不间断交通大修施工方案优化研究

摘要 文章以某道路为例，对不间断交通或短时间中断交通的城市道路大修方案进行研究，分析半刚性基层材料在养生期间强度上升缺陷原因，导致最终强度无法达到预定设计标准的问题。通过理论与实践相结合的方法，采用在设计中改变路面结构厚度等方法，提高道路使用性能，延长大修后道路的使用寿命，对今后类似城市道路大修具有重要的理论和实际指导意义。

关键词 城市道路;不间断交通;大修;半刚性基层;路面结构

中图分类号 U445.551 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）11-0136-03

引言

随着城市的发展，城市道路的重要性日益凸显。由于道路周边分布着住宅区、商业、学校、工厂等，交通通行作用受道路影响较大，故城市道路大修施工应最大限度地减少对城市交通的影响。因此，在受到条件限制而无法进行交通导改时，不间断交通或短时中断交通施工已成为城市道路大修所必须遵循的客观事实。

目前北京城市道路大修结构设计依旧采用常规设计思路，未充分考虑不间断交通或短时间中断交通的特殊性：基层材料无法达到常规养生所需的最低时间标准，在其养生早期强度尚不足时便开放交通，对材料造成不可弥补的破坏，导致最终强度无法达到预定设计标准。该文重点从技术的角度出发，以大鲁店北路为例，对不间断交通或短时间中断交通的城市道路大修方案进行研究。

1 大鲁店北路现况调查及评价

1.1 现况调查

大鲁店北路长2 100 m，北侧为居民小区，南侧为村庄，道路等级为城市支路，两幅路，隔离带两侧路宽6 m，两侧步道宽2 m。根据相关部门统计数据显示，该路2016年5月至2017年4月平均日交通量为5 300辆/日。2015年6月至7月，该路进行道路大修，设计路面结构为：4 cm面层沥青+6 cm底面层沥青+32 cm石灰粉煤灰碎石基层。路基处理采用12%石灰土，处理厚度为35 cm。道路大修期间施工时间为每日0时至5时，其余时间车辆放行正常通行，施工作业间断进行，养生条件达不到标准。

2015年7月大修竣工并交付使用，半年后面层出现微小裂缝。一年后，出现大面积龟裂，钻心取样发现基层松散不成型。截至2016年底大鲁店北路相继出现裂缝、车辙、坑槽等病害，如图1、图2所示：

1.2 路面技术状况评价

依据《城镇道路养护技术规范》（CJJ 36—2006）规定，以PCl和路表弯沉值为指标对大鲁店北路进行评价[1-2]。

PCI=100−综合扣分值=100−26.35=73.65，路面结构损坏状况为B级。基层为石灰粉煤灰稳定碎石半刚性基层，采用贝克曼梁法对路表弯沉值进行检测，弯沉值为70（0.01 mm），路面结构强度不足。

由此可见，道路的正常使用及服务质量已受到严重影响，接下来对病害产生原因进行详细分析研究。

2 病害原因分析

2.1 基层养生条件差致使强度不足

半刚性基层采用石灰粉煤灰稳定材料，其重要特点之一是强度和弹性模量随龄期的增长而增长，逐渐具有半刚性性质。第一个时期是从生产到碾压完成;第二个时期是从碾压完成到强度上升到最大值为止。由于形成强度的反应速度慢且需在一定的环境条件下才进行，因此石灰粉煤灰稳定材料强度的生成需要足够长的时间。养生为其强度的形成创造一定的条件，保障其物理—化学反应能够顺利进行。

从调查中得知：该路每日0时至5时施工，其余时间放行，施工作业不间断进行，其基层铺筑完立即开放交通，尚未形成强度，车辆荷载对基层的作用力使内部产生损伤及微裂缝，为早期损坏埋下隐患。虽然在通车初期基层微裂缝对道路使用性能没有影响，但受到车辆荷载的反复作用后，基层结构的强度逐步降低，裂缝发展变宽变深，大大降低了道路的使用性能，缩短了使用寿命[3]。

2.2 运营期温度变化及水损坏

随着时间的增长，在外界温度反复变化下，基层裂缝逐渐发展扩大，直至贯穿，其整体性已不复存在，强度亦不再满足设计要求。同时该路还受到水损害影响，也是引起该路沥青路面坑槽破损的根本原因之一。

2.3 交通量大重载车多

该路系重要交通要道，交通量大，夜间超载、满载运输车辆多，结构层难以长期承受强大的荷载冲击力和压力，最终出现塑性变形，此变形难以恢复，侧向位移逐渐累积，最终产生裂缝、车辙、沉陷。

造成路面损坏的原因是多种的，且各因素间互相联系，协同作用，加速了道路的破坏。但该路投入使用仅一年就损坏严重，最主要原因还是基层养生条件差致使基层强度不足，接下来从结构设计的角度进行探讨。

3 路面结构设计控制指标及其影响因素

根据路面结构设计原理[4]，在对影响控制指标的因素进行理论分析后，得出以下结论：

3.1 两个控制指标

路面结构设计主要有两个控制指标：路表弯沉值和结构层层底拉应力，即：γa·1s≤1d和γa·σm≤[σR]，不等式右边的指标为设计指标，不等式左边的指标为计算指标。

两个设计指标影响因素大部分相同，即：

（1）构成交通状况的各个车型的轴数和轮组数、轴载大小、轴载作用次数。

（2）设计基准期、设计基准期内交通量的年平均年增长率、车道分布系数。

（3）道路等级。除相同影响因素外，路表设计弯沉值还受面层类型、基层类型以及不同材料所对应的检测龄期的劈裂强度的影响。

3.2 影响因素

设计指标的影响因素由道路的现状条件和现行规范所决定，当某一条路被选定为设计道路，且结构组合被确定后，这些影响参数的取值及两个設计指标也即确定。在设计指标已经确定的情况下，可从计算指标着手，寻找改善道路使用性能、延长道路使用寿命的方法。依据计算指标的影响因素，从结构层厚度和材料抗压回弹模量两方面进行探讨。

4 增加路面结构厚度对道路使用性能的影响

4.1 路表设计弯沉值和基层材料的容许抗拉强度的确定

根据《城镇道路路面设计规范》（CJJ 169—2012）[5]，路表设计弯沉值为26.4（0.01 mm），石灰粉煤灰稳定材料的容许抗拉强度为0.38 MPa。

4.2 路面结构厚度计算

（1）基层材料为石灰粉煤灰碎石，以基层为设计层，其余各层厚度如表1所示。

（2）路面材料参数的确定，如表2、表3所示。

利用计算机设计程序URAPDS，对该路的石灰粉煤灰稳定材料基层进行不同厚度的计算，如表4所示。

计算结果显示满足设计指标的基层最小厚度是350 mm。

4.3 基层厚度对控制指标的影响分析

为了更加形象地对计算结果进行分析，依据表4数据拟合基层厚度与路表弯沉值的关系曲线，如图3所示，及基层厚度与基层底面最大拉应力的关系曲线如图4所示。

图3 路表弯沉值与基层厚度关系图

图4 基层底面最大拉应力与基层厚度关系图

以上分析表明，在满足设计指标的基础上，适当提高基层厚度可以减小路表实际弯沉值和基层层底拉应力，提升城市道路的使用性能，延长道路使用寿命。

通过对大鲁店北路基层厚度与路表弯沉值和基层层底拉应力的关系分析，得出适当增加基层厚度确实可以减小路表弯沉值和基层层底拉应力。从理论角度分析，用增加基层厚度的方法来弥补基层养生的不足，改善大修后道路的使用性能，延长道路使用寿命应该是有效的。为了进一步验证其有效性，接下来对该路大修方案进行优化设计。

5 大鲁店北路大修优化施工方案及评价

5.1 优化设计及施工方案

为了探讨增加路面厚度这一单变量对道路使用性能的影响，依然采用与2015年大修相同的路面结构形式，只调整了石灰粉煤灰稳定材料基层的厚度。同时在充分对技术和经济[6]要求综合考虑后，最终确定的优化方案的路面结构形式如表5所示。

5.2 道路大修实施及性能评价

按照增加基层厚度可以减小路表弯沉值和基层层底拉应力、延长道路使用寿命的思路，于2017年对大鲁店北路进行了优化设计并实施大修，9月投入使用。2019年7月对大鲁店北路进行调查、分析，PCI值为93.69，对应的道路路面损坏状况为A级，路面状况良好;经检测其路表弯沉值为23.0（0.01 mm），路面状况及结构强度均满足规范要求，验证了增加路面厚度对延长道路使用寿命的有效性。

6 结论

该文以大鲁店北路为研究对象，对其病害产生的原因进行了详细分析，通过对厚度与结构设计控制指标的关系分析，提出了增加结构厚度的优化设计方案并进行了实施，改善了道路的使用性能，可作为类似城市道路大修的参考。

参考文献

[1]城镇道路养护技术规范：
CJJ 36—2006[S]. 北京：中国建筑工业出版社， 2006.

[2]公路技术状况评定标准：
JTCH20—2007[S]. 北京：人民交通出版社， 2016.

[3]张鹏. 石灰粉煤灰混合料强度形成机理及提高早期强度的措施[J]. 交通标准化， 2005（11）：
80-83.

[4]邓学钧. 路基路面工程[M]. 北京：人民交通出版社， 2000.

[5]城镇道路路面设计规范：
CJJ169—2012[S]. 北京：中国建筑工业出版社， 2011.

[6]韩玉祥. 公路工程造价指导[M]. 北京：化学工业出版社， 2011.

收稿日期：2022-03-30

作者簡介：丁宁（1981—），男，本科，研究方向：土木工程。

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