G1501郊环线（东南段）节约型路面大修设计实践

何文继，孙文州

（1.上海城投公路投资（集团）有限公司，上海市200335；2.上海市市政规划设计研究院，上海市200031）

G1501郊环线（东南段）节约型路面大修设计实践

何文继1，孙文州2

（1.上海城投公路投资（集团）有限公司，上海市200335；2.上海市市政规划设计研究院，上海市200031）

结合上海G1501郊环线（东南段）大修工程，在总体投入受控的前提下，以路况调查分析结果为基础，遵循“针对性设计和全寿命设计”与“极限利用，经济节约”的原则，建立在各项路面技术状况指标的基础上，通过既有路面缺陷整治与结构维修，消除原路面病害与结构强度不足，最终通过加罩补强实现路面结构强度的整体提升，同步完善路基路面的防护与排水设计，以满足今后较长时间的使用要求。

沥青路面；大修工程；节约；维修设计

0 引言

自1988年沪嘉高速公路的建成通车实现了中国大陆高速公路零的突破以来，我国高速公路迅速发展，在2014年底，我国高速公路通车总里程达到11.2万km，超过美国居于世界第一[1]。随着高速公路网的完善，公路养护维修的关注度越来越高；大量的公路沥青路面与水泥路面接近使用寿命，出现了各种路面病害，严重影响行车的舒适性与安全性，且以前路面结构设计强度已不能满足如今重载或特重交通的荷载要求[2]。这些道路亟需进行大中修工程，以改善行车性能，满足实际荷载需求。而目前，国内在沥青路面或水泥路面的大修工程设计方案方面的研究较为欠缺，大多只是凭经验设计。因此，在经费受控而使用要求较高的情况下，系统研究与进行高速公路节约型路面大修工程，并提出合理的解决方案具有重要意义。

本文结合上海G1501郊环线（东南段）大修工程，以路况调查与综合分析为基础，针对不同路段情况提出较为经济合理的设计方案，相关设计思想可供以后的高速公路大中修工程提供参考。

1 项目背景

G1501郊环线（东南段）既是上海典型货运通道，也是上海郊区环线高速公路的重要组成部分，全长50.71 km，设计车速100 km/h。全线于2004年12月竣工通车，自2006年3月起上海施行郊环线对集卡交通弹性收费政策，集卡交通向G150集聚后，路面产生纵横向裂缝、唧浆、沉陷、龟裂、坑洞等病害，2014年检测数据表明：全线路面破损率（DR）超过0.4%的路段占总路段的90%以上，且各类损坏处于快速发展之中，沿线存在大量的恶性跳车点，服务水平极差，并严重影响行车安全。多年道路服务状况跟踪分析表明，该路段服务状况呈现快速衰变状态，原设计、施工等缺陷也逐渐暴露出来。

因此，适时进行大修，对保障道路行车的安全通畅，全面提升郊环高速公路总体服务水平具有重要意义。

2 路况调查与评价

掌握项目道路概况，对养护维修状况及道路状况进行调查分析，并对调查结果进行综合分析与评价可为工程方案设计提供可靠依据。

2.1 道路概况

（1）道路建设状况

G1501东南郊环高速分为远东段、大团段、大亭段。远东段、大团段均为半刚性基层沥青路面，标准横断面为双向六车道，两侧各一条紧急停车道（硬路肩）；大亭段为白改黑路面，标准横断面为双向四车道加两侧各一条紧急停车道（硬路肩），主线路面结构形式如图1～图3所示。

图1 远东段行车道路面结构型式

图2 大团段行车道路面结构型式

图3 大亭段行车道路面结构型式

（2）道路交通发展状况

自2004年底建成通车以来，交通量变化显著。通车初期，交通流量较少、货车比例较低，2006年3月对G1501高速上通行集卡实行弹性收费政策后，货运交通尤其是集卡比例明显增加，路面损坏加剧。至2014年，集装箱车比例已超过50%。

2.2 道路状况调查

2.2.1 路面技术状况调查

（1）破损率

路面损坏状况指数评价低于高速公路养护规定值，即评价等级为“中”及以下的路段，内圈车道占76.5%，外圈车道占86.3%。大团段路面损坏最为严重，优良率接近于0。

（2）平整度

路面平整度评价总体欠佳，评价等级为“中”及以下的路段比例较高；大亭段路面平整度总体优于远东段与大团段，大团段路面平整度最差，评价为差的路段超过全路段40%。

（3）路面结构强度

远东段、大团段路面结构强度评价为中、次、差的路段，均占有一定比例，总体而言一车道路面结构强度要优于二、三车道，三车道路面结构强度要优于二车道。

大亭段为混凝土路面“白加黑”路面结构，属刚性基层沥青路面范畴。沥青路面设计规范[3]规定：水泥混凝土路面维修处治后的路段代表弯沉要求低于20（0.01 mm），然后加铺沥青层，故本工程按路段代表弯沉20（0.01 mm）为标准评价。全线代表弯沉超过0.20 mm的路段占全线的39.8%。

（4）面层材料强度调查

对各路段进行了钻芯与试验，结果表明：面层劈裂强度随点位的不同变异性较大，就具体点位值而言95.7%点位的劈裂强度满足下面层的要求；旧混凝土面层弯拉强度标准值达到5.0 MPa，仍可满足特重交通道路适用要求。

2.2.2 道路排水状况

沿线路面排水、路肩及边缘排水状况较差，土边坡及护坡冲刷严重。

2.3 综合分析与评价

综上，由于沥青路面接近使用年限，道路排水不畅，路基强度不足，以及原设计、施工等诸多因素影响，导致道路路面结构强度、路面损坏状况和行驶舒适性均处于较差状态，各项路面技术状况指标均呈现衰退趋势。全线原路段按中等交通等级进行设计，已不能满足重交通要求。因此，需要进行路面结构补强，以满足实际交通需求。

3 承载力需求分析

根据现行设计规范[3]及交通预测结果[4]，通过对沥青路面当量轴载与弯沉计算分析可知，远东、大团路段设计年限按15年计，各路段累计标准轴次均超过2.5×107次，属特重交通等级。该两段设计年限对应的设计弯沉见表1。

表1 当量标准轴载与弯沉计算

根据现行混凝土路面设计规范[5]有关规定及交通预测结果[4]，对大亭段各路段累计当量标准轴载次数进行了计算分析，结果表明：按8年寿命计便属特重交通范畴。

4 工程设计

4.1 设计原则

本工程为通行高速公路，交通流量大，路面损坏严重，因此，在工期总体较紧且经费有限的情况下，需采取针对性强、交通影响小的技术措施进行整治。受道路建成期以及自身变异性影响，路面损坏集中与分散并存，因此，不可避免地需要对路面进行针对性集中维修及小面积损坏维修。

严格遵循“针对性设计和全寿命设计”与“极限利用，经济节约”的原则，进行路面设计，具体为：（1）采用针对性强的路面技术方案；（2）充分利用现状路面结构（极限利用），尽量减少整治工程翻挖重建量。少开挖是确保大修工程经济节约的最好诠释。（3）设计方案的选择充分考虑施工的可操作性。（4）应优先考虑选用路用性能好的材料与路面结构，同时兼顾废旧材料的资源化综合利用，确保使用寿命。

4.2 设计标准

本工程遵循上述设计原则，主要设计标准如下：（1）路面设计轴载：标准轴载BZZ-100。（2）基层翻修路段设计年限取15年，面层加罩路段设计年限取8年。（3）横断面除恢复路拱横坡及因路面标高提升相应适当调整中分带和边坡外，横断面车道划分和布置形式保持不变，沥青路面路拱横坡应恢复到2%。（4）设计车速：100 km/h；对于纵断面，以桥梁标高、作为控制点，结合路面加罩重新拉坡，主要线形标准按原设计标准取值。

4.3 路面大修设计

4.3.1 远东段、大团段路面大修方案

该两路段实际运行年限分别达到15年与12年，随着道路交通的日益增长特别是重型集型卡车的作用，路面所产生的损坏主要与道路使用年限以及面层总体较薄、路面排水不畅，难以适应特重交通道路使用要求有关。根据各路段路面技术状况评价进行路段归并，除东大立交～S2高速路段需要进行全面补强、翻修处理，并加罩三层式罩面（设计年限取值15年）外，其他路段在进行针对性局部补强后实施二层式罩面（设计年限取值8年）。在对面层进行检测与损坏调查后，根据面层顶弯沉及损坏情况，进行面层、基层甚至土路基的维修处治：

4.3.1.1 原路面沥青面层维修

对于原路面结构强度足够，即路面顶弯沉符合设计要求的路段，应根据路面具体病害类型与程度进行处置：

（1）裂缝处置：轻微裂缝采用1 m宽聚酯玻纤布跨缝进行贴补；其他较严重裂缝沿裂缝切1 m宽的槽，采用ATB-25分两层进行填补。

（2）沥青面层局部维修：采用ATB-25进行填补。

（3）路面损坏连续路段维修：采用等厚乳化沥青冷再生沥青混合料（路段长度超过40 m）或ATB-25（路段长度小于40 m）进行填补。

（4）施工过程中如发现原半刚性基层存在局部损坏的情况，根据现场施工条件采用ATB-25或水泥混凝土进行填补。

4.3.1.2 原路面基层及路基维修

对于原路面结构强度不足路段，在铣刨沥青面层后，应对基层顶面弯沉进行检测，根据基层顶弯沉检测结果，进行基层及路基的维修处治：

（1）基层结构强度足够路段：在全面检查基层损坏情况后，对存在龟裂、松散等损坏的基层进行维修，根据现场施工条件采用ATB-25或水泥混凝土对上部20 cm范围内的基层进行填补。

（2）基层结构强度不足路段：仅因上部基层损坏导致路段代表弯沉超标的情况，采用三渣基层水泥现场冷再生进行补强；对于路基状况良好，基层损坏严重的情况，采用40 cm水泥稳定碎石对原基层进行换填；对于路基较为软弱路段，在采用大粒径碎石与三渣基层铣刨料进行原路床换填后，施工40 cm水泥稳定碎石。

（3）基层及路基维修完成后，应施工改性乳化沥青同步碎石作为下封层，而后施工乳化沥青冷再生沥青混合料作为柔性下基层。

4.3.1.3 加罩补强

在原路面处治完成并达到要求后，进行新沥青面层的加罩补强。加罩后，沥青面层结构及路面结构均得以加厚，并获得良好的结构功能：一方面，将原半刚性基层结构调整为柔性或半柔性基层结构，增大了结构系数的取值，降低了对路面结构刚度要求；另一方面，整体提升路面结构强度与刚度，以更好的适应将来较长一段时间的道路使用要求。

4.3.2 大亭段路面大修方案

4.3.2.1 现状路面维修与加固补强

对原路面处治，是确保本工程质量核心，其处治方案如下：

（1）原路面沥青面层维修

纵横向裂缝维修：跨缝铣刨100 cm沥青面层，粘贴聚酯玻纤布，施工9 cm骨架密实型普通沥青ATB-25与相邻路面接顺。

连续损坏路段维修：路面存在如修补密集、板块裂缝不规则、车辙超过2.0 cm等损坏的连续路段，应将沥青面层全部铣刨后，对下部结构完好状况进行调查，如下部板块良好，在对混凝土板板缝跨缝粘贴1 m宽的聚酯玻纤布后，采用等厚ATB-25进行填补。

（2）损坏板块更换：将判定存在断板损坏混凝土板块及下部松散基层更换。

（3）板底与三渣基层底注浆加固

对代表弯沉超过0.20 mm的路段内裂缝较严重（视为脱空）的板块进行注浆处理；对代表弯沉超过0.45 mm的路段三渣基层底一并进行注浆补强，使路段代表弯沉控制在0.20 mm以内。

（4）面层加罩补强

原路面维修补强后，在行车道及部分硬路肩满铺聚酯玻纤布后，加罩双层式改性沥青面层（6 cm SBS改性沥青 AC-20C+4 cm改性沥青SMA-13）。

4.3.3 路基防护与排水设计

结合本次大修，对土路肩进行了硬化，同时在硬路肩边线处增设了路缘排水边沟、盲沟、急流槽等排水设施；在防噪屏增设排水边沟、急流槽，同步对土路肩进行了硬化；对冲刷严重的边坡进行培土，对高填方边坡进行了硬化。以使雨水快速排离路面以及土路肩，减少土路肩浸泡现象，确保路面结构处于良好的工作状态。

5 结语

本文结合G1501郊环线（东南段）大修工程，对全线的道路建设、养护维修历史、道路状况等进行了全面调查分析。在对各路段的路面破损率、平整度、车辙深度、路面结构强度等技术指标、大修后道路承载力需求、道路损坏成因等分析与历年养护维修经验的基础上，严格遵循“针对性设计和全寿命设计”与“极限利用，经济节约”的原则，进行了G1501郊环线（东南段）节约型路面大修设计与实践。

总体设计思路为：以维修、置换增强、注浆补强等技术措施为手段，消除现状路面结构强度不足路段，实现原路面结构强度的提升。在既有道路结构维修的基础上通过沥青面层加罩，一方面实现了结构型式转变，降低了结构强度需求；另一方面降低了原路面的受力状态，并最终提高了路面结构的整体强度，以满足在将来较长一段时间里的重交通使用要求。

本次大修已于2016年年底完工，施工过程中各项结构强度指标均较好的满足设计要求，工程质量总体受控。先期完工的路段，已经受1个高温，2个低温季节的考验，并已展现出良好的使用性能。据此我们有理由相信，遵照节约型路面大修设计理念，严格施工质量管控，完全可实现大修工程的经济节约与后续使用功能的良好兼顾。

[1]李蒙.粤北山区农村公路路面养护及工程经济研究[D].广州：广东工业大学,2015.

[2]顾宗伟.富砚高速公路沥青路面典型病害养护措施研究[J].公路交通科技(应用技术版),2015,7:27-29.

[3]JTG D50-2006,公路沥青路面设计规范[S].

[4]上海市市政规划设计研究院.G1501郊环线（东南段）大修工程可行性研究报告[R].上海：上海市市政规划设计研究院,2013.

[5]JTG D40-2011,公路水泥混凝土路面设计规范[S].

U418.6

B

1009-7716（2017）08-0022-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.08.007

2017-05-11

何文继（1961-），男，浙江余姚人，工程师，从事高速公路管理工作。