S316線(xiàn)舊路面升級(jí)改造設(shè)計(jì)方案研究

袁衛(wèi)鎖

(1.鄭州市交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院;2.長(zhǎng)沙理工大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院)

1 工程概述及升級(jí)改造的必要性

1.1 工程概述

S316 線(xiàn)是河南省干線(xiàn)公路網(wǎng)中東西走向的一條重要通道，東起省會(huì)鄭州市，西止登封市區(qū)與G207 線(xiàn)相交;全線(xiàn)貫穿新密、登封二市，承擔(dān)了沿線(xiàn)城鎮(zhèn)間的中、短途運(yùn)輸和區(qū)內(nèi)運(yùn)輸以及部分對(duì)外交通運(yùn)輸、過(guò)境交通運(yùn)輸，是除鄭少高速公路以外，通往省會(huì)鄭州市的唯一一條通道。項(xiàng)目于1990～1991年進(jìn)行改建，僅對(duì)鄭州境和新密境道路改建為水泥混凝土路面;2002～2003年，全線(xiàn)道路進(jìn)行瀝青混凝土路面改建;2010年，鄭州境和新密境道路累計(jì)進(jìn)行了10 km中修。至今經(jīng)過(guò)多次擴(kuò)建，現(xiàn)有道路為S316 線(xiàn)，二級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)速80 km/h。

1.2 項(xiàng)目升級(jí)改造的必要性

(1)建設(shè)交通強(qiáng)省，實(shí)現(xiàn)中原崛起，實(shí)施中原經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)的需要;

(2)提升干線(xiàn)公路網(wǎng)通行能力，改善鄭州市西南出口形象、縮短城市區(qū)域溝通發(fā)展戰(zhàn)略的需要;

(3)促進(jìn)鄭州市及新密市、登封市經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要;是促進(jìn)沿線(xiàn)區(qū)域旅游事業(yè)、旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要。

項(xiàng)目的建成將完善鄭州市西南部地區(qū)交通網(wǎng)絡(luò)，有力地推進(jìn)“暢通鄭州”工程的實(shí)施，加強(qiáng)鄭州地區(qū)的交通基礎(chǔ)建設(shè)，促進(jìn)該區(qū)域的交通運(yùn)輸和經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

2 老路現(xiàn)狀調(diào)查及檢測(cè)結(jié)果分析

2.1 新密境段老路維修及養(yǎng)護(hù)資料

老路路面結(jié)構(gòu)(自上而下)為:2002年改建，4 cm 中粒式瀝青混凝土+5 cm 粗粒式瀝青混凝土+36 cm 厚水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石+15 厚石灰土。先后于2007年、2010年進(jìn)行中修。

2.2 登封境老路路面維修養(yǎng)護(hù)狀況

老路面建設(shè)及養(yǎng)護(hù)概述:老路路面結(jié)構(gòu)(自上而下)為:2002年中修，K55 +668(原養(yǎng)護(hù)里程)位于新密市與登封市交界處至終點(diǎn)，4 cm 中粒式瀝青混凝土+5 cm 粗粒式混凝土+18 cm 水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石+18 cm 水泥石灰穩(wěn)定土+18 cm 厚石灰土。2008年下半年對(duì)K56 +800～K69 +478 中修、重點(diǎn)修復(fù)坑槽、車(chē)轍等路面病害，對(duì)病害部位挖除老瀝青路面9 cm，重新鋪筑4 cm 中粒式瀝青混凝土+5 cm 粗粒式瀝青混凝土。

2.3 路面取芯

路面取芯情況見(jiàn)表1。

表1 典型路段取芯狀況及分析一覽表

2.4 老路面病害狀況調(diào)查

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，老路路面病害狀況綜述。存在病害路段占全線(xiàn)路段的比例為:輕度坑槽9.21%;重度坑槽38.78%;橫向裂縫66.42%;縱向裂縫39.46%;輕度龜裂26.47%;重度龜裂18.33%;輕度車(chē)轍12.83%;重度車(chē)轍31.42%。經(jīng)過(guò)多年的使用，在重車(chē)的反復(fù)作用下，局部路段路面出現(xiàn)嚴(yán)重的坑槽、縱橫裂縫、龜裂、車(chē)轍、麻面、啃邊及松散等現(xiàn)象。

2.5 路面彎沉檢測(cè)

路面檢測(cè)采用FWD 落錘式彎沉儀，根據(jù)規(guī)范要求，測(cè)點(diǎn)間距50 m。如圖1 所示。

圖1 全線(xiàn)彎沉分布圖

由檢測(cè)結(jié)果可知，全線(xiàn)平均彎沉值為14.16(0.01 mm)，彎沉標(biāo)準(zhǔn)差為9.70，原路面平均當(dāng)量回彈模量820.1 MPa。

K0 +000～K12 +400 段平均彎沉值為4.77，彎沉標(biāo)準(zhǔn)差為1.37;K12 +450～K16 +300 段平均彎沉值為8.96，彎沉標(biāo)準(zhǔn)差為1.82;K16 +350～K27 +350 段平均彎沉值為14.07，彎沉標(biāo)準(zhǔn)差為4.20;K27 +400～K46 +500 段平均彎沉值為15.40，彎沉標(biāo)準(zhǔn)差為5.47;K46 +550～K61 +900 段平均彎沉值為13.13，彎沉標(biāo)準(zhǔn)差為2.22;K61 +950～K66 +250 段平均彎沉值為43.78，彎沉標(biāo)準(zhǔn)差為10.72;K66 +300～K69 +921.194 段平均彎沉值為13.28，彎沉標(biāo)準(zhǔn)差為2.27。

3 舊路路面改造方案

3.1 設(shè)計(jì)原則及標(biāo)準(zhǔn)

在技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、方便施工、利于養(yǎng)護(hù)的前提下，本著老路面設(shè)計(jì)以補(bǔ)強(qiáng)為主，盡量利用老路面的原則。采用一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)，雙向四車(chē)道，瀝青混凝土路面設(shè)計(jì)采用以雙輪組單軸軸載100 kN 為標(biāo)準(zhǔn)軸載，瀝青混凝土路面設(shè)計(jì)使用年限15年。

3.2 路基及老路補(bǔ)強(qiáng)段舊路面回彈模量取值

項(xiàng)目自然區(qū)劃為Ⅱ5，屬魯豫輕凍區(qū)。根據(jù)《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D50－2006)第5.1.1 條規(guī)定，將沿線(xiàn)路基拼寬部分土基回彈模量取為:45 MPa(干燥～中濕)，當(dāng)路床摻灰處理后抗壓回彈模量不小于55 MPa。全線(xiàn)平均彎沉值為14.16(0.01 mm)，彎沉標(biāo)準(zhǔn)差為9.70，原路面平均當(dāng)量回彈模量820.1 MPa。

3.3 瀝青混凝土路面材料設(shè)計(jì)參數(shù)

按照《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D50－2006)中有關(guān)規(guī)定，選取瀝青混合料和基層材料的設(shè)計(jì)參數(shù)(20 ℃抗壓模量、15 ℃抗壓模量及劈裂強(qiáng)度)。

3.4 預(yù)測(cè)交通量

設(shè)計(jì)擬直接采用《工可報(bào)告》交通量預(yù)測(cè)結(jié)果，本路段未來(lái)特征年預(yù)測(cè)交通量見(jiàn)表2。

表2 交通量預(yù)測(cè)表 單位:小客車(chē) 輛/日1

3.5 路面設(shè)計(jì)彎沉值的確定

以設(shè)計(jì)彎沉值和瀝青層層底拉應(yīng)力為指標(biāo)設(shè)計(jì)。

(1)K0 +000～K48 +081.03 路段

路面營(yíng)運(yùn)第一年雙向日平均當(dāng)量軸次:8857;設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車(chē)道上的累計(jì)當(dāng)量軸次:2.388 979E +07;屬于重交通等級(jí)，采用HPDS2011 路面設(shè)計(jì)程序計(jì)算，路面設(shè)計(jì)彎沉值:20.1(0.01 mm)。

(2)K48 +081.03～K69 +921.109 路段

路面營(yíng)運(yùn)第一年雙向日平均當(dāng)量軸次:5 696;設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車(chē)道上的累計(jì)當(dāng)量軸次:1.536 472E +07;屬于重交通等級(jí)，經(jīng)計(jì)算路面設(shè)計(jì)彎沉值:21.9(0.01 mm)。

(3)路面設(shè)計(jì)彎沉

根據(jù)彎沉檢測(cè)結(jié)果，全線(xiàn)平均彎沉值為14.16(0.01 mm)，彎沉標(biāo)準(zhǔn)差為9.70，原路面平均當(dāng)量回彈模量820.1 MPa。

3.6 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

(1)補(bǔ)強(qiáng)段設(shè)計(jì)方案

由于原路面損壞程度不同，強(qiáng)度不一，首先針對(duì)補(bǔ)強(qiáng)路段，修復(fù)老路面局部病害，再根據(jù)老路面上所測(cè)彎沉值，通過(guò)路面結(jié)構(gòu)計(jì)算，對(duì)不同的路段采用不同的補(bǔ)強(qiáng)厚度。最終的補(bǔ)強(qiáng)與新建情況，需根據(jù)最終優(yōu)化的縱斷面設(shè)計(jì)相結(jié)合，確定補(bǔ)強(qiáng)厚度與處置類(lèi)型。

根據(jù)的交通量、交通組成、重載、超載、實(shí)測(cè)彎沉值等資料，采用HPDS2011 路面設(shè)計(jì)程序進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)計(jì)算，結(jié)果如下:

①K0 +000～K48 +081.03 路段

補(bǔ)強(qiáng)段(一)K0 +000～K2 +615，K3 +830～K6 +500，K7 +650～K9 +000，K11 +000～K16 + 217，K18 + 367～K19 +867，K20 +267～K21 +767，K24 +917～K27 +350，K31+800～K36 +000，K36 +200～K40 +100，K40 +800～K46 +500，K46 +700～K48 +081 段路面結(jié)構(gòu):4 cm 細(xì)粒式改性瀝青混凝土+6 cm 中粒式瀝青混凝土+7～12 cm 粗粒式瀝青混凝土。

補(bǔ)強(qiáng)段(二)K27 +350～K31 +800 段路面結(jié)構(gòu):4 cm 細(xì)粒式改性瀝青混凝土+6 cm 中粒式瀝青混凝土+8 cm 粗粒式瀝青混凝土+15～20 cm 水泥穩(wěn)定碎石。

②K48 +081.03～K69 +921.109 路段

補(bǔ)強(qiáng)段(一)K48 +081～K49 +500，K55 +120～K55 +415 段路面結(jié)構(gòu):5 cm 中粒式改性瀝青混凝土+8 cm 粗粒式瀝青混凝土+7～12 cm 粗粒式瀝青混凝土。

補(bǔ)強(qiáng)段(二)K49 +500～K55 +120、K55 +730～K61 +616、K66 +300～K69 +921 段路面結(jié)構(gòu):5 cm 中粒式改性瀝青混凝土+8 cm 粗粒式瀝青混凝土+15～20 cm 水泥穩(wěn)定碎石。

4 結(jié)論與建議

依托S316 線(xiàn)干線(xiàn)公路升級(jí)改造項(xiàng)目，對(duì)舊路面狀況進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，養(yǎng)護(hù)資料搜集，老路路面病害調(diào)查，典型路段取芯，全線(xiàn)彎沉檢測(cè)，進(jìn)行綜合分析評(píng)價(jià)。由于原路面損壞程度不同，強(qiáng)度不一，首先修復(fù)老路面局部病害，再根據(jù)檢測(cè)彎沉值，通過(guò)結(jié)構(gòu)計(jì)算，針對(duì)不同的路段采用合理的補(bǔ)強(qiáng)厚度。

鑒于目前二級(jí)升一級(jí)公路改造設(shè)計(jì)中，對(duì)于舊路面補(bǔ)強(qiáng)，基本上都是經(jīng)驗(yàn)值，尤其是對(duì)舊路面的利用、剩余壽命分析及缺少完善的理論體系;建議進(jìn)一步研究二級(jí)升一級(jí)公路改造設(shè)計(jì)中，舊路面利用、剩余壽命分析、補(bǔ)強(qiáng)厚度、統(tǒng)一補(bǔ)強(qiáng)路面與新建路面使用年限等方面的理論及實(shí)踐的研究。

［1］鄧學(xué)鈞.路基路面工程(第二版)［M］.北京:人民交通出版社，2005.

［2］中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D50—2006)［S］.

［3］鄭州市交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院.S316 線(xiàn)鄭州至登封段改建工程初步設(shè)計(jì)［Z］.2012.