北京市道路大修公交專用道抗車轍結(jié)構(gòu)設(shè)計

王曉穎

摘要 通過對北京地區(qū)公交專用道進(jìn)行調(diào)查，分析主要病害類型及原因，采取針對性處理措施。結(jié)合北京市三環(huán)主路（三元橋西—麗澤橋北）大修工程，提出適用于新增公交專用道的大修路面抗車轍結(jié)構(gòu)，從結(jié)構(gòu)—材料一體化角度保證路面使用性能。該項目通過路面整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化及抗車轍劑的采用，減少了瀝青路面在重型車輛荷載作用下產(chǎn)生的變形，有效處理了公交專用道的車轍病害，提高了道路服務(wù)水平，取得良好的經(jīng)濟和社會效益。

關(guān)鍵詞 公交專用道;抗車轍;城市道路大修

中圖分類號 U416.217 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）07-0050-03

0 引言

城市交通擁堵頻發(fā)，道路資源越來越緊張，多地推出發(fā)展綠色交通體系，包括公交專用道、大容量公交BRT、軌道交通等。很多城市利用既有道路施畫公交專用道。但當(dāng)直接施畫專用道，交通組成和形式發(fā)生變化后，需在對現(xiàn)有道路路面結(jié)構(gòu)強度和結(jié)構(gòu)形式、病害情況研究的基礎(chǔ)上，考慮交通特性變化，既能有效利用原路面結(jié)構(gòu)，又能滿足大容量公交荷載對路面的沖擊，增強路面結(jié)構(gòu)的抗車轍性能，同時處理好功能性車道與混行車道的關(guān)系，保證道路整體使用壽命。

1 研究背景

公交車軸載大，通行量多，滿載低速行駛對道路結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的破壞大，需要對公交專用道結(jié)構(gòu)進(jìn)行單獨設(shè)計。目前在北京主城區(qū)，大部分為在已建道路上直接施畫，隨著城市交通量的急劇增長，重載公共交通的投入運營，在持續(xù)高溫天氣以及城市熱島效應(yīng)等綜合影響下，瀝青路面車轍成為主要病害。

道路大修中需要對公交專用道的路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合分析，提出經(jīng)濟適用的整體性路面結(jié)構(gòu)組合形式，在保證節(jié)約的基礎(chǔ)上提升路面的結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)定性。結(jié)合北京市三環(huán)主路（三元橋西—麗澤橋北）道路大修的實踐經(jīng)驗，從設(shè)計角度介紹車轍病害處治的主要方法及技術(shù)手段，驗證了上面層雙改性瀝青混凝土+下面層抗車轍瀝青混凝土，粘層采用橡膠瀝青防水粘結(jié)層這種結(jié)構(gòu)方式的實際工程效果，為解決同類公交專用道結(jié)構(gòu)提供一定的參考，為城市道路大修設(shè)計及建設(shè)管理決策提供一定的依據(jù)。

2 公交專用道車轍病害成因分析

由于交通量快速增長，重載車輛比重增大，在車輛啟停較多的路口、公交車站、公交車道處多出現(xiàn)車轍病害。目前，北京市的道路路面結(jié)構(gòu)大部分為半剛性基層加瀝青混凝土面層的形式，車轍主要產(chǎn)生于瀝青混凝土面層，主要因素是瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性不足，在車輛的反復(fù)荷載作用下產(chǎn)生累積變形。

公交專用道瀝青路面的車轍多為失穩(wěn)型車轍，由于其特殊的交通組成特性，對材料的高溫穩(wěn)定性和整體結(jié)構(gòu)的抗車轍性能要求高。通過對北京市公交專用道現(xiàn)況路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)查，綜合分析公交專用道現(xiàn)況路面車轍病害成因，發(fā)現(xiàn)影響瀝青路面結(jié)構(gòu)層抗車轍性能的因素主要有以下幾個方面：車輛軸載（超載情況下的剪應(yīng)力明顯大于標(biāo)準(zhǔn)軸載）、結(jié)構(gòu)組成（整體性不強，瀝青層間、面層與基層間的粘結(jié)強度不足）、材料性能（各瀝青層的動穩(wěn)定度達(dá)不到公交專用道的要求）。這些因素綜合作用，使得公交專用道上的車轍病害發(fā)生時間要早于其他車道，病害嚴(yán)重程度要重于其他車道。

3 公交專用道車轍防治措施

3.1 路面結(jié)構(gòu)組合

考慮到公交專用道重型車輛主要為公交車，無論是空載還是滿載，車輪的接地壓強均已超過現(xiàn)行路面材料設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合現(xiàn)況車轍病害分布特點，對公交專用道進(jìn)行單獨的路面結(jié)構(gòu)補強計算，確定路面加鋪方案。因為公交專用道上的車轍病害主要來自中面層，就需要著重加強中面層的材料性能，同時強化瀝青層間及與基層之間的粘結(jié)，提高結(jié)構(gòu)整體抗車轍能力。

3.2 路面材料性能

在公交專用道上，降低車轍病害的重點是提高瀝青混合料的動穩(wěn)定度指標(biāo)，在結(jié)構(gòu)選擇過程中，應(yīng)選用不同的路面材料，通過試驗對各項路面材料的高溫抗車轍性能、低溫抗裂性能、水穩(wěn)定性等進(jìn)行評價，最終確定最優(yōu)的路面結(jié)構(gòu)組合方案。一般從以下三個方面入手：調(diào)整礦料級配;優(yōu)選瀝青結(jié)合料;選用適宜的抗車轍添加劑優(yōu)化瀝青混合料的材料設(shè)計，均能提高瀝青混合料的動穩(wěn)定度指標(biāo)。

4 北京市三環(huán)主路公交專用道抗車轍結(jié)構(gòu)實踐

4.1 基本情況

北京市三環(huán)路是中心城內(nèi)部各區(qū)域交通聯(lián)系的重要干道，主路等級為城市快速路，全長48.2 km，為雙向六車道。三環(huán)路承擔(dān)著中心城大量的交通量，尤其是早晚高峰，交通擁堵嚴(yán)重，公交車輛較多，加之三環(huán)路道路運營時間較長，路面破損嚴(yán)重，其中外側(cè)車道的車轍病害是主要的病害之一。為提高出行品質(zhì)，倡導(dǎo)和引導(dǎo)市民綠色出行，2016年，北京市政府決定對三環(huán)主路（三元橋西-麗澤橋北）進(jìn)行大修改造，全長約23.13 km，同期利用三環(huán)路施畫公交專用道，與已經(jīng)施畫完的西南三環(huán)相閉合，形成了一圈公交專用道，極大提高公交專用道的使用效率和水平。

經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，三環(huán)路上公交線路密集，途經(jīng)的公交線路達(dá)233條，占市區(qū)公交線路的29%，南三環(huán)公交車流量最高，其次北三環(huán)，東北三環(huán)、西三環(huán)公交車流量略低。三環(huán)主路公交車流量統(tǒng)計如圖1所示。

4.2 路面病害分析

三環(huán)主路經(jīng)分期建設(shè)、歷年改造、維修養(yǎng)護(hù)，目前現(xiàn)況路面結(jié)構(gòu)組合約30種，基層以半剛性基層及柔性基層為主。三環(huán)主路外側(cè)車道和部分公交車站車轍嚴(yán)重，初步分析為公交車途經(jīng)線路多，車輛軸載大，現(xiàn)況路面結(jié)構(gòu)強度不能滿足使用要求。

對所有出現(xiàn)車轍病害的公交車站進(jìn)行了現(xiàn)場測量，發(fā)現(xiàn)公交站點多的車轍病害相對嚴(yán)重，最嚴(yán)重的為六里橋北里站，路面車轍深度已經(jīng)達(dá)到了15 cm，對公交車輛行駛的安全性產(chǎn)生影響。

由于三環(huán)主路的路面結(jié)構(gòu)歷經(jīng)多次大修，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為進(jìn)一步明確車轍出現(xiàn)的位置和成因，從內(nèi)部探究病害，對病害嚴(yán)重的外側(cè)車道進(jìn)行了鉆孔取芯，通過對結(jié)構(gòu)芯樣的分析，如圖2、3所示，發(fā)現(xiàn)車轍主要發(fā)生于中面層，產(chǎn)生的原因分析主要為：

（1）最外側(cè)車道重型荷載作用。由于早晚高峰交通量大，擁堵嚴(yán)重，公交車位于外側(cè)混行車道滿載低速行駛，路面在公交車車輪低速剪切應(yīng)力作用下，發(fā)生變形，車轍明顯。

（2）由于瀝青混合料中面層的高溫穩(wěn)定性差，造成瀝青混合料在車輛作用下出現(xiàn)側(cè)向推移。

4.3 路面補強結(jié)構(gòu)設(shè)計

在分析現(xiàn)況交通量、車型組成、設(shè)計年限等因素基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)況道路承載力、現(xiàn)況道路路面結(jié)構(gòu)、車轍成因等情況綜合確定，對即將施畫公交專用道的最外側(cè)車道路面進(jìn)行有針對性的抗車轍結(jié)構(gòu)設(shè)計。其中設(shè)計原則為結(jié)構(gòu)-材料一體化分析比選，選用最優(yōu)設(shè)計方案。對不同結(jié)構(gòu)層提出不同的材料指標(biāo)，進(jìn)行針對性試驗進(jìn)行比選：表面層（雙改性SMA-13、單改性SMA-13）、粘結(jié)層（橡膠瀝青、乳化瀝青）、材料試驗的重點是分析中面層（瀝青混合料SBS改性、PR改性、RA改性）。

表面層：雙改性SMA-13的高溫穩(wěn)定性和低溫穩(wěn)定性能均優(yōu)于單改性SMA-13，只有水穩(wěn)定性稍差，綜合實驗分析，雙改性SMA-13綜合路用性能要高于單改性SMA-13。

粘結(jié)層：橡膠瀝青是由廢胎膠粉與瀝青組成，它的性能優(yōu)良，經(jīng)常作為高等級瀝青路面結(jié)構(gòu)的功能層，具有防水、粘結(jié)和應(yīng)力吸收的作用。與常規(guī)乳化瀝青粘結(jié)層相比，橡膠瀝青防水粘結(jié)層具有密水性好、層間粘結(jié)強、防止反射裂縫的優(yōu)良路用性能。

中面層：從近幾年北京市大修工程的經(jīng)驗來看，瀝青混凝土中面層中多采用添加SBS改性劑、巖瀝青（RA）改性劑、PR改性劑等提高瀝青路面的抗車轍能力，如圖4所示。

通過材料試驗發(fā)現(xiàn)，KAC-20C混合料動穩(wěn)定度和殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強度比均符合規(guī)范要求[1]，說明所設(shè)計的瀝青混合料是合理的。巖瀝青的軟化點很高，其改性的瀝青混合料也將具有良好的高溫穩(wěn)定性。

巖瀝青自身的軟化點非常高，利用其制造的改性瀝青軟化點也非常高，具有良好的高溫穩(wěn)定性;含氮量很高，具有較強的抗水損壞能力;巖瀝青性質(zhì)穩(wěn)定、耐候性強，將會提高瀝青路面的耐久性，延長道路使用壽命。所以采用巖瀝青（RA）抗車轍劑的瀝青混合料KAC-20C具有非常大的路用性能優(yōu)勢，可以在實際工程中應(yīng)用。

結(jié)合以上對比結(jié)果，選用最優(yōu)的路面結(jié)構(gòu)組合形式如表1所示：

三環(huán)主路（三元橋西-麗澤橋北）道路大修工程于2016年10月完工，同期在最外側(cè)車道施畫公交專用道，目前該項目已經(jīng)運營5年有余，從現(xiàn)況來看，該段三環(huán)主路的公交車專用道和公交車站均未出現(xiàn)明顯車轍病害，說明該次公交專用道的結(jié)構(gòu)設(shè)計是合理的，對于車轍治理效果顯著，能夠有效降低車轍病害的發(fā)生及發(fā)展。

5 結(jié)語

為提高人民出行的滿意度和幸福感，北京市正逐步形成快速公交通勤走廊網(wǎng)絡(luò)，對于既有道路完善公交專用道時與道路大修結(jié)合考慮，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及耐久性是工程的重點及難點。

該文對北京市現(xiàn)況公交專用道車轍病害原因及處理措施進(jìn)行總結(jié)分析，結(jié)合三環(huán)主路（三元橋西-麗澤橋北）道路大修工程，對公交專用道等功能性路面抗車轍結(jié)構(gòu)進(jìn)行專項設(shè)計，基于前期路面結(jié)構(gòu)和交通量調(diào)查數(shù)據(jù)，結(jié)合三環(huán)路交通特性，本著抗車轍結(jié)構(gòu)-材料一體化設(shè)計理念，對目前應(yīng)用較為成熟的面層材料、結(jié)構(gòu)組合等進(jìn)行整理分析，并對比了各類抗車轍結(jié)構(gòu)的使用效果，最終確定選用雙改性瀝青瑪蹄脂碎石混合料SMA-13（湖瀝青+SBS）+橡膠瀝青防水粘結(jié)層+抗車轍瀝青混凝土KAC-20C（+巖瀝青抗車轍劑）的整體結(jié)構(gòu)。同時為明確各類道路材料指標(biāo)，便于施工過程中的質(zhì)量控制及驗收，對三環(huán)所涉及的全部材料指標(biāo)進(jìn)行了規(guī)定，實現(xiàn)了有針對性的道路結(jié)構(gòu)設(shè)計，保證了項目實施的有效性。從后期的竣工及使用效果來看，公交專用道路面運行情況良好，未出現(xiàn)明顯車轍病害，對國內(nèi)其他類似城市道路大修工程具有一定的指導(dǎo)與借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1]公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范： JTG F40—2004[S]. 北京：人民交通出版社， 2004.