北京市道路大修公交專用道抗車轍結構設計

王曉穎

摘要 通過對北京地區公交專用道進行調查，分析主要病害類型及原因，采取針對性處理措施。結合北京市三環主路（三元橋西—麗澤橋北）大修工程，提出適用于新增公交專用道的大修路面抗車轍結構，從結構—材料一體化角度保證路面使用性能。該項目通過路面整體結構的優化及抗車轍劑的采用，減少了瀝青路面在重型車輛荷載作用下產生的變形，有效處理了公交專用道的車轍病害，提高了道路服務水平，取得良好的經濟和社會效益。

關鍵詞 公交專用道;抗車轍;城市道路大修

中圖分類號 U416.217 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）07-0050-03

0 引言

城市交通擁堵頻發，道路資源越來越緊張，多地推出發展綠色交通體系，包括公交專用道、大容量公交BRT、軌道交通等。很多城市利用既有道路施畫公交專用道。但當直接施畫專用道，交通組成和形式發生變化后，需在對現有道路路面結構強度和結構形式、病害情況研究的基礎上，考慮交通特性變化，既能有效利用原路面結構，又能滿足大容量公交荷載對路面的沖擊，增強路面結構的抗車轍性能，同時處理好功能性車道與混行車道的關系，保證道路整體使用壽命。

1 研究背景

公交車軸載大，通行量多，滿載低速行駛對道路結構產生的破壞大，需要對公交專用道結構進行單獨設計。目前在北京主城區，大部分為在已建道路上直接施畫，隨著城市交通量的急劇增長，重載公共交通的投入運營，在持續高溫天氣以及城市熱島效應等綜合影響下，瀝青路面車轍成為主要病害。

道路大修中需要對公交專用道的路面結構進行綜合分析，提出經濟適用的整體性路面結構組合形式，在保證節約的基礎上提升路面的結構強度和穩定性。結合北京市三環主路（三元橋西—麗澤橋北）道路大修的實踐經驗，從設計角度介紹車轍病害處治的主要方法及技術手段，驗證了上面層雙改性瀝青混凝土+下面層抗車轍瀝青混凝土，粘層采用橡膠瀝青防水粘結層這種結構方式的實際工程效果，為解決同類公交專用道結構提供一定的參考，為城市道路大修設計及建設管理決策提供一定的依據。

2 公交專用道車轍病害成因分析

由于交通量快速增長，重載車輛比重增大，在車輛啟停較多的路口、公交車站、公交車道處多出現車轍病害。目前，北京市的道路路面結構大部分為半剛性基層加瀝青混凝土面層的形式，車轍主要產生于瀝青混凝土面層，主要因素是瀝青混合料的高溫穩定性不足，在車輛的反復荷載作用下產生累積變形。

公交專用道瀝青路面的車轍多為失穩型車轍，由于其特殊的交通組成特性，對材料的高溫穩定性和整體結構的抗車轍性能要求高。通過對北京市公交專用道現況路面結構進行調查，綜合分析公交專用道現況路面車轍病害成因，發現影響瀝青路面結構層抗車轍性能的因素主要有以下幾個方面：車輛軸載（超載情況下的剪應力明顯大于標準軸載）、結構組成（整體性不強，瀝青層間、面層與基層間的粘結強度不足）、材料性能（各瀝青層的動穩定度達不到公交專用道的要求）。這些因素綜合作用，使得公交專用道上的車轍病害發生時間要早于其他車道，病害嚴重程度要重于其他車道。

3 公交專用道車轍防治措施

3.1 路面結構組合

考慮到公交專用道重型車輛主要為公交車，無論是空載還是滿載，車輪的接地壓強均已超過現行路面材料設計標準，結合現況車轍病害分布特點，對公交專用道進行單獨的路面結構補強計算，確定路面加鋪方案。因為公交專用道上的車轍病害主要來自中面層，就需要著重加強中面層的材料性能，同時強化瀝青層間及與基層之間的粘結，提高結構整體抗車轍能力。

3.2 路面材料性能

在公交專用道上，降低車轍病害的重點是提高瀝青混合料的動穩定度指標，在結構選擇過程中，應選用不同的路面材料，通過試驗對各項路面材料的高溫抗車轍性能、低溫抗裂性能、水穩定性等進行評價，最終確定最優的路面結構組合方案。一般從以下三個方面入手：調整礦料級配;優選瀝青結合料;選用適宜的抗車轍添加劑優化瀝青混合料的材料設計，均能提高瀝青混合料的動穩定度指標。

4 北京市三環主路公交專用道抗車轍結構實踐

4.1 基本情況

北京市三環路是中心城內部各區域交通聯系的重要干道，主路等級為城市快速路，全長48.2 km，為雙向六車道。三環路承擔著中心城大量的交通量，尤其是早晚高峰，交通擁堵嚴重，公交車輛較多，加之三環路道路運營時間較長，路面破損嚴重，其中外側車道的車轍病害是主要的病害之一。為提高出行品質，倡導和引導市民綠色出行，2016年，北京市政府決定對三環主路（三元橋西-麗澤橋北）進行大修改造，全長約23.13 km，同期利用三環路施畫公交專用道，與已經施畫完的西南三環相閉合，形成了一圈公交專用道，極大提高公交專用道的使用效率和水平。

經過調查發現，三環路上公交線路密集，途經的公交線路達233條，占市區公交線路的29%，南三環公交車流量最高，其次北三環，東北三環、西三環公交車流量略低。三環主路公交車流量統計如圖1所示。

4.2 路面病害分析

三環主路經分期建設、歷年改造、維修養護，目前現況路面結構組合約30種，基層以半剛性基層及柔性基層為主。三環主路外側車道和部分公交車站車轍嚴重，初步分析為公交車途經線路多，車輛軸載大，現況路面結構強度不能滿足使用要求。

對所有出現車轍病害的公交車站進行了現場測量，發現公交站點多的車轍病害相對嚴重，最嚴重的為六里橋北里站，路面車轍深度已經達到了15 cm，對公交車輛行駛的安全性產生影響。

由于三環主路的路面結構歷經多次大修，結構復雜，為進一步明確車轍出現的位置和成因，從內部探究病害，對病害嚴重的外側車道進行了鉆孔取芯，通過對結構芯樣的分析，如圖2、3所示，發現車轍主要發生于中面層，產生的原因分析主要為：

（1）最外側車道重型荷載作用。由于早晚高峰交通量大，擁堵嚴重，公交車位于外側混行車道滿載低速行駛，路面在公交車車輪低速剪切應力作用下，發生變形，車轍明顯。

（2）由于瀝青混合料中面層的高溫穩定性差，造成瀝青混合料在車輛作用下出現側向推移。

4.3 路面補強結構設計

在分析現況交通量、車型組成、設計年限等因素基礎上，結合現況道路承載力、現況道路路面結構、車轍成因等情況綜合確定，對即將施畫公交專用道的最外側車道路面進行有針對性的抗車轍結構設計。其中設計原則為結構-材料一體化分析比選，選用最優設計方案。對不同結構層提出不同的材料指標，進行針對性試驗進行比選：表面層（雙改性SMA-13、單改性SMA-13）、粘結層（橡膠瀝青、乳化瀝青）、材料試驗的重點是分析中面層（瀝青混合料SBS改性、PR改性、RA改性）。

表面層：雙改性SMA-13的高溫穩定性和低溫穩定性能均優于單改性SMA-13，只有水穩定性稍差，綜合實驗分析，雙改性SMA-13綜合路用性能要高于單改性SMA-13。

粘結層：橡膠瀝青是由廢胎膠粉與瀝青組成，它的性能優良，經常作為高等級瀝青路面結構的功能層，具有防水、粘結和應力吸收的作用。與常規乳化瀝青粘結層相比，橡膠瀝青防水粘結層具有密水性好、層間粘結強、防止反射裂縫的優良路用性能。

中面層：從近幾年北京市大修工程的經驗來看，瀝青混凝土中面層中多采用添加SBS改性劑、巖瀝青（RA）改性劑、PR改性劑等提高瀝青路面的抗車轍能力，如圖4所示。

通過材料試驗發現，KAC-20C混合料動穩定度和殘留穩定度、凍融劈裂強度比均符合規范要求[1]，說明所設計的瀝青混合料是合理的。巖瀝青的軟化點很高，其改性的瀝青混合料也將具有良好的高溫穩定性。

巖瀝青自身的軟化點非常高，利用其制造的改性瀝青軟化點也非常高，具有良好的高溫穩定性;含氮量很高，具有較強的抗水損壞能力;巖瀝青性質穩定、耐候性強，將會提高瀝青路面的耐久性，延長道路使用壽命。所以采用巖瀝青（RA）抗車轍劑的瀝青混合料KAC-20C具有非常大的路用性能優勢，可以在實際工程中應用。

結合以上對比結果，選用最優的路面結構組合形式如表1所示：

三環主路（三元橋西-麗澤橋北）道路大修工程于2016年10月完工，同期在最外側車道施畫公交專用道，目前該項目已經運營5年有余，從現況來看，該段三環主路的公交車專用道和公交車站均未出現明顯車轍病害，說明該次公交專用道的結構設計是合理的，對于車轍治理效果顯著，能夠有效降低車轍病害的發生及發展。

5 結語

為提高人民出行的滿意度和幸福感，北京市正逐步形成快速公交通勤走廊網絡，對于既有道路完善公交專用道時與道路大修結合考慮，保證結構的穩定性及耐久性是工程的重點及難點。

該文對北京市現況公交專用道車轍病害原因及處理措施進行總結分析，結合三環主路（三元橋西-麗澤橋北）道路大修工程，對公交專用道等功能性路面抗車轍結構進行專項設計，基于前期路面結構和交通量調查數據，結合三環路交通特性，本著抗車轍結構-材料一體化設計理念，對目前應用較為成熟的面層材料、結構組合等進行整理分析，并對比了各類抗車轍結構的使用效果，最終確定選用雙改性瀝青瑪蹄脂碎石混合料SMA-13（湖瀝青+SBS）+橡膠瀝青防水粘結層+抗車轍瀝青混凝土KAC-20C（+巖瀝青抗車轍劑）的整體結構。同時為明確各類道路材料指標，便于施工過程中的質量控制及驗收，對三環所涉及的全部材料指標進行了規定，實現了有針對性的道路結構設計，保證了項目實施的有效性。從后期的竣工及使用效果來看，公交專用道路面運行情況良好，未出現明顯車轍病害，對國內其他類似城市道路大修工程具有一定的指導與借鑒意義。

參考文獻

[1]公路瀝青路面施工技術規范： JTG F40—2004[S]. 北京：人民交通出版社， 2004.