公路路面结构优化思路研究

路凌、李晨

（1.吉安市公路勘察设计院，江西吉安343000；2.吉安市公路建设和养护中心吉水分中心，江西吉水331600)

0 引言

公路路面结构设计属于系统性的工作，在设计环节中对路面结构指标要求非常高。如果结构指标参数不合格就会出现结构层不对接，质量下降严重的还会导致路面工程的安全性受到影响。所以在路面结构设计的阶段中，采取科学的优化技术策略是提高路面性能的关键，因此对路面结构优化思路进行分析，最终拿出有效的设计方案是本文的主要研究方向。

1 项目概况

1.1 项目简介

某高速公路是南方地区的重要交通基础设施，工程项目的总长度为74km。整个项目贯穿全省，连接多条高速公路，与国道、省道都有交叉，形成纵横交错的交通网络，对于缓解当地的交通通行压力、促进经济发展有重要的意义。

1.2 气候、水文条件

该区域属于亚热带季风湿润气候区，四季比较明显，冬季比较短，夏季时间较长，全年最高气温为43℃，最低温度为-13.3℃，全年范围内温差比较大。雨季降雨量比较大，雨量值为1324～1551mm，从平原到山区逐步递增；并且在该区域内水量比较丰富，流入到长江水系内，有比较多的分支流域。

1.3 技术标准

从工程设计方案了解到，项目结构设计进行了总体优化和改变，最终确定为双向四车道的高速公路形式，设计最高行驶速度为100km/h。路基结构宽度为26m，其中行车道的宽度尺寸为2m×2m×3.75m，硬路肩为2m×3m，中间带宽为3.0m；分离路基的宽度为13m。各个结构的设计完全按照我国的国家标准和公路行业规范进行设计，保证结构性能符合要求。

2 高速公路结构优化设计思路分析

2.1 高温稳定性

该高速公路项目运行的区域内，年最高气温超过40℃，所以夏季是非常炎热的。在这种极端的条件之下，必须要保证路面混合料达到抗变形的能力，完全满足运行的标准。同时因为该高速公路项目的路段内，交通通行量比较大，还有很多大型重载车辆进入到道路内行驶，导致公路受到的车辆载荷作用比较大。此外，有些路段是长大纵坡的路段行驶，高温、重载、纵坡长等因素的影响，导致路面结构的损坏比较严重，应用条件比较复杂，极大地影响总体应用效果。因此，在路面结构方案的优化设计环节，要综合分析高温条件下的路面抗车辙性、抗剪性必须满足要求，确保交通运行的安全性和稳定性，不会诱发严重的交通事故问题[1]。

2.2 水稳定性

高速公路沿线的区域内，年降雨量在1500mm 左右，所以其属于降雨量超过1000mm 的潮湿地带，对于当地的高速公路运行产生很大的影响。深入到现场了解高速公路的运行实际情况，发现该项目的水损害比较严重，难以达到交通运行安全性和稳定性的要求。因此，在路面结构优化设计环节，要充分地考虑到混合料的设计、原材料性能指标控制等对于水稳定性的影响，从而可以保证结构的强度性能合格，确保交通通行的安全性合格。

2.3 低温抗裂性

该高速公路项目所处地区年最低温度为-10℃以下，是冬冷区的环境条件。因此，在高速公路优化设计环节，要确保其高温稳定性达标，还要保证低温抗裂性能合格，满足低温条件下的运行需要，不会影响冬季环境的正常运行。

2.4 抗疲劳性

该高速公路项目的通行车辆数量较多，尤其是有很多的重载车辆进入到高速公路内行驶，给路面结构造成很大的损害影响，疲劳破坏的问题比较严重。因此，在进行路面优化设计方案的过程中，特别注重促进抗疲劳性能的提升。总之，在该高速公路项目设计方案确定环节，要综合分析重载车辆作用之下的车辙损坏、早期水损害等问题，实现结构的优化设计，保证混合料满足运行要求，切实提升高速公路的质量；尤其是特殊路段的处理，要完全符合工程的要求，从而可以达到减少早期病害、提升耐久性、延长使用寿命的标准要求[2]。

3 沥青结构层的优化分析

在优化设计环节，根据高速公路的运行条件和情况，采取必要的沥青结构层的优化改进设计，完全满足沥青路面的运行要求。

3.1 沥青上面层优化

结合当前的高速公路车辆通行的实际情况，对于未来交通通行量进行合理性预测。如果建设初期并未有较大的通行量，路面荷载影响的主要结构是中面层，所以从功能、经济等角度展开分析，优化设计环节，确定上面层结构制作为厚度4cm 的AC-13C，应用的沥青材料是SBS 改性沥青，可以降低项目运行成本，满足交通运行的标准要求。AC-13C 应用的是硬度高、耐磨性好的集料，比较常见的是玄武岩、辉绿岩等材料，保证路面结构的抗滑性、耐磨性符合要求。通过计算对比分析，应用辉绿岩材料的上面层的成本要比玄武岩低，且因为当地的夏季环境温度高、降雨量大，最终确定上面层结构应用AC-13C 型沥青混凝土，这样可以完全达到上面层的运行标准，保证抗滑、耐磨性满足交通运行标准。

3.2 沥青中、下面层优化

在该高速公路项目的原设计方案中，中、下面层分别是6cm 厚度的AC-20C、8cm 厚度的AC-25C，在中面层的下部主要是在该路面结构的高剪力受力范围内。

如果环境温度相对较高，且重载车辆比较多，就必须要确保中面层的结构达到高温稳定性的标准。所以在进行施工中，选择应用高温稳定性良好的沥青混合料的材料，最终选择应用SBS 改性沥青材料，以达到中面层的运行性能要求。对于下面层的结构来说，主要的作用是承载，同时达到黏结的效果，保证其抗疲劳性能与抗水害的效果，所以该项目应用50#A级道路石油沥青制作而成。在优化设计阶段，将原中面层设计方案调整为6cm 的Sup-20 材料胶结材料，应用的是改性沥青材料，确保材料的性能达到规定技术标准；下面结构优化设计之后调整为8cm 的Sup 材料，应用的是50#道路石油沥青材料，结构性能符合标准要求[3]。

3.3 水稳基层优化

高速公路原结构设计方案中，因为使用的水泥比例比较大，结构极易发生裂缝的问题，严重影响运行的质量和效果，尤其是1cm 厚度的石油沥青结构表面出现抗反射裂缝层的情况。因此，在优化设计方案的环节，水稳定基层的设计极为重要，降低水泥材料的使用比例，可以防止发生水稳裂缝的问题，通过多种方式可以有效地延缓沥青路面发生反射裂缝的时间。水稳基层或者裂缝端部的位置上容易发生结构性能下降的情况，保障防水黏结层的性能合格。通过采取措施进行铺装层结构的抗拉性能、抗剪性能的应用。通过利用改善结构层性质的效果，完全达到运行的标准，不会出现反射裂缝的病害问题。

4 高速公路路面优化设计的对比分析

4.1 技术分析

传统的高速公路设计方案中，应用的是AC 型沥青混合料的结构，为悬浮密实型连续级配的形式，高温稳定性效果良好。及时进行级配参数的调整，但也无法消除设计的问题，依然会导致结构发生质量问题。而传统马歇尔试验方式应用击实成型试件，并不能准确地了解压路机的碾压施工效果，极易造成试件的油石比超出实际路面结构的0.3%～0.5%。在该结构的优化设计环节，设计人员应用Super pave 技术进行路面性能的检测。从实际应用效果方面展开分析，发现该技术确定的沥青混合料路面的均匀性、密实度满足要求，高温稳定性完全达到工程的运行标准，抗水害效果良好，其他的性能指标也要高于传统AC 混合料，保证结构的性能达标，高温抗车辙效果良好[4]。

4.2 路面基本建设费用分析

在结构优化设计之后，较之原设计方案来说，路面的综合性能得到根本性的提升，使用寿命也比较长。而且应用清单报价方式计算分析，发现主线结构的施工资金较之原路面结构节约2219 万元左右，经济效益提升较为明显。

4.3 使用效果分析

当前我国的高速高速公路的沥青路面施工技术研究中，主要的目的就是延长使用寿命，防止发生早期损害的问题，符合全寿命设计理念的需要。从本文分析结论可以发现，该高速公路项目的结构优化可以消除原路面结构设计的不足，在切实提升运行质量的基础条件之下，达到耐久、节约、环保型效果，完全达到高速公路的运行要求[5]。

5 结语

综上所述，针对高速公路进行优化设计，重要的目的就是保障其运行性能满足要求，并且降低项目建设成本。本次高速公路项目优化设计之后，成本节约2200 余万元，成本降低较为明显。因此，在高速公路路面结构优化设计之后，不仅可以提高路面结构性能，延长使用寿命，同时还能够降低成本，产生较高的经济效益与社会效益，实现综合性能的提升，对于促进交通事业发展、经济与社会进步有重要价值。