市政道路改扩建工程路面结构施工研究

摘要：文章阐述了对老旧路面结构进行改扩建施工的必要性，分析了路面改扩建施工中的主要项目和施工要点，并以桂林市七星路部分路段的改扩建施工计划为例，探讨了路面结构的弹性模量变化对应力及弯沉的具体影响。

关键词：市政道路;改扩建;路面;施工

0 引言

市政道路的路面多为柔性沥青路面或水泥混凝土路面，在长期反复的车辆载荷作用下，加之日常的养护和维修不及时，会产生不同程度的病害，如路面裂缝、结构失稳等，给车辆通行的安全带来潜在威胁。另外，市政道路多数路段为早年兴建，拥堵是较为常见的问题，过去的车流量设计方案已无法满足当前日益增加的交通运力的需求。为此，对车辆拥堵或存在结构问题的部分路段进行改扩建施工十分必要。

1 老旧路面结构改扩建施工的必要性

1.1 老旧路面结构问题

市政道路在改扩建施工前应对原老旧路面的结构进行详细分析，对路面的结构质量应客观、正确地做出评估，对路面结构的优缺点以及病害等进行综合论证，对容易引发拥堵和交通事故的路段应进行准确勘测。以当前现有施工条件下的相关数据，结合路面结构的原始施工方案，充分考虑改扩建工程中可能存在的施工风险和其他安全隐患，及时做好安全性评价和改扩建施工方案可行性评估等工作，确保施工现场附近交通的安全。

1.2 道路畅通性和安全性问题

对于老旧路段和弯道较多的路段而言，事故的发生率较高，而且路面标高差异可能会十分明显，在改扩建施工中应充分关注，包括一些深坑填挖的路段。市政道路改扩建工程一般周期较长，加之日常通行的车辆较多、车辆载荷较大，使得路面结构所面临的压力持续上升，此时改扩建路面施工中会暴露出很多问题，多数问题与市政道路的裂缝或裂痕相关。另外，市政道路周边设施也存在相应的老化问题，对于出现问题或故障的老旧设备、线路难以做到及时维护、检修，致使市政道路的设备无法达到使用的基本需求。而且，部分路政设施可能因为过于老旧而失去维修的价值，甚至可能带来施工安全隐患，应及时拆除或换新。改扩建施工中应将道路通行的安全性和畅通性放在首位，避免因车辆过于拥堵而引发的各类纠纷，保证市政道路改扩建施工的顺利进行[1]。

2 改扩建工程路面结构施工

2.1 新旧路面结构的拟合

市政道路改扩建工程的路面结构施工中，应使各项工序满足改扩建路面施工的规范要求，及时优化施工过程中的不合理方案和安全性问题，最终确定简化、高效、安全的施工方案，控制好老旧路段的平纵面，特别是路面结构的拟合处理。在路面结构施工方案部分，道路周边建筑对其平面线形影响较为严重，应进行局部处理;纵断面的线形也应进行合理优化和布置，保证新旧道路的路面充分结合;对道路周边的各类入口和通道进行有效衔接，使路面与结构物有效结合，降低工程的成本预算[2]。

2.2 沥青路面施工

2.2.1 摊铺和辗轧施工

实际施工过程中应根据搅拌机的产量和运行工况来设定摊铺宽度、速度，常规施工中的摊铺应匀速、慢速，不可随意改变摊铺速度。在交叉路口等交通繁忙路段，应派人专职指挥摊铺施工，更换施工混合料时应由现场技术人员确认后进行。摊铺过程中如遇较为明显的路面缺陷或病害时，应全面清理后进行再次摊铺。摊铺中选用的钢丝应为扭绕式，直径控制在6 mm以内，按照5 m的距离间隔安装支架，拉力应>800 N为宜。

2.2.2 接缝和压实施工

在进行沥青路面的施工时，为达到接缝施工标准要求，应控制沥青混合料的配比，细化路面的压实施工，增加路面结构的密实程度，降低混合料的缝隙，提高路面的耐用性。对于沥青路面的纵向施工缝，可同时使用两台摊铺设备共同完成作业，以阶梯方式布置摊铺设备，在已完成摊铺工序的沥青混合料中应事先留有2 dm，施工中可能造成5～10 cm摊铺层叠加效应，使用热接缝施工技术能够实现跨接辗轧。对于横向施工缝，应首先考虑平接缝，在3 m纵向延伸位置，端部的直尺应选用悬臂状，以直尺脱落位置或摊铺层作为接缝修复点。摊铺前应清除接缝部位的粉尘，使用钢筒式压路机顺次压实。

2.2.3 施工质量检测

对于市政道路改扩建工程中的路面结构施工，应详细检测路面结构的施工质量，严格检测混合料温度以及沥青面层的摊铺情况。如果原道路为沥青路面，并且路面没有出现严重损坏的情况，则仅需要对原路面进行简单的挖补处理后铺设新面层即可。如果原沥青路面损坏较严重，且道路两侧的宽度和高度无法满足施工要求时，可在原路面基础上铺设水泥砾石基层，经过压实后再进行新面层的铺设。当路面中心高程受限时，应挖除原有路面的结构层，并重新铺设基层、面层。

2.3 水泥混凝土路面施工

当原路面为水泥混凝土路面时，依据新旧路面的衔接方式可分为粘结式、直接式和分离式三种。粘结式主要是对原有路面进行清洗等处理，新路面应与旧路面对齐接缝，接缝形式应相同，这种施工方式的成本相对较高。直接式是在原有水泥混凝土路面层的基础上铺设新的面层，在铺设之前也应对原有路面进行清洗，并对齐新旧路面的接缝，使路面上下的结构保持一致。分离式则是通过在新旧路面之间加铺隔离层，然后铺设新面层，且旧路面的接缝和构造不影响新路面[3]。

2.4 路面拓宽后处理

城市车流量的不断增加使道路车辆的通行变得拥堵，对部分繁忙路段进行改扩建施工成为首选方案。其中路面施工主要以拓宽为主，在严格依照红线要求进行扩建的同时，还应处理好路面拓宽过程中可能发生的各类危险情况，保证工程的顺利、高效施工。路面的拓宽通常以对称的方式进行，即在保证路面中线位置不变的情况下，适当拓宽路面两侧空间。此类需要进行改扩建施工的市政道路一般已使用较长时间，沉降已接近稳定状态。为确保改扩建施工中路面结构的平整度，应对路基进行适当处理，否则可能引起大范圍的纵向裂缝发生。对于常年雨水冲蚀、车流量密集的路段，路面结构损坏情况可能十分严重，在施工前应对新旧路基进行稳固处理，从根本上减少沉降。如果原路肩不满足工程施工要求，则应翻晒这部分土路肩并重新辗轧，土路肩开挖台阶的数量应足够多，以便增大新旧路基衔接的面积。在开挖台阶上加铺土工格栅，增强路基间横向结构的联系，降低裂缝反射，土工格栅宽度应>2 m，位于旧路基侧格栅的宽度为其纵向宽度的一半左右。

路面改扩建施工主要项目和施工要点如表2所示。

3 路面结构参数敏感性试验分析

3.1 工程概况

七星路（桂大段）位于广西桂林市七星区，属通往桂林漓江风景区的重要道路，附近漓江路与之交汇贯通，为桂林市交通繁忙路段。据相关统计，截至2019年年底，市内常规通行车辆与旅游专线车辆全年共计通行2 592万辆，遇旅游旺季或其他繁忙时段，该段道路会发生车辆拥堵问题。巨大的车流量给路面结构带来了一定压力，也对该段道路的结构强度和载荷能力提出了新的要求。为改善该段道路目前的情况，缓解车辆拥堵状况，提高交通运力，计划2020年对该段道路进行路面拓宽的改扩建施工（方案处于研讨阶段）。为进一步论证该工程改扩建方案的可行性，进行了路面结构的弹性模量敏感性试验，重点研究弹性模量的变化对路面结构应力及弯沉的影响。

3.2 弹性模量（Em）的敏感性试验

试验中载荷作用于路面拓宽段，改变路面结构的弹性模量Em值，讨论Em对应力和弯沉的影响。系统在建模后得到表3数据。t代表沥青结构面层的剪应力，σ1代表沥青结构面层的拉应力，U代表沥青结构面层的载荷弯沉值，S代表沥青结构面层的载荷应力。

由表3数据可以看到，剪应力（t）、拉应力（σ1）以及载荷应力（S）随着弹性模量Em值的增加而增大，表明该段道路在路面拓宽改扩建施工后，其结构强度在各种载荷压力试验中均有所提升，其中沥青结构面层的拉应力（σ1）增幅较为明显，这种现象与沥青混合料的配比情况和颗粒间隙大小相关。将表3数据导入有限元三维施工模型后可输出拓宽后路面结构的应力分布，如图1所示。

将表3中的数据生成路面弹性模量变化对应力和弯沉的影响曲线（弯沉-应力曲线），如图2所示。

由图2可知，随着路面结构层强度的不断增加，弯沉值在逐渐降低，说明拓宽路面的结构强度对于车辆载荷的影响起到了良好的控制作用。而剪应力（t）、拉应力（σ1）以及载荷应力（S）随着路面结构层强度的不断增加而逐渐变大，说明拓宽路面的结构性能处于正常的使用寿命阶段（非结构老化期），与新拓宽路面的结构力学特性相符。

4 结语

进行市政道路的改扩建施工可以拓宽路面、提高路面结构强度，对于缓解拥堵路况具有一定作用。本文依托桂林七星路部分路段的改扩建施工方案，深入研究了路面拓宽后的各项工程参量和指标，完成了弹性模量（Em）敏感性试验，取得了预期的效果。本文研究内容对于同类市政道路路面结构的改扩建施工具有一定的参考意义。

[1]柯文豪，雷 宇，王鹏翔.改扩建工程拼接路面受力分析及拼接方式[J].长安大学学报（自然科学版），2011（10）：39-44.

[2]石海丽.拓宽路基差异沉降及土工格栅处治机理的研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2012.

[3]呂 锦.拓宽路基结合部病害机理及处治技术研究[D].石家庄：河北科技大学，2012.

作者简介：张正镛（1986—），工程师，主要从事公路桥梁施工管理工作。