市政道路改擴建工程路面結構施工研究

摘要：文章闡述了對老舊路面結構進行改擴建施工的必要性，分析了路面改擴建施工中的主要項目和施工要點，并以桂林市七星路部分路段的改擴建施工計劃為例，探討了路面結構的彈性模量變化對應力及彎沉的具體影響。

關鍵詞：市政道路;改擴建;路面;施工

0 引言

市政道路的路面多為柔性瀝青路面或水泥混凝土路面，在長期反復的車輛載荷作用下，加之日常的養護和維修不及時，會產生不同程度的病害，如路面裂縫、結構失穩等，給車輛通行的安全帶來潛在威脅。另外，市政道路多數路段為早年興建，擁堵是較為常見的問題，過去的車流量設計方案已無法滿足當前日益增加的交通運力的需求。為此，對車輛擁堵或存在結構問題的部分路段進行改擴建施工十分必要。

1 老舊路面結構改擴建施工的必要性

1.1 老舊路面結構問題

市政道路在改擴建施工前應對原老舊路面的結構進行詳細分析，對路面的結構質量應客觀、正確地做出評估，對路面結構的優缺點以及病害等進行綜合論證，對容易引發擁堵和交通事故的路段應進行準確勘測。以當前現有施工條件下的相關數據，結合路面結構的原始施工方案，充分考慮改擴建工程中可能存在的施工風險和其他安全隱患，及時做好安全性評價和改擴建施工方案可行性評估等工作，確保施工現場附近交通的安全。

1.2 道路暢通性和安全性問題

對于老舊路段和彎道較多的路段而言，事故的發生率較高，而且路面標高差異可能會十分明顯，在改擴建施工中應充分關注，包括一些深坑填挖的路段。市政道路改擴建工程一般周期較長，加之日常通行的車輛較多、車輛載荷較大，使得路面結構所面臨的壓力持續上升，此時改擴建路面施工中會暴露出很多問題，多數問題與市政道路的裂縫或裂痕相關。另外，市政道路周邊設施也存在相應的老化問題，對于出現問題或故障的老舊設備、線路難以做到及時維護、檢修，致使市政道路的設備無法達到使用的基本需求。而且，部分路政設施可能因為過于老舊而失去維修的價值，甚至可能帶來施工安全隱患，應及時拆除或換新。改擴建施工中應將道路通行的安全性和暢通性放在首位，避免因車輛過于擁堵而引發的各類糾紛，保證市政道路改擴建施工的順利進行[1]。

2 改擴建工程路面結構施工

2.1 新舊路面結構的擬合

市政道路改擴建工程的路面結構施工中，應使各項工序滿足改擴建路面施工的規范要求，及時優化施工過程中的不合理方案和安全性問題，最終確定簡化、高效、安全的施工方案，控制好老舊路段的平縱面，特別是路面結構的擬合處理。在路面結構施工方案部分，道路周邊建筑對其平面線形影響較為嚴重，應進行局部處理;縱斷面的線形也應進行合理優化和布置，保證新舊道路的路面充分結合;對道路周邊的各類入口和通道進行有效銜接，使路面與結構物有效結合，降低工程的成本預算[2]。

2.2 瀝青路面施工

2.2.1 攤鋪和輾軋施工

實際施工過程中應根據攪拌機的產量和運行工況來設定攤鋪寬度、速度，常規施工中的攤鋪應勻速、慢速，不可隨意改變攤鋪速度。在交叉路口等交通繁忙路段，應派人專職指揮攤鋪施工，更換施工混合料時應由現場技術人員確認后進行。攤鋪過程中如遇較為明顯的路面缺陷或病害時，應全面清理后進行再次攤鋪。攤鋪中選用的鋼絲應為扭繞式，直徑控制在6 mm以內，按照5 m的距離間隔安裝支架，拉力應>800 N為宜。

2.2.2 接縫和壓實施工

在進行瀝青路面的施工時，為達到接縫施工標準要求，應控制瀝青混合料的配比，細化路面的壓實施工，增加路面結構的密實程度，降低混合料的縫隙，提高路面的耐用性。對于瀝青路面的縱向施工縫，可同時使用兩臺攤鋪設備共同完成作業，以階梯方式布置攤鋪設備，在已完成攤鋪工序的瀝青混合料中應事先留有2 dm，施工中可能造成5～10 cm攤鋪層疊加效應，使用熱接縫施工技術能夠實現跨接輾軋。對于橫向施工縫，應首先考慮平接縫，在3 m縱向延伸位置，端部的直尺應選用懸臂狀，以直尺脫落位置或攤鋪層作為接縫修復點。攤鋪前應清除接縫部位的粉塵，使用鋼筒式壓路機順次壓實。

2.2.3 施工質量檢測

對于市政道路改擴建工程中的路面結構施工，應詳細檢測路面結構的施工質量，嚴格檢測混合料溫度以及瀝青面層的攤鋪情況。如果原道路為瀝青路面，并且路面沒有出現嚴重損壞的情況，則僅需要對原路面進行簡單的挖補處理后鋪設新面層即可。如果原瀝青路面損壞較嚴重，且道路兩側的寬度和高度無法滿足施工要求時，可在原路面基礎上鋪設水泥礫石基層，經過壓實后再進行新面層的鋪設。當路面中心高程受限時，應挖除原有路面的結構層，并重新鋪設基層、面層。

2.3 水泥混凝土路面施工

當原路面為水泥混凝土路面時，依據新舊路面的銜接方式可分為粘結式、直接式和分離式三種。粘結式主要是對原有路面進行清洗等處理，新路面應與舊路面對齊接縫，接縫形式應相同，這種施工方式的成本相對較高。直接式是在原有水泥混凝土路面層的基礎上鋪設新的面層，在鋪設之前也應對原有路面進行清洗，并對齊新舊路面的接縫，使路面上下的結構保持一致。分離式則是通過在新舊路面之間加鋪隔離層，然后鋪設新面層，且舊路面的接縫和構造不影響新路面[3]。

2.4 路面拓寬后處理

城市車流量的不斷增加使道路車輛的通行變得擁堵，對部分繁忙路段進行改擴建施工成為首選方案。其中路面施工主要以拓寬為主，在嚴格依照紅線要求進行擴建的同時，還應處理好路面拓寬過程中可能發生的各類危險情況，保證工程的順利、高效施工。路面的拓寬通常以對稱的方式進行，即在保證路面中線位置不變的情況下，適當拓寬路面兩側空間。此類需要進行改擴建施工的市政道路一般已使用較長時間，沉降已接近穩定狀態。為確保改擴建施工中路面結構的平整度，應對路基進行適當處理，否則可能引起大范圍的縱向裂縫發生。對于常年雨水沖蝕、車流量密集的路段，路面結構損壞情況可能十分嚴重，在施工前應對新舊路基進行穩固處理，從根本上減少沉降。如果原路肩不滿足工程施工要求，則應翻曬這部分土路肩并重新輾軋，土路肩開挖臺階的數量應足夠多，以便增大新舊路基銜接的面積。在開挖臺階上加鋪土工格柵，增強路基間橫向結構的聯系，降低裂縫反射，土工格柵寬度應>2 m，位于舊路基側格柵的寬度為其縱向寬度的一半左右。

路面改擴建施工主要項目和施工要點如表2所示。

3 路面結構參數敏感性試驗分析

3.1 工程概況

七星路（桂大段）位于廣西桂林市七星區，屬通往桂林漓江風景區的重要道路，附近漓江路與之交匯貫通，為桂林市交通繁忙路段。據相關統計，截至2019年年底，市內常規通行車輛與旅游專線車輛全年共計通行2 592萬輛，遇旅游旺季或其他繁忙時段，該段道路會發生車輛擁堵問題。巨大的車流量給路面結構帶來了一定壓力，也對該段道路的結構強度和載荷能力提出了新的要求。為改善該段道路目前的情況，緩解車輛擁堵狀況，提高交通運力，計劃2020年對該段道路進行路面拓寬的改擴建施工（方案處于研討階段）。為進一步論證該工程改擴建方案的可行性，進行了路面結構的彈性模量敏感性試驗，重點研究彈性模量的變化對路面結構應力及彎沉的影響。

3.2 彈性模量（Em）的敏感性試驗

試驗中載荷作用于路面拓寬段，改變路面結構的彈性模量Em值，討論Em對應力和彎沉的影響。系統在建模后得到表3數據。t代表瀝青結構面層的剪應力，σ1代表瀝青結構面層的拉應力，U代表瀝青結構面層的載荷彎沉值，S代表瀝青結構面層的載荷應力。

由表3數據可以看到，剪應力（t）、拉應力（σ1）以及載荷應力（S）隨著彈性模量Em值的增加而增大，表明該段道路在路面拓寬改擴建施工后，其結構強度在各種載荷壓力試驗中均有所提升，其中瀝青結構面層的拉應力（σ1）增幅較為明顯，這種現象與瀝青混合料的配比情況和顆粒間隙大小相關。將表3數據導入有限元三維施工模型后可輸出拓寬后路面結構的應力分布，如圖1所示。

將表3中的數據生成路面彈性模量變化對應力和彎沉的影響曲線（彎沉-應力曲線），如圖2所示。

由圖2可知，隨著路面結構層強度的不斷增加，彎沉值在逐漸降低，說明拓寬路面的結構強度對于車輛載荷的影響起到了良好的控制作用。而剪應力（t）、拉應力（σ1）以及載荷應力（S）隨著路面結構層強度的不斷增加而逐漸變大，說明拓寬路面的結構性能處于正常的使用壽命階段（非結構老化期），與新拓寬路面的結構力學特性相符。

4 結語

進行市政道路的改擴建施工可以拓寬路面、提高路面結構強度，對于緩解擁堵路況具有一定作用。本文依托桂林七星路部分路段的改擴建施工方案，深入研究了路面拓寬后的各項工程參量和指標，完成了彈性模量（Em）敏感性試驗，取得了預期的效果。本文研究內容對于同類市政道路路面結構的改擴建施工具有一定的參考意義。

[1]柯文豪，雷 宇，王鵬翔.改擴建工程拼接路面受力分析及拼接方式[J].長安大學學報（自然科學版），2011（10）：39-44.

[2]石海麗.拓寬路基差異沉降及土工格柵處治機理的研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2012.

[3]呂 錦.拓寬路基結合部病害機理及處治技術研究[D].石家莊：河北科技大學，2012.

作者簡介：張正鏞（1986—），工程師，主要從事公路橋梁施工管理工作。