摘 要：
对高速公路大修工程与路面结构的内涵进行概述，分析了路面结构改造策略与材料的选择与设计，并以某高速公路为例，对其路面结构的改造与材料设计进行总结。探究结果表明，在大修工程施工中需要根据高速公路的大修需求制订水泥混凝土路面与沥青路面的结构改造方案，并科学选择粗细集料以及废旧材料，提高材料利用率。
关键词：高速公路；大修工程；路面结构；材料设计；高速公路
1 引言
随着社会经济的迅猛发展， 我国高速公路通行量不断增加，部分路面出现了多种病害，不仅降低了行车的舒适性，还可能引发交通事故，这就对维修工作提出了较高的要求。 为了有效提高维修质量， 应将重点放在路面结构改造与材料优化利用等方面，从而提高路面的性能，保障行车安全性。
2 大修工程与路面结构概述
2.1 大修工程概述
高速公路大修工程指的是针对高速公路存在严重病害的路段与沿线设施进行的综合修理， 以便恢复高速公路的技术标准，提高高速公路的通行能力以及服务能力，增强行车安全性。 高速公路大修工程主要包括路面大修、沿线设施大修、排水系统大修等内容，其中，路面大修即重新锨刨损坏程度较强的路面并利用沥青或水泥凝土等材料重新铺设路面， 从而恢复路面的性能； 沿线设施大修指的是对公路沿线的交通安全设施、服务设施进行维修；排水系统大修即对公路排水沟、边沟等排水设施进行清理与维修[1]。
2.2 路面结构概述
路面结构即道路基层以上的结构层， 在高速公路工程中占据着重要地位， 在大修工程中做好路面结构的改造工作有重要意义。
3 高速公路大修工程路面结构改造策略
3.1 水泥混凝土路面结构改造策略
水泥混凝土路面指的是以水泥混凝土为面层主要材料的路面，属于刚性路面，其弹性模量与强度较高，但抗弯拉强度较低，在车辆荷载的作用下，若路面结构中的弯拉应力超过水泥混凝土的极限抗弯拉强度， 水泥混凝土就会出现断裂。 另外，在温湿度不断变化的情况下，水泥混凝土会出现收缩、膨胀或翘曲等变形[2]。 因此，在进行高速公路大修时，需要做好水泥混凝土路面结构的改造工作。
水泥混凝土路面结构的改造主要包括两种方式， 一是利用沥青路面代替原有的水泥混凝土路面， 即铲除原有的水泥混凝土路面并铺设沥青层，从而达到防尘与环保等效果；二是将水泥混凝土路面与沥青路面结合起来， 即直接对原水泥混凝土路面进行灌浆并直接在上面铺设一层沥青路面。 在选择路面结构改造策略时，需要综合分析大修工程的具体情况，例如，若大修路段的通行量特别大且路面损坏程度在次级以下，可以采用第一种方式； 若大修路段的通行量较大且路面损坏程度较高，可以采用第二种方式。 同时，在应用第一种改造方式时，需要先对原有的水泥混凝土路面进行破碎处理，之后在下基层铺设再生水泥混凝土集料， 在上基层应用沥青稳定碎石，在路面铺设沥青材料。 在应用第二种改造方式时，需要先对原有的水泥混凝土板进行压浆灌封处理， 并在此基础上铺设连续级配的混凝土与沥青面层。
3.2 沥青路面结构改造策略
沥青路面具有较强的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性以及耐疲劳性，但在长期运行过程中会出现车辙、推移拥包、泛油、裂缝、沉陷、松散等问题，因此，在进行高速公路大修时，需要做好沥青路面结构的改造工作，优化路面性能。当前， 针对沥青路面结构改造的技术主要包括病害综合治理技术与再生技术，再生技术又包括厂拌冷再生、厂拌热再生、就地冷再生、就地热再生等方式。 进行大修时，需要根据沥青路面的损害程度选择合适的改造方式， 提高改造效率与质量。 首先， 若沥青路面的病害较少且仍然具备一定的承载能力，可以选择直接加铺改造方案，即先对车辙、坑槽等病害进行处理， 之后直接在原有的沥青路面上加铺一层改性沥青[3]。
其次，若沥青路面存在较为严重的病害且承载能力非常差，进行路面结构改造时， 需要综合使用厂拌冷再生技术与加铺沥青层罩面的方式，具体过程为：先对原有的沥青路面进行锨刨处理，将锨刨废料运输至拌和厂进行破碎与筛分处理，之后，按照相应的比例将处理好的废料与新集料以及活性填料混合在一起，再利用这些材料修复路面的基层与底基层，且需要铺设一层沥青柔性结构层， 并加铺同步碎石封层与普通改性沥青层。 最后，若原有沥青路面的基层较为完整且路面具有一定的承载力，但路面存在松散、裂缝等不太严重的问题，可以综合使用厂拌热再生技术与加铺沥青层罩面的施工方式， 即先对原有沥青路面进行锨刨处理， 将锨刨废料运输至拌和厂进行破碎处理，之后，根据改造要求对材料进行优化设计，从而获取良好的再生沥青混凝土， 将这一材料回铺到路面上并加铺改性沥青罩面[4]。
4 高速公路大修工程路面材料设计
4.1 粗细集料的选择与设计
粗集料在水泥混凝土材料以及沥青混合料中占据着重要地位，其中，水泥混凝土材料中的粗集料指的是粒径＞4.75 mm的碎石砾石与破碎砾石， 沥青混合料中的粗集料指的是粒径＞2.36 mm 的碎石、破碎砾石、矿渣以及筛选砾石等。 同样，细集料也至关重要， 水泥混凝土材料中的细集料指的是粒径＜4.75 mm 的人工砂与天然砂，沥青混合料中的细集料指的是粒径＜2.36 mm 的人工砂、天然砂以及石屑[5]。 在进行大修工程路面材料的选择与设计时，需要优先选择坚硬程度高、强度高、耐磨性良好的粗细集料。 例如，粗集料可以选择以玄武岩、瓦砾等为主要材质的碎石，且在进行路面中基层的改造时，可以利用黏结力强且硬度较大的石灰岩碎石制作改性沥青材料。 细集料可以选择物理力学性能良好、 经济适用性强的材料，从而增强水泥混凝土、沥青混合料等复合材料的强度与稳定性，继而提高路面的抗压性与耐久性。 例如，在制作连续配筋混凝土细集料时，可以应用河砂优化细集料的性能。
4.2 废旧材料的选择与设计
从实际情况来看， 进行高速公路大修时会产生一些废旧材料，若将这些材料直接丢弃，不仅会造成资源浪费，还会破坏环境， 而其中部分材料可以应用在路面改造中， 如废旧砂石、废旧沥青等材料，从而提高废旧材料的利用率。 首先，若直接将废旧材料添加在路面改造材料中， 需要根据相关质量要求进行添加，并将剩余的废旧材料应用在其他路面结构层中。其次， 在施工过程中可以利用厂拌再生技术、 就地冷再生技术、 就地热再生表面翻修技术等手段对废旧材料进行有效处理，确保废旧材料达到应用标准。 此外，应做好洒水以及垃圾处理工作，避免对周边环境造成影响。
5 高速公路大修工程路面结构与材料设计应用案例
5.1 案例概况
某高速公路是国家规划的重点公路，其中，水泥混凝土路面的长度为 82.32 km，路面结构为水泥混凝土面层+水泥稳定碎石基层+水泥稳定碎石底基层； 沥青混凝土路面的长度为145.31 km， 路面结构为沥青上面层+沥青中面层+沥青下面层+稀浆封层+水泥稳定碎石基层+水泥稳定碎石底基层。 但该高速公路的交通量相对较大， 且存在较为严重的超载以及重载现象，路面损坏程度较高，整体的服务能力不断下降，交通事故发生率也不断上升， 原有的路面结构无法满足车辆通行要求，需及时改造。
5.2 路面结构改造
该高速公路的主管单位在分析不同的路面改造方案后分别制订了合适的水泥混凝土路面改造与沥青混凝土路面改造方案。
首先， 在对特重交通且路面破损等级在次级以下路段的水泥混凝土路面进行改造时采用了第一种方式， 即先对原有的水泥混凝土板进行破碎再生处理， 之后直接加铺水泥稳定碎石下基层、沥青稳定碎石上基层与沥青面层。 在对超载重载现象十分严重且路面破损等级达到中级以上路段的水泥混凝土路面进行改造时采用了第二种方式， 即先利用旧板换板压浆灌缝这种方式对原有的水泥混凝土板进行处理， 之后设置调平隔离层、18 cm 厚的连续级配混凝土下面层、防水黏结层、改性沥青面层。 该方法施工速度快，对交通影响相对较小，加铺后路面平整度和车辙深度均达到规范要求， 路表抗滑性能显著提升，适用于病害程度较轻、结构强度尚可的路段，能快速恢复服务水平，成本效益较高。
其次， 在对承载力较高且路面病害较少路段的沥青路面进行改造时，采用了直接加铺的方式，即先对路面的车辙、坑槽、裂缝等病害进行有效处理，之后直接加铺两层改性沥青，厚度分别为 6 cm 和 4 cm[6]。在对承载力较差且病害较多、基层破损路段的沥青路面进行改造时， 采用了厂拌冷再生与沥青层加铺相结合的方式， 即先对原有的沥青路面层进行锨刨并处理基层的病害，之后设置一层厂拌冷再生柔性结构层并加铺厚 1 cm 的同步碎石封层、6 cm 的普通沥青层、6 cm 的改性沥青层与 4 cm 的改性沥青层。 该方案成功处理了基层破损问题，再生结构层弯沉值满足要求，结构整体性得到恢复，路面的结构承载力显著提升，有效解决了原有路段的沉陷、网裂等结构性病害。 且废旧材料利用率高， 经济效益和环保效益突出，加铺后路面平整、密实、抗滑性能佳。
在对承载力良好、 基层完整且表面与中面层存在病害路段的沥青路面进行改造时， 采用了厂拌热再生与沥青层加铺相结合的方式， 即先对行车道与超车道的路面进行锨刨处理并进行厂拌热再生处理，之后铺设厚 6 cm 的厂拌热再生混合料、6 cm 的改性沥青层与 4 cm 的改性沥青层， 之后直接在硬路肩上加铺这些材料。 该方案有效修复了中下面层的松散、老化等病害，再生混合料性能经检验满足规范要求，路面整体性能均匀，高温稳定性和抗水损害能力得到保障，实现了旧料的循环利用，降低了新材料消耗和成本，改造后路面平整、密实、噪声低。
5.3 路面材料设计
该单位在对该高速公路的路面进行改造时优化了材料设计， 例如， 在改造原有沥青路面时， 在中面层集料中添加了20%~30%的废旧沥青混合料，在配制下面层普通沥青时，应用了强度较高的石灰岩碎石，且添加了 30%~40%的废旧沥青混合料。 同时，路面上、中、下各个面层的细集料都采用由石灰岩加工成的石屑或机制砂。 石灰岩机制砂显著改善了沥青混合料的级配稳定性和骨架结构， 提高了混合料的内摩擦角和高温抗变形能力，同时，由于石灰岩与沥青良好的粘附性，混合料的水稳定性也得到了提升，减少了水损害风险。 路面竣工后检测表明，构造深度和摩擦系数均达到优良水平。
6 结语
在高速公路大修工程中做好路面结构改造与材料设计工作不仅可以提升公路的性能，还可以增加公路的承载力，降低出现交通事故的概率，为此，施工单位应提高对路面结构改造与废旧材料利用等方面的重视程度， 根据高速公路大修工程的具体情况制定合适的施工方案， 在提高维修质量的同时为高速公路的建设提供指导。
参考文献：
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[2]娄娜.高速公路大修工程泡沫沥青冷再生技术的应用[J].交通科技与管理,2024,5(13):36-39.
[3]王莹,马刚,安毓铖,等.基于模拟驾驶的高速公路路面大修工程横断面设置方案探究[J].中国公路,2024(6):98-102.
[4]余道辉,涂黎明.高速公路沥青路面大修工程中 GTM 法的应用[J].交通世界,2023(24):32-34.
[5]张迎春,王俏,史任杰,等.高速公路大修工程路面后期评价体系研究[J].公路工程,2022,47(4):131-135,198.
[6]彭霞.泡沫沥青厂拌冷再生技术在深汕高速公路大修中的应用[J].公路与汽运,2022(2):74-76.
原创作者：郭馨，河北交规院瑞志交通技术咨询有限公司，石家庄 050000。
