城市道路瀝青路面改造設(shè)計(jì)研究
——以西寧市新寧路改造項(xiàng)目為例

田旺龍

[上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）第十市政設(shè)計(jì)院有限公司，甘肅 蘭州 730000]

0 引 言

隨著我國城鎮(zhèn)化水平的提高，未來城市的建設(shè)不再追求規(guī)模擴(kuò)張，而是進(jìn)入“精細(xì)化、品質(zhì)化”的管理時代；城市道路的發(fā)展趨勢也由最初新建轉(zhuǎn)向?qū)ΜF(xiàn)有道路的改造提升。目前，我國許多城市老城區(qū)的瀝青路面普遍存在早期設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，建設(shè)年代久遠(yuǎn)，地下管網(wǎng)老舊、管道滲漏，路面平整度差，病害多等突出問題。路面累計(jì)當(dāng)量軸次已超過原設(shè)計(jì)值，使用年限遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)年限?，F(xiàn)狀瀝青路面已無法滿足城市日益增長的交通需求和市民的使用要求。對現(xiàn)有城市道路瀝青路面進(jìn)行改造提升，不僅能解決城市交通需求問題，滿足市民的使用要求，也有助于推進(jìn)落實(shí)國家的城市更新行動計(jì)劃。

本文分析了城市道路瀝青路面病害類型、破壞機(jī)理及處治措施，并通過工程實(shí)例驗(yàn)證了改造方案的可行性。

1 瀝青路面病害類型及破壞機(jī)理

所謂瀝青路面病害是指路面建成通車后，在交通荷載和環(huán)境溫度及其耦合作用下，路面出現(xiàn)的破損、變形及其他各類缺陷的總稱。瀝青路面常見的病害類型通常可分為裂縫類、泛油類、變形類、松散類。

1.1 裂縫類病害及破壞機(jī)理

城市道路瀝青路面裂縫形式包括線裂、網(wǎng)裂、龜裂等[1]。根據(jù)其成因可分為溫度型、荷載型和沉降型裂縫。

溫度型裂縫包含溫縮裂縫和溫度疲勞裂縫。溫縮裂縫是指因周圍環(huán)境溫度驟降，瀝青路面面層收縮產(chǎn)生的溫度應(yīng)力超過瀝青混合料極限抗拉強(qiáng)度而引起的面層開裂（見圖1）。溫縮裂縫常與行車方向垂直且間距均勻。溫度疲勞裂縫是指瀝青路面長期暴露在外界環(huán)境中，在巨大的溫差作用下使瀝青混合料產(chǎn)生疲勞破壞而出現(xiàn)的路面開裂。

圖1 溫縮裂縫形成機(jī)理

荷載型裂縫是指瀝青路面在其上部各類交通工具的長期荷載作用下，路面基層混合料抗拉強(qiáng)度小于上部荷載的抗壓強(qiáng)度，出現(xiàn)疲勞破壞而使基層層底斷裂，斷裂位置裂縫逐步向上延伸至面層的裂縫（見圖2）。

圖2 荷載型裂縫形成機(jī)理

沉降型裂縫是指城市道路在施工過程中因路基壓實(shí)度不足，半填半挖路基的填方路段沉降，地下管網(wǎng)上部、橋涵臺背端部無法使用大型機(jī)械壓實(shí)等引起地基產(chǎn)生不均勻沉降而出現(xiàn)的路面裂縫，主要包含縱、橫向兩類裂縫（見圖3）。

圖3 沉降型橫向裂縫形成機(jī)理

1.2 泛油類病害及破壞機(jī)理

泛油是指瀝青路面在環(huán)境溫度（尤其是夏季高溫）和行車荷載及其耦合作用下，面層瀝青混合料中瀝青膨脹、變稀，從下面層向上面層遷移，使上面層瀝青含量增多，下面層瀝青含量變少的現(xiàn)象（見圖4）。瀝青遷移引起面層不同位置空隙率發(fā)生變化。其中，上面層因?yàn)r青遷移富集，使其空隙率變??；下面層因?yàn)r青流失貧集，空隙率增大，下面層空隙中出現(xiàn)負(fù)壓，在上部汽車荷載作用下路表水極易進(jìn)入下面層空隙中引起路面出現(xiàn)水損壞。

圖4 泛油類病害破壞機(jī)理

1.3 變形類病害及破壞機(jī)理

瀝青路面變形類病害有車轍、波浪、擁包、沉陷、翻漿[1]等。變形類病害主要是瀝青混合料熱穩(wěn)定性差引起的，對路面使用性能及交通安全影響巨大。

車轍是指瀝青路面在環(huán)境溫度（尤其是夏季高溫）和超、重載車輛荷載及它們的長期耦合作用下，路面凹于正常路面而出現(xiàn)的不可逆的豎向變形（見圖5）。引起車轍的因素眾多，如高溫，超、重載車輛長期荷載作用，瀝青混合料油石比過大，路表水侵蝕，磨損等。從筑路材料分析，車轍是在高溫季節(jié)，瀝青路面在其上部超、重載交通車輛的擠壓下，瀝青混合料抗拉強(qiáng)度低于車輛剪切應(yīng)力而出現(xiàn)的集料與瀝青位置的重新分布。

圖5 車轍類病害圖

1.4 松散類病害及破壞機(jī)理

瀝青路面松散是指瀝青混合料中集料與瀝青之間的黏結(jié)力降低，集料之間相互黏結(jié)作用減弱或喪失，集料顆粒脫落的現(xiàn)象（見圖6）。松散類病害有剝落、坑槽、啃邊[1]等，路面松散會縮短其使用年限，易引起行車顛簸及交通事故。

圖6 松散類病害圖

導(dǎo)致路面松散的因素眾多，集料顆粒脫落是根本。另外，集料含泥量超標(biāo)，高溫引起的瀝青老化，施工工藝不嚴(yán)，路面壓實(shí)度不足，路表水損壞，超、重載車輛破壞等也是主要影響因素。

2 瀝青路面改造設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

城市道路瀝青路面改造設(shè)計(jì)影響因素多，既要考慮項(xiàng)目實(shí)施后對現(xiàn)有交通的干擾，對沿線景觀環(huán)境的破壞，對附近居民正常生活的影響等，也需考慮工程開挖后錯綜復(fù)雜的地下管網(wǎng)對項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度的延誤及施工期間的交通組織等問題。應(yīng)根據(jù)每條道路的病害類型制定安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的改造方案。堅(jiān)持以人為本的改造原則，有效利用舊路材料，提出“一路一方案”，切忌盲目搬抄它路改造方案。根據(jù)病害特征及破損程度，瀝青路面改造設(shè)計(jì)中常用的病害處治措施有功能性罩面和結(jié)構(gòu)性補(bǔ)強(qiáng)[2]兩類。

功能性罩面是指在路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足使用要求的瀝青路面上加鋪瀝青面層，以改善舊路面使用性能。對減少路面裂縫，提高路面平整度和舒適性，增強(qiáng)路面抗滑性能，阻止路表水下滲等具有重要意義。功能性罩面厚度一般小于60 mm，是一種對現(xiàn)狀瀝青路面淺層病害的處治措施。

結(jié)構(gòu)性補(bǔ)強(qiáng)是指對病害嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不滿足使用要求而影響正常使用的舊瀝青路面挖除面層和基層，換填強(qiáng)度更高的半剛性基層或僅銑刨面層對舊路基層進(jìn)行壓漿處理的工程措施。結(jié)構(gòu)性補(bǔ)強(qiáng)是一種對現(xiàn)有路面深層病害的處治措施，應(yīng)根據(jù)路面病害類型及病害的出現(xiàn)層位、舊路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等計(jì)算確定補(bǔ)強(qiáng)厚度，一般采用的補(bǔ)強(qiáng)厚度不小于60 mm，由2 層或2 層以上路面結(jié)構(gòu)組合而成的結(jié)構(gòu)層，包含直接加鋪補(bǔ)強(qiáng)和銑刨加鋪補(bǔ)強(qiáng)兩類。城市道路加鋪補(bǔ)強(qiáng)層時需處理好與沿線現(xiàn)有建、構(gòu)筑物標(biāo)高的銜接問題，同時道路兩側(cè)不得有積水現(xiàn)象。常見的城市道路瀝青路面的病害類型及處治措施見表1[1-3]。

表1 瀝青路面病害類型及處治措施表

3 工程案例分析

3.1 項(xiàng)目概況

為響應(yīng)國家城市更新行動計(jì)劃，2021 年西寧市對全市舊路面進(jìn)行改造提升。改造道路新寧路現(xiàn)狀為瀝青路面，道路南起昆侖西路，北至勝利路，全長1.5 km，紅線60 m，主干路，設(shè)計(jì)時速50 km/h，雙向6 車道。

新寧路地理位置示意圖見圖7。

圖7 新寧路地理位置示意圖

該道路修建于1975 年，于2001 年進(jìn)行改建，截至2021 年路面已超過設(shè)計(jì)使用年限?，F(xiàn)狀路面平整度差、病害多（見圖8）。

圖8 現(xiàn)狀道路病害圖

3.2 瀝青路面使用狀況調(diào)查及評價

現(xiàn)狀路面結(jié)構(gòu)：5 cm 中粒式瀝青混凝土（AC-16）+7 cm 粗粒式瀝青混凝土（AC-25）+20 cm 5%水泥穩(wěn)定砂礫+68 cm 砂礫墊層，總厚100 cm。

現(xiàn)狀新寧路年平均日交通量為15 000 pcu/d，交通量等級為重交通，除五四大街交叉口和勝利路交叉口早晚高峰期間交通擁堵嚴(yán)重外，其余路口及路段交通服務(wù)水平良好。改造設(shè)計(jì)前對現(xiàn)有路面損壞調(diào)查主要分為：裂縫類（線裂、網(wǎng)裂、龜裂）、變形類（擁包、車轍、沉陷、翻漿）、松散類（剝落、坑槽、啃邊）、其他類（路框差、唧漿、泛油）[4]。根據(jù)現(xiàn)狀瀝青路面各類病害面積和密度，加權(quán)計(jì)算得到路面狀況指數(shù)PCI 值。新寧路路面調(diào)查評價指標(biāo)包括：路面行駛質(zhì)量指數(shù)（RQI）、路面狀況指數(shù)（PCI）、路面回彈彎沉值、抗滑系數(shù)（BPN、TD 或SFC）和路面綜合評價指數(shù)（PQI）[1]。

新寧路路面調(diào)查評價表見表2。

3.3 瀝青路面改造方案設(shè)計(jì)

根據(jù)路面調(diào)查評價結(jié)果，新寧路現(xiàn)狀年平均日交通量為15 000 pcu/d，屬重交通等級，路面回彈彎沉代表值為60～90/(0.01 mm)，其他各類評價指標(biāo)的評價等級為D 級。根據(jù)上述調(diào)查數(shù)據(jù)并結(jié)合相關(guān)規(guī)范，可知新寧路路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等級為不足。表明道路承載力不足，應(yīng)進(jìn)行大修或改擴(kuò)建。新寧路改造設(shè)計(jì)采用挖除新建的改造方案。具體改造內(nèi)容如下：

（1）道路平面線位、縱斷面、橫斷面型式均與現(xiàn)狀保持一致。

（2）對五四大街交叉口和勝利路交叉口進(jìn)口道進(jìn)行渠化展寬設(shè)計(jì)，以提高交叉口通行能力（見圖9）。

圖9 新寧路與五四大街、勝利路交叉口渠化設(shè)計(jì)圖

（3）舊路面采用挖除新建并進(jìn)行路基處理的改造方案，以確保路基的抗變形能力和整體穩(wěn)定性。其中昆侖西路- 五四大街段路基土為Ⅲ級（嚴(yán)重）自重濕陷性黃土，路槽以下?lián)Q填200 cm 8%石灰土；五四大街- 勝利路段路基土為Ⅱ級(中等)自重濕陷性黃土，路槽以下?lián)Q填150 cm 8%石灰土，分層壓實(shí)回填。

（4）現(xiàn)狀公交?？空韭访娌『^多，對沿線3 處港灣式和4 處占路式公交站點(diǎn)處路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行原位加固處理。

（5）改造路面結(jié)構(gòu)墊層與基層應(yīng)具有較高的強(qiáng)度、水穩(wěn)定性、較小的溫縮和干縮變形、較強(qiáng)的抗沖刷能力及應(yīng)力擴(kuò)散能力。瀝青面層應(yīng)具有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、抗車轍、抗裂、抗疲勞、平整、抗滑、耐磨等特性[5]。新寧路路面設(shè)計(jì)參數(shù)見表3。

表3 新寧路路面設(shè)計(jì)參數(shù)表

新寧路改造路面結(jié)構(gòu)圖見圖10。其中，公交車站處路面結(jié)構(gòu)需結(jié)合《西寧市港灣式公交停靠站建設(shè)指導(dǎo)意見》進(jìn)行加固處理，將上基層調(diào)整為22 cm C25 水泥混凝土（配連續(xù)鋼筋網(wǎng)片φ10），其余結(jié)構(gòu)層與標(biāo)準(zhǔn)路段車行道路面結(jié)構(gòu)層保持一致。

圖10 新寧路改造路面結(jié)構(gòu)圖

（6）對現(xiàn)有綠化帶、路緣石、無障礙及交安設(shè)施進(jìn)行更新改造。

4 結(jié) 語

（1）研究了城市道路瀝青路面的常見病害類型及破壞機(jī)理，分析了瀝青路面改造設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并結(jié)合工程實(shí)例闡述了城市瀝青路面改造設(shè)計(jì)內(nèi)容及流程。最后提出了安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的改造方案。

（2）新寧路改擴(kuò)建后通車1 年多，目前路面運(yùn)行狀況良好，無病害。

（3）該方案對提高瀝青路面使用性能及使用壽命具有重要意義，可對以后類似改造項(xiàng)目提供借鑒。