基于道路运营环境的路面工程方案选择

基于道路运营环境的路面工程方案选择

吴孝明

广东省交通规划设计研究院集团股份有限公司 510440

2000年以来，我国公路建设进入快速增长阶段，2022年底总里程达535.48万公里，至此全国公路交通网已经颇具规模[1]。公路作为我国公共基础设施的重要组成部分，在提高人民群众的生活质量、促进经济发展方面贡献突出。随着中国城市化进程的推进，公路运营环境发生很大的变化，城镇化地区公路短途交通量占比较高，公路功能发生变化，行人和非机动车通行需求增加。为此，交通运输部2021年颁布了《城镇化地区公路工程技术标准》，其对城镇化地区公路建设过程中的准则和技术要求进行了规定[2]。对于路基路面，《标准》明确了非机动车道与人行道的路基填土压实度，但压实度要求更多只是对于工程验收质量的验证性要求，并未充分地在路面工程方案的选择与道路运营环境之间建立联系。本文通过介绍在城镇化地区道路不同运营环境下的路面工程方案选择，为路面工程专业技术人员提供新思路。

1高速公路互通立交路段

通过对广东省内若干条2010年后修建的高速公路新建及改扩建工程项目进行调查，发现绝大部分高速公路互通立交匝道采用的路面结构类型与主线一致，面层采用沥青混合料的同时基层采用无机稳定材料，部分项目下匝道路面结构不设置垫层。随着广东省2000年前后修建通车的高速公路逐渐进入大中修或者改扩建阶段，设计人员认识到互通立交采用跟主线一致的路面结构类型与其运营环境是不匹配的。首先，对于高速公路互通匝道的路面状况检测是比较困难的，尤其是枢纽型互通，完成所有匝道路面检测所需的行驶里程是主线路面检测的数倍甚至十倍。其次，高速公路互通匝道的路面病害修复是比较困难的，尤其是服务型互通，其匝道的封闭对高速公路运营收费影响是巨大的，导致有些项目服务型互通在匝道病害修复时，甚至需要专门修建临时匝道以保证匝道封闭交通期间的交通车流保通问题。再者，根据部分高速公路项目的养护记录显示，基本没有对互通立交匝道路面的病害采取全面的修复。结合上述这几点实践认识，建议新建高速公路互通立交匝道采用复合式路面结构或水泥砼路面加铺薄层罩面，以减少运营期间进行路面结构性损害修复的次数，降低对道路服务水平的负面影响。

2具有非机动车道交通高峰的路段

在早期的城市规划中，非机动车交通量小，大部分城市道路横断面采用非机动车道、人行道共板块的设计。近年来，城镇化地区的市民越来越多采用电动自行车作为通行交通工具，部分城市主干道的非机动车道也出现了交通高峰，早期“人非共板”的断面设计，既无法满足高峰期时的非机动车通行需求，还会对人行道上行人的道路安全产生隐患。为了解决上述人们出行习惯变化引起的问题，具有非机动车道交通高峰的路段建议采用非机动车道与机动车道共板块的设计以分隔非机动车交通流与行人，实现交通的分流，保障行人的安全，有条件情况下采用较宽（不小于3.5m）的非机动车道以满足非机动车并排通行，提高出行平均速度，避免部分市民违规在机动车道行驶。一些城市如广州已经出台相关设计指引文件[3]以满足市民非机动车出行需求，对于大于等于40km/h的道路，在机动车道与非机动车道之间应设置物理隔离，避免机动车或非机动车占据各自车道的空间。

3沿道路布置有管线的路段

伴随着城镇化地区基础设施的快速发展，电力、通信、燃气、给排水等大量管线进入升级改造阶段，面临拆除和新建。建设用地是宝贵的，修建管线单独占用土地是浪费的，所以越来越多的管线修建在城市道路之下，对土地空间进行了集约化利用。但是，不同管线的埋深、上覆荷载限制、安全净距都是不同的，当它们同时布置在道路中，尤其是距离路面结构较近甚至侵入路面结构范围时，路面工程设计人员应相应的选择合理的路面结构方案，以匹配沿道路布置有管线的路段，以避免路面过早出现结构性破坏。早期城市道路采用水泥路面，当后期沿道路敷设管线时，多次且无序的开挖、修补路面，对路面产生不可逆损坏以及严重影响路容路貌，常常出现“拉链路”现象。为避免上述问题的再发生，沿道路布置有管线的路段在道路改建或者新建时，应充分调查周边区域管线规划，在设计时做到以下几点：距离路面结构较近的管线应进行混凝土包封；侵入路面结构范围的管线除进行混凝土包封外，管线顶部建议考虑设置钢筋混凝土面板，对被侵入部分的路面结构进行补强；尽量避免将管线布置在机动车道范围，应优先考虑布置在中央分隔带、人行道、非机动车道范围等无车辆荷载的区域。

4重载慢行交通为主的路段

由于沥青结合类材料具备黏弹特性，在《公路沥青路面设计规范》[4]中采用20℃、10Hz（5Hz）条件下的动态模量作为路面结构计算的沥青面层（基层）材料输入参数。实际上在不同频率、量级的动荷载作用下，其动力学响应是不同的，一般地，荷载频率越小，荷载量级越大，黏弹材料的响应即动态模量则越小，相同荷载水平下其抵抗永久变形的能力越弱[5]

，宏观表现为大型平交口、信号灯控路口、港湾式公交站等重载慢行交通为主的沥青路面路段，通过的车辆速度明显小于设计速度，甚至会降为零，导致该路段交通荷载频率远小于规范中标准动态模量对应的荷载频率10Hz（5Hz），实际交通荷载频率下的动态模量更小，在路面结构计算中采取的沥青面层动态模量值则偏大，路面进行初次车辙处治对应的累积当量轴载次数则偏大，而实际路面则会过早形成车辙，设计基准期内出现更大的永久变形。一般路面工程设计中，对于重载慢行交通为主的路段，仍采取与一般路段相同的路面结构，缺乏对特殊路段的交通荷载等级以及以及路面结构进行工点化设计计算，设计上常常仅采取添加抗车辙剂或使用高模量沥青混合料来试图延缓车辙的形成。但道路通车后，建管单位反映，过早形成车辙这一问题依旧无法避免，反复的车辙处治被周边出行的市民严重诟病。为了避免“常修常坏”，路面结构上建议重载慢行交通为主的路段采用水泥砼路面或对沥青路面面层进行柔性注浆。刚性路面是线弹性的，对车速不敏感，也不会产生车辙；对沥青路面面层进行柔性注浆后，其材料性质更接近线弹性体，动态模量显著增大，车辙大幅减小。同时，为支撑上述推荐路面结构的合理性，沥青面层的动态模量取值，要充分考虑道路运营环境下交通荷载与《公路沥青路面设计规范》中的标准条件的差异性，切忌为了满足初次车辙处治年限机械地调整动态模量值，对材料指标提出远高于实际生产所能达到的要求。

5总结

随着中国城市化进程的推进，尤其是城镇化地区，公路运营环境正发生巨大变化。作为路面工程专业技术人员，要着眼工程实际，而不是全凭地区经验选择路面工程方案，只有这样修建出来的路，才能满足人民群众日益变化的出行需求。

参考文献

[1]交通运输部. 2022年交通运输行业发展统计公报[N]. 中国交通报, 2023-06-16

[2]JTG 2112—2021.城镇化地区公路工程技术标准[S] 中华人民共和国交通运输部，2021-11-29

[3]广州市城市道路标准横断面设计指引（试行）[S]. 广州市交通运输局，2021-04

[4]JTG D50-2017. 公路沥青路面设计规范[S] 中华人民共和国交通运输部，2017-03-20

[5]谭忆秋. 沥青与沥青混合料黏弹特性[M]. 哈尔滨工业大学出版社, 2017.