城市道路改建工程路面结构设计探讨

2022-05-08阮铁锋

城市道桥与防洪 2022年3期

阮铁锋

（中国联合工程有限公司，浙江杭州310052）

0 引言

随着城市化进程的逐步完善，许多城市道路路面结构达到了设计使用年限，各种病害频发。在旧路改建的过程中，如何重新设计路面结构，特别是一些交通量较大的城市主干道、交通性的次干道的路面结构，需要特别谨慎。在很多实际工程案例中，仅在原来设计的结构上作略微加强，改建后的效果很不理想，往往短期内就出现结构损坏。本文针对这一现象，从城市交通情况分析出发，结合浙江地区路基填料特性，并分析道路使用前后工作环境的变化，提出改造道路路面结构的可行性处置意见。

1 城市道路的交通特性

城市道路设计荷载与公路一样，以双轮组单轴载100 kN 为标准，以BZZ-100 表示。在实际计算时，将不同轴载的各种车辆换算成BZZ-100 标准轴载的当量轴次，然后以设计年限内的累计交通量来选择合适的路面结构。

城市道路中，通行以小汽车为主。小汽车满载重量约2.5 t，单个轮载不到10 kN。根据轴载换算约为0.000 3 辆标准车，因此基本可以忽略不计。城市道路受路网规划、道路两侧用地性质差异、交通管制和公交线路变动等影响，同一道路，各路段在不同时间点会有迥异的交通量。因此，新建道路在设计时，往往只能根据道路等级和所处路网位置，对交通量进行大致预测。

城镇道路路面设计规范，分为轻、中、重、特重4个等级，基本与支路、次干路、主干路和快速路4 个等级相对应。而对于过境道路、城市内部干道、大型公交车比例较高的道路、公交专用道，其交通当量适当放大。

2 路基填料

宕渣是浙江省内道路路基填筑中最常用的一种填料。浙江因为山地多，矿石资源丰富，各地都有大大小小的采石场。采石场在方言里叫石宕，宕渣其实是采石场里面的下脚料，以小块石、碎石为主。随着工程建设需求量增大，把各类开山挖出来的土、风化石等土石混合料统称为宕渣。为了区分这两种材料，有人把前者叫清宕渣，后者叫混宕渣。也有人把前者叫宕渣，后者叫塘渣。

由于材料来源复杂，国家和地方标准也没有对此进行细致的规范性描述，因此在实际使用中，仅对粒径、含泥量做一个要求。现下的道路施工中，主要是土石混合料，材料的实际含泥量较高，石料以强风化、全风化为主，分层碾压密实后，0.6～0.8 m 的换填量其顶面实测弯沉基本可以达到260～180（1/100 mm），换算对应的回弹模量在50～64 MPa 之间，正常工作状态下完全可以满足车辆行驶要求。然而，这种材料由于不是级配碎石一般的骨架型密实，风化的岩石质地相对较软，遇水容易软化，水稳定性较差，当路基处于潮湿甚至过湿时，强度会迅速降低，容易造成路面结构的破坏。

3 地块开发建设对道路的影响

城市新区道路，特别是一些开发区的道路，一直存在着一个难以克服的困境。道路建设处于区块开发建设的初期，场地是原始标高，道路设计时参照原始场地的地下水位标高来确定路基、路面标高，以确保道路路基处于干燥或者中湿状态，设计的路面标高往往会比原地面高，其高差通过两侧放坡或设置挡墙来消解。这样，路面雨水能顺着边坡或者管道及时散排到两侧，区块内雨水下渗之后也因为存在高差而不影响道路路基，基本可以保证路基强度满足使用要求。在道路网建成后，两侧土地会陆续开发，规划在确定地块标高时，从标高衔接和内部排水通畅考虑，会比道路高0.3～0.5 m。所以，整个区块基本建成后，区块内相对标高较低的变为道路。此时的道路运行环境已经与设计时大相径庭了。在地下水毛细水带上升，或者道路两侧地表水下渗的影响下，毛细水会充盈整个路基，在路面0.5～1.0 m 的范围内形成浸润区，从而导致道路路基，甚至基层长期处于潮湿甚至过湿状态。这会迅速降低宕渣路基强度，进而造成道路路面结构损坏，特别是对交通量较大的次干道、主干道，本来路面结构设计的安全储备就不大，受到的影响更为显著。

在设计上，本来可以采用提高道路标高、两侧布置盲沟、渗沟等措施来解决这个问题，但是改造的城市道路两侧基本上是建成区，各类横穿管线交错密集，绿化、城市小品等设施也限制了在道路两侧布置降水设施的可能。而且，因为两侧建成区标高的限制，道路整体标高根本难以上抬。所有的措施只能在现有的结构层厚度内进行布置。增加水稳层厚度，意味着路基还要下降，这样甚至连部分水稳层也会处于地下水位之内。某区有一条交通量较大的城市次干道，原设计路面结构为15 cm 沥青面层+30 cm 水稳+15 cm 级配碎石+60 cm 宕渣，在使用初期，路面情况较好。后期两侧地块开发之后，路况急剧恶化。设计单位进行路面改造时，根据断面实测最高交通量，将水稳层提高到了40 cm，级配碎石层保留，新建面层厚度不变。道路完工后，运行不到1 a，路面结构便出现了较多的损坏。究其原因，还是道路的运行环境变化了，路基强度下降，而设计中没有对此进行周密的处理。因此，加厚基层的作用不大，最有效的办法还是在有限的厚度上提高基层的强度。

4 基层结构比较

水泥混凝土基层可以有效地提升基层的强度。下面对水稳基层与混凝土基层在相同的条件下的厚度进行比较。

城市道路设计规范要求主干路和快速路路基顶面回弹模量不得小于30 MPa，次干路和支路路基顶面回弹模量不得小于20 MPa。表1 以不同等级的交通量、沥青路面在路基回弹模量变化时，需要的基层（5%水泥稳定碎石）的厚度（cm）情况，其中面层为常规的3 层结构配置，垫层选择15 cm 级配碎石。

表1 路基不同模量下水稳层对应厚度

由表1 可以看出，在路基强度下降时，对基层的要求会大幅度提高，特别是重交通道路，影响更大。

由表1、表2 的数据比较可知，对于重及以上交通量时，路基顶面回弹模量降低，用水泥混凝土基层在降低整体结构层厚度上作用明显，可以确保地下水上涨带来的路基稳定性。

表2 路基不同模量下混凝土基层对应厚度与总厚度

5 工程实例

某城区有一条对外联络的主干道，双向6 车道，两侧有约10～30 m 的空地。该道路初建时为镇区之间的通勤公路，路面标高较高。2010 年，道路实施了白改黑，路面结构为13 cm 三层沥青面层+30 cm5%水泥稳定碎石+15 级配碎石+60 cm 宕渣局部换填。运行之后路面状况良好。2014 年，为了提升道路景观效果，将道路两侧空地修建成景观带，堆土造型，整体比道路高了1～2 m。之后路面状况开始恶化，几次路面大修之后，终于在2016 年开始对道路进行全面改造修复。由于道路标高难以抬高，设计单位根据实际交通量情况，几经比较路面结构，鉴于地下水位较高，认为加厚基层作用不大，最终将路面结构修改为10 cm 级配碎石+20 cm5%水稳+25 cmC30 混凝土+15 cm 沥青面层，总厚度控制在70 cm，混凝土基层上设置防裂加筋网。2018 年，该项目完工，运行至今，路面状况良好。