市政道路舊路修復(fù)改造研究

卜　天　楊名超

(中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司　武漢　430000)

市政道路舊路修復(fù)改造研究

卜天楊名超

(中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司武漢430000)

摘要：以實(shí)際市政道路為背景，通過(guò)調(diào)查檢測(cè)舊路面現(xiàn)狀，分析道路病害成因，對(duì)路面破損程度進(jìn)行分段評(píng)價(jià).針對(duì)道路不同的破損程度，分別計(jì)算各路段的彎沉代表值和當(dāng)量回彈模量，并采用彈性層狀體系理論進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，擬定幾種可行的結(jié)構(gòu)組合及設(shè)計(jì)層，根據(jù)各方案計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定舊路修復(fù)改造方案.

關(guān)鍵詞：路面狀況指數(shù)；彎沉值；當(dāng)量回彈模量；彈性層狀體系理論

卜天(1988- )：男，工程師，主要研究領(lǐng)域?yàn)榈缆饭こ淘O(shè)計(jì)

0引言

隨著城鎮(zhèn)化步伐不斷加快，城市人口不斷增加，區(qū)域面積不斷擴(kuò)大，很多城市的發(fā)展規(guī)模已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出先期規(guī)劃范圍，一些原本位于城市周邊的公路面臨著定位和功能的改變.隨著公路上交通量及汽車載重量的劇增，路面損壞日漸加重，使得新建路面遠(yuǎn)未達(dá)到其設(shè)計(jì)使用壽命而出現(xiàn)不同程度損壞，大量道路面臨著修復(fù)改造工作，如何充分利用現(xiàn)有道路路面結(jié)構(gòu)，合理制定修復(fù)改造方案，提高道路質(zhì)量和交通通行能力，成為城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)亟需解決的問(wèn)題[1].

高新西路位于湖北省鄂州市葛店經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，原是鄂州市通往武漢的一條公路.隨著鄂州市及武漢市的不斷發(fā)展，高新西路于2007年改造完成，將原有公路(關(guān)葛公路)拓寬改造，增設(shè)兩側(cè)側(cè)分帶、非機(jī)動(dòng)車道和人行道后建成為高新西路市政道路.隨著鄂州市葛店經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)建設(shè)進(jìn)程不斷的發(fā)展，高新西路交通量不斷增加，道路長(zhǎng)期處于超負(fù)荷狀態(tài)，部分路段已出現(xiàn)大面積路面破損，給過(guò)往車輛及行人帶來(lái)極大的不便，嚴(yán)重影響行車安全和舒適性.隨著城際鐵路葛店南站的建成通車，高新西路將成為主要的交通疏散通道，高新西路的修復(fù)改造勢(shì)在必行.

1道路病害調(diào)查

1.1破損現(xiàn)狀及裂縫分布

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)高新西路南側(cè)道路病害主要為裂縫類，見圖1a)～d).其類型有：

1) 橫向裂縫在全線范圍內(nèi)均有分布，分布呈一定的規(guī)律，分布間距約為5～10m，近垂直于道路中線，同時(shí)伴有少量支縫.

2) 縱向裂縫道路全線分布有三道縱向裂縫，位置相對(duì)一致，基本位于車輛輪跡處.

3) 局部龜裂在道路局部范圍內(nèi)存在，龜裂面積較小.

4) 塊狀(網(wǎng)狀)裂縫在道路局部范圍內(nèi)存在，主要位于道路縱縫、橫縫交叉處.

高新西路北側(cè)道路破損較為嚴(yán)重，其病害形式除了裂縫類，還包括：路表面的局部凹陷、路面坑槽，見圖1e)～g).全路段水損害及翻漿現(xiàn)象較嚴(yán)重，北側(cè)道路的縱橫向裂縫都伴有翻漿現(xiàn)象，其裂縫分布規(guī)律與南側(cè)道路裂縫分布規(guī)律基本一致.

1.2路面檢測(cè)

《高新西路檢測(cè)報(bào)告》主要從路面狀況指數(shù)PCI、路面彎沉值、上基層水穩(wěn)強(qiáng)度3個(gè)方面對(duì)道路進(jìn)行檢測(cè)、評(píng)價(jià).

圖1　道路病害實(shí)圖

1) 路面狀況指數(shù)(pavementconditionindex，PCI)路面狀況指數(shù)PCI指路面結(jié)構(gòu)保持完好的程度.是路面破損狀況物理性能最直接的表現(xiàn)和反映.在現(xiàn)行《公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》中用路面狀況指數(shù)PCI來(lái)表示，其計(jì)算公式為：PCI=100-15DR0.412為路面綜合破損率.其中:DR為路面綜合破損率.根據(jù)路面破損情況，可將路面質(zhì)量分為優(yōu)、良、中、次、差五個(gè)等級(jí)，對(duì)應(yīng)的養(yǎng)護(hù)措施見表 1.

表1　路面破損狀況等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)舊路的破損形態(tài)、彎沉值、破損原因?qū)⒏咝挛髀穭澐譃槿舾啥危謩e統(tǒng)計(jì)各段路面綜合破損率，計(jì)算道路南北側(cè)路面狀況指數(shù)PCI，見表 2.

2) 路面彎沉值路面結(jié)構(gòu)承載能力會(huì)在使用過(guò)程中逐漸下降.反映在彎沉值變化上，則表現(xiàn)為路段的代表彎沉值隨時(shí)間(軸載作用次數(shù))的增加而逐漸增長(zhǎng).路面損壞的的臨界狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的彎沉值即為容許彎沉值.因此，可根據(jù)檢測(cè)代表彎沉值、臨界容許彎沉值來(lái)判斷現(xiàn)有路面結(jié)構(gòu)承載力.

根據(jù)計(jì)算，一般道路對(duì)應(yīng)臨界彎沉值為60(0.01mm).對(duì)高新西路各路段的路面進(jìn)行彎沉檢測(cè)，剔除較為離散的彎沉值，按下式計(jì)算各路段彎沉代表值，結(jié)果見表 3.

表2　現(xiàn)狀道路路面狀況指數(shù)PCI

表3　道路彎沉值檢測(cè)結(jié)果

3) 基層強(qiáng)度基層強(qiáng)度可在一定程度反應(yīng)路面的整體剛度.基層的強(qiáng)度隨水泥劑量的增大而相應(yīng)提高，但脆性也相應(yīng)增大，易出現(xiàn)收縮開裂，因此水泥的劑量宜控制在3%～6%之間.根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，高新西路基層強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果見表4.

表4　基層強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

2結(jié)構(gòu)計(jì)算

根據(jù)舊路面的綜合評(píng)價(jià)、道路等級(jí)、交通量，考慮與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，結(jié)合縱、橫斷面調(diào)坡設(shè)計(jì)等因素，選用直接加鋪或開挖舊路至某一結(jié)構(gòu)層位，采取加鋪一層或多層瀝青補(bǔ)強(qiáng)層，或加鋪半剛性基層等結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)方案.由檢測(cè)報(bào)告知，道路南幅路況等級(jí)為中及以上，按規(guī)范要求，應(yīng)采用中修罩面措施；道路北幅路況等級(jí)為次及以上，應(yīng)采取大修補(bǔ)強(qiáng)措施以提高其承載力.

隨著道路使用年限的增長(zhǎng)，道路實(shí)際彎沉值呈逐年上升趨勢(shì)，最終達(dá)到容許彎沉值(一般為0.6mm)而瀕臨破壞.按設(shè)計(jì)年限15a考慮，目前高新西路已使用7a，路面維修后的設(shè)計(jì)彎沉值標(biāo)準(zhǔn)宜適當(dāng)降低，保證道路能夠繼續(xù)使用5～8a即可. 文章取路表回彈彎沉為30(0.01mm)，并以此路標(biāo)回彈彎沉為設(shè)計(jì)指標(biāo)，根據(jù)各路段實(shí)測(cè)彎沉代表值，計(jì)算各路段當(dāng)量回彈模量，采用彈性層狀理論設(shè)計(jì)程序計(jì)算各加鋪層的厚度[3-4].

各路段的當(dāng)量回彈模量應(yīng)根據(jù)各路段的實(shí)測(cè)彎沉代表值按下式計(jì)算：

式中：Et為舊路面當(dāng)量回彈模型,MPa；p為標(biāo)準(zhǔn)軸載下的輪胎接地壓強(qiáng)，MPa；δ為當(dāng)量圓半徑，cm；l0為舊路面計(jì)算彎沉代表值，0.01 mm；m1,m2為參數(shù)，本次計(jì)算p=0.7 MPa，δ=10.65 cm，m1=1.1，m2=1.0.

分別計(jì)算不同彎沉代表值時(shí)舊路面當(dāng)量回彈模量，根據(jù)不同路面彎沉值采用彈性層狀理論設(shè)計(jì)程序HPDS2011計(jì)算加鋪厚度，計(jì)算結(jié)果見表5.

表5　各路段路面當(dāng)量回彈模量與加鋪厚度計(jì)算結(jié)果

3路面修復(fù)改造方案

3.1路面破損成因分析

1) 橫向裂縫橫向裂縫近垂直于道路中線，因此其出現(xiàn)與荷載作用無(wú)關(guān)，通過(guò)調(diào)查研究，橫向裂縫分布呈一定的規(guī)律性，推測(cè)其產(chǎn)生因素可能為：(1) 瀝青面層的低溫收縮；(2) 原道路半剛性基層(水泥穩(wěn)定碎石)收縮裂縫反射至瀝青路面[5].

2) 縱向裂縫縱向裂縫主要出現(xiàn)在車道分界線附近，且分布位置相對(duì)一致，究其原因主要有：(1) 混合料攤鋪時(shí)縱向施工搭接質(zhì)量不好；(2) 高新西路是在原葛華公路兩側(cè)各拓寬一個(gè)車道而建成，基層分幅攤鋪搭接處壓實(shí)不足而形成薄弱部位，且在車輛輪跡的反復(fù)作用下造成開裂，從而反射到瀝青路面.

3) 塊狀裂縫伴有翻漿道路北側(cè)出現(xiàn)大量塊狀裂縫并伴有翻漿，同時(shí)坑槽較多，主要原因?yàn)槌跗诹芽p產(chǎn)生后，未及時(shí)采取養(yǎng)護(hù)修補(bǔ)措施，造成雨水滲入，對(duì)基層和路基造成破壞，使路面的承載能力下降.

4) 道路北側(cè)破損嚴(yán)重道路北幅路面比南側(cè)破損較為嚴(yán)重，主要原因在于道路北側(cè)開發(fā)較快，交通流量大，同時(shí)重載車、超載車通行較多，對(duì)道路造成的損傷較大.

3.2路面修復(fù)改造措施

1) 基層檢測(cè)報(bào)告中基層強(qiáng)度分布在4.5～18.4MPa之間，上基層強(qiáng)度平均值11.28MPa，下基層強(qiáng)度平均值7.24MPa，大部分檢測(cè)數(shù)值處于比較合理的區(qū)間，因此基層質(zhì)量基本滿足本次修復(fù)改造要求，對(duì)局部翻漿唧泥破損嚴(yán)重路段，挖除全部結(jié)構(gòu)層，重新鋪設(shè).

2) 面層通過(guò)理論計(jì)算分析可知，對(duì)于路面整體強(qiáng)度基本符合要求(彎沉值為0.35mm以下)，輕度裂縫時(shí)，采用直接加鋪罩面，恢復(fù)表面的使用功能.當(dāng)路面代表彎沉值大于0.4mm時(shí)，加鋪厚度為4+6+8三層瀝青面層，相關(guān)資料顯示，加鋪層厚度宜為8～12cm，加鋪厚度過(guò)大易產(chǎn)生車轍.當(dāng)然從經(jīng)濟(jì)的角度而言，一味地加厚面層并不經(jīng)濟(jì)，因此加鋪厚度大于12cm時(shí)，或?qū)χ卸?、重度裂縫可視具體情況銑刨面層，并清除干凈，設(shè)粘層瀝青后加鋪瀝青面層.因此，對(duì)于高新西路根據(jù)不同的路況采用不同的處理措施，具體方案見表6.

表6　不同路況路面修復(fù)改造方案

4結(jié)束語(yǔ)

隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，原有市政道路的修復(fù)改造項(xiàng)目將越來(lái)越普遍.路面破損類型多樣，針對(duì)不同的破損類型，要充分利用現(xiàn)有道路結(jié)構(gòu)，擬定經(jīng)濟(jì)合理修復(fù)改造方案，促進(jìn)綠色環(huán)保節(jié)能道路的建設(shè).文章通過(guò)對(duì)高新西路的修復(fù)改造研究，對(duì)市政道路病害調(diào)查流程及方法和道路檢測(cè)內(nèi)容作了系統(tǒng)介紹，采用彈性層狀體系理論進(jìn)行理論分析計(jì)算，針對(duì)路面破損程度的不同，并從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，采取不同的修復(fù)改造措施，對(duì)類似市政道路舊路修復(fù)改造項(xiàng)目具有借鑒意義.

參 考 文 獻(xiàn)

[1]葉章華.廣東省某國(guó)道粵北段水泥混凝土路面修復(fù)設(shè)計(jì)[J].山西建筑，2008(3)：55-58.

[2]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.CJJ169-2012城鎮(zhèn)道路路面設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2011.

[3]中華人民共和國(guó)交通部.JTGD50-2006公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京：人民交通出版社，2006.

[4]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.CJJ37-2012城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京：人民交通出版社，2011.

[5]蘇婷婷.超薄瀝青路面早期損害裂縫和車轍的特點(diǎn)分析[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào):交通科學(xué)與工程版,2014,38(1):172-176.

中圖法分類號(hào)：U416.2

doi:10.3963/j.issn.2095-3844.2015.01.052

收稿日期：2014-11-23

ResearchofRepairandReconstructionAboutMunicipalRoad

BUTianYANGMingchao

(Central and Southern China Municipal Engineering

Design & Research Institute Co.Ltd,Wuhan 430000,China)

Abstract：Based on municipal road of Gao Xin Xi Lu,this paper analyzes the causes of road diseases through the investigation and tests about status of old road ,then segmented and evaluated road according to the extent of damagment. For different levels of road damagment,we calculated representative deflection and equivalent modulus of elasticity in various sections,then analysis the structure with elastic layer system theory, proposed several possible combinations and design layer . According to theoretical calculations, compared the various programs from the technical and economic aspects,then the repair and reconstruction program are determined.

Key words：pavement condition index; deflection; equivalent modulus of elasticity; elastic layer system theory