高速公路瀝青路面中修設(shè)計若干問題探討

譚賽杰

（海南儒藝交通規(guī)劃勘察設(shè)計有限公司，海南 ?？?570206）

高速公路瀝青路面中修設(shè)計若干問題探討

譚賽杰

（海南儒藝交通規(guī)劃勘察設(shè)計有限公司，海南 ?？?570206）

針對目前高速公路瀝青路面中修設(shè)計中存在的若干問題，從路面性能指標、中修方案選擇、上跨凈空高度、波形護欄立柱高度、交通安全組織等方面展開分析，在此基礎(chǔ)上，提出相應(yīng)的解決方法。

道路工程；瀝青路面；大中修；養(yǎng)護設(shè)計；路面質(zhì)量指數(shù)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)強勁，高速公路得到了快速發(fā)展。截止至2016年底，我國公路通車總里程為469.63萬公里，其中，高速公路通車里程達13.1萬公里，位居世界第一。在高速公路快速建設(shè)的同時，也伴隨著高速公路路面養(yǎng)護里程的增長，路面養(yǎng)護任務(wù)日趨繁重，如何對高速公路路面進行有效養(yǎng)護已成為日益關(guān)注的熱點[1-3]。工程設(shè)計是影響高速公路路面大中修工程實施質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，但目前我國高速公路路面大中修還缺乏設(shè)計依據(jù)。交通運輸部行業(yè)標準《公路瀝青路面大中修養(yǎng)護設(shè)計規(guī)范》正在制定過程中，至今尚未出臺。浙江省結(jié)合路面大中修文件編制方面存在的諸多問題，于2008年底出臺了《浙江省公路路面大中修工程設(shè)計文件編制指南（試行）》，為該地區(qū)路面大中修設(shè)計文件規(guī)范化起到了非常重要的作用。北京市結(jié)合自身大中修的實際情況，于2013年出臺了《北京市瀝青路面大中修設(shè)計指南（試行）》，為北京市瀝青路面大中修設(shè)計提供參考[4,7]。本文針對目前高速公路瀝青路面中修設(shè)計中存在的若干問題，從路面性能指標、中修方案選擇、上跨凈空高度、波形護欄立柱高度、交通安全組織等方面展開分析，在此基礎(chǔ)上，提出相應(yīng)的解決方法。

1 中修設(shè)計的若干問題

1.1 路面性能指標計算

（1）路面狀況指數(shù)PCI的計算

我國現(xiàn)行《公路養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》（JTG H10-2009）在計算PCI時，將瀝青路面損壞分為11類21項。然而，我國高速公路路面瀝青路面病害一般都是以某一種或某幾種破損為主，同時出現(xiàn)多種病害的情況較為少見。因此，采用養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范中針對一般公路特點的損害狀況分類和計算方法應(yīng)用于高速公路瀝青路面有失偏頗，導(dǎo)致計算所得的路面破損率值偏小，PCI值偏高。

（2）路面使用性能指數(shù)PQI的計算

《公路瀝青路面養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》（JTJ073.2-2001）中PQI的計算由路面狀況指數(shù)（PCI）、行駛質(zhì)量指數(shù)（RQI）、抗滑性能指數(shù)SFC或BPN、路面強度指數(shù)（SSI）組成。《公路養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》（JTG H10-2009）將車轍作為單獨指標考慮，PQI包括路面損壞、平整度、車轍、抗滑性能和結(jié)構(gòu)強度五項指標，其中，路面結(jié)構(gòu)強度為抽樣評定指標，單獨計算與評定。PQI的計算公式如下：

式（1）在確定各單項指標的基礎(chǔ)上，考慮各單項指標的權(quán)重來計算PQI。因此，規(guī)范中PQI的計算值均由分項指標的加權(quán)算術(shù)平均值獲得，但加權(quán)算術(shù)平均具有線性補償特性，會造成各分項指標在計算過程中出現(xiàn)優(yōu)劣互補的現(xiàn)象。假如某段路面車轍病害較為嚴重，其它性能較好，加權(quán)幾何平均后，因指標優(yōu)劣平均，使得最終PQI值較高，掩蓋了該路面車轍病害較多的缺陷，降低了PQI在養(yǎng)護設(shè)計中的指導(dǎo)作用。

為解決這一問題，PQI計算可以考慮采用加權(quán)幾何平均，計算公式見式（2）。采用加權(quán)幾何平均計算PQI時各指標之間互補不顯著，當(dāng)一項指標較差時，而其它指標均很好，PQI計算結(jié)果也可能會不好，特別是在分項指標對應(yīng)的權(quán)重較大時更為明顯。加權(quán)幾何平均各指標間不偏廢，這在一定程度上部分消除量綱變化對PQI計算結(jié)果的影響[4]。

式（2）中：P1、P2、P3、P4分別為權(quán)重。

1.2 中修路面方案選擇

目前我國路面設(shè)計中采用彎沉作為設(shè)計指標，對路面整體的結(jié)構(gòu)性能進行評價。但路面結(jié)構(gòu)是由土基、墊層、底基層、基層（下基層、上基層）、面層（下面層、中面層、上面層）等多層結(jié)構(gòu)組成的層狀結(jié)構(gòu)。彎沉與路面各結(jié)構(gòu)層之間難以建立一一對應(yīng)的映射關(guān)系，彎沉評價路面結(jié)構(gòu)狀況存在一定不足之處。此外，對于各級公路的中修、罩面和改擴建工程，一般采用經(jīng)過彎沉盆反算得到的回彈模量作為設(shè)計的依據(jù)，而設(shè)計彎沉是通過驗算得到的。實際施工過程中，收到環(huán)境條件和自身材料特性的影響，土基的回彈模量、路面各結(jié)構(gòu)層的剛度和厚度均存在一定的變異性，造成路面結(jié)構(gòu)的實際彎沉并不具備唯一性[5]。因此，如何合理在中修設(shè)計方案中采用合理的設(shè)計指標值得重視。

為此，中修設(shè)計過程中應(yīng)研究合適的路面狀況評價體系，確定合理的評價指標，充分反映土基和路面各結(jié)構(gòu)層的實際情況，客觀、全面把握現(xiàn)有的路基路面的使用狀況，準確掌握現(xiàn)有路面各類病害出現(xiàn)的成因，為中修設(shè)計提供全面、扎實、可靠的資料。

1.3 加鋪層設(shè)計方法

路面中修工程有些是需要加鋪的，目前我國瀝青路面加鋪層的設(shè)計思路是補強設(shè)計。而實際上，路面結(jié)構(gòu)的加鋪分為功能性加鋪和結(jié)構(gòu)性加鋪。所謂功能性加鋪，指的是路面的整體結(jié)構(gòu)承載力依舊可以滿足行車荷載的需求，但路面的部分使用功能減低或不滿足要求，需通過加鋪等手段以改善路面的行駛狀況，提高路面的行車舒適性。而結(jié)構(gòu)性加鋪指的是由于路面整體結(jié)構(gòu)承載力存在不足，需要通過加鋪一定厚度的結(jié)構(gòu)層來提高路面的承載力。

與新建路面設(shè)計不同的是，加鋪層是鋪筑在既有路面結(jié)構(gòu)層上面的，既有路面的狀況在很大程度上決定了加鋪層結(jié)構(gòu)的使用壽命。既有瀝青路面存在不同程度的裂縫、坑槽、龜裂等損壞現(xiàn)象，在溫度和交通荷載的作用下，這些病害位置容易出現(xiàn)應(yīng)力集中，而當(dāng)集中的應(yīng)力超過路面材料本身的斷裂強度時，病害就會繼續(xù)擴展，并會向加鋪層擴展，造成加鋪層使用壽命的降低。因此，控制與防治既有路面病害已成為加鋪層設(shè)計的重點。

但以往加鋪層設(shè)計強調(diào)追求抗裂效果，一味增加加鋪層厚度，從而導(dǎo)致高溫季節(jié)瀝青路面加鋪層出現(xiàn)擁包、推移、車轍等病害[6]。此外，由于加鋪層結(jié)構(gòu)厚度的增加，往往導(dǎo)致加鋪層與既有路面的排水結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)性較差，經(jīng)常會出現(xiàn)排水不暢等現(xiàn)象，增大了發(fā)生路面水損壞的機率。因此，中修設(shè)計應(yīng)考慮采用綜合處治技術(shù)，把加鋪層厚度控制在合理的范圍內(nèi)，突破過往加鋪層厚度設(shè)計的思路，進一步完善路面排水設(shè)計。此外，加大對超薄瀝青混凝土等功能性磨耗層在高等級公路瀝青路面中修中的應(yīng)用也具有非常重要的現(xiàn)實意義。

1.4 跨線橋凈空高度

《公路工程技術(shù)標準》（JTG B01-2014）規(guī)定高速公路、一級公路、二級公路的凈空高度標準為5.00 m，除特殊原因外，已運營高速公路跨線橋凈空高度均應(yīng)滿足要求。但隨著通車時間的增長，有些高速公路已經(jīng)歷過若干次的中修或技術(shù)改造，現(xiàn)有路面高度較原路面高度已提高不少，原先剛滿足5.00 m凈空高度的跨線橋就難以滿足要求。以海南某高速公路為例，該高速公路自通車以來，由于經(jīng)過兩輪中修，路面厚度增加了近20 cm，現(xiàn)需進行新一輪的中修養(yǎng)護。全線共有跨線橋34座，據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，已有5座跨線橋的凈空高度不滿足要求，另外還有2座跨線橋的凈空高度小于5.04 m，也就是說，如果中修養(yǎng)護路面再加鋪4 cm面層結(jié)構(gòu)，這兩座跨線橋的凈空高度也將難以滿足規(guī)范要求。

目前，解決高速公路跨線橋凈空高度不足的技術(shù)措施主要為橋梁頂升，橋梁頂升施工一方面需要施工作業(yè)的空間，勢必對現(xiàn)有交通造成一定程度的影響，施工作業(yè)人員安全也存在一定隱患；另一方面，若跨線橋凈空高度與規(guī)定要求相差較大，而頂升高度有限；最后，頂升后跨線橋自身的處理也存在一定的技術(shù)問題。當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)不具備頂升條件時，可采用降低路面高程的方法，確?？缇€橋的凈空高度滿足規(guī)定要求。

為根本解決高速公路跨線橋凈空高度問題，可以考慮在新建高速公路的設(shè)計階段，綜合當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境特點、交通組成、路面結(jié)構(gòu)、養(yǎng)護特點等因素，給予橋梁凈空一定富余值，從而滿足路面中修設(shè)計后跨線橋凈空高度的要求。

1.5 波形護欄立柱高度

高速公路路面中修設(shè)計一般不涉及交通安全設(shè)施，但中修設(shè)計中應(yīng)重點考慮路側(cè)和中央分隔帶護欄立柱高度是否滿足規(guī)范要求。

我國高速公路路側(cè)與中央分隔帶護欄大多采用波形護欄，我國與波形護欄相關(guān)規(guī)范主要有：《公路交通安全設(shè)施設(shè)計規(guī)范》（JTG D81-2006）、《公路交通安全設(shè)施施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F71-2006）和《公路交通安全設(shè)施設(shè)計細則》（JTG/T D81-2006）。三本規(guī)范對波形護欄立柱高度的設(shè)計與施工提出了明確的技術(shù)要求。

以高速公路一般事故或重大事故護欄防撞等級A、Am級為例，路側(cè)與中央分隔帶波形梁護欄的構(gòu)造見圖1和圖2。

圖1 路側(cè)A級波形梁護欄構(gòu)造（單位：mm）

圖2 中央分隔帶分設(shè)型Am級波形梁護欄構(gòu)造（單位：mm）

從圖1和圖2可知，規(guī)范要求波形梁護欄立柱從路面（或路緣石頂面）算起至連接螺栓孔中心的距離為600 mm，至立柱頂面的距離為750 mm。路面中修若需加鋪，路面高程增加，將造成路側(cè)和中央分隔帶波形梁護欄立柱高度不滿足上述要求，從而影響波形梁護欄的安全作用。

目前在路面中修設(shè)計階段，這一問題還沒有較為理想的解決方法?，F(xiàn)常規(guī)采用兩種方法處理，一是不予考慮，波形梁立柱高度問題等待下一次中修加以解決；另外一種方式是對護欄重新進行設(shè)計。第一種處理方法存在一定的安全隱患，若出現(xiàn)交通事故，主管部門和設(shè)計部門勢必承擔(dān)一定責(zé)任；第二種處理方法造價較高，不經(jīng)濟。

為滿足高速公路路面中修后護欄立柱高度的要求，新建高速公路設(shè)計階段可以考慮增加立柱外露高度，并考慮我國的公路條件、材料規(guī)格等因素后，確定波形梁護欄的結(jié)構(gòu)型式。條件允許時，也可進行一系列的足尺碰撞試驗，以進一步對護欄的結(jié)構(gòu)型式進行優(yōu)化和調(diào)整。

1.6 交通安全組織

交通安全組織關(guān)系到中修施工過程中的人身和財產(chǎn)安全，值得深入探討與關(guān)注。目前，在中修施工前，雖然高速公路主管部門與高速交警會聯(lián)合發(fā)布中修路段的交通管制的公告和相關(guān)路況信息，但實際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這些信息的發(fā)布對車輛分流影響不大，施工過程中容易導(dǎo)致中修施工作業(yè)區(qū)及附近產(chǎn)生嚴重交通擁堵。此外，在高速公路中修施工期間，盡管施工單位按照《道路交通標志和標線》（GB 5768-2009）、《道路作業(yè)交通安全標志》（GA 182-1998）和《公路養(yǎng)護安全作業(yè)規(guī)程》（JTG H30-2015）等國家標準和行業(yè)規(guī)程布置中修施工現(xiàn)場，但各類交通事故依舊屢見不鮮。

目前，我國與高速公路瀝青路面中修交通組織相關(guān)的規(guī)范有：《高速公路交通安全設(shè)施設(shè)計及施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 074-2003）、《公路瀝青路面養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范（JTJ073.2-2001）》、《道路交通標志和標線（GB 5768-2009）》，各地方也依據(jù)相關(guān)規(guī)范制定了相應(yīng)的管理辦法。但有些管理規(guī)范及地方部門制定的管理辦法沒有反映實際的施工規(guī)模、交通流量、行車特點等，大多只是闡述了一些指導(dǎo)性建議和簡易的操作要求，缺乏可操作性。突出表現(xiàn)在養(yǎng)護作業(yè)設(shè)置方法、安全設(shè)施技術(shù)、交通組織等方面不盡合理，致使有些中修工程實施過程中高速公路嚴重擁堵，通行能力和服務(wù)水平大大降低，影響了高速公路的社會效益及經(jīng)濟效益的正常發(fā)揮。

2 結(jié)語

（1）建議計算PQI時采用加權(quán)幾何平均值替代加權(quán)算術(shù)平均值。

（2）建立合適的路面狀況評價體系，確定合理的評價指標，客觀、全面把握現(xiàn)有的路基路面的使用狀況，準確掌握現(xiàn)有路面各類病害出現(xiàn)的成因，為中修設(shè)計提供全面、扎實、可靠的資料。

（3）高速公路路面中修設(shè)計應(yīng)充分考慮超薄瀝青混凝土磨耗層的應(yīng)用。

（4）新建高速公路的設(shè)計階段，綜合各方面因素，給予橋梁凈空和波形梁護欄立柱外露高度一定的富余值，從而在路面中修設(shè)計后令跨線橋凈空高度和波形護欄立柱高度滿足要求。

（5）進一步完善養(yǎng)護作業(yè)設(shè)置方法、安全設(shè)施技術(shù)、交通組織等方面。

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U418.6

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1009-7716（2017）09-0050-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.09.015

2017-04-28

譚賽杰（1984-），女，滿族，河北承德人，工程師，主要從事道路橋梁工程設(shè)計工作。