市政道路大中修工程設計研究

謝磊

（上海投資咨詢集團有限公司，上海 200003）

1 引言

隨著我國城市化進程的不斷推進，越來越多的市政道路接近設計使用年限，出現(xiàn)了不同程度、不同類型的道路病害，嚴重影響了行車安全性和舒適性。道路大中修工程相比于新建道路，具有施工周期短、工程造價低等優(yōu)勢，但涉及因素較多，合理進行道路大中修方案設計，對有效提高道路使用性能、延長路面使用壽命和節(jié)約工程投資尤為重要。

2 市政道路常見病害分析

2.1 瀝青路面病害

瀝青路面經(jīng)過長時間車輛持續(xù)碾壓沖擊作用、溫差作用、地下水作用等影響，自身材料性能會逐漸老化，經(jīng)常出現(xiàn)路面裂縫、磨耗層損壞、車轍、沉陷、擁包、松散、坑槽、麻面、泛油等病害，對路面整體性、平整性和抗滑性帶來不利影響。其中，路面裂縫和車轍最為常見，路面裂縫往往由于路面強度不足、基層收縮變形或溫度應力過大引起，車轍則是由路基結(jié)構(gòu)強度不足、路面壓實度不足或路面面層抗剪強度小于車輛荷載作用形成的剪切應力導致。

2.2 水泥混凝土路面病害

水泥混凝土路面具有強度高、穩(wěn)定性和耐久性好等優(yōu)點，但在車輛超載、路基排水不暢等情況下極易出現(xiàn)板塊斷裂、接縫料損壞、錯臺、拱脹、邊角剝落等不同程度的病害，嚴重影響道路行車安全。其中最為常見的病害是板塊斷裂，主要由車輛超載和超限、路基不穩(wěn)定、不良地基、溫差過大、板體脫空等引起，且局部病害修復難度較大。

2.3 市政橋梁病害

市政橋梁大多處于城市交通繁忙路段，車輛超載、原材料質(zhì)量與性能不佳等因素綜合作用下易出現(xiàn)如下病害：橋面鋪裝、伸縮縫、欄桿等橋面系破壞，橋梁支座老化、變形甚至脫空，橋面板、梁裂縫，以及混凝土碳化、鋼筋銹蝕和外露等。市政橋梁以中小跨徑為主，中小跨徑橋梁又以梁式橋最為常見，典型病害為裂縫、缺損和鋼筋銹蝕。裂縫出現(xiàn)的原因可以分為主拉應力裂縫、局部應力裂縫、溫度應力和收縮產(chǎn)生的裂縫、徐變裂縫以及其他次應力裂縫[1]。缺損是混凝土碳化、物理撞擊等因素引起的結(jié)構(gòu)外觀損傷，缺損又會進一步導致鋼筋暴露或保護層厚度減小，鋼筋發(fā)生電化學反應出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象。

2.4 附屬設施病害

排水設施、側(cè)平石等附屬設施作為市政道路的重要組成部分，往往會隨著道路運營時間的增長，出現(xiàn)雨水管道堵塞、檢查井結(jié)構(gòu)損壞和周邊道路沉降不均勻、雨水口結(jié)構(gòu)破壞、側(cè)平石老化露骨、減速帶破損等病害。許多市政道路由于建成時間較早，尚未完善相關無障礙設施，無法切實保障殘疾人、老年人、孕婦等社會成員的通行安全?，F(xiàn)狀附屬設施的設計也未考慮海綿城市相關建設要求，未有效實現(xiàn)市政道路的滯水、蓄水、凈水和排水功能。

3 市政道路大中修工程設計重難點

3.1 交通流量調(diào)查分析

交通流量調(diào)查是指對市政道路所承擔的交通量、速度、交通流運行狀況、交通事故、起訖點、交通土地利用等調(diào)查的統(tǒng)稱[2]。交通流量調(diào)查數(shù)據(jù)的全面性、準確性和及時性對道路大中修工程方案設計至關重要。開展相關調(diào)查工作時，應該側(cè)重車輛軸載類型、軸重、組成比例等參數(shù)的準確獲取，條件允許時宜獲取近10年的交通流量歷史運行數(shù)據(jù)。

3.2 道路病害調(diào)查與原因分析

市政道路現(xiàn)狀病害調(diào)查是大中修工程開展方案設計的重要前提，也是道路養(yǎng)護決策的重要依據(jù)。目前，國內(nèi)開展道路病害檢測以多功能路況快速檢測車等自動化設備和傳統(tǒng)的人工檢測為主[3]。瀝青路面檢測指標包括路面狀況指數(shù)（PCI）、路面平整度（IRI）、構(gòu)造深度（TD）、車轍深度（RD）、路面行駛質(zhì)量系數(shù)（RQI）、抗滑系數(shù)（SFC）等，水泥路面檢測指標包括斷板率、接縫傳荷能力、路面狀況指數(shù)（PCI）、路面行駛質(zhì)量系數(shù)（RQI）等[4]。

根據(jù)現(xiàn)狀路面結(jié)構(gòu)使用性能、歷年交通運行數(shù)據(jù)、路面結(jié)構(gòu)材料性能、路面養(yǎng)護歷史等內(nèi)容，對路面病害進行分路段、分類統(tǒng)計分析，由此判斷現(xiàn)狀路面各結(jié)構(gòu)層技術狀況和病害成因分析，在此基礎上進行針對性的大中修工程方案設計。

3.3 地下管線情況復雜

城市中各類管線一般采用地下敷設方式，包括排水管道、燃氣管道、給水管道、電力管線、通信管線、軍用光電纜等。開展方案設計前，應對地下管線位置、類型等進行充分勘探，并緊密對接相應權(quán)屬單位或管理部門，制訂管線保護方案或合理避讓，避免后期施工損壞地下管線，給沿線居民生活帶來不便，甚至威脅周邊居民生命安全和國家安全。

3.4 避免施工對交通運行產(chǎn)生較大影響

市政道路是居民日常交通出行的重要通道，在保證施工質(zhì)量、確保施工進度的前提下，制訂合理的交通組織方案，對周邊交通進行疏導，盡可能減小道路大中修施工對周邊道路交通的影響。對于城市快速路、主干路等道路等級較高的路段，應提前對接交通管理部門，協(xié)調(diào)完善交通疏導方案，同時解決瀝青運輸車等施工車輛的專線行駛問題。

4 市政道路大中修工程設計思路

4.1 有針對性地確定道路大中修方案

基于交通流量歷史運行數(shù)據(jù)、周邊地塊建設發(fā)展規(guī)劃以及區(qū)域交通組織方案等，進行交通流量預測和道路當量軸載換算，用于瀝青層疲勞開裂損壞、路基頂面豎向壓應變、路面低溫性能等驗算，合理指導瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設計。路面結(jié)構(gòu)層材料的選用還應充分考慮施工對周邊交通的影響，必要時可采用快速水泥混凝土、瀝青穩(wěn)定碎石等材料，以縮短施工周期。

水泥混凝土路面通常采用原路面加固處理后加罩瀝青面層、原路面破碎壓實后加罩瀝青面層和翻挖新建瀝青路面等改造方式。確定道路改造方案時應結(jié)合道路病害調(diào)查及檢測報告，細化水泥混凝土板體脫空區(qū)域注漿、灌縫等設計方案，確保路面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，采用共振碎石化改造方案時要避免破碎工作對地下管線的不利影響。

橋面鋪裝的修復方案要根據(jù)病害類型、病害嚴重程度、道路交通量大小等進行選取，病害較輕時宜采用微表處、稀漿封層等預防性養(yǎng)護方案。此外，對工程范圍內(nèi)破損和堵塞的雨水連管、雨水口等設施進行翻排和調(diào)換，確保道路排水安全。

4.2 細化地下管線保護或避讓方案

地下管線勘察時經(jīng)常存在敷設位置不清晰、權(quán)屬單位不明確等問題，給道路大中修工程設計帶來很大困擾。實地調(diào)查時，應該邀請相關權(quán)屬單位或知情者協(xié)助，深入了解管線類型、權(quán)屬單位、管線埋深、管線走向、管線材質(zhì)等信息，后續(xù)建議申請調(diào)用局部路段綜合管線資料或相關管理部門的原始管線設計資料，對勘探成果進行復核，確保地下管線信息準確。

按照相關標準和規(guī)范要求，結(jié)合管線類型、埋深、管道直徑等因素，對可能受到道路施工影響的地下管線進行保護或合理避讓，如管線埋深較大且距離基坑較近時可采用隔離保護法對施工過程中裸露在檢查井或基坑中的管線進行懸吊保護等。

4.3 優(yōu)化完善無障礙設施、綠化景觀等附屬設施設計

在智慧城市建設的大背景下，人性化設計理念已逐步被融合到城市道路設計工作中?；谌诵曰O計理念進行道路大中修設計，除了協(xié)調(diào)處理機動車、非機動車、行人的通行安全與舒適的關系外，還應該同步完善無障礙設施、綠化景觀、合桿等附屬設施設計。

針對目前市政道路中存在的人行道局部變窄導致盲道中斷、進口坡坡度過大、行人過街設施不足、盲道距離障礙物過近等問題，可以結(jié)合街道設計方法對道路空間進行精細化設計，避免采用單一的設計通用圖，充分考慮設施帶寬度、殘疾人通行需求、視覺誘導等因素，保證市政道路無障礙設施的連續(xù)性和與周邊空間的合理銜接。

道路綠化是提升市政道路生態(tài)效益、改善城市環(huán)境的重要途徑。確定植被類型時，要同時注重實用功能、觀賞功能和文化功能，結(jié)合道路等級、周邊建筑類型、光照強度和植物季相，選取成活率高、空氣凈化功能較強、日常養(yǎng)護便捷和蓄水能力較強的植物，增加道路綠化景觀的豐富性、層次感和季節(jié)適應性，為行人和駕駛員交通出行帶來良好的視覺觀感和視覺誘導效果。

為了滿足交通標志、監(jiān)控、信號燈等系統(tǒng)設置要求、路政、公安、交警等各類權(quán)屬單位在道路上設置了數(shù)量繁多、種類繁雜的各類桿件和箱體，容易導致重復建設和設置混亂的問題。道路大中修設計時要按照“應合則合、能合則合”的原則，對各類桿件、箱體及相關設施進行集約化和規(guī)范化布置，在保證各項功能的前提下，盡可能減少桿件數(shù)量，充分釋放道路通行空間。

4.4 優(yōu)化交通疏導方案，減少碳排放

2020年9月，習近平主席在第七十五屆聯(lián)合國大會上宣布“中國二氧化碳排放力爭取在2030年前達到峰值，努力在2060年前實現(xiàn)碳中和”的目標，交通行業(yè)作為人們生產(chǎn)活動的重要組成部分，碳排放問題一直備受關注。市政道路大中修過程中，交通量、施工周期、施工區(qū)長度、封閉車道數(shù)、封閉時間等因素對交通延誤有著直接聯(lián)系。一般來說，施工造成的交通延誤時間越短、機動車繞行距離越短，由此造成的碳排放量也越少，合理制訂交通疏導方案可以顯著減小碳排放量[5]。

根據(jù)市政道路等級、所在區(qū)位以及承擔交通量的大小，靈活采用全路段全封閉施工、分時段半封閉施工、分時段全封閉施工、夜間施工等方式，并結(jié)合施工工序、施工特點和天氣狀況，動態(tài)調(diào)整交通疏導方案，將施工對周邊道路交通的影響和施工碳排放量降到最低。對于道路等級較高、交通流量較大的道路，施工前應協(xié)調(diào)交通管理部門，通過廣播、網(wǎng)絡等渠道進行宣傳，實時公布施工進度，保障居民出行順暢，爭取社會支持與市民配合。

4.5 結(jié)合全壽命周期養(yǎng)護理念，合理確定養(yǎng)護計劃

全壽命經(jīng)濟分析的本質(zhì)內(nèi)涵是要求從工程項目全壽命周期出發(fā)去考慮造價和成本問題，關鍵是要實現(xiàn)工程項目整個壽命周期的總收益最大化或總成本的最小化[6]。引入全壽命周期養(yǎng)護理念，確定道路中長期養(yǎng)護計劃，可以在最佳養(yǎng)護時期提出最具針對性的養(yǎng)護措施，目的就是減少后期投資，提高項目質(zhì)量與性能，防止道路由于養(yǎng)護不及時出現(xiàn)嚴重病害。

對市政道路日常使用狀況進行及時的動態(tài)監(jiān)控和檢測，記錄路面性能指標（如路況指數(shù)等）的衰變模式，達到養(yǎng)護標準時結(jié)合養(yǎng)護周期內(nèi)路面實際技術狀況開展養(yǎng)護方案設計，每個分析期內(nèi)可能要采用多次養(yǎng)護或銑刨加罩等養(yǎng)護措施，確保道路一直保持良好的使用性能，并為下一階段的養(yǎng)護工作奠定基礎，爭取實現(xiàn)道路使用性能目標和投資效益的最大化。

5 結(jié)語

市政道路大中修工程涉及專業(yè)面廣、內(nèi)容復雜，方案設計前要充分開展交通流量歷史數(shù)據(jù)調(diào)查、現(xiàn)狀病害調(diào)查和成因分析、地下管線情況摸排等工作，結(jié)合全壽命周期養(yǎng)護理念，提出針對性的道路大中修措施，并合理優(yōu)化交通疏導方案，在確保道路使用性能的同時，促進資金合理使用，減少碳排放。