高速公路改扩建沥青路面拼接施工技术分析

早期建设的高速公路大多为双向四车道，难以满足现代交通量的增长和社会经济发展的需求。为解决上述问题，通常采用两种途径，一是新建高速公路，二是对原高速公路进行扩容升级改造。由于新建高速公路项目投资巨大，经济效益有待检验，因此现阶段我国高速公路多采用新、老路拼接的技术手段，缓解道路基础设施落后的问题。

路面拼接形式

高速公路路面拼接指新老路面各面层、基层、底基层等沿道路纵向衔接，使道路横断面、纵断面消除新老路面标高差异，通过在拼接部位采用合理的处置措施及施工工艺，使新老路面各层结构在拼接处具有足够的强度，进而在几何形态及整体结构强度上形成一个整体。现阶段常用拼接形式有以下三种形式：

新旧路面连接处以坡度90°进行拼接。当新老路面采用垂直方式拼接时，接缝处应力集中现象较为严重，集中分布在面层和基层，但下基层和底基层几乎没有承担应力作用。道路投入使用后，新旧路面拼接处易产生错台等病害，降低路面使用性能。

新旧路面连接处以一定坡度（45°至75°）拼接。新旧路面采用一定坡度拼接时，沿垂直向下应力在接缝处左右分布较为均匀，且应力分布面积较以垂直拼接方式大，应力峰值减小，但在交通荷载作用下仍会产生轻微错台等病害，减少路面使用寿命。

新旧路面连接处以台阶错缝进行拼接。当以台阶错缝形式拼接时，路面垂直方向应力分散范围更广，应力峰值减小，基层和底基层承担一定荷载，且投入使用后路面接缝处黏结良好，未出现重大病害，大大提高路面结构整体强度。

工程实例

工程概况

某高速公路始建于2003年，双向四车道，设计时速120km，路基宽度为26m，年平均交通增长量均大于10%。为提升道路通行能力，经多方科学论证决定对该高速公路进行改扩建工程。新旧路面结构形式如表1所示。

基于《公路技术状况评定标准》（JTG H20-2015）对旧有路面进行路面使用性能评价，其结果如表2所示。

由表2可知，路面损坏状况指数较差，其中路面出现大面裂缝、车辙、麻面等病害，需对面层铣刨、重新铺筑，但路面结构强度仍处于优良状态，故可保留一部分原有基层，节约施工成本。针对旧有路面病害处置方案如表3所示。

施工工艺

旧有路面面层铣刨。铣刨时应充分利用原路面结构材料以节约施工成本，各层结构按照设计要求形成台阶错缝，为保证其压实度，搭接宽度宜小于两米。铣刨过程中应注意以下问题：分层铣刨原路面各层结构以充分利用旧有路面材料；为减少对路面使用性能影响，施工过程中应做好防水措施避免施工用水渗入原路面结构。

基层拼接施工。拼接尺寸与标高是基层拼接时的两个控制要点。基层厚度超过20cm时宜采用两层拼接铺筑。上下基层标高根据一侧的拼接台顶部与另一侧硬路肩边缘的高度确定。当加宽路基基层厚度小于40cm时，若原路面基层厚度大于25cm时，加宽路段基层应按平均厚度分两层施工，若原路面基层厚度在20cm左右，上面层按照20cm施工，下基层厚度为加宽段基层总厚度减去上基层厚度；若原路面基层厚度大于22cm小于25cm，基层厚度平均分为上下两层铺筑，为保证基层施工厚度，台阶处宽度应大于25cm。对基层进行土工格栅修筑后再喷洒一层粘层油即可。

中下面层施工。为保证下面层宽度及标高与设置一致，加宽路面下面层为路面设计宽度减去下面层所占之差，外侧加宽段下面层上部标高为硬路肩边部标高与加宽段上、中面层的厚度和之差。施工时采用两台摊铺机前后间隔3m至5m联合摊铺，一台摊铺机外侧沿纵向钢丝控制方向进行摊铺，钢丝布置的基准面以设计高程为准，内测采用横坡仪限制，另一台摊铺机摊铺时两侧均采用纵坡仪限制，内测为下面层顶部标高的基准面。中面层施工同上。

上面层施工。上面层摊铺宽度即为路面设计宽度，采用三台摊铺机前后间隔3m至5m呈梯形先后摊铺。对于超车道标高调整及病害维修等特殊路面务必在上面层施工前全部结束，确保拓宽路段与原路面形成一个连续平整的基准面。

接缝处理。为保证接缝处平整密实，需提前在接缝内侧涂抹乳化沥青粘层油，防止接缝处沥青混凝土出现粒料剥落现象。碾压时应距离接缝处35cm至50cm处由外之内机械压实，避免沥青层产生推移破坏。

表1 新旧路面结构表

表2 旧有路面使用性能评价

最佳台阶宽度

基于《沥青混凝土路面养护技术规范》有关规定，新旧路面拼接宜采用搭接形式，搭接宽度宜大于0.3m，为分析不同搭接宽度下路面力学响应，本文铺筑1km试验段，根据新旧路面结构建立有限元模型计算分析。

表3 旧有路面病害处置方案

拉应力分析。不同搭接宽度下中面层所承受的最大拉应力，路面设置搭接宽度后最大拉应力较不设搭接宽度大幅减小，随着搭接宽度增大，中面层最大拉应力出现小幅增长现象。不设搭接宽度中面层最大拉应力约为设搭接宽度的2倍，搭接宽度为300cm时最大拉应力较搭接宽度为30cm时仅增长15%。这是因为不设搭接宽度会导致在接缝位置出现应力集中现象，随着搭接宽度的增加，应力集中现象有所缓解。

剪应力分析。不同搭接宽度下中面层所承受的最大剪应力。路面设置搭接宽度后，中面层所受最大剪应力较不设搭接宽度路面显著减小，最大剪应力随着搭接宽度的增大而不断减小。搭接宽度为0.3m、1.2m、3.0m时中面层最大剪应力值较搭接宽度为0cm时分别减少了9.7%、17%、18.1%。这是因为设置搭接宽度后有效减少应力集中显现，路面基层承担了较高水平的剪应力，且随搭接宽度增大，应力分布更加均匀。搭接宽度的增大对改善路面的应力状态的贡献不突出。