从沥青路面设计分析我国山区高速公路路面设计方案

摘 要：截至2013年底，我国高速公路通车总里程已超过美国跃居世界第一。随着高速公路的里程的增加，高速公路的建设不断向山区推进。我国大量的采用的是沥青混凝土路面，针对山区高速公路的特点，路面使用中，面临着很大的挑战并出现了多种病害。本文从设计的角度提出四种真对我国山区高速公路的沥青路面设计方案，并比较其各自的优缺点，以资在进行山区高速公路的建设中借鉴。

关键词：沥青路面；设计；山区高速公路；路面；设计方案

一、我国高速公路现状及山区高速公路建设面临的问题已超过美国跃居世界第一

中国高速公路发展从1988年沪嘉高速公路的建成通车实现中国大陆高速公路零的突破，到2013年底，高速公路通车总里程达到10.4万公里，已超过美国跃居世界第一。中国地域辽阔，地形地貌差别极大，给高速公路的建设带来很大的挑战性。在初期，高速公路的建设从经济发达同时修建难度比较小的地区开始建设，随着国家主干道计划（“五纵七横”规划）的逐步而实施，为实现成网的要求，建设重点也向地形复杂的地区转移，长大隧道及高跨、长跨桥梁占的比例也起来越大，同时高速公路的平均造价也大幅度提高。

随着高速公路的里程的增加，高速公路的建设不断向山区推进，所谓山区通常是指山地、丘陵和地形比较崎岖的地区。在山区高速公路建设中遇到不少问题，由于地形的限制，在路线线性选择上就无可避免的出现许多桥、隧道、陡坡等结构形式，然而这些往往是路面结构形式的薄弱环节。而且随着交通量的不断增大，并伴随着许多超载超限的车辆，使得路面结构出现车辙、裂缝、拥抱、泛油、水损害等早期破坏，给国家带来了许多的经济损失。

我国是一个多山的国家，我国的山地占国土面积的 33%，丘陵占 10%，崎岖高原占 10%以上，大体上讲，山区面积占国土 50%以上，并且山区大部分地区经济滞后，为提高人民生活水平，交通便利是一个必要条件，因此，解决好山区的交通状况非常的重要。 同时，山区高速公路的建设遇到了一些经济技术问题。因山区受地质和经济因素的制约，在高速公路设计建造时受到一定的阻力，而且山区高速公路建设成套技术的发展相对滞后。山区高速公路地质复杂，环境难以预测，路面病害多发。比如陡坡路段车辙严重，凌冰路段抗滑性能差以及路面结构水损害严重等。面对我国现阶段的国情，我国大量的采用的是沥青混凝土路面，针对山区高速公路的特点，路面使用中，面临着很大的挑战。根据调查和数据分析，我们发现山区高速公路沥青路面在使用过程中，出现了大量的不同程度的早期病害，比如裂缝、车辙、沉陷、龟裂等。山区高速公路的建设如此严峻，有必要从最常用的沥青路面的角度分析我国高速公路路面的设计问题。

二、山区高速公路特点

随着经济的快速发展，内地的开发，原有的普通公路已难以承受大量的运输需求，现在山区都已开始大规模的高速公路建设。 我国是一个多山的国家，所谓山区通常是指山地、丘陵和地形比较崎岖的高原。我国的山地占国土面积的 33%，丘陵占 10%，崎岖高原占 10%以上，大体上讲，山区面积占国土 50%以上，并且山区大部分地区经济滞后，为提高人民生活水平，交通便利是一个必要条件，因此，解决好山区的交通状况非常的重要。 由于独特的地形地貌，使得山区高速公路有着与一般高速公路不同之处。山区高速公路有以下几个特点：（1）地形地质复杂。山区高速公路，地势变化多样，地质复杂多变，对工程建设来说是一个巨大的考验。

（2）陡坡路段多。由于山区的典型特点，地势高差大而且范围广，陡坡路段出现频繁，由于上下坡车辆制动频繁，加上重车作用，对路面产生严重影响。

（3）桥隧比例高。通常山区高速公路桥梁隧道的比例大，借助于桥梁跨线，隧道穿越的高速公路形式在山区中应用显著。

（4）海拔高，凌冰路段多。山区海拔高，高差明显，高者可达几百以上，而海拔越高，气候越寒冷，凌冰路段时有出现，对沥青路面具有重大影响。

三、我国高速公路主要形式之沥青路面的病害

沥青路面在使用过程中，由于荷载和环境因素的影响，将使路面逐渐产生各种破损。路面的破损可以分为两类：一是结构性损坏，包括路面结构整体或部分结构层的破损，使路面失去支承行车荷载的能力；二是功能性损坏，它也有可能并不伴随着结构性损坏而发生，但由于平整性和抗滑能力等的下降，使其不再具有预定的服务功能，从而影响服务质量。

（1）裂缝。沥青路面产生裂缝的原因很复杂，按其成因可分为荷载型裂缝和非荷载型裂缝，按其形式分则有纵向裂缝、横向裂缝、龟裂与网裂几种。

（2）坑槽。坑槽是由于路面松散、龟裂等破损后在行车作用下不断扩展恶化形成的一种路面损坏。

（3）沉陷。沉陷是由于路基、路面产生竖向变形而导致路面下沉的现象。可以分为三类：均匀沉降、不均匀沉降、局部沉降。

（4）车辙。车辙是沥青路面的一种主要损坏形式，大都发生在实行渠化交通的高等级公路上。路面在车轮荷载的反复作用下，由于路面面层、基层和路基的进一步压密、沉降，特别是高温下沥青面层的压密和侧向流动隆起，使路面沿行车轮迹逐渐产生纵向带状凹槽变形，在车道横断面方向上多呈W型。当车辙到达一定的深度，辙槽内就会积水并影响车速和行车的舒适和安全性。

（5）滑溜。滑溜主要起因于路面光滑，这是由于路面在行车水平力的作用下表层骨料被磨光或沥青路面泛油所造成。

（6）麻面。面层混合料沥青用量不足，矿料级配偏粗或嵌缝料规格不当，以及低温、雨季施工时路面未能成型，致使粒料脱落，即形成麻面。

（7）松散。松散多发生在沥青里面使用的初期，其原因是使用的沥青稠度偏低，用量偏少，与矿料的粘附力不足；或沥青加热温度过高造成沥青老化等。

（8）泛油。泛油多数是由于沥青面层的沥青用量过大、稠度太低或热稳定性差等原因所致，但有时候有可能因为低温季节施工，层铺法沥青路面的嵌缝料散失过多，在气温转暖后，在行车作业下多余的沥青溢至表面而形成。

（9）油包。油包时由于局部泛油处理不当，细料过多，沥青含量过大，或因沥青滴流在路面街成油污而形成面积不大的包装物。

（10）拥包。拥包就是由于材料本身以及设计的原因到时高温抗剪强度不足，或层内含水量过大难以蒸发，或粘结层不合格等原因，在行车荷载下，路面产生推拥、挤压在路面形成局部隆起变形的现象。

（11）波浪。波浪是路面表面沿纵向形成的有规则的凹凸起伏的一种变形。

（12）脱皮。脱皮是沥青面层在行车作用下产生大块的片状剥落现象。

（13）啃边。路面宽度过窄，边缘强度不足，路肩碾压不密实，路肩和路面衔接不当以致路肩积水渗入使其湿软，在行车作用下，路面边缘剥落，并逐渐向路中发展而形成啃边。

四、从沥青路面设计分析我国山区高速公路路面设计方案比较

方案一、采用厚沥青层的半刚性基层沥青路面结构设计。该设计方案可采用 SMA-13 和双层改性沥青，路面结构具有较强的表面抗滑性能和抗车辙性能；较厚的沥青层提高了路面的抗疲劳性能，使路面结构具有较好的耐久性；采用骨架密实型水稳碎石可减少基层裂缝，较厚的沥青层则可抑制和延缓半刚性基层裂缝在沥青层的反射，从而有效减少路面的裂缝类病害；采用封层和较厚沥青层，可减小动水压力对半刚性基层的冲刷破坏，从而减少路面的早期水损坏。推荐方案总体具有较好的抗滑、抗车辙、抗裂缝和抗水损坏性能，能较好地满足广乐高速高温多雨和重载交通对路面结构性能的需求，同时具有较好的长期耐久性，与传统结构相比寿命周期内的直接费用减少 30%～38%，具有良好的长期经济效益。 推荐方案新建费用比传统半刚性结构增加约 5.4%。

方案二、采用传统半刚性基层沥青路面设计。该设计方案路面结构具有较强的表面抗滑性能和抗车辙性能；采用骨架密实型水稳碎石可在一定程度上减少基层裂缝，从而减少路面的裂缝类病害；采用改性乳化沥青稀浆封层，可在一定程度上减小动水压力对半刚性基层的冲刷破坏，从而减少路面的早期水损坏。总体来说，该方面总体上具有较好的抗滑和抗车辙性能，但抗裂缝和抗水损坏性能一般，路面的耐久性也一般。方案二路面各项性能在短期内基本能满足广乐高速高温多雨环境和重载交通的需求，但由于沥青层厚度较薄，基层收缩裂缝向上反射容易形成贯穿型反射裂缝，裂缝进一步则引起其他病害，半刚性基层作为主要承重层，在重载交通作用下容易产生结构性破坏，维修养护比较困难。该方案寿命周期内的直接费用最高，用户间接成本也最高，长期的经济性最差。

方案三、采用柔性基层沥青路面结构设计。该设计方案采用 SMA-13 和双层改性沥青，路面结构具有较强的表面抗滑性能和抗车辙性能；38cm 厚的沥青层将沥青层层底水平拉应变减小到疲劳极限以下，避免了沥青层产生由下至上的疲劳裂缝，路面结构符合长寿命路面设计理念的要求，具有非常良好的耐久性；基层采用级配碎石柔性基层，因此完全避免了半刚性基层的裂缝反射问题；1.0cm 厚的封层和较厚沥青层，有效阻隔了动水压力对基层的影响，从而避免了因动水压力冲刷引起的基层破坏；38cm 厚的沥青层还可起到明显的应力扩散作用，减小级配碎石基层和路基顶面压应变，避免基层和路基在荷载作用下产生过大变形。该方案总体具有非常良好的抗滑、抗车辙、抗裂缝和抗水损坏性能，能很好地满足广乐高速高温多雨和重载交通对路面结构性能的需求，同时具有非常好的长期耐久性，与传统结构相比寿命周期内的直接费用减少 28%～37%，具有良好的长期经济效益。 该方案初期投资较高，路面新建费用比传统结构增加约 15%，该结构在国内大规模应用的经验不够多，对级配碎石基层施工质量和路基强度要求也比较高。

方案四，采用复合式路面结构。 该设计方案为复合式路面，采用 SMA-13 和双层改性沥青，沥青面层具有较强的表面抗滑性能和抗车辙性能；溶剂型粘结剂提高了沥青层与基层的粘结力，同时有利于路面防水；SBS 改性沥青封层可对基层形成有效的保护，减小动水压力对基层的冲刷。该方案总体具有良好的抗滑、抗车辙和抗水损坏性能，对重载交通和路基不均匀沉降具有非常良好的适应性，同时也具有非常好的长期耐久性，与传统结构相比寿命周期内的直接费用减少 21%～32%，具有较好的长期经济效益。 该方案的主要缺点是混凝土刚性基层需要设置施工缝和缩缝，裂缝对沥青层的长期使用寿命有较大的影响；造价较高，新建费用比传统结构增加26%，混凝土路面施工要求较高，维修比较困难。

参考文献：

[1]谢石.吴银亮.高温多雨山区高速公路路基路面排水技术浅谈.中国西部科技，2010（11）.

[2]王虎.姚栋.山区高速公路施工中的安全问题与管理探讨.科技与企业，2014（05）.

[3]王剑峰.山区高速公路路面基层施工方法.交通标准化，2014（07）.

[4]张超.山区高速公路沥青路面性能改进技术措施.上海公路，2014（06）.

[5]张曦.山区高速公路边坡病害治理措施.内蒙古公路与运输，2014（06）.

作者简介：周全智（1981-6），男，汉，谢克斯特（天津）海洋船舶工程有限公司，硕士研究生，工程师，主要研究方向：船舶与海洋工程结构设计与研究。