广东省佛山市一环高速公路改造路面大修方案探讨

易红晟

（上海市政工程设计研究总院集团广东有限公司，广东 佛山 528200）

0 引言

广东省佛山市一环高速公路自2006年11月通车以来，一直实施全线免费通行，这也是国内首条全线免费的高速公路。不过免费通行也让佛山市一环高速公路成为了路网中的“漩涡”或“黑洞”，吸引了周边路网大量的车流，路况日趋拥堵。根据《广东省2013年至2017年广东省高速公路联网收费“一张网”系统，对一环高速公路建设计划》，广明、广佛肇、佛江、佛清从、佛珠共计5条高速公路将与佛山一环高速公路共用，这意味佛山市一环高速公路将由免费通行转为收费，成为广东省高速公路路网的一部分，使用收费杠杆来平衡车流，缓解交通拥堵。

本文旨在通过对佛山市一环高速公路（广明高速二期佛山一环利用段）改造的契机，探讨对佛山市一环高速公路路面大修方案的设计研究工作。

1 改造段原有公路路基、路面设计、使用状况及调查

1.1 改造段原有公路路基横断面组成及使用状况

原项目主线路基、路面宽度满足改造为高速公路相应的规范[1]要求，可直接利用。辅道路基、路面宽度满足规范[2]要求，非改造路段可直接利用。原项目主线养护情况良好，公路使用状况良好。

1.2 历年养护与维修情况

（1）根据收集到的软基路段不均匀沉降病害处理资料，佛山市一环高速公路通车近10 a以来，针对不均匀沉陷路段的处治措施主要是加铺调平层或铣刨后加铺调平层，分析原因可能为：软土地基路段处理方法如排水固结堆载预压法等都需要一定的处治时间，但由于一环高速公路工期紧张，处理时间不足，2006年年底通车后，除了受面层、基层及土体自重的影响，还要受到车辆荷载重复作用的影响，使土体产生进一步的压缩变形。但随使用年限的增加，这种压缩变形越来越小直至消失，由此导致的路面病害越来越少。

（2）佛山市一环高速公路通车近10 a以来，整体运营状况良好，路面结构强度较高，部分路段存在少量病害，营运以来，全线实施预防性养护（薄层罩面）处治路段全长约 27.0 km（单幅），其中主路内环约9.9 km，外环约16.9 km。

1.3 公路区间交通量分布状况

综合考虑本项目趋势交通量、诱增交通量和转移交通量，得到本项目推荐方案交通量预测结果：广明高速二期建设改造完成后，全线平均日交通量从2018年的7.4万pcu/h增长到2037年的10.7万pcu/h，总增长率约为45%。

1.4 改造段原有路面状况及检测的主要结论

原有路面状况：原项目主线及辅道均采用沥青混凝土路面，沥青路面破损主要为横向裂缝，裂缝数量较少；车辙出现较少；局部路段桥头路基出现轻微跳车。路面PCI（路面状况指数）总体评价为良。内侧两车道和外侧两车道优良比率分别为98.5%和76.4%。

调查主要结论：根据现场调查情况显示，部分路段在近年内进行过老路加铺罩面等养护措施主线路面状况良好；辅道路面整体情况较好，部分与低等级路交叉路段路面状况较差。

2 路面结构设计

2.1 加铺厚度初拟计算

从现场病害情况以及交通量数据分析来看，本项目大部分路段尤其是重车道已经出现了疲劳破坏情况。但根据实测弯沉数据，各路段承载能力状况较好，路面结构强度指数评价为“优”，这表明弯沉指标在反映沥青路面强度方面存在着一定的局限性。

为此，本工程路面结构采用以下4种方法进行设计与验算，计算不同加铺厚度的顶面设计弯沉值和层底拉应力，找出适宜加铺厚度。

方法1：参考国内其他高速公路沥青路面改建设计经验[3]，统一将旧沥青路面上基层视为级配碎石（500 MPa），旧沥青路面其余各层的模量均被认为衰减至材料参数取值下限，重新进行路面结构设计。

方法2：按新建沥青路面设计进行，但对于旧路面各结构层在材料设计参数的取值上采用规范[4]推荐范围的下限值（考虑承受巨大交通量后材料的损伤）。

方法3：按沥青层模量衰减至规范[4]推荐值的下限值、半刚性基层模量衰减了30%后计算。

方法4：按规范[4]改建路面设计方法进行。

根据以上方案设计计算得出的各路段主路适宜加铺厚度结果见表1。

表1 各路段主路适宜加铺厚度 cm

从表1可知：（1）根据以上路面结构设计验算方案，在考虑结构强度损伤折减的基础上，宜加铺的厚度为7~11 cm；（2）由于现状路面实测弯沉值较小，若以实测弯沉值反算旧路表面的回弹模量为基础，按规范[5]改建路面的方法进行设计，目前的路面厚度仍可满足改建后交通量的设计要求，无需进行加铺补强层设计，说明方法4存在一定的局限性。

2.2 路面结构选择

老路原路面面层为AC-13，本项目从全寿命周期成本出发，上面层采用综合性能优秀的SMA-13面层。主线老路改造路面采用直接加铺薄层热沥青罩面或铣刨面层一定厚度后加铺，拟定路面补强加铺处治方案见表2。

在选择路面改造方案时，还应考虑以下因素：

（1）根据沥青路面结构设计验算，在考虑结构强度损伤折减的基础上，宜加铺的厚度为7~11 cm。

（2）渠化交通影响：制定旧路病害处治方案时，还应考虑路面改造阶段渠化交通的影响，渠化交通后，车道承载的交通压力翻倍，路面病害存在迅速破坏的过程，因此，制定方案时应考虑处治方案的前瞻性。

（3）路况检测时间与大修改造时间差的影响：通常情况下，设计普遍采用检测单位提供的检测数据，而本项目检测时间是2016年7～9月，距离实际施工还有2 a时间差，因此，制定设计方案时应考虑此时间段内路面病害的发展预期。

综上所述，从保证路面改造后使用耐久性的角度出发，总体上推荐采用方案2（直接加铺10 cm），个别路段可以结合纵断面设计、路面状况等实际情况，灵活选用方案1（直接加铺4 cm）和方案3。

3 路面加铺后路基“二次”沉降预估研究

3.1 原有软基处理方式调查及路基沉降分类

原有路基处理采用了袋装砂井、CFG桩和水泥搅拌桩进行软基处理。其中，袋装砂井处理占比为72.8%。根据对路基累计沉降量与软基处理工况以及路面损坏（裂缝出现频率、路面修补次数）之间的关联程度，对软基路段再次进行了划分，划分情况如表3所示。

其中第一类、第二类路面沉降已趋于稳定，路面大修方案以路面面层处治维修为主；第三类的路基沉降仍未稳定，在设计路面大修方案时通常需增设较厚的基层或调平层等措施，路面加铺所带来的附加荷载对原有路基存在一定扰动，需考虑加铺所带来的路基二次沉降的影响。

3.2 加铺层二次沉降影响分析

为对二次沉降的影响进行准确评价，选取了较为典型的路段进行钻孔取样，获得路基的土样资料。土层分布至上而下为：路面结构层、路基填土、砂垫层、淤泥质土、粉质粘土和全风化花岗岩。

沉降计算采用以有限元计算为主、分层总和法计算为辅的总体思路，为简化计算模型，提高计算效率，模型按平面应变问题进行数值分析，采用半对称计算模型。分别计算了10 cm、20 cm、30 cm、40 cm以及50 cm不同加铺厚度下的路基二次沉降情况见表4。

表2 方案处治信息表

表3 软土路基“二次”分类情况

表4 不同加铺厚度下路基沉降计算值 cm

由表4可知：项目改造施工对路基土体扰动后，加铺厚度在10 cm左右时，软土路基二次沉降量均在13 cm以内，部分路段加铺厚度较大（30~50 cm）时，沉降均能控制在20 cm以内，均满足高速公路允许沉降标准要求。

4 结论

（1）通过对佛山市一环高速公路改造路面方案的研究，探讨了在检测中实测弯沉数据、路面结构强度指数评价与路况调查结果相悖情况下的路面结构计算方法，指出了弯沉指标在反映沥青路面强度方面存在着一定的局限性。

（2）分析了路面加铺厚度对原有软基沉降未稳定路段的二次沉降影响，在加铺方式设计时，应充分对原有软基沉降状况进行调查分析，重视加铺对路基所带来的二次沉降影响。