城市道路改建工程路面結構設計探討

阮鐵鋒

（中國聯合工程有限公司，浙江 杭州310052）

0 引 言

隨著城市化進程的逐步完善，許多城市道路路面結構達到了設計使用年限，各種病害頻發。在舊路改建的過程中，如何重新設計路面結構，特別是一些交通量較大的城市主干道、交通性的次干道的路面結構，需要特別謹慎。在很多實際工程案例中，僅在原來設計的結構上作略微加強，改建后的效果很不理想，往往短期內就出現結構損壞。本文針對這一現象，從城市交通情況分析出發，結合浙江地區路基填料特性，并分析道路使用前后工作環境的變化，提出改造道路路面結構的可行性處置意見。

1 城市道路的交通特性

城市道路設計荷載與公路一樣，以雙輪組單軸載100 kN 為標準，以BZZ-100 表示。在實際計算時，將不同軸載的各種車輛換算成BZZ-100 標準軸載的當量軸次，然后以設計年限內的累計交通量來選擇合適的路面結構。

城市道路中，通行以小汽車為主。小汽車滿載重量約2.5 t，單個輪載不到10 kN。根據軸載換算約為0.000 3 輛標準車，因此基本可以忽略不計。城市道路受路網規劃、道路兩側用地性質差異、交通管制和公交線路變動等影響，同一道路，各路段在不同時間點會有迥異的交通量。因此，新建道路在設計時，往往只能根據道路等級和所處路網位置，對交通量進行大致預測。

城鎮道路路面設計規范，分為輕、中、重、特重4個等級，基本與支路、次干路、主干路和快速路4 個等級相對應。而對于過境道路、城市內部干道、大型公交車比例較高的道路、公交專用道，其交通當量適當放大。

2 路基填料

宕渣是浙江省內道路路基填筑中最常用的一種填料。浙江因為山地多，礦石資源豐富，各地都有大大小小的采石場。采石場在方言里叫石宕，宕渣其實是采石場里面的下腳料，以小塊石、碎石為主。隨著工程建設需求量增大，把各類開山挖出來的土、風化石等土石混合料統稱為宕渣。為了區分這兩種材料，有人把前者叫清宕渣，后者叫混宕渣。也有人把前者叫宕渣，后者叫塘渣。

由于材料來源復雜，國家和地方標準也沒有對此進行細致的規范性描述，因此在實際使用中，僅對粒徑、含泥量做一個要求。現下的道路施工中，主要是土石混合料，材料的實際含泥量較高，石料以強風化、全風化為主，分層碾壓密實后，0.6～0.8 m 的換填量其頂面實測彎沉基本可以達到260～180（1/100 mm），換算對應的回彈模量在50～64 MPa 之間，正常工作狀態下完全可以滿足車輛行駛要求。然而，這種材料由于不是級配碎石一般的骨架型密實，風化的巖石質地相對較軟，遇水容易軟化，水穩定性較差，當路基處于潮濕甚至過濕時，強度會迅速降低，容易造成路面結構的破壞。

3 地塊開發建設對道路的影響

城市新區道路，特別是一些開發區的道路，一直存在著一個難以克服的困境。道路建設處于區塊開發建設的初期，場地是原始標高，道路設計時參照原始場地的地下水位標高來確定路基、路面標高，以確保道路路基處于干燥或者中濕狀態，設計的路面標高往往會比原地面高，其高差通過兩側放坡或設置擋墻來消解。這樣，路面雨水能順著邊坡或者管道及時散排到兩側，區塊內雨水下滲之后也因為存在高差而不影響道路路基，基本可以保證路基強度滿足使用要求。在道路網建成后，兩側土地會陸續開發，規劃在確定地塊標高時，從標高銜接和內部排水通暢考慮，會比道路高0.3～0.5 m。所以，整個區塊基本建成后，區塊內相對標高較低的變為道路。此時的道路運行環境已經與設計時大相徑庭了。在地下水毛細水帶上升，或者道路兩側地表水下滲的影響下，毛細水會充盈整個路基，在路面0.5～1.0 m 的范圍內形成浸潤區，從而導致道路路基，甚至基層長期處于潮濕甚至過濕狀態。這會迅速降低宕渣路基強度，進而造成道路路面結構損壞，特別是對交通量較大的次干道、主干道，本來路面結構設計的安全儲備就不大，受到的影響更為顯著。

在設計上，本來可以采用提高道路標高、兩側布置盲溝、滲溝等措施來解決這個問題，但是改造的城市道路兩側基本上是建成區，各類橫穿管線交錯密集，綠化、城市小品等設施也限制了在道路兩側布置降水設施的可能。而且，因為兩側建成區標高的限制，道路整體標高根本難以上抬。所有的措施只能在現有的結構層厚度內進行布置。增加水穩層厚度，意味著路基還要下降，這樣甚至連部分水穩層也會處于地下水位之內。某區有一條交通量較大的城市次干道，原設計路面結構為15 cm 瀝青面層+30 cm 水穩+15 cm 級配碎石+60 cm 宕渣，在使用初期，路面情況較好。后期兩側地塊開發之后，路況急劇惡化。設計單位進行路面改造時，根據斷面實測最高交通量，將水穩層提高到了40 cm，級配碎石層保留，新建面層厚度不變。道路完工后，運行不到1 a，路面結構便出現了較多的損壞。究其原因，還是道路的運行環境變化了，路基強度下降，而設計中沒有對此進行周密的處理。因此，加厚基層的作用不大，最有效的辦法還是在有限的厚度上提高基層的強度。

4 基層結構比較

水泥混凝土基層可以有效地提升基層的強度。下面對水穩基層與混凝土基層在相同的條件下的厚度進行比較。

城市道路設計規范要求主干路和快速路路基頂面回彈模量不得小于30 MPa，次干路和支路路基頂面回彈模量不得小于20 MPa。表1 以不同等級的交通量、瀝青路面在路基回彈模量變化時，需要的基層（5%水泥穩定碎石）的厚度（cm）情況，其中面層為常規的3 層結構配置，墊層選擇15 cm 級配碎石。

表1 路基不同模量下水穩層對應厚度

由表1 可以看出，在路基強度下降時，對基層的要求會大幅度提高，特別是重交通道路，影響更大。

由表1、表2 的數據比較可知，對于重及以上交通量時，路基頂面回彈模量降低，用水泥混凝土基層在降低整體結構層厚度上作用明顯，可以確保地下水上漲帶來的路基穩定性。

表2 路基不同模量下混凝土基層對應厚度與總厚度

5 工程實例

某城區有一條對外聯絡的主干道，雙向6 車道，兩側有約10～30 m 的空地。該道路初建時為鎮區之間的通勤公路，路面標高較高。2010 年，道路實施了白改黑，路面結構為13 cm 三層瀝青面層+30 cm5%水泥穩定碎石+15 級配碎石+60 cm 宕渣局部換填。運行之后路面狀況良好。2014 年，為了提升道路景觀效果，將道路兩側空地修建成景觀帶，堆土造型，整體比道路高了1～2 m。之后路面狀況開始惡化，幾次路面大修之后，終于在2016 年開始對道路進行全面改造修復。由于道路標高難以抬高，設計單位根據實際交通量情況，幾經比較路面結構，鑒于地下水位較高，認為加厚基層作用不大，最終將路面結構修改為10 cm 級配碎石+20 cm5%水穩+25 cmC30 混凝土+15 cm 瀝青面層，總厚度控制在70 cm，混凝土基層上設置防裂加筋網。2018 年，該項目完工，運行至今，路面狀況良好。

6 結 語

隨著我國城市化進程的逐步完善，有越來越多的市政道路需要進行路面改造，對于交通量較大且現狀病害嚴重的的城市主干道、次干道，在選用路面結構時必須要慎重，不能簡單地認為已到設計年限，而直接搬用原結構來設計。應當仔細分析前后環境的變遷、道路損壞的主要原因，以及將來交通量的變化情況，來綜合選取.