城市干道沥青路面大修设计关键技术问题研究

2015-10-23李少帅

城市道桥与防洪 2015年3期

关键词：大修沥青路面沥青

李少帅

(上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司,上海市 200092)

城市干道沥青路面大修设计关键技术问题研究

李少帅

(上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司,上海市 200092)

随着城市交通量的飞速增长,越来越多的城市干道沥青路面出现了较为严重的路面破损状况,亟待大修。对大修工程设计中的现状路面检测,路面状况评价体系等关键问题进行研究探讨,并结合工程实例针对不同的路面破损情况提出了相应的养护对策,有关经验可供相关专业人员参考。

城市干道;沥青路面;大修设计

0 前言

随着我国改革开放的不断深入和社会经济的不断发展,城市化水平快速发展,城市生活对交通出行的要求越来越高。在现状城市道路网中,主次干路具有较高的交通地位、交通干道功能突出、且交通量日渐增加。在大多数城市特别是北京、上海等特大型城市中这些发挥重要交通作用的主次干道迄今大多已基本达到设计使用年限,部分主次干道路面损坏严重,道路通行能力与道路交通安全均受到了不同程度的影响,已无法更好地发挥其交通功能,而且也严重影响了城市整体形象,亟待大修。

1 大修工程特点

《城镇道路养护技术规范》规定,道路大修工程是“对道路的较大损坏进行的全面综合维修、加固,以恢复到原设计标准或进行局部改善以提高道路通行能力的工程”。与新建道路工程相比,城市道路大修工程具有限制条件较多、施工周期短等特点:

(1)由于城市干道承担着城市或区域大部分的交通流量,在道路大修过程中,通常需要在不中断交通或尽量少中断交通的条件下进行施工,需要施工速度快、工期短。

(2)由于城市干道道路两侧通常是城市化高度发达的区域,两侧地块标高基本稳定,为满足道路两侧地块排水等需求,大修后路面标高基本需维持现状标高。

(3)道路大修基本维持现状道路规模不变,有条件或需求的路段,可对道路横断面进行相应的改造,以提高服务水平。

(4)道路大修路面设计方案应以提高路面使用性能和耐久性为目的,在满足结构强度的前提下,充分考虑利用原有路面结构。

(5)道路排水设施主要以修复为主,有条件或需求的可进行管网提升改造。

(6)有条件的区域,道路两侧景观绿化改造可结合大修同步实施。

2 大修工程路面设计流程

目前,我国城市干道路面基本为沥青混凝土路面,基层形式大部分为半刚性基层。本文的相关研究内容主要针对半刚性基层沥青路面。城市道路大修工程路面设计的主要流程为:(1)现状路面调查及检测;(2)确定设计使用年限;(3)检测资料分析;(4)确定养护对策。

3 现状调查及检测

采用相应的调查手段,对现状路面进行细致的基础调查及检测,获得真实详细的现状资料［1-3］,是合理确定路面设计方案的关键,同时对现状路面进行全面系统的调研分析,也可为后续施工和管理提供可靠的科学依据。

现状调查及检测还应包括交通流量调查、原路面结构的设计资料及历年的养护维修情况调查,以便结合路面监测结果判断现状路面结构水平是否满足交通需求。

4 路面设计使用年限

新建沥青路面结构设计年限为满足路面结构使用性状而规定的保证路面结构不需进行大修即可按预定目的使用的设计使用年限。

大修工程的路面结构设计年限不同于新建工程,大修的根本目的在于修复路面破损,恢复路面结构强度,延长路面结构使用寿命,全面提高道路的内在质量,并确保大修后相应的指标在相当长的时间内满足要求。

大修路面设计年限的确定,不仅要考虑初次投资费用,同时要考虑使用期内养护费用、管理和使用的运行成本等,要充分考虑路面全寿命使用周期内的所有经济费用。综合考虑我国的经济发展状况,城市干道沥青路面大修设计年限一般推荐采用5～8 a,而针对翻挖新建的路段应按照新建道路使用年限15 a进行设计。

5 检测资料分析

我国现行的路面养护规范［1-3］中都明确了路面技术状况的评价体系,评价内容主要包括路面行驶质量、路面损坏状况、路面结构强度、路面抗滑能力。对应的现状路面检测数据应主要包括平整度、路面破损状况、路表回弹弯沉、抗滑系数等。

针对上述检测数据进行分析时,应首先将道路全线划分为若干路段,分段进行分析。路段分段应选择适应的长度,分段过长,检测数据离散性较大,评价结果可能会过好或过差;分段过短,相邻各段设计方案不同,则会造成施工不便,路面纵横向接缝较多,不仅会影响路面结构强度,而且也不利于后期养护。公路大修一般选择以1km为评价单元,而城市道路不同于公路,交叉口较多,因此,城市道路可选择交叉口之间路段为评价单元,一般以200～300 m为宜。

在路面评价内容中最关键的是路面结构强度,因为沥青路面在使用过程中,其结构强度随累计轴载作用次数的增加而逐渐衰减,当路面的结构强度降低到一定程度时,就需要进行大修,以恢复和提高使用性能。过早地对路面进行大修,不能充分发挥路面的功能潜力,造成浪费;错过大修最佳时机,则会造成路面结构严重破坏,增加后期养护投入。选择合适的路面结构强度评价方法是确定后续设计方案的关键,我国现行养护规范中的沥青路面结构强度评价以路表回弹弯沉为基础数据,而评价方法却不尽相同:

(1)《城镇道路养护技术规范》中根据交通量等级以路表回弹弯沉代表值为评价指标将路面结构强度分为“足够”,“临界”,“不足”三级。交通量等级按照年平均日交通量进行确定,年平均日交通量按照实测流量根据不同车型进行换算得到,其中,小客车换算系数为0.5。

(2)《公路沥青路面养护技术规范》中以沥青路面强度指数(SSI)为评价指标,评价等级分为优,良,中,次,差五级。SSI按式(1)计算:

式中:ld——路面设计弯沉;

lO——实测代表弯沉;

(3)《公路技术状况评定标准》中沥青路面结构强度用路面结构强度指数(PSSI)作为评价指标,评价等级同样分为优,良,中,次,差五级。PSSI按式(2)计算:

《城镇道路养护技术规范》中的结构强度评价标准,是结合力学分析及大量的专家经验调查的半经验—半分析方法确定的［4］。此方法根据交通量等级和路表回弹弯沉来确定结构强度等级,但在实际应用中可能存在一等的偏差。根据弹性层状体系,道路使用过程中,路表弯沉的折减主要由一条车道上的累计当量轴次决定,而小客车轴载较小,计算时基本可忽略不计。而此方法中交通量根据不同车型进行换算得到,小客车换算系数为0.5。在实际情况下,如果一条道路交通组成以小客车为主,也有可能达到特重的交通等级,而且本方法未考虑车道数的影响,断面交通量相同,不同车道数的情况下也会得到相同的评价结果。

SSI和PSSI两种评价指标原理是基本一致的,都是根据设计弯沉和实测弯沉的相关关系,确定路面的剩余寿命,然后依据剩余寿命的长短,判断路面结构强度。而PSSI方法是在SSI的基础上利用回归及权重分析进行了一定的修正。在这三种评价方法中PSSI指标能更准确的反映路面结构强度的实际情况,更有利于合理确定道路养护时间和养护对策。

设计弯沉值的确定是评价路面结构强度的关键,设计弯沉值过大或过小,会造成评价结果过好或过差。而规范中对于PSSI评价指标中路面设计弯沉的计算,并未进行明确规定。针对大修工程,路面设计弯沉值不能采用原设计的路面设计弯沉值。首先,现状交通量及交通组成与原设计时的交通预测结果不尽相同,车辆轴载也不同;其次,道路大修的目的不仅在于提高现状路面的使用性能,而且需保证大修后在一定使用年限内的路面结构强度。因此,现状路面结构强度评价所采用的设计弯沉值,应根据现状交通量、交通组成及大修设计年限内的交通量增长计算确定。

6 路面结构设计

6.1 养护策略

按照损坏机理和形式,通常半刚性基层沥青路面的损坏形式主要可分为两大类:结构性破损和功能性破损。结构性破损通常是由于在交通荷载的作用下路面某一结构层(通常为基层)的承载能力下降引起的。功能性破损是由于沥青面层的损坏导致路面平整度或抗滑能力下降,影响行车舒适性和安全性。结构性破损可以采用对基层进行翻修或局部修补进行修复,而功能性破损可以采用对沥青面层进行翻修或补强进行修复。

针对不同的路面破损状况,城市干道大修建议采用相应的养护对策,见表1。

表1 沥青路面大修养护对策

在确定具体的设计方案时,还需对照钻芯取样结果,分析破坏原因,进一步确定破坏层位及其是否可以利用。为更准确地判断现状路面结构各层使用状况,可采用相应的计算方法［5-6］根据实测路表弯沉值反算路面结构各层回弹模量,同时比对规范中推荐的路面结构各层回弹模量,以确定现状路面结构层损坏与否,同时可以为加铺层结构设计提供重要的数据支持。

6.2 功能性损坏养护对策

对于沥青层轻度损坏(PSSI等级为优、良),路面损坏形式一般为轻度裂缝、车辙等,平整度及抗滑性能下降,通常可采取直接加铺罩面的形式,以恢复表面使用功能。

对于沥青层损坏严重(PSSI等级为中),路面损坏形式一般为中度或重度裂缝、网裂、坑槽、车辙等,通常需视损坏程度情况铣刨相应厚度的沥青层,再加铺沥青层。

6.3 结构性损坏养护对策

对于基层损坏(PSSI等级为次、差),路面损坏形式一般为基层疲劳破坏,路表出现较为严重的纵横向裂缝、沉陷、车辙等,由于材料自身特性的限制,半刚性基层损坏后很难修复,通常需采取对老路基层进行翻挖新建的处理形式。

由于城市干道承担着城市或区域大部分的交通流量,在大修过程中,通常需要在不中断交通或尽量少中断交通的条件下进行施工,因此采用的基层材料要求能够快速施工且施工方法简便。沥青稳定碎石基层等柔性基层便是较好的快速施工材料,而且,柔性基层与其他基层形式相比,具有较多的优越性,可应用与大修工程中:

(1)沥青稳定碎石基层与面层均为沥青混合料,路面结构更接近于连续状态,各层变形、受力更加协调;

(2)不会因为基层的干缩、温缩而导致面层出现反射裂缝,且沥青基层材料具有一定的裂缝愈合能力;

(3)修筑时间短、有利于快速通车、维修方便、养护费用相对较低。