高速公路改扩建必要性及评价指标分析

李 成

(中铁十三局集团有限公司，辽宁大连 116083)

0 引言

近些年来随着经济的飞速发展，大型车辆的载重量和数量都不断增加，公路交通量和交通荷载也在不断增加，原有的设计通行能力与日益增长的交通需求之间的差距越来越大，高峰时段的服务水平已明显降低，高速公路堵车现象时有发生，道路服务水平明显下降，极大地影响了道路交通，导致运输成本提高，一定程度上阻碍了区域经济的增长。因此对早期建成的诸多高速公路急需进行大修或者改扩建来改善现状。但是进行高速公路的改扩建工程投资比较大、建设时间长并且建成后难以更改，因此，在设计施工前对高速公路原有路基、路面工作状态和结构性能的分析与评价已经成为不可或缺的研究工作，通过全面的分析与评价，为高速公路改扩建工程提供有关初步设计和施工图设计的详细技术指导。

1 高速公路改扩建必要性分析

就我国目前的情况来说，高速公路改扩建是非常有必要的，其原因有如下几点。

1.1 交通量的迅猛增长

由于交通量的迅猛增长，尤其位于东部沿海经济较为繁荣地区的主干高速公路，所承载的实际运输量已远超过建设初期的设计通行能力，带来一系列的交通阻塞、交通事故，很多高速公路对现有的运输量已经不堪重负，因此通过对原有道路进行拓宽扩建来提高其服务水平和通行能力，从而满足交通量的迅猛增长的需求已成为必然。

1.2 旧的高速公路使用性能逐渐降低

车辆载荷和环境因素的持续反复作用会导致高速公路的使用性能逐渐降低，从而增加车辆的运输成本投入，包括配件消耗、燃油浪费、行驶时间延长等带来的费用消耗，导致交通事故逐年增多、道路损坏严重、运输效率降低，通过对高速公路进行改扩建可以显著提高其使用性能，这对降低维护和使用费用都有很大的帮助［1］。

1.3 促进经济的发展

高速公路网作为国防和经济基础设施中举足轻重的骨干因素，其地位是毋庸置疑的。通过在一定区域内构建一个快速高效的交通网络体系，可以强有力的推动和促进区域产业多元化和经济一体化的发展，通过改善地区间道路交通条件，可以缩短空间距离，刺激地区城市间客货运输发展，加强人员与物资交流，从而带动经济、科技和文化的迅速发展。

1.4 减少“发展瓶颈”的出现

由于经济发展与交通运输业繁复的交互循环与推动促进，一些主干高速公路的局部路段建成几年后交通量就已经饱和，这些地位突出、运营10年以上的高速公路，初期的设计通行能力已不能承受现在交通、经济及社会发展所带来的庞大交通量，中东部地区重要的交通运输走廊繁忙拥挤现象严重。因此在保持适度新建工程的规模及速度的同时，我国的高速公路建设还必须大力扩容路网，循序渐进的加快改扩建工程的速度和规模，减少“发展瓶颈”的出现。

1.5 地方规划的需要

从地方规划的需要、发挥通道资源优势考虑，进行高速公路改扩建是首先要做的事，可以为后期的适应地方规划和开发旅游资源及推动旅游事业发展工作创造必要的交通条件。

2 高速公路路面使用性能单项评价指标分析

我国高速公路路面类型有沥青混凝土路面和水泥路面两大类，其中前者属于柔性路面而后者为刚性路面，路面景观如图1所示。

对于柔性路面，一般选取路面状况指数PCI、路面车辙深度指数(Pavement Rut Depth Index，PRDI)、路面抗滑性能指数(Skidding Resistance Index，SRI)、行驶舒适性指数(Riding Quality Indes，RQI)等作为路面使用性能评价指标;对于刚性路面，一般选取路面抗滑性能指数SRI、路面状况指数PCI、行驶舒适性指数RQI等作为路面使用性能评价指标［2］。

2.1 路面损坏状况指数

在车辆载荷和自然因素作用下路面结构变形损坏的程度可以用路面损坏状况指数(PCI)来量化表达。作为反映路面损坏状况的最佳指数，路面损坏状况指数(PCI)能够比较真实全面的反映路面的服务水平，一般以路面综合破损率DR来作为调查指标。

高速公路的路面损坏见图2。

图1 高速公路路面景观图

图2 高速公路路面结构损坏病害图

根据路面结构损坏程度的不同，一般将路面质量分为五个等级，即优、良、中、次、差，评价标准［3］见表 1。

2.2 路面车辙深度指数

由于高速公路的车流量大、车辆轴载重、行车速度快、渠化现象重，导致车辙成为主要的路面病害之一(见图3)。车辙严重时不仅影响行驶舒适性，使得车辆在行驶过程中出现颠簸，而且车辙产生的“沟槽效应”将大大降低行车安全性。严重时将在雨季和冬季造成路面雨水汇集或者结冰，降低行驶车辆的制动能力和操作稳定性，使得交通事故的发生概率大幅提高。

表1 高速公路路面破损形式分类统计表

图3 高速公路路面车辙病害图

沥青路面的车辙类型主要有结构性、流动性、压密性和磨损性车辙。常见的车辙评价指标有车辙深度(RD)、动稳定度指标(Ds)和相对变形率指标(δ)，其中最常用的为车辙深度(RD)。

从行驶舒适性和安全性出发，一般路面使用性能调查指标为车辙深度(RD)，而将反映车辙深度的车辙深度指数(RDI)作为路面使用性能的评价指标之一。高速公路路面车辙评价指标的评价标准［3］分为五个等级，如表2所示。

表2 沥青路面车辙情况评价标准

2.3 路面抗滑性能指数

路面的抗滑性能是指行驶在道路上的车辆，其轮胎在受到制动时能够抵抗沿路表面滑移的能力。行驶速度高时，路面抗滑性能差会使汽车在制动时难以控制从而导致事故。

影响路面抗滑性能的主要因素有车辆的行驶速度、路面的潮湿程度、表面材料及施工设计特征［4］。如果轮胎与路面之间的抗滑力很小，尤其是在雨雪雾天或者人为因素导致的路面潮湿状态下，极易发生轮胎对路面摩擦力降低导致的侧滑，产生车辆滑溜事故。另外车辆在紧急转向或制动时，路面抗滑能力低下更易导致滑溜，增大事故发生率。

提高路面抗滑能力措施图见图4。

图4 提高路面抗滑能力措施图

通常由路况、行驶速度和测定方法等因素来确定路面的最低抗滑性能。一般可选取抗滑能力指数SRI或路面横向力系数SFC作为评价指标［5］。

评价标准分为五个等级［3］，见表3。

表3 沥青路面抗滑性能指标评价标准

2.4 行驶舒适性指数

行驶舒适性指数是路面使用性能的最佳评价指标，可以直接反映路面的服务水平和驾乘者的主观感受。由于路面平整度不仅影响驾乘者的行驶舒适程度，而且对行车安全性、油耗、机械损耗以及速度等也有影响，因此行驶舒适性指数是以路面国际平整度(IRI)为基础求得的。常用的断面类路面平整度检测设备多数是以标准车速(80 km/h)行驶来进行路面平整度检测，可以满足高等级公路快速、大规模的检测要求，直接得到国际平整度指数(IRI)。

高速公路路面平整度优劣对比图见图5。

图5 高速公路路面平整度优劣对比图

路面行驶舒适性分为五个等级［3］，评价标准见表4。

表4 高速公路路面行驶舒适性评价标准

3 高速公路路面使用性能单项评价指标分析

路基需要承受自重、路面结构荷载，以及由路面向下传递的行车荷载，并且依照线路位置和一定技术要求修建的带状构造物，同时，是整个道路结构的基础［6］。

在车辆荷载和自然环境等因素的协同磨损作用下，路基结构会遭到不同程度的破坏，使用性能逐渐降低最终导致不能满足要求。路基的使用性能主要有结构性和功能性，路基结构性指结构完好状况，也可用路基的损坏程度来反映;功能性指路面基础所能为驾乘者提供的行驶满意程度，主要有路基的强度及稳定性、排水功能、边坡和挡墙稳定性等［7］。

路基施工图见图6。

图6 高速公路路基施工图

3.1 弯沉

弯沉值能够量化表明路基路面承载力并且可以反映其结构强度。路面强度一般经弯沉检测，实测弯沉值均应大幅度的高于设计弯沉值，而当路面结构强度系数为中等以下时，常采取大修补强或进行改扩建来提高其承载能力。

3.2 路肩缺损度及清洁性

路肩不仅需要保证路基路面的整体稳定性、及时排水保证路面干燥，在出现交通事故时还要确保临时停车所需两侧最小宽度作为救援车辆的紧急通道(见图7)。

路肩的主要作用是针对路面的，可以稳定各层次的结构、侧向支撑基层、垫层和排除积水，其优劣直接影响行车的安全畅通和路基、路面的强度、稳定性［8］。

路肩整体性能的好坏可由其破损和清洁度来反映，通常用缺损度和清洁性作为其评价指标。

3.3 边坡缺损度

边坡主要用来保证路基免受冲刷从而保持必须的稳定性、在一定程度上减少病害的产生，另外还可避免因降雨、洪涝等造成的水土流失，同时因植草护坡的原因还可以改善景观效果、保护生态平衡(见图8)。当边坡出现轻微破损如冲沟、缺口时，边坡破损处会因为雨雪水的进入而侵蚀土层导致损坏更加严重;当边坡破损严重时，路基土的强度、回弹模量和稳定性会因为雨雪水的浸入而急剧降低。所以，一般选择缺损度作为路肩服务现状的评价指标。

图7 高速公路路肩图

图8 高速公路边坡示意图

3.4 排水设施的排水性能及缺损度

排水设施的主要功能是保证路基路面常年处于干燥状态，主要是及时排除路基路面范围内的雨雪水和人为造成的积水，提高行驶过程中的安全性(如图9所示)。如果排水设施排水不通畅或被堵塞，排水不及时将会降低路基路面的稳定性，因此可以真实反馈其整体性能的缺损度和排水性，这两项因素可以作为评价指标。

3.5 挡土墙

挡土墙主要是用来保证道路两侧土体的稳定，防止路基填土或山坡坍塌而承受土体侧压力的墙体构造物(见图10)。当其破损严重时，极易导致挡土墙倾斜、坍塌、失稳甚至山体滑坡，严重威胁驾乘者的行车安全。因此一般采用可以反映挡土墙整体性能好坏的缺损度作为其评价指标。

4 结语

从低碳、环保、经济的可持续发展角度出发，总结国内外有关高速公路运营评价和高速公路养护评价的经验，结合高速公路建设工程特性，本文提出了适合于我国高速公路改扩建工程既有路基路面的综合评价指标。

图9 高速公路排水设施图

图10 高速公路挡土墙

由于本人水平有限，以及相关资料的搜索难度较大，对高速公路改扩建工程既有路基路面现状的综合评价研究仍有许多不足。指标体系的建立仅仅是从整体线路出发，并没有将服务区、收费站、互通及涵构造物等纳入评价范围之内，这还需要优化和增加。

［1］高艳玲，黄子航，杨培培.我国高速公路改扩建的必要性分析［J］.交通标准化，2009，22(209):80-82.

［2］陆 建，张国强，项乔君.高等级公路综合养护评价与预测技术［M］.北京:科学出版社，2010.

［3］JTG 037.2-2001，公路沥青路面养护技术规范［S］.

［4］姚 慧.新疆地区沥青路面使用性能评价方法研究［D］.西安:长安大学，2010.

［5］辛红升.高速公路路面使用性能评价、预测及养护决策的研究［D］.西安:长安大学，2008.

［6］李章峰.磷石膏改良土用作路基及基层填料的试验研究［D］.成都:西南交通大学，2007.

［7］刘丰军.高等级公路路基养护评价模型研究［D］.南京:东南大学，2006.

［8］刘丰军，陆 键，张国强.高速公路路基养护评价方法研究［J］.公路交通科技，2006，23(5):39-42.