S316線舊路面升級改造設計方案研究

袁衛鎖

(1.鄭州市交通規劃勘察設計研究院;2.長沙理工大學交通運輸工程學院)

1 工程概述及升級改造的必要性

1.1 工程概述

S316 線是河南省干線公路網中東西走向的一條重要通道，東起省會鄭州市，西止登封市區與G207 線相交;全線貫穿新密、登封二市，承擔了沿線城鎮間的中、短途運輸和區內運輸以及部分對外交通運輸、過境交通運輸，是除鄭少高速公路以外，通往省會鄭州市的唯一一條通道。項目于1990～1991年進行改建，僅對鄭州境和新密境道路改建為水泥混凝土路面;2002～2003年，全線道路進行瀝青混凝土路面改建;2010年，鄭州境和新密境道路累計進行了10 km中修。至今經過多次擴建，現有道路為S316 線，二級公路標準，設計時速80 km/h。

1.2 項目升級改造的必要性

(1)建設交通強省，實現中原崛起，實施中原經濟區建設的需要;

(2)提升干線公路網通行能力，改善鄭州市西南出口形象、縮短城市區域溝通發展戰略的需要;

(3)促進鄭州市及新密市、登封市經濟建設的需要;是促進沿線區域旅游事業、旅游產業發展的需要。

項目的建成將完善鄭州市西南部地區交通網絡，有力地推進“暢通鄭州”工程的實施，加強鄭州地區的交通基礎建設，促進該區域的交通運輸和經濟的協調發展。

2 老路現狀調查及檢測結果分析

2.1 新密境段老路維修及養護資料

老路路面結構(自上而下)為:2002年改建，4 cm 中粒式瀝青混凝土+5 cm 粗粒式瀝青混凝土+36 cm 厚水泥粉煤灰穩定碎石+15 厚石灰土。先后于2007年、2010年進行中修。

2.2 登封境老路路面維修養護狀況

老路面建設及養護概述:老路路面結構(自上而下)為:2002年中修，K55 +668(原養護里程)位于新密市與登封市交界處至終點，4 cm 中粒式瀝青混凝土+5 cm 粗粒式混凝土+18 cm 水泥粉煤灰穩定碎石+18 cm 水泥石灰穩定土+18 cm 厚石灰土。2008年下半年對K56 +800～K69 +478 中修、重點修復坑槽、車轍等路面病害，對病害部位挖除老瀝青路面9 cm，重新鋪筑4 cm 中粒式瀝青混凝土+5 cm 粗粒式瀝青混凝土。

2.3 路面取芯

路面取芯情況見表1。

表1 典型路段取芯狀況及分析一覽表

2.4 老路面病害狀況調查

根據現場調查，老路路面病害狀況綜述。存在病害路段占全線路段的比例為:輕度坑槽9.21%;重度坑槽38.78%;橫向裂縫66.42%;縱向裂縫39.46%;輕度龜裂26.47%;重度龜裂18.33%;輕度車轍12.83%;重度車轍31.42%。經過多年的使用，在重車的反復作用下，局部路段路面出現嚴重的坑槽、縱橫裂縫、龜裂、車轍、麻面、啃邊及松散等現象。

2.5 路面彎沉檢測

路面檢測采用FWD 落錘式彎沉儀，根據規范要求，測點間距50 m。如圖1 所示。

圖1 全線彎沉分布圖

由檢測結果可知，全線平均彎沉值為14.16(0.01 mm)，彎沉標準差為9.70，原路面平均當量回彈模量820.1 MPa。

K0 +000～K12 +400 段平均彎沉值為4.77，彎沉標準差為1.37;K12 +450～K16 +300 段平均彎沉值為8.96，彎沉標準差為1.82;K16 +350～K27 +350 段平均彎沉值為14.07，彎沉標準差為4.20;K27 +400～K46 +500 段平均彎沉值為15.40，彎沉標準差為5.47;K46 +550～K61 +900 段平均彎沉值為13.13，彎沉標準差為2.22;K61 +950～K66 +250 段平均彎沉值為43.78，彎沉標準差為10.72;K66 +300～K69 +921.194 段平均彎沉值為13.28，彎沉標準差為2.27。

3 舊路路面改造方案

3.1 設計原則及標準

在技術先進、經濟合理、安全適用、方便施工、利于養護的前提下，本著老路面設計以補強為主，盡量利用老路面的原則。采用一級公路標準，雙向四車道，瀝青混凝土路面設計采用以雙輪組單軸軸載100 kN 為標準軸載，瀝青混凝土路面設計使用年限15年。

3.2 路基及老路補強段舊路面回彈模量取值

項目自然區劃為Ⅱ5，屬魯豫輕凍區。根據《公路瀝青路面設計規范》(JTG D50－2006)第5.1.1 條規定，將沿線路基拼寬部分土基回彈模量取為:45 MPa(干燥～中濕)，當路床摻灰處理后抗壓回彈模量不小于55 MPa。全線平均彎沉值為14.16(0.01 mm)，彎沉標準差為9.70，原路面平均當量回彈模量820.1 MPa。

3.3 瀝青混凝土路面材料設計參數

按照《公路瀝青路面設計規范》(JTG D50－2006)中有關規定，選取瀝青混合料和基層材料的設計參數(20 ℃抗壓模量、15 ℃抗壓模量及劈裂強度)。

3.4 預測交通量

設計擬直接采用《工可報告》交通量預測結果，本路段未來特征年預測交通量見表2。

表2 交通量預測表 單位:小客車 輛/日1

3.5 路面設計彎沉值的確定

以設計彎沉值和瀝青層層底拉應力為指標設計。

(1)K0 +000～K48 +081.03 路段

路面營運第一年雙向日平均當量軸次:8857;設計年限內一個車道上的累計當量軸次:2.388 979E +07;屬于重交通等級，采用HPDS2011 路面設計程序計算，路面設計彎沉值:20.1(0.01 mm)。

(2)K48 +081.03～K69 +921.109 路段

路面營運第一年雙向日平均當量軸次:5 696;設計年限內一個車道上的累計當量軸次:1.536 472E +07;屬于重交通等級，經計算路面設計彎沉值:21.9(0.01 mm)。

(3)路面設計彎沉

根據彎沉檢測結果，全線平均彎沉值為14.16(0.01 mm)，彎沉標準差為9.70，原路面平均當量回彈模量820.1 MPa。

3.6 路面結構設計方案

(1)補強段設計方案

由于原路面損壞程度不同，強度不一，首先針對補強路段，修復老路面局部病害，再根據老路面上所測彎沉值，通過路面結構計算，對不同的路段采用不同的補強厚度。最終的補強與新建情況，需根據最終優化的縱斷面設計相結合，確定補強厚度與處置類型。

根據的交通量、交通組成、重載、超載、實測彎沉值等資料，采用HPDS2011 路面設計程序進行路面結構計算，結果如下:

①K0 +000～K48 +081.03 路段

補強段(一)K0 +000～K2 +615，K3 +830～K6 +500，K7 +650～K9 +000，K11 +000～K16 + 217，K18 + 367～K19 +867，K20 +267～K21 +767，K24 +917～K27 +350，K31+800～K36 +000，K36 +200～K40 +100，K40 +800～K46 +500，K46 +700～K48 +081 段路面結構:4 cm 細粒式改性瀝青混凝土+6 cm 中粒式瀝青混凝土+7～12 cm 粗粒式瀝青混凝土。

補強段(二)K27 +350～K31 +800 段路面結構:4 cm 細粒式改性瀝青混凝土+6 cm 中粒式瀝青混凝土+8 cm 粗粒式瀝青混凝土+15～20 cm 水泥穩定碎石。

②K48 +081.03～K69 +921.109 路段

補強段(一)K48 +081～K49 +500，K55 +120～K55 +415 段路面結構:5 cm 中粒式改性瀝青混凝土+8 cm 粗粒式瀝青混凝土+7～12 cm 粗粒式瀝青混凝土。

補強段(二)K49 +500～K55 +120、K55 +730～K61 +616、K66 +300～K69 +921 段路面結構:5 cm 中粒式改性瀝青混凝土+8 cm 粗粒式瀝青混凝土+15～20 cm 水泥穩定碎石。

4 結論與建議

依托S316 線干線公路升級改造項目，對舊路面狀況進行了現場調查，養護資料搜集，老路路面病害調查，典型路段取芯，全線彎沉檢測，進行綜合分析評價。由于原路面損壞程度不同，強度不一，首先修復老路面局部病害，再根據檢測彎沉值，通過結構計算，針對不同的路段采用合理的補強厚度。

鑒于目前二級升一級公路改造設計中，對于舊路面補強，基本上都是經驗值，尤其是對舊路面的利用、剩余壽命分析及缺少完善的理論體系;建議進一步研究二級升一級公路改造設計中，舊路面利用、剩余壽命分析、補強厚度、統一補強路面與新建路面使用年限等方面的理論及實踐的研究。

［1］鄧學鈞.路基路面工程(第二版)［M］.北京:人民交通出版社，2005.

［2］中華人民共和國行業標準.公路瀝青路面設計規范(JTG D50—2006)［S］.

［3］鄭州市交通規劃勘察設計研究院.S316 線鄭州至登封段改建工程初步設計［Z］.2012.