改扩建公路路面结构设计的研究

2020-06-20吴飞，余松

工程技术研究 2020年9期

吴飞，余松

（中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北武汉 430000）

现阶段，很多公路经过长期的使用逐渐出现了诸多的病害情况，导致其使用性能逐渐降低，同时人们对交通道路的要求也越来越高，因此，很多旧公路都需要进行改扩建。在改扩建公路中，为了保证其公路路面满足使用的要求，且能够长期具有良好的使用性能，就需要根据实际工程情况做好改扩建公路路面结构设计，这不仅是提升公路质量的要求，同时对促进交通网的可持续性发展也具有重要的意义。

1 工程概况

某公路工程旧路的部分主要是三级公路类型，一部分是四级公路。在三级公路中，旧路面是沥青路面，而在四级公路中，旧路面主要是泥结碎石的材质，在三级公路和四级公路的旧路中，路基的宽度为4.5～6m，对其项目实施工程的改造，主要将其提升到二级公路的标准，且路面是沥青的路面，并要求公路路基的宽度为10m。

2 路面结构设计要点

2.1 路面结构的设计方案

该工程中，旧路的原来线形指标是比较低的，现需要将其建设成二级的公路标准，则对线形的指标就具有更加高的要求。在工程设计中，因为路线指标提升较大，和旧路具有一定的偏离，这就需要对偏离旧路部分实施路基新建。而对那些旧路基的能够利用的部分，应对其实施补强或新建方案来进行再利用[1]。

在新建的路面中，要按照可行性的报告结果，结合实际现场的调查，对设计的基准期内所具有累计标准的轴载进行预测，并按照相应路面设计的规范程序实施设计，进而和该地区路面实际使用的情况进行结合，后通过计算对新建路面结构实施确定，则使用4cm的细粒型沥青的混凝土、7cm的中粒型沥青的混凝土、36cm的水泥稳定性碎石基层与20cm级配的碎石垫层综合式的路面结构类型。

在对部分旧路面的再利用中，要先对其原来的设计图以及竣工图等实施全面资料的查阅与掌握，后对旧路面利用部分结构层和具体厚度实施确定。如果没有道路相关竣工图与道路养护的资料，可在现场通过钻芯取样的方式，对原路面内各个结构类型和厚度实施确定。在该工程中，因为旧路的年代比较长，道路竣工图和养护的资料等都已经不够完善，则需要通过钻芯取样的方式来确定[2]。在钻芯取样中，在选取好、中和差道路外观典型的路段实施操作，每1000m设置2处钻芯，通过钻芯后对原来沥青的路面结构实施确定，主要采用3～5cm的沥青碎石、20cm的碎石基层以及15cm的碎石垫层结构。在对四级的公路设计中，因为在其旧路面中主要是一些泥结碎石类型的材质，且在路面内能够见到诸多坑洼部分，平整度方面也不是很好，在路面结构设计时可选择不利用。而对一些可利用的旧路面部分，一定要沿线对其旧路具体破损的情况实施调查，掌握具体破损深度、产生的裂缝与需要修补的具体面积等，后按照相应公路沥青的路面养护具体规范要求，对旧路面破损实际情况进行评价，路面状况的指数计算如下：

式中：R为路面的综合性破损率；A为所调查路面具有的面积；Dij为第i类的破坏情况和第j类的严重程度中道路路面具体破损的面积大小；Kij为第i类的破坏情况和第j类的严重程度中换算的系数值。在对道路PCI实施分段的计算处理后，按照相应公路沥青的路面养护规范内路面破损的状况评价表，就能够实现对路面的破损状况有效评价[3]。

2.2 对路面结构的承载能力实施评价

按照相应公路沥青的路面养护规范要求，针对旧路面的弯沉实施检测，对各路段内实测路表的代表性弯沉值进行计算，并通过下式来对原来沥青的路面强度实施评价，具体公式如下：

式中：设计路面的弯沉值主要是对借助当年设计的交通量，按照往年经济实际发展的情况，和三级公路设计相关基准年限实施结合，计算出三级公路在设计的初期年限内所具有的实际交通量和其交通量所呈现出增长的速度，后对道路设计基准性的年限内所累计的标准轴载实施计算，并和路面的面层、路面基层和垫层的类型实施结合，对路面设计的弯沉值进行计算。按照相应沥青路面的养护具体规范表内对路面强度的具体评价标准，就能够实现对旧路面规范有效的评价。

2.3 路面的挖除和利用设计

按照旧路面实际的破损情况和道路承载力的检测情况，对那些具有良好外观、中等外观和差外观的路面借助相应钻芯取样的方式，对路面的面层、公路基层和垫层等结构层所用材料实施试验检测，分析其破坏原因以及能否继续利用。在文章案例工程中，通过对基层和垫层进行压碎值和级配的试验，不满足要求的层次通过挖除重建进行处理，也可以降低要求当作次一层次而用，或者当作新建路面的垫层加厚层使用[4]。

2.4 路基设计

通过对路基的调查，对其强度、稳定性和路基排水的情况进行分析，并对旧路的路床内路基土实施取样和试验，对路基土内分层的含水量、具体承载力和路基土质的类型等实施判断。如果局部的路基确实存在严重的积水情况，可以对旧路基内部的填土实施挖除处理，并使用一些合格的填料实施换填，在对其换填的材料完成压实后再进行新路面的铺筑。如果路床的填料具有过高的含水量，可以针对性进行纵向盲沟的设置，对路基中的积水实施导排。如果路基的强度、稳定性和排水不好，要按照实际的情况针对性采取合理的措施，保证路基性能满足使用要求。

2.5 累计的标准轴载预测

在对交通量情况实施调查与预测时，主要是对此旧路段内交通的起止点实施调查，按照往年具体交通量以及此道路区域内的经济实际发展情况，来进行交通量相关模型的构建，从而对基准的要求年限内所具有累计的标准轴载实施有效预测，且此环节于新建的路面设计中进行完成。

2.6 原路面当量的回弹模量计算

按照各个路段内实测路表的弯沉代表性值，根据相应沥青路面的设计规范计算式，就能够计算出原路面当量的回弹模量，其公式如下：

2.7 设计层厚度的计算

按照预测交通量和旧路面当量的回弹模量值，通过层状体系的理论进行程序设计，并对设计层厚度实施计算。在计算中，所用路面材料具有力学的参数，一般需要通过相应的试验或者根据其以往经验对参数实施合理性确定。同时，按照对路面实际的补强层具有的总厚度∑hi和道路路线的纵坡具体情况，来对其之前旧路面选择不同方案进行利用[5]。

如果旧路的填高超过∑hi，对路面的补强层和旧路面间要进行调平层的设置，对调平层的厚度设置要达到相应规范对最小的厚度标准的要求。如果在路面的补强层内，其最底层和调平层具有相同的材料，就可以对调平层以及补强层的最底层实施同时铺筑，并不需对旧路面的结构层实施挖除。如果旧路的填高低于∑hi，就要对旧路部分所具有的结构层实施挖除处理，并按照路面新建结构的要求实施设计。

3 道路路面的改扩建设计中的注意事项

根据对以往改扩建的道路工程的建设设计情况的分析，对改建的路段往往于横向新旧路面结合位置极易存在开裂和错台等情况，因此对此位置就要实施一定加固的处理。比如，在新旧的路面的结合位置，可以建立土工格栅，以减少两者路面差异沉降。

若桥梁需要加固再利用，且不增加桥梁自身具有的荷载，就要保持桥面的标高不变，或者适当对原桥面的标高实施降低处理；在对桥台两端位置旧路面实施挖除后，再对路面结构实施新建，对路线的纵坡实施调整，确保桥头的路基具有良好平顺性。在各个补强层和调平层最小的厚度设计中，要按照相应公路沥青的路面规范中对各个结构层的最小厚度要求进行设计，确保施工具有良好的准确性。

如果需要在旧路上实施填高且超过新建路面的厚度，在新建路面的垫层底到旧路面的顶高所具有的差在50cm内，可以通过碎石实施补强处理，以防止旧路面与新路面之间存在软弱的薄层情况，同时也满足相应公路路基的施工规范要求，也就是要求每种类型填料在填筑层得到压实后连续性厚度要超过500mm；如果上述差超过50cm，就要选取合格填料实施路基的填筑处理。为了防止路面内部发生显著的渗水情况，实施填方中可以对垫层实施满铺形式处理，且在挖方边沟的内侧还可以设计一些排水盲沟。

若工程地区是季节性的冰冻区域，需要对补强后防冻的厚度实施验算，看其是否符合相应规范的要求。同时，为了保证对旧路面的充分利用，要按照各个分段的旧路面当量的回弹模量对补强层的厚度实施计算，然后按照旧路面的标高对路线的纵坡实施拟合，从而尽量实现少填勿挖的设计，节省工程投资。