市政道路改擴建路基路面設計優(yōu)化研究

江海濤

(廣東省建筑設計研究院有限公司，廣東 廣州 510010)

1 引 言

市政道路的發(fā)展與便捷，極大程度地促進了城市經(jīng)濟的發(fā)展，同時經(jīng)濟的發(fā)展又對道路提出了更高的要求。因此，首先最早一批的道路很多現(xiàn)已接近設計使用年限，需要進行改建擴建或重建；其次，有相當大一批早期建設的道路，雖然沒有到達設計使用年限，但限于當時的經(jīng)濟條件和技術水平，以及現(xiàn)如今的經(jīng)濟水平和車輛條件，已難以滿足當下的行車需求，需要進行改建擴建；最后，因為其它一些因素，如道路損傷、考慮生態(tài)環(huán)境、社會影響等，也有相當一批數(shù)量的道路需要改建擴建，圖1為某城市道路病害示意圖?？傊?，道路改擴建儼然已是當下道路發(fā)展的必然趨勢與迫切需要研究的問題。

圖1 城市道路病害圖

2 道路改擴建現(xiàn)狀分析

2.1 道路改擴建研究現(xiàn)狀

我國道路改擴建的研究主要集中在以下幾個方面：首先是概括建道路路基設計問題的研究，主要集中在路基開裂的分析、新舊路基沉降差異與穩(wěn)定性的研究、路基病害因素的分析、等。其次是道路改擴建路面結構的研究，包括路面病害分析、不同拼接寬度下路面的力學性能分析、新老路面的搭接問題研究、路面加鋪瀝青面層的研究等。最后是道路改擴建中各種施工技術的研究，主要介紹了當前路基加固的各種工程方法、道路拓寬改造的經(jīng)驗和常用方法、路面瀝青加鋪工程的各種新技術與施工方法等。綜上所述，道路改擴建的重點與難點，集中在路基路面的設計與施工上。關于改擴建道路的路基路面研究雖然豐富，但都研究方向都較為單一，關于改擴建道路路基路面的設計優(yōu)化較少。故本文重點分析改擴建道路路基路面的優(yōu)化設計，以期為改擴建道路的設計與建設提供參考與依據(jù)。

2.2 道路改擴建中關鍵問題分析

道路“改建”工程主要是指對原有道路等級的提升或改變原道路的使用功能；道路“擴建”工程主要是指在保留道路原有功能的基礎上，通過改變道路的幾何形狀或規(guī)模尺寸而擴展道路交通量。在道路改擴建項目中，具體的改擴建主要內容包括線形的調整與路基路面的加寬兩類。道路線形的調整擴建主要指對道路線形指標的調整更改，以滿足新的設計目標的需求；路基路面的改擴建，一般指加大加寬路基路面尺寸，以滿足增長的交通運輸目標。從這兩個內容分析，道路改擴建中的關鍵問題有。

(1)改擴建道路的線形設計。道路路線線形設計的重點在于設計指標的選擇與調整，指標參數(shù)的選定基于道路設計速度，道路設計速度取決于道路設計等級?；谠械缆饭こ碳爸苓叚h(huán)境的約束，改擴建道路等級不宜發(fā)生跨越性改變，宜在原道路設計等級基礎上適當提高。同理，道路改擴建一般采用原設計速度，但由于各種因素影響時，不排除對設計速度進行調整，需具體情況具體分析，且不宜高于提高道路等級對應的設計速度。

(2)路基路面設計。首先應進行路基路面調查與評價，其次進行改擴建路基路面設計。改擴建路面設計包括拼寬新建路面、既有路面利用標注及處治、路面拼接、再生利用和路面結構防排水設計五個部分，應重視各部分的相互協(xié)調。

(3)交通量增長及預測。城市道路在設計與改造時往往忽略其交通量的最終影響，但交通量的增長又總是舊道路改擴建的關鍵因素。參考各道路改擴建工程項目，建議改擴建道路要限制其設計最小交通量，設計交通量應按20年預測，起算年為該項目工程可行性研究報告中的計劃通車年。設計小時交通量不應小于年第30位小時交通量。

(4)改擴建道路的性能評價。道路的評價是道路改擴建優(yōu)化的基礎，李昆侖等結合城市道路的景觀特點提出了其評價指標體系[1]；李海軍等運用灰色系統(tǒng)理論建立了宏觀道路交通安全灰色評價方法[2]；馮樹民等選擇了3個評價指標對比分析路網(wǎng)形式的優(yōu)劣[3]。關于道路評價的研究各方各面，雖然研究豐富，但缺乏一個系統(tǒng)的評價體系，有待進一步的研究。

(5)考慮改擴建道路與自然生態(tài)環(huán)境和社會人文的相協(xié)調。遵循保護環(huán)境、保護沿線文物、節(jié)約資源、結合當?shù)厝松缈莆幕脑瓌t，力求將道路打造成為體現(xiàn)本土特色，反映時代氣息的城市新景觀。

3 改擴建道路路基路面優(yōu)化設計

3.1 工程概況

岡州大道路面改造工程位于廣東省江門市新會區(qū)內，線位大致呈東西走向，西起西門路，東至五邑路(江咀橋)，路線長度約為7.566 km。路基寬度為26～60 m，均為舊路改造工程。

建設內容包括加鋪瀝青混凝土路面、拓寬部分路段車行道、改造人行道、改造排水管、重設交通標線等。道路路線設計應以地質資料、工程造價、地方政策要求為設計依據(jù)，考慮自然環(huán)境和人文因素等進行道路路線方案的比選與技術經(jīng)濟論證，合理設計道路路線。圖2為岡州大道工程總體平面圖。

基于岡州大道的地理優(yōu)勢，圖3為岡州大道地理位置示意圖。本項目建設的意義重大：是大灣區(qū)建設戰(zhàn)略性需要；是實現(xiàn)江門市總體發(fā)展戰(zhàn)略的需要；是加快江門市經(jīng)濟建設的需要；是適應交通量迅速增長的需要；是推進江門市旅游事業(yè)發(fā)展的需要；對于提升城市品質、彰顯城市魅力具有積極的推動作用。

圖2 總體平面圖

圖3 岡州大道地理位置圖

3.2 設計要點分析

(1)改擴建道路線形設計

依照本文2.2節(jié)改擴建道路的線形設計分析中的關鍵指標，改擴建道路設計速度選定為60 km/h，道路線形結合沿線地形、地物進行布設，減少征地拆遷，減少工程造價，同時方便土地利用。同時對現(xiàn)有公交線路進行重新梳理，合理調整公交車站布置。

縱斷面設計充分利用自然地形，在遵循照豎向規(guī)劃設計的基礎上，合理設計道路縱坡。本工程為舊路改造工程，舊路范圍需加鋪瀝青面層，道路標高應在滿足最小加鋪厚度的前提下，盡可能地接近現(xiàn)狀道路設計高程，以減少舊路路面加鋪工程量，節(jié)約工程造價。

橫斷面設計：按規(guī)劃要求并結合交通量需求設置車道數(shù)及行車道寬度。本工程均為舊路改造工程，屬城市主干路，其中西門路至南安路段為雙向四車道，其余路段均為雙向6車道主車道+雙向輔道(輔道為非機動車道及摩托車道)。

(2)改擴建道路的路基路面設計

路基路面調查分析：本工程原部分路段人行道鋪裝缺失，既有人行道及側石檔次材料雜亂，陳舊并損壞較為嚴重，需要升級替換。地下排水設施陳舊、部分路段堵塞，部分路段缺失，需要更換維修部分地方重新設計。道路車行道經(jīng)過多年的車輛行駛，已出現(xiàn)不同程度的病害，產(chǎn)生了一些路面裂縫。水泥混凝土路面開裂、破損率占15%，本工程擬采用加固混凝土板及加鋪瀝青面層對其進行處理。路段軟土分布廣泛，經(jīng)過多年使用，人行道部分地段已有不均勻沉降、道磚不平整、松散等現(xiàn)狀，需對軟基進行專門處理，且項目范圍內地上地下現(xiàn)狀管線多，埋置深度深淺不一。

一般路基宜采用拼寬的形式加寬，特殊情況可采用分離增建的形式加寬，本工程采用拼寬的形式加寬，需新建路基、改造和利用舊路基等。路床拼接部位應增強補壓，保證拼接密實；受既有路基滲水等影響導致強度不足時，可采用換填、摻灰改良或排水等措施進行處理。路基填料在符合現(xiàn)行規(guī)范的要求下，宜采用與既有路基填料性質相似或更有利于拼接的材料?？紤]軟土地質影響，應在對既有道路沉降與穩(wěn)定狀況作充分調查和評價的基礎上，根據(jù)沉降協(xié)調并滿足穩(wěn)定性的原則進行拼寬路段軟基處理設計。對于兩側拼寬，當?shù)刭|變化大時宜分幅進行軟基處理設計。

既有路面結構是瀝青路面，改擴建道路路面仍應選擇瀝青路面。路面結構選擇盡量與既有路面一致，且要以保證路面的耐久性為基本目標。既有路面處治設計應消除既有路面結構病害，恢復路面結構強度，改善其使用性能。路面防水排水設計，遵循“以防為主、以排為輔”的原則。

(3)改擴建道路的路基路面設計優(yōu)化方法

在一般設計的基礎上，路基路面的優(yōu)化設計可以從以下幾個方面方面展開：

①改擴建路基的沉降驗算。本工程利用Abaqus有限元分析軟件，計算需要的參數(shù)容重、粘聚力、摩擦角、孔隙比、回彈系數(shù)等參考地質資料選取，計算設計后路基沉降量，分析比較計算結果與《城市道路工程設計規(guī)范》[4]等規(guī)范的要求是否富余及富余情況，然后以沉降量為控制參數(shù)，定量地優(yōu)化原設計方案。

②改擴建路面的力學性能分析。計算設計后路面的承載力與變形，比較計算結果與規(guī)范的要求是否富余及富余情況，然后以承載力為控制參數(shù)，定量地優(yōu)化原設計方案。計算發(fā)現(xiàn)，新舊路面橫向拼接時，面層銜接位置應力最大；新舊路面縱向拼接時，裂縫區(qū)域的應力值較大。建議路面拼接位置應盡量避開荷載作用最大位置或者采取相應的加強措施。

③根據(jù)本文2.2節(jié)改擴建道路的性能評價，評價路基、路面道路技術狀況。選取對應指標，分配權重系數(shù)，賦設分值，變權綜合對路基路面進行評價，根據(jù)評價結果定量地優(yōu)化原設計方案。

4 結 語

道路改擴建在我國道路事業(yè)中占據(jù)并將長期占據(jù)重要地位，研究改擴建道路路基路面的優(yōu)化設計方法，提高改擴建道路設計的安全與質量，提高道路的使用價值和社會服務價值，是十分有意義的。本文通過控制路基沉降、路面力學性能以及路基路面技術狀況評價，優(yōu)化道路路基路面設計，為改擴建道路工程提供參考。