改擴建公路路面結構設計的研究

吳 飛，余 松

（中交第二公路勘察設計研究院有限公司，湖北 武漢 430000）

現階段，很多公路經過長期的使用逐漸出現了諸多的病害情況，導致其使用性能逐漸降低，同時人們對交通道路的要求也越來越高，因此，很多舊公路都需要進行改擴建。在改擴建公路中，為了保證其公路路面滿足使用的要求，且能夠長期具有良好的使用性能，就需要根據實際工程情況做好改擴建公路路面結構設計，這不僅是提升公路質量的要求，同時對促進交通網的可持續(xù)性發(fā)展也具有重要的意義。

1 工程概況

某公路工程舊路的部分主要是三級公路類型，一部分是四級公路。在三級公路中，舊路面是瀝青路面，而在四級公路中，舊路面主要是泥結碎石的材質，在三級公路和四級公路的舊路中，路基的寬度為4.5～6m，對其項目實施工程的改造，主要將其提升到二級公路的標準，且路面是瀝青的路面，并要求公路路基的寬度為10m。

2 路面結構設計要點

2.1 路面結構的設計方案

該工程中，舊路的原來線形指標是比較低的，現需要將其建設成二級的公路標準，則對線形的指標就具有更加高的要求。在工程設計中，因為路線指標提升較大，和舊路具有一定的偏離，這就需要對偏離舊路部分實施路基新建。而對那些舊路基的能夠利用的部分，應對其實施補強或新建方案來進行再利用[1]。

在新建的路面中，要按照可行性的報告結果，結合實際現場的調查，對設計的基準期內所具有累計標準的軸載進行預測，并按照相應路面設計的規(guī)范程序實施設計，進而和該地區(qū)路面實際使用的情況進行結合，后通過計算對新建路面結構實施確定，則使用4cm的細粒型瀝青的混凝土、7cm的中粒型瀝青的混凝土、36cm的水泥穩(wěn)定性碎石基層與20cm級配的碎石墊層綜合式的路面結構類型。

在對部分舊路面的再利用中，要先對其原來的設計圖以及竣工圖等實施全面資料的查閱與掌握，后對舊路面利用部分結構層和具體厚度實施確定。如果沒有道路相關竣工圖與道路養(yǎng)護的資料，可在現場通過鉆芯取樣的方式，對原路面內各個結構類型和厚度實施確定。在該工程中，因為舊路的年代比較長，道路竣工圖和養(yǎng)護的資料等都已經不夠完善，則需要通過鉆芯取樣的方式來確定[2]。在鉆芯取樣中，在選取好、中和差道路外觀典型的路段實施操作，每1000m設置2處鉆芯，通過鉆芯后對原來瀝青的路面結構實施確定，主要采用3～5cm的瀝青碎石、20cm的碎石基層以及15cm的碎石墊層結構。在對四級的公路設計中，因為在其舊路面中主要是一些泥結碎石類型的材質，且在路面內能夠見到諸多坑洼部分，平整度方面也不是很好，在路面結構設計時可選擇不利用。而對一些可利用的舊路面部分，一定要沿線對其舊路具體破損的情況實施調查，掌握具體破損深度、產生的裂縫與需要修補的具體面積等，后按照相應公路瀝青的路面養(yǎng)護具體規(guī)范要求，對舊路面破損實際情況進行評價，路面狀況的指數計算如下：

式中：R為路面的綜合性破損率；A為所調查路面具有的面積；Dij為第i類的破壞情況和第j類的嚴重程度中道路路面具體破損的面積大小；Kij為第i類的破壞情況和第j類的嚴重程度中換算的系數值。在對道路PCI實施分段的計算處理后，按照相應公路瀝青的路面養(yǎng)護規(guī)范內路面破損的狀況評價表，就能夠實現對路面的破損狀況有效評價[3]。

2.2 對路面結構的承載能力實施評價

按照相應公路瀝青的路面養(yǎng)護規(guī)范要求，針對舊路面的彎沉實施檢測，對各路段內實測路表的代表性彎沉值進行計算，并通過下式來對原來瀝青的路面強度實施評價，具體公式如下：

式中：設計路面的彎沉值主要是對借助當年設計的交通量，按照往年經濟實際發(fā)展的情況，和三級公路設計相關基準年限實施結合，計算出三級公路在設計的初期年限內所具有的實際交通量和其交通量所呈現出增長的速度，后對道路設計基準性的年限內所累計的標準軸載實施計算，并和路面的面層、路面基層和墊層的類型實施結合，對路面設計的彎沉值進行計算。按照相應瀝青路面的養(yǎng)護具體規(guī)范表內對路面強度的具體評價標準，就能夠實現對舊路面規(guī)范有效的評價。

2.3 路面的挖除和利用設計

按照舊路面實際的破損情況和道路承載力的檢測情況，對那些具有良好外觀、中等外觀和差外觀的路面借助相應鉆芯取樣的方式，對路面的面層、公路基層和墊層等結構層所用材料實施試驗檢測，分析其破壞原因以及能否繼續(xù)利用。在文章案例工程中，通過對基層和墊層進行壓碎值和級配的試驗，不滿足要求的層次通過挖除重建進行處理，也可以降低要求當作次一層次而用，或者當作新建路面的墊層加厚層使用[4]。

2.4 路基設計

通過對路基的調查，對其強度、穩(wěn)定性和路基排水的情況進行分析，并對舊路的路床內路基土實施取樣和試驗，對路基土內分層的含水量、具體承載力和路基土質的類型等實施判斷。如果局部的路基確實存在嚴重的積水情況，可以對舊路基內部的填土實施挖除處理，并使用一些合格的填料實施換填，在對其換填的材料完成壓實后再進行新路面的鋪筑。如果路床的填料具有過高的含水量，可以針對性進行縱向盲溝的設置，對路基中的積水實施導排。如果路基的強度、穩(wěn)定性和排水不好，要按照實際的情況針對性采取合理的措施，保證路基性能滿足使用要求。

2.5 累計的標準軸載預測

在對交通量情況實施調查與預測時，主要是對此舊路段內交通的起止點實施調查，按照往年具體交通量以及此道路區(qū)域內的經濟實際發(fā)展情況，來進行交通量相關模型的構建，從而對基準的要求年限內所具有累計的標準軸載實施有效預測，且此環(huán)節(jié)于新建的路面設計中進行完成。

2.6 原路面當量的回彈模量計算

按照各個路段內實測路表的彎沉代表性值，根據相應瀝青路面的設計規(guī)范計算式，就能夠計算出原路面當量的回彈模量，其公式如下：

2.7 設計層厚度的計算

按照預測交通量和舊路面當量的回彈模量值，通過層狀體系的理論進行程序設計，并對設計層厚度實施計算。在計算中，所用路面材料具有力學的參數，一般需要通過相應的試驗或者根據其以往經驗對參數實施合理性確定。同時，按照對路面實際的補強層具有的總厚度∑hi和道路路線的縱坡具體情況，來對其之前舊路面選擇不同方案進行利用[5]。

如果舊路的填高超過∑hi，對路面的補強層和舊路面間要進行調平層的設置，對調平層的厚度設置要達到相應規(guī)范對最小的厚度標準的要求。如果在路面的補強層內，其最底層和調平層具有相同的材料，就可以對調平層以及補強層的最底層實施同時鋪筑，并不需對舊路面的結構層實施挖除。如果舊路的填高低于∑hi，就要對舊路部分所具有的結構層實施挖除處理，并按照路面新建結構的要求實施設計。

3 道路路面的改擴建設計中的注意事項

根據對以往改擴建的道路工程的建設設計情況的分析，對改建的路段往往于橫向新舊路面結合位置極易存在開裂和錯臺等情況，因此對此位置就要實施一定加固的處理。比如，在新舊的路面的結合位置，可以建立土工格柵，以減少兩者路面差異沉降。

若橋梁需要加固再利用，且不增加橋梁自身具有的荷載，就要保持橋面的標高不變，或者適當對原橋面的標高實施降低處理；在對橋臺兩端位置舊路面實施挖除后，再對路面結構實施新建，對路線的縱坡實施調整，確保橋頭的路基具有良好平順性。在各個補強層和調平層最小的厚度設計中，要按照相應公路瀝青的路面規(guī)范中對各個結構層的最小厚度要求進行設計，確保施工具有良好的準確性。

如果需要在舊路上實施填高且超過新建路面的厚度，在新建路面的墊層底到舊路面的頂高所具有的差在50cm內，可以通過碎石實施補強處理，以防止舊路面與新路面之間存在軟弱的薄層情況，同時也滿足相應公路路基的施工規(guī)范要求，也就是要求每種類型填料在填筑層得到壓實后連續(xù)性厚度要超過500mm；如果上述差超過50cm，就要選取合格填料實施路基的填筑處理。為了防止路面內部發(fā)生顯著的滲水情況，實施填方中可以對墊層實施滿鋪形式處理，且在挖方邊溝的內側還可以設計一些排水盲溝。

若工程地區(qū)是季節(jié)性的冰凍區(qū)域，需要對補強后防凍的厚度實施驗算，看其是否符合相應規(guī)范的要求。同時，為了保證對舊路面的充分利用，要按照各個分段的舊路面當量的回彈模量對補強層的厚度實施計算，然后按照舊路面的標高對路線的縱坡實施擬合，從而盡量實現少填勿挖的設計，節(jié)省工程投資。

4 結語

綜上所述，在公路的改擴建工程中，涉及大量的內容，不僅要對工程技術可行性進行分析和考慮，還要做好對各部分內容的良好協(xié)調，這樣才能夠避免后期工程頻繁出現問題，確保公路改擴建能夠有序、高效地開展。