市政道路改擴(kuò)建路基路面設(shè)計優(yōu)化研究

江海濤

(廣東省建筑設(shè)計研究院有限公司，廣東 廣州 510010)

1 引 言

市政道路的發(fā)展與便捷，極大程度地促進(jìn)了城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，同時經(jīng)濟(jì)的發(fā)展又對道路提出了更高的要求。因此，首先最早一批的道路很多現(xiàn)已接近設(shè)計使用年限，需要進(jìn)行改建擴(kuò)建或重建；其次，有相當(dāng)大一批早期建設(shè)的道路，雖然沒有到達(dá)設(shè)計使用年限，但限于當(dāng)時的經(jīng)濟(jì)條件和技術(shù)水平，以及現(xiàn)如今的經(jīng)濟(jì)水平和車輛條件，已難以滿足當(dāng)下的行車需求，需要進(jìn)行改建擴(kuò)建；最后，因?yàn)槠渌恍┮蛩兀绲缆窊p傷、考慮生態(tài)環(huán)境、社會影響等，也有相當(dāng)一批數(shù)量的道路需要改建擴(kuò)建，圖1為某城市道路病害示意圖。總之，道路改擴(kuò)建儼然已是當(dāng)下道路發(fā)展的必然趨勢與迫切需要研究的問題。

圖1 城市道路病害圖

2 道路改擴(kuò)建現(xiàn)狀分析

2.1 道路改擴(kuò)建研究現(xiàn)狀

我國道路改擴(kuò)建的研究主要集中在以下幾個方面：首先是概括建道路路基設(shè)計問題的研究，主要集中在路基開裂的分析、新舊路基沉降差異與穩(wěn)定性的研究、路基病害因素的分析、等。其次是道路改擴(kuò)建路面結(jié)構(gòu)的研究，包括路面病害分析、不同拼接寬度下路面的力學(xué)性能分析、新老路面的搭接問題研究、路面加鋪瀝青面層的研究等。最后是道路改擴(kuò)建中各種施工技術(shù)的研究，主要介紹了當(dāng)前路基加固的各種工程方法、道路拓寬改造的經(jīng)驗(yàn)和常用方法、路面瀝青加鋪工程的各種新技術(shù)與施工方法等。綜上所述，道路改擴(kuò)建的重點(diǎn)與難點(diǎn)，集中在路基路面的設(shè)計與施工上。關(guān)于改擴(kuò)建道路的路基路面研究雖然豐富，但都研究方向都較為單一，關(guān)于改擴(kuò)建道路路基路面的設(shè)計優(yōu)化較少。故本文重點(diǎn)分析改擴(kuò)建道路路基路面的優(yōu)化設(shè)計，以期為改擴(kuò)建道路的設(shè)計與建設(shè)提供參考與依據(jù)。

2.2 道路改擴(kuò)建中關(guān)鍵問題分析

道路“改建”工程主要是指對原有道路等級的提升或改變原道路的使用功能；道路“擴(kuò)建”工程主要是指在保留道路原有功能的基礎(chǔ)上，通過改變道路的幾何形狀或規(guī)模尺寸而擴(kuò)展道路交通量。在道路改擴(kuò)建項目中，具體的改擴(kuò)建主要內(nèi)容包括線形的調(diào)整與路基路面的加寬兩類。道路線形的調(diào)整擴(kuò)建主要指對道路線形指標(biāo)的調(diào)整更改，以滿足新的設(shè)計目標(biāo)的需求；路基路面的改擴(kuò)建，一般指加大加寬路基路面尺寸，以滿足增長的交通運(yùn)輸目標(biāo)。從這兩個內(nèi)容分析，道路改擴(kuò)建中的關(guān)鍵問題有。

(1)改擴(kuò)建道路的線形設(shè)計。道路路線線形設(shè)計的重點(diǎn)在于設(shè)計指標(biāo)的選擇與調(diào)整，指標(biāo)參數(shù)的選定基于道路設(shè)計速度，道路設(shè)計速度取決于道路設(shè)計等級。基于原有道路工程及周邊環(huán)境的約束，改擴(kuò)建道路等級不宜發(fā)生跨越性改變，宜在原道路設(shè)計等級基礎(chǔ)上適當(dāng)提高。同理，道路改擴(kuò)建一般采用原設(shè)計速度，但由于各種因素影響時，不排除對設(shè)計速度進(jìn)行調(diào)整，需具體情況具體分析，且不宜高于提高道路等級對應(yīng)的設(shè)計速度。

(2)路基路面設(shè)計。首先應(yīng)進(jìn)行路基路面調(diào)查與評價，其次進(jìn)行改擴(kuò)建路基路面設(shè)計。改擴(kuò)建路面設(shè)計包括拼寬新建路面、既有路面利用標(biāo)注及處治、路面拼接、再生利用和路面結(jié)構(gòu)防排水設(shè)計五個部分，應(yīng)重視各部分的相互協(xié)調(diào)。

(3)交通量增長及預(yù)測。城市道路在設(shè)計與改造時往往忽略其交通量的最終影響，但交通量的增長又總是舊道路改擴(kuò)建的關(guān)鍵因素。參考各道路改擴(kuò)建工程項目，建議改擴(kuò)建道路要限制其設(shè)計最小交通量，設(shè)計交通量應(yīng)按20年預(yù)測，起算年為該項目工程可行性研究報告中的計劃通車年。設(shè)計小時交通量不應(yīng)小于年第30位小時交通量。

(4)改擴(kuò)建道路的性能評價。道路的評價是道路改擴(kuò)建優(yōu)化的基礎(chǔ)，李昆侖等結(jié)合城市道路的景觀特點(diǎn)提出了其評價指標(biāo)體系[1]；李海軍等運(yùn)用灰色系統(tǒng)理論建立了宏觀道路交通安全灰色評價方法[2]；馮樹民等選擇了3個評價指標(biāo)對比分析路網(wǎng)形式的優(yōu)劣[3]。關(guān)于道路評價的研究各方各面，雖然研究豐富，但缺乏一個系統(tǒng)的評價體系，有待進(jìn)一步的研究。

(5)考慮改擴(kuò)建道路與自然生態(tài)環(huán)境和社會人文的相協(xié)調(diào)。遵循保護(hù)環(huán)境、保護(hù)沿線文物、節(jié)約資源、結(jié)合當(dāng)?shù)厝松缈莆幕脑瓌t，力求將道路打造成為體現(xiàn)本土特色，反映時代氣息的城市新景觀。

3 改擴(kuò)建道路路基路面優(yōu)化設(shè)計

3.1 工程概況

岡州大道路面改造工程位于廣東省江門市新會區(qū)內(nèi)，線位大致呈東西走向，西起西門路，東至五邑路(江咀橋)，路線長度約為7.566 km。路基寬度為26～60 m，均為舊路改造工程。

建設(shè)內(nèi)容包括加鋪瀝青混凝土路面、拓寬部分路段車行道、改造人行道、改造排水管、重設(shè)交通標(biāo)線等。道路路線設(shè)計應(yīng)以地質(zhì)資料、工程造價、地方政策要求為設(shè)計依據(jù)，考慮自然環(huán)境和人文因素等進(jìn)行道路路線方案的比選與技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，合理設(shè)計道路路線。圖2為岡州大道工程總體平面圖。

基于岡州大道的地理優(yōu)勢，圖3為岡州大道地理位置示意圖。本項目建設(shè)的意義重大：是大灣區(qū)建設(shè)戰(zhàn)略性需要；是實(shí)現(xiàn)江門市總體發(fā)展戰(zhàn)略的需要；是加快江門市經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要；是適應(yīng)交通量迅速增長的需要；是推進(jìn)江門市旅游事業(yè)發(fā)展的需要；對于提升城市品質(zhì)、彰顯城市魅力具有積極的推動作用。

圖2 總體平面圖

圖3 岡州大道地理位置圖

3.2 設(shè)計要點(diǎn)分析

(1)改擴(kuò)建道路線形設(shè)計

依照本文2.2節(jié)改擴(kuò)建道路的線形設(shè)計分析中的關(guān)鍵指標(biāo)，改擴(kuò)建道路設(shè)計速度選定為60 km/h，道路線形結(jié)合沿線地形、地物進(jìn)行布設(shè)，減少征地拆遷，減少工程造價，同時方便土地利用。同時對現(xiàn)有公交線路進(jìn)行重新梳理，合理調(diào)整公交車站布置。

縱斷面設(shè)計充分利用自然地形，在遵循照豎向規(guī)劃設(shè)計的基礎(chǔ)上，合理設(shè)計道路縱坡。本工程為舊路改造工程，舊路范圍需加鋪瀝青面層，道路標(biāo)高應(yīng)在滿足最小加鋪厚度的前提下，盡可能地接近現(xiàn)狀道路設(shè)計高程，以減少舊路路面加鋪工程量，節(jié)約工程造價。

橫斷面設(shè)計：按規(guī)劃要求并結(jié)合交通量需求設(shè)置車道數(shù)及行車道寬度。本工程均為舊路改造工程，屬城市主干路，其中西門路至南安路段為雙向四車道，其余路段均為雙向6車道主車道+雙向輔道(輔道為非機(jī)動車道及摩托車道)。

(2)改擴(kuò)建道路的路基路面設(shè)計

路基路面調(diào)查分析：本工程原部分路段人行道鋪裝缺失，既有人行道及側(cè)石檔次材料雜亂，陳舊并損壞較為嚴(yán)重，需要升級替換。地下排水設(shè)施陳舊、部分路段堵塞，部分路段缺失，需要更換維修部分地方重新設(shè)計。道路車行道經(jīng)過多年的車輛行駛，已出現(xiàn)不同程度的病害，產(chǎn)生了一些路面裂縫。水泥混凝土路面開裂、破損率占15%，本工程擬采用加固混凝土板及加鋪瀝青面層對其進(jìn)行處理。路段軟土分布廣泛，經(jīng)過多年使用，人行道部分地段已有不均勻沉降、道磚不平整、松散等現(xiàn)狀，需對軟基進(jìn)行專門處理，且項目范圍內(nèi)地上地下現(xiàn)狀管線多，埋置深度深淺不一。

一般路基宜采用拼寬的形式加寬，特殊情況可采用分離增建的形式加寬，本工程采用拼寬的形式加寬，需新建路基、改造和利用舊路基等。路床拼接部位應(yīng)增強(qiáng)補(bǔ)壓，保證拼接密實(shí)；受既有路基滲水等影響導(dǎo)致強(qiáng)度不足時，可采用換填、摻灰改良或排水等措施進(jìn)行處理。路基填料在符合現(xiàn)行規(guī)范的要求下，宜采用與既有路基填料性質(zhì)相似或更有利于拼接的材料。考慮軟土地質(zhì)影響，應(yīng)在對既有道路沉降與穩(wěn)定狀況作充分調(diào)查和評價的基礎(chǔ)上，根據(jù)沉降協(xié)調(diào)并滿足穩(wěn)定性的原則進(jìn)行拼寬路段軟基處理設(shè)計。對于兩側(cè)拼寬，當(dāng)?shù)刭|(zhì)變化大時宜分幅進(jìn)行軟基處理設(shè)計。

既有路面結(jié)構(gòu)是瀝青路面，改擴(kuò)建道路路面仍應(yīng)選擇瀝青路面。路面結(jié)構(gòu)選擇盡量與既有路面一致，且要以保證路面的耐久性為基本目標(biāo)。既有路面處治設(shè)計應(yīng)消除既有路面結(jié)構(gòu)病害，恢復(fù)路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，改善其使用性能。路面防水排水設(shè)計，遵循“以防為主、以排為輔”的原則。

(3)改擴(kuò)建道路的路基路面設(shè)計優(yōu)化方法

在一般設(shè)計的基礎(chǔ)上，路基路面的優(yōu)化設(shè)計可以從以下幾個方面方面展開：

①改擴(kuò)建路基的沉降驗(yàn)算。本工程利用Abaqus有限元分析軟件，計算需要的參數(shù)容重、粘聚力、摩擦角、孔隙比、回彈系數(shù)等參考地質(zhì)資料選取，計算設(shè)計后路基沉降量，分析比較計算結(jié)果與《城市道路工程設(shè)計規(guī)范》[4]等規(guī)范的要求是否富余及富余情況，然后以沉降量為控制參數(shù)，定量地優(yōu)化原設(shè)計方案。

②改擴(kuò)建路面的力學(xué)性能分析。計算設(shè)計后路面的承載力與變形，比較計算結(jié)果與規(guī)范的要求是否富余及富余情況，然后以承載力為控制參數(shù)，定量地優(yōu)化原設(shè)計方案。計算發(fā)現(xiàn)，新舊路面橫向拼接時，面層銜接位置應(yīng)力最大；新舊路面縱向拼接時，裂縫區(qū)域的應(yīng)力值較大。建議路面拼接位置應(yīng)盡量避開荷載作用最大位置或者采取相應(yīng)的加強(qiáng)措施。

③根據(jù)本文2.2節(jié)改擴(kuò)建道路的性能評價，評價路基、路面道路技術(shù)狀況。選取對應(yīng)指標(biāo)，分配權(quán)重系數(shù)，賦設(shè)分值，變權(quán)綜合對路基路面進(jìn)行評價，根據(jù)評價結(jié)果定量地優(yōu)化原設(shè)計方案。

4 結(jié) 語

道路改擴(kuò)建在我國道路事業(yè)中占據(jù)并將長期占據(jù)重要地位，研究改擴(kuò)建道路路基路面的優(yōu)化設(shè)計方法，提高改擴(kuò)建道路設(shè)計的安全與質(zhì)量，提高道路的使用價值和社會服務(wù)價值，是十分有意義的。本文通過控制路基沉降、路面力學(xué)性能以及路基路面技術(shù)狀況評價，優(yōu)化道路路基路面設(shè)計，為改擴(kuò)建道路工程提供參考。