市政道路改擴(kuò)建工程中路基路面設(shè)計(jì)優(yōu)化策略分析

鄭群

（武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，武漢 430070）

1 引言

隨著市政交通壓力的不斷增大， 市政道路改擴(kuò)建工程越來(lái)越多，通過(guò)對(duì)既有道路進(jìn)行改擴(kuò)建，優(yōu)化升級(jí)平面布置、道路結(jié)構(gòu)、市政管網(wǎng)，能夠提高路網(wǎng)的運(yùn)行質(zhì)量和效率，以及交通通行能力，改善城市形象。 然而，在許多市政道路改擴(kuò)建工程中，容易產(chǎn)生工程病害，導(dǎo)致新舊道路結(jié)合效果不佳，影響了道路使用壽命。 需要充分重視病害產(chǎn)生的原因，采取針對(duì)性的優(yōu)化設(shè)計(jì)措施，降低工程病害產(chǎn)生的概率。

2 市政道路改擴(kuò)建工程常見病害分析

市政道路改擴(kuò)建工程涉及填方路基處理、 舊路面挖除大修、道路拓寬等方面內(nèi)容，根據(jù)相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，市政道路改擴(kuò)建工程容易產(chǎn)生許多工程病害，包括路面破壞、路基損壞、邊坡坍塌、路面整體性能下降等。 這些問題的產(chǎn)生，一般是從新舊道路結(jié)合部位縱向裂縫引起的， 隨著裂縫的不斷發(fā)展以及雨水的侵蝕，造成路基路面的進(jìn)一步破壞，導(dǎo)致板底脫空、唧泥，引發(fā)錯(cuò)臺(tái)、橫縫，形成惡性循環(huán)，當(dāng)加寬段為填方路基時(shí)，還容易產(chǎn)生邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象。 新舊路基本身具有沉降差異，經(jīng)過(guò)多年的使用，舊路基已經(jīng)基本完成固結(jié)沉降過(guò)程，沉降基本穩(wěn)定且變化較小，而改擴(kuò)建工程的新路基則不然，需要消耗一定時(shí)間完成基本沉降， 尤其是在軟土路基段更容易產(chǎn)生這種問題，新舊路基在強(qiáng)度、剛度、塑性等方面均有所不同，在填方路段表現(xiàn)得比較明顯，由于填筑材料的差異，無(wú)法有效消除塑性累積變形， 而且改擴(kuò)建工程會(huì)改變?cè)新坊访娴氖芰顟B(tài)和排水條件，可能會(huì)因此增加工程病害。 作為市政道路改擴(kuò)建工程中最薄弱的部位， 新舊路基路面之間很容易出現(xiàn)結(jié)合不良問題，在地下水、地面降水影響以及車輛荷載作用下，可能會(huì)引起路基失穩(wěn)，填方路基邊坡存在潛在的滑裂面。 拓寬段的邊坡穩(wěn)定性是設(shè)計(jì)時(shí)需要重點(diǎn)考慮的內(nèi)容。 通過(guò)優(yōu)化路基路面設(shè)計(jì)，有利于從根源上解決新舊道路結(jié)合問題，減少沉降差異，提高變形的協(xié)調(diào)性，更好地實(shí)現(xiàn)市政道路改擴(kuò)建工程建設(shè)目的[1]。

3 市政道路改擴(kuò)建工程中路基路面設(shè)計(jì)優(yōu)化策略研究

3.1 總體方案設(shè)計(jì)

常見的拓寬方式有單側(cè)拓寬和雙側(cè)拓寬兩種， 根據(jù)結(jié)合方式的不同，又可以進(jìn)一步細(xì)化分類，比如，單側(cè)拼接、單側(cè)分離、兩側(cè)拼接、兩側(cè)分離等。 一般情況下，路基加寬的寬度越大，越容易產(chǎn)生不均勻沉降，所以，要盡可能控制拓寬寬度，采用雙側(cè)加寬形式，雖然能夠減少單側(cè)加寬寬度，但由于增加了一個(gè)搭接面，從某種程度上也加大了病害發(fā)生的概率，因此，低等級(jí)路面通常選擇單側(cè)加寬方式， 并盡可能避開加寬路段為填方路基的情況。

綠化分隔帶在市政道路中占據(jù)著重要的地位， 可以在新舊路基搭接部位合理設(shè)計(jì)綠化帶、隔離帶，減少結(jié)合部位承受車輛荷載，從而降低薄弱環(huán)節(jié)的工程病害。 在實(shí)際工程建設(shè)過(guò)程中，受到的影響因素較多，需要采用組合擴(kuò)寬方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，可以在不同路段采用不同方法，充分發(fā)揮不同擴(kuò)建形式應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

另外，采用層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法等數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行方案比選，充分考慮不同因素的影響程度，從各種方案中選擇最優(yōu)的擴(kuò)建方式。 層次分析法有效結(jié)合了定性分析與定量分析，能夠?qū)⒍ㄐ詥栴}定量化解決，將復(fù)雜問題分解成若干組合因素，形成遞階層次結(jié)構(gòu)，明確各指標(biāo)權(quán)重，然后，利用模糊數(shù)學(xué)和模糊統(tǒng)計(jì)方法，科學(xué)評(píng)價(jià)方案優(yōu)劣，達(dá)到持續(xù)優(yōu)化比選的目的。

3.2 軟基處理設(shè)計(jì)

軟土地基是道路工程建設(shè)需要面對(duì)的重難點(diǎn)問題。 對(duì)于市政道路改建工程， 可以采用普通道路工程軟基處理設(shè)計(jì)思路，根據(jù)實(shí)際情況，靈活采用表層處置法、換填法、垂直排水固結(jié)法、穩(wěn)定劑處置法、振沖置換法等方式，而對(duì)于市政道路擴(kuò)建工程，則需要著重考慮新舊路基的沉降量差異，如何控制新增沉降、減少差異沉降成為設(shè)計(jì)要點(diǎn)。 由于舊路基已經(jīng)基本完成固結(jié)沉降過(guò)程， 一般不能采用存在較大沉降量的軟基處理方法，容易影響原有路基的穩(wěn)定性。 比如，預(yù)壓排水固結(jié)法總沉降量過(guò)大，容易出現(xiàn)沉降差異，產(chǎn)生縱向裂縫。 因此，可以采用樁基處理措施，對(duì)新建拼接路基優(yōu)化設(shè)計(jì)，有效避開不良土層。 具體樁基形式需要根據(jù)軟土層的性質(zhì)、埋深等參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行分析，比如，當(dāng)軟土深度在2～10 m 時(shí)，可以采用水泥攪拌樁；當(dāng)軟土深度在10～24 m 時(shí)，可以采用預(yù)應(yīng)力管樁；當(dāng)軟土深度超過(guò)24 m 時(shí)，仍然可以采用預(yù)制管樁進(jìn)行軟基處理。 在選擇軟基處理方案時(shí)，要兼顧經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性、環(huán)保性要求，結(jié)合其他軟基處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更好的處理效果，比如，在深度較淺的濕軟性黃土路段，可以采用在濕軟層填充灰土、沙礫等方式加以解決，提高黃土層的硬度[2]。

3.3 路基拼接設(shè)計(jì)

新舊路基的結(jié)合面設(shè)計(jì)直接影響新舊道路的結(jié)合效果，在科學(xué)選擇擴(kuò)建方案、提高軟基處理效果的基礎(chǔ)上，還要加強(qiáng)對(duì)舊路基的整治利用，根據(jù)路基情況，采用合適的處置方式進(jìn)行修復(fù)加固，提高新舊路基的結(jié)合質(zhì)量。 通常情況下，坡度越大，沉降越大。 為了調(diào)整新舊路基拼接部位的應(yīng)力狀態(tài)，可以對(duì)原始路基進(jìn)行削坡設(shè)計(jì)，削坡越大，舊路基產(chǎn)生的影響越小。 從經(jīng)濟(jì)效益、技術(shù)水平等方面考慮，將削坡坡率控制在1∶1～1∶1.5 比較合適。 在此基礎(chǔ)上，將新舊路基結(jié)合面設(shè)計(jì)成臺(tái)階構(gòu)造，能夠有效增加路基結(jié)合面積，通過(guò)增強(qiáng)抗摩阻力和抗剪能力， 增強(qiáng)新舊路基的整體性和穩(wěn)固性， 優(yōu)化臺(tái)階構(gòu)造設(shè)計(jì)，臺(tái)階不宜過(guò)高，否則會(huì)加大路基沉降量和水平位移。 同時(shí)，利用土工織物、土工格柵、土工合成材料的優(yōu)越性能，可以提高新舊路基土體之間的聯(lián)結(jié)性， 限制或協(xié)調(diào)新舊路基之間的土體變形，約束基層向外側(cè)的側(cè)向位移，避免應(yīng)力過(guò)分集中，減少不均勻沉降。 另外，科學(xué)合理選擇路基填料，有利于提升路基性能，除了傳統(tǒng)的礫石、卵石、碎石、粗砂等優(yōu)質(zhì)填料，積極探索輕質(zhì)路堤填料的有效應(yīng)用，降低對(duì)地基的壓力。 加強(qiáng)路基沉降驗(yàn)算工作，采用有限元分析軟件，根據(jù)相關(guān)參數(shù)指標(biāo)，計(jì)算分析設(shè)計(jì)路基沉降量，對(duì)比計(jì)算結(jié)果和行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)路基設(shè)計(jì)優(yōu)化工作。

3.4 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.4.1 新路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在擴(kuò)建路段進(jìn)行新路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)， 不但要結(jié)合舊路面的結(jié)構(gòu)形式， 而且要考慮基層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響， 針對(duì)柔性基層、半剛性基層、剛性基層提出設(shè)計(jì)方案。 我國(guó)的市政道路基層一般采用半剛性基層，為了保證路面結(jié)構(gòu)的使用性能，在采用半剛性基層進(jìn)行瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)， 需要采用較厚的瀝青面層，并且結(jié)合半剛性材料和柔性材料的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)，提高路面結(jié)構(gòu)的綜合性能，減少反射裂縫的產(chǎn)生。 同時(shí)，柔性基層對(duì)耐久、重載交通具有良好的適應(yīng)性，可以結(jié)合柔性基層進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 對(duì)不同路段進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整。 通過(guò)各種試驗(yàn)計(jì)算，分析路面的承載力指標(biāo)、變形指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的定量?jī)?yōu)化調(diào)整。

3.4.2 舊路面改造設(shè)計(jì)

為了減少工程量、節(jié)約建設(shè)資源，需要盡可能地有效利用舊路面。 在舊路面的改建利用設(shè)計(jì)方面，需要遵循相關(guān)基本原則：（1）加強(qiáng)舊路面彎沉檢測(cè)，全面評(píng)價(jià)道路現(xiàn)狀。 滿足設(shè)計(jì)彎沉要求。（2）滿足結(jié)構(gòu)厚度要求。（3）隨著道路使用年限的增長(zhǎng)，許多路面出現(xiàn)了工程病害，在改建利用前，必須消除現(xiàn)有病害，采取針對(duì)性的修復(fù)加固措施，在此基礎(chǔ)上才能加以利用。

根據(jù)道路承載力、路面彎沉值、縱斷面挖填值、使用時(shí)間等綜合參數(shù)指標(biāo)，設(shè)計(jì)路面銑刨方案，對(duì)原有路面進(jìn)行銑刨處理。 根據(jù)銑刨厚度、銑刨后頂部實(shí)測(cè)彎沉值，優(yōu)化路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，調(diào)整路面拼接方案，使新舊路面能更好地融合。 在新舊混凝土基層之間增設(shè)拉桿， 能夠有效降低新舊路面結(jié)合部位的沉降差異，減少舊路面的側(cè)向水平位移。 通過(guò)在新舊路基結(jié)合部位設(shè)置反向預(yù)坡度， 使新路面比舊路面在攤鋪前預(yù)設(shè)一個(gè)拋高值，在道路通行后，新路基沉降可以與反向預(yù)坡度抵消，有效減小新舊路面結(jié)構(gòu)之間的不均勻沉降差異。 根據(jù)相關(guān)研究，預(yù)留拋高值可以設(shè)置在0.6～1 cm，做好路面不同拼接層位及拼接方向的裂縫加固處理，能夠使新舊路面緊密結(jié)合。

3.5 路面排水設(shè)計(jì)

在道路工程建設(shè)過(guò)程中，水滲透到工程結(jié)構(gòu)中，容易產(chǎn)生侵蝕、軟化、滲透破壞、靜水壓力、動(dòng)水壓力等作用，降低結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度，引發(fā)軟土路基不均勻沉降，造成道路和地下管線的破壞。 所以，要加強(qiáng)市政道路路面排水設(shè)計(jì)，防止出現(xiàn)雨水聚集現(xiàn)象。在路基內(nèi)部設(shè)置盲溝，可以加快水的外排。做好重點(diǎn)薄弱環(huán)節(jié)的排水設(shè)計(jì)，在新舊道路結(jié)合部位進(jìn)行針對(duì)性處理，可以在路基結(jié)合部位頂面和路面底面加設(shè)一層防水土工布，阻止雨水從結(jié)合部位裂縫下滲，降低雨水產(chǎn)生的破壞影響。

在市政道路設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用海綿城市設(shè)計(jì)理念，構(gòu)建完善的新型雨水系統(tǒng)，解決道路積水問題，兼顧生態(tài)效應(yīng)、景觀效應(yīng)。 明確相關(guān)控制指標(biāo)，基于市政道路改擴(kuò)建工程，采用滲、蓄、滯、凈、用、排等多樣性技術(shù)，進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)。 優(yōu)化調(diào)整道路橫斷面，可以在機(jī)動(dòng)車道兩側(cè)設(shè)置下沉式綠化帶；在非機(jī)動(dòng)車道、人行道采用透水鋪裝路面，合理設(shè)置道路橫坡，使雨水地表徑流能夠順暢地流入到下沉式綠化帶中。 綠化帶內(nèi)設(shè)置溢流式雨水口與沉泥槽，沉泥槽能夠保留雨水中的砂子、泥土等雜物，起到一定的過(guò)濾作用；溢流井與城市雨水管網(wǎng)系統(tǒng)連接， 可及時(shí)將雨水通過(guò)管網(wǎng)系統(tǒng)排出， 如果水滿到一定程度，會(huì)溢流到周邊綠地進(jìn)行滲透。 在下沉式綠化帶與道路相鄰的一側(cè)，通過(guò)設(shè)置防水滲透膜，可阻止雨水下滲到路基路面。優(yōu)化調(diào)整道路縱斷面設(shè)計(jì)，控制最小坡度、最大坡度、最小坡長(zhǎng)、最大坡長(zhǎng)、曲線半徑等技術(shù)參數(shù)。 對(duì)于生態(tài)環(huán)境良好的路段，可以通過(guò)設(shè)置植草溝、雨水花園、濕地等方式，達(dá)到基于海綿城市理念的雨水控制效果。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，市政道路系統(tǒng)是城市發(fā)展的命脈。 隨著城市化進(jìn)程的持續(xù)深入，城市的交通壓力逐漸增大，而且許多道路已經(jīng)運(yùn)行了數(shù)十年， 道路結(jié)構(gòu)達(dá)到臨界狀態(tài)， 使用性能大大降低。 通過(guò)實(shí)施改擴(kuò)建工程，對(duì)現(xiàn)有道路進(jìn)行提質(zhì)、拓寬，能夠提升市政道路的通行服務(wù)功能。 由于各種因素的影響，新舊道路之間容易產(chǎn)生裂縫、差異沉降等問題，影響了改擴(kuò)建道路的結(jié)構(gòu)性能和使用壽命，需要采用合適的改擴(kuò)建方案，加強(qiáng)構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，提高新舊路基路面的結(jié)合效果，實(shí)現(xiàn)改擴(kuò)建工程建設(shè)的綜合效益。