鄭群

（武漢市政工程設計研究院有限責任公司，武漢 430070）

1 引言

隨著市政交通壓力的不斷增大， 市政道路改擴建工程越來越多，通過對既有道路進行改擴建，優(yōu)化升級平面布置、道路結構、市政管網，能夠提高路網的運行質量和效率，以及交通通行能力，改善城市形象。 然而，在許多市政道路改擴建工程中，容易產生工程病害，導致新舊道路結合效果不佳，影響了道路使用壽命。 需要充分重視病害產生的原因，采取針對性的優(yōu)化設計措施，降低工程病害產生的概率。

2 市政道路改擴建工程常見病害分析

市政道路改擴建工程涉及填方路基處理、 舊路面挖除大修、道路拓寬等方面內容，根據相關實踐經驗，市政道路改擴建工程容易產生許多工程病害，包括路面破壞、路基損壞、邊坡坍塌、路面整體性能下降等。 這些問題的產生，一般是從新舊道路結合部位縱向裂縫引起的， 隨著裂縫的不斷發(fā)展以及雨水的侵蝕，造成路基路面的進一步破壞，導致板底脫空、唧泥，引發(fā)錯臺、橫縫，形成惡性循環(huán)，當加寬段為填方路基時，還容易產生邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象。 新舊路基本身具有沉降差異，經過多年的使用，舊路基已經基本完成固結沉降過程，沉降基本穩(wěn)定且變化較小，而改擴建工程的新路基則不然，需要消耗一定時間完成基本沉降， 尤其是在軟土路基段更容易產生這種問題，新舊路基在強度、剛度、塑性等方面均有所不同，在填方路段表現(xiàn)得比較明顯，由于填筑材料的差異，無法有效消除塑性累積變形， 而且改擴建工程會改變原有路基路面的受力狀態(tài)和排水條件，可能會因此增加工程病害。 作為市政道路改擴建工程中最薄弱的部位， 新舊路基路面之間很容易出現(xiàn)結合不良問題，在地下水、地面降水影響以及車輛荷載作用下，可能會引起路基失穩(wěn)，填方路基邊坡存在潛在的滑裂面。 拓寬段的邊坡穩(wěn)定性是設計時需要重點考慮的內容。 通過優(yōu)化路基路面設計，有利于從根源上解決新舊道路結合問題，減少沉降差異，提高變形的協(xié)調性，更好地實現(xiàn)市政道路改擴建工程建設目的[1]。

3 市政道路改擴建工程中路基路面設計優(yōu)化策略研究

3.1 總體方案設計

常見的拓寬方式有單側拓寬和雙側拓寬兩種， 根據結合方式的不同，又可以進一步細化分類，比如，單側拼接、單側分離、兩側拼接、兩側分離等。 一般情況下，路基加寬的寬度越大，越容易產生不均勻沉降，所以，要盡可能控制拓寬寬度，采用雙側加寬形式，雖然能夠減少單側加寬寬度，但由于增加了一個搭接面，從某種程度上也加大了病害發(fā)生的概率，因此，低等級路面通常選擇單側加寬方式， 并盡可能避開加寬路段為填方路基的情況。

綠化分隔帶在市政道路中占據著重要的地位， 可以在新舊路基搭接部位合理設計綠化帶、隔離帶，減少結合部位承受車輛荷載，從而降低薄弱環(huán)節(jié)的工程病害。 在實際工程建設過程中，受到的影響因素較多，需要采用組合擴寬方案進行優(yōu)化調整，可以在不同路段采用不同方法，充分發(fā)揮不同擴建形式應用優(yōu)勢。

另外，采用層次分析法、模糊綜合評價法等數(shù)理統(tǒng)計方法進行方案比選，充分考慮不同因素的影響程度，從各種方案中選擇最優(yōu)的擴建方式。 層次分析法有效結合了定性分析與定量分析，能夠將定性問題定量化解決，將復雜問題分解成若干組合因素，形成遞階層次結構，明確各指標權重，然后，利用模糊數(shù)學和模糊統(tǒng)計方法，科學評價方案優(yōu)劣，達到持續(xù)優(yōu)化比選的目的。

3.2 軟基處理設計

軟土地基是道路工程建設需要面對的重難點問題。 對于市政道路改建工程， 可以采用普通道路工程軟基處理設計思路，根據實際情況，靈活采用表層處置法、換填法、垂直排水固結法、穩(wěn)定劑處置法、振沖置換法等方式，而對于市政道路擴建工程，則需要著重考慮新舊路基的沉降量差異，如何控制新增沉降、減少差異沉降成為設計要點。 由于舊路基已經基本完成固結沉降過程， 一般不能采用存在較大沉降量的軟基處理方法，容易影響原有路基的穩(wěn)定性。 比如，預壓排水固結法總沉降量過大，容易出現(xiàn)沉降差異，產生縱向裂縫。 因此，可以采用樁基處理措施，對新建拼接路基優(yōu)化設計，有效避開不良土層。 具體樁基形式需要根據軟土層的性質、埋深等參數(shù)指標進行分析，比如，當軟土深度在2～10 m 時，可以采用水泥攪拌樁；當軟土深度在10～24 m 時，可以采用預應力管樁；當軟土深度超過24 m 時，仍然可以采用預制管樁進行軟基處理。 在選擇軟基處理方案時，要兼顧經濟性、技術性、環(huán)保性要求，結合其他軟基處理技術，實現(xiàn)更好的處理效果，比如，在深度較淺的濕軟性黃土路段，可以采用在濕軟層填充灰土、沙礫等方式加以解決，提高黃土層的硬度[2]。

3.3 路基拼接設計

新舊路基的結合面設計直接影響新舊道路的結合效果，在科學選擇擴建方案、提高軟基處理效果的基礎上，還要加強對舊路基的整治利用，根據路基情況，采用合適的處置方式進行修復加固，提高新舊路基的結合質量。 通常情況下，坡度越大，沉降越大。 為了調整新舊路基拼接部位的應力狀態(tài)，可以對原始路基進行削坡設計，削坡越大，舊路基產生的影響越小。 從經濟效益、技術水平等方面考慮，將削坡坡率控制在1∶1～1∶1.5 比較合適。 在此基礎上，將新舊路基結合面設計成臺階構造，能夠有效增加路基結合面積，通過增強抗摩阻力和抗剪能力， 增強新舊路基的整體性和穩(wěn)固性， 優(yōu)化臺階構造設計，臺階不宜過高，否則會加大路基沉降量和水平位移。 同時，利用土工織物、土工格柵、土工合成材料的優(yōu)越性能，可以提高新舊路基土體之間的聯(lián)結性， 限制或協(xié)調新舊路基之間的土體變形，約束基層向外側的側向位移，避免應力過分集中，減少不均勻沉降。 另外，科學合理選擇路基填料，有利于提升路基性能，除了傳統(tǒng)的礫石、卵石、碎石、粗砂等優(yōu)質填料，積極探索輕質路堤填料的有效應用，降低對地基的壓力。 加強路基沉降驗算工作，采用有限元分析軟件，根據相關參數(shù)指標，計算分析設計路基沉降量，對比計算結果和行業(yè)規(guī)范標準，指導路基設計優(yōu)化工作。

3.4 路面結構設計

3.4.1 新路面結構設計

在擴建路段進行新路面結構設計時， 不但要結合舊路面的結構形式， 而且要考慮基層結構產生的影響， 針對柔性基層、半剛性基層、剛性基層提出設計方案。 我國的市政道路基層一般采用半剛性基層，為了保證路面結構的使用性能，在采用半剛性基層進行瀝青路面結構設計時， 需要采用較厚的瀝青面層，并且結合半剛性材料和柔性材料的應用優(yōu)點，提高路面結構的綜合性能，減少反射裂縫的產生。 同時，柔性基層對耐久、重載交通具有良好的適應性，可以結合柔性基層進行路面結構設計， 對不同路段進行適應性調整。 通過各種試驗計算，分析路面的承載力指標、變形指標，實現(xiàn)路面結構設計方案的定量優(yōu)化調整。

3.4.2 舊路面改造設計

為了減少工程量、節(jié)約建設資源，需要盡可能地有效利用舊路面。 在舊路面的改建利用設計方面，需要遵循相關基本原則：（1）加強舊路面彎沉檢測，全面評價道路現(xiàn)狀。 滿足設計彎沉要求。（2）滿足結構厚度要求。（3）隨著道路使用年限的增長，許多路面出現(xiàn)了工程病害，在改建利用前，必須消除現(xiàn)有病害，采取針對性的修復加固措施，在此基礎上才能加以利用。

根據道路承載力、路面彎沉值、縱斷面挖填值、使用時間等綜合參數(shù)指標，設計路面銑刨方案，對原有路面進行銑刨處理。 根據銑刨厚度、銑刨后頂部實測彎沉值，優(yōu)化路面結構設計，調整路面拼接方案，使新舊路面能更好地融合。 在新舊混凝土基層之間增設拉桿， 能夠有效降低新舊路面結合部位的沉降差異，減少舊路面的側向水平位移。 通過在新舊路基結合部位設置反向預坡度， 使新路面比舊路面在攤鋪前預設一個拋高值，在道路通行后，新路基沉降可以與反向預坡度抵消，有效減小新舊路面結構之間的不均勻沉降差異。 根據相關研究，預留拋高值可以設置在0.6～1 cm，做好路面不同拼接層位及拼接方向的裂縫加固處理，能夠使新舊路面緊密結合。

3.5 路面排水設計

在道路工程建設過程中，水滲透到工程結構中，容易產生侵蝕、軟化、滲透破壞、靜水壓力、動水壓力等作用，降低結構面的抗剪強度，引發(fā)軟土路基不均勻沉降，造成道路和地下管線的破壞。 所以，要加強市政道路路面排水設計，防止出現(xiàn)雨水聚集現(xiàn)象。在路基內部設置盲溝，可以加快水的外排。做好重點薄弱環(huán)節(jié)的排水設計，在新舊道路結合部位進行針對性處理，可以在路基結合部位頂面和路面底面加設一層防水土工布，阻止雨水從結合部位裂縫下滲，降低雨水產生的破壞影響。

在市政道路設計時，可以采用海綿城市設計理念，構建完善的新型雨水系統(tǒng)，解決道路積水問題，兼顧生態(tài)效應、景觀效應。 明確相關控制指標，基于市政道路改擴建工程，采用滲、蓄、滯、凈、用、排等多樣性技術，進行總體方案設計。 優(yōu)化調整道路橫斷面，可以在機動車道兩側設置下沉式綠化帶；在非機動車道、人行道采用透水鋪裝路面，合理設置道路橫坡，使雨水地表徑流能夠順暢地流入到下沉式綠化帶中。 綠化帶內設置溢流式雨水口與沉泥槽，沉泥槽能夠保留雨水中的砂子、泥土等雜物，起到一定的過濾作用；溢流井與城市雨水管網系統(tǒng)連接， 可及時將雨水通過管網系統(tǒng)排出， 如果水滿到一定程度，會溢流到周邊綠地進行滲透。 在下沉式綠化帶與道路相鄰的一側，通過設置防水滲透膜，可阻止雨水下滲到路基路面。優(yōu)化調整道路縱斷面設計，控制最小坡度、最大坡度、最小坡長、最大坡長、曲線半徑等技術參數(shù)。 對于生態(tài)環(huán)境良好的路段，可以通過設置植草溝、雨水花園、濕地等方式，達到基于海綿城市理念的雨水控制效果。

4 結語

綜上所述，市政道路系統(tǒng)是城市發(fā)展的命脈。 隨著城市化進程的持續(xù)深入，城市的交通壓力逐漸增大，而且許多道路已經運行了數(shù)十年， 道路結構達到臨界狀態(tài)， 使用性能大大降低。 通過實施改擴建工程，對現(xiàn)有道路進行提質、拓寬，能夠提升市政道路的通行服務功能。 由于各種因素的影響，新舊道路之間容易產生裂縫、差異沉降等問題，影響了改擴建道路的結構性能和使用壽命，需要采用合適的改擴建方案，加強構造細節(jié)設計，提高新舊路基路面的結合效果，實現(xiàn)改擴建工程建設的綜合效益。