高速公路设计要点分析

高速公路设计要点分析

摘要：本文针对路面设计两大关键点即路面材料的选择和结构层设计来阐述现行公路路面设计中需要重点考虑的几个问题。建设绿色环保、资源节约型社会将会是以后道路设计中重点考虑的方面。

关键词：沥青路面设计；结构层设计；道路材料

0引言

近年来，我国公路交通建设事业突飞猛进。自1988年中国开始建设高速公路以来，我国高速公路建设向世界前列高速发展。2008年底，我国高速公路通车总里程达到6.03万公里，继续居世界第二位。根据交通部的规划，到2020年我国基本建成国家高速公路网，届时，中国高速公路通车总里程将达10万公里[1]。沥青路面由于其良好的行驶性能，已经成为各种高等级公路和主干道路的首选结构形式，沥青路面占80％~90％。但是，由于我国气候和自然环境十分复杂，加上近年来超载运输现象十分严重，建成通车的高等级公路上出现了较大面积的路面早期损坏，其主要形式包括半刚性基层沥青路面出现反射裂缝、沥青面层水稳定性损坏（松散、坑槽等）以及高温稳定性病害（车辙）。路面的早期损坏不仅造成了巨大的经济损失，而且影响到交通行业的社会形象和可持续发展[2][3]。

1沥青路面设计概要

世界各国的沥青路面设计方法，可分为经验法和力学—经验法两大类。我国现行的《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）采用弹性层状体系作为力学分析基础理论，以双圆垂直均布荷载作用下的路面整体沉降（弯沉）和结构层的层底拉应力作为设计指标，以疲劳效应为基础，处理轴载标准化转换与轴载多次重复作用效应。路面工程应根据使用要求及气候、水文、土质等自然条件，密切结合本地区实践经验，在满足交通量和使用要求的前提下，遵循因地制宜、合理选材、方便施工、利于养护、节约投资的原则，对可选方案经过全面的技术经济比较，确定最佳设计方案。设计中通过对不同基层材料组成设计试验，确定最佳设计配合比，以减轻路面的早期反射裂缝、卿浆等破坏，延长路面的使用寿命。沥青路面面层应注意高（低）温下的稳定性、耐久性、抗滑能力和抗渗能力，设计中通过面层结构的材料的合理选材、骨料的合理级配等措施，另外，合理、慎重的使用SMA、改性沥青等新材料、新技术，改善路面整体使用性能。然而，对于现有的国内外沥青路面设计规范主要是以经济为主，并没有考虑到道路的重载、超载以及交通量的迅速发展，因此，随着经济的快速发展，设计一条能既能符合交通需求，也能满足经济效益是道路发展的当务之急。

2选线设计要点

公路路线设计及选择时，应尽可能地利用荒坡、荒地、滩涂等荒芜土地，

而少占耕地、少拆迁，一般来说，会根据沿线具体情况，来选择选线的侧重点。

对山区的公路来说，一般主要考虑了地质灾害的可治性以及发生后的处理费用等，而忽略了保护耕地资源，增加了工程中的耕地占用量；同时，山区耕地形状一般极不规则，如果修筑公路，会使其变得更加支离破碎。因此在路线选择时，要充分顺应地形、地貌，确保山体平衡体系不被破坏，避免大挖大填，加强桥梁隧道的设计，使路线与周围环境融为一体。

相对山区来说，平原地区的地质条件要好的多。然而平原地区有大量的耕地、房屋，一旦修筑公路，就会占用大量的耕地，甚至造成拆迁。所以设计路线时应特别注意对土地尤其是耕地资源的影响。在路线的控制节点确定之后，应综合考虑各种因素，尽可能少占用耕地，少拆迁。可将避开高产良田作为设计线路的重要因素，尽量选择荒地或低产田通过，节约耕地良田，以保护环境。

3面层组合设计[1]

国外的耐久性路面（也称作长寿命路面）追求的寿命是50年，即50年不进行结构性维修。典型的耐久性沥青混凝土路面概念图如图1所示：

图1国外长寿命沥青路面结构设计理念

长寿命沥青路面结构主要有如下特点：

（1）轮载下100～150mm区域是高受力区域，也是各种损坏（主要是轮辙）的发生区域；

（2）面层40～75mm高质量沥青混凝土为车辆提供良好的行驶界面，应具有足够的表面构造深度，抗车辙、水稳定性好；

（3）中间层100～175mm高模量抗车辙沥青混凝土起到连接和扩散荷载的作用，应具有高模量、抗车辙特性[2]；

（4）最大拉应变产生在HMA基层底部，该区域最易发生疲劳破坏；

（5）HMA基层75～100mm高柔性抗疲劳沥青混凝土起到消除疲劳破坏的作用，应具备高柔性、抗疲劳、水稳定性好等特性；

（6）路面基础不仅为沥青面层的铺筑提供良好的界面，而且对于路面的变形、抗冻都是至关重要的。

因各国自身的经济技术发展水平及道路建筑材料拥有量的不同，因而所采用的路面结构形式也有所不同，但总体分为两种结构形式：柔性基层沥青路面与半刚性基层沥青路面，由于也有采用复合式沥青路面结构形式的。在欧美、日本、澳大利亚等大部分国家，多数情况采用柔性基层沥青路面，一般采用级配碎石作下底基层，以沥青稳定碎石料作为基层，还设有垫层。这种结构要求路面结构层下具有良好的路基，当路基过差时，采用无机结合料稳定作为路基或底基层。由于该结构的承重主要依靠沥青层，故沥青层的总厚度较厚，一般在20cm～25cm 以上；以我国为代表的国家采用了半刚性基层沥青路面，一般采用二灰稳定碎石或水泥稳定碎石为半刚性基层，厚度一般在30cm～45cm不等，面层分为上中下面层，总厚度一般不小于20cm。这种路面结构必须保证自由水不会积聚在沥青面层与半刚性基层之间，否则在交通荷载作用下容易发生水损害，另外，反射裂缝问题也是这种结构面临的巨大挑战。为了改进半刚性基层先天方面的不足，采用了许多方法，如沥青面层与半刚性基层间设置过渡层，通过降低面层与基层的模量差减少层底拉应力，这种结构也就是通常上说的复合式沥青路面。

4路基设计要点

压实度是影响路基质量的一个非常重要的因素，路基一般要采用重型压实标准，在压实过程中，必须分层填筑，零填及路堑路床（0~30cm）的压实度不小于97%；下路床的压实度不小于96%；上路堤的压实度不小于95%；下路堤的压实度不小于93%。为了保证在路堤在设计宽度范围内的稳定性，路堤两侧可以各加宽30cm进行填筑，对于不良地质、水田路段路堤两侧各加宽50cm进行填筑[3]。

路基填筑过程中，注意路基填料的选择，可以根据当地的情况，在满足规范要求的情况下，就地取材。填方路基材料CBR值：上路床不小于8，下路床不小于5，对不能满足路床填料要求的填土，进行掺石灰处理后用于填筑。填筑过程中，注意做好填前碾压以及沉降量的观测。可采用换填砂砾、砂井、砂桩、粉喷桩等技术进行软土地基处理，从而有效地解决了桥头跳车和路基不均匀沉陷等质量问题。

5排水设计要点

设计前，做好对该路段地质、水文资料的收集工作，充分利用现有地形以及天然水系，综合考虑各种因素，尽量与现有或规划的排水系统和设施相协调，形成完善的排水系统，从而搞好纵、横向排水设计，消除地表水和地下水对路面的威胁。

6涵洞设计要点

涵洞设计首先要考虑的是防止淤积和冲刷问题，根据现场情况确定进出口类型、涵底纵坡，进出口高差较大时，涵底要设计成台阶型以缓解水的势能。

7结束语