不間斷交通大修施工方案優化研究

摘要 文章以某道路為例，對不間斷交通或短時間中斷交通的城市道路大修方案進行研究，分析半剛性基層材料在養生期間強度上升缺陷原因，導致最終強度無法達到預定設計標準的問題。通過理論與實踐相結合的方法，采用在設計中改變路面結構厚度等方法，提高道路使用性能，延長大修后道路的使用壽命，對今后類似城市道路大修具有重要的理論和實際指導意義。

關鍵詞 城市道路;不間斷交通;大修;半剛性基層;路面結構

中圖分類號 U445.551 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）11-0136-03

引言

隨著城市的發展，城市道路的重要性日益凸顯。由于道路周邊分布著住宅區、商業、學校、工廠等，交通通行作用受道路影響較大，故城市道路大修施工應最大限度地減少對城市交通的影響。因此，在受到條件限制而無法進行交通導改時，不間斷交通或短時中斷交通施工已成為城市道路大修所必須遵循的客觀事實。

目前北京城市道路大修結構設計依舊采用常規設計思路，未充分考慮不間斷交通或短時間中斷交通的特殊性：基層材料無法達到常規養生所需的最低時間標準，在其養生早期強度尚不足時便開放交通，對材料造成不可彌補的破壞，導致最終強度無法達到預定設計標準。該文重點從技術的角度出發，以大魯店北路為例，對不間斷交通或短時間中斷交通的城市道路大修方案進行研究。

1 大魯店北路現況調查及評價

1.1 現況調查

大魯店北路長2 100 m，北側為居民小區，南側為村莊，道路等級為城市支路，兩幅路，隔離帶兩側路寬6 m，兩側步道寬2 m。根據相關部門統計數據顯示，該路2016年5月至2017年4月平均日交通量為5 300輛/日。2015年6月至7月，該路進行道路大修，設計路面結構為：4 cm面層瀝青+6 cm底面層瀝青+32 cm石灰粉煤灰碎石基層。路基處理采用12%石灰土，處理厚度為35 cm。道路大修期間施工時間為每日0時至5時，其余時間車輛放行正常通行，施工作業間斷進行，養生條件達不到標準。

2015年7月大修竣工并交付使用，半年后面層出現微小裂縫。一年后，出現大面積龜裂，鉆心取樣發現基層松散不成型。截至2016年底大魯店北路相繼出現裂縫、車轍、坑槽等病害，如圖1、圖2所示：

1.2 路面技術狀況評價

依據《城鎮道路養護技術規范》（CJJ 36—2006）規定，以PCl和路表彎沉值為指標對大魯店北路進行評價[1-2]。

PCI=100?綜合扣分值=100?26.35=73.65，路面結構損壞狀況為B級。基層為石灰粉煤灰穩定碎石半剛性基層，采用貝克曼梁法對路表彎沉值進行檢測，彎沉值為70（0.01 mm），路面結構強度不足。

由此可見，道路的正常使用及服務質量已受到嚴重影響，接下來對病害產生原因進行詳細分析研究。

2 病害原因分析

2.1 基層養生條件差致使強度不足

半剛性基層采用石灰粉煤灰穩定材料，其重要特點之一是強度和彈性模量隨齡期的增長而增長，逐漸具有半剛性性質。第一個時期是從生產到碾壓完成;第二個時期是從碾壓完成到強度上升到最大值為止。由于形成強度的反應速度慢且需在一定的環境條件下才進行，因此石灰粉煤灰穩定材料強度的生成需要足夠長的時間。養生為其強度的形成創造一定的條件，保障其物理—化學反應能夠順利進行。

從調查中得知：該路每日0時至5時施工，其余時間放行，施工作業不間斷進行，其基層鋪筑完立即開放交通，尚未形成強度，車輛荷載對基層的作用力使內部產生損傷及微裂縫，為早期損壞埋下隱患。雖然在通車初期基層微裂縫對道路使用性能沒有影響，但受到車輛荷載的反復作用后，基層結構的強度逐步降低，裂縫發展變寬變深，大大降低了道路的使用性能，縮短了使用壽命[3]。

2.2 運營期溫度變化及水損壞

隨著時間的增長，在外界溫度反復變化下，基層裂縫逐漸發展擴大，直至貫穿，其整體性已不復存在，強度亦不再滿足設計要求。同時該路還受到水損害影響，也是引起該路瀝青路面坑槽破損的根本原因之一。

2.3 交通量大重載車多

該路系重要交通要道，交通量大，夜間超載、滿載運輸車輛多，結構層難以長期承受強大的荷載沖擊力和壓力，最終出現塑性變形，此變形難以恢復，側向位移逐漸累積，最終產生裂縫、車轍、沉陷。

造成路面損壞的原因是多種的，且各因素間互相聯系，協同作用，加速了道路的破壞。但該路投入使用僅一年就損壞嚴重，最主要原因還是基層養生條件差致使基層強度不足，接下來從結構設計的角度進行探討。

3 路面結構設計控制指標及其影響因素

根據路面結構設計原理[4]，在對影響控制指標的因素進行理論分析后，得出以下結論：

3.1 兩個控制指標

路面結構設計主要有兩個控制指標：路表彎沉值和結構層層底拉應力，即：γa·1s≤1d和γa·σm≤[σR]，不等式右邊的指標為設計指標，不等式左邊的指標為計算指標。

兩個設計指標影響因素大部分相同，即：

（1）構成交通狀況的各個車型的軸數和輪組數、軸載大小、軸載作用次數。

（2）設計基準期、設計基準期內交通量的年平均年增長率、車道分布系數。

（3）道路等級。除相同影響因素外，路表設計彎沉值還受面層類型、基層類型以及不同材料所對應的檢測齡期的劈裂強度的影響。

3.2 影響因素

設計指標的影響因素由道路的現狀條件和現行規范所決定，當某一條路被選定為設計道路，且結構組合被確定后，這些影響參數的取值及兩個設計指標也即確定。在設計指標已經確定的情況下，可從計算指標著手，尋找改善道路使用性能、延長道路使用壽命的方法。依據計算指標的影響因素，從結構層厚度和材料抗壓回彈模量兩方面進行探討。

4 增加路面結構厚度對道路使用性能的影響

4.1 路表設計彎沉值和基層材料的容許抗拉強度的確定

根據《城鎮道路路面設計規范》（CJJ 169—2012）[5]，路表設計彎沉值為26.4（0.01 mm），石灰粉煤灰穩定材料的容許抗拉強度為0.38 MPa。

4.2 路面結構厚度計算

（1）基層材料為石灰粉煤灰碎石，以基層為設計層，其余各層厚度如表1所示。

（2）路面材料參數的確定，如表2、表3所示。

利用計算機設計程序URAPDS，對該路的石灰粉煤灰穩定材料基層進行不同厚度的計算，如表4所示。

計算結果顯示滿足設計指標的基層最小厚度是350 mm。

4.3 基層厚度對控制指標的影響分析

為了更加形象地對計算結果進行分析，依據表4數據擬合基層厚度與路表彎沉值的關系曲線，如圖3所示，及基層厚度與基層底面最大拉應力的關系曲線如圖4所示。

圖3 路表彎沉值與基層厚度關系圖

圖4 基層底面最大拉應力與基層厚度關系圖

以上分析表明，在滿足設計指標的基礎上，適當提高基層厚度可以減小路表實際彎沉值和基層層底拉應力，提升城市道路的使用性能，延長道路使用壽命。

通過對大魯店北路基層厚度與路表彎沉值和基層層底拉應力的關系分析，得出適當增加基層厚度確實可以減小路表彎沉值和基層層底拉應力。從理論角度分析，用增加基層厚度的方法來彌補基層養生的不足，改善大修后道路的使用性能，延長道路使用壽命應該是有效的。為了進一步驗證其有效性，接下來對該路大修方案進行優化設計。

5 大魯店北路大修優化施工方案及評價

5.1 優化設計及施工方案

為了探討增加路面厚度這一單變量對道路使用性能的影響，依然采用與2015年大修相同的路面結構形式，只調整了石灰粉煤灰穩定材料基層的厚度。同時在充分對技術和經濟[6]要求綜合考慮后，最終確定的優化方案的路面結構形式如表5所示。

5.2 道路大修實施及性能評價

按照增加基層厚度可以減小路表彎沉值和基層層底拉應力、延長道路使用壽命的思路，于2017年對大魯店北路進行了優化設計并實施大修，9月投入使用。2019年7月對大魯店北路進行調查、分析，PCI值為93.69，對應的道路路面損壞狀況為A級，路面狀況良好;經檢測其路表彎沉值為23.0（0.01 mm），路面狀況及結構強度均滿足規范要求，驗證了增加路面厚度對延長道路使用壽命的有效性。

6 結論

該文以大魯店北路為研究對象，對其病害產生的原因進行了詳細分析，通過對厚度與結構設計控制指標的關系分析，提出了增加結構厚度的優化設計方案并進行了實施，改善了道路的使用性能，可作為類似城市道路大修的參考。

參考文獻

[1]城鎮道路養護技術規范： CJJ 36—2006[S]. 北京：中國建筑工業出版社， 2006.

[2]公路技術狀況評定標準： JTCH20—2007[S]. 北京：人民交通出版社， 2016.

[3]張鵬. 石灰粉煤灰混合料強度形成機理及提高早期強度的措施[J]. 交通標準化， 2005（11）： 80-83.

[4]鄧學鈞. 路基路面工程[M]. 北京：人民交通出版社， 2000.

[5]城鎮道路路面設計規范： CJJ169—2012[S]. 北京：中國建筑工業出版社， 2011.

[6]韓玉祥. 公路工程造價指導[M]. 北京：化學工業出版社， 2011.

收稿日期：2022-03-30

作者簡介：丁寧（1981—），男，本科，研究方向：土木工程。