武汉市三环线北段路面整治方案研究

孙 旭，黄又清，李 俊

（武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北武汉 430023）

1 工程概况

三环线是武汉市主要的客货通道，道路等级为城市快速路，设计车速 80 km/h。作为三镇货运主通道与入城环路，减少了中心区直穿车流；同时作为城市内外快速交通联系的重要纽带，承担着内外快速交通转换和跨区域长距离交通出行需求。按地理位置划分，三环线分东、西、南和北四段，北段西起长丰桥，东至天兴洲平安铺立交，全长 27.6 km，采用“线路路堤+节点立交”的方式建设，其中，路堤段长 18.2 km，桥梁段长 9.4 km。

通车之初，路面整体使用情况良好，但是，随着周边区域的开发建设，道路的交通量迅猛发展，同时，车辆超载严重，超载幅度往往在 50%以上。从而，道路运行不到 5 a 的时间，路面破损严重：多处路段呈现大范围的龟裂、坑槽，甚至出现了“唧泥”。近些年，道路管理部门对其进行过数次维修改造，但是，效果一般，道路路况仍日益恶化。为了改善道路路况，提高通行能力，充分发挥环线效率，减少交通事故，市政府提出对三环线北段进行综合改造，对现状破损路面的整治为工程改造的重点。

2 老路路面结构

（1）长丰桥～额头湾立交

采用复合式路面结构，从上至下依次：4 cm AC-16C+5 cmAC-20C+7 cm AC-25C+24 cm C35 水泥混凝土+30cm 水泥稳定碎石基层（5：95）。

（2）额头湾～三金潭立交

采用半刚性基层沥青路面结构，从上至下依次：4 cmAC-16C+5 cmAC-20C+6 cm AC-25C+45 cm 5%水泥稳定碎石+20 cm 12%石灰稳定土。

（3）三金潭～平安铺立交

采用半刚性基层沥青路面结构，从上至下依次：4 cmAC-16C+6 cmAC-20C+8 cm AC-25C+40 cm 5%水泥稳定碎石+20 cm 12%石灰稳定土。

3 路面检测结果及分析

为了更好地了解三环线道路路面状况，进行了路面检测工作，并按照相关规范[1]-[3]，对其从路面破损、强度、平整度等方面进行评价及分析。

（1）路面外观质量调查结果及分析

从路面外观统计来看，修补面积共计 7 035.54 m2，占病害总面积 48.2%，龟裂面积共计 3 956.25 m2，占病害总面积 27.1%，横向裂缝折算面积共计 1125.28 m2，占病害总面积 7.7%，纵向裂缝折算面积共计1 208.93 m2，占病害总面积 8.3%，块状裂缝面积共计996.53 m2，占病害总面积 6.8%。由此可见，裂缝类病害是三环线路面破损的主要病害，纵向裂缝比重较多，表明局部路段路面基层或路基存在质量问题。

三环线北段各车道 PCI 平均值见图1，可以看出，所有检测车道 PCI 平均值基本介于 80～90，总体处在优、良的水平。其中的一个重要原因是三环线路面病害都进行了养护维修处治，而修补在路面病害中的权重很小，因此整体外观质量评价较高。

图1 三环线北段各车道 PCI 平均值柱状图

（2）路面取芯检测结果及分析

本工程采用钻孔取样、结合地质雷达无损检测手段对路面结构层进行了检测。从芯样反映的路面结构分层情况和地质雷达探测的检测结果分析，大部分路段路面结构主要有沥青面层、水稳基层和底基层组成，少部分路段路面结构由沥青面层、水泥混凝土层、水稳基层组成。

从地质雷达检测结果分析，沥青面层平均值为158.7 mm，水稳基层的厚度约 350～400 mm，底基层的厚度约 150～200 mm。三环线北段共钻取芯样 32 个，一般可以取出完整水稳约 20-35cm，下基层基本为松散状态，揭示了路面的破坏层位为下基层。

（3）路面弯沉检测结果及分析

沥青路面的承载能力可以用路表顶面代表弯沉值进行评价，对三环线北段沥青路面的代表弯沉值计算结果见图2。

图2 左侧代表弯沉值散点图

从图2可以看出，整体路面强度来看，一半以上路段路面结构强度不足，需要进行补强，同时，考虑到不同区段的实际情况：中间区段较大，两端较小，可分三个区段进行分析：

a.长丰桥（工程起点）～额头湾立交（桩号K14～K17）：

依据检测报告的的结果，参考相关设计规范[4]，剔除奇异点后，根据l=(¯+ZaS)K1K2K3计算得到每公里每车道的计算弯沉值，见表1。

表1 长丰桥～额头湾立交各车道代表弯沉值

依据相关规范对其分析评定，7%强度不足，39%强度临界，54%强度足够。该区段的路面强度整体评价为足够、临界的水平。仅局部位置存在强度不足的问题。

b.额头湾～三金潭立交段（桩号 K17～K34）：

c.三金潭～平安铺立交（工程止点）段（桩号K36～K41）：依据检测报告的的结果，剔除奇异点后，根据计算得到每公里每车道的计算弯沉值，见表2。

表2 三金潭～平安铺立交各车道代表弯沉值

依据相关规范对其分析评定，20%强度不足，57%强度临界，23%强度足够。该区段的路面强度整体评价为临界的水平。

（4）路面行驶质量评价

对三环线北段平整度评价等级数据进行统计分析，平整度评价等级优、良率平均值为 38.2%，平整度评价等级次、差率平均值为 33.3%，可见三环线北段路面平整度不佳，对于高速行车安全会产生不利影响，应及时进行路面加铺改造提高路面行驶舒适性。

4 总体评价

2009年，三环线北段对破损严重路段进行了维修改造，将 2009年道路测量数据与原设计数据及本次改造所测数据进行比较分析，并选取了三环线北段路面破损最严重的区段—竹叶海立交～三金潭立交区段的道路高程进行比较，见表3。

从表3可以看出，道路的沉降趋于稳定。同时，本工程进行了道路勘察工作，得到现状道路地基承载力 18～38 kPa，地基承载力满足设计要求。综上，现状道路地基承载力高，道路沉降趋于稳定，现状路面强度不足、平整度差，路面结构的破坏层位位于下基层。

表3 道路路面高程统计

5 方案设计

根据交通预测结果及调查得到的车辆轴谱组成，计算设计年限的 Ne=1.9×107 次/车道，设计弯沉值 ld=600Ne-0.2AcAsAb=21（0.01 mm)。

考虑到现状道路基本稳定、地基良好，针对现状路面强度不足、平整度差的问题，采用利用现状道路的路面改造思路。鉴于不同区段的破损情况不尽相同，采用分区段、分类型的补强方案。

5.1 长丰桥～额头湾立交

鉴于该区段整体强度较高，但是平整度欠佳的问题，提出采用整体面层加铺沥青改善平整度，对破损位置局部处理的方案，即“路面维修+面层建新”的方案。

5.2 额头湾立交～三金潭立交

5.2.1 计算弯沉值及老路回填模量

通过第二章节分析，得到该段路面强度整体处于不足的水平。依据检测结果，剔除奇异点后，根据计算得到该段的计算弯沉值：l0=60；进而，根据得到该段老路路面回填模量 278 MPa。

5.2.2 方案设计

沥青路面具有舒适性高、易维修等优点，目前三环线均采用沥青面层。因此，在保持沥青面层的前提下，考虑补强方案。

进而，经测算，仅通过加铺合理厚度沥青面层的方案，不能满足老路路面的补强要求，针对不同的基层型式，应用城镇道路路面程序“URPDS2012软件”计算基层厚度，同时考虑各基层材料合理厚度[4]及施工调坡等因素，提出下述方案：

（1）半刚性基层方案

快速路的沥青面层一般采用“三层式”，拟定结构从上至下：4 cm SMA13+5 cm AC-20C+7 cm AC-25C+30 cm 水稳碎石。

（2）柔性基层方案[9]

从上至下：4 cm SMA13+5 cm AC-20C+7 cm AC-25C+20 cm 沥青稳定碎石。

（3）刚性基层方案

a.普通水泥混凝土复合式沥青路面

防止水泥混凝土路面的反射裂缝，一般采用较厚的沥青面层，拟定结构从上至下：4 cm SMA13+5 cm AC-20C+7 cm AC-25C+24 cm C35水泥混凝土路面。

b.连续配筋混凝土复合式沥青路面

连续配筋混凝土路面（CRCP）是指在路面的纵、横向设置足够数量的钢筋，可考虑完全不设接缝（胀缝、缩缝）的一种混凝土路面结构[6]，该结构在欧美高速公路里已得到了广泛的使用[7]，由于该结构不设缝，可以采用较薄的沥青厚度，参考相关资料[8]，沥青面层的适宜厚度为 8～12 cm，拟定结构从上至下：4 cm SMA13+6 cm AC-20C+24 cm 连续配筋混凝土。

5.2.3 方案比选

上述方案均能满足本次道路补强强度要求，但是针对本工程的特点，方案需满足下述因素：

（1）由于三环线北段每隔 1～2 km 设有一处互通立交，同时受沿线涵洞、天桥等构筑物制约，路面加铺厚度尽可能小。

（2）三环线重载车比例较高，应具备足够的强度储备，满足重载交通要求。

（3）三环线交通功能极其重要，优先推荐长寿命路面结构。

（4）本工程工期较短，应考虑施工快捷，便于机械化施工方案。

在此基础上，分析比较上述四种路面结构，见表4。

表4 方案比较

结合本工程交通功能定位，综合考虑上述因素，推荐采用 C2 方案，即连续配筋混凝土复合式沥青路面结构（CRCP+AC）。

5.3 三金潭立交～平安铺立交

（1）计算弯沉值及老路回填模量

通过前文分析，得到该段路面强度整体处于临界的水平。依据检测结果，剔除奇异点后，根据计算得到该段的计算弯沉值：l0=40；进而，根据m1m2,得到该段老路路面回填模量 391 MPa。

（2）方案设计

在保持沥青面层的前提下考虑补强方案。经测算，仅通过加铺合理厚度的沥青面层方案，不能满足补强要求。

考虑到老路路面强度整体为临界的水平，提出半刚性基层及柔性基层两套方案，通过城镇道路路面程序“URPDS2012 软件”计算得道基层厚度，结合各基层材料合理厚度及施工调坡等因素，提出方案：

a.半刚性基层方案

拟定结构从上至下：4 cm SMA13+5 cm AC-20C+7 cm AC-25C+15 cm 水稳碎石。

b.柔性基层方案

从上至下：4 cm SMA13+5 cm AC-20C+7 cm AC-25C+12 cm 沥青稳定碎石。

（3）方案比选

上述两套方案在加铺厚度差不多的前提下，方案 A 的强度储备更高，综合单价更低，推荐采用A 方案，即半刚性基层沥青面层补强方案。

6 结语

三环线北段路面整治方案对现状老路做了充分的调查，包括老路原始路基路面资料、现场调查、维修资料等。通过检测、勘察等手段，对路面状况进行评定，为路面破损原因的分析，方案的提出提供依据。

本次方案研究采用“具体问题、具体分析”的态度，针对不同区段路面特点，提出了“分区段、分类型”总体设计思路。

额头湾～三金潭段路面整体强度不足，同时考虑到三环线“重载、长寿命”路面要求，本次研究提出了采用“CRCP+AC”路面结构。该结构具有承载能力高、耐久性好、舒适性高、后期维护费用小等有点，具有良好的应用前景。然而，因初期投资成本较高的原因，在国内应用较少。后续研究中，将进行试验路研究，为该种路面结构的推广积累工程实体经验。

[1] JTJ073.2-2001,公路沥青路面养护技术规范[S].

[2] CJJ36-2006,城镇道路路面养护技术规范[S].

[3] JTG H20-2007,公路技术状况评定标准[S].

[4] JTG D50-2006,公路沥青路面设计规范[S].

[5] 邓学钧.路基路面工程[M].北京:人民交通出版社,2000.

[6] 胡长顺,李成才,景彦平,等.连续配筋混凝土路面试验路研究[J].公路,2001(7):28-32.

[7] 刑进.国外连续配筋混凝土路面应用与研究现状[J].交通标准化,2013(19):97-102.

[8] 刘朝晖.连续配筋混凝土复合式沥青路面[M].北京:人民交通出版社,2012.

[9] 林绣贤.柔性路面结构设计方法[M].北京:人民交通出版社,1988.