城市道路改建工程路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

阮鐵鋒

（中國聯(lián)合工程有限公司，浙江 杭州310052）

0 引 言

隨著城市化進(jìn)程的逐步完善，許多城市道路路面結(jié)構(gòu)達(dá)到了設(shè)計(jì)使用年限，各種病害頻發(fā)。在舊路改建的過程中，如何重新設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)，特別是一些交通量較大的城市主干道、交通性的次干道的路面結(jié)構(gòu)，需要特別謹(jǐn)慎。在很多實(shí)際工程案例中，僅在原來設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)上作略微加強(qiáng)，改建后的效果很不理想，往往短期內(nèi)就出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損壞。本文針對(duì)這一現(xiàn)象，從城市交通情況分析出發(fā)，結(jié)合浙江地區(qū)路基填料特性，并分析道路使用前后工作環(huán)境的變化，提出改造道路路面結(jié)構(gòu)的可行性處置意見。

1 城市道路的交通特性

城市道路設(shè)計(jì)荷載與公路一樣，以雙輪組單軸載100 kN 為標(biāo)準(zhǔn)，以BZZ-100 表示。在實(shí)際計(jì)算時(shí)，將不同軸載的各種車輛換算成BZZ-100 標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量軸次，然后以設(shè)計(jì)年限內(nèi)的累計(jì)交通量來選擇合適的路面結(jié)構(gòu)。

城市道路中，通行以小汽車為主。小汽車滿載重量約2.5 t，單個(gè)輪載不到10 kN。根據(jù)軸載換算約為0.000 3 輛標(biāo)準(zhǔn)車，因此基本可以忽略不計(jì)。城市道路受路網(wǎng)規(guī)劃、道路兩側(cè)用地性質(zhì)差異、交通管制和公交線路變動(dòng)等影響，同一道路，各路段在不同時(shí)間點(diǎn)會(huì)有迥異的交通量。因此，新建道路在設(shè)計(jì)時(shí)，往往只能根據(jù)道路等級(jí)和所處路網(wǎng)位置，對(duì)交通量進(jìn)行大致預(yù)測。

城鎮(zhèn)道路路面設(shè)計(jì)規(guī)范，分為輕、中、重、特重4個(gè)等級(jí)，基本與支路、次干路、主干路和快速路4 個(gè)等級(jí)相對(duì)應(yīng)。而對(duì)于過境道路、城市內(nèi)部干道、大型公交車比例較高的道路、公交專用道，其交通當(dāng)量適當(dāng)放大。

2 路基填料

宕渣是浙江省內(nèi)道路路基填筑中最常用的一種填料。浙江因?yàn)樯降囟?，礦石資源豐富，各地都有大大小小的采石場。采石場在方言里叫石宕，宕渣其實(shí)是采石場里面的下腳料，以小塊石、碎石為主。隨著工程建設(shè)需求量增大，把各類開山挖出來的土、風(fēng)化石等土石混合料統(tǒng)稱為宕渣。為了區(qū)分這兩種材料，有人把前者叫清宕渣，后者叫混宕渣。也有人把前者叫宕渣，后者叫塘渣。

由于材料來源復(fù)雜，國家和地方標(biāo)準(zhǔn)也沒有對(duì)此進(jìn)行細(xì)致的規(guī)范性描述，因此在實(shí)際使用中，僅對(duì)粒徑、含泥量做一個(gè)要求?，F(xiàn)下的道路施工中，主要是土石混合料，材料的實(shí)際含泥量較高，石料以強(qiáng)風(fēng)化、全風(fēng)化為主，分層碾壓密實(shí)后，0.6～0.8 m 的換填量其頂面實(shí)測彎沉基本可以達(dá)到260～180（1/100 mm），換算對(duì)應(yīng)的回彈模量在50～64 MPa 之間，正常工作狀態(tài)下完全可以滿足車輛行駛要求。然而，這種材料由于不是級(jí)配碎石一般的骨架型密實(shí)，風(fēng)化的巖石質(zhì)地相對(duì)較軟，遇水容易軟化，水穩(wěn)定性較差，當(dāng)路基處于潮濕甚至過濕時(shí)，強(qiáng)度會(huì)迅速降低，容易造成路面結(jié)構(gòu)的破壞。

3 地塊開發(fā)建設(shè)對(duì)道路的影響

城市新區(qū)道路，特別是一些開發(fā)區(qū)的道路，一直存在著一個(gè)難以克服的困境。道路建設(shè)處于區(qū)塊開發(fā)建設(shè)的初期，場地是原始標(biāo)高，道路設(shè)計(jì)時(shí)參照原始場地的地下水位標(biāo)高來確定路基、路面標(biāo)高，以確保道路路基處于干燥或者中濕狀態(tài)，設(shè)計(jì)的路面標(biāo)高往往會(huì)比原地面高，其高差通過兩側(cè)放坡或設(shè)置擋墻來消解。這樣，路面雨水能順著邊坡或者管道及時(shí)散排到兩側(cè)，區(qū)塊內(nèi)雨水下滲之后也因?yàn)榇嬖诟卟疃挥绊懙缆仿坊?，基本可以保證路基強(qiáng)度滿足使用要求。在道路網(wǎng)建成后，兩側(cè)土地會(huì)陸續(xù)開發(fā)，規(guī)劃在確定地塊標(biāo)高時(shí)，從標(biāo)高銜接和內(nèi)部排水通暢考慮，會(huì)比道路高0.3～0.5 m。所以，整個(gè)區(qū)塊基本建成后，區(qū)塊內(nèi)相對(duì)標(biāo)高較低的變?yōu)榈缆?。此時(shí)的道路運(yùn)行環(huán)境已經(jīng)與設(shè)計(jì)時(shí)大相徑庭了。在地下水毛細(xì)水帶上升，或者道路兩側(cè)地表水下滲的影響下，毛細(xì)水會(huì)充盈整個(gè)路基，在路面0.5～1.0 m 的范圍內(nèi)形成浸潤區(qū)，從而導(dǎo)致道路路基，甚至基層長期處于潮濕甚至過濕狀態(tài)。這會(huì)迅速降低宕渣路基強(qiáng)度，進(jìn)而造成道路路面結(jié)構(gòu)損壞，特別是對(duì)交通量較大的次干道、主干道，本來路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全儲(chǔ)備就不大，受到的影響更為顯著。

在設(shè)計(jì)上，本來可以采用提高道路標(biāo)高、兩側(cè)布置盲溝、滲溝等措施來解決這個(gè)問題，但是改造的城市道路兩側(cè)基本上是建成區(qū)，各類橫穿管線交錯(cuò)密集，綠化、城市小品等設(shè)施也限制了在道路兩側(cè)布置降水設(shè)施的可能。而且，因?yàn)閮蓚?cè)建成區(qū)標(biāo)高的限制，道路整體標(biāo)高根本難以上抬。所有的措施只能在現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)層厚度內(nèi)進(jìn)行布置。增加水穩(wěn)層厚度，意味著路基還要下降，這樣甚至連部分水穩(wěn)層也會(huì)處于地下水位之內(nèi)。某區(qū)有一條交通量較大的城市次干道，原設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)為15 cm 瀝青面層+30 cm 水穩(wěn)+15 cm 級(jí)配碎石+60 cm 宕渣，在使用初期，路面情況較好。后期兩側(cè)地塊開發(fā)之后，路況急劇惡化。設(shè)計(jì)單位進(jìn)行路面改造時(shí)，根據(jù)斷面實(shí)測最高交通量，將水穩(wěn)層提高到了40 cm，級(jí)配碎石層保留，新建面層厚度不變。道路完工后，運(yùn)行不到1 a，路面結(jié)構(gòu)便出現(xiàn)了較多的損壞。究其原因，還是道路的運(yùn)行環(huán)境變化了，路基強(qiáng)度下降，而設(shè)計(jì)中沒有對(duì)此進(jìn)行周密的處理。因此，加厚基層的作用不大，最有效的辦法還是在有限的厚度上提高基層的強(qiáng)度。

4 基層結(jié)構(gòu)比較

水泥混凝土基層可以有效地提升基層的強(qiáng)度。下面對(duì)水穩(wěn)基層與混凝土基層在相同的條件下的厚度進(jìn)行比較。

城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范要求主干路和快速路路基頂面回彈模量不得小于30 MPa，次干路和支路路基頂面回彈模量不得小于20 MPa。表1 以不同等級(jí)的交通量、瀝青路面在路基回彈模量變化時(shí)，需要的基層（5%水泥穩(wěn)定碎石）的厚度（cm）情況，其中面層為常規(guī)的3 層結(jié)構(gòu)配置，墊層選擇15 cm 級(jí)配碎石。

表1 路基不同模量下水穩(wěn)層對(duì)應(yīng)厚度

由表1 可以看出，在路基強(qiáng)度下降時(shí)，對(duì)基層的要求會(huì)大幅度提高，特別是重交通道路，影響更大。

由表1、表2 的數(shù)據(jù)比較可知，對(duì)于重及以上交通量時(shí)，路基頂面回彈模量降低，用水泥混凝土基層在降低整體結(jié)構(gòu)層厚度上作用明顯，可以確保地下水上漲帶來的路基穩(wěn)定性。

表2 路基不同模量下混凝土基層對(duì)應(yīng)厚度與總厚度

5 工程實(shí)例

某城區(qū)有一條對(duì)外聯(lián)絡(luò)的主干道，雙向6 車道，兩側(cè)有約10～30 m 的空地。該道路初建時(shí)為鎮(zhèn)區(qū)之間的通勤公路，路面標(biāo)高較高。2010 年，道路實(shí)施了白改黑，路面結(jié)構(gòu)為13 cm 三層瀝青面層+30 cm5%水泥穩(wěn)定碎石+15 級(jí)配碎石+60 cm 宕渣局部換填。運(yùn)行之后路面狀況良好。2014 年，為了提升道路景觀效果，將道路兩側(cè)空地修建成景觀帶，堆土造型，整體比道路高了1～2 m。之后路面狀況開始惡化，幾次路面大修之后，終于在2016 年開始對(duì)道路進(jìn)行全面改造修復(fù)。由于道路標(biāo)高難以抬高，設(shè)計(jì)單位根據(jù)實(shí)際交通量情況，幾經(jīng)比較路面結(jié)構(gòu)，鑒于地下水位較高，認(rèn)為加厚基層作用不大，最終將路面結(jié)構(gòu)修改為10 cm 級(jí)配碎石+20 cm5%水穩(wěn)+25 cmC30 混凝土+15 cm 瀝青面層，總厚度控制在70 cm，混凝土基層上設(shè)置防裂加筋網(wǎng)。2018 年，該項(xiàng)目完工，運(yùn)行至今，路面狀況良好。

6 結(jié) 語

隨著我國城市化進(jìn)程的逐步完善，有越來越多的市政道路需要進(jìn)行路面改造，對(duì)于交通量較大且現(xiàn)狀病害嚴(yán)重的的城市主干道、次干道，在選用路面結(jié)構(gòu)時(shí)必須要慎重，不能簡單地認(rèn)為已到設(shè)計(jì)年限，而直接搬用原結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)。應(yīng)當(dāng)仔細(xì)分析前后環(huán)境的變遷、道路損壞的主要原因，以及將來交通量的變化情況，來綜合選取.