高速公路大修设计问题

    我国从二十世纪八十年代后期开工建设高速公路，截止目前高速公路建设已有二十余年时间，建成高速公路六万五千多公里。但由于一些高速公路先天设计不足，或建设质量缺陷、货运车辆超载严重、交通量急剧增长，再加上自然灾害天气的影响，使得一些高速公路往往达不到设计使用年限，有的通车仅几年时间，路况急剧恶化，就需要安排大修；有的大修路段由于设计方案不合理等原因，也存在前修后补的问题；有的大修路段由于施工交通组织不合适等原因，引起交通拥堵，在社会上造成不良影响。陕西省从2002年开始高速公路大修，截止2009年底，已先后对西（安）宝（鸡）、西（安）潼（关）、西（安）黄（陵）、西（安）阎（良）和西（安）户（县）等条高速公路进行了大修，在高速公路大修中积累了较丰富的经验。原金国同志多年从事这项工作，他根据陕西高速公路大修的实践经验，撰写出《对高速公路大修若干问题的认识》一文，就高速公路大修设计方案、项目管理、质量控制和安全保畅等问题提出看法和建议。具有很强的针对性和建设性。本报从即日起精选部分章节予以刊载，期望对我省高速公路大修起到促进作用。

高速公路大修设计问题

    和新高速公路相比，在高速公路大修设计中要着重解决好大修路面设计使用年限、原有路况调查评价、路面结构组合和设计细节等问题。

1、设计大修使用年限的确定

    依据《公路养护技术规范》，高速公路大修应全面恢复原设计的状态。目前沥青路面规范设计使用年限为15年，而陕西省高速公路大修时一部分设计年限确定为15年，大部分确定为8年，主要考虑以下两方面因素：①现有高速公路的交通状况和设计交通量。在现有高速公路不考虑拓宽改造时，一般应取从当前年份至达设计交通量的年份区间为大修设计年限。安排大修的高速公路相连路段建成时间较短或即将建成通车，为保持一致，设计使用年限一般选为15年。②在设计年限选择上注意对原有公路设施和原有路面结构的较好利用，确保方案的合理经济。在交通量和交通组成确定的条件下，设计年限的长短直接影响着路面结构组合和总厚度，一般而言，设计年限越长，路面总厚度越大。若设计路面厚度较大，在空间的布置上，要么比现有路面高出较多或对原路面结构铣刨较深，甚至达到土基。这样对原来的公路设施（防撞护栏、排水设施、主线桥涵及上跨桥）影响较大或对原路面结构剩余强度利用较差，显然不经济。从以上分析可以看出，高速公路路面大修设计使用年限，不能简单套用技术规范规定，必须考虑现有高速公路的通行能力、现有高速公路桥涵和交通安全设施的制约、现有路面结构剩余强度的较好利用，以及现有高速公路改扩建计划安排等因素，可选择一个设计年限区间如6-10年，作多方案比较，确保设计方案经济合理。

2、原有路况调查评价

    在设计年限确定之后，不同路段不同的路况评价结论，决定着采用何种路面补强方案（陕西省早期建设的高速公路局部段落采用水泥砼路面，大修时一般采用破除原路面重新铺筑沥青砼的方案），在新建路面设计中以弯沉作为控制指标来确定路面结构组合；而在高速公路大修设计中，在以弯沉作为主要指标的同时，必须结合路况调查情况，找准“病根”，对症下药。例如在气候干燥时，有的路段实测弯沉较好，但路面甚至基层破损较多，因此在路况评价时除实测弯沉外，还必须结合路面破损、平整度和摩擦系数等指标，同时还要考虑高速公路已使用年限，交通流量和历年的检测情况，并对路面钻探（辅足以地质雷达）等，分析清楚路面病害的根源，才能对路况有一个合理的评价。依据《公路养护技术规范》，高速公路路况调查评价，一般以公里为单元，以整公里桩号为起讫点。而在高速公路大修设计路况调查评价时，除参考以上规定外，还应考虑不同车道划分、不同交通量段落、不同路面结构状况、不同路基潮湿状况、原路面不同施工合同段等因素；同时适当加大检测频率，缩短评价单元（我们较常使用200m或500m为一个单元），最大程度地使所评价单元影响因素均质、单一，进而依据评价结论所确定的设计方案更有针对性。在设计阶段，我们对路况的调查，如果说主要体现在“表观”的话，而在施工阶段，随着我们对路面结构层的“开肠破肚”，使得我们能够进行更深层的路况调查，根据新的调查结论，再对设计方案优化。因此在高速公路大修时，原有路况调查是一个动态过程，施工方案的确定也是一个动态过程。

3、路面结构组合选择

    根据我们的经验，新建路面比原路面高出4cm左右，对原有交通安全设施、主线桥涵和上跨线净孔等影响不大；路面铣刨时，一般应保留原路面底基层（除非原路面结构少施工底基层、底基层施工质量差或破损较严重，若有必要，也可采用对底基层局部铣刨修补的办法）。在大修路段，若路床顶面含水量稍高（一方面可能是因为原路基填筑时含水量偏高，另一方面主要是因为路面破损雨水下渗导致），在铣刨底基层时，运输废料车辆等碾压导致路床翻浆，势必进一步下挖路基；或铣刨底基层后路基裸露，遇到雨水天气，若路槽排水不畅，就会浸泡路基。综合以上所述，可以看出，大修路面的结构组合一般宜布置在原路面底基层之上到高出原路面4cm左右的空间范围，总厚度约40cm左右。

    在路面结构组合选择时，尽可能做到较好利用原路面铣刨材料，把铣刨材料的废弃降到最低。这两年，陕西省在200多公里高速公路大修中，使用泡沫（乳化）沥青冷再生技术，把铣刨的沥青混合料再生后用作基层（或下面层），较好的解决了废旧沥青混合料的再生利用，减少废料对环境造成的污染。

    根据我们的经验，在高速公路路面大修时，一般不宜选用点病害或局部病害处理后，用沥青砼罩面的方案。能选择这种方案的路段，一般来说路面强度指标较好，路面病害相对较少，对于明显的病害，假如能够足够仔细并用适当的方法，病害能够基本得到处理，但对那些处于临界状态不明显的病害我们就往往遗漏了，罩面一般为4cm左右，使得这些潜在的病害及半刚性沥青路面的一些缺陷较快显露出来，而达不到大修设计要求。对于这些路段，一般宜把面层全部铣刨（为增加层间粘层，也可以多铣刨1cm左右基层），在上述有限空间里布设“面层+面层+泡沫（乳化）沥青冷再生基层”组合方案，能较好地保证大修效果。

    高速公路路面大修一般是按车道做设计方案，也就是说，半幅高速公路的行车道和快速车道一般是不同的设计方案，但因为行车道和快速车道紧密相联，因此对行车道和快车道的设计方案要综合考虑，保证方案的有效衔接和施工的方便，特别是针对半幅高速公路行车道和快速车道同步施工的情况，路面结构层厚度及其标高位置的选择都应能较好保证同步施工。

    在路面结构组合选择时，即使工程成本费用有一定程度增加，也应尽量采用快速修补方案，尽量减小对正常交通的影响，这是社会对高速公路这个公共基础设施的要求，也符合高速公路收费企业提供优质服务的管理目标。因此在二灰稳定粒料和水泥稳定粒料比较时，一般选用养护周期短的水泥稳定粒料；在半刚性基层和柔性基层比较时，一般选用开放交通时间更短的柔性基层；并在结构组合时，注重选用技术先进、又较经济的泡沫沥青和乳化沥青冷再生基层等。

    路面结构组合的选择，既要根据路况调查评价结论，又要充分考虑机械化施工的特点，在宽度、厚度的选择上，要注重和机械设备的技术参数相适应；同一结构层长度，为适应机械化施工及连续作业要求，应限定最短长度；并对相邻结构组合方案相近的合并为同一方案。

4、重视设计细节

    大修工程路面结构设计同新建项目有着较大的区别，大修路面结构设计是在调查、检测和评价的基础上确定路面挖补范围和深度，形象地说是“缝缝补补”，这样在原有路面和新铺路面之间存在大量的横向和纵向接缝，这些接缝位置难以碾压，并且新旧路面由于模量和强度不同，往往容易出现裂缝并造成新的病害。例如：半刚性基层或底基层修补后，新旧结构层之间的接缝是薄弱环节，在行车荷载作用下，往往导致此处破坏或接缝反射到路面，在路面防水不好的情况下，此处就会很快形成挤浆等病害，因此在设计中，在基层顶面就应采取铺设聚脂玻纤部防裂土工布等措施；沥青砼面层处理不同层之间应错台，避免形成通缝，接缝处防水一般较差，在中下面层接缝处可用贴防裂贴或用改性乳化沥青灌缝等措施。

    在路况调查或施工作业过程中，点病害或局部病害千变万化，有路基基底承载力不足问题，有路面压实不足问题，有路床顶面含水量大的问题，有基层或底基层纵横向裂缝或板体性差的问题，有面层纵横向裂缝、网裂、拥抱、堆移和坑槽的问题，也有桥面铺装层、通道梁板损坏等问题，因此在设计中，针对这些具体病害，也应有对应的设计意见，并注重在施工过程中，加强设计服务。对于路基基底承载力不足问题，一般采用打灰土桩等措施处理；对于路基含水量较大，一般采用干拌水泥碎石桩处理；对于砂砾路基压实不足等，一般采用注浆等措施处理；高速公路大修设计一定要注重“固基排水”，在路基加固稳定后，一定要完善排水系统，尤其是山区高速公路，建立完整完善的排水系统（包括路基盲沟、挡墙渗水孔等）减少水害。前期建设的高速公路通道，一般为空心板梁，设计标准低，由于重载交通损坏较多，也应在大修时一并处理，一般采用钢筋砼整体浇筑。高速公路个别桥梁也有承载力不足等问题，也应采用体外预应力，加贴钢板等措施处理；对于桥面沥青砼破损修补较多的问题，大多数为水泥砼铺装（或调平层）施工质量较差，横坡不顺，易形成局部渗水或界面有浮浆，两者粘结差等，也应对铺装层包括桥面防水一并处理到位，确保不再反复修补。

    高速公路大修设计应采用现有路面拟合高标，不应完全采用原设计标高。高速公路在运营过程中，由于各种病害和维修，实际标高和原设计施工标高已有区别，若要全面恢复原设计标高，可能对现有路面“填挖”较大，显然不经济。在确保设计时速条件下不起伏，选用间隔一定长度测量现有断面标高，进行顺坡，即拟合现有路面标高，减少工程量。在此特别要注意的是，根据运营高速公路管理经验，在山区高速公路较小半径弯道等易发生车辆侧翻等交通事故，在大修设计时，一定要根据规范，对弯道超高做出专项设计，确保施工后达到要求，减少此类事故发生。