城市在役道路改建工程设计分析

蓝 雄

(柳州市公路管理处，广西 柳州 545000)

0 引言

以往城市道路建设侧重点更多在数量和指标上，但随着城市化进程的推进，道路的通车量急剧上升，如何有效地对城市在役道路进行改建已成为业界研究的重要课题。文章结合工程实例对城市道路改建工程方案进行研究，践行改建内容与现状紧密结合，按照“合理、适用、可行”的原则打造最佳的配置方案。这一方面有利于缩短工期，另一方面更能从节省成本方面起到一定的成效。现就如何利用现有道路的设施达到节省投资，避免旧路开挖对附近居民和环境的影响等做法进行探讨。

1 工程概况

柳州市现役的新圩至露塘路段改建项目长9.2 km(含一座中桥)。其通达性强，交通流量大，是柳江区洛满镇、露塘监狱、凤凰河景区进出城的必经之道，也是该片区与中心城区的主要联系通道。柳州市政府为改善该区域的交通条件，筹集资金2 700万元，对该道路进行改建，项目属于三级公路。头尾两段各2 km是在原有的沥青道路基础上拓宽整建，改建后的路面仍采用沥青路面结构。中段5.18 km为新建改直路段，采用水泥混凝土路面结构。工程在2015年8月开工，2017年3月竣工。

2 工程设计难点

(1)为适应日渐增大的车流量对道路载荷，为最终满足设计技术指标，使路面结构满足使用，如何利用好原有的旧路基进行改建设计成为难点。

(2)在满足使用功能的前提下，如何利用改建道路沿线的挡土墙、涵洞等构筑物是工程设计中必须考虑的问题。

(3)工程设计如何沿道路地势、交接口等处进行平缓对接。

3 设计方案

通过实地勘察，筛选出改建项目的难点和特点，结合施工组织设计方案，旨在加强路基载荷，对路面结构减少道路和双侧平面差距以及路基搭接等方面都进行了针对性设计。

3.1 道路路面结构设计

该路原为沥青道路，特别是头尾两段道路路基及基层尚完好，只是因道路使用年限长，路面损坏严重，只需要对该两段路面进行改造即可。为充分利用现有道路资源，减少投资，路面的重用和改造需要科学的调查和检验方可以做出最终的使用方案。所以，在关于道路路面结构、路面类型和面积现状的工程设计阶段，分别进行了实地勘察和汇总分析，与此同时还聘请广西广达公司对将要改造的路段做量化检测，包括：道路路面挠度值、平滑度和复合弹性模量测试等。

3.1.1 在役道路状况调查、评论

3.1.1.1 路面通病

在役路面结构系面层细碎沥青混凝土3.5 cm+4 cm沥青碎石贯入层，中层则是20 cm的级配碎石基层，下层是35 cm级配碎石底基层。除了近年来做过表面薄层沥青覆盖外，都没有进行大修。历经数年的通车后，因车辙压损过度致道路通病严重，如表1调查数据所示，当前路况已大大下降，强度堪忧，亟待改善。

表1 新圩至露塘破损路面调查表(m2)

表1道路通病调查展示的结果，统计路面的损坏的区域达12 792 m2和调查部分的总表面积是45 686 m2。根据公路沥青路面养护技术规范(JTJ073.2-2001)，路面的全面损伤率是：

DR=D/R×100%=Dij×Kij/A×100%

(1)

式中：DR——路面综合破损率，以百分数计；

D——调查路段内的折合破损面积；

A——调查路段的路面总面积；

Dij——第i类损坏、j类严重程度的实际破损面积；

Kij——第i类损坏、j类严重程度的换算系数。

路面状况指数为：

PCI=100-15×DR0.412

(2)

式中：PCI——路面状况指数，算得为40；

DR——路面综合破损率，算得为28%。

经分析计算得知，第一段路面出现的缺陷如脱皮、网状裂纹表面通病应优先考虑，其余3段路出现的疾病更多，使路面损伤程度增加。

3.1.1.2 路面结构强度检测与评价

为了给项目改建提供依据，对该段路面的结构强度进行了检测调查，内容包括当前情况的路面弯沉值和路面平整度，如表2所示。

表2 新圩至露塘路面强度调查表

由表2分析回弹弯沉度各段数据，可知其沥青混凝土强度在第1段综合回弹模量达336 MPa，属于良好，其余各段需调整。另外，由平整度数据分析也可得知第1段平整度最接近平整度的标准要求5 mm，但以上4段平整度指标均未达到标准的要求，第3段的路面结构强度是最差的，究其原因是由于路基产生较大变形及路面的热稳面料的失稳铺设所致。

3.1.2 路面结构设计方案

根据有关试验和调查结果，将改造路段分为四个重要的部分来进行分析和设计路面结构：

(1)第1段由于近期有重建，所以各项数据接近合格值，巩固被稳定的石渣路面基层达20 cm，分级的碎石底基层是40 cm厚，因此测试结果表示，路面的回沉弯沉度小，较少路面病害，路面的强度模数高。可以充分地运用道路的基底，并且为达到设计要求可以由中粒的沥青混凝土AC-16增强层添加后可达到。

(2)第2、3段：该段位于凤凰河4A景区内，为保持景区的完整性以方便管理，将中段外移出景区，并对该段进行新建改直。结构如下：上面层22 cm水泥混凝土+1.5 cm沥青碎石封油层；中层20 cm水泥稳定碎石基层；下层15 cm级配碎石底基层。

(3)第4段路面强度的水平是适度的，因此基层和底基层用于做基本层。结构设置可以是：上层是5 cmAC-16中等成颗粒状的沥青混凝土；中层是6 cmAC-25粗大沥青混凝土；基底是20 cm-4%水泥稳定的石渣。

(4)科学合理地利用路面结构设计方案，充分利用路面现状，缩短工程时间，可以很好地节约资源和资金。将设计方案与路面结构现状进行比较，不需重做，减少施工废弃物达6 200 m3，减少水泥稳定碎石基层1 300 m3，减少碎石基层、底基层用料达4 900 m3，降低成本约310万元。

3.2 挡土墙、涵洞的补强与加固设置

该项目沿路涵洞和档土墙是20世纪90年代修建的，现存在着各种各样的通病和问题。在经过详细的调查和了解以后，应该做加强和加固工作，然后运用现有的技术优势综合处理。

3.2.1 现有挡土墙加固方案

对头尾两个路段现有护肩墙内侧加筑一道50 cm宽的片石墙，并在旧墙上加高以保证路面抬高后满足路基宽度的需求，使新旧墙连成整体，共同受力，承受荷载，如图1所示。护肩墙加固与改造，完全满足设计要求，观察接近挡墙的外侧房屋现状没有受到任何的影响，工程建设对周围环境的负面影响降到最小程度。在此，原来长560 m挡土墙被允许继续利用，从而节省投资10万元。用旧挡土墙避免了拆迁建筑物带来的资金与劳动量，本次挡土墙的设计方案是独特和有效的。

图1 现有挡土墙加固方案示例图

3.2.2 现有涵洞补强、加固方案

为避免对现有涵洞的拆除重建，降低工程造价，及时调整设计方案，在浇筑钢筋混凝土时，基础混凝土用注胶连接在原有的基础上，扩大涵洞基础，建立一顶新帽台和盖板，加强涵洞的强度，有效治理存在的问题，提高了纵向承载的能力，增强了现有涵洞的稳固性，避免了重建新的25 m涵洞，使施工周期大为缩短，最终项目成本节省16万元，方案如图2所示。

图2 现有渠、涵洞补强、加固方案示例图

3.3 道路与两侧地坪顺接方案

该路段位于凤凰河右岸，冲沟较多，属高山丘陵地貌。该设计方案结合了地形道路两边和底层，道路采用不同的设计标高，减少道路两侧高度的差异化，确保新建的道路和原有的道路顺接，方便居民和车辆通行。

3.4 新建路段存在的问题与措施

3.4.1 在路基施工过程中，经过现场与设计核对后发现中段新建路段存在以下问题：

(1)在新建路段修改设计过程中不注意控制，K2+660的1×1.17 m混凝土盖板涵顶高出混凝土路面高程。

(2)在K3+080路段一个3×3 m混凝土板涵洞，为解决水流方向，施工时将涵洞与道路正交改为斜交，并对路基填充高达7 m的填充段，以致涵洞长度变化后得不到涵长的补充。

(3)在K3+280路段处原设计需要开挖深度为2.6 m，左侧原有一条乡村道路需要衔接，如果按原设计进行修建，将出现修建后有较大落差不能与现有乡村道路连接。

3.4.2 新建路段应对的措施

发现问题后，经组织设计、监理和施工单位再次测量核实，确认问题将情况向上级部门汇报，在征得上级领导同意的情况下，组织上述单位召开会议，研究解决办法，提出如下解决措施：

(1)对K2+660段处涵顶过高问题，调整纵坡，将路面高度向上推垫，在混凝土路面底部与涵洞盖板顶之间浇筑一层20 cm厚钢筋混凝土板，以提高涵洞承载系数。

(2)基于处理K3+080段处的涵洞不够长的问题，对施工实地的勘察与设计图比较后，发现两者之间的纵坡原始设计只有0.393%，过于平坦，因而两处均可采用加大纵坡调整来解决这些问题。调整复位斜率为3.168%后，K3+080段处涵洞比原设计低了1.2 m，解决了涵洞长度不足的问题。

(3)在修建K3+280处时设计抬高2.3 m，解决了与乡村原道路连接的问题。

4 结语

随着新兴城市化的加速，汽车拥有量迅速增加，原有的城市道路改造的需求量不断增长，在现役道路改造的过程中不仅需要考虑满足功能要求，更应该了解工程所处地形、地势和周边的环境现状，充分考虑现有设施的合理利用，缩短建设周期，减少改造量，降低工程造价，减少建筑垃圾，同时尽量减少对周边民居和环境的干扰，打造“双优”工程。