城市干道瀝青路面大修設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)問題研究

李少帥

(上海市政工程設(shè)計研究總院(集團)有限公司,上海市 200092)

城市干道瀝青路面大修設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)問題研究

李少帥

(上海市政工程設(shè)計研究總院(集團)有限公司,上海市 200092)

隨著城市交通量的飛速增長,越來越多的城市干道瀝青路面出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的路面破損狀況,亟待大修。對大修工程設(shè)計中的現(xiàn)狀路面檢測,路面狀況評價體系等關(guān)鍵問題進行研究探討,并結(jié)合工程實例針對不同的路面破損情況提出了相應(yīng)的養(yǎng)護對策,有關(guān)經(jīng)驗可供相關(guān)專業(yè)人員參考。

城市干道;瀝青路面;大修設(shè)計

0 前言

隨著我國改革開放的不斷深入和社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展,城市化水平快速發(fā)展,城市生活對交通出行的要求越來越高。在現(xiàn)狀城市道路網(wǎng)中,主次干路具有較高的交通地位、交通干道功能突出、且交通量日漸增加。在大多數(shù)城市特別是北京、上海等特大型城市中這些發(fā)揮重要交通作用的主次干道迄今大多已基本達到設(shè)計使用年限,部分主次干道路面損壞嚴(yán)重,道路通行能力與道路交通安全均受到了不同程度的影響,已無法更好地發(fā)揮其交通功能,而且也嚴(yán)重影響了城市整體形象,亟待大修。

1 大修工程特點

《城鎮(zhèn)道路養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》規(guī)定,道路大修工程是“對道路的較大損壞進行的全面綜合維修、加固,以恢復(fù)到原設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)或進行局部改善以提高道路通行能力的工程”。與新建道路工程相比,城市道路大修工程具有限制條件較多、施工周期短等特點:

(1)由于城市干道承擔(dān)著城市或區(qū)域大部分的交通流量,在道路大修過程中,通常需要在不中斷交通或盡量少中斷交通的條件下進行施工,需要施工速度快、工期短。

(2)由于城市干道道路兩側(cè)通常是城市化高度發(fā)達的區(qū)域,兩側(cè)地塊標(biāo)高基本穩(wěn)定,為滿足道路兩側(cè)地塊排水等需求,大修后路面標(biāo)高基本需維持現(xiàn)狀標(biāo)高。

(3)道路大修基本維持現(xiàn)狀道路規(guī)模不變,有條件或需求的路段,可對道路橫斷面進行相應(yīng)的改造,以提高服務(wù)水平。

(4)道路大修路面設(shè)計方案應(yīng)以提高路面使用性能和耐久性為目的,在滿足結(jié)構(gòu)強度的前提下,充分考慮利用原有路面結(jié)構(gòu)。

(5)道路排水設(shè)施主要以修復(fù)為主,有條件或需求的可進行管網(wǎng)提升改造。

(6)有條件的區(qū)域,道路兩側(cè)景觀綠化改造可結(jié)合大修同步實施。

2 大修工程路面設(shè)計流程

目前,我國城市干道路面基本為瀝青混凝土路面,基層形式大部分為半剛性基層。本文的相關(guān)研究內(nèi)容主要針對半剛性基層瀝青路面。城市道路大修工程路面設(shè)計的主要流程為:(1)現(xiàn)狀路面調(diào)查及檢測;(2)確定設(shè)計使用年限;(3)檢測資料分析;(4)確定養(yǎng)護對策。

3 現(xiàn)狀調(diào)查及檢測

采用相應(yīng)的調(diào)查手段,對現(xiàn)狀路面進行細致的基礎(chǔ)調(diào)查及檢測,獲得真實詳細的現(xiàn)狀資料［1-3］,是合理確定路面設(shè)計方案的關(guān)鍵,同時對現(xiàn)狀路面進行全面系統(tǒng)的調(diào)研分析,也可為后續(xù)施工和管理提供可靠的科學(xué)依據(jù)。

現(xiàn)狀調(diào)查及檢測還應(yīng)包括交通流量調(diào)查、原路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計資料及歷年的養(yǎng)護維修情況調(diào)查,以便結(jié)合路面監(jiān)測結(jié)果判斷現(xiàn)狀路面結(jié)構(gòu)水平是否滿足交通需求。

4 路面設(shè)計使用年限

新建瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計年限為滿足路面結(jié)構(gòu)使用性狀而規(guī)定的保證路面結(jié)構(gòu)不需進行大修即可按預(yù)定目的使用的設(shè)計使用年限。

大修工程的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計年限不同于新建工程,大修的根本目的在于修復(fù)路面破損,恢復(fù)路面結(jié)構(gòu)強度,延長路面結(jié)構(gòu)使用壽命,全面提高道路的內(nèi)在質(zhì)量,并確保大修后相應(yīng)的指標(biāo)在相當(dāng)長的時間內(nèi)滿足要求。

大修路面設(shè)計年限的確定,不僅要考慮初次投資費用,同時要考慮使用期內(nèi)養(yǎng)護費用、管理和使用的運行成本等,要充分考慮路面全壽命使用周期內(nèi)的所有經(jīng)濟費用。綜合考慮我國的經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r,城市干道瀝青路面大修設(shè)計年限一般推薦采用5～8 a,而針對翻挖新建的路段應(yīng)按照新建道路使用年限15 a進行設(shè)計。

5 檢測資料分析

我國現(xiàn)行的路面養(yǎng)護規(guī)范［1-3］中都明確了路面技術(shù)狀況的評價體系,評價內(nèi)容主要包括路面行駛質(zhì)量、路面損壞狀況、路面結(jié)構(gòu)強度、路面抗滑能力。對應(yīng)的現(xiàn)狀路面檢測數(shù)據(jù)應(yīng)主要包括平整度、路面破損狀況、路表回彈彎沉、抗滑系數(shù)等。

針對上述檢測數(shù)據(jù)進行分析時,應(yīng)首先將道路全線劃分為若干路段,分段進行分析。路段分段應(yīng)選擇適應(yīng)的長度,分段過長,檢測數(shù)據(jù)離散性較大,評價結(jié)果可能會過好或過差;分段過短,相鄰各段設(shè)計方案不同,則會造成施工不便,路面縱橫向接縫較多,不僅會影響路面結(jié)構(gòu)強度,而且也不利于后期養(yǎng)護。公路大修一般選擇以1km為評價單元,而城市道路不同于公路,交叉口較多,因此,城市道路可選擇交叉口之間路段為評價單元,一般以200～300 m為宜。

在路面評價內(nèi)容中最關(guān)鍵的是路面結(jié)構(gòu)強度,因為瀝青路面在使用過程中,其結(jié)構(gòu)強度隨累計軸載作用次數(shù)的增加而逐漸衰減,當(dāng)路面的結(jié)構(gòu)強度降低到一定程度時,就需要進行大修,以恢復(fù)和提高使用性能。過早地對路面進行大修,不能充分發(fā)揮路面的功能潛力,造成浪費;錯過大修最佳時機,則會造成路面結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞,增加后期養(yǎng)護投入。選擇合適的路面結(jié)構(gòu)強度評價方法是確定后續(xù)設(shè)計方案的關(guān)鍵,我國現(xiàn)行養(yǎng)護規(guī)范中的瀝青路面結(jié)構(gòu)強度評價以路表回彈彎沉為基礎(chǔ)數(shù)據(jù),而評價方法卻不盡相同:

(1)《城鎮(zhèn)道路養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》中根據(jù)交通量等級以路表回彈彎沉代表值為評價指標(biāo)將路面結(jié)構(gòu)強度分為“足夠”,“臨界”,“不足”三級。交通量等級按照年平均日交通量進行確定,年平均日交通量按照實測流量根據(jù)不同車型進行換算得到,其中,小客車換算系數(shù)為0.5。

(2)《公路瀝青路面養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》中以瀝青路面強度指數(shù)(SSI)為評價指標(biāo),評價等級分為優(yōu),良,中,次,差五級。SSI按式(1)計算:

式中:ld——路面設(shè)計彎沉;

lO——實測代表彎沉;

(3)《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》中瀝青路面結(jié)構(gòu)強度用路面結(jié)構(gòu)強度指數(shù)(PSSI)作為評價指標(biāo),評價等級同樣分為優(yōu),良,中,次,差五級。PSSI按式(2)計算:

《城鎮(zhèn)道路養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》中的結(jié)構(gòu)強度評價標(biāo)準(zhǔn),是結(jié)合力學(xué)分析及大量的專家經(jīng)驗調(diào)查的半經(jīng)驗—半分析方法確定的［4］。此方法根據(jù)交通量等級和路表回彈彎沉來確定結(jié)構(gòu)強度等級,但在實際應(yīng)用中可能存在一等的偏差。根據(jù)彈性層狀體系,道路使用過程中,路表彎沉的折減主要由一條車道上的累計當(dāng)量軸次決定,而小客車軸載較小,計算時基本可忽略不計。而此方法中交通量根據(jù)不同車型進行換算得到,小客車換算系數(shù)為0.5。在實際情況下,如果一條道路交通組成以小客車為主,也有可能達到特重的交通等級,而且本方法未考慮車道數(shù)的影響,斷面交通量相同,不同車道數(shù)的情況下也會得到相同的評價結(jié)果。

SSI和PSSI兩種評價指標(biāo)原理是基本一致的,都是根據(jù)設(shè)計彎沉和實測彎沉的相關(guān)關(guān)系,確定路面的剩余壽命,然后依據(jù)剩余壽命的長短,判斷路面結(jié)構(gòu)強度。而PSSI方法是在SSI的基礎(chǔ)上利用回歸及權(quán)重分析進行了一定的修正。 在這三種評價方法中PSSI指標(biāo)能更準(zhǔn)確的反映路面結(jié)構(gòu)強度的實際情況,更有利于合理確定道路養(yǎng)護時間和養(yǎng)護對策。

設(shè)計彎沉值的確定是評價路面結(jié)構(gòu)強度的關(guān)鍵,設(shè)計彎沉值過大或過小,會造成評價結(jié)果過好或過差。而規(guī)范中對于PSSI評價指標(biāo)中路面設(shè)計彎沉的計算,并未進行明確規(guī)定。針對大修工程,路面設(shè)計彎沉值不能采用原設(shè)計的路面設(shè)計彎沉值。首先,現(xiàn)狀交通量及交通組成與原設(shè)計時的交通預(yù)測結(jié)果不盡相同,車輛軸載也不同;其次,道路大修的目的不僅在于提高現(xiàn)狀路面的使用性能,而且需保證大修后在一定使用年限內(nèi)的路面結(jié)構(gòu)強度。因此,現(xiàn)狀路面結(jié)構(gòu)強度評價所采用的設(shè)計彎沉值,應(yīng)根據(jù)現(xiàn)狀交通量、交通組成及大修設(shè)計年限內(nèi)的交通量增長計算確定。

6 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計

6.1 養(yǎng)護策略

按照損壞機理和形式,通常半剛性基層瀝青路面的損壞形式主要可分為兩大類:結(jié)構(gòu)性破損和功能性破損。結(jié)構(gòu)性破損通常是由于在交通荷載的作用下路面某一結(jié)構(gòu)層(通常為基層)的承載能力下降引起的。功能性破損是由于瀝青面層的損壞導(dǎo)致路面平整度或抗滑能力下降,影響行車舒適性和安全性。結(jié)構(gòu)性破損可以采用對基層進行翻修或局部修補進行修復(fù),而功能性破損可以采用對瀝青面層進行翻修或補強進行修復(fù)。

針對不同的路面破損狀況,城市干道大修建議采用相應(yīng)的養(yǎng)護對策,見表1。

表1 瀝青路面大修養(yǎng)護對策

在確定具體的設(shè)計方案時,還需對照鉆芯取樣結(jié)果,分析破壞原因,進一步確定破壞層位及其是否可以利用。為更準(zhǔn)確地判斷現(xiàn)狀路面結(jié)構(gòu)各層使用狀況,可采用相應(yīng)的計算方法［5-6］根據(jù)實測路表彎沉值反算路面結(jié)構(gòu)各層回彈模量,同時比對規(guī)范中推薦的路面結(jié)構(gòu)各層回彈模量,以確定現(xiàn)狀路面結(jié)構(gòu)層損壞與否,同時可以為加鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計提供重要的數(shù)據(jù)支持。

6.2 功能性損壞養(yǎng)護對策

對于瀝青層輕度損壞(PSSI等級為優(yōu)、良),路面損壞形式一般為輕度裂縫、車轍等,平整度及抗滑性能下降,通?？刹扇≈苯蛹愉佌置娴男问?以恢復(fù)表面使用功能。

對于瀝青層損壞嚴(yán)重(PSSI等級為中),路面損壞形式一般為中度或重度裂縫、網(wǎng)裂、坑槽、車轍等,通常需視損壞程度情況銑刨相應(yīng)厚度的瀝青層,再加鋪瀝青層。

6.3 結(jié)構(gòu)性損壞養(yǎng)護對策

對于基層損壞(PSSI等級為次、差),路面損壞形式一般為基層疲勞破壞,路表出現(xiàn)較為嚴(yán)重的縱橫向裂縫、沉陷、車轍等,由于材料自身特性的限制,半剛性基層損壞后很難修復(fù),通常需采取對老路基層進行翻挖新建的處理形式。

由于城市干道承擔(dān)著城市或區(qū)域大部分的交通流量,在大修過程中,通常需要在不中斷交通或盡量少中斷交通的條件下進行施工,因此采用的基層材料要求能夠快速施工且施工方法簡便。瀝青穩(wěn)定碎石基層等柔性基層便是較好的快速施工材料,而且,柔性基層與其他基層形式相比,具有較多的優(yōu)越性,可應(yīng)用與大修工程中:

(1)瀝青穩(wěn)定碎石基層與面層均為瀝青混合料,路面結(jié)構(gòu)更接近于連續(xù)狀態(tài),各層變形、受力更加協(xié)調(diào);

(2)不會因為基層的干縮、溫縮而導(dǎo)致面層出現(xiàn)反射裂縫,且瀝青基層材料具有一定的裂縫愈合能力;

(3)修筑時間短、有利于快速通車、維修方便、養(yǎng)護費用相對較低。

7 工程實例

以上海市真北路大修工程為例,現(xiàn)狀真北路是上海市一條重要的南北向主干道,自建成通車后未實施過大修,現(xiàn)狀瀝青路面出現(xiàn)了較多的裂縫、坑槽、車轍、沉陷等損壞現(xiàn)現(xiàn)象。

現(xiàn)狀真北路瀝青路面結(jié)構(gòu)為:4 cm細粒式瀝青混凝土+5 cm中粒式瀝青混凝土+6 cm粗粒式瀝青混凝土+45 cm粉煤灰三渣+15 cm礫石砂。道路周邊建筑林立,道路大修后路面基本需維持現(xiàn)狀標(biāo)高。通過對現(xiàn)狀路面進行檢測分析后,針對不同損壞程度的路段分別采取了相應(yīng)的路面設(shè)計方案:

(1)PSSI評價等級為次、差路段

原三渣基層破損較為嚴(yán)重,采用翻挖新建的處理方案,結(jié)構(gòu)形式為:4 cm SMA-13+6 cm AC-20C+ 6 cm AC-25C+15 cm ATB-30+30 cm 級配碎石+老路墊層整平壓實后利用。

(2)PSSI評價等級為中的路段

原道路基層強度基本良好,路面病害主要發(fā)生在瀝青面層,銑刨原有瀝青面層后進行加罩:4cm SMA-13+6 cm AC-20C+6 cm AC-25C+原道路基層。

(3)PSSI評價等級為良的路段

銑刨原有瀝青上、中面層后進行加罩:4 cm SMA-13+6 cm AC-20C。

(4)PSSI評價等級為優(yōu)的路段

路面只有輕微病害,且主要發(fā)生在瀝青表面層,銑刨原有瀝青上面層(約4 cm)后進行加罩:4 cm SMA-13。

8 結(jié)語

城市干道大修瀝青路面設(shè)計不同于常規(guī)的新建道路路面設(shè)計,存在著標(biāo)高控制,快速施工等諸多限制因素。在大修工程設(shè)計時,需要在詳細調(diào)查的基礎(chǔ)上,采用合適的方法綜合評價現(xiàn)狀道路狀況,并對瀝青路面成因進行合理的分析,在此基礎(chǔ)上確定針對性的路面養(yǎng)護對策和結(jié)構(gòu)組合設(shè)計方案。

［1］ CJJ 36-2006，城鎮(zhèn)道路養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］ JTJ 073.2-2001，公路瀝青路面養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范［S］.

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

［4］ 孫立軍，馬其盛.瀝青路面結(jié)構(gòu)能力評價方法［J］.上海公路，1994 (11):20-23.

［5］ 徐艷玲，唐伯明，謝國棟，等.基于FWD的瀝青層反算模量修正系數(shù)［J］.長安大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2012(5):24-29.

［6］ 劉強，李豪，章嘉璐.舊瀝青路面結(jié)構(gòu)層反演動態(tài)模量修正探討［J］.公路工程，2014(2):66-68，93.

U416.217

B

1009-7716(2015)03-0027-03

2014-11-24

李少帥(1985-),男,山東煙臺人,工程師,從事道路工程設(shè)計工作。