江海濤
(廣東省建筑設(shè)計研究院有限公司,廣東 廣州 510010)
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(shè)計使用年限,需要進行改建擴建或重建;其次,有相當(dāng)大一批早期建設(shè)的道路,雖然沒有到達設(shè)計使用年限,但限于當(dāng)時的經(jīng)濟條件和技術(shù)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(dāng)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(dāng)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。總之,道路改擴建儼然已是當(dāng)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
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(shè)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(jié)構(gòu)的研究,包括路面病害分析、不同拼接寬度下路面的力學(xué)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(shù)的研究,主要介紹了當(dāng)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(shù)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(shè)計與施工上。關(guān)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(guān)于改擴建道路路基路面的設(shè)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(shè)計,以期為改擴建道路的設(shè)計與建設(shè)提供參考與依據(jù)。
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(chǔ)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(nèi)容包括線形的調(diào)整與路基路面的加寬兩類。道路線形的調(diào)整擴建主要指對道路線形指標(biāo)的調(diào)整更改,以滿足新的設(shè)計目標(biāo)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(biāo)。從這兩個內(nèi)容分析,道路改擴建中的關(guān)鍵問題有。
(1)改擴建道路的線形設(shè)計。道路路線線形設(shè)計的重點在于設(shè)計指標(biāo)的選擇與調(diào)整,指標(biāo)參數(shù)的選定基于道路設(shè)計速度,道路設(shè)計速度取決于道路設(shè)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(shè)計等級基礎(chǔ)上適當(dāng)提高。同理,道路改擴建一般采用原設(shè)計速度,但由于各種因素影響時,不排除對設(shè)計速度進行調(diào)整,需具體情況具體分析,且不宜高于提高道路等級對應(yīng)的設(shè)計速度。
(2)路基路面設(shè)計。首先應(yīng)進行路基路面調(diào)查與評價,其次進行改擴建路基路面設(shè)計。改擴建路面設(shè)計包括拼寬新建路面、既有路面利用標(biāo)注及處治、路面拼接、再生利用和路面結(jié)構(gòu)防排水設(shè)計五個部分,應(yīng)重視各部分的相互協(xié)調(diào)。
(3)交通量增長及預(yù)測。城市道路在設(shè)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(guān)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(shè)計最小交通量,設(shè)計交通量應(yīng)按20年預(yù)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(shè)計小時交通量不應(yīng)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(chǔ),李昆侖等結(jié)合城市道路的景觀特點提出了其評價指標(biāo)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(biāo)對比分析路網(wǎng)形式的優(yōu)劣[3]。關(guān)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(diào)。遵循保護環(huán)境、保護沿線文物、節(jié)約資源、結(jié)合當(dāng)?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。
岡州大道路面改造工程位于廣東省江門市新會區(qū)內(nèi),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(shè)內(nèi)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(shè)交通標(biāo)線等。道路路線設(shè)計應(yīng)以地質(zhì)資料、工程造價、地方政策要求為設(shè)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(shù)經(jīng)濟論證,合理設(shè)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(shè)的意義重大:是大灣區(qū)建設(shè)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(shè)的需要;是適應(yīng)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(zhì)、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
(1)改擴建道路線形設(shè)計
依照本文2.2節(jié)改擴建道路的線形設(shè)計分析中的關(guān)鍵指標(biāo),改擴建道路設(shè)計速度選定為60 km/h,道路線形結(jié)合沿線地形、地物進行布設(shè),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(diào)整公交車站布置。
縱斷面設(shè)計充分利用自然地形,在遵循照豎向規(guī)劃設(shè)計的基礎(chǔ)上,合理設(shè)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(biāo)高應(yīng)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(shè)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(shè)計:按規(guī)劃要求并結(jié)合交通量需求設(shè)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(shè)計
路基路面調(diào)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(cè)石檔次材料雜亂,陳舊并損壞較為嚴(yán)重,需要升級替換。地下排水設(shè)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(shè)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(nèi)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(yīng)增強補壓,保證拼接密實;受既有路基滲水等影響導(dǎo)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(zhì)相似或更有利于拼接的材料??紤]軟土地質(zhì)影響,應(yīng)在對既有道路沉降與穩(wěn)定狀況作充分調(diào)查和評價的基礎(chǔ)上,根據(jù)沉降協(xié)調(diào)并滿足穩(wěn)定性的原則進行拼寬路段軟基處理設(shè)計。對于兩側(cè)拼寬,當(dāng)?shù)刭|(zhì)變化大時宜分幅進行軟基處理設(shè)計。
既有路面結(jié)構(gòu)是瀝青路面,改擴建道路路面仍應(yīng)選擇瀝青路面。路面結(jié)構(gòu)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(biāo)。既有路面處治設(shè)計應(yīng)消除既有路面結(jié)構(gòu)病害,恢復(fù)路面結(jié)構(gòu)強度,改善其使用性能。路面防水排水設(shè)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(shè)計優(yōu)化方法
在一般設(shè)計的基礎(chǔ)上,路基路面的優(yōu)化設(shè)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(zhì)資料選取,計算設(shè)計后路基沉降量,分析比較計算結(jié)果與《城市道路工程設(shè)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(shè)計方案。
②改擴建路面的力學(xué)性能分析。計算設(shè)計后路面的承載力與變形,比較計算結(jié)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(shè)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(yīng)力最大;新舊路面縱向拼接時,裂縫區(qū)域的應(yīng)力值較大。建議路面拼接位置應(yīng)盡量避開荷載作用最大位置或者采取相應(yīng)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(shù)狀況。選取對應(yīng)指標(biāo),分配權(quán)重系數(shù),賦設(shè)分值,變權(quán)綜合對路基路面進行評價,根據(jù)評價結(jié)果定量地優(yōu)化原設(shè)計方案。
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(shè)計方法,提高改擴建道路設(shè)計的安全與質(zhì)量,提高道路的使用價值和社會服務(wù)價值,是十分有意義的。本文通過控制路基沉降、路面力學(xué)性能以及路基路面技術(shù)狀況評價,優(yōu)化道路路基路面設(shè)計,為改擴建道路工程提供參考。