山区高速公路路面设计探讨

文献标识码：B

No．6（TotalNo．240）

December2019

文章编号：1001－7291（2019）06－0068－03

山区高速公路路面设计探讨李梦涛

（新疆交通科学研究院，新疆

乌鲁木齐830000）

摘要：西部山区已成我国高速公路建设的重点地区，而西部高速公路建设困难重重。总结山区高速公路特点，分析山区高速公路病害类型及成因，介绍了现行常见的沥青路面设计方法，并针对山区长大纵坡路段和桥面铺筑路面进行路面设计，长大纵坡路段路面需提高其抗剪及抗车辙能力，桥面铺筑路面需提高与桥面的粘结能力。

关键词：山区高速公路；路面设计；病害分析；设计要点

我国社会经济的快速发展，公路建设突飞猛进，高速公路作为公路的重要组成部分承载着巨量交通量，据国家统计局2018年公布数据，我国高速公路通车里程已达14.26万公里。随西部大开发及“一带一路”战略提出，我国高速公路建设不断向西部推进，目前贵州、广西、西藏等地已成为我国高速公路建设大省。而西部主要为丘陵山区地带，高速公路建设面临许多挑战，如长大纵坡路段占比高，驾桥跨沟频繁，恰是这种路段形成了路面结构形式的薄弱环节，成为山区高速公路设计的重难点。

本文拟从山区高速公路特点，病害类型出发，针对性的开展山区高速公路路面设计研究，以期降低山区道路施工难度、减少沥青路面早期病害，提高路面使用性能，为西部山区提供优质高速公路设计方案。11.1

山区高速公路路面情况概述山区高速公路特点

我国山地及丘陵分别占据国土面积的33%、10%，崎岖高原占地量也不低于10%，总计山区占地面积50%以上，因而我国是一个\"名副其实\"的多山国家。山区因其交通便捷性差，经济发展十分受限，山区人民生活水平难以提高，因此改善山区交通状况十分重要。独特的地貌地形使山区高速公路与普通高速公路具有完全不同的特点，总结如下：

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11-01收稿日期：2019-

（1）地形复杂，地质多变。山区地势变化多样，

地质情况复杂，对工程建设造成巨大的考验。

（2）长大陡坡路段多。山区地势高差大，分布范围广，道路纵断设计时难以避免陡坡路段，陡坡路段出现较频繁。车辆在上下坡路段制动较为频繁，尤其上坡是车速较慢，这对路面提出了更高的使用性能要求。

（3）桥梁及隧道在道路中的应用比例较高。山区地形复杂，为减少填挖方量，简化道路线形，提供安全的行车路线，桥梁跨线沟壑，隧道穿越高山的道路设计方案应用较多。

（4）凌冰路段多。山区海拔较高，高着可达数百以上，高海拔山区气候寒冷导致存在大量凌冰路段，低温条件及重载交通作用对沥青路面的考验巨大。1.2

常见病害类型

沥青路面损害分为结构性损坏及功能性损坏。结构性损坏是指路面结构层出现损坏致使其承载能力降低，失去承受行车荷载的能力。功能性损坏是指在外部环境影响及行车荷载作用下，沥青路面平整度和抗滑性能降低致使其失去预定的服务功能，从而影响服务质量。

（1）裂缝

2019年第6期李梦涛：山区高速公路路面设计探讨

—69—

天气气候、行车荷载及沥青路面原材料性质等都是引起裂缝病害产生的因素，且裂缝形成过程较为复杂，就其成因可分为荷载型裂缝和非荷载型裂缝，就其形式可分为纵向裂缝、横向裂缝、龟裂及网裂。

（2）松散坑槽

松散坑槽多属于水损坏，沥青使用早期，沥青粘度较低、沥青用量偏低或集料粘附性不足，在行车荷载及动水荷载作用下，集料从沥青路面剥落，大量集中的集料剥落进而形成坑槽。坑槽也可由于裂缝发展形成。

（3）车辙

车辙是沥青路面主要病害形式之一，主要发生在渠化交通路段或夏季炎热区高等级公路。沥青路面在车轮荷载重复作用下，路面结构层及路基被进一步压实坍缩或是高温季节时，沥青路面抗变形能力降低发生侧向流动，向轮迹两侧隆起。车辙发展到一定深度时，便容易积水，降低路面行车安全性及舒适性。路面积水也将成为引起水损害的一大安全隐患。

（4）麻面

沥青混合料粘结剂用量不足，矿料级配偏粗或是沥青路面施工时发生集料离析现象。沥青路面投入使用后出现大面积粒料剥落，形成麻面。

（5）泛油油包

沥青用量过多，稠度较低或沥青高温稳定性较差，在夏季高温及行车荷载作用下，沥青路面油分溢出导致。

1.3沥青路面设计方法

路表弯沉用于控制路面结构层及路基的整体刚度，通过设计弯沉值，保证路基路面在车辆荷载作用下不发生过大变形。设计弯沉根据路面基层结构形式、设计年限内累计标准轴载、公路等级等因素确定。层底弯拉应力用于控制沥青路面结构层层底计算的拉应力不高于容许拉应力，保证沥青面层、基层及底基层在反复荷载作用下出现疲劳开裂。

运用该方法进行沥青路面设计时应遵循以下步骤：

（1）路面参数确定。按照设计要求，确定沥青路面面层类型、累计当量轴次、容许弯拉应力及设计弯沉值。

（2）路基参数确定。根据不同路段路基土类型，确定路基的回弹模量。

（3）路面各结构层组合拟定。根据设计道路当地经验或设计规范推荐，初拟若干种路面结构层组合及厚度方案。进行配合比试验验证拟定的路面结构抗

压强度和抗压回弹模量。

（4）厚度确定。参照设计规范进行设计弯沉值和弯拉应力指标计算，再得出满足合适厚度。如设计弯沉值与弯拉应力指标不满足规范要求，则需进行路面结构或厚度调整，直至满足要求为止。

（5）方案的技术和经济综合比选，确定最终路面方案。2山区沥青路面设计研究2.1

长大纵坡路段设计（1）病害原因分析

沥青路面结构受力更大，陡坡路段路面行车荷载因斜坡而向路面分解了一个很强的剪应力，该力大小是平缓路段的几十倍，对路面极具破坏性；路面弯沉较大，陡坡路段汽车行驶速度较慢，对路面作用时间长，使得路面弯沉增大，路面结构更易发生疲劳破坏。同时，上下坡车辆制动频繁，路面受到轮胎的摩擦力更大，路面易产生推移病害。

（2）力学响应分析

拟定设计参数后，采用有限元软件对长大纵坡路段进行有限元分析，结果见图1、图2。

图1弯沉—

——坡率关系图图2剪/拉应力—

——坡率关系图由上图可知，随着坡度的增加路表弯沉、面层剪

—70—华东应力与拉应力相应增加，这说明长大纵坡路段的路面工作状况较为严峻，且随坡率增大，路面受剪破坏的可能性越大。

（2）设计要点

由上节道路力学响应特点分析可知，相较于平坡路段，陡坡路段将受到更强烈的剪切作用，同时陡坡路段车辆行驶速度降低，车轮对路面的作用时间延长，路面更易出现车辙。因此总结如下设计要点：提高沥青面层的抗剪能力；提高沥青面层抗车辙能力；提高沥青面层混合料高温稳定性。2.2

桥面铺装路面设计（1）病害分析

推移拥抱病害明显，由于桥面铺筑板与铺装沥青混合料粘结状态较差，在水平剪应力作用下，沥青路面产生推移拥抱；车辙病害明显，一方面水泥混合料和铺装沥青路面的模量相差巨大，铺装面层被束缚，另一方面桥梁路面的渠化交通严重；开裂现象严重，桥梁在行车荷载、自重及风载作用下，桥面板会产生一定程度的扰度，沥青路面容易被拉裂。

（2）力学响应分析

采用有限元软件模拟桥面铺装沥青混凝土路面进行力学响应分析。假定路面各结构层为各向同性连续均匀的完全弹性体，且各层为完全连接状态，不考虑自重。假定桥梁发生连续变形，桥墩无变形，水泥砼梁底面固结，前后断面无位移。铺装路面结构层厚度及材料参数如表1。

表1

路面结构厚度及材料参数

材料厚度（cm）泊松比弹性模量（MPa）SMA－1350．331450AC－1650．331450SBS改性沥青封层0．150．16516水泥混凝土50．3531000由图3、图4可知，路面水平剪应力随深度增加而减小，在10cm范围内变化较快，而后变化相对趋于平缓，最大剪应力出现突变情况，且突变位置均在各结构层结合处，说明路面届结构设计重点应该在面层10内及各结构层结合处。

（3）设计要点

提高沥青路面的变形能力及抗裂能力。一般沥青路面铺筑在半刚性基层和土基之上，刚度较大，车辆荷载作用下竖向变形较小，而桥面铺筑沥青路面承受风载、桥梁自重等带来的扰度，因而需要求其具有较高变形能力。提高铺装沥青混合料面层与水泥混凝土

公路2019年第6期

面板之间的层间粘结力，将桥面板与沥青面层连接成一个整体，减少推移病害。

图3深度—

——水平剪应力图图4深度—

——最大剪应力图3

结语

山区高速公路因地形地势复杂、海拔高气候差异大等因素，在建设阶段及运营阶段都面临许多挑战，而这些挑战与平缓地区的公路大相径庭。因此本文开展山区高速公路路面设计研究，分析山区高速公路特点及常见病害，并对典型山区长大纵坡路段及桥面铺筑路段进行路面设计，提出设计要点。

参考文献

［1］任桂娇.山区高速公路沥青路面大修关键技术研究［D］．重庆

交通大学硕士学位论文，

2012.［2］古芸琳.山区高速公路路面设计关键技术研究［D］．重庆交通

大学硕士学位论文，

2013.［3］赵军辉，沈晓海，张璎，丁伟江，张汉斐.山区高速公路上坡路

段路线路面设计探讨［J］．公路，

2004，12：106－108.