城市公路優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究

張楊

（貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，貴州貴陽(yáng) 550001）

0 引言

市政道路交通體系為新時(shí)代城市規(guī)劃的重點(diǎn)，為提升城市道路建設(shè)質(zhì)量，應(yīng)注意公路設(shè)計(jì)的重要性，并及時(shí)更新設(shè)計(jì)方法及理念，確保城市公路設(shè)計(jì)可滿足交通運(yùn)行要求。公路的設(shè)計(jì)優(yōu)化應(yīng)立足于城市未來規(guī)劃，融入綠色環(huán)保、海綿城市等先進(jìn)思想，使公路設(shè)計(jì)更為科學(xué)合理，為公路施工建設(shè)提供良好依據(jù)。

1 城市公路設(shè)計(jì)創(chuàng)新優(yōu)化的基本原則

1.1 成本控制

城市道路施工建設(shè)需投入一定成本，且具有較高的社會(huì)效益，為提高城市道路設(shè)計(jì)科學(xué)性、合理性，應(yīng)于設(shè)計(jì)階段以經(jīng)濟(jì)性為原則，做好成本控制工作，在確保公路質(zhì)量及建設(shè)周期的情況下，盡可能降低公路建設(shè)成本，以此提高項(xiàng)目整體效益。為控制建設(shè)成本，在設(shè)計(jì)公路時(shí)，應(yīng)以城市未來發(fā)展規(guī)劃為指導(dǎo)，綜合考慮斷面、布局、地形、車流量、徑流等因素，避免公路病害，完善公路排水設(shè)施，以此降低后續(xù)維護(hù)修復(fù)成本，并提高城市公路設(shè)計(jì)質(zhì)量。

1.2 安全暢通

城市公路設(shè)計(jì)的第一目標(biāo)則為安全暢通，安全為公路設(shè)計(jì)優(yōu)化的核心標(biāo)準(zhǔn)，而暢通則為公路設(shè)計(jì)的基本目標(biāo)，因此為確保公路設(shè)計(jì)優(yōu)化效果，必須遵循安全暢通原則。城市公路設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到通行能力、車速標(biāo)準(zhǔn)等關(guān)鍵指標(biāo)，以實(shí)際通行要求為依據(jù)逐步確定道路設(shè)計(jì)參數(shù)，合理規(guī)劃路段，計(jì)算車速參數(shù)，并做好不同車型的分流引導(dǎo)，確保道路安全暢通。

1.3 綠色環(huán)保

隨著人們生活水平的提升，城市內(nèi)機(jī)動(dòng)車數(shù)量不斷增加，不僅增加了城市道路通行壓力，更造成了廢氣及噪聲污染。在新時(shí)代公路設(shè)計(jì)中，應(yīng)秉承綠色環(huán)保理念，落實(shí)可持續(xù)發(fā)展原則，根據(jù)道路性質(zhì)、地形水文、氣候條件等做好公路結(jié)構(gòu)的綠化設(shè)計(jì)工作。

2 城市公路設(shè)計(jì)方法的優(yōu)化策略

2.1 革新公路材料

現(xiàn)階段瀝青道路為城市公路主要結(jié)構(gòu)形式，瀝青面層集料多以混合料方式進(jìn)行應(yīng)用，其中瀝青瑪蹄脂碎石混合料的應(yīng)用頻率較高，由粗細(xì)集料、耐磨礦粉、石油瀝青構(gòu)成，具有耐久性強(qiáng)、抗變形性能優(yōu)越、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，此外，瀝青瑪蹄脂碎石混合料可形成大孔隙，大幅提高了面層抗滑性，在公路設(shè)計(jì)期間，可結(jié)合相關(guān)施工規(guī)范，采用瀝青瑪蹄脂碎石混合料代替?zhèn)鹘y(tǒng)瀝青材料[1]。此外，可引入橡膠瀝青，將橡膠粉及聚合物改性材料摻入瀝青級(jí)配料內(nèi)，提高瀝青混合料柔韌性、穩(wěn)定性、抗水性。橡膠瀝青還可提升公路反射裂縫能力及抗疲勞裂縫能力，提高公路質(zhì)量，且橡膠瀝青具有綠色環(huán)保優(yōu)勢(shì)，可將其應(yīng)用于公路吸收層、表面層等結(jié)構(gòu)中。SBS改性瀝青同樣為公路新材料，通過添加樹脂、高分子聚合物等改性劑優(yōu)化瀝青性能?，F(xiàn)階段SBS改性瀝青現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于城市公路設(shè)計(jì)中，據(jù)統(tǒng)計(jì)，SBS改性瀝青占瀝青總需求量的60%。

在公路設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，可采用雙基層結(jié)構(gòu)，上基層為水泥，用以確保穩(wěn)定性，下基層為工業(yè)廢棄料，實(shí)現(xiàn)廢料的再利用，有效控制公路施工成本。不同公路材料的模量值存在差異，為避免公路受損，在公路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)確?；鶎幽Ａ勘M可能接近面層?？紤]到柔性材料成本高、壽命低及剛性材料易出現(xiàn)接縫的情況，在公路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采用半剛性物質(zhì)，如二灰穩(wěn)定粒料、水泥穩(wěn)定粒料等。

2.2 更新拌和技術(shù)

在傳統(tǒng)公路施工建設(shè)中，通常采用熱拌瀝青技術(shù)，該技術(shù)為主流瀝青拌和技術(shù)，拌和溫度在150～180℃，可保障公路質(zhì)量，但拌和溫度偏高會(huì)加速瀝青的老化，縮短公路使用壽命，而冷拌瀝青技術(shù)更為環(huán)保節(jié)能，拌和溫度在15～40℃，但路用性能相對(duì)較差。隨著瀝青拌和技術(shù)的更新，現(xiàn)已提出溫拌瀝青技術(shù)，控制拌和溫度處于130～135℃，將溫拌劑摻入瀝青混合料，使其發(fā)泡膨脹，提升拌和接觸面，在保障拌和效果及和易性的同時(shí)，降低燃料消耗量及氣體排放量，為環(huán)境友好型拌和技術(shù)。結(jié)合城市公路設(shè)計(jì)來看，可在公路上面層施工期間采用溫拌瀝青混合料，上面層施工期間溫拌瀝青混凝土，輔以C型密級(jí)配混合料，以此確保公路綜合性能。

2.3 優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.3.1 厚度設(shè)計(jì)

城市公路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意控制厚度參數(shù)，以市政道路規(guī)范為指導(dǎo)，根據(jù)市政要求明確公路基本數(shù)據(jù)，繼而得出公路面層厚度，在部分市政道路規(guī)范中并未給出準(zhǔn)確面層厚度，但會(huì)給出面層厚度判斷依據(jù)，幫助公路設(shè)計(jì)人員完善設(shè)計(jì)方案?，F(xiàn)階段城市規(guī)劃注重綠色環(huán)保與生態(tài)效益，因此在設(shè)計(jì)路面厚度時(shí)，應(yīng)遵循綠色環(huán)保原則，合理控制面層厚度。公路面層總厚度多為50cm，其中上面層為20cm，下面層為30cm，并將面層混合料中的碎石粒徑控制為31.5mm。

2.3.2 防裂設(shè)計(jì)

為降低公路病害發(fā)生率，應(yīng)在公路設(shè)計(jì)階段做好防裂設(shè)計(jì)，選擇適宜材料構(gòu)建20～25mm厚的應(yīng)力吸收層，并采用改性瀝青規(guī)避裂縫病害，并可引入聚酯土工布黏層，強(qiáng)化公路抗裂減震效果與承載力[2]。

2.4 強(qiáng)化公路排滲水功能

2.4.1 排滲水機(jī)理

降雨積水將對(duì)公路產(chǎn)生侵蝕，對(duì)公路造成極大損害，因此在城市公路設(shè)計(jì)階段，應(yīng)做好公路排滲水設(shè)計(jì)?？紤]到實(shí)際降雨過程，將雨水對(duì)公路的滲入過程劃分為浸潤(rùn)、初步滲透、積水、排出四個(gè)階段，且公路隨著雨水的滲入而產(chǎn)生滲透系數(shù)變化[3]。圖1為城市公路排滲水流程，圖中Q為公路累計(jì)降雨量，Qs為公路滲透降水量閾值，k為公路滲透系數(shù)，i為公路排水能力。在降雨初期，降雨強(qiáng)度相對(duì)較小，此時(shí)公路累計(jì)降雨量低于公路滲透降水量閾值，因此公路處于浸潤(rùn)狀態(tài)，雨水并未深入公路結(jié)構(gòu)中，但隨著降雨強(qiáng)度的增加，公路累計(jì)降雨量得以提升，并逐步超過公路滲透降水量閾值，此時(shí)將公路處于初步滲透階段，當(dāng)公路滲透系數(shù)低于公路排水能力且降雨強(qiáng)度較大時(shí)，則會(huì)在公路形成積水，當(dāng)積水量超出蓄水量后，則會(huì)向外排出，產(chǎn)生產(chǎn)流效果，此時(shí)需組織公路積水引流工作。

圖1 城市公路排滲水流程

為避免長(zhǎng)期積水侵蝕公路，需在設(shè)計(jì)階段調(diào)節(jié)車行道傾斜率，數(shù)值應(yīng)處于1.5%～2%之間，確保雨水可憑借自身重力流入公路排水口，以此有效排放公路積水。在道路規(guī)劃設(shè)計(jì)中，應(yīng)以“海綿城市”理念為指導(dǎo)，注重公路設(shè)計(jì)時(shí)的各結(jié)構(gòu)高低變化，最大限度避免公路積水，使積水可通過一定坡度排放。

2.4.2 排水設(shè)計(jì)思路

首先，應(yīng)結(jié)合“海綿城市”理念，使公路積水有效排出，公路綠化帶應(yīng)略高于道路中心，將排水口設(shè)置在綠化帶中央位置，形成凹式綠化帶結(jié)構(gòu)。當(dāng)積水排入綠化帶后，土壤吸收部分積水，而多余積水可從綠化帶中央的排水口排出。該綠化帶結(jié)構(gòu)可降低洪澇災(zāi)害對(duì)公路結(jié)構(gòu)的侵蝕，借助綠化帶土壤滲透效果吸收公路積水，并可控制綠化帶灌溉成本。在排水設(shè)計(jì)期間，應(yīng)根據(jù)道路類型設(shè)計(jì)公路徑流取值（具體如表1所示），以此保障公路排滲水效果。其次，應(yīng)依據(jù)生態(tài)保護(hù)理念，做好公路排水溝設(shè)計(jì)，注重人文環(huán)境及自然生態(tài)。為避免公路積水，排水溝自下而上的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為砂石層、排滲水層、水分滲透過濾層、土壤種植層、綠化植被層，采用規(guī)范科學(xué)的排水溝提升公路積水滲透能力，并強(qiáng)化污水過濾功能，做好積水排放的同時(shí)可提高水資源利用率。最后，采用多孔、小粒徑材料填充PVC管，以此提高排水管滲透效果，降低排水管道占地面積，并可增強(qiáng)其透水性，完善道路結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化對(duì)公路的保護(hù)。采用該方式強(qiáng)化公路施工時(shí)，需全面清理管體周圍碎石，避免出現(xiàn)管孔堵塞情況，降低公路積水滲透性，導(dǎo)致公路積水無法順利排出。

表1 不同道路類型的公路徑流取值范圍

2.5 完善無障礙設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段城市化進(jìn)程不斷深化，城市公路工程建設(shè)規(guī)模不斷提高，且存在大量城市道路改擴(kuò)建項(xiàng)目，因此為降低道路施工對(duì)城市居民的影響，公路施工工期相對(duì)緊張，同時(shí)為給予城市居民最佳通行體驗(yàn)，需考慮到不同居民的感受，做好公路無障礙設(shè)計(jì)，合理規(guī)劃公路盲道及緣石坡道，為老年人、殘疾人提供便利，使特殊群體在道路通行期間可感受到人文關(guān)懷。城市公路設(shè)計(jì)人員應(yīng)從盲道及緣石坡道等方面做好人性化設(shè)計(jì)，盲道及緣石坡道需平整但不光滑，并確保盲道及緣石坡道下口不可高于車行道地面20cm，公路轉(zhuǎn)角上口寬度應(yīng)低于2m。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，城市公路設(shè)計(jì)優(yōu)化應(yīng)以成本控制、安全暢通、綠色環(huán)保為基本原則，最大程度保障設(shè)計(jì)優(yōu)化思路切實(shí)可行。在實(shí)際設(shè)計(jì)優(yōu)化期間，應(yīng)及時(shí)更新公路材料與拌和技術(shù)，優(yōu)化公路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，注意強(qiáng)化公路排滲水，同時(shí)為提升城市交通體系完整性，應(yīng)在城市公路設(shè)計(jì)期間做好無障礙設(shè)計(jì)，為城市居民提供全方位服務(wù)。