河南省交通廳 張曉冰 程日盛 汪麗娟
提要 本文通過對(duì)我國幾條高速公路路面結(jié)構(gòu)及其使用情況的調(diào)查，進(jìn)行 了分析，并提出了建議。
關(guān)鍵詞 高速公路 瀝青路面結(jié)構(gòu) 現(xiàn)狀調(diào)查
隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，高速公路的里程不斷增加。瀝青混凝土路面由于它平整性好，行車平穩(wěn)舒適，噪音低，許多國家在建設(shè)高速公路時(shí)都優(yōu)先采用。而半剛性基層具有強(qiáng)度大，穩(wěn)定性好及剛度大等特點(diǎn)，被廣泛用于修建高等級(jí)公路瀝青路面的基層或底基層。在我國已建成的高速公路路面，90％以上是半剛性基層瀝青路面，在今后的國道主干線建設(shè)中，半剛性基層瀝青路面仍將是主要的路面結(jié)構(gòu)形式。
半剛性瀝青路面用于高速公路的路面結(jié)構(gòu)具有其合理性，其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在：具有較高的強(qiáng) 度和承載能力。一般來說，半剛性基層材料具有較高的抗壓強(qiáng)度和抗壓彈性模量，并具有一定的抗彎拉強(qiáng)度，且它們都具有隨齡期而不斷增長的特性，因此半剛性瀝青路面通常具有較小的彎沉和較強(qiáng)的荷載分布能力。由于半剛性基層的剛度大，使得其上的瀝青層彎拉應(yīng)力值較小，從而提高了瀝青面層抵抗行車疲勞破壞的能力，甚至可認(rèn)為半剛性基層上的瀝青面層不會(huì)產(chǎn)生疲勞破壞，這就鼓勵(lì)人們?nèi)p薄面層。并且以多層體系彈性理論為基礎(chǔ)的現(xiàn)行計(jì)算出的這種路面結(jié)構(gòu)面層受到的彎拉應(yīng)力很小，已不起控制作用，因此得出的路面厚度也偏小。
隨著半剛性瀝青路面的大量使用，工程實(shí)踐證明，如果面層不夠厚，路表面會(huì)很快產(chǎn)生裂縫，初期產(chǎn)生的裂縫對(duì)行車無明顯影響，但隨著表面雨水或雪水的浸入，在大量行車荷載反復(fù)作用下，會(huì)導(dǎo)致路面強(qiáng)度明顯下降，產(chǎn)生沖刷和唧泥現(xiàn)象，使裂縫兩測(cè)的瀝青路面碎裂，加速瀝青路面的破壞，影響瀝青路面的使用性能。所以路面究競(jìng)要多厚，還沒有一個(gè)確定的觀念。不同高速公路的路面結(jié)構(gòu)存在很大差別，甚至不同單位設(shè)計(jì)的同一條高速公路的路面結(jié)構(gòu)也有顯著差別。目前我國高速公路瀝青面層的厚度差異很大，薄的僅10cm左右，厚的20cm左右，最厚達(dá)32cm，路面結(jié)構(gòu)組合的厚度上的這些顯著差異既反映了我國高速公路的半剛性基層瀝青路面設(shè)計(jì)還沒有成熟，也反映了設(shè)計(jì)方法的隨意性和一定程度上的盲目性，使路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要么過分保守，造成較大的材料和資金浪費(fèi)，要么路面結(jié)構(gòu)過薄，造成早破壞，也將造成經(jīng)濟(jì)損失。
國外瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法經(jīng)過幾十年的完善，已經(jīng)提出了比較成熟的設(shè)計(jì)方法，許多國家提出了典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。第十八屆世界道路會(huì)議上，認(rèn)為瀝青面層厚度取20cm或20cm以上，則可很少出現(xiàn)表面裂縫。殼牌瀝青路面設(shè)計(jì)方法在概括各國的觀點(diǎn)和使用經(jīng)驗(yàn)時(shí)指出，水泥底基層上瀝青路面面層厚度取決于允許產(chǎn)生裂縫的程度，常變化在15～25cm之間。在德、法、英、比利時(shí)、西班牙、奧地利等國家是采用典型結(jié)構(gòu)法，并通過適當(dāng)增加面層的厚度等措施來減少反射裂縫。
為了研究半剛性瀝青路面的合理厚度范圍，為設(shè)計(jì)路面厚度提供依據(jù)，我們對(duì)我國廣東、浙江、江蘇、河南等省區(qū)的高速公路的路面結(jié)構(gòu)及使用情況作了調(diào)查，下面將調(diào)查情況介紹如下：
廣東�。簭V東省全境位于北緯20°09′～25°31′和東經(jīng)109°45′～117°20′之間。大部分地區(qū)為南亞熱帶和熱帶季風(fēng)氣候類型，是全國光、熱、水資源最為豐富的地區(qū)，溫度沿緯度的變化顯著，年平均氣溫自粵北而南為9℃～16℃，盛夏7月平均氣溫為28℃～29℃。全省多數(shù)地區(qū)年平均降雨量為1500～2000mm，年蒸發(fā)量為1000～1200mm，屬濕潤地區(qū)，降雨量的季節(jié)變化明顯，全省土質(zhì)以紅壤土為主。我們此次調(diào)查的路段有：廣州—佛山高速公路、廣州—深圳高速公路、廣州—花都高速公路和深圳深南大道一級(jí)公路。四條路的路面結(jié)構(gòu)形式見表1。
調(diào)查路段路面結(jié)構(gòu)形式 表1
名稱路段
面層
聯(lián)結(jié)層
基層
廣深
4cm瀝青混凝土磨耗層
10cm瀝青碎石
23cm水泥碎石上基層
8cm瀝青混凝土上面層
25cm級(jí)配碎石底基層
10cm瀝青碎石下面層
廣佛
4cm瀝青混凝土上面層
6cm瀝青碎石
25cm 6%水泥石屑上基層
5cm瀝青下面層
25~28cm4%水泥土（石粉砂礫）底基層
廣花
3cm瀝青混凝土上面層
20cm6%水泥穩(wěn)定碎石上基層，30cm4%水泥穩(wěn)定碎石、石粉底基層
4cm瀝青混凝土下面層
深南
5cm瀝青混凝土上面層
40cm6%水泥石屑上基層
8cm瀝青貫入下面層
15cm4%水泥石屑底基層
從表中的路面結(jié)構(gòu)來看，廣深高速公路是最厚的，包括聯(lián)結(jié)層其面層厚度為32cm，路面總厚為100～110cm，這個(gè)結(jié)構(gòu)是當(dāng)時(shí)外商出于商業(yè)目的，自己定的，不是從技術(shù)角度考慮的，所以受到了專家的批評(píng)，被認(rèn)為是不合理不經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)，尤其不適用于高溫多雨的廣東地區(qū)。從現(xiàn)在的情況來看，表面車轍嚴(yán)重，由于孔隙較大的LHII型在廣東多雨地區(qū)不適應(yīng)，下雨后唧水，出現(xiàn)大面積松散，翻修率高。從車轍調(diào)查來看，這條路上車轍最大深度達(dá)17mm，平均車轍深度為10mm。然而對(duì)其縱橫縫調(diào)查結(jié)果來看，這條路上的裂縫率和裂縫度均為零，裂縫率的計(jì)算公式為：Ck＝(CA＋L×0.3)／A
裂縫度的計(jì)算公式為： Cd＝(∑L1＋∑ L2)／A
其中：Ck—瀝青路面總裂縫率(m2／1000m2)；
L—單根裂縫的總長度(m)；
CA—龜裂及塊裂的總面積(m2)；
A—測(cè)試路段路面面積，以千平方米計(jì)。
從這段路的調(diào)查情況分析看，車轍較大，是因?yàn)闉r青層太厚影響其高溫穩(wěn)定性所致，而從另一方面來看，瀝青層厚度增加對(duì)控制裂縫是非常有效的。
廣佛路是廣東省第一條高速公路，1989年通車，瀝青路面厚度為15cm，由于佛山盛產(chǎn)磁磚，所以佛山到廣州方向重車多，破壞嚴(yán)重。其中一段于1993年加鋪的4cm的奧地利 改性瀝青SMA罩面。從調(diào)查結(jié)果來看，加鋪罩面后路面最大車轍深度為14mm，平均車轍深為4.8mm；裂縫為15.8m／千m2，裂縫率為8.0m2／千m2，未加鋪路段的最大車轍深度為21mm，平均車轍深度為6.8mm，裂縫度為28.1m／千m2 ，裂縫率為21.2m2／千m2。
廣花路建成于1992年，瀝青路面厚7cm，是高速公路中路面厚度最小的 ，當(dāng)時(shí)就是依照強(qiáng)基薄面的思路設(shè)計(jì)的，建成后出現(xiàn)問題較多， 現(xiàn)已全部加鋪了4cm的磨耗層。這段路上的最大車轍深度為14mm，平均車轍深為7.3 mm，裂縫度為83.3m／千m2，裂縫率為29.2m2／千m2。
深南大道是1990年建成通車的汽一級(jí)專用路，瀝青面層13cm厚，瀝青下面層是8cm的瀝青貫入式，從使用情況來看，這段路結(jié)構(gòu)較合理，開始使用前3年沒有裂縫和車轍，3年后出現(xiàn)裂縫，目前裂縫較多，但并不影響行車，到現(xiàn)在沒有大修，其最大車轍深度為15mm，平均車轍深為5.4mm，裂縫度為99.1m／千m2，裂縫率為30.2m2／千m2。從調(diào)查結(jié)果來看，雖然目前裂縫還未影響行車，但裂縫已成為該路段的主要病害，這段路之所以使用情況較好，主要是因?yàn)槠渖蠜]有重車通過。
浙江�。涸谡憬∥覀冎饕疾炝撕拣咚俟返那闆r，這條路始建于1992年，完工于1995年，路面結(jié)構(gòu)為：計(jì)劃后續(xù)3～4cm細(xì)粒式瀝青混凝土
中粒式瀝青混凝土4～6cm
瀝青碎石5～8cm
二灰碎石或水泥穩(wěn)定碎石28～34cm
級(jí)配碎石 20cm
杭甬路所經(jīng)地帶的軟土深度在全國是最嚴(yán)重的，深達(dá)60m，含水量70～80％，沉降量達(dá)到填一半陷一半，全線145km，有94.5km為軟土， 占杭甬路總長的65.2％，考慮到深層特厚軟土通車后必定會(huì)出現(xiàn)較大的不均勻沉降，計(jì)劃采用過渡路面，分二期鋪筑，一期面層厚度為12cm左右，二期路面間隔5年，鋪筑后為12～18cm。全線路基平均高度為3.8m。由于當(dāng)時(shí)工期緊，預(yù)壓期沒達(dá)到要求，提前1年完工。通車1年半以后，局部路段不同程度地出現(xiàn)了瀝青混凝土路面裂縫、斷裂、貧油、松散 、龜裂，上基層、底基層開裂、變形、破損、唧漿等病害。由于破壞嚴(yán)重，有些數(shù)據(jù)已無法 統(tǒng)計(jì)。從工程實(shí)踐來看，采用超載預(yù)壓效果比較好，但有些路段穩(wěn)定性不夠，沒辦法加載。穩(wěn)定性計(jì)算夠時(shí)，應(yīng)采用盡量大的超載，實(shí)際表明，實(shí)際沉降量遠(yuǎn)大于計(jì)算的沉降量。若采用等載預(yù)壓，則耗費(fèi)時(shí)間較長。施工時(shí)在中間設(shè)置了排水溝，但實(shí)際看來，因路基變形而排水溝斷裂，在江南多雨地區(qū)，水都滲下去了，沒起到作用，造成的危害較大。分析其路面結(jié) 構(gòu)方面的原因可能是：所采用的過渡路面將原設(shè)計(jì)的路面面層的4cm中粒式瀝青混凝土＋6cm 粗粒式瀝青混凝土＋7cm瀝青碎石＋1cm瀝青砂下封層結(jié)構(gòu)，改為5cmIA型半密實(shí)式中粒式瀝 青混凝土＋7cm半開級(jí)配瀝青碎石混合料＋乳化瀝青透層油結(jié)構(gòu)似有不妥，其一是高速公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中為加強(qiáng)防水抗?jié)B功能明確要求應(yīng)有一層及一層以上是I型級(jí)配瀝青混凝土混合料�，F(xiàn)場(chǎng)修補(bǔ)表明，當(dāng)半剛性基層損壞后，此時(shí)瀝青碎石混合料浸水、松散，并導(dǎo)致瀝青混凝土面層間的結(jié)合不良，就有可能降低路面結(jié)構(gòu)層的整體受力、抗彎拉應(yīng)力降低，面層開裂。改變后的路面厚度為12cm，也有些偏薄。
調(diào)查路上我們又對(duì)正在建設(shè)的滬杭高速公路進(jìn)行了了解，滬杭高速屬于世行項(xiàng)目，開工于1994年7月，計(jì)劃1998年底通車。全線102km，所經(jīng)地區(qū)大部分為軟土，平均300多米一個(gè)構(gòu)造物，因此解決軟土地基上的橋頭跳車問題將成為此條路上的關(guān)鍵技術(shù)。該路路基設(shè)計(jì)為6車道，一期路面4車道，所有橋梁均為6車道，路基平均填高為3.05m，軟土路段主要是采用預(yù)壓，打插板樁，部分橋頭是粉噴樁，局部換土。路面結(jié)構(gòu)如下：
4cm中粒式瀝青混凝土上面層
6cm粗粒式瀝青混凝土中面層
7cm粗粒式瀝青混凝土下面層
37cm二灰碎石(分兩層攤鋪)
20cm水泥碎石土
江蘇�。簻麑幐咚俟肥墙K省的第一條高速公路，江蘇段長248.21km，1994年6月開工，1996年9月竣工，歷時(shí)2年3個(gè)月。沿線水網(wǎng)密布，地質(zhì)復(fù)雜，有軟土分布的路段長約92km，軟土層厚薄不勻，厚的達(dá)幾十米。全線平均路基填土高3.73m，軟土處理基本上是采用了堆載預(yù)壓、砂墊層＋土工布、噴粉攪拌樁3種方法。對(duì)于路面結(jié)構(gòu)，滬寧路進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，從1992年至1994年，歷時(shí)3年的研究內(nèi)容包括：瀝青混凝土、基層、底基層基本材料與混合料試驗(yàn)研究；路面結(jié)構(gòu)組合與結(jié)構(gòu)厚度研究；路面表面使用品質(zhì)研究；路面結(jié)構(gòu)環(huán)道試驗(yàn)研究；試驗(yàn)路面工程研究；經(jīng)濟(jì)調(diào)查與分析等。最后提出了符合江蘇省實(shí)際的優(yōu)化路面結(jié)構(gòu)組合：
上面層：4cm厚AC—16B多碎石級(jí)配類型
中面層：6cm厚AC—25I級(jí)配類型
下面層：6cm厚AC—25II級(jí)配類型
瀝青下封層：不計(jì)入結(jié)構(gòu)厚度
基層：20cm厚二灰碎石
底基層：40cm厚二灰土、二灰及石灰土 總厚度76cm。
由于這條路經(jīng)過了室內(nèi)試驗(yàn)和試驗(yàn)路鋪筑，所以使用情況良好。經(jīng)過2年運(yùn)營，面層出現(xiàn)少量橫縫和松散，在少數(shù)丘嶺地帶仍有沉降發(fā)生，造成了路面縱縫發(fā)生。從工程實(shí)踐的體會(huì)中了解到，16cm厚的面層仍感覺有點(diǎn)薄，18cm可能會(huì)較合適。如果中間加瀝青碎石層反射裂縫會(huì)少，但疲勞裂縫可能會(huì)成為主要問題。
南京機(jī)場(chǎng)高速公路北起南京繞城公路，南至南京祿口機(jī)場(chǎng)，全長28.75km。1995年6月28日開工建設(shè)，1997年6月28日建成通車。在總結(jié)現(xiàn)有國內(nèi)高速公路瀝青面層使用情況的基礎(chǔ)上，確定了如下路面結(jié)構(gòu)：
上面層：4.5cm厚AC—16B級(jí)配類型
中面層：6cm厚AC—25I級(jí)配類型
下面層：6cm厚AC—25II級(jí)配類型
基層：34cm厚二灰碎石
底基層：20cm厚二灰土
從通車1年的使用情況來看，效果良好。路面各方面都滿足要求，唯一出現(xiàn)的是滲水問題，這可能一個(gè)是因?yàn)榧?jí)配造成，另一個(gè)是當(dāng)時(shí)壓實(shí)不夠，使用1年出現(xiàn)了壓密現(xiàn)象，但沒有泛油現(xiàn)象，路面平整度均方差通車時(shí)為0.549mm，1年后為0.68mm。
河南�。汉幽鲜〉靥幹性袋S河中下游、淮河上游地帶，自然氣候大部分屬暖溫帶半濕潤半干旱區(qū)，南部跨亞熱帶濕潤半濕潤區(qū)。目前，河南省已建成高速公路467km，其主要路面結(jié)構(gòu)如表4。
我們重點(diǎn)調(diào)查了鄭許高速公路的機(jī)場(chǎng)段和安新高速公路。鄭許高速公路鄭州至機(jī)場(chǎng)段全長25km，建成于1994年12月，通車3年多來，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)主要有以下3種破壞類型：
河南省高速公路路面結(jié)構(gòu)一覽表 表4
公路名稱
面層（cm）
基層（cm）
底基層（cm）
總厚（cm）
開鄭路
5AC+22RCC
15水泥穩(wěn)定碎石
15石灰（水泥或綜合）土
57
鄭洛路
4AC+5粗粒式+6熱拌瀝青碎石
15水泥（二灰穩(wěn)定碎石）
40石灰土
70
安新路
4AC+5粗粒式+7熱拌瀝青碎石
20水泥穩(wěn)定碎石
35二灰土
71
鄭許路
1．鄭州至機(jī)場(chǎng)
1.5AC+25RCC
1.120水泥穩(wěn)定碎石
1.35石灰土
1．85
2．機(jī)場(chǎng)至許昌段
2.5AC+22RCC
2.15水泥穩(wěn)定碎石
2.15石灰土
2．57
許漯路
4AC+6粗粒式瀝混凝土+6粗粒式
25水泥穩(wěn)定碎石
35石灰土
76
1)AC層剝落，RCC層完好。調(diào)查了解到，這種情況可能是因?yàn)楫?dāng)時(shí)RCC層施工平整 度較差，受設(shè)計(jì)標(biāo)高控制，局部路面的AC層攤鋪未達(dá)到設(shè)計(jì)厚度，采用雷達(dá)測(cè)厚儀測(cè)量后，從數(shù)據(jù)可以看出，面層太薄的地方容易剝落。
2)AC層與RCC層全部破壞，形成坑槽。這種情況大都出現(xiàn)在切縫處，這是由于在通 車初期，RCC切縫處的瀝青成層很快出現(xiàn)反射裂縫，縫寬逐漸加大(大都在2～4mm之間)滲水后RCC層縫隙處出現(xiàn)唧泥、斷裂，然后破碎。
3)面層擁包。從現(xiàn)場(chǎng)情況看，發(fā)現(xiàn)路面部分標(biāo)線扭曲變形，有些出現(xiàn)擁包，這可 能是由于瀝青混合料配比不當(dāng)或拌和設(shè)備計(jì)量不準(zhǔn)造成。
安新高速公路全長120.704km，1994年9月14日開工，1997年11月28日完工，通車運(yùn)營10個(gè)月，現(xiàn)出現(xiàn)的病害主要表現(xiàn)為局部泛油，不均勻沉降、路面車轍，橋面鋪裝局部脫落，橋涵兩頭沉陷引起的橋頭跳車等。
從調(diào)查分析可得出如下結(jié)論：
●半剛性基層瀝青路面是我國高速公路的主要路面結(jié)構(gòu)形式，常用的半剛性基層 有水泥穩(wěn)定粒料和二灰穩(wěn)定粒料；
●為了保證公路的使用性能，必須保證半剛性基層有足夠的強(qiáng)度，適宜的剛度和 耐久性，較小的變形，良好的抗裂性能。
●裂縫是半剛性瀝青路面最主要的缺陷之一，由于裂縫的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致一系列病害 的產(chǎn)生。為了防止裂縫過早出現(xiàn)，即使基層有足夠的強(qiáng)度，瀝青面層也要有一定的厚度。
●根據(jù)所調(diào)查路段的使用情況，高速公路的瀝青面層厚度在15～18cm之間較為合 適，究竟多厚最佳，還需要做進(jìn)一步的理論研究和試驗(yàn)。
