市政道路改扩建工程中路基路面设计优化策略分析

郑群

（武汉市政工程设计研究院有限责任公司，武汉 430070）

1 引言

随着市政交通压力的不断增大， 市政道路改扩建工程越来越多，通过对既有道路进行改扩建，优化升级平面布置、道路结构、市政管网，能够提高路网的运行质量和效率，以及交通通行能力，改善城市形象。 然而，在许多市政道路改扩建工程中，容易产生工程病害，导致新旧道路结合效果不佳，影响了道路使用寿命。 需要充分重视病害产生的原因，采取针对性的优化设计措施，降低工程病害产生的概率。

2 市政道路改扩建工程常见病害分析

市政道路改扩建工程涉及填方路基处理、 旧路面挖除大修、道路拓宽等方面内容，根据相关实践经验，市政道路改扩建工程容易产生许多工程病害，包括路面破坏、路基损坏、边坡坍塌、路面整体性能下降等。 这些问题的产生，一般是从新旧道路结合部位纵向裂缝引起的， 随着裂缝的不断发展以及雨水的侵蚀，造成路基路面的进一步破坏，导致板底脱空、唧泥，引发错台、横缝，形成恶性循环，当加宽段为填方路基时，还容易产生边坡失稳现象。 新旧路基本身具有沉降差异，经过多年的使用，旧路基已经基本完成固结沉降过程，沉降基本稳定且变化较小，而改扩建工程的新路基则不然，需要消耗一定时间完成基本沉降， 尤其是在软土路基段更容易产生这种问题，新旧路基在强度、刚度、塑性等方面均有所不同，在填方路段表现得比较明显，由于填筑材料的差异，无法有效消除塑性累积变形， 而且改扩建工程会改变原有路基路面的受力状态和排水条件，可能会因此增加工程病害。 作为市政道路改扩建工程中最薄弱的部位， 新旧路基路面之间很容易出现结合不良问题，在地下水、地面降水影响以及车辆荷载作用下，可能会引起路基失稳，填方路基边坡存在潜在的滑裂面。 拓宽段的边坡稳定性是设计时需要重点考虑的内容。 通过优化路基路面设计，有利于从根源上解决新旧道路结合问题，减少沉降差异，提高变形的协调性，更好地实现市政道路改扩建工程建设目的[1]。

3 市政道路改扩建工程中路基路面设计优化策略研究

3.1 总体方案设计

常见的拓宽方式有单侧拓宽和双侧拓宽两种， 根据结合方式的不同，又可以进一步细化分类，比如，单侧拼接、单侧分离、两侧拼接、两侧分离等。 一般情况下，路基加宽的宽度越大，越容易产生不均匀沉降，所以，要尽可能控制拓宽宽度，采用双侧加宽形式，虽然能够减少单侧加宽宽度，但由于增加了一个搭接面，从某种程度上也加大了病害发生的概率，因此，低等级路面通常选择单侧加宽方式， 并尽可能避开加宽路段为填方路基的情况。

绿化分隔带在市政道路中占据着重要的地位， 可以在新旧路基搭接部位合理设计绿化带、隔离带，减少结合部位承受车辆荷载，从而降低薄弱环节的工程病害。 在实际工程建设过程中，受到的影响因素较多，需要采用组合扩宽方案进行优化调整，可以在不同路段采用不同方法，充分发挥不同扩建形式应用优势。

另外，采用层次分析法、模糊综合评价法等数理统计方法进行方案比选，充分考虑不同因素的影响程度，从各种方案中选择最优的扩建方式。 层次分析法有效结合了定性分析与定量分析，能够将定性问题定量化解决，将复杂问题分解成若干组合因素，形成递阶层次结构，明确各指标权重，然后，利用模糊数学和模糊统计方法，科学评价方案优劣，达到持续优化比选的目的。

3.2 软基处理设计

软土地基是道路工程建设需要面对的重难点问题。 对于市政道路改建工程， 可以采用普通道路工程软基处理设计思路，根据实际情况，灵活采用表层处置法、换填法、垂直排水固结法、稳定剂处置法、振冲置换法等方式，而对于市政道路扩建工程，则需要着重考虑新旧路基的沉降量差异，如何控制新增沉降、减少差异沉降成为设计要点。 由于旧路基已经基本完成固结沉降过程， 一般不能采用存在较大沉降量的软基处理方法，容易影响原有路基的稳定性。 比如，预压排水固结法总沉降量过大，容易出现沉降差异，产生纵向裂缝。 因此，可以采用桩基处理措施，对新建拼接路基优化设计，有效避开不良土层。 具体桩基形式需要根据软土层的性质、埋深等参数指标进行分析，比如，当软土深度在2～10 m 时，可以采用水泥搅拌桩；当软土深度在10～24 m 时，可以采用预应力管桩；当软土深度超过24 m 时，仍然可以采用预制管桩进行软基处理。 在选择软基处理方案时，要兼顾经济性、技术性、环保性要求，结合其他软基处理技术，实现更好的处理效果，比如，在深度较浅的湿软性黄土路段，可以采用在湿软层填充灰土、沙砾等方式加以解决，提高黄土层的硬度[2]。

3.3 路基拼接设计

新旧路基的结合面设计直接影响新旧道路的结合效果，在科学选择扩建方案、提高软基处理效果的基础上，还要加强对旧路基的整治利用，根据路基情况，采用合适的处置方式进行修复加固，提高新旧路基的结合质量。 通常情况下，坡度越大，沉降越大。 为了调整新旧路基拼接部位的应力状态，可以对原始路基进行削坡设计，削坡越大，旧路基产生的影响越小。 从经济效益、技术水平等方面考虑，将削坡坡率控制在1∶1～1∶1.5 比较合适。 在此基础上，将新旧路基结合面设计成台阶构造，能够有效增加路基结合面积，通过增强抗摩阻力和抗剪能力， 增强新旧路基的整体性和稳固性， 优化台阶构造设计，台阶不宜过高，否则会加大路基沉降量和水平位移。 同时，利用土工织物、土工格栅、土工合成材料的优越性能，可以提高新旧路基土体之间的联结性， 限制或协调新旧路基之间的土体变形，约束基层向外侧的侧向位移，避免应力过分集中，减少不均匀沉降。 另外，科学合理选择路基填料，有利于提升路基性能，除了传统的砾石、卵石、碎石、粗砂等优质填料，积极探索轻质路堤填料的有效应用，降低对地基的压力。 加强路基沉降验算工作，采用有限元分析软件，根据相关参数指标，计算分析设计路基沉降量，对比计算结果和行业规范标准，指导路基设计优化工作。

3.4 路面结构设计

3.4.1 新路面结构设计

在扩建路段进行新路面结构设计时， 不但要结合旧路面的结构形式， 而且要考虑基层结构产生的影响， 针对柔性基层、半刚性基层、刚性基层提出设计方案。 我国的市政道路基层一般采用半刚性基层，为了保证路面结构的使用性能，在采用半刚性基层进行沥青路面结构设计时， 需要采用较厚的沥青面层，并且结合半刚性材料和柔性材料的应用优点，提高路面结构的综合性能，减少反射裂缝的产生。 同时，柔性基层对耐久、重载交通具有良好的适应性，可以结合柔性基层进行路面结构设计， 对不同路段进行适应性调整。 通过各种试验计算，分析路面的承载力指标、变形指标，实现路面结构设计方案的定量优化调整。

3.4.2 旧路面改造设计

为了减少工程量、节约建设资源，需要尽可能地有效利用旧路面。 在旧路面的改建利用设计方面，需要遵循相关基本原则：（1）加强旧路面弯沉检测，全面评价道路现状。 满足设计弯沉要求。（2）满足结构厚度要求。（3）随着道路使用年限的增长，许多路面出现了工程病害，在改建利用前，必须消除现有病害，采取针对性的修复加固措施，在此基础上才能加以利用。

根据道路承载力、路面弯沉值、纵断面挖填值、使用时间等综合参数指标，设计路面铣刨方案，对原有路面进行铣刨处理。 根据铣刨厚度、铣刨后顶部实测弯沉值，优化路面结构设计，调整路面拼接方案，使新旧路面能更好地融合。 在新旧混凝土基层之间增设拉杆， 能够有效降低新旧路面结合部位的沉降差异，减少旧路面的侧向水平位移。 通过在新旧路基结合部位设置反向预坡度， 使新路面比旧路面在摊铺前预设一个抛高值，在道路通行后，新路基沉降可以与反向预坡度抵消，有效减小新旧路面结构之间的不均匀沉降差异。 根据相关研究，预留抛高值可以设置在0.6～1 cm，做好路面不同拼接层位及拼接方向的裂缝加固处理，能够使新旧路面紧密结合。

3.5 路面排水设计

在道路工程建设过程中，水渗透到工程结构中，容易产生侵蚀、软化、渗透破坏、静水压力、动水压力等作用，降低结构面的抗剪强度，引发软土路基不均匀沉降，造成道路和地下管线的破坏。 所以，要加强市政道路路面排水设计，防止出现雨水聚集现象。在路基内部设置盲沟，可以加快水的外排。做好重点薄弱环节的排水设计，在新旧道路结合部位进行针对性处理，可以在路基结合部位顶面和路面底面加设一层防水土工布，阻止雨水从结合部位裂缝下渗，降低雨水产生的破坏影响。

在市政道路设计时，可以采用海绵城市设计理念，构建完善的新型雨水系统，解决道路积水问题，兼顾生态效应、景观效应。 明确相关控制指标，基于市政道路改扩建工程，采用渗、蓄、滞、净、用、排等多样性技术，进行总体方案设计。 优化调整道路横断面，可以在机动车道两侧设置下沉式绿化带；在非机动车道、人行道采用透水铺装路面，合理设置道路横坡，使雨水地表径流能够顺畅地流入到下沉式绿化带中。 绿化带内设置溢流式雨水口与沉泥槽，沉泥槽能够保留雨水中的砂子、泥土等杂物，起到一定的过滤作用；溢流井与城市雨水管网系统连接， 可及时将雨水通过管网系统排出， 如果水满到一定程度，会溢流到周边绿地进行渗透。 在下沉式绿化带与道路相邻的一侧，通过设置防水渗透膜，可阻止雨水下渗到路基路面。优化调整道路纵断面设计，控制最小坡度、最大坡度、最小坡长、最大坡长、曲线半径等技术参数。 对于生态环境良好的路段，可以通过设置植草沟、雨水花园、湿地等方式，达到基于海绵城市理念的雨水控制效果。

4 结语

综上所述，市政道路系统是城市发展的命脉。 随着城市化进程的持续深入，城市的交通压力逐渐增大，而且许多道路已经运行了数十年， 道路结构达到临界状态， 使用性能大大降低。 通过实施改扩建工程，对现有道路进行提质、拓宽，能够提升市政道路的通行服务功能。 由于各种因素的影响，新旧道路之间容易产生裂缝、差异沉降等问题，影响了改扩建道路的结构性能和使用寿命，需要采用合适的改扩建方案，加强构造细节设计，提高新旧路基路面的结合效果，实现改扩建工程建设的综合效益。