我国高速公路沥青路面厚度现状调查分析

我国高速公路沥青路面厚度现状调查分析 随着我国经济的迅速发展，高速公路的里程不断增加。沥青混凝土路面由于它平整性好， 行车平稳舒适，噪音低，许多国家在建设高速公路时都优先采用。而半刚性基层具有强度 大，稳定性好及刚度大等特点，被广泛用于修建高等级公路沥青路面的基层或底基层。在 我国已建成的高速公路路面，90以上是半刚性基层沥青路面，在今后的国道主干线建设 中，半刚性基层沥青路面仍将是主要的路面结构形式。 半刚性沥青路面用于高速公路的 路面结构具有其合理性，其优点主要表现在：具有较高的强 度和承载能力。一般来说，半 刚性基层材料具有较高的抗压强度和抗压弹性模量，并具有一定的抗弯拉强度，且它们都 具有随龄期而不断增长的特性，因此半刚性沥青路面通常具有较小的弯沉和较强的荷载分 布能力。由于半刚性基层的刚度大，使得其上的沥青层弯拉应力值较小，从而提高了沥青 面层抵抗行车疲劳破坏的能力，甚至可认为半刚性基层上的沥青面层不会产生疲劳破坏， 这就鼓励人们去减薄面层。并且以多层体系弹性理论为基础的现行规范计算出的这种路面 结构面层受到的弯拉应力很小，已不起控制作用，因此得出的路面厚度也偏小。 随着半刚性沥青路面的大量使用，工程实践证明，如果面层不够厚，路表面会很快产 生裂缝，初期产生的裂缝对行车无明显影响，但随着表面雨水或雪水的浸入，在大量行车 荷载反复作用下，会导致路面强度明显下降，产生冲刷和唧泥现象，使裂缝两测的沥青路 面碎裂，加速沥青路面的破坏，影响沥青路面的使用性能。所以路面究竞要多厚，还没有 一个确定的观念。不同高速公路的路面结构存在很大差别，甚至不同单位设计的同一条高 速公路的路面结构也有显著差别。目前我国高速公路沥青面层的厚度差异很大，薄的仅 10cm 左右，厚的 20cm 左右，最厚达 32cm，路面结构组合的厚度上的这些显著差异既 反映了我国高速公路的半刚性基层沥青路面设计还没有成熟，也反映了设计方法的随意性 和一定程度上的盲目性，使路面结构设计要么过分保守，造成较大的材料和资金浪费，要 么路面结构过薄，造成早破坏，也将造成经济损失。 国外沥青路面结构设计方法经过几十年的完善，已经提出了比较成熟的设计方法，许 多国家提出了典型结构设计方法。第十八届世界道路会议上，认为沥青面层厚度取 20cm 或 20cm 以上，则可很少出现表面裂缝。壳牌沥青路面设计方法在概括各国的观点和使用 经验时指出，水泥底基层上沥青路面面层厚度取决于允许产生裂缝的程度，常变化在 1525cm 之间。在德、法、英、比利时、西班牙、奥地利等国家是采用典型结构法，并 通过适当增加面层的厚度等措施来减少反射裂缝。 为了研究半刚性沥青路面的合理厚度范围，为设计路面厚度提供依据，我们对我国广 东、浙江、江苏、河南等省区的高速公路的路面结构及使用情况作了调查，下面将调查情 况介绍如下： 广东省：广东省全境位于北纬 20092531 和东经 1094511720之间。 大部分地区为南亚热带和热带季风气候类型，是全国光、热、水资源最为丰富的地区，温 度沿纬度的变化显著，年平均气温自粤北而南为 916，盛夏 7 月平均气温为 28 29。全省多数地区年平均降雨量为 15002000mm，年蒸发量为 10001200mm，属湿润地区，降雨量的季节变化明显，全省土质以红壤土为主。我们 此次调查的路段有：广州佛山高速公路、广州深圳高速公路、广州花都高速公路和 深圳深南大道一级公路。四条路的路面结构形式见表 1。 调查路段路面结构形式 名称路段面层联结层基层广深 4cm 沥青混凝土磨耗层 10cm 沥青碎石 23cm 水泥碎 石上基层 8cm 沥青混凝土上面层 25cm 级配碎石底基层 10cm 沥青碎石下面层 广佛 4cm 沥青混凝土上面层 6cm 沥青碎石 25cm 6%水泥石屑上基层 5cm 沥青下面层 2528cm4%水泥土（石粉砂砾）底基层广花 3cm 沥青混凝土上面层 20cm6%水泥稳 定碎石上基层，30cm4%水泥稳定碎石、石粉底基层 4cm 沥青混凝土下面层深南 5cm 沥青混凝土上面层 40cm6%水泥石屑上基层 8cm 沥青贯入下面层 15cm4%水泥石屑底 基层 从表中的路面结构来看，广深高速公路是最厚的，包括联结层其面层厚度为 32cm， 路面总厚为 100110cm，这个结构是当时外商出于商业目的，自己定的，不是从技术 角度考虑的，所以受到了专家的批评，被认为是不合理不经济的结构，尤其不适用于高温 多雨的广东地区。从现在的情况来看，表面车辙严重，由于孔隙较大的 LHII 型在广东多 雨地区不适应，下雨后唧水，出现大面积松散，翻修率高。从车辙调查来看，这条路上车 辙最大深度达 17mm，平均车辙深度为 10mm。然而对其纵横缝调查结果来看，这条路 上的裂缝率和裂缝度均为零，裂缝率的计算公式为：Ck (CA L0.3)A 裂缝度的 计算公式为： Cd(L1 L2)A 其中：Ck沥青路面总裂缝率(m21000m2)； L单根裂缝的总长度(m)； CA龟裂及块裂的总面积(m2)； A测试路段路面面积，以千平方米计。 从这段路的调查情况分析看，车辙较大，是因为沥青层太厚影响其高温稳定性所致， 而从另一方面来看，沥青层厚度增加对控制裂缝是非常有效的。 广佛路是广东省第一条高速公路，1989 年通车，沥青路面厚度为 15cm，由于佛山 盛产磁砖，所以佛山到广州方向重车多，破坏严重。其中一段于 1993 年加铺的 4cm 的 奥地利 改性沥青 SMA 罩面。从调查结果来看，加铺罩面后路面最大车辙深度为 14mm，平均车辙深为 4.8mm；裂缝为 15.8m千 m2，裂缝率为 8.0m2千 m2， 未加铺路段的最大车辙深度为 21mm，平均车辙深度为 6.8mm，裂缝度为 28.1m千 m2 ，裂缝率为 21.2m2千 m2。 广花路建成于 1992 年，沥青路面厚 7cm，是高速公路中路面厚度最小的 ，当时就 是依照强基薄面的思路设计的，建成后出现问题较多， 现已全部加铺了 4cm 的磨耗层。 这段路上的最大车辙深度为 14mm，平均车辙深为 7.3 mm，裂缝度为 83.3m千 m2，裂缝率为 29.2m2千 m2。 深南大道是 1990 年建成通车的汽一级专用路，沥青面层 13cm 厚，沥青下面层是 8cm 的沥青贯入式，从使用情况来看，这段路结构较合理，开始使用前 3 年没有裂缝和车 辙，3 年后出现裂缝，目前裂缝较多，但并不影响行车，到现在没有大修，其最大车辙深 度为 15mm，平均车辙深为 5.4mm，裂缝度为 99.1m千 m2，裂缝率为 30.2m2 千 m2。从调查结果来看，虽然目前裂缝还未影响行车，但裂缝已成为该路段的主要病害， 这段路之所以使用情况较好，主要是因为其上没有重车通过。 浙江省：在浙江省我们主要考察了杭甬高速公路的情况，这条路始建于 1992 年，完 工于 1995 年，路面结构为：计划后续 34cm 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 46cm 沥青碎石 58cm 二灰碎石或水泥稳定碎石 2834cm 级配碎石 20cm 杭甬路所经地带的软土深度在全国是最严重的，深达 60m，含水量 7080，沉降 量达到填一半陷一半，全线 145km，有 94.5km 为软土， 占杭甬路总长的 65.2，考 虑到深层特厚软土通车后必定会出现较大的不均匀沉降，计划采用过渡路面，分二期铺筑， 一期面层厚度为 12cm 左右，二期路面间隔 5 年，铺筑后为 1218cm。全线路基平均 高度为 3.8m。由于当时工期紧，预压期没达到要求，提前 1 年完工。通车 1 年半以后， 局部路段不同程度地出现了沥青混凝土路面裂缝、断裂、贫油、松散 、龟裂，上基层、底 基层开裂、变形、破损、唧浆等病害。由于破坏严重，有些数据已无法 统计。从工程实践 来看，采用超载预压效果比较好，但有些路段稳定性不够，没办法加载。稳定性计算够时， 应采用尽量大的超载，实际表明，实际沉降量远大于计算的沉降量。若采用等载预压，则 耗费时间较长。施工时在中间设置了排水沟，但实际看来，因路基变形而排水沟断裂，在 江南多雨地区，水都渗下去了，没起到作用，造成的危害较大。分析其路面结 构方面的原 因可能是：所采用的过渡路面将原设计的路面面层的 4cm 中粒式沥青混凝土6cm 粗粒 式沥青混凝土7cm 沥青碎石 1cm 沥青砂下封层结构，改为 5cmIA 型半密实式中粒式 沥 青混凝土7cm 半开级配沥青碎石混合料乳化沥青透层油结构似有不妥，其一是高 速公路路面结构设计中为加强防水抗渗功能明确要求应有一层及一层以上是 I 型级配沥青 混凝土混合料。现场修补表明，当半刚性基层损坏后，此时沥青碎石混合料浸水、松散， 并导致沥青混凝土面层间的结合不良，就有可能降低路面结构层的整体受力、抗弯拉应力 降低，面层开裂。改变后的路面厚度为 12cm，也有些偏薄。 调查路上我们又对正在建设的沪杭高速公路进行了了解，沪杭高速属于世行项目，开 工于 1994 年 7 月，计划 1998 年底通车。全线 102km，所经地区大部分为软土，平均 300 多米一个构造物，因此解决软土地基上的桥头跳车问题将成为此条路上的关键技术。 该路路基设计为 6 车道，一期路面 4 车道，所有桥梁均为 6 车道，路基平均填高为 3.05m，软土路段主要是采用预压，打插板桩，部分桥头是粉喷桩，局部换土。路面结构 如下：4cm 中粒式沥青混凝土上面层 6cm 粗粒式沥青混凝土中面层 7cm 粗粒式沥青混凝土下面层 37cm 二灰碎石( 分两层摊铺) 20cm 水泥碎石土 江苏省：沪宁高速公路是江苏省的第一条高速公路，江苏段长 248.21km，1994 年 6 月开工，1996 年 9 月竣工，历时 2 年 3 个月。沿线水网密布，地质复杂，有软土分布 的路段长约 92km，软土层厚薄不匀，厚的达几十米。全线平均路基填土高 3.73m，软 土处理基本上是采用了堆载预压、砂垫层土工布、喷粉搅拌桩 3 种方法。对于路面结构， 沪宁路进行了大量的试验研究，从 1992 年至 1994 年，历时 3 年的研究内容包括：沥青 混凝土、基层、底基层基本材料与混合料试验研究；路面结构组合与结构厚度研究；路面 表面使用品质研究；路面结构环道试验研究；试验路面工程研究；经济调查与分析等。最 后提出了符合江苏省实际的优化路面结构组合： 上面层：4cm 厚 AC16B 多碎石级配类型 中面层：6cm 厚 AC25I 级配类型 下面层：6cm 厚 AC25II 级配类型 沥青下封层：不计入结构厚度 基层：20cm 厚二灰碎石 底基层：40cm 厚二灰土、二灰及石灰土 总厚度 76cm。 由于这条路经过了室内试验和试验路铺筑，所以使用情况良好。经过 2 年运营，面层 出现少量横缝和松散，在少数丘岭地带仍有沉降发生，造成了路面纵缝发生。从工程实践 的体会中了解到，16cm 厚的面层仍感觉有点薄，18cm 可能会较合适。如果中间加沥青 碎石层反射裂缝会少，但疲劳裂缝可能会成为主要问题。 南京机场高速公路北起南京绕城公路，南至南京禄口机场，全长 28.75km。1995 年 6 月 28 日开工建设，1997 年 6 月 28 日建成通车。在总结现有国内高速公路沥青面 层使用情况的基础上，确定了如下路面结构： 上面层：4.5cm 厚 AC16B 级配类型 中面层：6cm 厚 AC25I 级配类型 下面层：6cm 厚 AC25II 级配类型 基层：34cm 厚二灰碎石 底基层：20cm 厚二灰土 从通车 1 年的使用情况来看，效果良好。路面各方面都满足要求，唯一出现的是渗水 问题，这可能一个是因为级配造成，另一个是当时压实不够，使用 1 年出现了压密现象， 但没有泛油现象，路面平整度均方差通车时为 0.549mm，1 年后为 0.68mm。 河南省：河南省地处中原，即黄河中下游、淮河上游地带，自然气候大部分属暖温带 半湿润半干旱区，南部跨亚热带湿润半湿润区。目前，河南省已建成高速公路 467km， 其主要路面结构如表 4。 我们重点调查了郑许高速公路的机场段和安新高速公路。郑许高速公路郑州至机场段 全长 25km，建成于 1994 年 12 月，通车 3 年多来，现场调查发现主要有以下 3 种破坏 类型： 河南省高速公路路面结构一览表 公路名称面层（cm）基层（cm）底基层（cm）总厚（cm ）开郑路 5AC+22RCC15 水泥稳定碎石 15 石灰（水泥或综合）土 57 郑洛路 4AC+5 粗粒式+6 热拌沥青碎石 15 水泥（二灰稳定碎石）40 石灰土 70 安新路 4AC+5 粗粒式+7 热拌沥 青碎石 20 水泥稳定碎石 35 二灰土 71 郑许路 1郑州至机场 1.5AC+25RCC1.120 水 泥稳定碎石 1.35 石灰土 1 852机场至许昌段 2.5AC+22RCC2.15 水泥稳定碎石 2.15 石灰土 257 许漯路 4AC+6 粗粒式沥混凝土+6 粗粒式 25 水泥稳定碎石 35 石灰 土 76 1)AC 层剥落， RCC 层完好。调查了解到，这种情况可能是因为当时 RCC 层施工平 整 度较差，受设计标高控制，局部路面的 AC 层摊铺未达到设计厚度，采用雷达测厚仪测 量后，从数据可以看出，