城市快速路拓寬工程差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)探討

胡潤忠

摘 要：拓寬工程中的差異沉降對現(xiàn)有路面影響較大，而差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)的高低對道路投資影響較大。標(biāo)準(zhǔn)過高，道路前期建設(shè)成本高，標(biāo)準(zhǔn)過低，道路后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用增加，因此制定合理的差異沉降標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要。該文歸納、總結(jié)了現(xiàn)有高速公路拓寬改造工程差異沉降標(biāo)準(zhǔn)的研究現(xiàn)狀，結(jié)合現(xiàn)有城市道路規(guī)范對城市快速路拓寬改造工程差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了初步探討。

關(guān)鍵詞：城市快速路 拓寬工程 差異沉降 控制標(biāo)準(zhǔn)

隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城鎮(zhèn)人口及車輛劇增，現(xiàn)有城鎮(zhèn)市政道路已無法滿足快速增長的交通量和社會(huì)發(fā)展的需求，因此急需要配套的道路基礎(chǔ)設(shè)施來緩解交通擁堵情況。目前解決原有道路擁堵問題主要通過以下兩種途徑：（1）通過新建城市主干路、快速路分散交通量，減少原有道路交通量；（2）拓寬原有道路，增加原有道路的通行能力。由于受城鎮(zhèn)總體規(guī)劃條件限制，在城市成熟區(qū)已無新建城市主干路、快速路條件，因此，對原有城市主干路、快速路拓寬則成為必然選擇。但拓寬工程由于新、舊路基地基填筑時(shí)間及作用荷載不同等原因，其強(qiáng)度和剛度存在較大差異，新舊路基將產(chǎn)生差異沉降，而這種差異沉降將在路面結(jié)構(gòu)拼接處產(chǎn)生較大拉應(yīng)力，導(dǎo)致路面破壞。同時(shí)，拓寬工程的建設(shè)及運(yùn)營將增大舊路差異沉降，增大舊路橫坡，而過大的差異沉降將影響道路的使用功能，因此，提出合理的差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要。

目前，國內(nèi)外研究均是基于高速公路進(jìn)行。國外對差異沉降標(biāo)準(zhǔn)的研究主要集中在橋頭路段及軟土路基的工后沉降方面。如，對于德國的高速公路，橋梁路段允許坡差不大于1/300，通常取1/200；軟土路基相對工后沉降（工后沉降與總沉降量之比）控制為5%～15%，工后沉降為3～5 cm，特殊情況下為10 cm。法國工后沉降要求：一般路段為10 cm，橋頭引道部分為3～5 cm，其對應(yīng)的地基固結(jié)度為85%～95%。日本工后沉降要求：一般路段為10～30 cm；路橋過渡段路基部位為5～10 cm。而研究者們提出的差異沉降指標(biāo)主要為容許坡差，Daniel等人認(rèn)為允許坡差為0.28%～0.42%較為合理。James等人認(rèn)為橋頭路基沉降允許坡差0.8%～1.0%。Briaud等提出了最大容許坡差為0.5%可保證行車安全舒適。

國內(nèi)一般采用坡差或變坡率作為差異沉降控制指標(biāo)。周虎鑫認(rèn)為高速公路軟土地基路面容許坡差為0.4%。張嘉凡認(rèn)為坡差超過0.35%，半剛性路面基層底部將產(chǎn)生拉裂破壞。董海、邢啟軍認(rèn)為高等級公路路面功能性要求差異沉降坡差控制在0.4%以內(nèi)。沈大高速公路拓寬工程要求差異沉降坡差控制在0.4%以內(nèi)。滬寧高速公路拓寬工程要求差異沉降控制坡差，即縱橫向坡度差不得大于0.5%。

1 拓寬工程差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)探討

拓寬工程差異沉降主要分為舊路差異沉降、新路差異沉降和新舊路基差異沉降。舊路差異沉降指舊路路肩（新舊路基拼接處）與舊路中心之間沉降差；新路差異沉降指最大沉降點(diǎn)與新路路肩之間沉降差；新舊路基差異沉降指新路最大沉降與舊路中心沉降差。舊路差異沉降對現(xiàn)有道路影響較大，且控制舊路差異沉降的同時(shí)對其他差異沉降也較為明顯，目前絕大多數(shù)研究成果是以舊路差異沉降最為控制指標(biāo)，因此，該文主要對舊路差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行探討。

拓寬工程差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)的確定是一個(gè)較為復(fù)雜的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)問題，涉及到施工期費(fèi)用與道路后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用的分配問題，而兩者之間又是此消彼長關(guān)系。因此，差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)的確定需通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和工程實(shí)踐驗(yàn)證來實(shí)現(xiàn)。國內(nèi)外研究人員得到的加寬工程差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)變化較大，變坡率在0.15%～0.50%之間。

拓寬工程需滿足道路路面的使用性能，包括結(jié)構(gòu)性能和功能性能兩方面。前者主要表現(xiàn)為路面的損壞狀況和結(jié)構(gòu)的承載能力，后者則表現(xiàn)為行駛舒適、行車安全、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)以及對環(huán)境的不良影響等。因此，拓寬工程差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)同時(shí)考慮路面的結(jié)構(gòu)性能和功能性能兩個(gè)方面。

1.1 按路面功能性能要求確定差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)

從城市道路路面功能性要求出發(fā)，一般考慮縱坡、橫坡、平整度3個(gè)方面滿足道路適用功能要求。

（1）拓寬工程的縱坡要求。由差異沉降而引起的縱坡變化，不應(yīng)超出城市道路標(biāo)準(zhǔn)《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ37-2012）規(guī)定的不同設(shè)計(jì)速度下最大縱坡限制如表1，從表1可知，除40、50、60 km/h設(shè)計(jì)時(shí)速之間坡度相差0.5%外，其余各設(shè)計(jì)速度之間相差1%。因此，因差異沉降而降低縱坡標(biāo)準(zhǔn)不得超過1%，40、50、60 km/h設(shè)計(jì)時(shí)速不得超過0.5%，否則將降低道路功能性要求。同時(shí)考慮到工程地質(zhì)條件差異等其他一些不利影響因素，建議差異沉降控制指標(biāo)容許值縱坡坡差為0.5%。

（2）拓寬工程的橫坡要求。設(shè)計(jì)橫坡的目的是及時(shí)將雨水排出路面，以保證行車安全。差異沉降發(fā)生后，路面橫坡不應(yīng)超過城市道路規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。通常，新建道路在路基橫斷面方向地基土層性質(zhì)變化不大，其差異沉降主要是由其自重所引起的。但在拓寬工程中，新舊路基下地基土層性質(zhì)變化大，舊路地基在原有路基及車輛荷載下固結(jié)沉降基本完成，而拓寬部分地基在路基荷載作用下將發(fā)生較大的瞬時(shí)沉降和固結(jié)沉降。拓寬工程路基沉降特性有別于舊路路基，其沉降特性為拓寬路基中心部分沉降大，舊路部分沉降小，而未拓寬的舊路路基沉降為路基中心沉降大兩端小，如圖1所示。由圖1可知，在拓寬工程中，由于拓寬路基的填筑，路基沉降呈“兩端大，中間小”分別形式，拓寬路基填筑過程將使舊路橫坡差不斷增大。同時(shí)道路運(yùn)營后由于拓寬路基部分一般為大車道，道路橫坡差將不斷增大，因此，從橫坡上控制差異沉降變坡率即為重要。在拓寬工程設(shè)計(jì)路拱坡度時(shí)，若采用較大值（2%），隨著拓寬部分路基地基的固結(jié)，路拱坡度將不斷增大，這雖然有利于路面排水，但不利于行車安全，降低道路使用性能。如果路拱坡度采用較小值（1%），又不利于路面排水。同時(shí)，《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 37-2012）規(guī)定快速路及降雨量大的地區(qū)橫坡宜采用1.5%～2.0%。因此，城市快速路加寬工程路拱坡度的設(shè)置一般采用1.5%，為保證沉降穩(wěn)定后，路面橫坡既有利于路面排水，又能夠滿足技術(shù)指標(biāo)要求（不高于上限2%），橫向坡差最好控制在0.5%以內(nèi)。

（3）拓寬工程的平整度要求?？焖俾芳词菫槭蛊嚳焖傩旭?，加快交通通行，提高社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的通道。為了確保車輛能夠快速行駛，必須滿足許多條件，如道路平面線性、縱橫坡要求等。除此以外，還有一個(gè)非常重要的技術(shù)指標(biāo)——路面平整度。對于快速路，由于車速快，道路稍有不平整就會(huì)造成嚴(yán)重顛簸，降低行車舒適性，同時(shí)也會(huì)給駕駛員帶來不安全感，迫使其減速，以至于達(dá)不到快速的目的。對于平整度各國都有自己的技術(shù)要求，標(biāo)準(zhǔn)并不統(tǒng)一，而且測量平整度的儀器多種多樣。《城鎮(zhèn)道路工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（CJJ 1-2008）規(guī)定城市快速路、主干路δ≤1.5，次干路、支路δ≤2.4。這個(gè)指標(biāo)只是為了檢驗(yàn)工程的施工質(zhì)量，并不是在道路使用期間的平整度指標(biāo)。鑒于目前我國的情況，考慮到“平戰(zhàn)結(jié)合”原則，可根據(jù)《民用航空運(yùn)輸機(jī)場飛行區(qū)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》確定在路面使用期間平整度變坡率為：

（10 mm-3 mm）/（3000/2）≈0.46%

式中：3000為檢測平整度的3 m直尺；10 mm為舊路路面直尺與表面間隙；3 mm為新路路面直尺與表面間隙。

綜上所述，道路功能性指標(biāo)主要從縱坡、橫坡、平整度3個(gè)方面考慮，其變坡率指標(biāo)要求列于表2。

從表2可知平整度變坡率指標(biāo)為最嚴(yán)格的差異沉降指標(biāo)，因此，把最嚴(yán)格的坡差要求作為路面功能性能指標(biāo)要求，同時(shí)考慮到工程地質(zhì)條件差異及其他影響差異沉降的不利因素，從路面功能性要求出發(fā)，快速路拓寬工程差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)容許變坡率為0.4%。

1.2 按路面結(jié)構(gòu)性能要求確定差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)

路面結(jié)構(gòu)性能對道路的安全性舒適性及后期養(yǎng)護(hù)、維護(hù)至關(guān)重要，路面結(jié)構(gòu)分析的主要指標(biāo)為路面基層層底拉應(yīng)力大小，而差異沉降將在路面結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生附加拉應(yīng)力，其大小對路面結(jié)構(gòu)性能影響大。同時(shí)路面結(jié)構(gòu)材料、厚度等不同，路面容許拉應(yīng)力也不同。目前城市快速路多采用半剛性基層路面，路面結(jié)構(gòu)主要含三層面層（通常為SMA表面層、AC-20中面層、AC-25下面層），兩層基層（水泥穩(wěn)定級配碎石基層和底基層），一層墊層。

快速路拓寬工程新舊路基差異沉降的發(fā)展是一個(gè)長期的過程，路面結(jié)構(gòu)所承受的應(yīng)力也隨差異沉降的發(fā)展而變化。同時(shí)，在交通荷載的反復(fù)作用下，路面結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生疲勞破壞。目前在進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)多為現(xiàn)有規(guī)范土或半剛性材料的極限抗拉根據(jù)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)及交通荷載，利用規(guī)范所列公式計(jì)算得到基層層底拉應(yīng)力。現(xiàn)有《城鎮(zhèn)道路路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 169-2012）規(guī)定了瀝青路面的應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)，對于快速路、主干路和次干路半剛性材料基層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)，層底計(jì)算的最大拉應(yīng)力應(yīng)小于或等于材料的容許抗拉強(qiáng)度，但其主要針對的是新建道路，考慮主要因素為交通荷載，尚未考慮拓寬工程引起的附加拉應(yīng)力。對于拓寬工程還應(yīng)考慮由于拓寬路基差異沉降而引起的附加拉應(yīng)力，即由交通荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力與差異沉降產(chǎn)生的附加拉應(yīng)力之和應(yīng)小于路面結(jié)構(gòu)材料所容許的拉應(yīng)力。因此，對于拓寬工程為保證訪娼峁剮閱？可通過兩種途徑來解決：（1）改善路面結(jié)構(gòu)材料，提高其容許拉應(yīng)力；（2）通過對路基地基及拓寬工程結(jié)合部處理減小拓寬工程差異沉降，從而減小其引起的附加拉應(yīng)力。由于改善路面結(jié)構(gòu)材料較為困難，對現(xiàn)狀交通和社會(huì)影響較大，因此，只有將拓寬工程差異沉降控制在合理的范圍內(nèi)，方可滿足道路路面結(jié)構(gòu)性能要求。目前國內(nèi)外學(xué)者多是通過數(shù)值模擬計(jì)算、模型試驗(yàn)、現(xiàn)場試驗(yàn)研究拓寬工程差異沉降對路面結(jié)構(gòu)層附加拉應(yīng)力的影響，從路面結(jié)構(gòu)性能要求方面提出拓寬工程差異沉降標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)有研究成果顯示從路面結(jié)構(gòu)性能要求確定的差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)為坡差0.15%～0.4%。

2 結(jié)語

（1）對于城市快速路拓寬工程差異沉降標(biāo)準(zhǔn)，從道路功能性能要求出發(fā)坡差應(yīng)控制在0.4%以內(nèi)，從道路結(jié)構(gòu)性能要求出發(fā)坡差應(yīng)控制在0.2%以內(nèi)。

（2）對于城市快速路拓寬改造工程差異沉降標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合考慮，若按道路功能性要求坡差控制，則道路建設(shè)期對地基及路基的處理費(fèi)用減少，而道路后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用將增加；若按道路結(jié)構(gòu)性能坡差控制，則道路建設(shè)期投資增加，道路后期養(yǎng)護(hù)投資將減少。拓寬工程差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)結(jié)合工程實(shí)例從技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面進(jìn)一步驗(yàn)證。

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