市政道路改擴(kuò)建工程路面結(jié)構(gòu)施工研究

摘要：文章闡述了對(duì)老舊路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行改擴(kuò)建施工的必要性，分析了路面改擴(kuò)建施工中的主要項(xiàng)目和施工要點(diǎn)，并以桂林市七星路部分路段的改擴(kuò)建施工計(jì)劃為例，探討了路面結(jié)構(gòu)的彈性模量變化對(duì)應(yīng)力及彎沉的具體影響。

關(guān)鍵詞：市政道路;改擴(kuò)建;路面;施工

0 引言

市政道路的路面多為柔性瀝青路面或水泥混凝土路面，在長(zhǎng)期反復(fù)的車輛載荷作用下，加之日常的養(yǎng)護(hù)和維修不及時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同程度的病害，如路面裂縫、結(jié)構(gòu)失穩(wěn)等，給車輛通行的安全帶來(lái)潛在威脅。另外，市政道路多數(shù)路段為早年興建，擁堵是較為常見(jiàn)的問(wèn)題，過(guò)去的車流量設(shè)計(jì)方案已無(wú)法滿足當(dāng)前日益增加的交通運(yùn)力的需求。為此，對(duì)車輛擁堵或存在結(jié)構(gòu)問(wèn)題的部分路段進(jìn)行改擴(kuò)建施工十分必要。

1 老舊路面結(jié)構(gòu)改擴(kuò)建施工的必要性

1.1 老舊路面結(jié)構(gòu)問(wèn)題

市政道路在改擴(kuò)建施工前應(yīng)對(duì)原老舊路面的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)分析，對(duì)路面的結(jié)構(gòu)質(zhì)量應(yīng)客觀、正確地做出評(píng)估，對(duì)路面結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)以及病害等進(jìn)行綜合論證，對(duì)容易引發(fā)擁堵和交通事故的路段應(yīng)進(jìn)行準(zhǔn)確勘測(cè)。以當(dāng)前現(xiàn)有施工條件下的相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合路面結(jié)構(gòu)的原始施工方案，充分考慮改擴(kuò)建工程中可能存在的施工風(fēng)險(xiǎn)和其他安全隱患，及時(shí)做好安全性評(píng)價(jià)和改擴(kuò)建施工方案可行性評(píng)估等工作，確保施工現(xiàn)場(chǎng)附近交通的安全。

1.2 道路暢通性和安全性問(wèn)題

對(duì)于老舊路段和彎道較多的路段而言，事故的發(fā)生率較高，而且路面標(biāo)高差異可能會(huì)十分明顯，在改擴(kuò)建施工中應(yīng)充分關(guān)注，包括一些深坑填挖的路段。市政道路改擴(kuò)建工程一般周期較長(zhǎng)，加之日常通行的車輛較多、車輛載荷較大，使得路面結(jié)構(gòu)所面臨的壓力持續(xù)上升，此時(shí)改擴(kuò)建路面施工中會(huì)暴露出很多問(wèn)題，多數(shù)問(wèn)題與市政道路的裂縫或裂痕相關(guān)。另外，市政道路周邊設(shè)施也存在相應(yīng)的老化問(wèn)題，對(duì)于出現(xiàn)問(wèn)題或故障的老舊設(shè)備、線路難以做到及時(shí)維護(hù)、檢修，致使市政道路的設(shè)備無(wú)法達(dá)到使用的基本需求。而且，部分路政設(shè)施可能因?yàn)檫^(guò)于老舊而失去維修的價(jià)值，甚至可能帶來(lái)施工安全隱患，應(yīng)及時(shí)拆除或換新。改擴(kuò)建施工中應(yīng)將道路通行的安全性和暢通性放在首位，避免因車輛過(guò)于擁堵而引發(fā)的各類糾紛，保證市政道路改擴(kuò)建施工的順利進(jìn)行[1]。

2 改擴(kuò)建工程路面結(jié)構(gòu)施工

2.1 新舊路面結(jié)構(gòu)的擬合

市政道路改擴(kuò)建工程的路面結(jié)構(gòu)施工中，應(yīng)使各項(xiàng)工序滿足改擴(kuò)建路面施工的規(guī)范要求，及時(shí)優(yōu)化施工過(guò)程中的不合理方案和安全性問(wèn)題，最終確定簡(jiǎn)化、高效、安全的施工方案，控制好老舊路段的平縱面，特別是路面結(jié)構(gòu)的擬合處理。在路面結(jié)構(gòu)施工方案部分，道路周邊建筑對(duì)其平面線形影響較為嚴(yán)重，應(yīng)進(jìn)行局部處理;縱斷面的線形也應(yīng)進(jìn)行合理優(yōu)化和布置，保證新舊道路的路面充分結(jié)合;對(duì)道路周邊的各類入口和通道進(jìn)行有效銜接，使路面與結(jié)構(gòu)物有效結(jié)合，降低工程的成本預(yù)算[2]。

2.2 瀝青路面施工

2.2.1 攤鋪和輾軋施工

實(shí)際施工過(guò)程中應(yīng)根據(jù)攪拌機(jī)的產(chǎn)量和運(yùn)行工況來(lái)設(shè)定攤鋪寬度、速度，常規(guī)施工中的攤鋪應(yīng)勻速、慢速，不可隨意改變攤鋪速度。在交叉路口等交通繁忙路段，應(yīng)派人專職指揮攤鋪施工，更換施工混合料時(shí)應(yīng)由現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員確認(rèn)后進(jìn)行。攤鋪過(guò)程中如遇較為明顯的路面缺陷或病害時(shí)，應(yīng)全面清理后進(jìn)行再次攤鋪。攤鋪中選用的鋼絲應(yīng)為扭繞式，直徑控制在6 mm以內(nèi)，按照5 m的距離間隔安裝支架，拉力應(yīng)>800 N為宜。

2.2.2 接縫和壓實(shí)施工

在進(jìn)行瀝青路面的施工時(shí)，為達(dá)到接縫施工標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)控制瀝青混合料的配比，細(xì)化路面的壓實(shí)施工，增加路面結(jié)構(gòu)的密實(shí)程度，降低混合料的縫隙，提高路面的耐用性。對(duì)于瀝青路面的縱向施工縫，可同時(shí)使用兩臺(tái)攤鋪設(shè)備共同完成作業(yè)，以階梯方式布置攤鋪設(shè)備，在已完成攤鋪工序的瀝青混合料中應(yīng)事先留有2 dm，施工中可能造成5～10 cm攤鋪層疊加效應(yīng)，使用熱接縫施工技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)跨接輾軋。對(duì)于橫向施工縫，應(yīng)首先考慮平接縫，在3 m縱向延伸位置，端部的直尺應(yīng)選用懸臂狀，以直尺脫落位置或攤鋪層作為接縫修復(fù)點(diǎn)。攤鋪前應(yīng)清除接縫部位的粉塵，使用鋼筒式壓路機(jī)順次壓實(shí)。

2.2.3 施工質(zhì)量檢測(cè)

對(duì)于市政道路改擴(kuò)建工程中的路面結(jié)構(gòu)施工，應(yīng)詳細(xì)檢測(cè)路面結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，嚴(yán)格檢測(cè)混合料溫度以及瀝青面層的攤鋪情況。如果原道路為瀝青路面，并且路面沒(méi)有出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p壞的情況，則僅需要對(duì)原路面進(jìn)行簡(jiǎn)單的挖補(bǔ)處理后鋪設(shè)新面層即可。如果原瀝青路面損壞較嚴(yán)重，且道路兩側(cè)的寬度和高度無(wú)法滿足施工要求時(shí)，可在原路面基礎(chǔ)上鋪設(shè)水泥礫石基層，經(jīng)過(guò)壓實(shí)后再進(jìn)行新面層的鋪設(shè)。當(dāng)路面中心高程受限時(shí)，應(yīng)挖除原有路面的結(jié)構(gòu)層，并重新鋪設(shè)基層、面層。

2.3 水泥混凝土路面施工

當(dāng)原路面為水泥混凝土路面時(shí)，依據(jù)新舊路面的銜接方式可分為粘結(jié)式、直接式和分離式三種。粘結(jié)式主要是對(duì)原有路面進(jìn)行清洗等處理，新路面應(yīng)與舊路面對(duì)齊接縫，接縫形式應(yīng)相同，這種施工方式的成本相對(duì)較高。直接式是在原有水泥混凝土路面層的基礎(chǔ)上鋪設(shè)新的面層，在鋪設(shè)之前也應(yīng)對(duì)原有路面進(jìn)行清洗，并對(duì)齊新舊路面的接縫，使路面上下的結(jié)構(gòu)保持一致。分離式則是通過(guò)在新舊路面之間加鋪隔離層，然后鋪設(shè)新面層，且舊路面的接縫和構(gòu)造不影響新路面[3]。

2.4 路面拓寬后處理

城市車流量的不斷增加使道路車輛的通行變得擁堵，對(duì)部分繁忙路段進(jìn)行改擴(kuò)建施工成為首選方案。其中路面施工主要以拓寬為主，在嚴(yán)格依照紅線要求進(jìn)行擴(kuò)建的同時(shí)，還應(yīng)處理好路面拓寬過(guò)程中可能發(fā)生的各類危險(xiǎn)情況，保證工程的順利、高效施工。路面的拓寬通常以對(duì)稱的方式進(jìn)行，即在保證路面中線位置不變的情況下，適當(dāng)拓寬路面兩側(cè)空間。此類需要進(jìn)行改擴(kuò)建施工的市政道路一般已使用較長(zhǎng)時(shí)間，沉降已接近穩(wěn)定狀態(tài)。為確保改擴(kuò)建施工中路面結(jié)構(gòu)的平整度，應(yīng)對(duì)路基進(jìn)行適當(dāng)處理，否則可能引起大范圍的縱向裂縫發(fā)生。對(duì)于常年雨水沖蝕、車流量密集的路段，路面結(jié)構(gòu)損壞情況可能十分嚴(yán)重，在施工前應(yīng)對(duì)新舊路基進(jìn)行穩(wěn)固處理，從根本上減少沉降。如果原路肩不滿足工程施工要求，則應(yīng)翻曬這部分土路肩并重新輾軋，土路肩開(kāi)挖臺(tái)階的數(shù)量應(yīng)足夠多，以便增大新舊路基銜接的面積。在開(kāi)挖臺(tái)階上加鋪土工格柵，增強(qiáng)路基間橫向結(jié)構(gòu)的聯(lián)系，降低裂縫反射，土工格柵寬度應(yīng)>2 m，位于舊路基側(cè)格柵的寬度為其縱向?qū)挾鹊囊话胱笥摇?/p>

路面改擴(kuò)建施工主要項(xiàng)目和施工要點(diǎn)如表2所示。

3 路面結(jié)構(gòu)參數(shù)敏感性試驗(yàn)分析

3.1 工程概況

七星路（桂大段）位于廣西桂林市七星區(qū)，屬通往桂林漓江風(fēng)景區(qū)的重要道路，附近漓江路與之交匯貫通，為桂林市交通繁忙路段。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，截至2019年年底，市內(nèi)常規(guī)通行車輛與旅游專線車輛全年共計(jì)通行2 592萬(wàn)輛，遇旅游旺季或其他繁忙時(shí)段，該段道路會(huì)發(fā)生車輛擁堵問(wèn)題。巨大的車流量給路面結(jié)構(gòu)帶來(lái)了一定壓力，也對(duì)該段道路的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和載荷能力提出了新的要求。為改善該段道路目前的情況，緩解車輛擁堵?tīng)顩r，提高交通運(yùn)力，計(jì)劃2020年對(duì)該段道路進(jìn)行路面拓寬的改擴(kuò)建施工（方案處于研討階段）。為進(jìn)一步論證該工程改擴(kuò)建方案的可行性，進(jìn)行了路面結(jié)構(gòu)的彈性模量敏感性試驗(yàn)，重點(diǎn)研究彈性模量的變化對(duì)路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力及彎沉的影響。

3.2 彈性模量（Em）的敏感性試驗(yàn)

試驗(yàn)中載荷作用于路面拓寬段，改變路面結(jié)構(gòu)的彈性模量Em值，討論Em對(duì)應(yīng)力和彎沉的影響。系統(tǒng)在建模后得到表3數(shù)據(jù)。t代表瀝青結(jié)構(gòu)面層的剪應(yīng)力，σ1代表瀝青結(jié)構(gòu)面層的拉應(yīng)力，U代表瀝青結(jié)構(gòu)面層的載荷彎沉值，S代表瀝青結(jié)構(gòu)面層的載荷應(yīng)力。

由表3數(shù)據(jù)可以看到，剪應(yīng)力（t）、拉應(yīng)力（σ1）以及載荷應(yīng)力（S）隨著彈性模量Em值的增加而增大，表明該段道路在路面拓寬改擴(kuò)建施工后，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度在各種載荷壓力試驗(yàn)中均有所提升，其中瀝青結(jié)構(gòu)面層的拉應(yīng)力（σ1）增幅較為明顯，這種現(xiàn)象與瀝青混合料的配比情況和顆粒間隙大小相關(guān)。將表3數(shù)據(jù)導(dǎo)入有限元三維施工模型后可輸出拓寬后路面結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布，如圖1所示。

將表3中的數(shù)據(jù)生成路面彈性模量變化對(duì)應(yīng)力和彎沉的影響曲線（彎沉-應(yīng)力曲線），如圖2所示。

由圖2可知，隨著路面結(jié)構(gòu)層強(qiáng)度的不斷增加，彎沉值在逐漸降低，說(shuō)明拓寬路面的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度對(duì)于車輛載荷的影響起到了良好的控制作用。而剪應(yīng)力（t）、拉應(yīng)力（σ1）以及載荷應(yīng)力（S）隨著路面結(jié)構(gòu)層強(qiáng)度的不斷增加而逐漸變大，說(shuō)明拓寬路面的結(jié)構(gòu)性能處于正常的使用壽命階段（非結(jié)構(gòu)老化期），與新拓寬路面的結(jié)構(gòu)力學(xué)特性相符。

4 結(jié)語(yǔ)

進(jìn)行市政道路的改擴(kuò)建施工可以拓寬路面、提高路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，對(duì)于緩解擁堵路況具有一定作用。本文依托桂林七星路部分路段的改擴(kuò)建施工方案，深入研究了路面拓寬后的各項(xiàng)工程參量和指標(biāo)，完成了彈性模量（Em）敏感性試驗(yàn)，取得了預(yù)期的效果。本文研究?jī)?nèi)容對(duì)于同類市政道路路面結(jié)構(gòu)的改擴(kuò)建施工具有一定的參考意義。

[1]柯文豪，雷 宇，王鵬翔.改擴(kuò)建工程拼接路面受力分析及拼接方式[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011（10）：39-44.

[2]石海麗.拓寬路基差異沉降及土工格柵處治機(jī)理的研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2012.

[3]呂 錦.拓寬路基結(jié)合部病害機(jī)理及處治技術(shù)研究[D].石家莊：河北科技大學(xué)，2012.

作者簡(jiǎn)介：張正鏞（1986—），工程師，主要從事公路橋梁施工管理工作。