高速公路路面優(yōu)化設(shè)計(jì)論文

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1常安高速公路路面優(yōu)化設(shè)計(jì)需要解決的難點(diǎn)分析

1.1高溫穩(wěn)定性

常安高速公路工程項(xiàng)目所處地區(qū)為最高氣溫超過(guò)40℃的夏炎熱區(qū)。在這種苛刻的環(huán)境下，必須要求路面混合料擁有極高的抗變形性能。同時(shí)，因?yàn)樵谶@一個(gè)高速公路段，交通量較大且重載車比例高，這些都加重了公路路面負(fù)荷。此外，有部分路段為長(zhǎng)大縱坡路段，高溫條件下重載交通對(duì)長(zhǎng)大縱坡段層間剪切滑動(dòng)也產(chǎn)生不利影響。因此，在進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案設(shè)計(jì)時(shí)，需要重點(diǎn)關(guān)注在高溫條件下路面的抗車轍性能與抗剪性能。

1.2水穩(wěn)定性

工程項(xiàng)目沿線年降雨量約為1500mm左右，屬于年降雨量＞1000mm的潮濕區(qū)。通過(guò)對(duì)湖南地區(qū)整體高速公路使用情況的分析，可看出部分路段的早期水損害問(wèn)題仍然比較嚴(yán)重。因而，在進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分考慮到混合料設(shè)計(jì)、原材料指標(biāo)控制等對(duì)水穩(wěn)定性方面問(wèn)題。

1.3低溫抗裂性

常安高速公路工程項(xiàng)目所處地區(qū)的年極端最低氣溫低于－10．0℃，屬于冬冷區(qū)。因此，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，既要保證路面擁有足夠高溫穩(wěn)定性，又要確保其具備一定的低溫抗裂性能。

1.4抗疲勞性

高速公路的交通量大，且重載車較多，極易造成瀝青路面結(jié)構(gòu)層疲勞破壞現(xiàn)象的形成，因此，需在優(yōu)化方案中采取相應(yīng)的措施提高其抗疲勞性能?？傊?，在常安高速公路路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案中，需要以解決重載交通下車轍病害問(wèn)題和早期水損害的問(wèn)題為主要方向。通過(guò)優(yōu)化路面結(jié)構(gòu)、合理設(shè)計(jì)混合料、嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，并對(duì)特殊路段特殊處理，達(dá)到減少早期病害、提高路面耐久性、降低全壽命周期成本的目的。

2瀝青結(jié)構(gòu)層的優(yōu)化分析

在原設(shè)計(jì)中，瀝青路面結(jié)構(gòu)層為:上面層為4cm改性瀝青SMA－13;中面層為6cm改性瀝青AC－20C;下面層為8cm普通瀝青AC－25C。進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)合路面結(jié)構(gòu)層的厚度及路用性能，對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)層進(jìn)行如下優(yōu)化。

2.1瀝青上面層優(yōu)化

根據(jù)常安高速公路通車后的交通量預(yù)測(cè)，在初期沒(méi)有太大交通量的情況下，路面荷載的影響深度主要在于中面層，因此從功能性和經(jīng)濟(jì)性這兩方面考慮，在優(yōu)化中，在上面層采用4cm厚AC－13C，瀝青采用SBS改性瀝青，在有效降低工程造價(jià)成本的同時(shí)，也能充分滿足其功能要求。AC－13C采用石質(zhì)較堅(jiān)硬、耐磨耗的集料，如玄武巖和輝綠巖等，以確?？够ズ谋韺拥墓δ?如表1)。在此基礎(chǔ)上，將地產(chǎn)的輝綠巖材料用于上面層，相比于SMA－13所需要的外購(gòu)的玄武巖便宜，造價(jià)有所降低。并且，考慮到工程項(xiàng)目所在地為高溫多雨潮濕區(qū)，在上面層采用AC－13C型瀝青混凝土。

2.2瀝青中、下面層優(yōu)化

原施工圖設(shè)計(jì)方案的中、下面層結(jié)構(gòu)為:中面層6cm的AC－20C、下面層8cm的AC－25C，瀝青的中面層所在層處于整個(gè)路面結(jié)構(gòu)的高剪應(yīng)力受力區(qū)域，在高溫地區(qū)重載交通條件下，中面層應(yīng)具有較好的高溫穩(wěn)定性，因此，中面層需要采用高溫穩(wěn)定性較好的瀝青混合料，瀝青膠結(jié)料采用SBS改性瀝青。瀝青的下面層主要起承重層及粘結(jié)層的作用，同時(shí)還必須具有較好的抗疲勞性能和抗水損害性能，因此需要采用50#A級(jí)道路石油瀝青。在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，將原方案中面層6cm的AC－20C調(diào)整為6．0cm的Sup－20，膠結(jié)料采用改性瀝青，并要求達(dá)到PG70－22級(jí)性能標(biāo)準(zhǔn);下面層8cm的AC－25C調(diào)整為8cm的Sup－25，采用50#道路石油瀝青，要求達(dá)到PG64－16級(jí)性能標(biāo)準(zhǔn)。

2.3水穩(wěn)基層優(yōu)化

在原路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于水泥劑量用量較高，水穩(wěn)易產(chǎn)生裂縫，1cm的石油瀝青表處不能起到抗反射裂縫的作用。因此，在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，水穩(wěn)基層通過(guò)降低水泥劑量的方式來(lái)控制水穩(wěn)裂縫的產(chǎn)生，同時(shí)采取有效的工程措施來(lái)延緩瀝青路面的反射裂縫。在水穩(wěn)基層和瀝青面層之間設(shè)置防水粘接層，以便瀝青面層的應(yīng)力和應(yīng)變因離開應(yīng)力集中的接縫或者裂縫端部而得到降低。同時(shí)，加強(qiáng)加鋪層結(jié)構(gòu)的抗拉能力與抗剪能力。其中，在防水粘接層類型的選擇方面，結(jié)合高性能聚酯玻纖布、稀漿封層、橡膠瀝青應(yīng)力吸收層(SA-MI)等三類防水粘接層的特點(diǎn)分析，優(yōu)先選用1cm橡膠瀝青應(yīng)力吸收層來(lái)延緩瀝青路面的反射裂縫。

3常安高速公路路面優(yōu)化設(shè)計(jì)的對(duì)比分析

3.1技術(shù)分析

傳統(tǒng)的AC型瀝青混合料采用懸浮密實(shí)型連續(xù)級(jí)配，高溫穩(wěn)定性較差，即使對(duì)其級(jí)配進(jìn)行調(diào)整，也難以避免傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的缺陷。而傳統(tǒng)的馬歇爾設(shè)計(jì)方法采用擊實(shí)成型試件，不能準(zhǔn)確模擬路面壓路機(jī)實(shí)際碾壓的揉搓效果，因此導(dǎo)致試件油石比往往較實(shí)際路面大0．3%至0．5%。而在優(yōu)化設(shè)計(jì)方案中，引入Superpave技術(shù)從施工檢測(cè)及工程應(yīng)用效果來(lái)看，Superpave設(shè)計(jì)的瀝青混合料表面均勻、密實(shí)，高溫性能有較大程度的提高，抗水損害性能良好，其各方面性能均優(yōu)于傳統(tǒng)的懸浮密實(shí)型AC混合料，能提高整體的路面性能，特別是高溫抗車轍性能。

3.2路面基本建設(shè)費(fèi)用分析

優(yōu)化方案較原設(shè)計(jì)方案將有效提高路面性能和延長(zhǎng)路面使用壽命。并且，通過(guò)清單報(bào)價(jià)計(jì)算，優(yōu)化后的主線路面結(jié)構(gòu)比原設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)可節(jié)約基本建設(shè)費(fèi)用2219萬(wàn)元。

3.3使用效果分析

目前，我國(guó)高速公路瀝青路面的研究和發(fā)展方向是，延長(zhǎng)瀝青路面的使用壽命，減少早期損害，更好的體現(xiàn)全壽命周期成本設(shè)計(jì)理念。通過(guò)上述分析所得，常安高速公路路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化將在解決原工程項(xiàng)目中的特點(diǎn)及難點(diǎn)問(wèn)題，在保證路面優(yōu)質(zhì)服務(wù)功能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)路面“耐久、節(jié)約、環(huán)?！钡哪繕?biāo)。

4結(jié)束語(yǔ)

優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的在于，在保證使用功能的前提下，能有效降低造價(jià)。而通過(guò)綜合評(píng)估得出，原設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)建筑安裝工程費(fèi)預(yù)算為83556．84萬(wàn)元;優(yōu)化后路面結(jié)構(gòu)建筑安裝工程費(fèi)預(yù)算為80450．27萬(wàn)元，優(yōu)化后路面結(jié)構(gòu)比原設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)節(jié)省造價(jià)3106．57萬(wàn)元。二者對(duì)比可看出，常安高速的路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案既節(jié)約了投資，也保證了路面結(jié)構(gòu)的使用功能，在經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上均是可行的，且技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益明顯，能有效降低工程造價(jià)。

作者：覃翔 楊方偉 單位：長(zhǎng)沙榕源交通技術(shù)咨詢有限公司