S316线旧路面升级改造设计方案研究

袁卫锁

(1.郑州市交通规划勘察设计研究院;2.长沙理工大学交通运输工程学院)

1 工程概述及升级改造的必要性

1.1 工程概述

S316 线是河南省干线公路网中东西走向的一条重要通道，东起省会郑州市，西止登封市区与G207 线相交;全线贯穿新密、登封二市，承担了沿线城镇间的中、短途运输和区内运输以及部分对外交通运输、过境交通运输，是除郑少高速公路以外，通往省会郑州市的唯一一条通道。项目于1990～1991年进行改建，仅对郑州境和新密境道路改建为水泥混凝土路面;2002～2003年，全线道路进行沥青混凝土路面改建;2010年，郑州境和新密境道路累计进行了10 km中修。至今经过多次扩建，现有道路为S316 线，二级公路标准，设计时速80 km/h。

1.2 项目升级改造的必要性

(1)建设交通强省，实现中原崛起，实施中原经济区建设的需要;

(2)提升干线公路网通行能力，改善郑州市西南出口形象、缩短城市区域沟通发展战略的需要;

(3)促进郑州市及新密市、登封市经济建设的需要;是促进沿线区域旅游事业、旅游产业发展的需要。

项目的建成将完善郑州市西南部地区交通网络，有力地推进“畅通郑州”工程的实施，加强郑州地区的交通基础建设，促进该区域的交通运输和经济的协调发展。

2 老路现状调查及检测结果分析

2.1 新密境段老路维修及养护资料

老路路面结构(自上而下)为:2002年改建，4 cm 中粒式沥青混凝土+5 cm 粗粒式沥青混凝土+36 cm 厚水泥粉煤灰稳定碎石+15 厚石灰土。先后于2007年、2010年进行中修。

2.2 登封境老路路面维修养护状况

老路面建设及养护概述:老路路面结构(自上而下)为:2002年中修，K55 +668(原养护里程)位于新密市与登封市交界处至终点，4 cm 中粒式沥青混凝土+5 cm 粗粒式混凝土+18 cm 水泥粉煤灰稳定碎石+18 cm 水泥石灰稳定土+18 cm 厚石灰土。2008年下半年对K56 +800～K69 +478 中修、重点修复坑槽、车辙等路面病害，对病害部位挖除老沥青路面9 cm，重新铺筑4 cm 中粒式沥青混凝土+5 cm 粗粒式沥青混凝土。

2.3 路面取芯

路面取芯情况见表1。

表1 典型路段取芯状况及分析一览表

2.4 老路面病害状况调查

根据现场调查，老路路面病害状况综述。存在病害路段占全线路段的比例为:轻度坑槽9.21%;重度坑槽38.78%;横向裂缝66.42%;纵向裂缝39.46%;轻度龟裂26.47%;重度龟裂18.33%;轻度车辙12.83%;重度车辙31.42%。经过多年的使用，在重车的反复作用下，局部路段路面出现严重的坑槽、纵横裂缝、龟裂、车辙、麻面、啃边及松散等现象。

2.5 路面弯沉检测

路面检测采用FWD 落锤式弯沉仪，根据规范要求，测点间距50 m。如图1 所示。

图1 全线弯沉分布图

由检测结果可知，全线平均弯沉值为14.16(0.01 mm)，弯沉标准差为9.70，原路面平均当量回弹模量820.1 MPa。

K0 +000～K12 +400 段平均弯沉值为4.77，弯沉标准差为1.37;K12 +450～K16 +300 段平均弯沉值为8.96，弯沉标准差为1.82;K16 +350～K27 +350 段平均弯沉值为14.07，弯沉标准差为4.20;K27 +400～K46 +500 段平均弯沉值为15.40，弯沉标准差为5.47;K46 +550～K61 +900 段平均弯沉值为13.13，弯沉标准差为2.22;K61 +950～K66 +250 段平均弯沉值为43.78，弯沉标准差为10.72;K66 +300～K69 +921.194 段平均弯沉值为13.28，弯沉标准差为2.27。

3 旧路路面改造方案

3.1 设计原则及标准

在技术先进、经济合理、安全适用、方便施工、利于养护的前提下，本着老路面设计以补强为主，尽量利用老路面的原则。采用一级公路标准，双向四车道，沥青混凝土路面设计采用以双轮组单轴轴载100 kN 为标准轴载，沥青混凝土路面设计使用年限15年。

3.2 路基及老路补强段旧路面回弹模量取值

项目自然区划为Ⅱ5，属鲁豫轻冻区。根据《公路沥青路面设计规范》(JTG D50－2006)第5.1.1 条规定，将沿线路基拼宽部分土基回弹模量取为:45 MPa(干燥～中湿)，当路床掺灰处理后抗压回弹模量不小于55 MPa。全线平均弯沉值为14.16(0.01 mm)，弯沉标准差为9.70，原路面平均当量回弹模量820.1 MPa。

3.3 沥青混凝土路面材料设计参数

按照《公路沥青路面设计规范》(JTG D50－2006)中有关规定，选取沥青混合料和基层材料的设计参数(20 ℃抗压模量、15 ℃抗压模量及劈裂强度)。

3.4 预测交通量

设计拟直接采用《工可报告》交通量预测结果，本路段未来特征年预测交通量见表2。

表2 交通量预测表 单位:小客车 辆/日1

3.5 路面设计弯沉值的确定

以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标设计。

(1)K0 +000～K48 +081.03 路段

路面营运第一年双向日平均当量轴次:8857;设计年限内一个车道上的累计当量轴次:2.388 979E +07;属于重交通等级，采用HPDS2011 路面设计程序计算，路面设计弯沉值:20.1(0.01 mm)。

(2)K48 +081.03～K69 +921.109 路段

路面营运第一年双向日平均当量轴次:5 696;设计年限内一个车道上的累计当量轴次:1.536 472E +07;属于重交通等级，经计算路面设计弯沉值:21.9(0.01 mm)。

(3)路面设计弯沉

根据弯沉检测结果，全线平均弯沉值为14.16(0.01 mm)，弯沉标准差为9.70，原路面平均当量回弹模量820.1 MPa。

3.6 路面结构设计方案

(1)补强段设计方案

由于原路面损坏程度不同，强度不一，首先针对补强路段，修复老路面局部病害，再根据老路面上所测弯沉值，通过路面结构计算，对不同的路段采用不同的补强厚度。最终的补强与新建情况，需根据最终优化的纵断面设计相结合，确定补强厚度与处置类型。

根据的交通量、交通组成、重载、超载、实测弯沉值等资料，采用HPDS2011 路面设计程序进行路面结构计算，结果如下:

①K0 +000～K48 +081.03 路段

补强段(一)K0 +000～K2 +615，K3 +830～K6 +500，K7 +650～K9 +000，K11 +000～K16 + 217，K18 + 367～K19 +867，K20 +267～K21 +767，K24 +917～K27 +350，K31+800～K36 +000，K36 +200～K40 +100，K40 +800～K46 +500，K46 +700～K48 +081 段路面结构:4 cm 细粒式改性沥青混凝土+6 cm 中粒式沥青混凝土+7～12 cm 粗粒式沥青混凝土。

补强段(二)K27 +350～K31 +800 段路面结构:4 cm 细粒式改性沥青混凝土+6 cm 中粒式沥青混凝土+8 cm 粗粒式沥青混凝土+15～20 cm 水泥稳定碎石。

②K48 +081.03～K69 +921.109 路段

补强段(一)K48 +081～K49 +500，K55 +120～K55 +415 段路面结构:5 cm 中粒式改性沥青混凝土+8 cm 粗粒式沥青混凝土+7～12 cm 粗粒式沥青混凝土。

补强段(二)K49 +500～K55 +120、K55 +730～K61 +616、K66 +300～K69 +921 段路面结构:5 cm 中粒式改性沥青混凝土+8 cm 粗粒式沥青混凝土+15～20 cm 水泥稳定碎石。

4 结论与建议

依托S316 线干线公路升级改造项目，对旧路面状况进行了现场调查，养护资料搜集，老路路面病害调查，典型路段取芯，全线弯沉检测，进行综合分析评价。由于原路面损坏程度不同，强度不一，首先修复老路面局部病害，再根据检测弯沉值，通过结构计算，针对不同的路段采用合理的补强厚度。

鉴于目前二级升一级公路改造设计中，对于旧路面补强，基本上都是经验值，尤其是对旧路面的利用、剩余寿命分析及缺少完善的理论体系;建议进一步研究二级升一级公路改造设计中，旧路面利用、剩余寿命分析、补强厚度、统一补强路面与新建路面使用年限等方面的理论及实践的研究。

［1］邓学钧.路基路面工程(第二版)［M］.北京:人民交通出版社，2005.

［2］中华人民共和国行业标准.公路沥青路面设计规范(JTG D50—2006)［S］.

［3］郑州市交通规划勘察设计研究院.S316 线郑州至登封段改建工程初步设计［Z］.2012.