
    由于公路设计所采用的标准为公路-I级汽车荷载(2003年前建设的高速公路为汽超20，挂-120)，其有一定的轴载要求破坏次数的限制，也即设计使用寿命。超载车辆的通过一次相当数倍甚至数十百倍于标准车辆的通过次数，甚至有限几次超载就可能造成路面破坏。在治理超限时，查到的车辆重量高达上百吨，甚至达到130～140t,相当于一个重量级火车车皮的载重量。在保津高速公路，刚建成通车不到一年，南半幅出现严重的车辙，而北半幅则还看不到车辙；宣大高速公路，也是刚通车使用不久，就出现严重的车辙，这种现象就是超限运输的超载车辆行驶造成的。在河北省已建成的各条高速公路的使用调查中，造成路面破坏的主要原因是车辆超载，超载车辆是高速公路路面产生车辙、造成路面破坏的一个重要因素。
    高速公路路面产生破坏及早进行维修的原因是很复杂的，不同的路段产生的原因不同，但往往表现为以上几种原因综合作用的结果。因此在高速公路大、中修设计中，应根据具体的现场情况，认真找出其产生的原因，确定解决问题的对策，才能做好高速公路大、中修工作。
2  高速公路大、中修设计方案
    根据路面产生破损的不同情况，可采取不同的技术措施分别进行处理。在设计维修方案时应利用进口路面自动弯沉检测车、雷达瑞雷波等先进手段进行检测，同时结合钻孔取样检测、收集调查分析历年路面有关养护资料和路面破损现场调查等工作，明确沥青路面的病害类型、严重程度及破坏原因。根据不同的路段情况，有针对性地确定不同的路面大修方案。
2.1补强罩面
    对沥青路面病害较轻仅有少量车辙及少量裂缝的路段可采用补强罩面的方法。一般可在路面全宽范围内直接加铺一定厚度的沥青面层。
2.2翻修沥青面层、整修基层
    对于路面破坏较严重且基层强度不足或路面基层强度不足而造成路面面层严重破坏的路段，应先翻修行车道和超车道的沥青路面面层，整修破损的基层、利用完好的基层，再加铺一定设计厚度的新沥青面层（一般情况下根据我国的设计情况可采用15～20cm）。对于硬路肩较好的，尽可能利用。设计时，一般先铣刨一定厚度的旧面层，再加铺与行车道厚度相同的新沥青面层。
2.3加铺整平层，新铺沥青路面
    对于因软基或桥头位置而造成路面局部严重下沉的特殊路段，应挖除路面面层，加铺一定厚度的整平层，再新铺沥青结构层。如果是局部破损，可不必铣刨，可用沥青路面的底面层料铺筑整平层。
2.4新建沥青路面
    对于因局部基层潮湿而造成路面大面积破损的路段，可全部挖除旧路面，按挖方路基潮湿段重新进行路面设计。
3  高速公路大、中修设计应考虑的几个主要问题
3.1路面补强设计
    对于路面强度不足而造成的破损，可采用路面补强设计的方法，即通过增铺一层路面结构层提高路面的强度，并同时改善路面平整度，达到提高行车质量的目的。实施时应在高速公路现场进行弯沉试验和取样，根据路面的现有强度进行补强设计，确定路面需补强的厚度。
    如石太高速公路，路段桩号为K332+000～K335+000段，长度为3km。该段沥青路面病害较轻，仅有3400m2的车辙需要铣刨，及少量的裂缝需要灌注；基层则完好无破坏。该路段平均代表弯沉值为23.4(0.01mm)。经APDS软件验算，该路段加铺12cm面层可满足强度要求。采用两层式：表面层5cm中粒式 AC-16-I +下面层7cm 粗粒式AC-25-I。表、下两层面层均采用SBS改性沥青。
    为加强路面结构层间的粘结并提高防水及封水效果，加铺新沥青面层前，对旧路面表面进行拉毛铣刨，洒布SBR改性乳化沥青粘层油。新加铺的沥青面层表、下面层之间也洒布SBR改性乳化沥青粘层油。
3.2增加整平层提高路面的平整度
    由于局部路基沉降较大而出现局部坑槽严重的路面，可先进行整平，再铺筑路面结构层。此种方法应以纵断面设计为主，路面结构的强度一般能够得到保证。
    如石太高速公路K335+000～K378+120.86(挖方潮湿段1.631km除外)路段。翻修沥青面层(行车道与超车道)长度合计为41.49km。翻修已破损的基层为：行车道合计9.09km(宽3.5m)，超车道合计4.17km(宽3.5m)。整平沉陷基层合计约2km。其具体设计可采用：(1)全部挖除行车道与超车道旧沥青面层；(2)新加铺15cm面层。采用表面层4cm中粒式 AC-16-I + 中面层5cm中粒式AC-20-I + 下面层6cm 粗粒式AC-25-I三层式结构。表、中面层均采用SBS改性沥青，下面层采用进口沥青AH-70号。(3)为加强路面结构层间的粘结并提高防水及封水效果，全路面(包括硬路肩)表面层与中面层间设置SBS改性沥青防水封层；中面层与下面层间洒布SBR改性乳化沥青粘层油；在利用基层和整修基层的顶面喷洒透层油和SBR改性乳化沥青粘层油。(4)整修破损的基层主要采取翻修和整平技术。
3.3路面标高控制与路面铺装厚度问题
    在高速公路的大修设计中，路面的标高和厚度是两个重要的指标。其关系到大、中修工程的工程质量和工程造价。由于经过几年的使用，高速公路路面难免出现不平整，在纵坡设计时很难达到相一致的厚度，纵断面线形拟合程度一般较困难，因此，在大、中修设计时，应考虑满足补强路面厚度的要求，适当考虑路面的标高。或者说，应当控制路面的实际厚度和平整度，宏观地控制路面的标高。这样做达到效果可能是最好的。
3.4与桥涵的衔接及路线顺接
    对小桥涵，应与路面大、中修设计表层厚度相一致。铺装层厚度随路面标高一起加铺一定厚度，但不能太厚，以免影响小桥涵的使用质量。
    对大中桥，铺装层厚度应保持不变。以桥头伸缩缝作衔接点，桥头伸缩缝的高程作为控制标高，按纵向坡度差≤2‰进行适顺，并视具体情况向下铣刨沥青层，做相应的SBS改性沥青防水封层或洒布SBR改性乳化沥青粘层油。
    路线顺接，在补强罩面段、翻修沥青面层段及现有路面段之间的衔接部位，按纵向坡度差≤2‰进行适顺，并视具体情况向下铣刨沥青层，做相应的SBS改性沥青防水封层或洒布SBR改性乳化沥青粘层油。 
4 结束语
    高速公路的大、中修工程涉及面较广，在保证交通网较顺畅通行的情况下，合理解决因大中修工程而造成的车辆交通问题，定位好工程质量与大修投资的关系，针对不同的路段和不同路况，分段采取补强罩面、翻修整平、新建公路面层的方法，采取不同的技术措施，保证大、中修工程建设质量。