城市道路旧路改造工程设计实例研究

周铨

（厦门市市政工程设计院有限公司，福建 厦门 361000）

0 引言

早期的城市化建设中，由于城市规划较早、资金问题、交通功能需求等原因，无法完全满足现阶段城市交通功能的需求。因此，旧路升级改造在以后相当长的一段时间里，将会是我国城市道路建设的主要方式之一。如何利用旧路改造来满足交通的需求以及居民的出行要求，提高道路等级标准和环境景观，将是复杂且有挑战性的工作。

1 项目概况

1.1 建设背景

该项目位于石狮市宝盖镇，毗邻宝盖山风景区。随着片区的开发建设，学府路现状的双向6车道已无法满足日益增加的交通需求，迫切需要对现状道路进行提升改造。工程起于南环路，路线向北延伸，止于香江路，道路全长约4.16km。现状道路等级为城市主干路，车道采用双向6车道，设计车速60km/h，道路红线宽度48m。改造后道路等级保持不变，车道拓宽为双向8车道，设计车速60km/h，红线宽度拓宽为60m。

1.2 现状调查

根据现状调查，此次设计范围内，路面各类病害情况占总路面板块的17.3%，主要破坏情况如表1所列：

表1 路面各类病害破坏情况

根据综合评价结果，现状路面情况较好，保留现状水泥混凝土路面，采用“白+黑”的改造方式。

2 平面、纵断、横断面设计

2.1 横断面设计

横断面的确定，主要结合上位规划、交通量预测及道路的使用功能等。考虑到道路两侧分布着现状建筑及构筑物。若按照规划断面实施，将造成较大面积的拆迁，工程实施难度大且投资高（见图1）。

图1 道路标准横断面（现状）（单位：m）

因此，在符合上位规划的基础上，结合现状情况进行综合设计，确定合理的横断面方案。

根据现场调查，学府路横断面布置形式如下：

10.25m(预留绿地)+11.25m(机动车道)+5.0m(中央分隔带)＋11.25m(机动车道)+10.25m(预留绿地)=48m（用地红线）。

2.1.1 在道路两侧距离现状行车道路边10.25m范围种植盆架子、鸡冠刺桐、垂叶榕，长势好。此次改造设计将予以保留。

2.1.2 中央分隔带上的220kV架空高压线，此次改造设计将予以保护；两侧绿化带范围的架空高压线全部下地。

根据交通量调查数据以及对远期交通量预测，并结合景观提升，此次断面改造由双向六车道拓宽为双向八车道，并新建两侧绿道系统，包括绿化带、自行车道、绿化设施带、人行道（见图2）。

图2 道路标准横断面图（改造后）(单位：m)

通过对现状沿线的调查，横断面两侧采用3m+3m的“设施带+绿化带”组合，局部路段可以通过压缩绿化带的宽度，灵活有效地解决局部因退让红线不足的问题。

2.2 平面设计

平面设计需要在现状道路的基础上进行布置设计，主要形式有以下几种：

其一，两侧拓宽：中心线沿现状道路中线进行拟合，在现状路基路面的基础上两侧拼宽。

其二，单侧拓宽：利用现状路基路面作为半幅路，新建拼宽另外半幅路基路面。

其三，局部利用：考虑现状道路线形指标较差，重新布设线位未能按现状拟合，只能对局部重合路段进行利用。

此次设计中，道路为两侧拓宽，根据测量地形对现状中心线进行拟合，经复核线形指标均能达到城市主干路的标准，对局部指标较低的线形参数进行调整。其中学府路起点位置，因与南环路交叉口存在错位，不利于交叉口交通组织。此次设计考虑增设一处转折点，通过设置半径600m的圆曲线，使交叉口线型连续。

2.3 纵断面设计

旧改道路纵段设计主要结合现状道路标高、周边建筑地坪高程及主要出入口等，作为道路纵断的控制点标高进行纵断面设计。

可以按以下步骤进行设计：

一是调查现状路面弯沉值，并计算设计弯沉值。

二是对现状道路标高进行测量，并标注各主要出入口的标高。

三是需要进行地质勘查，特别是加宽侧的孔位布置，以便准确判断地质情况，采用相应的处理方式，以此确定控制标高。

四是在纵断上，按照不同的处理方式进行划分，区分出新建段、加铺段等。

五是路线拉坡拟合时，还应考虑旧路的横坡度和超高。

此次道路纵断拟合设计，在满足规范指标、排水、标高衔接的基础上进行优化调整，使其对现状路面破除率降到最小。根据拟合纵坡，最小坡长为150m，最小坡度值0.3%，最大坡度值4.32%。

3 路基设计

由于该项目需要对现状路面进行拓宽，存在新旧路基衔接处理的问题。由于旧路基在长时间车辆行驶中，路基已固结到位，其沉降比新建路基部分的沉降小很多。新旧路基出现沉降差异，导致路基失去整体稳定性，新旧路基衔接位置易发生纵向开裂。

不均匀沉降裂缝作为旧路改造中的常见病害，应采用预防为主，及时处理的原则。设计中采用合理的方案并同时保证施工质量，消除或减少新旧路基出现沉降。地勘报告显示，该项目地质条件较好。先对旧边坡进行清坡（50cm），旧路边坡挖向内向倾斜的台阶，坡面内倾3%，台阶宽度不小于2.0m，台阶高度不小于0.5m。按照路基设计要求，自下而上逐层填筑，每层压实度需满足规范要求，并在路基顶部及路床范围内，设置1～2层土工格栅，通过以上方式能够有效减小沉降差。

4 路面结构设计

路面结构设计在旧路改造中很重要，其设计的合理性与否，对后期道路的使用性能及年限起到关键的作用。在此次旧路改造项目中需要关注的问题，主要有旧路面板块如何处理和如何消除或缓解反射裂缝的产生。

4.1 旧路面处理方案

为了提高和改善旧路面结构的承载力及反射裂缝的产生，需要对旧路面进行病害处理，提高其使用功能及寿命。

根据现场调查情况，学府路现状路面情况良好。对存在的几种病害采取如下几种方式：

4.1.1 板块开裂及破碎：将旧板破碎、运走、清理基层；用C20混凝土修复松散基层（如果还存在软弱淤泥土，还要继续挖除，直到土质较好的土层），基层表面保持平整，并保持一定的横坡度，然后重新浇筑混凝土板与旧水泥板块保持齐平。

4.1.2 断板：对于有裂缝宽度大于3mm贯穿全板的横、纵、斜向裂缝的板块，也按破碎板的方式处理。

4.1.3 错台：高差小于5mm的轻微错台，不予处理；高差在5～10mm的错台，采用切削修补；高差大于10mm的错台采用凿低补平罩面法修补。

4.1.4 开裂：横向开裂：板间缝隙在5～8mm以内，不予处理，板间缝隙在8mm以上进行灌缝处理；纵缝开裂：板间缝隙≤12mm，不予处理，板间缝隙＞12mm进行灌缝处理，灌缝材料采用普通沥青。

4.1.5 接缝处理：用清缝机清除旧填缝料，用钢丝刷清理缝壁，清除干缝内土，用稀释沥青涂刷缝壁，缝下部填泡沫塑料嵌条，缝顶部须留5～10mm膨胀空间，在已填好的缝上，用烙铁烙平使填缝料密实。

4.1.6 板块脱空：根据混凝土面板的脱空情况及原路基损毁的严重性，即脱空及损毁情况较轻的，可采用灌浆处理；情况较为严重的，破除混凝土面板并对路基进行处理后再进行混凝土面板的浇筑。

4.1.7 原水泥混凝土板铣刨1cm后，需将粉尘、碎屑清扫干净，并经过冲洗、晾干后方可进行沥青加罩结构层的施工。

4.2 沥青加铺层结构设计

4.2.1 表面层沥青混合料类型的选用

表面层是车辆直接作用的结构层，除了考虑沥青混凝土的结构性能外，还要考虑防滑、降噪、防水等要求，表面层采用4cmAC-13CSBS改性沥青抗滑表层。

4.2.2 中面层沥青混合料类型的选用

考虑到中面层的一个重要作用是延缓旧水泥混凝土路面的反射裂缝，同时考虑承重、密水及抗车辙的要求，中面层采用6cmAC-20CSBS改性沥青混凝土。

4.2.3 下面层沥青混合料的选用

考虑到学府路作为石湖港主要疏港通道之一，重型车辆较多，下面层采用8cmAC-25C沥青混凝土。

4.3 延缓反射裂缝措施的选择

在过往的工程案例中，在工程实践中积累了多种能够有效延缓反射裂缝发生的防治处理措施。在这些措施中大致可以分为以下几种：改善沥青加铺层的性能、通过设置中间夹层及对旧路面板的处理。

4.3.1 增加沥青加铺层的厚度

增加沥青加铺层的厚度，可以提高路面结构的弯曲刚度，减少裂缝两侧由于车轮荷载引起的竖向位移差值。根据试验数据显示，每厘米厚的加铺层可降低2%～4%的弯沉。适当增加罩面层的厚度对于防止或延缓反射裂缝是有效的，但当沥青加铺层厚度增加到12cm后，再通过增加罩面层的厚度是不经济的，防治效果也不再那么显著。

4.3.2 玻璃纤维土工格栅

目前在工程中使用玻纤格栅的措施较普遍。首先，从材质上，玻纤土工格栅经、纬向有很高的抗拉强度和较低的延伸率，并具有耐高温、耐低寒、抗老化、耐腐蚀等优良性能。其次，从产品特点上，玻纤土工格栅可给路面增强、补强、防止路面车辙疲劳裂纹，热冷伸缩裂纹和下基层的反射裂纹，能够有效延缓减少反射裂缝。并且玻纤土工格栅造价低，性价比高，可以回收利用，节能环保。

4.3.3 橡胶沥青应力吸收层

橡胶应力吸收层在作为路面结构夹层能依靠其塑性变形的特点来消散应力。根据断裂力学理论，低弹性模量高韧性的应力吸收层，可以减小裂缝尖端的应力集中现象，从而有效减缓反射裂缝的产生。应力吸收层还能将旧路面板块的水平位移与罩面层分隔开，并且有效阻断基层或路基水汽浸入罩面层，同时防止地表水下渗进入路基层。国内外研究认为如果夹层模量大于周围材料或夹层厚度较大，主要体现出加筋作用，如果模量不足，则只有应力缓解作用。

4.3.4 沥青层锯切横缝

在加铺后的沥青层上，对准旧水泥路面上的横缝位置锯切新横缝，并在开放交通前灌封。这种方法可以消除加铺层内因温度阻碍而产生的温度拉应力。这种方法适用于现状路面板块情况良好，接缝处板块边缘弯沉较小的混凝土路面，并且需要做好锯切缝的密封工作，对施工工艺和施工质量的要求较高。该措施在国内工程中使用较少。结合项目的实际情况，从施工工艺、工程投资和处理效果综合比选后，此次设计推荐采用玻璃纤维土工格栅。

5 结语

与新建项目比较，旧改项目相对复杂。首先，需要做好现状调查，特别是路面和管线排查，需要进行大量的前期工作，这样可以在设计过程中及时发现并解决问题，减少因后期问题的出现而增加投资。其次，充分结合上位规划，满足远期道路的使用要求，达到改造项目的，避免出现重复改造的问题。