重載交通城市主干道路面大修設計方案研究

陳鵬

北京建達道橋咨詢有限公司 北京 100000

隨著我國基礎建設的發(fā)展，城市基礎建設已經相繼進入養(yǎng)護期，道路養(yǎng)護是目前面臨的一個重要問題。城市主干路是城市道路網的骨架，承擔著城市主要的交通流量和重交通荷載，對于城市交通起著至關重要的作用[1]，然而隨著交通量的快速增長和重載交通比例越來越高，城市主干路的路面病害問題也越來越嚴重，往往很多沒有達到設計年限的道路就已經出現(xiàn)各種路面病害，嚴重影響了行車舒適性和安全性，基于城市主干道的重要作用，有必要針對城市主干道大修養(yǎng)護的方法進行有針對性的總結與探討，為確保城市道路安全提供參考[1]。

1 路面大修工程特點

城市道路大修工程是指對道路或路面的重大損壞進行綜合整治修復，恢復使用功能的工程，有如下特點：

（1）路面病害處理措施針對性強。老路病害的處理是道路大修的關鍵，因此有必要做好老路結構、路面使用和破損的調查，深入分析存在的問題，并提出有效的處理措施。

（2）施工和設計考慮因素較多。設計時應充分考慮周邊出入口與交叉口道路的連接，避免對地下管線的影響。

（3）為了減少對周邊地區(qū)的影響，應盡量縮短工期，減少工作面。

（4）充分有效地利用舊路面的剩余強度。由于道路大修工程是在現(xiàn)有道路的基礎上進行的，所以在設計和施工時應充分考慮舊道路結構的使用。

（5）確保短期內不會出現(xiàn)改造。道路大修不僅要修復路面，還應根據(jù)交通需求，利用道路大修充分挖掘道路資源，提高道路通行能力，改善道路環(huán)境和景觀。

（6）保障交通安全和通行。施工中做好交通組織工作，防止道路大修造成交通堵塞。

2 項目概況

繁華大道是合肥目前最長的東西向城市主干道，串聯(lián)了高新區(qū)、經開區(qū)、包河區(qū)。本大修工程為繁華大道包河區(qū)東延工程其中的一段，位于肥東縣境內，起點與南淝河大橋相交，終點與店埠河大橋相交，道路等級為城市主干路，設計速度是60km/h，道路交通量達到飽和狀態(tài)時的道路設計年限為15年，瀝青路面的設計使用年限為15年，斷面型式是四幅路，路面寬度為31.0m，全長1.881km，東延工程2015年建成通車，運營起始年每車道、每日平均大型客車及中型以上的各種貨車交通量2194輛，道路等級確定為重交通，道路使用時間4a，目前該路段機動車道路面病害嚴重，本文只對機動車道的大修設計進行研究[2]。

3 路面檢測及評定

（1）路面破損。通過現(xiàn)場調查，繁華大道現(xiàn)狀路面的病害主要有：裂縫、車轍、坑槽和麻面等，調查中對病害類型、位置、數(shù)量及嚴重程度情況進行了統(tǒng)計，并根據(jù)《城市道路養(yǎng)護技術規(guī)范》（CJJ36-2016），對路面破損進行評定。K0+000-K0+334：損壞密度5.3%，PCI為57.35，評定等級D；K0+334-K0+634：損壞密度6.67%，PCI為55.04，評定等級D；K0+634-K0+934：損壞密度6.96%，PCI為55.86，評定等級D；K0+934-K1+359：損壞密度5.03%，PCI為59.35，評定等級D；K1+359-K1+659：損壞密度7.48%，PCI為54.63，評定等級D；K1+659-K1+881：損壞密度6.38%，PCI為55.44，評定等級D。

（2）路面彎沉。采用貝克曼梁檢測測定彎沉車左右輪單點彎沉值，檢測頻率是50m測一處。路面分為24個評定路段，共檢測左、右車輪彎沉點共計800點，根據(jù)《城鎮(zhèn)道路養(yǎng)護技術規(guī)范》（CJJ36-2016）4.5.4結構強度評價標準，K0+000-K1+000右幅行車道1等級評定臨界、右幅行車道2等級評定不足、右幅行車道3等級評定不足、右幅行車道4等級評定不足，K1+000-K1+850右幅行車道1等級評定臨界、右幅行車道2等級評定不足、右幅行車道3等級評定不足、右幅行車道4等級評定不足；K0+000-K1+000左幅行車道1等級評定臨界、左幅行車道2等級評定不足、左幅行車道3等級評定不足、左幅行車道4等級評定不足，K1+000-K1+850左幅行車道1等級評定不足、左幅行車道2等級評定不足、左幅行車道3等級評定不足、左幅行車道4等級評定不足。

（3）鉆芯取樣。本次取芯14個孔位，從芯樣來看，橫向裂縫處瀝青混凝土面層較破碎，基層較完整；縱向裂縫處瀝青混凝土面層較破碎，基層芯樣處較為松散。

4 破損原因分析

根據(jù)以上調查及檢測結果，分析出繁華大道路面破損主要原因如下。

交通量大，重載交通比例大。在軸載的作用下，當半剛性基層的底部的拉應力大于抗拉強度時，就會使得底部產生開裂，在軸載的反復作用下，底部的裂縫會逐漸擴展到上部，并使瀝青面層產生開裂破壞，當產生的裂縫得不到及時的養(yǎng)護，在交通荷載和雨水的作用下，進一步發(fā)展成沉陷、龜裂、坑槽等病害。

（2）路面結構強度不足。鉆芯取芯后發(fā)現(xiàn)芯樣縱向裂縫處瀝青混凝土面層較破碎，基層芯樣處較為松散，這表明局部路段結構承載力本身不足。

（3）溫差產生溫度應力。會導致面層表面和底部出現(xiàn)疲勞裂縫，從表面層向下延伸，半剛性基層由于水份減少產生的應力和溫差產生的應力導致裂縫并向上反射。

（4）地下水通過毛細作用上升，路表的雨水下滲，這兩種情況都會導致路基和路面結構承載力下降。

（5）地下水位高，路基處理不到位。

5 養(yǎng)護對策

通過原路面彎沉檢測并經過計算得出原路面結構層回彈模量為315.4MPa，模量值較大，原路面結構層可以保留，針對于全線路面病害進行處治后做拉毛處理，機動車道擬定加鋪4cmSMA-13C（SBS）+6cmAC-20C（SBS）+8cmAC-25C（SBS）+24cm5%水泥穩(wěn)定碎石，并對初擬的方案進行驗證。

6 HPDS軟件驗證

路面設計標準為BZZ-100單軸雙輪，設計使用年限15年，路面加鋪結構為瀝青混凝土面層，半剛性基層組合，以半剛性基層層底拉應力和瀝青混合料層永久變形量為設計指標。通過各設計指標規(guī)定位置力學響應進行結構驗算，驗算結果應滿足路面結構假定為均勻、各向同性的彈性材料，并服從胡克定律，各結構層設計參數(shù)如下：SMA-13C厚度40mm，模量11000MPa，泊松比0.25，車轍試驗永久變形量1.5mm；AC-20C厚度60mm，模量10000MPa，泊松比0.25，車轍試驗永久變形量2.5mm；AC-25C厚度80mm，模量10000MPa，泊松比0.25，車轍試驗永久變形量2.5mm；5%水泥穩(wěn)定碎石厚度240mm，模量7500MPa，泊松比0.25，彎拉強度1.4MPa；原路面結構層模量315.4MPa，泊松比0.4。

結構驗算結果如下：

（1）第4層無機結合料穩(wěn)定層疲勞開裂驗算：

設計層厚度H（4）=240mm，

季節(jié)性凍土地區(qū)調整系數(shù)KA=0.8，

溫度調整系數(shù)KT2=1.25，

現(xiàn)場綜合修正系數(shù)KC=-1.043，

第4層層底拉應力σ=0.227MPa，

第4層無機結合料穩(wěn)定層疲勞開裂壽命NF2=1.754124E+09軸次，

設計使用年限內設計車道上的當量設計軸載累計作用次數(shù)NZB2=1.740679E+09軸次，

第4層無機結合料穩(wěn)定層疲勞開裂驗算已滿足設計要求。

（2）瀝青面層低溫開裂指數(shù)驗算：

路面所在地區(qū)低溫設計溫度TSJ=-29℃，

表面層瀝青彎曲梁流變試驗蠕變勁度ST=120MPa，

瀝青結合料類材料層厚度HA=180mm，

路基類型參數(shù)BLJ=2，

瀝青面層低溫開裂指數(shù)CI=2.7條，

瀝青面層容許低溫開裂指數(shù)CIR=3條，

瀝青面層低溫開裂指數(shù)值滿足規(guī)范要求。

（3）瀝青混合料層永久變形量驗算：

瀝青混合料層永久變形等效溫度TPEF=20.8℃，

通車至首次針對車轍維修的期限內設計車道上的當量設計軸載累計作用次數(shù)NZB3=2.39004E+07軸次，

瀝青混合料層永久變形驗算分層數(shù)N=6，

瀝青混合料永久變形分別為：

第1分層RAI（1）=0.7mm，

第2分層RAI（2）=1.24mm，

第3分層RAI（3）=2.01mm，

第4分層RAI（4）=1.42mm，

第5分層RAI（5）=0.84mm，

第6分層RAI（6）=1.03mm，

永久變形量RA=7.24mm，

容許永久變形量RAR=15mm，

瀝青混合料層永久變形量滿足規(guī)范要求。

（4）計算設計路面結構的驗收彎沉值：

路表驗收彎沉值LA=12.9mm。

由以上可以得出，無機結合料穩(wěn)定層疲勞開裂壽命換算的軸次能夠滿足設計年限內當量設計軸載累計作用軸次，同時低溫開裂指數(shù)驗算后開裂指數(shù)值滿足規(guī)范要求，瀝青混合料層永久變形量滿足容許永久變形量的要求，最后路表驗收彎沉值也能夠滿足承載力要求，所以擬加鋪的路面結構層材料選擇、設計參數(shù)符合要求，各結構層厚度設置合理，足以承受設計年限內繁華大道重載交通荷載的作用，可以作為繁華大道的大修加鋪方案。

7 結語

大修工程設計的目的是為了延長道路的壽命，本文結合合肥繁華大道大修工程提出了大修設計方案，整個過程嚴謹細致，但是提出的大修設計方案有些過于單一，如果可以針對不同嚴重程度路面病害提出差異化的方案，相信可以更好得解決路面大修問題。