城市道路瀝青路面改造設計研究
——以西寧市新寧路改造項目為例

田旺龍

[上海市政工程設計研究總院（集團）第十市政設計院有限公司，甘肅 蘭州 730000]

0 引 言

隨著我國城鎮化水平的提高，未來城市的建設不再追求規模擴張，而是進入“精細化、品質化”的管理時代；城市道路的發展趨勢也由最初新建轉向對現有道路的改造提升。目前，我國許多城市老城區的瀝青路面普遍存在早期設計標準低，建設年代久遠，地下管網老舊、管道滲漏，路面平整度差，病害多等突出問題。路面累計當量軸次已超過原設計值，使用年限遠超設計年限?，F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。對現有城市道路瀝青路面進行改造提升，不僅能解決城市交通需求問題，滿足市民的使用要求，也有助于推進落實國家的城市更新行動計劃。

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

1 瀝青路面病害類型及破壞機理

所謂瀝青路面病害是指路面建成通車后，在交通荷載和環境溫度及其耦合作用下，路面出現的破損、變形及其他各類缺陷的總稱。瀝青路面常見的病害類型通?？煞譃榱芽p類、泛油類、變形類、松散類。

1.1 裂縫類病害及破壞機理

城市道路瀝青路面裂縫形式包括線裂、網裂、龜裂等[1]。根據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境溫度驟降，瀝青路面面層收縮產生的溫度應力超過瀝青混合料極限抗拉強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境中，在巨大的溫差作用下使瀝青混合料產生疲勞破壞而出現的路面開裂。

圖1 溫縮裂縫形成機理

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度小于上部荷載的抗壓強度，出現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 荷載型裂縫形成機理

沉降型裂縫是指城市道路在施工過程中因路基壓實度不足，半填半挖路基的填方路段沉降，地下管網上部、橋涵臺背端部無法使用大型機械壓實等引起地基產生不均勻沉降而出現的路面裂縫，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理

1.2 泛油類病害及破壞機理

泛油是指瀝青路面在環境溫度（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象（見圖4）。瀝青遷移引起面層不同位置空隙率發生變化。其中，上面層因瀝青遷移富集，使其空隙率變小；下面層因瀝青流失貧集，空隙率增大，下面層空隙中出現負壓，在上部汽車荷載作用下路表水極易進入下面層空隙中引起路面出現水損壞。

圖4 泛油類病害破壞機理

1.3 變形類病害及破壞機理

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，瀝青路面在其上部超、重載交通車輛的擠壓下，瀝青混合料抗拉強度低于車輛剪切應力而出現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力降低，集料之間相互黏結作用減弱或喪失，集料顆粒脫落的現象（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，高溫引起的瀝青老化，施工工藝不嚴，路面壓實度不足，路表水損壞，超、重載車輛破壞等也是主要影響因素。

2 瀝青路面改造設計要點分析

城市道路瀝青路面改造設計影響因素多，既要考慮項目實施后對現有交通的干擾，對沿線景觀環境的破壞，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雜的地下管網對項目實施進度的延誤及施工期間的交通組織等問題。應根據每條道路的病害類型制定安全可靠、技術先進、經濟合理的改造方案。堅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。根據病害特征及破損程度，瀝青路面改造設計中常用的病害處治措施有功能性罩面和結構性補強[2]兩類。

功能性罩面是指在路面結構強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，是一種對現狀瀝青路面淺層病害的處治措施。

結構性補強是指對病害嚴重，結構強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，換填強度更高的半剛性基層或僅銑刨面層對舊路基層進行壓漿處理的工程措施。結構性補強是一種對現有路面深層病害的處治措施，應根據路面病害類型及病害的出現層位、舊路面結構強度等計算確定補強厚度，一般采用的補強厚度不小于60 mm，由2 層或2 層以上路面結構組合而成的結構層，包含直接加鋪補強和銑刨加鋪補強兩類。城市道路加鋪補強層時需處理好與沿線現有建、構筑物標高的銜接問題，同時道路兩側不得有積水現象。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 項目概況

為響應國家城市更新行動計劃，2021 年西寧市對全市舊路面進行改造提升。改造道路新寧路現狀為瀝青路面，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，設計時速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 年進行改建，截至2021 年路面已超過設計使用年限?，F狀路面平整度差、病害多（見圖8）。

圖8 現狀道路病害圖

3.2 瀝青路面使用狀況調查及評價

現狀路面結構：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%水泥穩定砂礫+68 cm 砂礫墊層，總厚100 cm。

現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重外，其余路口及路段交通服務水平良好。改造設計前對現有路面損壞調查主要分為：裂縫類（線裂、網裂、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]。根據現狀瀝青路面各類病害面積和密度，加權計算得到路面狀況指數PCI 值。新寧路路面調查評價指標包括：路面行駛質量指數（RQI）、路面狀況指數（PCI）、路面回彈彎沉值、抗滑系數（BPN、TD 或SFC）和路面綜合評價指數（PQI）[1]。

新寧路路面調查評價表見表2。

3.3 瀝青路面改造方案設計

根據路面調查評價結果，新寧路現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)，其他各類評價指標的評價等級為D 級。根據上述調查數據并結合相關規范，可知新寧路路面結構強度等級為不足。表明道路承載力不足，應進行大修或改擴建。新寧路改造設計采用挖除新建的改造方案。具體改造內容如下：

（1）道路平面線位、縱斷面、橫斷面型式均與現狀保持一致。

（2）對五四大街交叉口和勝利路交叉口進口道進行渠化展寬設計，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計圖

（3）舊路面采用挖除新建并進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定性。其中昆侖西路- 五四大街段路基土為Ⅲ級（嚴重）自重濕陷性黃土，路槽以下換填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，路槽以下換填150 cm 8%石灰土，分層壓實回填。

（4）現狀公交?？空韭访娌『^多，對沿線3 處港灣式和4 處占路式公交站點處路面結構進行原位加固處理。

（5）改造路面結構墊層與基層應具有較高的強度、水穩定性、較小的溫縮和干縮變形、較強的抗沖刷能力及應力擴散能力。瀝青面層應具有足夠的結構強度、抗車轍、抗裂、抗疲勞、平整、抗滑、耐磨等特性[5]。新寧路路面設計參數見表3。

表3 新寧路路面設計參數表

新寧路改造路面結構圖見圖10。其中，公交車站處路面結構需結合《西寧市港灣式公交?？空窘ㄔO指導意見》進行加固處理，將上基層調整為22 cm C25 水泥混凝土（配連續鋼筋網片φ10），其余結構層與標準路段車行道路面結構層保持一致。

圖10 新寧路改造路面結構圖

（6）對現有綠化帶、路緣石、無障礙及交安設施進行更新改造。

4 結 語

（1）研究了城市道路瀝青路面的常見病害類型及破壞機理，分析了瀝青路面改造設計要點，并結合工程實例闡述了城市瀝青路面改造設計內容及流程。最后提出了安全可靠、技術先進、經濟合理的改造方案。

（2）新寧路改擴建后通車1 年多，目前路面運行狀況良好，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目提供借鑒。