G15公路大修工程關(guān)鍵設(shè)計(jì)問題探究

周丹，孟慶楠

（1.上海市路政局，上海市200023；2.同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092）

G15公路大修工程關(guān)鍵設(shè)計(jì)問題探究

周丹1，孟慶楠2

（1.上海市路政局，上海市200023；2.同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092）

G15公路大修設(shè)計(jì)以老路路基路面檢測結(jié)果為依據(jù)，結(jié)合累計(jì)軸載次數(shù)的分析，合理確定設(shè)計(jì)彎沉值，制定了滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)留車道路基處理方案。以路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)作為主要參數(shù)針對(duì)性地提出了老路維修方案，并根據(jù)重載車輛多的情況，采用了適用于重載交通的路面結(jié)構(gòu)材料，對(duì)排水設(shè)施進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)合施工方案、自身維交、封交、路網(wǎng)分流等多方面綜合考慮，提出了施工期間交通組織方案，期望為日后類似工程提供參考。

高速公路；結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；累計(jì)軸載次數(shù)；排水設(shè)施；交通組織

0 引言

近年來，隨著我國高速公路網(wǎng)絡(luò)的日益完善，高速公路的建設(shè)步伐也逐步放緩，特別是上海地區(qū)，高速公路的規(guī)劃建設(shè)發(fā)展已經(jīng)開始由建設(shè)期逐步向養(yǎng)護(hù)、維修、改建期進(jìn)行轉(zhuǎn)變。

高速公路的設(shè)計(jì)使用年限一般為15 a，但隨著近年來經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，客貨運(yùn)交通流量的幾何式增長，往往通車5～8 a就達(dá)到原高速公路設(shè)計(jì)15 a所累計(jì)的交通量及軸載次數(shù)。雖然高速公路日常養(yǎng)護(hù)可有效延緩路面使用性能的衰減，但也僅僅局限于道路表面功能性的暫時(shí)性恢復(fù)，難以持久，并且對(duì)于長期以來累積的大面積的結(jié)構(gòu)性、疲勞性損壞則需要依靠大修進(jìn)行“根治”。本文結(jié)合G15公路松浦二橋以南大修工程，對(duì)高速公路大修工程中遇到的重點(diǎn)設(shè)計(jì)問題進(jìn)行探究。

G15公路（嘉金段）北起嘉定區(qū)G1501上海繞城高速公路，南至金山區(qū)S4滬金高速公路西段，全長約65 km。G15公路（嘉金段）是連接江浙兩省的快速通道，也是上海西部多區(qū)之間溝通的一條重要通道，同時(shí)承擔(dān)了市域區(qū)間及江浙兩省過境兩部分交通需求的重任，有效減輕了S20外環(huán)線和G1501郊環(huán)線的交通壓力。G15公路（嘉金段）設(shè)計(jì)車速100 km/h，黃浦江以北為雙向6車道，黃浦江以南為雙向4車道規(guī)模，結(jié)合本次大修工程，將黃浦江以南段一并拓寬為雙向6車道規(guī)模。

1 對(duì)老路檢測結(jié)果的分析

黃浦江以南段于2007年2月底通車，多年使用后路面出現(xiàn)了明顯損壞。

1.1 路表面性能

路表面各項(xiàng)檢測指標(biāo)的評(píng)價(jià)按照上海市地方標(biāo)準(zhǔn)《公路技術(shù)狀況評(píng)定規(guī)程》（DG/T J08-2095—2012）的規(guī)定執(zhí)行，路表性能以PCI、RQI、RDI、SRI等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，見表1。

表1 路表性能檢測結(jié)果%

1.2 路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析

對(duì)于高速公路的路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)，PSSI=100/（1+15.71×e-5.19×SSI），其中SSI即路面設(shè)計(jì)彎沉ld與檢測路段代表彎沉值l0的比值。計(jì)算公式中可以看出，路面設(shè)計(jì)彎沉值ld的確定是影響老路結(jié)構(gòu)強(qiáng)度評(píng)價(jià)結(jié)果的重要參數(shù)，ld的取值應(yīng)結(jié)合交通流量、軸載分析后通過計(jì)算確定。根據(jù)老路的竣工資料，老路的土基頂面回彈模量按30 MPa設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)彎沉為32.1（0.01 mm），反算一個(gè)車道內(nèi)累計(jì)軸載作用次數(shù)Ne約為2.3×106次。根據(jù)交通量統(tǒng)計(jì)結(jié)果，僅2015年一個(gè)車道內(nèi)的平均累計(jì)軸載作用次數(shù)就達(dá)到近1.4×106次，原設(shè)計(jì)彎沉值顯然已無法滿足目前高速公路流量快速增長的要求。

按高速公路瀝青路面設(shè)計(jì)年限15 a計(jì)算，結(jié)合不同路段的交通流量特征進(jìn)行分析計(jì)算，以G1501為界，至2032年，G1501以北一個(gè)車道內(nèi)累積軸載作用次數(shù)約為3.23×107次，對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)彎沉值18.9（0.01 mm）；G1501以南一個(gè)車道內(nèi)累積軸載作用次數(shù)約為2.23×107次，對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)彎沉值20.4（0.01 mm）。考慮到G1501以南金山工業(yè)區(qū)的持續(xù)發(fā)展，貨運(yùn)車輛日益增加，故全線設(shè)計(jì)彎沉統(tǒng)一采用18.9（0.01 mm）。路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢測分析結(jié)果見表2。

表2 路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢測分析結(jié)果%

1#車道的路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度優(yōu)良率高于2#車道，說明重車、慢車對(duì)路面結(jié)構(gòu)的破壞較大。路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度評(píng)價(jià)為“中”及以下的路段有：上行1#車道占53%，下行1#車道占32%，上行2#車道占61%，下行2#車道占53%。評(píng)價(jià)為“中”以下的路段比例，一般的常規(guī)性養(yǎng)護(hù)已難以滿足高速公路的使用要求。

1.3 路況衰變分析

對(duì)于高速公路大修工程，應(yīng)結(jié)合高速公路歷次普檢、年檢等資料，分析路面使用性能的衰變趨勢，進(jìn)而可預(yù)測工程建設(shè)過程中各階段道路性能的大致情況。根據(jù)近年來G15公路的路況數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，在常規(guī)養(yǎng)護(hù)作業(yè)及小修小補(bǔ)的情況下，路面使用性能年均衰減約2%，如圖1所示。

1.4 路基強(qiáng)度

根據(jù)老路竣工圖資料，G15公路（嘉金段）建設(shè)時(shí)老路中分帶內(nèi)路基已按整幅斷面一并填筑完成，按照當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，老路路基頂面回彈模量不小于30 MPa，現(xiàn)狀中分帶內(nèi)填土大部分在0.8～1 m。耕植土以下以灰土為主，厚度在2～4 m，灰土以下基本上為原狀土。上路床范圍的壓實(shí)度平均為92%，路堤范圍內(nèi)平均值為89.7%，均達(dá)不到新建路基壓實(shí)度的要求；填料的CBR平均值為5.1%，也僅能達(dá)到下路床的路基填料要求。

除了路基壓實(shí)度和填料CBR值，路基回彈模量也是一項(xiàng)非常重要的指標(biāo)，但現(xiàn)狀老路中分帶內(nèi)由于種植綠化，無法進(jìn)行檢測。G15公路路基的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與原滬杭高速公路的路基設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相同，路基填筑采用的填料也基本一致，故參照滬杭高速公路的研究成果，對(duì)路基的回彈模量進(jìn)行預(yù)估，對(duì)于低液限的黏土材料，CBR值和壓實(shí)度K值與回彈模量E0的關(guān)系如下：E0=15.775CBR0.464，E0=58.151K10.026。路基頂面回彈模量預(yù)估參考值見表3。

圖1 路況衰變曲線圖

表3 路基頂面回彈模量預(yù)估參考值

不同參數(shù)預(yù)估的路基回彈模量的預(yù)估總平均值恰好約30 MPa，基本符合原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)30 MPa的要求。考慮到路基鉆孔取樣試驗(yàn)點(diǎn)深度均在1 m以下，部分?jǐn)?shù)據(jù)位于下路床范圍內(nèi)，故可能造成中分帶內(nèi)現(xiàn)狀路基頂面回彈模量值略小，所以根據(jù)估算公式基本上認(rèn)為老路路基符合原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。但與現(xiàn)行高等級(jí)公路要求的40 MPa的標(biāo)準(zhǔn)相比仍然偏低，故在設(shè)計(jì)階段需考慮對(duì)中分帶路基進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理。

2 針對(duì)檢測結(jié)果的設(shè)計(jì)方案

2.1 拓寬車道路基處理

對(duì)于本工程拓寬車道的路基處理主要關(guān)注兩個(gè)問題：拓寬車道路基不均勻沉降問題和路基的壓實(shí)度、強(qiáng)度問題。

本工程中分帶內(nèi)拓寬車道的路基在老路建設(shè)時(shí)一并實(shí)施，對(duì)于不均勻沉降問題，從恒載方面來講，由于中分帶路基頂面耕植土的填筑，相當(dāng)于進(jìn)行了多年的欠載預(yù)壓，預(yù)留車道實(shí)施后路基頂面的恒載僅增加約3%，可基本忽略不計(jì)，同時(shí)結(jié)合拼寬后路基車輛附加荷載的影響進(jìn)行了沉降計(jì)算，拓寬部位與老路路基的年均沉降差不足1 mm，基本上無明顯不均勻沉降的發(fā)生。

對(duì)于路基壓實(shí)度和強(qiáng)度問題，由于本次設(shè)計(jì)采用的2004版的路基設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)比原路基采用的1995版路基設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)有較大的提高，同時(shí)根據(jù)路基檢測數(shù)據(jù)及進(jìn)行的一系列預(yù)估處理結(jié)果，現(xiàn)狀路基難以滿足新建車道路基的使用要求，故需對(duì)現(xiàn)狀路基進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理。

本工程預(yù)留車道路基已一并實(shí)施，僅壓實(shí)度、強(qiáng)度略低于現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，從節(jié)省工程造價(jià)、施工工期等因素考慮，同時(shí)參考相關(guān)已實(shí)施的較為成功的工程案例（滬杭松楓段拓寬工程，預(yù)留車道老路基僅采用灰土處理上路床30 cm），本工程設(shè)計(jì)階段采用兩種換填方案進(jìn)行了比較，處理深度均為60 cm，見表4。

表4 路基處理方案對(duì)比表

雖然土壤固化劑處理土方的單價(jià)較高，但考慮到施工期間土方外運(yùn)費(fèi)用、施工期間中分帶內(nèi)凹槽積水、可能出現(xiàn)的揚(yáng)塵等不利影響，設(shè)計(jì)方案推薦采用土壤固化劑的路基處理方案。

2.2 路面設(shè)計(jì)方案

現(xiàn)狀老路面瀝青面層總厚度15 cm（4 cm+5 cm+6 cm）面層+0.6 cm封層+40 cm水穩(wěn)基層+15 cm礫石砂墊層，瀝青面層偏薄。因此為達(dá)到18.9（0.01 mm）的新設(shè)計(jì)彎沉指標(biāo)，無論是新建拓寬車道還是老路大修車道，與原路面結(jié)構(gòu)相比均需加強(qiáng)。

對(duì)于新建拓寬車道的路面結(jié)構(gòu)，采用上海地區(qū)高速公路常用的路面結(jié)構(gòu)：18 cm（4 cm+6 cm+8 cm）瀝青面層+0.8 cm稀漿封層+40 cm水穩(wěn)基層+15 cm級(jí)配碎石。考慮到現(xiàn)狀路面病害中反射裂縫較多，故在新建水穩(wěn)頂面、稀漿封層下面鋪設(shè)一層聚酯玻纖布以加強(qiáng)防反。

對(duì)于大修的路面，以《公路路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（DB31/T 489—2010）中的公路瀝青路面維修對(duì)策樹為指導(dǎo)，并以PSSI強(qiáng)度作為是否翻挖新建老路路面結(jié)構(gòu)的控制指標(biāo)（見表5）。

表5 不同PSSI等級(jí)對(duì)應(yīng)的臨界彎沉值

考慮到代表彎沉值通常為一個(gè)路段的評(píng)價(jià)結(jié)果，具有一定的籠統(tǒng)性，故本次設(shè)計(jì)采用單點(diǎn)彎沉值作為路段維修的依據(jù)。對(duì)彎沉值小于18.9的路段，認(rèn)為該路段路面結(jié)構(gòu)使用狀況良好，無須進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，僅根據(jù)縱斷面設(shè)計(jì)成果進(jìn)行銑刨加罩即可；對(duì)彎沉值大于18.9且不大于31.04的路段，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)的檢測數(shù)據(jù)，采用地聚合物注漿補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì)方案；對(duì)彎沉值大于31.04的路段采用基層翻挖新建的處理方案，基層原則上仍以水穩(wěn)為主，并以40 m作為最短水穩(wěn)翻建施工段落。大修路段的路面結(jié)構(gòu)按至少與拓寬車道結(jié)構(gòu)厚度相同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制，一般來講，受老路沉降及縱斷面拉坡控制，大修車道的路面結(jié)構(gòu)要厚于拓寬新建車道。

對(duì)于面層材料來說，考慮到重載貨車較多，對(duì)表面層采用了重載交通專用改性瀝青的SM A-13，中面層AC-20摻加了抗車轍劑，同時(shí)考慮到本工程的銑刨舊料較多，故下面層采用AC-25C廠拌熱再生以加強(qiáng)舊料的回收利用。

2.3 排水設(shè)施優(yōu)化

公路路基路面病害多數(shù)是水損壞，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的排水問題主要為現(xiàn)狀縫隙式排水槽堵塞造成的超高段中分帶內(nèi)側(cè)積水，硬路肩外側(cè)淺溝緣石沉降和損壞導(dǎo)致排水不暢、路基邊坡受到?jīng)_刷、路基邊坡外側(cè)邊溝阻塞等。針對(duì)這些問題，結(jié)合后期的養(yǎng)護(hù)需求，將超高段中分帶內(nèi)側(cè)縫隙式排水槽改為蓋板邊溝，同時(shí)超高段中分帶每隔30 m設(shè)置一處過水口；拓寬車道后3 m中分帶內(nèi)兩邊各設(shè)置80 cm寬檢修通道，便于養(yǎng)護(hù)人員通行的同時(shí)減小中分帶的受水面積，同時(shí)拓寬車道路基處理時(shí)，鋪設(shè)防滲土工布，防止水分滲入車行道路基內(nèi)。硬路肩外側(cè)淺溝緣石調(diào)整為平石，采用排水能力更強(qiáng)的漫流排水方式，并在全線采用拱形護(hù)坡以減少水流對(duì)邊坡的沖刷，同時(shí)對(duì)邊溝進(jìn)行修復(fù)和清理。

3 施工期間交通組織

G15公路的交通較為繁重，在施工期間需維持雙向四車道的通行規(guī)模。設(shè)計(jì)提出兩種施工組織方案，從施工和安全角度綜合考慮，以方案2作為主要實(shí)施方案。

方案1：先中間后兩邊的施工方案。車輛有沖入施工作業(yè)區(qū)的危險(xiǎn)，分期施工會(huì)導(dǎo)致路面存在明顯的縱縫，夜間對(duì)向車輛眩光影響較小，如圖2所示。

圖2 方案1施工圍封示意圖

方案2：半幅完全封閉施工的方案。該方案需在現(xiàn)狀中分帶拓寬車道位置先設(shè)置臨時(shí)交通便道，以實(shí)現(xiàn)雙向4車道的通行規(guī)模，該方案對(duì)于施工安全有較好的保障，施工與行車互不干擾，但對(duì)向車輛夜間行駛有一定的眩光問題，需采取防眩措施并加強(qiáng)管理，如圖3所示。

G15公路黃浦江以南段的平行分流道路主要有南北向的亭衛(wèi)公路（G320，雙向2車道，距離約1.2 km）、松衛(wèi)南路（S124，雙向4車道，距離約4.8 km）以及新衛(wèi)高速（雙向4車道，距離約12.5 km）等，東西向連接道路主要有葉新公路（S324，雙向2車道）、G1501繞城高速（雙向4車道）、金山工業(yè)區(qū)大道（雙向4車道）以及S4滬金高速（雙向4車道），以上道路的路況總體上來看也相對(duì)較好。

根據(jù)路網(wǎng)流量監(jiān)測情況，在白天大部分時(shí)間內(nèi)，G15公路黃浦江以南段以及沿線各路網(wǎng)基本處于暢通（局部路段緩行）的狀態(tài)，可以說完全具備G15主線交通分流的條件，能夠?yàn)榉至鬈囕v提供較高的服務(wù)水平，同時(shí)G15也具備自身維交施工的條件，如圖4所示。

圖3 方案2施工圍封示意圖

圖4 G15公路周邊路網(wǎng)分流道路

4 結(jié)語

本文結(jié)合G15公路黃浦江以南大修工程的實(shí)例，對(duì)大修工程設(shè)計(jì)階段需要重點(diǎn)關(guān)注的幾個(gè)方面予以詳述。

（1）老路檢測結(jié)果分析是大修項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案的重要依據(jù)，而老路PSSI的評(píng)價(jià)又是重中之重，需謹(jǐn)慎分析累計(jì)軸載次數(shù)與設(shè)計(jì)彎沉值，避免出現(xiàn)對(duì)路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度評(píng)價(jià)過高或過低的情況，以便合理制定工程維修方案。

（2）由于施工階段與工可研究階段時(shí)間跨度可能較長，施工時(shí)的路況要遠(yuǎn)差于工可階段，為避免出現(xiàn)工可估算不足的情況，建議對(duì)大中修類工程結(jié)合歷年來路況衰變曲線，評(píng)估衰減速率，并以此為依據(jù)對(duì)估算維修工程量進(jìn)行適當(dāng)拋高。

（3）上海地區(qū)在早期高速公路建設(shè)時(shí)，常采用預(yù)留車道的做法，本文對(duì)預(yù)留車道的拓寬處理方案可為后續(xù)類似工程的設(shè)計(jì)提供參考。

（4）水是影響道路使用性能的重要因素，設(shè)計(jì)時(shí)必須重點(diǎn)關(guān)注排水設(shè)計(jì)，增強(qiáng)排水通道的泄水能力，同時(shí)應(yīng)考慮日后養(yǎng)護(hù)的便捷性。

（5）施工期間交通組織是高速公路大修工程的一個(gè)重要工作，甚至?xí)绊懙秸麄€(gè)工程的維修方案合理性，應(yīng)結(jié)合施工方案、自身維交、封交、路網(wǎng)分流等多方面綜合考慮，確保施工期間的保通保暢。

[1] 張奎鴻，李俊，王士林.上海地區(qū)常用路堤材料CBR值研究[J].華東公路，1999（5）：62-66.

[2] JTG D50—2006，公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] DG/T J08-2095—2012，公路技術(shù)狀況評(píng)定規(guī)程[S].

[4] DG/T J08-2191—2015，公路大中修工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

U412.36

B

1009-7716（2017）11-0042-04

2017-07-10

周丹（1983-），男，四川宜賓人，工程師，從事道路基礎(chǔ)設(shè)施管理工作。

10.16799/j.cnki.csdqyf h.2017.11.012