某山区高速公路路面结构方案比选分析

廖岳高 周群

作者简介：廖岳高（1987—），工程师，主要从事道路与桥梁工程设计工作。

文章以某山区高速公路路面结构方案设计为研究对象，从项目交通量及交通组成分析入手，对路面类型、面层及基层方案设计进行了详细的对比分析，比选出适合该项目的最佳路面结构方案，应用效果良好，可为同类项目提供借鉴。

高速公路；交通量；路面类型；结构方案；方案比选

U416.22A090322

0 引言

为加快地方经济的快速发展，国家对基建投资的力度不断加大，高速公路如雨后春笋般逐年递增。然而，快节奏的高速公路建设也导致部分已建高速公路路面出现裂缝、坑槽、车辙等病害［1-4］。

综合分析发现，除了施工、超载等原因外，导致路面发生病害的另一重要原因是在路面结构方案设计时对其交通量、路面结构等方面分析不到位，整个路面方案设计存在欠缺。因此，在设计路面结构方案时，应进行多方案的比选分析，综合对比后才能选出适合项目的最优路面结构方案［5-7］。

本文在以往路面结构方案研究的基础上，以广西北部某山区高速公路为研究对象，从交通量及交通组成入手，对其路面类型、面层结构、基层结构进行方案的比选分析，综合对比选取出最优路面结构方案，以期为同类型高速公路路面结构设计提供参考与借鉴。

1 背景工程简介

背景工程为广西某山区设计中的一条高速公路，按时速100 km四车道进行设计，全线长度共计45.0 km。

路基宽25.5 m，其整体式路基断面组成如图1所示。下文将从项目交通量及交通组成分析入手，对其路面结构方案进行详细的方案比选分析。

2 交通量及交通组成分析

一般而言，项目交通量及交通组成是路面结构方案设计的基本依据。因此，在对路面结构方案进行比选分析之前，应对其项目交通量及交通组成进行详细分析，为下文路面结构方案设计提供原始依据。

本项目方案与工可对比道路及立交功能未发生变化，本次设计交通量预测数据沿用工可报告修编稿中的预测数据。项目预计建成年为2025年，交通量预测特征年为2025年、2026年、2031年、2036年和2044年，项目各路段预测交通量如表1所示。

预测至2044年，项目路段平均交通量为31 352 pcu/d，其交通组成如表2所示。

由表2分析可知，项目建成年客货占比情况约为58.99%∶41.01%，预测末年为59.84%∶40.16%，未来随着经济水平和居民出行需求质量的不断提高，汽车需求将发生改变，由公用朝着私用方向逐渐发生变化，车型结构也朝着两个方向分化。由于私家车越来越多，未来主导车型应为持续增长的小汽车，而客车将有所下降；考虑运输经济性和方便性、快捷性，货车将逐渐向大型货车发展；整体上通道内车型构成以客车为主。

此外，由表2分析可知，未来客车占比＞66%，其中基本以小客车为主，＞50%，而重型大货车占比仅6%左右，且逐年减少，因此基本可确定该路面设计交通荷载以轻型交通荷载为主。

下文将在本节交通量及交通组成分析的基础上，根据本项目交通特点，从本项目使用功能、自然条件等出发，遵循因地制宜、合理选材、方便施工、利于养护的原则，以道路功能要求、表面抗滑性能、高温稳定性与低温性能、施工性能、结构层与基面的粘接问题、水损害问题等为设计要点，进行项目路面方案对比分析，比选出项目最优路面结构方案，具体比选过程如下文所述。

3 路面结构方案比选分析

3.1 路面类型比选分析

沥青路面和水泥混凝土路面是国内在建或已建高速公路路面类型中最为常见的两大类型，尤其以沥青路面居多。

沥青路面具有噪音小、行车无缝、平稳舒适等优点，是高等级公路最常用的路面类型，以轻交通荷载为主。

水泥混凝土路面造价相对较低，但其变形适应性非常差，特别是对于地质较差的路段，其路堤的不均匀沉降非常容易导致路面结构发生开裂破坏，导致行车不顺，因此其在低等级路面中应用广泛，以重交通荷载为主。

此外，综合调研区外内已建高速公路水泥路面发现，路面发生病害非常多，已给行车造成了诸多不便，甚至导致了不少安全事故。

基于以上分析，从性能、施工及养护上综合对比沥青路面和水泥混凝土路面结果如表3所示。

由表3分析可知，沥青混凝土行车、变形、耐久、施工、养护等综合性能均优于水泥混凝土路面，因此本项目整体路面类型采用沥青路面。

3.2 路面面层方案比选分析

由前文分析可知，沥青路面较水泥路面性能更优，下文将选取3种常用的沥青路面面层方案进一步进行面层方案的比选分析，具体面层方案如下：

方案一：改性沥青SMA-13混合料。

方案二：改性沥青AC-13C混合料。

方案三：橡胶沥青ARC-13。

3.2.1 方案经济性对比分析

通过对比，各方案路面结构综合经济技术性能比较如4表所示。

由表4分析可知，方案二造价最省，方案一比方案二增加约14%，方案三比方案二增加约28%，方案三比方案一增加约12.5%。

3.2.2 施工因素对比分析

从原材料技术、施工工艺、工期等方面对比分析各方案的施工性能，结果如表5所示。

由表5分析可知，方案一的施工最为便利，施工质量更易控制，后期维修费用更低。

综合表4、表5分析，方案一的综合性能最佳，因此本项目路面上面层结构方案推荐采用方案一，即改性沥青SMA-13混合料。

此外，基于方案二AC改性沥青良好的材料性能、施工及经济性能，本项目考虑将其作为路面结构的中面层，参考同类高速公路中面层设计方案，本项目中面层混合料类型设计为改性沥青AC-20C。进一步从经济角度考虑，下面层混合料类型则采用满足性能要求的普通沥青AC-25C，经济性更优。

3.3 路面基层方案比选分析

通过前文对路面类型、路面面层进行的对比分析，基本确定了项目路面结构方案，上面层采用改性沥青SMA-13混合料，中面层采用改性沥青AC-20C，下面层采用普通沥青AC-25C。下文将对路面基层方案进行方案的比选分析。

路面基层方案也是路面方案设计的重要内容，但对于柔性基层和刚性基层目前国内应用非常少，缺乏长期路用性能的观测资料。此外，考虑到我国公路建设的实际和经济性，半刚性基层可以显著地降低工程造价，因此，本项目最终采用半刚性路面基层。

参考区内外高速公路常用的路面基层材料，通过对不同类型基层混合料的调研分析，最终本项目采用水泥稳定碎石作为路面基层材料，下文将选取两种不同厚度的路面基层方案，综合对比选出最优的路面结构方案，对比方案分别如下。

方案一路面结构组合如表6所示。

方案二路面结构组合如表7所示。

从结构性能、施工工艺及经济性综合对比方案一及方案二，结果如表8所示。

由表8分析可知，方案二整体性能指标相对优于方案一，但结合本项目交通量状况，方案一完全适用本项目，此外，方案一施工工期短，后期维修少，且最重要的是相比方案二，方案一造价低约75元/m2，经济性能非常高。因此，综合考虑路面结构的经济性、路用性能及与本道路交通量状况的适应性，将方案一作为推荐方案。

4 结语

好的路面结构方案设计将非常有利于行车舒适且可大大减少后期运营养护的成本。本文以实际项目的路面结构方案设计为例，从项目的交通量及交通组成入手，对其路面类型、面层结构、基层结构进行多方案的比选分析，综合对比选取出适合本项目最优路面结构方案，整个方案设计与比选过程可为同类型高速公路路面结构设计提供参考与借鉴。

参考文献

［1］任伟明.高速公路沥青路面病害与治理措施研究［J］.交通世界，2023（18）：20-22.

［2］任鹏慧.高速公路沥青路面病害调查与治理对策研究［J］.交通世界，2023（15）：55-57.

［3］曹小波，王 畅，赵 忻，等.高等级公路路面常见病害及养护措施研究［J］.科技与创新，2023（7）：124-126.

［4］李 靖.高速公路路面病害成因及养护施工技术［J］.交通世界，2022（26）：61-63.

［5］蔡之文.高速公路路面结构方案设计与受力分析研究［J］.建筑计算，2023（6）：159-162.

［6］刘佳涛.重载交通高速公路路面设计方案研究［J］.建筑技术，2023，54（6）：707-710.

［7］张 玺.高速公路扩建工程路面设计方案分析［J］.交通世界，2022（9）：47-49.