长永高速公路路面结构和排水方案

●水泥砼路面的面板厚度情况
车 道 平均板厚（cm） 21.9 23.5 22.9 20.1 20.9 21.5 板厚最大值（cm） 29.9 32.7 29.5 25.8 28.1 29.0 板厚最小值（cm） 17.1 17.2 17.3 16.7 16.4 15.8 左幅慢车道 左幅行车道 左幅快车道 右幅慢车道 右幅行车道 右幅快车道
板厚度的在雷达测定时，表现不均匀，这对板的应力分布是 非常不利的。
●水泥砼路面板的强度
劈裂强度均值（Mpa）
4.435
方 差
0.5384
劈裂强度代表值（Mpa）
3.552275
换算得混凝土板的抗折强度为4.85Mpa，小于设计强度 5.0Mpa。
●旧路路面各层模量的计算结果
旧混凝土板的模量 24814.56（Mpa） 基层顶面当量模量 155.6（Mpa）
2.沉陷
通过对现有路面的高程调查与原路面竣工标高的对比，现在最大的沉降量 为9cm，其平均的年沉降速率为1.5cm/年；考虑到初期沉降速率大于后期的沉降 速率，可以认为现在路基的沉降已经基本稳定，可以不对路基进行沉降处理。
3.横坡情况
原设计的路拱横坡为：超车道、行车道、硬路肩的横坡为1.5%；土路肩横 坡为3%。通过对现有的路拱横坡进行实测，发现路拱横坡均小于1.5%，且在路 基横断面上出现横向不均匀沉陷。横断面的情况如下图。
主线左幅
比 例（%） 主线右幅 比 例（%）
三、罩面层厚度设计方法
1．美国沥青协会(AI)的弯沉法
美国沥青协会(AI)认为旧面层接缝(或裂缝)处的弯沉量和弯沉差是 引起沥青加铺层开裂的主要原因，因为轮载的施加速度远高于温度变化 产生的面层板伸缩位移的速率。因而，此方法以控制接缝或裂缝处的板 边平均弯沉量和弯沉差为设计要求，其标准为： 接缝(或裂缝)两侧的板边弯沉差 （ωL-ωU）≤0.05mm 接缝(或裂缝)两侧的板边平均弯沉值（ωL+ωU）／2≤0．36mm. 其中，ωL和ωU相应为受荷板和非受荷板的板边弯沉值，由80kN轴载 和贝克曼梁测定。 利用本方法计算得到沥青加铺层所需厚 125mm，加铺后的平均弯沉 量和弯沉差均超过容许值，因而，除了加铺125mm沥青面层外，还需采 取其它措施减小板端的弯沉量和弯沉差，例如，板下水泥灌浆封堵空隙 等。
4.按沥青路面规范进行计算
方 案
方案一
方案二
方案三
方案四
方案五
结构类型 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 水泥混凝土板 原路面基层 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 级配碎石 水泥混凝土板 原路面基层 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 级配碎石 水泥混凝土板 原路面基层 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 水泥稳定碎石 水泥混凝土板 原路面基层 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 热拌沥青碎石 水泥混凝土板 原路面基层
2、加铺层层结构沥青面层方案
（1） 沥青的选择 利用美国Superpave的研究成果，对湖南长沙地区所采用的沥青进行选择，必须采 用PG70-16沥青。基于湖南高温季节时间较长，由于沥青混合料的散热性能不好，从而 使沥青路面结构层内部长期处于高温状态，要求沥青面层内部的高温稳定性更高，因此 建议采用双层改性沥青。 （2）上面层沥青混合料类型的选用 ①SMA方案 SMA这种以沥青、矿粉和纤维稳定剂做结合料的间断级配沥青混合料，既具备开级 配混合料的嵌挤能力，提高抗车辙能力和抗滑阻力，又具备密级配混合料的优点，空隙 率小、沥青用量多，提高疲劳寿命和抗水损害能力。对湖南长沙高温多雨、潮湿地区尤 其适用。 ②AK-13方案 AK-13是根据I沥青混凝土和II沥青混凝土颗粒组成的特点，结合在一起形成一种新 矿料级配，具有构造深度较深，空隙率和透水性都小的特点，同时具有较好的抗形变能 力。 SMA在国内还没有得到广泛的应用，施工技术还不成熟，质量得不到有效得保证， 且造价较高（SMA比AK-13增加费用为253531元/km）。而AK-13的施工技术较成熟，并且 得到了广泛的利用，成本低。对AK-13利用Superpave的级配思想，可以得到更满意的路 用性能。
1540.2
1677.79
1
2.0% 91 1334 431.88 21480 5.56 1288.8
1720.68
1.7%
15
220
71.23
29873
7.73
1792.38
1863.61
破板与 维修费 用按 185 元 /m2 计， 调平层 按 6 元 /m2.cm 计
2
2.0% 40 587 190.04 25635 6.64 1538.1
长永高速混凝土板处理统计表
里程桩号 板总 数 9504 破碎 板 525 5.52 9501 533 5.61 接缝 处理 362 3.81 269 2.83 裂缝 处理 147 1.55 170 1.79 坑洞 修补 43 0.45 60 0.63 角隅 处理 280 2.95 422 4.44 压浆 处理 6746 70.98 6243 65.71
横断面图
横断面图
横断面图
不同横坡、不同调平层厚度时旧混凝土板处理与调平层费用估算表
方案
路拱横 坡 1.7% 破板体 积 （m3） 29 破板数 量（块）
破板金 额（万 元）
调平层 体积 （m3） 25670
平均厚 度 （cm） 6.65
调平层 金额 （万元）
总金额 （万元）
备注
425
137.59
从调查的结果来看，长永高速公路上的小型车辆较多，小客车、中型客 车、小 型货车所占的比例为86.09%， 大型客车、中型货车、大型货车、大型双后轴货车、中型货车加挂车、大型货 车加挂车所占的比例为13.91%。
●交通量增长率 以湖南省交通规划勘测设计院于1993年完成的“国道319线长沙至永安公路 两阶段施工图设计”文件的内容作为参考依据，具体交通量增长率为： 1997年-2011年，r=7.15%； 2011年-2027年，r=0。 以湖南省交通规划勘测设计院于 2001年完成的“长沙至永安高速公路改造 工程”工可的内容作为参考依据，具体交通量增长率为： 2001-2005年， r=7.3%； 2006-2010年， r=6.5%； 2011-2015年， r=5.9%； 2016-2022年， r=5.3%。
1728.14
ຫໍສະໝຸດ Baidu
1.7%
7
103
33.35
33748
8.73
2024.88
2058.23
3
2.0% 18 264 85.47 29501 7.64
1770.06 1855.53
表中的 方案为 以调平 层顶面 纵坡设 计时所 控制的 不同高 程。
在调平层设计过程中，建议采用调平层厚度为 6cm（平均厚度 5.73cm）、路拱采用三次调坡（即 调平层采用1.7%的横坡，下面层采用1.9%，上面层 采用2.0%）的结构形式。
按刚性路 面规范计 算的累计 当量轴次
实测交通量
2118.4
2377
4139
7864471
8823838
7511461
考虑分流 50% 小车、 重车的 10% 的交通 分析 按设计院的工可提 供交通量资料计算 以实测交通量和按 设计院的工可提供 交通量资料的平均 值计算
1906.5
2139.3
3725.1
结构厚度（cm） 4.0 6.0 24.0 4.0 11.1 15.0 24.0 4.0 9.2 10.0 24.0 4.0 3.7 15.0 24.0 4.0 6.0 3.5 24.0
四、路面结构方案比选
1、加铺层设计的原则 (1)表面抗滑性； (2)高温稳定性； (3)水损害问题； (4)泛油问题； (5)延缓和减少裂缝。
(2)下面层AC-20I方案 AC-20I密级配沥青混凝土具有较小的空隙率和 较小的透水性，透水性小和耐久性好是Ⅰ沥青混凝 土的优点。在利用原AC-20I沥青混合料优点的基础 上，结合Superpave设计思想，提出适宜的材料配 合比设计。
注：表中的数据为非不利季节测定结果。
5、土基、基层情况
土基和基层长期处于一种饱水状态 ，强度 低，不均匀。
调查结论
1.板与基层之间的脱空严重，所占的比例为68%左右。 2.断板较严重，所占的比例为5.58%。 3.混凝土板的强度不均匀，变异系数太大。 4.基层强度较低，变异性较大。 5.路面结构内部长期处于饱水状态，路基模量低。 6.路面整体评价状况为差。 7.原路面的横坡不均匀。
3．美国AASHTO经验法
美国AASHTO的路面设计指南也采用补足厚度缺额的概念确定沥青加铺层 的厚度，但放弃了 F修正系数的考虑，也即不考虑加铺后旧混凝土面层板的进 一步开裂。其设计公式为： hov＝A(hd—hｅf) hｅf=cbj cbd cbf hｅｘ 于是有：hｅf＝0.8×0.89×0.94×24 ＝16.06cm A＝2．2233十0.00153×(22－16.06)２－0.0604×(22－16.06) ＝1.919 hov＝1.919×(22－16.06) ＝11.40cm
路面结构计算所采用的交通量
初始交通量 累计当量轴次
计算方法
以设计弯沉值为指 标及沥青层层底拉 应力验算时的初始 交通量
进行半刚性基 层层底拉应力 验算时的初始 交通量
按刚性路 面规范计 算的初始 交通量
以设计弯沉值为指 标及沥青层层底拉 应力验算时的累计 当量轴次
进行半刚性基 层层底拉应力 验算时的累计 当量轴次
7078024
7941454
6760317
2118.4
2377
4139
7804144
8758475
7455983
2118.4
2377
4139
7834307
8791156
7483722
二、旧路状况介绍：
1.旧路横断面情况
长永高速公路路基宽度为 24.5m，双向四车道， 断面划分为：0.5m土路肩 +2.5m硬路肩+3.75m行车道+4.0m的超车道+3.0m中间带+4.0m超车道+3.75m行车 道+2.5m硬路肩+0.5m土路肩。
●交通量分流情况 考虑的因素： ☆新建机场高速公路已经于2001年6月29号开工，2003年完工。 ☆临长高速公路将于2002年12月完工。 ☆根据规划浏阳到东门的公路即将开工。 ☆浏阳是长沙的一个重要的卫星城市，星沙是长沙市的经济开发区。 ☆ 319国道对交通量的影响。 分流情况： 改造公路地处长沙东部，沿线经济发达，人口稠密，工农业生产在全省占有 重要地位，其交通量的增长是不可避免的，同时考虑的319国道的部分交通量将部 分分流到改造公路及规划中的浏东路的通车，将吸引部分大型车辆，由于新建的 机场高速公路建成之后，将分流一部分交通量。因此在设计过程中考虑50%的小车、 10%的重车分流到新建机场高速公路。增长率由于资料不多，考虑设计院的工可及 原施工图设计的可靠性，我们依据不同的情况，对交通量的增长率做了不同的论 证处理。
长永高速公路路面结构和排水方 案论证
长沙交通学院交通设计研究所
地 理
位
置
图
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长永高速公路地理位置图
一、交通量论证
论证的内容：
1. 2. 3. 4. 5. 交通量调查结果； 交通量组成； 增长率分析； 分流情况； 路面结构计算所采用的交通量。
●交通量调查结果 实际调查到的交通量为：N=10496辆/日 （双向交通量）。 其中：往永安方向为：5392辆/日；往长沙方向为：5104辆/日。 ●交通组成
4.板破损情况
●路面板的损坏情况评定 主线总调查19005块水泥混凝土板，其中折算为较大损坏的板数 为4670.5块板，破损率为24.5%，按标准路段评定为差，即路面质量 状况不好，暴露出多种问题，只有加强养护才能维持使用。 ●水泥砼路面的表面功能状况 路面的平整度较差，需要进行罩面以提高路面使用性能 ●水泥砼路面的抗滑性能状况 路面磨光不严重，摩擦系数大于规范的要求
2．美国陆军工程师部队(COE)的补足厚度缺额法
美国陆军工程师部队(COE)采用与水泥混凝土加铺层设计相同的概念— —补足厚度缺额，依据强化试验路的观测和分析结果，于50年代中期提出了 一个水泥混凝土面层上加铺沥青层的经验厚度设计公式： hov=A ( F hd － ｃｂ hｅｘ ) =3.0 (1.0×22－0.75×24) =12cm COE在强化试验期间观测到，沥青加铺层下的混凝土板在荷载作用下逐 渐开裂，并继续发展到板碎裂成为0．46m2~0．65m2的小块。随后，路表弯 沉随荷载作用而急剧增长，并在地基内出现剪切破坏。设计公式以未出现小 于上述尺寸碎块的完全破坏为标准。为此，在公式中引人了系数F。