路面结构排水方案比选.docx
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路面结构排水方案比选
路面结构、排水方案比选
根据2001年6月23日召开的“关于《长沙至永安高速公路改造工程可行性研究报告》的评估意见”（湘交咨询字[2001]9号）的结果，长沙交通学院交通设计研究所组织人员对长永高速公路改造工程的路面结构和排水方案进行了详细的论证。
一、交通量论证
1、实测交通量：
根据“长永高速公路改造工程”的具体要求，长沙交通学院交通设计研究所于2001年3月22日组织人员对长永高速公路目前的交通状况进行现场调查，为了保证数据的代表性，调查组进行了24小时的连续观察，并选择在周末前完成，具体时间为：
2001年3月22日16时开始，到2001年3月23日16时结束。
合理选择调查地点是本次交通量调查的一个关键环节，本次现场调查是通过向长永高速公路管理处进行咨询来选定调查的地点，调查的地点是选在长永高速公路星沙收费站。
调查过程中，对于车流量是通过人工的方法进行统计调查，即采用定人定点定时来数通过收费站的双向混合交通量。
在调查的过程中，为了能充分反映本路段车辆的实际载重情况，在长永高速公路路政管理所的配合下，采用了轮重仪对通过的车辆载重进行现场实测。
在各方面的相互配合下，24小时的现场调查圆满完成。
（1）、交通量及其组成
从长永高速公路星沙收费站收集的交通量统计资料来看，进入长沙市区的交通流与往永安方向的交通流有明显的区别，因此，本次调查是对进长沙市和出长沙市两个方向分别进行的。
在车型的划分上是将车型分成小客车、中型客车、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、小型货车共9大类，同时对于货车，又分为满载和空载两种情况来考虑。
在调查的过程中，基本是以1小时为一个时间单位。
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。
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%。
具体调查结果详见附表1。
（2）、交通量增长率
由于长永高速公路缺乏有关的交通量统计数据（只收集到了2000年8月到2001年2月的交通量数据），因此在本次交通量调查中，对于交通量增长率的取值是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。
（3）、标准轴次换算
根据现场的调查结果，依据《公路沥青路面设计规范》（JTJ014-97），进行轴载换算。
2002年长永高速公路换算为标准轴载的交通量为：
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为：
N2002=1977.043×（1+0.0715）
=2118.4辆/d
以半刚性基层层底拉应力为设计指标时的累计当量轴次为：
N2002=2218.217×（1+0.0715）
=2376.82辆/d
按刚性路面规范计算的累计当量轴次为：
N2002=3862.4×（1+0.0715）
=4138.6辆/d
2011年长永高速公路换算为标准轴载的交通量为：
以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时的当量轴次为：
N2011=1977.043×（1+0.0715）9
=3680.83辆/d
当进行半刚性基层层底拉应力验算时的当量轴次为：
N2011=2218.217×（1+0.0715）9
=4129.84辆/d
按刚性路面规范计算的累计当量轴次为：
N2011=3862.4×（1+0.0715）9
=7191辆/d
（4）、累计标准轴次
根据换算的标准轴载，推算其设计使用年限内的累计当量轴次:
1）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为：
Ne=[（1+0.0715）10-1]×365×N2002×0.45／0.0715+0.45×365×5×N2011
=[（1+0.0715）10-1]×365×2118.4×0.45／0.0715+0.45×5×3680.83×365
=7864471次
2）当进行半刚性基层层底拉应力验算时的累计当量轴次为：
Ne=[（1+0.0715）10-1]×365×N2002×0.45／0.0715+0.45×365×5×N2011
=[（1+0.0715）10-1]×365×2376.82×0.45／0.0715+0.45×5×4129.84×365
=8823838次
3）按刚性路面规范计算的累计当量轴次为：
Ne=[（1+0.0715）10-1]×365×N2002×0.22／0.0715+0.22×365×5×N2011
=[（1+0.0715）10-1]×365×4138.6×0.22／0.0715+0.22×5×7191×365
=7511461.34次
2、考虑新机场路和319国道对目前长永高速公路的分流情况，按分流50%小车、10%的重车后进行交通分析
小汽车在路面结构计算中不考虑。
（1）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为：
Ne=[（1+0.0715）10-1]×365×N2002×0.9×0.45／0.0715+0.65×365×5×N2011
=[（1+0.0715）10-1]×365×2118.4×0.9×0.45／0.0715+0.45×5×3680.83×365×0.9
=7078023.9次
（2）当进行半刚性基层层底拉应力验算时的累计当量轴次为：
Ne=[（1+0.0715）10-1]×365×0.9×N2002×0.45／0.0715+0.45×365×5×N2011×0.9
=[（1+0.0715）10-1]×365×2376.82×0.9×0.45／0.0715+0.45×5×4129.84×365×0.9
=7941454.2次
（3）按刚性路面规范计算的累计当量轴次为：
Ne=[（1+0.0715）10-1]×365×N2002×0.22×0.9／0.0715+0.22×365×5×N2011×0.9
=[（1+0.0715）10-1]×365×4138.6×0.9×0.22／0.0715+0.22×5×7191×365×0.9
=6760314次
3、按设计院的工可提供交通量资料计算：
（1）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为：
Ne=7804144次
（2）当进行半刚性基层层底拉应力验算时的累计当量轴次为：
Ne=8758475次
（3）按刚性路面规范计算的累计当量轴次为：
Ne=7455983次
4、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：
（1）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为：
Ne=（7804144+7864471）/2=7834307.5次
（2）当进行半刚性基层层底拉应力验算时的累计当量轴次为：
Ne=（8758475+8823838）/2=8791156.5次
（3）按刚性路面规范计算的累计当量轴次为：
Ne=（7455983+7511461）/2=7483722次
综上述计算结果汇总如表1：
表1计算结果汇总表
计算方法
初始交通量
累计当量轴次
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
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
1906.5
2139.3
3725.1
7078024
7941454
6760317
按设计院的工可提供交通量资料计算
2118.4
2377
4139
7804144
8758475
7455983
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
2118.4
2377
4139
7834307
8791156
7483722
二、旧路状况介绍：
1、横断面、沉陷、横坡情况：
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。
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。
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。
设计过程中参考湖南省目前修筑的高速公路的路拱横坡度的取值，并结合本工程项目的实际情况，路拱横坡度建议采用：
超车道、行车道、硬路肩的横坡为2%；土路肩横坡为4%，在设计过程中，考虑本项目是旧路改造，要尽量降低工程造价，减少旧混凝土板的破板率，因此在结构设计过程中，采用分三次将路拱横坡由1.5%调到2%，具体分析结果如下：
根据“湖南长永高速公路改造工程设计方案专家评审会议”上各位专家对路面路拱横坡调整的意见，长沙交通学院交通设计研究所对路面结构的调平层厚度、路面路拱横坡一次调到2.0%还是分次调到2.0%、不同的调整路拱方案会产生水泥混凝土板破板的情况从施工情况、技术要求、经济效益等方面进行了认真的分析计算，计算结果如表2：
表2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
破板体积（m3）
破板数量（块）
破板金额（万元）
调平层体积（m3）
平均厚度（cm）
调平层金额（万元）
总金哦（万元）
备注
1
1.7%
29
425
137.59
25670
6.65
1540.2
1677.79
破板与维修费用按185元/m2计，调平层按6元/m2.cm计
2.0%
91
1334
431.88
21480
5.56
1288.8
1720.68
2
1.7%
15
220
71.23
29873
7.73
1792.38
1863.61
2.0%
40
587
190.04
25635
6.64
1538.1
1728.14
3
1.7%
7
103
33.35
33748
8.73
2024.88
2058.23
2.0%
18
264
85.47
29501
7.64
1770.06
1855.53
通过对上表的计算结果进行分析，结合路基横断面图设计的实际情况（根据外业勘测的结果，绘制横断面图，从中取3个断面的情况，横断面绘制时采用路拱横坡为1.7%、调平层平均厚度为5.73cm的方案，见附图1），从图上可以看出，如满足尽量减少由于横断面设计过程中因路拱横坡的形成而产生破板的现象，保证施工工期的角度出发，利用调平层一次调到2%的横坡会使破板数量增加3倍以上，故此种方案不被采用。
从横断面图上也可以看出，如将调平层的厚度减薄，则在很多路段会出现调平层厚度为0cm甚至要大量破除旧水泥混凝土板来保证面层厚度的现象，从调平层的设置原则出发，这种方案是不可取的，即将路拱横坡为1.7%、平均厚度为6.65cm的方案否决，而采用路拱横坡为1.7%、平均厚度为8.73cm的方案，其造价比采用路拱横坡为1.7%、调平层平均厚度为7.73cm的方案增加10.44%，造价增加194.62万元，从经济上来讲，是不合理的。
综上所述采用调平层厚度为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%）所产生的破板数量较小，经济效益最好。
因此，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。
2、板破损情况
受长永高速公路管理处的委托，我们于2000年3月对长永高速公路及其支线和匝道路段进行现场调查。
A、路面板的损坏情况评定：
为了统一和正确的区分损坏的类型、程度及密度，提供确定路面状况分级的依据，对水泥砼路面的损坏类型的特征、程度及计量依据中华人民共和国交通部发布的中华人民共和国行业标准《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTJ012—94）、《公路养护技术规范》（JTJ073—96）和国内外的研究成果所采用的方法进行。
按公路养护技术规范，水泥混凝土路面的损坏主要有断裂类（纵向、横向斜向等）、接缝损坏类（唧泥、错台等）、变形类（沉陷、涨起等）和材料或表层损坏（磨损等）四类。
在调查中，长永高速公路的水泥混凝土板维修率较高，有较多的新水泥混凝土板，因而水泥混凝土的断板率较低，同时也发现新的水泥混凝土板出现裂缝。
依据中华人民共和国交通部发布的中华人民共和国行业标准《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTJ012—94）和国内外的研究成果所采用的方法对水泥砼路面状况进行评定和分级。
分级的标准以影响路面强度最大的较大损坏的结构性损坏板占所调查区域总板数的百分数为依据。
路面状况分级标准如表3：
表3 路 面 状 况 分 级 标 准
路 面 状 况 分 级
优
良
中
可
差
较大损坏的结构性损坏板百分数（%）
0－2
2－5
5－15
15－20
>20
根据调查所得的数据，将较大损坏的非结构性损坏、较小损坏的结构性损坏和非结构性损坏等三种损坏板块数，按不同的折算系数（折算系数分别为较大损坏的非结构性损坏为0.4、较小损坏的结构性损坏为0.3和非结构性损坏为0.2）分别换算为较大损坏的结构性损坏的板块数，进而计算其所占调查路段总板块数的百分数。
据此确定该路段路面状况的等级。
主线的评定结果见表4，支线和匝道的评定结果见表5。
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%，按表3的标准，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。
路段的损坏主要是接缝损坏和断板、唧泥与脱空等路面的结构损坏（各种开裂），特别是唧泥与脱空的破坏。
支线和匝道总调查4676块水泥混凝土板，其中折算为较大损坏的板数为181.3块板，破损率为3.8%，按表3的标准，路段评定为良好，即路面质量较好，只要日常养护能维持使用。
路段的损坏主要是唧泥与脱空的破坏。
表4长永路砼板调查评定表（主线）
里程桩号
板总数
折算为较大损坏的板数
破损率
路况评定
左幅
k1171+147~k1171+814.55
390
92.7
23.77
差
k1171+814.55~k1173+000
711
216.7
30.48
差
k1173+000~k1174+000
600
183.8
30.63
差
k1174+000~k1175+000
597
184.3
30.87
差
k1175+000~k1176+000
600
174.2
29.03
差
k1176+000~k1177+000
600
171.1
28.52
差
k1177+000~k1178+000
603
181.8
30.15
差
k1178+000~k1179+000
597
183.8
30.79
差
k1179+000~k1180+010
609
160.7
26.39
差
k1180+010~k1181+000
579
159.2
27.50
差
k1181+000~k1182+005
600
126.4
21.07
差
k1182+005~k1183+010
603
119
19.73
可
k1183+010~k1184+000
579
119.3
20.60
差
k1184+000~k1185+000
600
128.3
21.38
差
k1185+000~k1186+030
615
106.8
17.37
可
k1186+030~k1187+060
621
92.1
14.83
可
综合评定
9504
2400.2
25.25
差
右幅
k1171+147~k1171+814.55
393
111.4
28.35
差
k1171+814.55~k1173+000
714
190.1
26.62
差
k1173+000~k1174+010
603
133.2
22.09
差
k1174+010~k1175+140
675
168.6
24.98
差
k1175+140~k1176+140
600
145.5
24.25
差
k1176+140~k1177+095
600
133.9
22.32
差
k1177+095~k1178+145
603
144
23.88
差
k1178+145~k1179+145
597
164.6
27.57
差
k1179+145~k1180+160
609
147.2
24.17
差
k1180+160~k1181+000
495
125.1
25.27
差
k1181+000~k1182+000
603
135.9
22.54
差
k1182+000~k1183+000
594
156.8
26.40
差
k1183+000~k1183+990
579
146.3
25.27
差
k1183+990~k1184+990
600
139.8
23.30
差
k1184+990~k1186+030
615
137.7
22.39
差
k1186+030~k1187+060
621
90.2
14.52
可
综合评定
9501
2270.3
23.90
差
表5长永路砼板调查评定表（支线）
里程桩号
板总数
折算为较大损坏的板数
破损率（%）
路况评定
左
幅
起点之前
159
9
5.66
中
K0+000-K1+060
636
20.8
3.27
良
K1+060-K2+000
564
8.5
1.51
优
K2+000-K3+200
723
12.7
1.76
优
综合评定
2082
51
2.45
良
右
幅
起点之前
159
5.1
3.21
良
K0+000-K1+060
636
34.9
5.49
中
K1+060-K2+000
564
25.1
4.45
良
K2+000-K3+200
723
21.9
3.03
良
综合评定
2082
87
4.18
良
匝
道
匝道A
118
8.5
7.20
中
匝道B
118
2.3
1.95
优
匝道C
80
7.6
9.50
中
匝道D
56
4.6
8.21
中
匝道CD
140
20.3
14.50
中
综合评定
512
43.3
8.46
中
B、水泥砼路面的表面功能状况：
水泥砼路面面板的平整度，是使用质量的重要指标。
对水泥砼路面的表面平整度量测依据《公路养护技术规范》（JTJ073—96）。
本次测量主要采用八轮连续式平整度进行，测量的结果见表6所示：
表6平整度测量结果
路段
左幅超车道
左幅主车道
右幅超车道
右幅主车道
平整度
超差数
平整度
超差数
平整度
超差数
平整度
超差数
1171+800~1172+100
2.47
1508
3.02
1166
0.89
1841
1172+100~1173+100
2.33
1680
1.22
1496
2.54
1934
0.85
2225
1173+100~1174+100
2.66
2137
1.43
2831
2.53
1845
0.64
1479
1174+100~1175+100
2.10
1214
1.13
2474
2.52
1899
0.77
1825
1175+100~1176+100
2.00
1129
1.31
2995
2.46
1652
0.71
1621
1176+100~1177+100
2.04
1136
1.39
2770
2.23
1378
0.77
1753
1177+100~1178+100
2.91
2425
1.34
3110
2.51
4899
0.71
0936
1178+100~1179+100
2.78
2214
1.27
2716
2.63
5434
0.68
2038
1179+100~1180+100
2.56
1919
1.30
2019
2.78
5745
0.77
2428
1180+100~1181+100
2.57
1827
1.22
1593
2.47
4945
0.92
1337
1181+100~1182+100
2.57
1716
1.31
2015
2.51
5417
0.86
1322
1182+100~1183+100
2.52
1832
1.56
2959
2.82
5863
0.69
2109
1183+100~1184+100
2.33
1355
1.43
2547
2.51
5207
0.99
1574
1184+100~1185+100
2.46
1626
1.27
1857
2.79
5791
1.10
1834
表明路面的平整度较差，需要进行罩面以提高路面使用性能。
C、水泥砼路面的抗滑性能状况：
路面的抗滑性能反映了路面安全方面的使用性能。
对水泥砼路面的表面抗滑能力量测依据中华人民共和国交通部发布的中华人民共和国行业标准《公路养护技术规范》（JTJ073—96）。
本次测量主要采用摆式仪测定方法测定。
从调查结果看，路面磨光不严重，摩擦系数大于规范的要求，表明水泥混凝土板的磨光性能好，另一方面说明板的维修较多。
D、水泥砼路面的面板厚度情况：
利用路面雷达检测仪，测定水泥混凝土板的厚度。
取每50米为一测点，对水泥砼路面的厚度进行测定，其结果为表7：
表7长永高速公路旧砼板厚表
车道
平均板厚（cm）
板厚最大值（cm）
板厚最小值（cm）
左幅慢车道
21.9
29.9
17.1
左幅行车道
23.5
32.7
17.2
左幅快车道
22.9
29.5
17.
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