武漢市三環(huán)線北段路面整治方案研究

孫 旭，黃又清，李 俊

（武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，湖北武漢 430023）

1 工程概況

三環(huán)線是武漢市主要的客貨通道，道路等級(jí)為城市快速路，設(shè)計(jì)車速 80 km/h。作為三鎮(zhèn)貨運(yùn)主通道與入城環(huán)路，減少了中心區(qū)直穿車流；同時(shí)作為城市內(nèi)外快速交通聯(lián)系的重要紐帶，承擔(dān)著內(nèi)外快速交通轉(zhuǎn)換和跨區(qū)域長(zhǎng)距離交通出行需求。按地理位置劃分，三環(huán)線分東、西、南和北四段，北段西起長(zhǎng)豐橋，東至天興洲平安鋪立交，全長(zhǎng) 27.6 km，采用“線路路堤+節(jié)點(diǎn)立交”的方式建設(shè)，其中，路堤段長(zhǎng) 18.2 km，橋梁段長(zhǎng) 9.4 km。

通車之初，路面整體使用情況良好，但是，隨著周邊區(qū)域的開發(fā)建設(shè)，道路的交通量迅猛發(fā)展，同時(shí)，車輛超載嚴(yán)重，超載幅度往往在 50%以上。從而，道路運(yùn)行不到 5 a 的時(shí)間，路面破損嚴(yán)重：多處路段呈現(xiàn)大范圍的龜裂、坑槽，甚至出現(xiàn)了“唧泥”。近些年，道路管理部門對(duì)其進(jìn)行過數(shù)次維修改造，但是，效果一般，道路路況仍日益惡化。為了改善道路路況，提高通行能力，充分發(fā)揮環(huán)線效率，減少交通事故，市政府提出對(duì)三環(huán)線北段進(jìn)行綜合改造，對(duì)現(xiàn)狀破損路面的整治為工程改造的重點(diǎn)。

2 老路路面結(jié)構(gòu)

（1）長(zhǎng)豐橋～額頭灣立交

采用復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)，從上至下依次：4 cm AC-16C+5 cmAC-20C+7 cm AC-25C+24 cm C35 水泥混凝土+30cm 水泥穩(wěn)定碎石基層（5：95）。

（2）額頭灣～三金潭立交

采用半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)，從上至下依次：4 cmAC-16C+5 cmAC-20C+6 cm AC-25C+45 cm 5%水泥穩(wěn)定碎石+20 cm 12%石灰穩(wěn)定土。

（3）三金潭～平安鋪立交

采用半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)，從上至下依次：4 cmAC-16C+6 cmAC-20C+8 cm AC-25C+40 cm 5%水泥穩(wěn)定碎石+20 cm 12%石灰穩(wěn)定土。

3 路面檢測(cè)結(jié)果及分析

為了更好地了解三環(huán)線道路路面狀況，進(jìn)行了路面檢測(cè)工作，并按照相關(guān)規(guī)范[1]-[3]，對(duì)其從路面破損、強(qiáng)度、平整度等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)及分析。

（1）路面外觀質(zhì)量調(diào)查結(jié)果及分析

從路面外觀統(tǒng)計(jì)來看，修補(bǔ)面積共計(jì) 7 035.54 m2，占病害總面積 48.2%，龜裂面積共計(jì) 3 956.25 m2，占病害總面積 27.1%，橫向裂縫折算面積共計(jì) 1125.28 m2，占病害總面積 7.7%，縱向裂縫折算面積共計(jì)1 208.93 m2，占病害總面積 8.3%，塊狀裂縫面積共計(jì)996.53 m2，占病害總面積 6.8%。由此可見，裂縫類病害是三環(huán)線路面破損的主要病害，縱向裂縫比重較多，表明局部路段路面基層或路基存在質(zhì)量問題。

三環(huán)線北段各車道 PCI 平均值見圖1，可以看出，所有檢測(cè)車道 PCI 平均值基本介于 80～90，總體處在優(yōu)、良的水平。其中的一個(gè)重要原因是三環(huán)線路面病害都進(jìn)行了養(yǎng)護(hù)維修處治，而修補(bǔ)在路面病害中的權(quán)重很小，因此整體外觀質(zhì)量評(píng)價(jià)較高。

圖1 三環(huán)線北段各車道 PCI 平均值柱狀圖

（2）路面取芯檢測(cè)結(jié)果及分析

本工程采用鉆孔取樣、結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)無損檢測(cè)手段對(duì)路面結(jié)構(gòu)層進(jìn)行了檢測(cè)。從芯樣反映的路面結(jié)構(gòu)分層情況和地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)的檢測(cè)結(jié)果分析，大部分路段路面結(jié)構(gòu)主要有瀝青面層、水穩(wěn)基層和底基層組成，少部分路段路面結(jié)構(gòu)由瀝青面層、水泥混凝土層、水穩(wěn)基層組成。

從地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)結(jié)果分析，瀝青面層平均值為158.7 mm，水穩(wěn)基層的厚度約 350～400 mm，底基層的厚度約 150～200 mm。三環(huán)線北段共鉆取芯樣 32 個(gè)，一般可以取出完整水穩(wěn)約 20-35cm，下基層基本為松散狀態(tài)，揭示了路面的破壞層位為下基層。

（3）路面彎沉檢測(cè)結(jié)果及分析

瀝青路面的承載能力可以用路表頂面代表彎沉值進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)三環(huán)線北段瀝青路面的代表彎沉值計(jì)算結(jié)果見圖2。

圖2 左側(cè)代表彎沉值散點(diǎn)圖

從圖2可以看出，整體路面強(qiáng)度來看，一半以上路段路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足，需要進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，同時(shí)，考慮到不同區(qū)段的實(shí)際情況：中間區(qū)段較大，兩端較小，可分三個(gè)區(qū)段進(jìn)行分析：

a.長(zhǎng)豐橋（工程起點(diǎn)）～額頭灣立交（樁號(hào)K14～K17）：

依據(jù)檢測(cè)報(bào)告的的結(jié)果，參考相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范[4]，剔除奇異點(diǎn)后，根據(jù)l=(ˉ+ZaS)K1K2K3計(jì)算得到每公里每車道的計(jì)算彎沉值，見表1。

表1 長(zhǎng)豐橋～額頭灣立交各車道代表彎沉值

依據(jù)相關(guān)規(guī)范對(duì)其分析評(píng)定，7%強(qiáng)度不足，39%強(qiáng)度臨界，54%強(qiáng)度足夠。該區(qū)段的路面強(qiáng)度整體評(píng)價(jià)為足夠、臨界的水平。僅局部位置存在強(qiáng)度不足的問題。

b.額頭灣～三金潭立交段（樁號(hào) K17～K34）：

c.三金潭～平安鋪立交（工程止點(diǎn)）段（樁號(hào)K36～K41）：依據(jù)檢測(cè)報(bào)告的的結(jié)果，剔除奇異點(diǎn)后，根據(jù)計(jì)算得到每公里每車道的計(jì)算彎沉值，見表2。

表2 三金潭～平安鋪立交各車道代表彎沉值

依據(jù)相關(guān)規(guī)范對(duì)其分析評(píng)定，20%強(qiáng)度不足，57%強(qiáng)度臨界，23%強(qiáng)度足夠。該區(qū)段的路面強(qiáng)度整體評(píng)價(jià)為臨界的水平。

（4）路面行駛質(zhì)量評(píng)價(jià)

對(duì)三環(huán)線北段平整度評(píng)價(jià)等級(jí)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，平整度評(píng)價(jià)等級(jí)優(yōu)、良率平均值為 38.2%，平整度評(píng)價(jià)等級(jí)次、差率平均值為 33.3%，可見三環(huán)線北段路面平整度不佳，對(duì)于高速行車安全會(huì)產(chǎn)生不利影響，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行路面加鋪改造提高路面行駛舒適性。

4 總體評(píng)價(jià)

2009年，三環(huán)線北段對(duì)破損嚴(yán)重路段進(jìn)行了維修改造，將 2009年道路測(cè)量數(shù)據(jù)與原設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及本次改造所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，并選取了三環(huán)線北段路面破損最嚴(yán)重的區(qū)段—竹葉海立交～三金潭立交區(qū)段的道路高程進(jìn)行比較，見表3。

從表3可以看出，道路的沉降趨于穩(wěn)定。同時(shí)，本工程進(jìn)行了道路勘察工作，得到現(xiàn)狀道路地基承載力 18～38 kPa，地基承載力滿足設(shè)計(jì)要求。綜上，現(xiàn)狀道路地基承載力高，道路沉降趨于穩(wěn)定，現(xiàn)狀路面強(qiáng)度不足、平整度差，路面結(jié)構(gòu)的破壞層位位于下基層。

表3 道路路面高程統(tǒng)計(jì)

5 方案設(shè)計(jì)

根據(jù)交通預(yù)測(cè)結(jié)果及調(diào)查得到的車輛軸譜組成，計(jì)算設(shè)計(jì)年限的 Ne=1.9×107 次/車道，設(shè)計(jì)彎沉值 ld=600Ne-0.2AcAsAb=21（0.01 mm)。

考慮到現(xiàn)狀道路基本穩(wěn)定、地基良好，針對(duì)現(xiàn)狀路面強(qiáng)度不足、平整度差的問題，采用利用現(xiàn)狀道路的路面改造思路。鑒于不同區(qū)段的破損情況不盡相同，采用分區(qū)段、分類型的補(bǔ)強(qiáng)方案。

5.1 長(zhǎng)豐橋～額頭灣立交

鑒于該區(qū)段整體強(qiáng)度較高，但是平整度欠佳的問題，提出采用整體面層加鋪瀝青改善平整度，對(duì)破損位置局部處理的方案，即“路面維修+面層建新”的方案。

5.2 額頭灣立交～三金潭立交

5.2.1 計(jì)算彎沉值及老路回填模量

通過第二章節(jié)分析，得到該段路面強(qiáng)度整體處于不足的水平。依據(jù)檢測(cè)結(jié)果，剔除奇異點(diǎn)后，根據(jù)計(jì)算得到該段的計(jì)算彎沉值：l0=60；進(jìn)而，根據(jù)得到該段老路路面回填模量 278 MPa。

5.2.2 方案設(shè)計(jì)

瀝青路面具有舒適性高、易維修等優(yōu)點(diǎn)，目前三環(huán)線均采用瀝青面層。因此，在保持瀝青面層的前提下，考慮補(bǔ)強(qiáng)方案。

進(jìn)而，經(jīng)測(cè)算，僅通過加鋪合理厚度瀝青面層的方案，不能滿足老路路面的補(bǔ)強(qiáng)要求，針對(duì)不同的基層型式，應(yīng)用城鎮(zhèn)道路路面程序“URPDS2012軟件”計(jì)算基層厚度，同時(shí)考慮各基層材料合理厚度[4]及施工調(diào)坡等因素，提出下述方案：

（1）半剛性基層方案

快速路的瀝青面層一般采用“三層式”，擬定結(jié)構(gòu)從上至下：4 cm SMA13+5 cm AC-20C+7 cm AC-25C+30 cm 水穩(wěn)碎石。

（2）柔性基層方案[9]

從上至下：4 cm SMA13+5 cm AC-20C+7 cm AC-25C+20 cm 瀝青穩(wěn)定碎石。

（3）剛性基層方案

a.普通水泥混凝土復(fù)合式瀝青路面

防止水泥混凝土路面的反射裂縫，一般采用較厚的瀝青面層，擬定結(jié)構(gòu)從上至下：4 cm SMA13+5 cm AC-20C+7 cm AC-25C+24 cm C35水泥混凝土路面。

b.連續(xù)配筋混凝土復(fù)合式瀝青路面

連續(xù)配筋混凝土路面（CRCP）是指在路面的縱、橫向設(shè)置足夠數(shù)量的鋼筋，可考慮完全不設(shè)接縫（脹縫、縮縫）的一種混凝土路面結(jié)構(gòu)[6]，該結(jié)構(gòu)在歐美高速公路里已得到了廣泛的使用[7]，由于該結(jié)構(gòu)不設(shè)縫，可以采用較薄的瀝青厚度，參考相關(guān)資料[8]，瀝青面層的適宜厚度為 8～12 cm，擬定結(jié)構(gòu)從上至下：4 cm SMA13+6 cm AC-20C+24 cm 連續(xù)配筋混凝土。

5.2.3 方案比選

上述方案均能滿足本次道路補(bǔ)強(qiáng)強(qiáng)度要求，但是針對(duì)本工程的特點(diǎn)，方案需滿足下述因素：

（1）由于三環(huán)線北段每隔 1～2 km 設(shè)有一處互通立交，同時(shí)受沿線涵洞、天橋等構(gòu)筑物制約，路面加鋪厚度盡可能小。

（2）三環(huán)線重載車比例較高，應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度儲(chǔ)備，滿足重載交通要求。

（3）三環(huán)線交通功能極其重要，優(yōu)先推薦長(zhǎng)壽命路面結(jié)構(gòu)。

（4）本工程工期較短，應(yīng)考慮施工快捷，便于機(jī)械化施工方案。

在此基礎(chǔ)上，分析比較上述四種路面結(jié)構(gòu)，見表4。

表4 方案比較

結(jié)合本工程交通功能定位，綜合考慮上述因素，推薦采用 C2 方案，即連續(xù)配筋混凝土復(fù)合式瀝青路面結(jié)構(gòu)（CRCP+AC）。

5.3 三金潭立交～平安鋪立交

（1）計(jì)算彎沉值及老路回填模量

通過前文分析，得到該段路面強(qiáng)度整體處于臨界的水平。依據(jù)檢測(cè)結(jié)果，剔除奇異點(diǎn)后，根據(jù)計(jì)算得到該段的計(jì)算彎沉值：l0=40；進(jìn)而，根據(jù)m1m2,得到該段老路路面回填模量 391 MPa。

（2）方案設(shè)計(jì)

在保持瀝青面層的前提下考慮補(bǔ)強(qiáng)方案。經(jīng)測(cè)算，僅通過加鋪合理厚度的瀝青面層方案，不能滿足補(bǔ)強(qiáng)要求。

考慮到老路路面強(qiáng)度整體為臨界的水平，提出半剛性基層及柔性基層兩套方案，通過城鎮(zhèn)道路路面程序“URPDS2012 軟件”計(jì)算得道基層厚度，結(jié)合各基層材料合理厚度及施工調(diào)坡等因素，提出方案：

a.半剛性基層方案

擬定結(jié)構(gòu)從上至下：4 cm SMA13+5 cm AC-20C+7 cm AC-25C+15 cm 水穩(wěn)碎石。

b.柔性基層方案

從上至下：4 cm SMA13+5 cm AC-20C+7 cm AC-25C+12 cm 瀝青穩(wěn)定碎石。

（3）方案比選

上述兩套方案在加鋪厚度差不多的前提下，方案 A 的強(qiáng)度儲(chǔ)備更高，綜合單價(jià)更低，推薦采用A 方案，即半剛性基層瀝青面層補(bǔ)強(qiáng)方案。

6 結(jié)語

三環(huán)線北段路面整治方案對(duì)現(xiàn)狀老路做了充分的調(diào)查，包括老路原始路基路面資料、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、維修資料等。通過檢測(cè)、勘察等手段，對(duì)路面狀況進(jìn)行評(píng)定，為路面破損原因的分析，方案的提出提供依據(jù)。

本次方案研究采用“具體問題、具體分析”的態(tài)度，針對(duì)不同區(qū)段路面特點(diǎn)，提出了“分區(qū)段、分類型”總體設(shè)計(jì)思路。

額頭灣～三金潭段路面整體強(qiáng)度不足，同時(shí)考慮到三環(huán)線“重載、長(zhǎng)壽命”路面要求，本次研究提出了采用“CRCP+AC”路面結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有承載能力高、耐久性好、舒適性高、后期維護(hù)費(fèi)用小等有點(diǎn)，具有良好的應(yīng)用前景。然而，因初期投資成本較高的原因，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較少。后續(xù)研究中，將進(jìn)行試驗(yàn)路研究，為該種路面結(jié)構(gòu)的推廣積累工程實(shí)體經(jīng)驗(yàn)。

[1] JTJ073.2-2001,公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].

[2] CJJ36-2006,城鎮(zhèn)道路路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].

[3] JTG H20-2007,公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4] JTG D50-2006,公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5] 鄧學(xué)鈞.路基路面工程[M].北京:人民交通出版社,2000.

[6] 胡長(zhǎng)順,李成才,景彥平,等.連續(xù)配筋混凝土路面試驗(yàn)路研究[J].公路,2001(7):28-32.

[7] 刑進(jìn).國(guó)外連續(xù)配筋混凝土路面應(yīng)用與研究現(xiàn)狀[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化,2013(19):97-102.

[8] 劉朝暉.連續(xù)配筋混凝土復(fù)合式瀝青路面[M].北京:人民交通出版社,2012.

[9] 林繡賢.柔性路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法[M].北京:人民交通出版社,1988.