孫 旭，黃又清，李 俊

（武漢市政工程設計研究院有限責任公司，湖北武漢 430023）

1 工程概況

三環(huán)線是武漢市主要的客貨通道，道路等級為城市快速路，設計車速 80 km/h。作為三鎮(zhèn)貨運主通道與入城環(huán)路，減少了中心區(qū)直穿車流；同時作為城市內外快速交通聯(lián)系的重要紐帶，承擔著內外快速交通轉換和跨區(qū)域長距離交通出行需求。按地理位置劃分，三環(huán)線分東、西、南和北四段，北段西起長豐橋，東至天興洲平安鋪立交，全長 27.6 km，采用“線路路堤+節(jié)點立交”的方式建設，其中，路堤段長 18.2 km，橋梁段長 9.4 km。

通車之初，路面整體使用情況良好，但是，隨著周邊區(qū)域的開發(fā)建設，道路的交通量迅猛發(fā)展，同時，車輛超載嚴重，超載幅度往往在 50%以上。從而，道路運行不到 5 a 的時間，路面破損嚴重：多處路段呈現(xiàn)大范圍的龜裂、坑槽，甚至出現(xiàn)了“唧泥”。近些年，道路管理部門對其進行過數(shù)次維修改造，但是，效果一般，道路路況仍日益惡化。為了改善道路路況，提高通行能力，充分發(fā)揮環(huán)線效率，減少交通事故，市政府提出對三環(huán)線北段進行綜合改造，對現(xiàn)狀破損路面的整治為工程改造的重點。

2 老路路面結構

（1）長豐橋～額頭灣立交

采用復合式路面結構，從上至下依次：4 cm AC-16C+5 cmAC-20C+7 cm AC-25C+24 cm C35 水泥混凝土+30cm 水泥穩(wěn)定碎石基層（5：95）。

（2）額頭灣～三金潭立交

采用半剛性基層瀝青路面結構，從上至下依次：4 cmAC-16C+5 cmAC-20C+6 cm AC-25C+45 cm 5%水泥穩(wěn)定碎石+20 cm 12%石灰穩(wěn)定土。

（3）三金潭～平安鋪立交

采用半剛性基層瀝青路面結構，從上至下依次：4 cmAC-16C+6 cmAC-20C+8 cm AC-25C+40 cm 5%水泥穩(wěn)定碎石+20 cm 12%石灰穩(wěn)定土。

3 路面檢測結果及分析

為了更好地了解三環(huán)線道路路面狀況，進行了路面檢測工作，并按照相關規(guī)范[1]-[3]，對其從路面破損、強度、平整度等方面進行評價及分析。

（1）路面外觀質量調查結果及分析

從路面外觀統(tǒng)計來看，修補面積共計 7 035.54 m2，占病害總面積 48.2%，龜裂面積共計 3 956.25 m2，占病害總面積 27.1%，橫向裂縫折算面積共計 1125.28 m2，占病害總面積 7.7%，縱向裂縫折算面積共計1 208.93 m2，占病害總面積 8.3%，塊狀裂縫面積共計996.53 m2，占病害總面積 6.8%。由此可見，裂縫類病害是三環(huán)線路面破損的主要病害，縱向裂縫比重較多，表明局部路段路面基層或路基存在質量問題。

三環(huán)線北段各車道 PCI 平均值見圖1，可以看出，所有檢測車道 PCI 平均值基本介于 80～90，總體處在優(yōu)、良的水平。其中的一個重要原因是三環(huán)線路面病害都進行了養(yǎng)護維修處治，而修補在路面病害中的權重很小，因此整體外觀質量評價較高。

圖1 三環(huán)線北段各車道 PCI 平均值柱狀圖

（2）路面取芯檢測結果及分析

本工程采用鉆孔取樣、結合地質雷達無損檢測手段對路面結構層進行了檢測。從芯樣反映的路面結構分層情況和地質雷達探測的檢測結果分析，大部分路段路面結構主要有瀝青面層、水穩(wěn)基層和底基層組成，少部分路段路面結構由瀝青面層、水泥混凝土層、水穩(wěn)基層組成。

從地質雷達檢測結果分析，瀝青面層平均值為158.7 mm，水穩(wěn)基層的厚度約 350～400 mm，底基層的厚度約 150～200 mm。三環(huán)線北段共鉆取芯樣 32 個，一般可以取出完整水穩(wěn)約 20-35cm，下基層基本為松散狀態(tài)，揭示了路面的破壞層位為下基層。

（3）路面彎沉檢測結果及分析

瀝青路面的承載能力可以用路表頂面代表彎沉值進行評價，對三環(huán)線北段瀝青路面的代表彎沉值計算結果見圖2。

圖2 左側代表彎沉值散點圖

從圖2可以看出，整體路面強度來看，一半以上路段路面結構強度不足，需要進行補強，同時，考慮到不同區(qū)段的實際情況：中間區(qū)段較大，兩端較小，可分三個區(qū)段進行分析：

a.長豐橋（工程起點）～額頭灣立交（樁號K14～K17）：

依據(jù)檢測報告的的結果，參考相關設計規(guī)范[4]，剔除奇異點后，根據(jù)l=(ˉ+ZaS)K1K2K3計算得到每公里每車道的計算彎沉值，見表1。

表1 長豐橋～額頭灣立交各車道代表彎沉值

依據(jù)相關規(guī)范對其分析評定，7%強度不足，39%強度臨界，54%強度足夠。該區(qū)段的路面強度整體評價為足夠、臨界的水平。僅局部位置存在強度不足的問題。

b.額頭灣～三金潭立交段（樁號 K17～K34）：

c.三金潭～平安鋪立交（工程止點）段（樁號K36～K41）：依據(jù)檢測報告的的結果，剔除奇異點后，根據(jù)計算得到每公里每車道的計算彎沉值，見表2。

表2 三金潭～平安鋪立交各車道代表彎沉值

依據(jù)相關規(guī)范對其分析評定，20%強度不足，57%強度臨界，23%強度足夠。該區(qū)段的路面強度整體評價為臨界的水平。

（4）路面行駛質量評價

對三環(huán)線北段平整度評價等級數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，平整度評價等級優(yōu)、良率平均值為 38.2%，平整度評價等級次、差率平均值為 33.3%，可見三環(huán)線北段路面平整度不佳，對于高速行車安全會產(chǎn)生不利影響，應及時進行路面加鋪改造提高路面行駛舒適性。

4 總體評價

2009年，三環(huán)線北段對破損嚴重路段進行了維修改造，將 2009年道路測量數(shù)據(jù)與原設計數(shù)據(jù)及本次改造所測數(shù)據(jù)進行比較分析，并選取了三環(huán)線北段路面破損最嚴重的區(qū)段—竹葉海立交～三金潭立交區(qū)段的道路高程進行比較，見表3。

從表3可以看出，道路的沉降趨于穩(wěn)定。同時，本工程進行了道路勘察工作，得到現(xiàn)狀道路地基承載力 18～38 kPa，地基承載力滿足設計要求。綜上，現(xiàn)狀道路地基承載力高，道路沉降趨于穩(wěn)定，現(xiàn)狀路面強度不足、平整度差，路面結構的破壞層位位于下基層。

表3 道路路面高程統(tǒng)計

5 方案設計

根據(jù)交通預測結果及調查得到的車輛軸譜組成，計算設計年限的 Ne=1.9×107 次/車道，設計彎沉值 ld=600Ne-0.2AcAsAb=21（0.01 mm)。

考慮到現(xiàn)狀道路基本穩(wěn)定、地基良好，針對現(xiàn)狀路面強度不足、平整度差的問題，采用利用現(xiàn)狀道路的路面改造思路。鑒于不同區(qū)段的破損情況不盡相同，采用分區(qū)段、分類型的補強方案。

5.1 長豐橋～額頭灣立交

鑒于該區(qū)段整體強度較高，但是平整度欠佳的問題，提出采用整體面層加鋪瀝青改善平整度，對破損位置局部處理的方案，即“路面維修+面層建新”的方案。

5.2 額頭灣立交～三金潭立交

5.2.1 計算彎沉值及老路回填模量

通過第二章節(jié)分析，得到該段路面強度整體處于不足的水平。依據(jù)檢測結果，剔除奇異點后，根據(jù)計算得到該段的計算彎沉值：l0=60；進而，根據(jù)得到該段老路路面回填模量 278 MPa。

5.2.2 方案設計

瀝青路面具有舒適性高、易維修等優(yōu)點，目前三環(huán)線均采用瀝青面層。因此，在保持瀝青面層的前提下，考慮補強方案。

進而，經(jīng)測算，僅通過加鋪合理厚度瀝青面層的方案，不能滿足老路路面的補強要求，針對不同的基層型式，應用城鎮(zhèn)道路路面程序“URPDS2012軟件”計算基層厚度，同時考慮各基層材料合理厚度[4]及施工調坡等因素，提出下述方案：

（1）半剛性基層方案

快速路的瀝青面層一般采用“三層式”，擬定結構從上至下：4 cm SMA13+5 cm AC-20C+7 cm AC-25C+30 cm 水穩(wěn)碎石。

（2）柔性基層方案[9]

從上至下：4 cm SMA13+5 cm AC-20C+7 cm AC-25C+20 cm 瀝青穩(wěn)定碎石。

（3）剛性基層方案

a.普通水泥混凝土復合式瀝青路面

防止水泥混凝土路面的反射裂縫，一般采用較厚的瀝青面層，擬定結構從上至下：4 cm SMA13+5 cm AC-20C+7 cm AC-25C+24 cm C35水泥混凝土路面。

b.連續(xù)配筋混凝土復合式瀝青路面

連續(xù)配筋混凝土路面（CRCP）是指在路面的縱、橫向設置足夠數(shù)量的鋼筋，可考慮完全不設接縫（脹縫、縮縫）的一種混凝土路面結構[6]，該結構在歐美高速公路里已得到了廣泛的使用[7]，由于該結構不設縫，可以采用較薄的瀝青厚度，參考相關資料[8]，瀝青面層的適宜厚度為 8～12 cm，擬定結構從上至下：4 cm SMA13+6 cm AC-20C+24 cm 連續(xù)配筋混凝土。

5.2.3 方案比選

上述方案均能滿足本次道路補強強度要求，但是針對本工程的特點，方案需滿足下述因素：

（1）由于三環(huán)線北段每隔 1～2 km 設有一處互通立交，同時受沿線涵洞、天橋等構筑物制約，路面加鋪厚度盡可能小。

（2）三環(huán)線重載車比例較高，應具備足夠的強度儲備，滿足重載交通要求。

（3）三環(huán)線交通功能極其重要，優(yōu)先推薦長壽命路面結構。

（4）本工程工期較短，應考慮施工快捷，便于機械化施工方案。

在此基礎上，分析比較上述四種路面結構，見表4。

表4 方案比較

結合本工程交通功能定位，綜合考慮上述因素，推薦采用 C2 方案，即連續(xù)配筋混凝土復合式瀝青路面結構（CRCP+AC）。

5.3 三金潭立交～平安鋪立交

（1）計算彎沉值及老路回填模量

通過前文分析，得到該段路面強度整體處于臨界的水平。依據(jù)檢測結果，剔除奇異點后，根據(jù)計算得到該段的計算彎沉值：l0=40；進而，根據(jù)m1m2,得到該段老路路面回填模量 391 MPa。

（2）方案設計

在保持瀝青面層的前提下考慮補強方案。經(jīng)測算，僅通過加鋪合理厚度的瀝青面層方案，不能滿足補強要求。

考慮到老路路面強度整體為臨界的水平，提出半剛性基層及柔性基層兩套方案，通過城鎮(zhèn)道路路面程序“URPDS2012 軟件”計算得道基層厚度，結合各基層材料合理厚度及施工調坡等因素，提出方案：

a.半剛性基層方案

擬定結構從上至下：4 cm SMA13+5 cm AC-20C+7 cm AC-25C+15 cm 水穩(wěn)碎石。

b.柔性基層方案

從上至下：4 cm SMA13+5 cm AC-20C+7 cm AC-25C+12 cm 瀝青穩(wěn)定碎石。

（3）方案比選

上述兩套方案在加鋪厚度差不多的前提下，方案 A 的強度儲備更高，綜合單價更低，推薦采用A 方案，即半剛性基層瀝青面層補強方案。

6 結語

三環(huán)線北段路面整治方案對現(xiàn)狀老路做了充分的調查，包括老路原始路基路面資料、現(xiàn)場調查、維修資料等。通過檢測、勘察等手段，對路面狀況進行評定，為路面破損原因的分析，方案的提出提供依據(jù)。

本次方案研究采用“具體問題、具體分析”的態(tài)度，針對不同區(qū)段路面特點，提出了“分區(qū)段、分類型”總體設計思路。

額頭灣～三金潭段路面整體強度不足，同時考慮到三環(huán)線“重載、長壽命”路面要求，本次研究提出了采用“CRCP+AC”路面結構。該結構具有承載能力高、耐久性好、舒適性高、后期維護費用小等有點，具有良好的應用前景。然而，因初期投資成本較高的原因，在國內應用較少。后續(xù)研究中，將進行試驗路研究，為該種路面結構的推廣積累工程實體經(jīng)驗。

[1] JTJ073.2-2001,公路瀝青路面養(yǎng)護技術規(guī)范[S].

[2] CJJ36-2006,城鎮(zhèn)道路路面養(yǎng)護技術規(guī)范[S].

[3] JTG H20-2007,公路技術狀況評定標準[S].

[4] JTG D50-2006,公路瀝青路面設計規(guī)范[S].

[5] 鄧學鈞.路基路面工程[M].北京:人民交通出版社,2000.

[6] 胡長順,李成才,景彥平,等.連續(xù)配筋混凝土路面試驗路研究[J].公路,2001(7):28-32.

[7] 刑進.國外連續(xù)配筋混凝土路面應用與研究現(xiàn)狀[J].交通標準化,2013(19):97-102.

[8] 劉朝暉.連續(xù)配筋混凝土復合式瀝青路面[M].北京:人民交通出版社,2012.

[9] 林繡賢.柔性路面結構設計方法[M].北京:人民交通出版社,1988.