运用绿波控制系统改善道路与桥梁交叉口桥面停车引起的相关病害的探讨

■林宗泽

（漳州公路工程监理有限公司， 漳州 363000）

我国“十四五”规划和2035 年远景目标纲要中明确表示，于21 世纪中叶将全面建成人民满意、保障有力、世界前列的交通强国，拥有发达的快速网、完善的干线网、广泛的基础网，城乡区域交通协调发展达到新高度[1]。 经济的高速发展，路网建设日益完善，人民出行更加便利。 而近年来车辆保有量持续增长，随之而来的交通压力也日益增加，各种工程病害逐渐显著，导致工程养护压力随之变大。 交通信号配时的不合理性也造成了一些道路工程病害的产生。 通过对相关工程的观测，本文提出运用绿波控制系统改善道路与桥梁交叉口桥面频繁停车的现象，实现减少病害的目的，其效果得到论证，可为同类型工程提供借鉴。

1 工程概况

某国道路面改造工程，主要包括旧路面的病害防治、加铺沥青砼、边坡修复、桥梁病害处理等，部分病害如图1 所示。 A 段落原路面为：12 cm 厚5%水泥稳定碎石层+26 cm 厚抗折强度5.0 MPa 水泥砼路面。 通过对该段落交叉路口开展病害调查，原路面破损严重， 且主要集中于红绿灯停车线周边。具体表现为：重度坑槽、沉降、断板、面层露骨等。 设计处置措施为：挖除原水稳层和路面结构层，底基层碾压密实后重铺15 cm 级配碎石层+22 cm 抗折强度5.0 MPa 水泥砼面层（重新铣刨后）+2 cm 厚橡胶沥青应力层+8 cm 厚ATB-25 沥青稳定碎石层+6 cm 厚AC-20c 中粒式改性沥青下面层+4 cm 厚AC-13c 细粒式改性沥青上面层。 与此交叉路口顺接的B 桥梁病害表现为：0# 台支座环向开裂、偏位，支座剪切变形翻边，桥梁伸缩缝杂物堵塞、止水条渗漏、锚固混凝土损坏碎裂，桥头搭板呈碎块状破裂、局部沉陷、桥头跳车等。 基于以上检测结果，设计处置措施为：临时半幅封闭采用顶升法更换开裂、偏位及变形的支座，部分支座加垫钢片提高支座受力的均匀性；分幅更换伸缩缝及修复破损的锚固混凝土；挖除损坏的桥头搭板及基层，重铺15 cm级配碎石层+20 cm 厚C20 水泥砼+25 cm 厚5.0 MPa 水泥混凝土。

图1 支座病害示意图

2 现场调查

2.1 现场调查结果分析

根据设计图提供的病害信息进行现场调查（图2），发现A 段落交叉口的情况复杂，由多个路口交叉组合而成，同时交接位置位于B 桥梁两端。 该段落多次出现大面积拥堵现象，为事故多发路段。 若按照原设计提供的处理方案，难以彻底解决该路段的道路面层磨损以及桥梁支座病害问题。查阅B 桥梁维修养护记录， 发现上行往福州方向的右幅0# 台支座近5 年内已有2 次维修更换的记录，病害主要集中在右幅0#台靠下游位置。 初步判断，支座病害产生的原因很大程度与右幅桥面长期车辆刹停造成桥梁偏压有关。

图2 A 段落交叉口平面示意图

2.2 拟优化方案设计

拟采用绿波控制系统解决该交叉口路面及桥梁病害问题，通过现场流量调查统计，结合模拟运算的方法在道路干线上设计出一套适配于该路段通行且具有一定周期规律的信号灯控制系统。 使得车流在预定的时速下能连续避开多个道口红灯，保持通行顺畅，减少交叉口前的停车延误，提升道路整体通行能力。

3 处治方案实施过程和控制要点

3.1 绿波控制系统及路面渠化导流标线等方案

该路段限速标准， 大中型客货车为60 km/h，小型车辆为80 km/h。根据交警部门提供的相关数据结合现场调查， 进入该段落平均车速约为50 km/h。将A 段落往福州方向一处交通信号灯记为F 点，往广东方向另一处交通信号灯记为G 点。综合前后2 处信号灯距离和通行情况， 采用VISSIM 软件对上述方法进行模拟验证， 计算得到以下数据：设定绿灯时间△t1=60 s，红灯时间△t2=40 s，而且下一路口红绿灯亮起总比当前路口红绿灯滞后△t=50 s。要求汽车在下一路口绿灯再次亮起后能通过该路口，汽车可以看做质点，不计通过路口的时间，道路通行顺畅[2]。 同时对现有的交通信号灯进行优化调整以适配绿波控制系统，A 段落优化如图3 所示。

图3 A 段落优化示意图

实施方案为：（1）取消省道②号、县道③号的两处信号灯；（2）优化国道④号信号灯位置与②号、③号信号灯相结合组成新的信号灯组L；（3）结合A段落绿波控制计算成果，合理调整国道①号信号灯和L 组合信号灯的绿灯和红灯时间，与路段通行情况相匹配；（4）新增国道与乡道交叉口一处⑤号信号灯。 该处信号灯的红绿灯时间设定与L 组合灯组的时间设定动态结合。 主要控制要点为：（1）做好省道与县道2 条线路的地面导流标线划分；（2）采用L组合灯组代替原先复杂繁琐的②号、③号、④号，有效整合通行要素， 保证省道、 县道左转同步进行；（3）在①号信号灯组绿灯亮起时，在保证安全前提下，使省道、县道右转车辆能同步并线，提升该路段的通行能力；（4）调整好L 组合灯组与⑤号信号灯的最小延迟时间，结合绿波控制系统最大限度确保桥面停车的数量和时长，减少由于桥面长期停车引起的支座偏压等病害的产生。

3.2 路面病害处理方案

变更原设计路面处置方案，基层处置措施不变，主要修改面层结构。 将A 段落区域范围内路面面层全部采用抗折强度5.0 MPa 早强速凝水泥砼面层并且布置边缘钢筋和部分角隅钢筋。 主要优点：（1）能在短时间内达到预期强度，减少养护时间，满足通行要求；（2）交叉口水泥砼路面相比沥青面层更耐磨，同时能有效抵抗车辆启停时，轮胎对面层推挤产生的沥青面层拥包及剥落等病害；（3）相比使用沥青砼面层更具有经济性的优势。 该方案的不足在于：（1）无法采用机械化一次性完成施工，需要合理布置交通管控，养护时间较长；（2）整体的线性美观和平整度较难控制。 主要控制要点为：（1）路口水泥砼面层施工必须提前规划好交通管控方案；（2）优化配合比设计， 严格控制外加剂的掺量与拌和时间；（3）做好原材料检验及现场检测确保各项指标符合规范要求；（4）采用三辊轴机组施工，做好排插振捣结合人工插入式振捣，确保新旧面板交界处、边角等部位振捣密实；（5）控制好拆模和切缝时间；（6）做好养生工作。

3.3 省道、县道、乡道路口优化方案

省道与县道连接处采用回填结合现有车道进行扩容，用于满足县道和省道之间联通的车道。 主要控制要点为：（1）做好试验检测工作确保底基层、基层压实度等相关指标满足规范要求；（2）采用级配碎石底基层+5%水泥稳定碎石基层，且应保证与原路面基层接缝平直，做好接缝处理；（3）乡道口减速带安装前路面必须清理洁净，植入路面膨胀螺栓采用环氧树脂填充空隙。

3.4 桥梁病害处理方案

本次桥梁病害处理方案如下：采用顶升法更换支座， 分幅更换伸缩缝及修复破损的锚固混凝土。结合上述的绿波控制系统，很大程度地缓解和改善了桥梁支座偏压等病害， 延长了桥梁使用寿命，保障了通行安全。

4 运用绿波控制系统后效果对比

原方案主要缺点：（1）交通信号灯控制系统复杂繁琐，需要综合统筹计算①号、②号、③号、④号信号灯的交叉控制时间；（2）④号信号灯位于B 桥梁搭板处，导致长期以来上行往福州方向车辆在此处停车等候，而汽车启停时轮胎对路面造成的推挤是导致桥头搭板病害的主要原因；（3）路口信号灯的控制系统复杂，红灯时间较长为90 s，停车区域又较短导致汽车长时间停留在右幅桥面，导致桥梁支座偏压等病害产生；（4）汽车上行往福州方向遇红灯时需提前刹车，或者紧急制动，而且这一系列规避动作驾驶员主要在B 桥梁上完成，由此加重B桥梁病害的产生；（5）长时间的红灯导致停车段落延伸至国道与乡道口交接处， 导致该路口通行受阻，同时增加安全隐患。 运用绿波控制系统后优点：（1）采用L 组合灯组同时控制多个路口，整合综合信息，红灯时长从90 s 缩短至40 s，大幅提升了通行能力；（2）⑤号信号灯的设置将原来停车位置前移至乡道口，减少车辆大面积在右幅桥面停车，减轻桥面静载，减少支座偏压等病害；（3）减少大量车辆在搭板处，桥面等位置启停和紧急制动，改善B 桥梁其他病害的产生；（4）⑤号信号灯很大程度地解决了该路口通行受阻等问题，通行性能和安全性能大幅提升。

5 未来展望及相关建议

城市道路桥梁交叉口以及高架桥两端普遍存在长期停车引发的各种路面和桥梁相关病害。 如何运用绿波控制系统，结合5G 平台及物联网技术，改善、 监测和预防各类病害及各种道路交通违法行为， 通过及时反馈路况信息和车路协同运行信息、道路桥梁荷载信息等数据， 预防和减少事故发生，这将是未来发展的一个重要方向。 具体来看，建议在桥梁支座处及重要部位安装应力监测等传感系统，借助先进的数字模拟系统分析，监测桥梁健康状态，建立道路桥梁病害预警反馈系统。 使各种路况信息和车辆识别及违法信息依托5G 平台建立道路桥梁管养监测平台，与公路养护中心和交通指挥系统中心实时互联，做到对路网的通行状态、健康状态的动态管理，从而在有效打击和惩处道路违法犯罪行为，保护路产路权的同时，保障人民群众的出行安全。

6 结语

本次国道路面改造工程项目A 路段的病害处理方案未增加资金投入，同时将原设计沥青路面节省的费用用于道路扩容优化、行车安全提升优化和路面导流标线优化以及绿波控制系统的尝试应用。该改造方案有效地改善了长期桥面停车引起的桥梁支座偏压变形等病害，减少了红绿灯路口处的车辙、沉陷、拥包等病害，降低该路段的交通事故率，提升道路通行能力， 具有一定的经济社会效益，对于同类型项目具有一定的参考意义。