广清高速辅道改扩建工程技术研究

彭 港

（广州市公用事业规划设计院有限责任公司，广东 广州 510050）

在城市化快速发展的今天，由于道路交通流量逐渐饱和，道路交通繁忙，早期道路设计存在宽度不够，无法满足车行、骑行和慢行等方面的需求，如车道数量不足、人行道宽度不够、无独立非机动车道、无慢行空间等，很难满足市政道路的使用功能，影响城市生活的质量，许多不满足使用要求的道路改扩建需求十分迫切。道路改扩建是道路设计中的一大难点，它涉及现状调查、交通流量分析和预测、交通组织优化等。相同的道路，不同的改扩建路基路面处理方案都会对道路的质量、造价、使用功能和寿命产生影响。所以，改扩建道路需要根据道路的特点合理选择设计方案。

1 道路前期勘察

道路改扩建设计前，应深入勘察现场，详细调查、检测道路状况，充分掌握道路现状，为设计方案提供依据。其调查与检测内容包括：道路交通状况、路面类型、路面结构成分、路面结构层厚、路面状况、弯沉值、路基承载力、道路地质水文等。需要根据交通流量调查分析资料，结合规划路网中道路的功能定位进行交通流量预测，并根据预测结果，合理选择改扩建道路的标准。

2 路基处理方法

2.1 拓宽路基处理

道路前期设计标准普遍偏低，无法满足快速增长的交通需求，道路改扩建是最直接的改造方式。拓宽后的路基与原路基沉降速度不一致，势必造成新旧路基不均匀沉降、路面开裂，影响道路使用和行车安全。

路基的填充材料、填筑高度、压实度、回弹模量、拓宽方式、拓宽宽度等因素对沉降差异均有影响。所以，如何控制新旧路基的不均匀沉降值是拓宽道路的重难点。在工程实践中，主要采用提高新建路基回弹模量值的方法。先测定旧路基的回弹模量，再设计新建拓宽路基的回弹模量，通过数值分析，确定降低新旧路基不均匀沉降的措施。通常采用1.1～1.5倍回弹模量设计，可以很好地控制新旧路基的不均匀沉降。

2.2 现状路基处理

改扩建道路的另一重大难点是处理现状路基。早期道路路基由于设计标准低、施工质量差，难免会出现一些病害。若对路基病害不及时处理，还会影响新建路面的质量，造成路面开裂、路面塌陷。所以，对于现有路基处理方法，主要从以下几方面进行分析。

2.2.1 拆除重建现有路基

大多数公路病害的发生，主要是由于路基承载力不足造成的。改建道路时，应注重现状路基的病害防治。对于当前路基承载力不足、地基承载力不均匀且沉降明显的路段，建议采用拆除重建的方式。挖掘完破损的路基后，应对现状路床进行进一步压实，使路床的压实度和回弹模量达到设计要求。

2.2.2 注浆加固现状路基

对于一些无法长时间封闭交通的重要路段，如果采用拆除重建路基的方式，将严重影响交通，因此，不宜采用，而应采用特殊的处理方法，以加强设计。注浆加固是一种常用的加固方法。注浆方法分为水泥注浆方法和聚合物注浆方法。水泥注浆具有工艺成熟、成本低、应用广泛等优点。但固化时间较长、封闭道路对交通影响较大，对于坡度较大的道路，易造成水泥注浆流失，影响注浆效果，对于路基水位较高的地区，水泥注浆强度难以达到设计要求。目前，高聚物灌浆新工艺也逐渐推广应用于公路路基加固，高聚物材料具有一定的膨胀性，能够很好地填充路基掏空区、固化时间短、强度高、稳定性好、能够快速开放交通、灌浆效果明显。缺点是造价较高。因此，在对路基注浆加固时，应综合考虑工程质量、造价、封闭时间、使用寿命等因素，择优选择施工方案。

2.2.3 共振破碎混凝土法

据统计，目前我国水泥混凝土路面的总里程已超过100万千米，由于其强度高、造价低、维护简便，在市政道路、省道、国道等领域得到了广泛应用。但随着交通流量的快速增长，车辆超载、养护维修不善等因素的影响，水泥混凝土路面损坏严重。注浆加固是一种很难再利用的方法，是混凝土路面大面积损坏的原因，若将现状混凝土基层或面层大面积拆除，则会造成大量混凝土块废弃，对环境也有很大影响。如何充分利用破损混凝土也是一种新的研究思路。借鉴国外成功经验，美国早在2004年底就已将州市的废弃混凝土用作道路的基层。混凝土作为路基材料再利用具有广阔的应用前景。我国现有混凝土共振破碎工艺采用特殊机械共振破碎法，将混凝土路面按特定大小的粒径进行共振破碎。通过研究发现，混凝土路面破碎后，按半刚性路基考虑，其无侧限抗压强度大于3MPa，劈裂强度大于0.3MPa，是优良的路基材料，能满足路基设计要求。

3 路面处理方法

3.1 现状沥青路面处理

根据道路等级，沥青路面的设计年限可分为10年和15年，由于沥青路面的使用寿命到期或养护维修不善等原因，沥青路面会发生病害，严重时会影响行车安全。其病害类型主要有变形、裂缝、沉降、松散、泛油、坑槽等。根据病害的类型和严重程度，对沥青路面采用不同的处理方法进行设计。当基层的承载力足够时，只需处理沥青面层即可。如果路基承载能力不足，则需要重新进行路面施工，才能满足路面设计的要求。对于现状沥青路面的处理，一般采用的设计方案是根据路面检测的弯沉值，考虑对路面进行刨铺、挖铺处理。在弯沉值较大的路段，应采用挖铺设计，并适当加厚沥青厚度，通过研究发现，沥青厚度在10cm以下易产生路面裂缝，超过10cm以上的沥青可有效提高沥青路面的使用寿命。

3.2 现状混凝土路面、白加黑沥青路面处理

因为混凝土基层是刚性的，如对应力吸收层处理不当，沥青路面很容易出现反射裂缝。反射裂缝有温度型裂缝和荷载型裂缝两种。温差效应和气候效应的累积，以及沥青的热胀冷缩、反复作用是温度裂缝的主要原因。重复作用应力达到沥青混凝土的抗拉强度后，沥青就开始出现裂缝。车辆累积作用产生荷载型裂缝，沥青层以下基础强度不足，基层开裂，反射到沥青面层。所以，针对现状混凝土路面加铺沥青和白加黑沥青时，需要解决反射裂缝问题。

3.2.1 加厚沥青加铺厚度

现状混凝土加铺厚度≥18cm，可提高路面弯沉值，增大了裂缝向路面传播的垂直距离，对防止由于基层原因引起路面反射裂缝有较好的效果。

3.2.2 设置应力吸收层

应力吸收层主要布置在沥青层下部、基层上部，主要采用橡胶沥青、高弹力复合材料作为应力吸收层，分散应力、减少应力集中、平衡沥青面层的竖向位移、减少反射裂缝的发生。

3.2.3 防裂贴、玻纤格栅等路面加筋层

防裂贴、玻纤格栅等材料具有高抗拉性能，满铺于路基顶部、沥青面层下部，能与面层紧密结合，均匀分散拉应力，从而减少沥青的竖向变形。

4 道路改扩建的特殊考虑

改扩建道路时，沥青路面加铺设计除考虑道路的使用功能外，还应考虑现场实施的制约条件，如沿线地块的进出位置、出入口标高、下穿构筑物的净空、现状或拟建相交工程施工条件的预留与衔接等。

4.1 与现状道路的接顺问题

道路改扩建要做好新建道路与现状道路的接顺处理。通常采用的是路面刨铺搭接方法，分两层铺装，采用台阶状搭接设计，平顺过渡。当加铺厚度较厚时，应扩大沥青搭接设计的范围。

4.2 连接道路两侧人行道和建筑物出入口问题

道路的改扩建方案受现状人行道标高、周边建筑物出入口标高和相交道路标高的影响较大，市政道路人行道侧石高度按规范要求设置10～15cm，可有效防止车辆开上人行道，保护行人安全。同时可以防止车辆在人行道上随意停放。市政道路改扩建，如采用加铺沥青的设计方案，将会抬升车行道标高，人行道和车行道之间的高差将不足10cm，应采取相应措施，保护行人安全。在现状人行道与车行道之间高差为15cm的路段，可采用加铺4cm厚的薄层沥青，如超薄磨耗层沥青。在现状人行道与车行道之间高差为10cm的路段，需采取以下措施：一是拆除人行道，将现状人行道标高抬升。二是在机动车道与人行道之间设置栏杆或车止柱等隔离设施。三是对现状混凝土路面铣刨2～5cm，使之符合路面加铺后的车行道与人行道的高差大于10cm。

4.3 纵断面设计

由于多年的运行，一些路面不可避免地会出现不均匀沉降，造成路面的现状标高与设计标高不一致，并引起纵断面的纵坡、竖曲线等指标的变化。在对纵、横剖面现状标高数据进行详细测量之后，根据现状标高重新接顺道路的纵、横断面。本设计标高与现状标高高差在5cm以内，可通过铣刨路面、设置调平层等方法消除高差。在沥青加铺设计中，纵断面坡长应尽量按设计速度要求，局部调节，以提高行车的舒适度和安全性。对局部积水的交叉口路段，应重视交叉口的竖向设计，并通过铺装改善排水流向。排水不畅路段，可采用增加雨水口的方法。从经济性和设计指标考虑，当道路设计标高与现状标高高差大于5cm时，可采用加厚基层或重建基层的方法。

4.4 特殊路段处理

在道路拓宽设计时，对涉及道路下方浅埋构筑物的路段、道路两侧的重要建筑物或危险区，应采取安全防护措施。

5 工程实例

5.1 工程概况

以广清高速辅道工程为例，由于广清高速的分隔，广清高速的辅道分为东辅道和西辅道，地面辅道与周边村庄、商业区、物流园、产业园相连，以服务功能为主。

辅道路线全长约7km，跨越行政区域的多个街道，由于管养单位和建设单位不同，辅道的路面结构形式各异，现状路面结构主要有沥青混凝土路面、混凝土路面、沥青加铺混凝土路面、临时路面等。该辅道的路线长，主要分为4段，各段路面的建设和使用时间不一致，局部路段无人行道、非机动车道等慢行系统，对道路改扩建设计提出了很大挑战，涉及道路拓宽、沥青加铺、沥青刨铺、路基改造等多种改造方案。

5.2 道路检测情况

广清高速辅道工程全段整体路况的PCI等级为中。检测范围内有裂缝、坑槽、破碎板、错台、边角剥落、露骨等病害。广清高速辅道交通流量大，有较多的重型运输车行驶。广清高速连接线地面辅道工程中，重载交通是造成路面病害的主要原因之一。广清高速辅道工程东行辅道的大部分路段都是水泥混凝土路面，路面多处出现破碎板、贯穿裂缝、板角断裂、错台、边角剥落及修补损坏等病害，综合评定该路水泥路面破损状况指数PCI评价等级为次，道路平整度为差。西行辅道以沥青路面为主，路面出现多处开裂、松散现象，综合评定该道路的沥青路面破损指数PCI评价等级为中。

5.3 道路设计方案

5.3.1 现状混凝土路段处理方案

现状混凝土路段的路面状况普遍较差，错台、开裂、沉陷严重，不能直接加铺沥青，为减少反射裂缝，避免路面沉陷，必须对现状混凝土路面和路基进行处理。在不影响交通的路段，采用高聚物注浆加固混凝土基层，在一般封闭路段，采用注浆结合拆烂板重建混凝土板方案。

5.3.2 现状沥青混凝土路段处理方案

从检测报告和现场调查情况看，沥青路面整体状况较差，根据检测弯沉值显示，普遍超过设计弯沉值，原有道路路面已不能满足交通需求，应采用补强设计方案。依据弯沉值的检测情况，结合现场调查，采用刨铺、挖铺和挖除三种路面改造方案。结构强度合格段，采用刨铺方案。对结构强度临界段，如果周边无路面结构强度不足路段，采用刨铺处理方案；如果周边存在路面结构强度不足路段，采用挖铺方案。

5.4 路基处理

辅道的车行道主要为3～4车道，常年通行物流园重型货车，辅道使用时间均超过10年以上，路面和路基病害严重，路面也进行了多次维修翻新。鉴于辅道是周边地块的重要通道，辅道施工不应造成交通中断。并在辅道下方浅埋有电力隧道、西江引水干管等重要管线，局部路段不宜采用破除、新建路基方法。为此，不同路段采用了不同的路基处理方案。

（1）对于西江引水、电力管廊等工程路段，路基承载力达不到要求，采用新型材料高聚物注浆加固，具有强度高、凝固快、不跑浆等特点。经现场试验，高聚物注浆加固6h后，路基能达到设计强度，可以快速开放交通，减少对构筑物的影响。常规路段路基状况较差时，可考虑新建路基方案。

（2）对于设计为浅埋的电力隧道，必须设计过渡搭接段，以避免浅埋结构与新建道路路基之间的不均匀沉降。设计参考桥梁桥头搭板搭接方式，以新建钢筋混凝土板为基层结构，覆盖于电力隧道上方，并在板的两端设置搭板，设置5m过渡搭接段，减少路基不均匀沉降。

（3）广清辅道西辅道K0+120～K1+660段，现状道路路面标高比周边建筑平均低1m。现状混凝土路面状况较差，病害修复量大，标高较低。从环保角度考虑，可将现状的道路路面作为路基材料再利用。为此，设计采用共振破碎新工艺，对混凝土路面采用机械共振破碎，并以半刚性路基为设计依据，通过对100m道路的试验，检验表明，破碎后的混凝土无侧限抗压强度均大于3MPa，劈裂强度均大于0.3MPa，达到了路基设计要求。

5.5 路面处理

辅道以混凝土路面为主，处理后的混凝土路面和基层均采用加铺沥青设计。受道路及周边地块出入口标高影响，加铺沥青最大厚度只能按10 cm考虑，同时，为减少路面反射裂缝影响，对路基采用满铺玻纤格栅方案，作为路基应力扩散层，对沥青进行2层加铺，总厚度10cm。对辅道为沥青混凝土路面的路段，根据路面检测的弯沉值，采用4～10cm刨铺、18 cm挖铺的设计方案。

6 结语

本文综述了改扩建工程路基路面处理的常用方法、新技术和关键技术，并结合广清高速辅道工程实例进行了分析研究，结果表明：（1）采用高聚物注浆路基加固技术，能快速有效地加固路基强度，在交通压力大、施工工期短的路段可以推广应用。（2）混凝土路面共振破碎技术，试验结果表明，处理后的路基无侧限抗压强度均大于3MPa、劈裂强度均大于0.3MPa，可作为良好的路基填料，对保护环境、减少混凝土废弃物具有重要意义。