山区高速公路路面设计关键性技术探析

杨再福

（苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 730000）

山区一般是指山地、丘陵等地质条件较为复杂、地形较为崎岖的地区，我国的山区面积在国土总面积中占半数以上，且多数山区地区经济水平较为落后，有待发展。交通便利是促进经济发展、提高人民生活质量的前提条件，因此改善我国山区的交通状况十分关键。因地形限制，建设山区高速公路时在选择路线线性方面会出现隧道、桥等结构形式，线性存在不确定性。山区高速公路设计建造时，容易受到经济技术方面的阻力，本文对山区高速公路路面设计会出现的关键性技术进行研究，以期为相关人员提供参考。

1 山区高速公路特点

随着经济水平的稳步提升，近年来，我国山区高速公路的建设力度不断加大，交通布局越发完善。我国山区地形特征复杂，建设高速公路时需结合当地的实际情况，制定合理可行的设计方案。只有确保设计方案具有足够的合理性与可行性，方能尽量避免拥包、开裂等病害的出现，延长路面使用时间，最大程度保障行车安全，为区域交通运输业的发展提供助力。

山区高速公路的特点大致可归纳为以下几点：（1）地形复杂。山区包括山地、丘陵等地区，地形复杂，地势多变，地质结构各有不同，想要在山区建设高速公路存在较大的难度；（2）有较多的陡坡路段。山区地区呈现出明显的高低不等、落差大的地势特征，自然而然会出现许多陡坡。因此，建设山区高速公路时需考虑地势因素，结合当地的上下坡情况进行路面设计。在陡坡路段，受坡度的变化和自身重力的影响，行车时需有效控制车速，否则，很容易出现交通事故。相关人员在制定高速公路设计方案时需考量到这一点；（3）有较多的桥梁、隧道。一些山区受地势特征影响，要想保证高速公路的建设质量，需采用隧道工程、跨越式桥梁结构等设计方案，其设计具有一定的复杂性，在建造方面也具有较高的难度；（4）海拔较高，有较多的凌冰路段。在一些海拔较高的山区，气候受海拔影响，较为寒冷，容易出现雨水堆积现象，凌冰路段较多，会影响路面结构的合理性，威胁交通安全。

2 沥青路面设计方法的基本概述

2.1 路面厚度设计方法

技术人员在设计沥青路面时，需遵守我国交通部推出的《公路沥青路面设计规范》（JTJ014-97），其厚度设计方法可用于各级公路沥青路面的建设、与大修设计，适用范围广泛。现如今，我国规范中沥青路面设计方法中运用路表弯沉与层底弯拉应力指标。技术人员在明确路面结构层厚度时，可采取以下流程：首先，根据设计任务书的相关要求，确立面层类型、弯拉应力等相关参数。其次，结合路基土的类型与干湿程度来制定路段土基回弹模量。再次，按照规范推荐及自身经验，拟定几种路面结构层组合及厚度方案，选择其中的一层当作设计层。通过配合比实验检测材料的抗压回弹模量，确定其抗压强度。最后，按照弯拉应力指标与设计弯沉值得出厚度。若是计算所得结果与相关要求不符，可更改材料配合比、路面结构层组合或是厚度，重新进行计算。

2.2 AASHTO 设计方法与SHELL 设计方法

AASHTO 与SHELL 是应用范围较为广泛的两种设计方法，值得相关人员进行探索研究。其中，AASHTO 设计方法将现实服务能力指数当作评估衡量路面使用性能的关键性指标，SHELL 设计方法则是将路面结构作为一种多层线性弹性体系。要想通过AASHTO 设计方法明确沥青路面厚度，需经过确定使用性能期与分析期、计算标准轴载在分析期内的累计作用次数、选取可靠度参数、确立设计标准、考量环境影响、选定排水系数等流程。而通过SHELL 设计方法明确沥青路面厚度，则需要运用两项主要标准与两项次要标准，主要标准是为了明确沥青底层的水平拉应变其容许值与路基表面垂直压应变其容许值，次要标准则是为了明确水泥稳定类基层地面拉应力其容许值与道路表面永久变形容许车辙深度。

3 陡坡路段路面设计关键点

3.1 陡坡路段路面的概述

山区受地理条件限制，必然会形成长陡坡路段，陡坡路段发生车辙病害的概率相对更高。究其原因，通常情况下，车辆行驶在陡坡上的速度会比普通路段更小，对路面的作用时间也会随着速度的降低而延长。同时，在陡坡路段，荷载对于路面的作用力也有所不同，形成的应力会随着坡度的增加而加大，故而陡坡路段发生车辙现象的风险更大。在路段交通量一致的前提下，陡坡路段弯沉值要明显大于平坡路段，这会让路面提前处于破坏状态，缩短路面的使用时间。

3.2 陡坡路段路面设计关键点

陡坡路段的力学响应特点大致可归纳为以下4 点：（1）道路纵坡会在一定程度上影响路面的结构应力与位移，面层剪应力的影响程度要比弯沉与层底拉应力更大；（2）陡坡路段的路面剪应力响应存在十分显著的区别，纵坡的坡度越大，剪应力也会随之而增长。每当其坡度加大1%，剪应力会出现超过30%的平均增幅；（3）陡坡路段的路面弯沉响应大致一致，当其坡度加大1%时，弯沉也会出现1%左右的增幅；（4）陡坡路段的路面层底拉应力响应并无显著的区别，每当其坡度加大1%，拉应力会出现2%左右的增幅。比起平坡路段，陡坡路段对比路面面层有着更高的抗剪强度要求，车辆行驶时的作用时间更长。

因此，技术人员在进行陡坡路段路面设计时，需考量到以下几个方面：（1）提升路面面层的抗剪能力；（2）提升材料的高温稳定性；（3）提升沥青层的抗车辙能力；（4）考量重载因素。

4 桥面铺装路面设计研究

4.1 桥面铺装的概述

桥面铺装指的是在桥面板上方铺筑的防护层，可有效避免车轮对行车道板进行直接磨耗，能够避免柱梁遭受雨水与其他物质的侵蚀，同时可发挥扩散荷载的效果。桥面铺装是桥梁结构不可或缺的组成部分，其质量优劣直接影响到车辆的行驶质量。桥面铺装可分为刚性与柔性两种类型，刚性主要为水泥混凝土铺装，柔性主要为沥青混凝土铺装，随着材料学与建筑行业的飞速发展，桥面铺装的类型不断增多。桥面铺装层出现的病害主要包括推移与拥包、车辙、松散与坑槽、开裂等。

4.2 桥面铺装路面设计关键点

因桥梁结构的自身特点，通常而言，桥梁的局部变形加大，铺装层的运用也会增加。桥面铺装层主要包含以下两方面的特点：（1）受力模式不同。桥面铺装直接处在桥面板的上方，模量差距较大，最大拉应力拉应变基本发生于铺设层的表面，从表面开始破坏。而公路混凝土路面的最大拉应力拉应变基本发生在混凝土层的底面，从底层开始破坏。且桥面铺装受到车辆荷载等因素的影响，其破坏扩展的速度更快；（2）环境情况不同。桥面铺装是铺设在桥面上，而沥青混凝土路面基本上是铺设在土基与半刚性基层上面，属于半无限空间体。因为桥梁受荷载作用影响，变形大，其铺装层的工作环境相对动态，会出现较大的应力应变变化。

桥面铺装成在设计方案、选取材料、施工操作等方面都有着较高的要求，设计人员不仅要考虑路面的结构性能要求，还要考量耐久性、防水性、抗压能力等方面的要求。因此，技术人员在进行桥面铺装路面设计时，需考虑到以下几点：（1）桥面铺装需要拥有一定的抗变形能力。因为其铺装层位于桥面板的上方，比起普通的公路基层，其柔性要更大。只有具备一定的抗变形能力，桥面铺装层才不会因风荷载、交通荷载等因素出现较大变形；（2）桥面铺装需要拥有一定的高温稳定性。对于桥面铺装而言，优秀的高温稳定性能够有效避免推移等病害的出现；（3）桥梁铺装层需要拥有一定的抗拉裂性能。因交通荷载作用，桥面铺装层的表面很容易形成疲劳拉裂；（4）桥面铺装层需要拥有一定的耐久性能。一般情况下，沥青混凝土路面有15 年的使用期限，想要保证路面的使用时间不被缩减，需确保路面可抵抗温度变化、降雨等腐化作用，具备优秀的耐久性能；（5）桥面铺装层同混凝土桥面板间需要具备一定的层间黏结能力。桥面铺装层与混凝土桥面板之间容易发生病害，优质的黏结材料能够合二为一，黏结成一个整体，可进一步优化其使用性能。

5 隧道复合式路面设计研究

5.1 隧道复合式路面的概述

我国初期的隧道路面建设基本上是水泥混凝土路面，该路面具有施工便捷、稳定性良好等优势，应用范围十分广泛。随着我国交通行业的发展，高速公路的数量大幅度提升，对于行车的安全性、舒适度等要求也在不断提升。同时，随着材料学的飞速发展，改性沥青等材料的研究也越发深入，因此，隧道中复合式路面的应用范围不断拓展。现阶段，我国公路隧道基本运用以下两种类型的复合式路面：水泥混凝土基层沥青路面与水泥混凝土路面。这两种类型各有自身的应用优势与局限性，设计人员需结合当地的实际情况选取适宜的类型。复合式路面兼具了水泥混凝土与沥青混凝土两种路面结构的优点，可有效提升路面的舒适性。当前，人们提到复合式路面基本是指水泥混凝土层上方铺筑沥青混凝土面层的这一结构形式。技术人员在运用复合式路面时，需要细致考虑排水、层间黏结、防火等方面的问题。隧道内的环境不仅半封闭，而且还多水，发生路面病害的风险较大，容易威胁交通安全。隧道路面的病害主要为以下4 种：变形、滑溜、裂缝、翻浆与涌水。

5.2 隧道复合式路面设计关键点

技术人员在进行隧道复合式路面设计时，需考量到隧道内交通的特征：（1）重载超载占比多。我国区域贸易的数量随着经济水平的提升而不断增加。为追求更大化的经济效益，时常出现重载超载情况；（2）交通集中量大。随着经济的发展与人民生活质量的提升，我国的车辆总量不断增加，高速公路的数量虽然在大幅增强，但仍难以满足现实需求。隧道时常是两个区域间距离最短的道路，很多车辆会选择通过隧道到达目的地；（3）车速低且制动多。多数隧道会对车辆的行驶速度有所要求，通常情况下，一方面，车辆在隧道内的行驶速度远远低于高速公路上的行驶速度。另一方面，在隧道内行驶，司机视线不良、视野受限，容易出现刹车制动情况。车速低延长了作用时间，制动过程加剧了水平作用力，这些因素都会对隧道内路面形成伤害。技术人员设计隧道复合式路面时，还应当考虑气候条件、交通条件、水环境条件、基层支承条件等相关影响因素。

6 结语

高速公路建设是促进我国经济发展的关键举措，其建设质量直接影响道路的使用寿命，值得相关人员予以重视。山区地形多变，建设高速公路难度较大，设计人员需做好勘察作业，掌握其气候、地质、水文等方面的信息，规范设计方案，科学预测可能出现的问题并提出相对应的解决措施。本文简述了山区高速公路的特点，山区高速公路路面设计会出现的关键性技术，旨在为提升山区高速公路路面建设质量提供助力。