市政道路改扩建路基路面设计优化研究

2022-09-21江海涛

黑龙江交通科技 2022年9期

江海涛

(广东省建筑设计研究院有限公司，广东广州 510010)

1 引言

市政道路的发展与便捷，极大程度地促进了城市经济的发展，同时经济的发展又对道路提出了更高的要求。因此，首先最早一批的道路很多现已接近设计使用年限，需要进行改建扩建或重建；其次，有相当大一批早期建设的道路，虽然没有到达设计使用年限，但限于当时的经济条件和技术水平，以及现如今的经济水平和车辆条件，已难以满足当下的行车需求，需要进行改建扩建；最后，因为其它一些因素，如道路损伤、考虑生态环境、社会影响等，也有相当一批数量的道路需要改建扩建，图1为某城市道路病害示意图。总之，道路改扩建俨然已是当下道路发展的必然趋势与迫切需要研究的问题。

图1 城市道路病害图

2 道路改扩建现状分析

2.1 道路改扩建研究现状

我国道路改扩建的研究主要集中在以下几个方面：首先是概括建道路路基设计问题的研究，主要集中在路基开裂的分析、新旧路基沉降差异与稳定性的研究、路基病害因素的分析、等。其次是道路改扩建路面结构的研究，包括路面病害分析、不同拼接宽度下路面的力学性能分析、新老路面的搭接问题研究、路面加铺沥青面层的研究等。最后是道路改扩建中各种施工技术的研究，主要介绍了当前路基加固的各种工程方法、道路拓宽改造的经验和常用方法、路面沥青加铺工程的各种新技术与施工方法等。综上所述，道路改扩建的重点与难点，集中在路基路面的设计与施工上。关于改扩建道路的路基路面研究虽然丰富，但都研究方向都较为单一，关于改扩建道路路基路面的设计优化较少。故本文重点分析改扩建道路路基路面的优化设计，以期为改扩建道路的设计与建设提供参考与依据。

2.2 道路改扩建中关键问题分析

道路“改建”工程主要是指对原有道路等级的提升或改变原道路的使用功能；道路“扩建”工程主要是指在保留道路原有功能的基础上，通过改变道路的几何形状或规模尺寸而扩展道路交通量。在道路改扩建项目中，具体的改扩建主要内容包括线形的调整与路基路面的加宽两类。道路线形的调整扩建主要指对道路线形指标的调整更改，以满足新的设计目标的需求；路基路面的改扩建，一般指加大加宽路基路面尺寸，以满足增长的交通运输目标。从这两个内容分析，道路改扩建中的关键问题有。

(1)改扩建道路的线形设计。道路路线线形设计的重点在于设计指标的选择与调整，指标参数的选定基于道路设计速度，道路设计速度取决于道路设计等级。基于原有道路工程及周边环境的约束，改扩建道路等级不宜发生跨越性改变，宜在原道路设计等级基础上适当提高。同理，道路改扩建一般采用原设计速度，但由于各种因素影响时，不排除对设计速度进行调整，需具体情况具体分析，且不宜高于提高道路等级对应的设计速度。

(2)路基路面设计。首先应进行路基路面调查与评价，其次进行改扩建路基路面设计。改扩建路面设计包括拼宽新建路面、既有路面利用标注及处治、路面拼接、再生利用和路面结构防排水设计五个部分，应重视各部分的相互协调。

(3)交通量增长及预测。城市道路在设计与改造时往往忽略其交通量的最终影响，但交通量的增长又总是旧道路改扩建的关键因素。参考各道路改扩建工程项目，建议改扩建道路要限制其设计最小交通量，设计交通量应按20年预测，起算年为该项目工程可行性研究报告中的计划通车年。设计小时交通量不应小于年第30位小时交通量。

(4)改扩建道路的性能评价。道路的评价是道路改扩建优化的基础，李昆仑等结合城市道路的景观特点提出了其评价指标体系[1]；李海军等运用灰色系统理论建立了宏观道路交通安全灰色评价方法[2]；冯树民等选择了3个评价指标对比分析路网形式的优劣[3]。关于道路评价的研究各方各面，虽然研究丰富，但缺乏一个系统的评价体系，有待进一步的研究。

(5)考虑改扩建道路与自然生态环境和社会人文的相协调。遵循保护环境、保护沿线文物、节约资源、结合当地人社科文化的原则，力求将道路打造成为体现本土特色，反映时代气息的城市新景观。

3 改扩建道路路基路面优化设计

3.1 工程概况

冈州大道路面改造工程位于广东省江门市新会区内，线位大致呈东西走向，西起西门路，东至五邑路(江咀桥)，路线长度约为7.566 km。路基宽度为26～60 m，均为旧路改造工程。

建设内容包括加铺沥青混凝土路面、拓宽部分路段车行道、改造人行道、改造排水管、重设交通标线等。道路路线设计应以地质资料、工程造价、地方政策要求为设计依据，考虑自然环境和人文因素等进行道路路线方案的比选与技术经济论证，合理设计道路路线。图2为冈州大道工程总体平面图。

基于冈州大道的地理优势，图3为冈州大道地理位置示意图。本项目建设的意义重大：是大湾区建设战略性需要；是实现江门市总体发展战略的需要；是加快江门市经济建设的需要；是适应交通量迅速增长的需要；是推进江门市旅游事业发展的需要；对于提升城市品质、彰显城市魅力具有积极的推动作用。

图2 总体平面图

图3 冈州大道地理位置图

3.2 设计要点分析

(1)改扩建道路线形设计

依照本文2.2节改扩建道路的线形设计分析中的关键指标，改扩建道路设计速度选定为60 km/h，道路线形结合沿线地形、地物进行布设，减少征地拆迁，减少工程造价，同时方便土地利用。同时对现有公交线路进行重新梳理，合理调整公交车站布置。

纵断面设计充分利用自然地形，在遵循照竖向规划设计的基础上，合理设计道路纵坡。本工程为旧路改造工程，旧路范围需加铺沥青面层，道路标高应在满足最小加铺厚度的前提下，尽可能地接近现状道路设计高程，以减少旧路路面加铺工程量，节约工程造价。

横断面设计：按规划要求并结合交通量需求设置车道数及行车道宽度。本工程均为旧路改造工程，属城市主干路，其中西门路至南安路段为双向四车道，其余路段均为双向6车道主车道+双向辅道(辅道为非机动车道及摩托车道)。

(2)改扩建道路的路基路面设计

路基路面调查分析：本工程原部分路段人行道铺装缺失，既有人行道及侧石档次材料杂乱，陈旧并损坏较为严重，需要升级替换。地下排水设施陈旧、部分路段堵塞，部分路段缺失，需要更换维修部分地方重新设计。道路车行道经过多年的车辆行驶，已出现不同程度的病害，产生了一些路面裂缝。水泥混凝土路面开裂、破损率占15%，本工程拟采用加固混凝土板及加铺沥青面层对其进行处理。路段软土分布广泛，经过多年使用，人行道部分地段已有不均匀沉降、道砖不平整、松散等现状，需对软基进行专门处理，且项目范围内地上地下现状管线多，埋置深度深浅不一。

一般路基宜采用拼宽的形式加宽，特殊情况可采用分离增建的形式加宽，本工程采用拼宽的形式加宽，需新建路基、改造和利用旧路基等。路床拼接部位应增强补压，保证拼接密实；受既有路基渗水等影响导致强度不足时，可采用换填、掺灰改良或排水等措施进行处理。路基填料在符合现行规范的要求下，宜采用与既有路基填料性质相似或更有利于拼接的材料。考虑软土地质影响，应在对既有道路沉降与稳定状况作充分调查和评价的基础上，根据沉降协调并满足稳定性的原则进行拼宽路段软基处理设计。对于两侧拼宽，当地质变化大时宜分幅进行软基处理设计。

既有路面结构是沥青路面，改扩建道路路面仍应选择沥青路面。路面结构选择尽量与既有路面一致，且要以保证路面的耐久性为基本目标。既有路面处治设计应消除既有路面结构病害，恢复路面结构强度，改善其使用性能。路面防水排水设计，遵循“以防为主、以排为辅”的原则。

(3)改扩建道路的路基路面设计优化方法

在一般设计的基础上，路基路面的优化设计可以从以下几个方面方面展开：

①改扩建路基的沉降验算。本工程利用Abaqus有限元分析软件，计算需要的参数容重、粘聚力、摩擦角、孔隙比、回弹系数等参考地质资料选取，计算设计后路基沉降量，分析比较计算结果与《城市道路工程设计规范》[4]等规范的要求是否富余及富余情况，然后以沉降量为控制参数，定量地优化原设计方案。

②改扩建路面的力学性能分析。计算设计后路面的承载力与变形，比较计算结果与规范的要求是否富余及富余情况，然后以承载力为控制参数，定量地优化原设计方案。计算发现，新旧路面横向拼接时，面层衔接位置应力最大；新旧路面纵向拼接时，裂缝区域的应力值较大。建议路面拼接位置应尽量避开荷载作用最大位置或者采取相应的加强措施。

③根据本文2.2节改扩建道路的性能评价，评价路基、路面道路技术状况。选取对应指标，分配权重系数，赋设分值，变权综合对路基路面进行评价，根据评价结果定量地优化原设计方案。