北京市道路大修公交专用道抗车辙结构设计

王晓颖

摘要 通过对北京地区公交专用道进行调查，分析主要病害类型及原因，采取针对性处理措施。结合北京市三环主路（三元桥西—丽泽桥北）大修工程，提出适用于新增公交专用道的大修路面抗车辙结构，从结构—材料一体化角度保证路面使用性能。该项目通过路面整体结构的优化及抗车辙剂的采用，减少了沥青路面在重型车辆荷载作用下产生的变形，有效处理了公交专用道的车辙病害，提高了道路服务水平，取得良好的经济和社会效益。

关键词 公交专用道;抗车辙;城市道路大修

中图分类号 U416.217 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）07-0050-03

0 引言

城市交通拥堵频发，道路资源越来越紧张，多地推出发展绿色交通体系，包括公交专用道、大容量公交BRT、轨道交通等。很多城市利用既有道路施画公交专用道。但当直接施画专用道，交通组成和形式发生变化后，需在对现有道路路面结构强度和结构形式、病害情况研究的基础上，考虑交通特性变化，既能有效利用原路面结构，又能满足大容量公交荷载对路面的冲击，增强路面结构的抗车辙性能，同时处理好功能性车道与混行车道的关系，保证道路整体使用寿命。

1 研究背景

公交车轴载大，通行量多，满载低速行驶对道路结构产生的破坏大，需要对公交专用道结构进行单独设计。目前在北京主城区，大部分为在已建道路上直接施画，随着城市交通量的急剧增长，重载公共交通的投入运营，在持续高温天气以及城市热岛效应等综合影响下，沥青路面车辙成为主要病害。

道路大修中需要对公交专用道的路面结构进行综合分析，提出经济适用的整体性路面结构组合形式，在保证节约的基础上提升路面的结构强度和稳定性。结合北京市三环主路（三元桥西—丽泽桥北）道路大修的实践经验，从设计角度介绍车辙病害处治的主要方法及技术手段，验证了上面层双改性沥青混凝土+下面层抗车辙沥青混凝土，粘层采用橡胶沥青防水粘结层这种结构方式的实际工程效果，为解决同类公交专用道结构提供一定的参考，为城市道路大修设计及建设管理决策提供一定的依据。

2 公交专用道车辙病害成因分析

由于交通量快速增长，重载车辆比重增大，在车辆启停较多的路口、公交车站、公交车道处多出现车辙病害。目前，北京市的道路路面结构大部分为半刚性基层加沥青混凝土面层的形式，车辙主要产生于沥青混凝土面层，主要因素是沥青混合料的高温稳定性不足，在车辆的反复荷载作用下产生累积变形。

公交专用道沥青路面的车辙多为失稳型车辙，由于其特殊的交通组成特性，对材料的高温稳定性和整体结构的抗车辙性能要求高。通过对北京市公交专用道现况路面结构进行调查，综合分析公交专用道现况路面车辙病害成因，发现影响沥青路面结构层抗车辙性能的因素主要有以下几个方面：车辆轴载（超载情况下的剪应力明显大于标准轴载）、结构组成（整体性不强，沥青层间、面层与基层间的粘结强度不足）、材料性能（各沥青层的动稳定度达不到公交专用道的要求）。这些因素综合作用，使得公交专用道上的车辙病害发生时间要早于其他车道，病害严重程度要重于其他车道。

3 公交专用道车辙防治措施

3.1 路面结构组合

考虑到公交专用道重型车輛主要为公交车，无论是空载还是满载，车轮的接地压强均已超过现行路面材料设计标准，结合现况车辙病害分布特点，对公交专用道进行单独的路面结构补强计算，确定路面加铺方案。因为公交专用道上的车辙病害主要来自中面层，就需要着重加强中面层的材料性能，同时强化沥青层间及与基层之间的粘结，提高结构整体抗车辙能力。

3.2 路面材料性能

在公交专用道上，降低车辙病害的重点是提高沥青混合料的动稳定度指标，在结构选择过程中，应选用不同的路面材料，通过试验对各项路面材料的高温抗车辙性能、低温抗裂性能、水稳定性等进行评价，最终确定最优的路面结构组合方案。一般从以下三个方面入手：调整矿料级配;优选沥青结合料;选用适宜的抗车辙添加剂优化沥青混合料的材料设计，均能提高沥青混合料的动稳定度指标。

4 北京市三环主路公交专用道抗车辙结构实践

4.1 基本情况

北京市三环路是中心城内部各区域交通联系的重要干道，主路等级为城市快速路，全长48.2 km，为双向六车道。三环路承担着中心城大量的交通量，尤其是早晚高峰，交通拥堵严重，公交车辆较多，加之三环路道路运营时间较长，路面破损严重，其中外侧车道的车辙病害是主要的病害之一。为提高出行品质，倡导和引导市民绿色出行，2016年，北京市政府决定对三环主路（三元桥西-丽泽桥北）进行大修改造，全长约23.13 km，同期利用三环路施画公交专用道，与已经施画完的西南三环相闭合，形成了一圈公交专用道，极大提高公交专用道的使用效率和水平。

经过调查发现，三环路上公交线路密集，途经的公交线路达233条，占市区公交线路的29%，南三环公交车流量最高，其次北三环，东北三环、西三环公交车流量略低。三环主路公交车流量统计如图1所示。

4.2 路面病害分析

三环主路经分期建设、历年改造、维修养护，目前现况路面结构组合约30种，基层以半刚性基层及柔性基层为主。三环主路外侧车道和部分公交车站车辙严重，初步分析为公交车途经线路多，车辆轴载大，现况路面结构强度不能满足使用要求。

对所有出现车辙病害的公交车站进行了现场测量，发现公交站点多的车辙病害相对严重，最严重的为六里桥北里站，路面车辙深度已经达到了15 cm，对公交车辆行驶的安全性产生影响。

由于三环主路的路面结构历经多次大修，结构复杂，为进一步明确车辙出现的位置和成因，从内部探究病害，对病害严重的外侧车道进行了钻孔取芯，通过对结构芯样的分析，如图2、3所示，发现车辙主要发生于中面层，产生的原因分析主要为：

（1）最外侧车道重型荷载作用。由于早晚高峰交通量大，拥堵严重，公交车位于外侧混行车道满载低速行驶，路面在公交车车轮低速剪切应力作用下，发生变形，车辙明显。

（2）由于沥青混合料中面层的高温稳定性差，造成沥青混合料在车辆作用下出现侧向推移。

4.3 路面补强结构设计

在分析现况交通量、车型组成、设计年限等因素基础上，结合现况道路承载力、现况道路路面结构、车辙成因等情况综合确定，对即将施画公交专用道的最外侧车道路面进行有针对性的抗车辙结构设计。其中设计原则为结构-材料一体化分析比选，选用最优设计方案。对不同结构层提出不同的材料指标，进行针对性试验进行比选：表面层（双改性SMA-13、单改性SMA-13）、粘结层（橡胶沥青、乳化沥青）、材料试验的重点是分析中面层（沥青混合料SBS改性、PR改性、RA改性）。

表面层：双改性SMA-13的高温稳定性和低温稳定性能均优于单改性SMA-13，只有水稳定性稍差，综合实验分析，双改性SMA-13综合路用性能要高于单改性SMA-13。

粘结层：橡胶沥青是由废胎胶粉与沥青组成，它的性能优良，经常作为高等级沥青路面结构的功能层，具有防水、粘结和应力吸收的作用。与常规乳化沥青粘结层相比，橡胶沥青防水粘结层具有密水性好、层间粘结强、防止反射裂缝的优良路用性能。

中面层：从近几年北京市大修工程的经验来看，沥青混凝土中面层中多采用添加SBS改性剂、岩沥青（RA）改性剂、PR改性剂等提高沥青路面的抗车辙能力，如图4所示。

通过材料试验发现，KAC-20C混合料动稳定度和残留稳定度、冻融劈裂强度比均符合规范要求[1]，说明所设计的沥青混合料是合理的。岩沥青的软化点很高，其改性的沥青混合料也将具有良好的高温稳定性。

岩沥青自身的软化点非常高，利用其制造的改性沥青软化点也非常高，具有良好的高温稳定性;含氮量很高，具有较强的抗水损坏能力;岩沥青性质稳定、耐候性强，将会提高沥青路面的耐久性，延长道路使用寿命。所以采用岩沥青（RA）抗车辙剂的沥青混合料KAC-20C具有非常大的路用性能优势，可以在实际工程中应用。

结合以上對比结果，选用最优的路面结构组合形式如表1所示：

三环主路（三元桥西-丽泽桥北）道路大修工程于2016年10月完工，同期在最外侧车道施画公交专用道，目前该项目已经运营5年有余，从现况来看，该段三环主路的公交车专用道和公交车站均未出现明显车辙病害，说明该次公交专用道的结构设计是合理的，对于车辙治理效果显著，能够有效降低车辙病害的发生及发展。

5 结语

为提高人民出行的满意度和幸福感，北京市正逐步形成快速公交通勤走廊网络，对于既有道路完善公交专用道时与道路大修结合考虑，保证结构的稳定性及耐久性是工程的重点及难点。

该文对北京市现况公交专用道车辙病害原因及处理措施进行总结分析，结合三环主路（三元桥西-丽泽桥北）道路大修工程，对公交专用道等功能性路面抗车辙结构进行专项设计，基于前期路面结构和交通量调查数据，结合三环路交通特性，本着抗车辙结构-材料一体化设计理念，对目前应用较为成熟的面层材料、结构组合等进行整理分析，并对比了各类抗车辙结构的使用效果，最终确定选用双改性沥青玛蹄脂碎石混合料SMA-13（湖沥青+SBS）+橡胶沥青防水粘结层+抗车辙沥青混凝土KAC-20C（+岩沥青抗车辙剂）的整体结构。同时为明确各类道路材料指标，便于施工过程中的质量控制及验收，对三环所涉及的全部材料指标进行了规定，实现了有针对性的道路结构设计，保证了项目实施的有效性。从后期的竣工及使用效果来看，公交专用道路面运行情况良好，未出现明显车辙病害，对国内其他类似城市道路大修工程具有一定的指导与借鉴意义。

参考文献

[1]公路沥青路面施工技术规范： JTG F40—2004[S]. 北京：人民交通出版社， 2004.