PKM项目路面设计如何优化 本文关键词：路面，优化，项目，设计，PKM
PKM项目路面设计如何优化 本文简介：摘要：随着我国一带一路倡议的实施，海外项目越来越多。如何基于我国现有技术，结合国外要求搞好路面设计工程，是海外公路项目要解决好的技术问题。结合Peshawar至Karachi高速公路项目，从设计思路、路面设计优化原则和思路、路面结构优化、沥青材料优化、设计参数优化与施工措施优化等方面，详细阐述了巴基
PKM项目路面设计如何优化 本文内容：
摘要：随着我国一带一路倡议的实施，海外项目越来越多。如何基于我国现有技术，结合国外要求搞好路面设计工程，是海外公路项目要解决好的技术问题。结合Peshawar至Karachi高速公路项目，从设计思路、路面设计优化原则和思路、路面结构优化、沥青材料优化、设计参数优化与施工措施优化等方面，详细阐述了巴基斯坦PKM项目路面设计优化问题，为类似项目提供技术借鉴。
关键词：巴基斯坦PKM项目；路面；设计优化
1工程概况
Peshawar至Karachi高速公路（PKM）是贯穿巴基斯坦境内的干线公路，路线全长392km，累计当量轴次为5600万次，年平均气温超过30℃，极端气温超过49℃，集中在5月至9月，为干旱地区，年平均降雨量不足250mm。线路沿线天然地表原状土的平均CBR是10.7%，地表土厚度平均约1米，往下为粉细砂，平均CBR是5.0%～8.0%。Sukkur，Kashmore，kuida，SakkiSarwar以及Sargodha等地的石料，质量较好，储量丰富，满足高速公路路面、路床要求。线路沿线沟渠发育，水源充足，水质很好，可直接用于项目建设。水泥厂主要位于DGKHAN地区。沿线路主要城市都有水泥销售点，采购水泥比较便利。巴基斯坦主要沥青生产基地为卡拉奇的国家炼油厂，且主要生产60～70的沥青，产量较小，项目的沥青用量约20万t，主要从伊朗或巴林进口。
2设计思路
路面设计旨在限制交通工具在路基水平上产生的应力，以便路基不会产生明显变形。路面将车轮的集中载荷分布在路基水平足够大的区域上。同时，路面材料本身在规定时间内不应严重受损。然而，随着时间推移和交通状况的不断变化，路面受损将不可避免，因此，路面设计的目标是在所考虑的时期内将影响道路行驶质量的受损（如车辙、开裂、坑洼和其他表面损坏）限制在可接受水平。设计期结束时，通常需加强罩面，但可能需要其他补强处理，例如重大修复或重建。设计方法的目的是，假设在设计阶段作出常规和定期维护，在设计结束时，路面受损程度就相对较低。为了提供令人满意的服务，柔性路面必须经受住使用过程中各种原因导致的受损。这些因素包括交通和环境的影响（主要是水和温度的影响）。主要结构要求：①路基在交通荷载作用不产生过大变形[1-2]；它受控于该水平面的垂直压缩应力或应变。②路基设计中使用的沥青材料不得在交通影响下破裂；它受控于水平拉伸应力或胶合层底部的应变。③路基通常为路面的主要结构层，需要分配施加的交通荷载，以便底层材料不会受到过度压力。它必须承受住自身内部产生的应力和应变，而不会造成任何形式的过度或迅速受损。④在含有沥青材料的路面上，这些材料的内部变形必须受到限制。⑤颗粒状底基层和覆盖层的载荷散布能力必须足以提供满意的施工平台。⑥不满足上述某些标准时，就会导致损坏或故障。例如，车辙可能是沥青材料内部过度变形或路基水平面（或上方颗粒层内）过度变形的结果。项目业主要求采用AASHTO2004路面设计指南进行设计，轴载因子选用NTRC报告推荐的取值进行力学验算。一方面，AASHTO2004设计指南需要大量的基础数据作为设计输入，包括气温、每小时风速及其强度，上述数据很难收集。另一方面，采用MEPDG力学模型中的参数需要针对不同地区进行适当地调整。然而巴基斯坦并未针对上述问题开展相关研究。参考巴基斯坦当地高速公路设计经验（如M4、M9高速公路），采用“AASHTO1993路面设计指南”作为设计标准，轴载因子基于NRTC研究报告，根据AASHTO设计公式通过计算机程序对结构层厚度进行计算[3-4]。此外也采用“AASHTO力学－经验路面设计方法”来验证各结构层厚度和总体路面结构，通过使用力学理论分析预测交通荷载条件产生的应力和应变状况。本报告利用美国肯塔基洲开发的KENLA-YER软件对柔性路面结构进行分析验证。
3路面设计优化
3.1路面设计优化原则和思路
（1）根据交通量研究报告对路面结构进行验算，确保路面结构强度满足设计要求。（2）根据地质条件、大气温度、水文地质等因素，对路面结构组成及材料进行优化设计。（3）路面结构优化应确保工程稳定与安全，造价低，施工方便。
3.2路面设计优化措施
3.2.1路面结构优化根据交通量研究报告结果以及路基填料分布情况，对路面结构进行优化调整。（1）主线路面结构K380+000—K390+590段为5cm沥青混凝土磨耗层（CLASSA）+16cm沥青混凝土基层（CLASSB）+30cm级配碎石基层+20cm粒料底基层，因为路床顶面材料强度提高，级配碎石基层厚度减少4cm；K390+590—K772+017.813段为5cm沥青混凝土磨耗层（CLASSA）+16cm沥青混凝土基层（CLASSB）+34cm级配碎石基层+20cm粒料底基层。（2）根据交通量研究报告，互通交通量等级分为三级，对应路面结构分别为5cm沥青混凝土磨耗层（CLASSA）+8/10/12cm沥青混凝土基层（CLASSB）+20cm级配碎石基层+20cm粒料底基层。（3）根据调查，巴基斯坦境内桥梁铺装层厚度一般为5cm，中国规范要求桥面铺装层最小厚度为7cm，本项目桥面均为现浇，详细设计阶段桥面铺装层厚度为7cm沥青混凝土（CLASSA），相对于招标设计，厚度减少3cm。（4）根据巴基斯坦一般规范及相关道路调查，巴基斯坦境内收费广场一般采用两层混凝土结构，经计算，详细设计阶段收费广场路面结构为30cm水泥混凝土（CLASSA3）+10cm贫混凝土+20cm粒料底基层。3.2.2沥青材料优化（1）关于沥青的研究.根据实际测量以及收集沿线路面温度资料，最炎热季节（5月～7月）路面温度可达70℃以上，设计要求上面层和中面层采用改性沥青。项目属炎热地区，采用40/50标号的沥青，但巴基斯坦不生产40/50沥青，其他进口40/50沥青造价较高，其软化点同样不能达到设计要求，上面层和中面层采用改性沥青，因此采用60/70标号的基质沥青再进行改性，可满足设计要求，考虑造价、储存、运输等因素，全线统一采用60/70基质沥青。根据本地区高温特点并延长路面使用寿命，本项目黏层要求采用改性乳化沥青，高于巴基斯坦一般规范要求黏层采用乳化沥青。（2）改性剂的选择。设计阶段提出两种改性剂：SBS改性剂和PRMODULE高模量添加剂。采用SBS改性剂的优点：工艺成熟，全世界普遍认可。采用SBS改性剂的缺点：①必须配置SBS改性沥青生产设备；②需要稳定的电力供应，③改性工艺复杂且储存困难。采用PRMODULE高模量添加剂的优点：①可根据实际需求选择掺量，不会造成性能不足或浪费的情况；②无需改性设备，加工工艺简单；③储存时无特殊需求；④适用于所有类型的沥青和石料，无配伍性问题。采用PRMODULE高模量添加剂的缺点：目前应用范围较小，并未被普遍接受。根据比较研究，最终选择技术成熟稳定的SBS改性剂。3.2.3设计参数优化（1）基层、底基层CBR要求。巴基斯坦一般规范要求基层CBR≥80，底基层CBR≥50；本项目根据中国《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）以及料场材料实际质量，要求基层CBR≥100，底基层CBR≥80，提高材料质量要求，同时也减少路面结构层厚度。（2）沥青混凝土油石比。投标阶段，沥青混凝土磨耗层油石比暂定为5.2%，中面层油石比暂定为4.5%，下面层油石比暂定为4.0%；详细设计和施工阶段，根据马歇尔试验，确定磨耗层油石比平均为4.0%，中面层油石比平均为3.6%，下面层油石比平均为3.3%。实际实施阶段减少了沥青用量。（3）增加车辙试验，提高动稳定性要求。巴基斯坦一般规范中仅对沥青混凝土动稳定度提出要求，设计阶段根据中国《公路沥青路面设计技术规范》中要求，提出沥青混合料车辙试验动稳定度技术要求，根据项目区域温度高的特点，将试验温度提高到80℃，同时要求改性沥青车辙试验次数大于3200次，普通沥青混凝土车辙试验次数大于1500次。3.2.4施工措施优化（1）检测、验收指标优化。根据巴基斯坦一般规范，路面结构验收的主要指标包括CBR值、压实度、标高、层厚、平整度指数等，但施工中增加了弯沉检测。（2）基层、底基层压实层厚优化。巴基斯坦一般规范要求基层、底基层单层压实厚度不超过15cm，本项目底基层厚度为20cm，基层厚度为34cm，按照巴基斯坦一般规范要求，共需要进行5层压实，施工周期较长，工程费用较高。（3）设计对中国规范、美国规范以及欧洲规范等均进行了研究，在采用大吨位、大功率的机具，达到设计要求的压实度条件下，单层压实厚度可为20cm。通过试验段的验证，最终说服业主同意单层压实厚度最大为20cm，缩短施工周期，降低工程造价。
4结语
该项目沥青路面是基于美标AASHTO体系（巴基斯坦NHA一般规范）进行的设计和施工控制验收，设计施工充分考虑巴基斯坦当地地材情况，从路面设计厚度和配比优化、施工控制等环节解决项目的经济性。
参考文献：
[1]高鹏，郭黎黎.改扩建公路路基路面设计优化措施分析[J].黑龙江交通科技，2017（12）：63-64.
[2]李苏文.沥青路面设计中存在问题分析及措施[J].黑龙江交通科技，2018（9）：64-65.
[3]李清泉.基于AASHTO力学-经验法的柔性路面设计[J].中外公路，2018（4）：80-84.
[4]严家发，李浩，许新权，等.基于力学响应敏感性的沥青路面设计指标分析[J].广东公路交通，2017（6）：1-5.
作者：娄宇赛 任剑波 李涛 龙文 单位：中国建筑国际工程公司 中建三局集团有限公司
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