浅析城市道路设计

Abstract: Combined with the actual engineering road, this article analyzes design methods of adding the asphalt overlay (i.e.," white adds black" ) in the original cement concrete pavement, and analyzes and discusses some problems in the engineering practice.

Key words: analysis; city road; design

中图分类号: U412.37 文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2012)

在原有的水泥路面上增设沥青加铺层设计时，首先要对原水泥路面旧板进行全面的调查和检测评估，对相关病害进行妥当的处置，然后根据城市道路等级、预测的交通量及旧路面调查检测的结果，理论和经验相结合，科学地进行沥青混凝土加铺结构层的设计。反射裂缝的防治及使现有的道路能够继续承担未来交通荷载增长的要求，是设计的核心问题。随着城市道路改造规模日益扩大，由于其施工快速、简便，易于养护和优良的使用性能，将在工程实践中进一步得到应用。

1 项目概况

某公路总长 995.60 m。道路规划红线 60 m，道路等级为城市Ⅱ级主干路，计算行车速度为 40 km/h，设置双向六车道，道路两侧设置侧分带、非机动车道及人行道。现状为水泥混凝土路面，路面状况一般，本次道路改造内容为增设沥青混凝土加铺层及沿线交通工程等相关设施。

2 现状水泥混凝土路面的调查

对现状水泥混凝土路面进行调查、检测及评估，掌握现状路面的状况，是进行加铺设计的前提。主要的内容包括以下几个方面:

2.1 对破损板块、断板情况、裂缝、坑洞大小及位置进行调查并记录。

2.2 对现状路面的板块错台、脱空、唧泥、沉陷等病害进行调查并记录。

2.3 对旧路进行钻芯取样，检测原水泥混凝土路面的强度等相关指标。

2.4 对旧路面的弯沉值进行测定，评价原路面接缝的传荷能力。

2.5 对已承受的交通荷载进行调查，在现有的交通量调查的基础上，对设计年限期内的交通量进行预测。

3 现状水泥混凝土路面的病害处治

在旧混凝土路面上加铺沥青路面，旧水泥混凝土路面病害处治是否到位，关系到路面改造工程的质量及路面使用年限。本例在对旧路面进行充分调查评定的基础上，针对旧水泥路面的各种破坏情况，采取了不同的处理方法，具体要求如下。

3.1 裂缝处理

对于缝宽小于1.5 cm 的裂缝，先用清缝机清缝，再用环氧砂浆进行灌缝。当缝宽大于1.5cm，采用全深补块处理。处理后的混凝土板应满足弯沉( BZZ-100) 不大于 20( 0.01 mm)，弯沉差( BZZ-100) 不大于 6( 0.01 mm) 的技术要求。

3.2 板边、板角修补

板边轻微剥落时，应把剥落面清理干净，用沥青混合料进行填充修补并整平，板边破损严重时，做全深度补块。板角修补按断裂面的大小切缝，清理凿除范围，复原钢筋，对接缝面涂刷沥青，然后现浇水泥混凝土，切接缝槽并灌入填料。

3.3 断板、板块破碎、沉陷及弯沉大于 0.45 mm 处理损坏严重的旧混凝土路面板，如破碎、断裂、沉陷以及弯沉大于 0.45 mm 等，需挖除旧板浇筑新板。当传力杆或拉杆与相邻板粘结牢固时，应予以保留并尽量减少破除旧板过程中对其扰动。当传力杆或拉杆已经松动、折断或严重扭曲时，应进行更换或恢复。

3.4 板块脱空、唧泥处治

由于路面基层和混凝土面层刚度相差较大，基层在荷载作用下发生塑性变形。同时由于环境温度变化引发混凝土板块翘曲，导致路表水的侵入，在水的冲蚀和外部车辆荷载共同作用下，形成了板底脱空和唧泥。对于现状混凝土板按接缝处主点弯沉不大于 0.2 mm、差异弯沉不大于 0.06 mm，采取钻孔、灌浆法进行处理，灌浆完成后，应进行检测，以确定板底是否密实。

3.5 错台处理

5 mm < 错台高差≤20 mm 的错台，可采用铣刨处理，将较高一侧的板块边缘在 50 cm 范围内，按斜度削平至与下沉板边缘齐平; 错台高差大于 20 mm 的严重错台，采用灌浆顶升，顶升后剩余的错台采用铣刨，铣刨后相邻板的相对高差控制在5 mm 内。

3.6 坑洞修补

对水泥混凝土板块坑洞处进行清理、局部凿毛后，填筑水泥砂浆，使坑洞处恢复平整密实，并保持与原混凝土面板齐平。

3.7 接缝维修

接缝主要包含水泥混凝土路面的纵缝、胀缝、缩缝、施工缝。采用清缝机对接缝中的原填缝料及杂物进行清理。横向接缝( 含胀缝、缩缝、施工缝) 采用沥青橡胶进行灌缝。纵向接缝根据缝宽不同，采用橡胶沥青类加热施工式填缝料、常温施工式填缝料及沥青砂分别进行灌缝。灌缝要求饱满、与缝壁粘结良好。

4 沥青混凝土加铺层设计

4.1 现有水泥混凝土路面的检测

对现状旧路钻芯取样，天妃路旧路机动车道路面结构层为:水泥混凝土面层 22 cm 厚、5% 水泥稳定碎石基层 15 cm 厚、级配碎石底基层 15 cm 厚。原路面回弹弯沉检测显示，原水泥混凝土路面弯沉范围主要集中在10～30(0.01mm)，实测弯沉的平均值为 16.27( 0.01mm)，标准差为 11.77，代表弯沉值为35.6(0.01mm)。处治后的路段代表弯沉值低于20(0.01mm)，可进行加铺沥青混凝土层。

4.2 沥青混凝土路面加铺层厚度的确定

某公路设计标准轴载为双轮组单轴重 100 kN( BZZ-100)，设计使用年限为 15 年。根据预测的交通量及弯沉检测结果，计算得出设计年限内一个车道上的累计当量轴次为 845 万次，交通等级属重交通等级。天妃路为莆田市区的主干道，交通流量大，沥青加铺层厚度在改善路面平整度和抗滑性能的同时，也应满足使用年限内交通量增长的要求，本项目加铺层厚度采用 10 cm。

4.3 沥青混凝土路面加铺层路面结构方案比选

由于加铺路面结构厚度已经计算确定，路面采用改性沥青，因此在天妃路设计中不再对加铺结构中的沥青材料与厚度进行方案比选，仅对沥青的改性材料“SBS 沥青改性与 TLA 湖沥青改性”“2 cm 的橡胶沥青应力吸收层与玻纤土工格栅 + SBS 防水卷材”“高分子抗裂贴”进行比选。

4.3.1 “SBS 沥青改性与 TLA 湖沥青改性”比选

SBS 沥青改性最大特点是高温下抗变形、低温下抗裂性能好，具有良好的弹性恢复能力，高温摊铺时不会产生强烈气味，适合城区施工，相比而言，造价稍高。根据测算，每平方米比 TLA 湖沥青改性高 12 元左右。

TLA 湖沥青材料的成分基本不含蜡，基质沥青添加湖沥青后，降低混合沥青的含蜡量，改变了综合基质沥青稳定性，从而提高沥青混合料的高、低温和路用性能。同时，湖沥青含有较高的凝胶体和软沥青组分，与花岗岩等酸性碎石能很好结合，可以提高沥青的抗剥落性能，每平方米比 SBS 沥青改性降低 12 元左右。主要缺点是施工时气味较大，对市区路段不太适合。综合比较，从城区施工的特殊性角度考虑，采用 SBS 沥青改性。

4.3.2“橡胶沥青应力吸收层与玻纤土工格栅 + SBS 防水卷材、高分子抗裂贴”比选

橡胶沥青应力吸收层的橡胶沥青经行车碾压后会二次熔化，可以充分填充面层混合料底部的缝隙，排除层间存水的可能，起到防止水损坏的作用，同时也能有效的延缓放射裂缝; 另外其具有超强的粘性，可提高沥青路面与旧混凝土路面的粘结性。但相比而言，造价稍高。根据测算，其造价为 45 元/㎡左右。玻纤土工格栅 + SBS 防水卷材有较高的弹性和耐疲劳性，操作较简单，不需要重型设备，根据测算，其造价为 26 元/㎡左右，造价较低。缺点就是对路面要求较高，较易遭到破坏，造成结构层漏水及反射裂缝的产生。高分子抗裂贴是一种夹层应力吸收复合的系列材料，采用地震工程学原理，将面层与路基层隔离，从而使面层不受穿过路基层应力的影响，能够最有效地消除覆盖层中的应力。在沥青混凝土加铺层与旧路面块板之间的缝上铺设抗裂贴作为应力应变消散夹层，具有延缓或抑制反射裂缝产生以及防治水损害的效果。缺点是对路面要求较高，造价最高。根据测算，其造价为60 元/m2

左右。

经综合比较，采用 2 cm 厚的橡胶沥青应力吸收层。经多种方案比选，最终确定天妃路路面改造工程的路面结构层如下:表面层: 4 cm AC-13C(SBS 改性)。下面层:6 cm AC-20C( SBS 改性) 。2 cm 橡胶沥青应力吸收层。修复旧路面: 22 cm 原水泥混凝土面层。

5 需要解决的几个技术问题

5.1 反射裂缝的防治

反射裂缝产生的主要原因是温度梯度、交通荷载的作用。由于环境温度变化，混凝土板出现胀缩变形，导致接缝或裂缝处的沥青罩面层产生应力集中，使沥青罩面出现裂缝。混凝土板块在厚度方向上的温度差使混凝土板翘曲，接缝或裂缝处的沥青罩面层在竖向变形差的剪切作用下，会在底部出现裂缝。交通荷载作用在接缝或裂缝位置附近时，除了应力集中外，缝两侧的混凝土板对加铺层产生剪切作用，其直接结果是引发反射裂缝和加速裂缝的发展。

目前常用的反射裂缝的防治措施:

5.1.1 强化罩面层，设计具有抵抗反射裂缝能力的沥青混合料。

5.1.2 设置有效的应力吸收层，常用的为改性沥青混合料应力吸收层，本例设置了2 cm 厚的橡胶沥青应力吸收层。其技术优势主要体现在以下六个方面: a.优良的延缓裂缝扩展的能力。b.结构密实，能有效防止路表水下渗和毛细水上升。c.良好的层间粘结能力。d.优越的抗疲劳能力。e.施工技术相对简单、质量容易控制。f3施工时间短、便于后期路面养护和再生回收利用。

5.1.3 铺设土工格栅或玻璃格栅等材料。

5.1.4 旧板处理，如脱空处置、裂缝处置、错台处理、板块破碎化处理等。

6 结语

20 世纪，我国的城市道路及公路多以水泥路面为主，随着我国社会经济快速发展，交通日益繁忙，使得路面损坏，使用性能下降，行车舒适性差，迫切要求进一步提高路面服务性能。而利用原有的水泥混凝土路面作为刚性基层，在上面加铺沥青混凝土面层，形成复合路面( 即“白改黑”) ，可以发挥水泥混凝土路面和沥青混凝土路面各自的技术优势。“白改黑”后水泥混凝土路面基本很难发生疲劳破坏，具有施工快速、简便，对周边环境及交通影响较小，面层平整度高、抗滑性能好的特点，是今后重点发展和研究的路面结构形式之一。但是也存在如何防治反射裂缝、车辙、水损害等一些技术问题。本文以莆田市天妃路路面改造工程为例，对城市道路“白改黑”设计方法及存在的问题进行分析和探讨。

参考文献:

[1] 王芳，王选仓，刘凯. 旧水泥板加铺沥青层设计方法研究[J]. 合肥工业大学学报，2010( 3) :21-22.

[2] JTG D50-2006，公路沥青路面设计规范[S].

[3] JTG D40-2011，公路水泥混凝土路面设计规范[S].