高速公路路面改扩建工程设计方案
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摘要：本文针对目前许多高速公路路面需要改扩建的现状，结合工程应用实例阐述了高速公路路面使用结构、损坏状况、路面承载力和结构层厚度等内容，并深入探讨了高速公路路面改扩建工程设计方案的比选工作，为类似工程研究工作提供借鉴意义。
关键词：高速公路；改扩建工程；路面结构；设计方案
随着我国社会经济建设步伐的加快，城市交通量逐年剧增，对高速公路路面结构的承载力、厚实度等方面也提出了更高的要求。许多早期的高速公路由于受到交通量增加、车辆超载和施工质量等因素的影响，造成路面水泥混凝土出现了大面积损坏的情况，严重威胁到路面行车的安全。同时路面后期养护比较困难，维修成本高，道路行驶舒适度大为降低，这也导致高速公路整体服务水平的下降。目前针对高速公路路面改扩建工程的实施方案有很多，道路管理人员需要做好路面使用状况和检测分析等方面的工作，制定出适合道路路面改造的方案，才能真正提高高速公路的整体服务水平。本文结合工程实例探讨了高速公路改扩建工程的设计方案，希望对类似的研究有所帮助。
1 工程概述
某高速公路于1998年建成通车，建成10多年后，由于各种因素的影响，高速公路服务水平下降，为解决这些问题，决定对该高速公路进行扩容改造。其中路面改造设计主要是在调查检测的基础上分析病害原因，确定路面处理方案，确保改造工程质量。
2 原有路面使用状况及检测分析
2.1 原有路面结构
高速公路改扩建工程由六车道路基宽度33.50m加宽为42m的双向八车道。原道路横断面为：路面宽度12.25m×2，双向六车道，设中央混凝土防撞墙，中央分隔带宽度2.2m，沥青路肩宽2.9m×2，土路肩0.5m×2。原路面结构见表1。
2.2 路面损坏状况调查与评价
路面损坏状况以病害类型、轻重程度、出现的范围和密度三项属性表征，各种病害和轻重程度出现的范围和密度，以调查路段内出现该种病害和轻重程度等级的混凝土板块占该路段板块总数的百分率计。
经过全线逐板调查，依照路面损坏状况分级标准，通过《公路水泥混凝土路面养护技术规范》（JTJ073.1-2001）5.2.2中的计算方法，对上行、下行共六个车道进行计算、汇总，得出本路段各个车道的路面损坏状况的百分比见表2。
根据路况调查的数据，对本路段路面损坏状况分析评价如下：
（1）上、下行方向现状道路的损坏程度十分接近，总体来看，上行线要好于下行线。
（2）从统计结果来看，目前路面损坏已相当严重，并且三条车道的病害程度很不均衡。第三车道的损坏最为严重，路况评价等级为“次”和“差”的路段超过80%，这主要是由于该车道行驶的车辆多数为货车等重载车的缘故。
另外从检测情况来看，各段落的平均错台量都比较小，这主要得益于日常养护及时。但是从现场的错台打磨情况来看，路面板块错台病害出现的范围并不小。
经统计，本路平均断板率都超过了20%。下行线的路面损坏状况比上行线更为严峻，这反映出地区经济发展的差异对交通流的影响。
2.3 路面结构承载能力调查和评价
路面结构承载能力反映了路面的结构强度特性，是路面改扩建设计以及施工现场控制的重要参数。
2.3.1 基层顶面当量回弹模量
基层顶面当量回弹模量是改建路面结构计算的重要参数，一般是采用落锤式弯沉仪量测弯沉曲线，然后根据弹性地基板理论反算得到。通过检测并计算得知，上行方向基层顶面当量回弹模量代表值为151MPa，下行方向基层顶面当量回弹模量代表值为145MPa。
2.3.2 接缝传荷能力
本路段旧水泥混凝土板接缝传荷能力利用落锤式弯沉仪采用弯沉测试法评定，根据检测数据，统计分析上行、下行方向路面接缝传荷能力。
根据统计结果分析，高速公路水泥混凝土路面上行、下行方向接缝传荷能力差异较为明显。下行方向路面接缝传荷能力相对优于上行方向。
从以上检测结果可知：本路段的传荷能力不理想，主要原因在于原设计中对横向缩缝未设置传力杆。这对水泥路面板的受力状态不利，也是目前本路段路面破坏严重的一个原因。
2.4 路面结构层厚度和强度检测
为了确定旧水泥混凝土路面板结构厚度及强度参数，并对现状道路的病害进行辅助分析，需要开展钻芯调查工作。本次钻芯调查以第二、第三车道为主，每个车道钻孔的布置间距约为1km，并对路面病害严重路段进行了局部加密。经过计算，旧水泥混凝土路面板的厚度标准值为25.3cm，二灰基层厚度标准值为18.2cm，可以此作为路面结构验算的旧路面板的厚度参数。
按照《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2002）中规定的有关试验方法和计算方法计算得到旧水泥混凝土路面板的弯拉强度标准值为5.49MPa，弯拉弹性模量为34.1GPa，二灰基层抗压强度平均值为6.85MPa，可以此作为路面结构验算的旧路面板的模量参数。
从检测结果来看，二灰基层依然具有较高的强度，抗压强度平均值达到6.85MPa，对改扩建项目具有较大的利用价值。
3 路面方案设计及比选
根据调查旧路的技术状况和交通荷载状况等，借鉴国内改扩建项目路面工程的设计理念、施工经验、使用效果和发展趋势，充分利用旧路资源，合理地就地取材，提出以下三个比选方案：
方案一：通过全面地路面病害调查、检测及处治，彻底消除旧路病害，充分利用原水泥路面结构层，以加铺为主、局部路面挖补并加铺沥青混凝土面层；拼接部分按原路面结构类型铺筑至旧路标高后，一起连续施工各加铺层。结构方案见表3。
方案一路面总厚度为82cm，充分利用了原路面结构强度，合理利用旧路面结构材料，易于实施，施工周期短些，对交通影响较小，造价略低。对路桥标高的衔接、天桥净空等问题有一定的影响。利用沥青混凝土和满铺玻纤格栅组合，能够延缓反射裂缝，该方案需对现有路面病害进行彻底处理，否则易留下隐患。适用于旧路面破损状况为优和良、平均弯沉值<0.45mm的路段。
方案二：旧路部分挖除原水泥混凝土面板，处治基层病害；加宽部分采用新建沥青路面结构层衔接。破碎的旧混凝土板加工成碎石后用于路床、第一、第二车道下路面底基层，结构方案见表4。
方案二路面总厚度为95cm，彻底解决旧水泥路面病害问题，较理想地再生利用旧路面结构材料。属于沥青路面结构，使用寿命较长。对路桥标高的衔接、天桥净空等问题有一定的影响。该方案在挖除旧水泥混凝土板时，受雨水天气和施工机械特别是履带式机械等施工因素的影响，须考虑更换部分旧路面的基层结构。施工周期略长，对交通有一定的影响，造价略高。适用于旧路面破损状况为中及以下、平均弯沉值>0.45mm的路段。
方案三：对将原水泥混凝土面板进行碎石化处理；拓宽部分采用新建沥青路面结构层衔接，结构方案见表5。
方案三路面总厚度为113cm，在一定程度上解决了旧水泥路面病害问题，并有效利用了旧路面结构，使用寿命较长。对路桥标高的衔接、天桥净空等问题有较大的影响。该方案对破碎稳固旧水泥混凝土板施工控制要求高，否则易出现因混凝土板不稳固而造成路面反射裂缝的出现，影响路面的使用寿命。施工周期长，对交通影响大，造价略高。适用于旧路面破损状况为中及以下、平均弯沉值>0.45mm的路段。
综合本路段路面的检测数据，本路段路面的断板率高，脱空率大，传荷能力差，相邻板边平均弯沉值大，按相应标准对旧混凝土板进行处治的比例极高。根据目前旧路路面状况，参考高速公路改扩建的施工情况，综合经济、技术、潜在的质量风险、对交通的影响和资源节约、环境友好等因素，本项目推荐采用方案二的沥青混凝土路面结构。
4 结语
高速公路路面改扩建工程的实施对提高道路的行车安全具有重要意义。因此，道路管理人员需要结合道路路面的实际情况，制定出符合路面改造要求的方案，并加强方案实施各个环节的工作，从而提高高速公路的服务水平。本工程实施方案后，已通车运营，未发生病害，效果良好，也为旧路面改造积累了宝贵的经验。
参考文献：
[1] 申婵.高速公路改扩建工程中的路面结构层设计[J].城市道桥与防洪.2013年第03期
[2] 郭建.浅谈高速公路改扩建项目路面方案设计[J].科技传播.2011年第09期
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