高速公路路面方案比选及其设计要点

工程概况

某高速公路作为全国高速公路网络的重要组成部分，有利于东北、华北、华东、华南之间以及东、西部之间的便捷交通联系。全线范围内以低山、丘陵为主，其次为山间洼地和河谷阶地。现分析其路面设计流程。

路面方案选取

沥青路面与混凝土路面各具特色，现首先通过从路面的基本特性、对施工的要求及经济角度三方面，对柔性路面和刚性路面进行比较。

沥青路面所采用的沥青结合料，鉴于其增强了矿料间的粘结力，提高了混合料的强度和稳定性，其是路面的使用质量和耐久性都得到提高。与水泥混凝土路面相比，沥青路面具有表面平整、无接缝、行车舒适、耐磨、振动小、噪音低、施工期短、养护维修简单、适宜于分期修建等优点，因而获得越来越广泛的应用。但沥青路面透水性小，其稳定性和强度很大程度取决于土层和基层的特性。

而对于混凝土路面来说，其具有强度高、稳定性好、耐久性好、有利于夜间行车等特点，但对水泥和水的需要量大，这对水泥供应不足和缺水地区带来较大困难。同时，对于一般混凝土路面要建造许多接缝，这些接缝不但增加施工和养护的复杂性，而且容易引起行车跳动，影响行车的舒适性，接缝又是路面的薄弱点，如处理不当，将导致路面板边和板角处破坏。混凝土路面开放交通较迟，一般混凝土路面完工后，要经过28天的潮湿养生，才能开放交通。另外混凝土路面损坏后，开挖很困难，修补工作量也大，且影响交通。

水泥混凝土路面造价低，使用寿命长，后期养护费用少；但由于水泥混凝土路面的接缝是其薄弱环节，行车噪声大，尘土多，不利于环保，影响行车舒适性，一旦破坏修复较为困难，并且水泥混凝土路面变形协调能力差，无法适应本段高填段落多，以及可能的路基沉降变形。而沥青路面行车舒适性强，施工养护方便，协调变形的能力强、平整性好、震动小、行车舒适、施工养护方便。因此，从以上因素分析可发现，对于本高速公路来说适宜选取沥青路面。

沥青路面设计

本高速公路设计路段的路面采用沥青路面，进行沥青路面结构设计，结合工程实践，其主要采取以下的设计思路：根据设计任务书的要求，进行交通量的分析，确定路面等级和面层类型，计算设计年限内一个车道的累计当量轴次和设计弯沉值。

按路基土类与干湿类型，将路基划分为若干路段（在一般情况下路段长不宜小于500m，若为大规模机械化施工，不宜小于1km），确定各路段土基回弹模量。

可参考规范推荐结构，拟定几种可能的路面结构组合的方案，根据选用的材料进行配合比试验及测定各结构层材料的抗压回弹模量、抗拉强度，确定各结构层材料设计参数。

根据设计弯沉值计算路面厚度，对高速公路沥青混凝土面层和半刚性材料的基层、底基层，应验算拉应力是否满足容许拉应力的要求。如不满足要求，或调整路面结构层厚度，或变更路面结构组合，或调整材料配合比、提高极限抗拉强度，再重新计算。

沥青混凝土路面材料

另外，从工程实践经验，笔者认为对沥青路面设计时，应先拟定某一层作为设计层，拟定面层和其他各层的厚度。当采用半刚性基层、底基层结构时，可任选一层为设计层；当采用半刚性基层、粒料类材料为底基层时，应拟定面层、底基层厚度，以半刚性基层为设计层才能得到合理的结构；当采用柔性基层、底基层的沥青路面时，宜拟定面层、底基层的厚度，求算基层厚度。

沥青混凝土路面材料选择时，首先考虑施工厚度要求，其次考虑材料特性及来源，最后考虑造价。考虑到当地的实

P LANNING & DESIGN

规划设计

高速公路路面方案比选及其设计要点

文/冯宝娟

TRANSPOWORLD 2012 No.24 (Dec)

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际地形地质状况，并经过多次试算，最后确定的材料结构及厚度布置取中湿状态为沥青混凝土路面结构的推荐方案。根据交通量及其组成、沿线气候、土质、筑路材料来源，基层决定采用水泥稳定碎石，该层可起到承重、透水、应力吸收的作用，以保证面层处于最佳结构功能及使用功能状态。底基层采用石灰土碎石，可以充分利用沿线筑路材料，降低造价，虽然施工时石灰容易受季节性限制，因为掺入石灰时，气候太干、太湿都将影响其受力强度，应调控好施工进度，避开雨季，因此，本设计选用粉料＞60%的石灰土碎石做为底基层。

标准轴载及轴载当量换算

路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载。设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次。根据设计规范，高速公路沥青路面的设计年限取15年，四车道的车道系数是0.4～0.5，取η=0.5。累计当量轴次如式（1）

所示。

（1）当以营运车辆中的大客车、中型货车、大型货车、拖挂车等车型在一个车道上的日平均车数Nn（辆/日/车道）进行划分，得到大客车及中型以上各种货车交通量Nn=∑Ni=1700（辆/日/车道），由以上可得交通等级为重交通。

初拟路面结构

根据本地区的路用材料，结合已有工程经验与典型结构，拟定两个结构组合方案。根据结构层的最小施工厚度、材料、水文、交通量以及施工机具的功能等因素，初步确定路面结构组合与各层厚度如下：方案（1）采取4cm细粒式沥青混凝土+6cm中粒式沥青混凝土+8cm粗粒式沥青混凝土+20cm水泥稳定碎石+石灰土，以石灰土为设计层。方案（2）采取4cm细粒式沥青混凝土+6cm中粒式沥青混凝土+8cm粗粒式沥青混凝土+石灰粉煤灰碎石+25cm石灰土+15cm天然砂砾，以石灰粉煤灰碎石为设计层。

对于高速公路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构层底拉应力验算。

路面设计弯沉值根据公式见式（2

）：

（2）

式中：

l

d

——设计弯沉值（0.01mm）；

N

e

——设计年限内一个车道累计当量轴次；

A

c ——公路等级系数；

A

s

——面层类型系数；

A

b

——基层类型系数。

该公路为高速公路，公路等级系数取A

c

=1.0，面

层是沥青混凝土，面层类型系数取A

s

=1.0，半刚性基

层、底基层总厚度大于或等于20c m时，基层类型系数

Ab=1.0。设计弯沉值为：l

d

=600N

e

-0.2A

c

A

s

A

b

=600×5793318-

0.2×1.0×1.0×1.0=26.64（0.01mm）。各层材料的容许

层底拉应力。细粒式密级配沥青混凝土：

K

s

=0.09A

a

N

e

0.22/A

c

=0.09×1.0×57933180.22/1.0=2.02，

σ

r

=σ

sp

/K

s

=1.4/2.02=0.693MPa。中粒式密级配沥青混凝

土：K

s

=0.09A

a

N

e

0.22/A

c

=0.09×1.0×57933180.22/1.0= 2.02，

σ

r

=σ

sp

/K

s

=1.0/2.02=0.495MPa。粗粒式密级配沥青混凝

土：K

s

=0.09A

a

N

e

0.22/A

c

=0.09×1.0×57933180.22/1.0=2.02，

=0.8/2.02=0.396MPa。

路面结构厚度验算

经对路面结构厚度采取验算，结果表明新建路面的

层数为5 层，标准轴载为BZZ-100，路面设计弯沉值为

26.64 （0.01mm），路面设计层层位为4层，设计层最小

厚度为20cm。按设计弯沉值计算设计层厚度LD= 26.64

（0.01mm），H（5）= 20cm，LS= 28.5（0.01mm），H

（5）= 25cm，LS= 26.1（0.01mm），H（5）= 23.9cm

（仅考虑弯沉）。按容许拉应力验算设计层厚度，H（5）

= 23.9cm（第1层底面拉应力验算满足要求），H（5）

= 23.9cm（第2层底面拉应力验算满足要求），H（5）

= 23.9cm（第3层底面拉应力验算满足要求），H（5）

= 23.9cm（第4层底面拉应力验算满足要求），H（5）=

23.9cm（第5层底面拉应力验算满足要求）。路面设计层厚

度，H（5）= 23.9cm（仅考虑弯沉），H（5）= 23.9cm

（同时考虑弯沉和拉应力），取整H（4）=24cm。通过对设

计层厚度取整以及对路面厚度作进一步的修改，最后得到路

面结构设计结果如下：细粒式沥青混凝土为4cm，中粒式沥

青混凝土为6cm，粗粒式沥青混凝土为8cm，水泥稳定碎石

为20cm，石灰土为24cm。

结束语

从工程实践表明，对于公路路面设计来说，路面材料选

择时，首先考虑施工厚度要求，其次考虑材料特性及来源，

最后考虑造价。同时应当考虑到当地的实际地形地质状况，

并经过多次试算，最后确定的材料结构及厚度布置取中湿状

态为沥青混凝土路面结构的推荐方案。

作者单位：衡水市公路勘测设计所

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2012年第24期《交通世界》

(12月下)