市政道路大中修工程设计研究

2023-01-21谢磊

工程建设与设计 2022年23期

谢磊

（上海投资咨询集团有限公司，上海 200003）

1 引言

随着我国城市化进程的不断推进，越来越多的市政道路接近设计使用年限，出现了不同程度、不同类型的道路病害，严重影响了行车安全性和舒适性。道路大中修工程相比于新建道路，具有施工周期短、工程造价低等优势，但涉及因素较多，合理进行道路大中修方案设计，对有效提高道路使用性能、延长路面使用寿命和节约工程投资尤为重要。

2 市政道路常见病害分析

2.1 沥青路面病害

沥青路面经过长时间车辆持续碾压冲击作用、温差作用、地下水作用等影响，自身材料性能会逐渐老化，经常出现路面裂缝、磨耗层损坏、车辙、沉陷、拥包、松散、坑槽、麻面、泛油等病害，对路面整体性、平整性和抗滑性带来不利影响。其中，路面裂缝和车辙最为常见，路面裂缝往往由于路面强度不足、基层收缩变形或温度应力过大引起，车辙则是由路基结构强度不足、路面压实度不足或路面面层抗剪强度小于车辆荷载作用形成的剪切应力导致。

2.2 水泥混凝土路面病害

水泥混凝土路面具有强度高、稳定性和耐久性好等优点，但在车辆超载、路基排水不畅等情况下极易出现板块断裂、接缝料损坏、错台、拱胀、边角剥落等不同程度的病害，严重影响道路行车安全。其中最为常见的病害是板块断裂，主要由车辆超载和超限、路基不稳定、不良地基、温差过大、板体脱空等引起，且局部病害修复难度较大。

2.3 市政桥梁病害

市政桥梁大多处于城市交通繁忙路段，车辆超载、原材料质量与性能不佳等因素综合作用下易出现如下病害：桥面铺装、伸缩缝、栏杆等桥面系破坏，桥梁支座老化、变形甚至脱空，桥面板、梁裂缝，以及混凝土碳化、钢筋锈蚀和外露等。市政桥梁以中小跨径为主，中小跨径桥梁又以梁式桥最为常见，典型病害为裂缝、缺损和钢筋锈蚀。裂缝出现的原因可以分为主拉应力裂缝、局部应力裂缝、温度应力和收缩产生的裂缝、徐变裂缝以及其他次应力裂缝[1]。缺损是混凝土碳化、物理撞击等因素引起的结构外观损伤，缺损又会进一步导致钢筋暴露或保护层厚度减小，钢筋发生电化学反应出现锈蚀现象。

2.4 附属设施病害

排水设施、侧平石等附属设施作为市政道路的重要组成部分，往往会随着道路运营时间的增长，出现雨水管道堵塞、检查井结构损坏和周边道路沉降不均匀、雨水口结构破坏、侧平石老化露骨、减速带破损等病害。许多市政道路由于建成时间较早，尚未完善相关无障碍设施，无法切实保障残疾人、老年人、孕妇等社会成员的通行安全。现状附属设施的设计也未考虑海绵城市相关建设要求，未有效实现市政道路的滞水、蓄水、净水和排水功能。

3 市政道路大中修工程设计重难点

3.1 交通流量调查分析

交通流量调查是指对市政道路所承担的交通量、速度、交通流运行状况、交通事故、起讫点、交通土地利用等调查的统称[2]。交通流量调查数据的全面性、准确性和及时性对道路大中修工程方案设计至关重要。开展相关调查工作时，应该侧重车辆轴载类型、轴重、组成比例等参数的准确获取，条件允许时宜获取近10年的交通流量历史运行数据。

3.2 道路病害调查与原因分析

市政道路现状病害调查是大中修工程开展方案设计的重要前提，也是道路养护决策的重要依据。目前，国内开展道路病害检测以多功能路况快速检测车等自动化设备和传统的人工检测为主[3]。沥青路面检测指标包括路面状况指数（PCI）、路面平整度（IRI）、构造深度（TD）、车辙深度（RD）、路面行驶质量系数（RQI）、抗滑系数（SFC）等，水泥路面检测指标包括断板率、接缝传荷能力、路面状况指数（PCI）、路面行驶质量系数（RQI）等[4]。

根据现状路面结构使用性能、历年交通运行数据、路面结构材料性能、路面养护历史等内容，对路面病害进行分路段、分类统计分析，由此判断现状路面各结构层技术状况和病害成因分析，在此基础上进行针对性的大中修工程方案设计。

3.3 地下管线情况复杂

城市中各类管线一般采用地下敷设方式，包括排水管道、燃气管道、给水管道、电力管线、通信管线、军用光电缆等。开展方案设计前，应对地下管线位置、类型等进行充分勘探，并紧密对接相应权属单位或管理部门，制订管线保护方案或合理避让，避免后期施工损坏地下管线，给沿线居民生活带来不便，甚至威胁周边居民生命安全和国家安全。

3.4 避免施工对交通运行产生较大影响

市政道路是居民日常交通出行的重要通道，在保证施工质量、确保施工进度的前提下，制订合理的交通组织方案，对周边交通进行疏导，尽可能减小道路大中修施工对周边道路交通的影响。对于城市快速路、主干路等道路等级较高的路段，应提前对接交通管理部门，协调完善交通疏导方案，同时解决沥青运输车等施工车辆的专线行驶问题。

4 市政道路大中修工程设计思路

4.1 有针对性地确定道路大中修方案

基于交通流量历史运行数据、周边地块建设发展规划以及区域交通组织方案等，进行交通流量预测和道路当量轴载换算，用于沥青层疲劳开裂损坏、路基顶面竖向压应变、路面低温性能等验算，合理指导沥青路面结构组合设计。路面结构层材料的选用还应充分考虑施工对周边交通的影响，必要时可采用快速水泥混凝土、沥青稳定碎石等材料，以缩短施工周期。

水泥混凝土路面通常采用原路面加固处理后加罩沥青面层、原路面破碎压实后加罩沥青面层和翻挖新建沥青路面等改造方式。确定道路改造方案时应结合道路病害调查及检测报告，细化水泥混凝土板体脱空区域注浆、灌缝等设计方案，确保路面结构稳定，采用共振碎石化改造方案时要避免破碎工作对地下管线的不利影响。

桥面铺装的修复方案要根据病害类型、病害严重程度、道路交通量大小等进行选取，病害较轻时宜采用微表处、稀浆封层等预防性养护方案。此外，对工程范围内破损和堵塞的雨水连管、雨水口等设施进行翻排和调换，确保道路排水安全。

4.2 细化地下管线保护或避让方案

地下管线勘察时经常存在敷设位置不清晰、权属单位不明确等问题，给道路大中修工程设计带来很大困扰。实地调查时，应该邀请相关权属单位或知情者协助，深入了解管线类型、权属单位、管线埋深、管线走向、管线材质等信息，后续建议申请调用局部路段综合管线资料或相关管理部门的原始管线设计资料，对勘探成果进行复核，确保地下管线信息准确。

按照相关标准和规范要求，结合管线类型、埋深、管道直径等因素，对可能受到道路施工影响的地下管线进行保护或合理避让，如管线埋深较大且距离基坑较近时可采用隔离保护法对施工过程中裸露在检查井或基坑中的管线进行悬吊保护等。

4.3 优化完善无障碍设施、绿化景观等附属设施设计

在智慧城市建设的大背景下，人性化设计理念已逐步被融合到城市道路设计工作中。基于人性化设计理念进行道路大中修设计，除了协调处理机动车、非机动车、行人的通行安全与舒适的关系外，还应该同步完善无障碍设施、绿化景观、合杆等附属设施设计。

针对目前市政道路中存在的人行道局部变窄导致盲道中断、进口坡坡度过大、行人过街设施不足、盲道距离障碍物过近等问题，可以结合街道设计方法对道路空间进行精细化设计，避免采用单一的设计通用图，充分考虑设施带宽度、残疾人通行需求、视觉诱导等因素，保证市政道路无障碍设施的连续性和与周边空间的合理衔接。

道路绿化是提升市政道路生态效益、改善城市环境的重要途径。确定植被类型时，要同时注重实用功能、观赏功能和文化功能，结合道路等级、周边建筑类型、光照强度和植物季相，选取成活率高、空气净化功能较强、日常养护便捷和蓄水能力较强的植物，增加道路绿化景观的丰富性、层次感和季节适应性，为行人和驾驶员交通出行带来良好的视觉观感和视觉诱导效果。

为了满足交通标志、监控、信号灯等系统设置要求、路政、公安、交警等各类权属单位在道路上设置了数量繁多、种类繁杂的各类杆件和箱体，容易导致重复建设和设置混乱的问题。道路大中修设计时要按照“应合则合、能合则合”的原则，对各类杆件、箱体及相关设施进行集约化和规范化布置，在保证各项功能的前提下，尽可能减少杆件数量，充分释放道路通行空间。

4.4 优化交通疏导方案，减少碳排放

2020年9月，习近平主席在第七十五届联合国大会上宣布“中国二氧化碳排放力争取在2030年前达到峰值，努力在2060年前实现碳中和”的目标，交通行业作为人们生产活动的重要组成部分，碳排放问题一直备受关注。市政道路大中修过程中，交通量、施工周期、施工区长度、封闭车道数、封闭时间等因素对交通延误有着直接联系。一般来说，施工造成的交通延误时间越短、机动车绕行距离越短，由此造成的碳排放量也越少，合理制订交通疏导方案可以显著减小碳排放量[5]。

根据市政道路等级、所在区位以及承担交通量的大小，灵活采用全路段全封闭施工、分时段半封闭施工、分时段全封闭施工、夜间施工等方式，并结合施工工序、施工特点和天气状况，动态调整交通疏导方案，将施工对周边道路交通的影响和施工碳排放量降到最低。对于道路等级较高、交通流量较大的道路，施工前应协调交通管理部门，通过广播、网络等渠道进行宣传，实时公布施工进度，保障居民出行顺畅，争取社会支持与市民配合。

4.5 结合全寿命周期养护理念，合理确定养护计划

全寿命经济分析的本质内涵是要求从工程项目全寿命周期出发去考虑造价和成本问题，关键是要实现工程项目整个寿命周期的总收益最大化或总成本的最小化[6]。引入全寿命周期养护理念，确定道路中长期养护计划，可以在最佳养护时期提出最具针对性的养护措施，目的就是减少后期投资，提高项目质量与性能，防止道路由于养护不及时出现严重病害。

对市政道路日常使用状况进行及时的动态监控和检测，记录路面性能指标（如路况指数等）的衰变模式，达到养护标准时结合养护周期内路面实际技术状况开展养护方案设计，每个分析期内可能要采用多次养护或铣刨加罩等养护措施，确保道路一直保持良好的使用性能，并为下一阶段的养护工作奠定基础，争取实现道路使用性能目标和投资效益的最大化。