天津滨海新区产业功能区典型路面结构设计研究

龚凤刚，王新歧，王玉秀，张 洋

（天津市市政工程设计研究院，天津市 300051）

1 项目背景

天津经济技术开发区（Tianjin Economictechnological Development Area,缩写TEDA),简称“泰达”，是1984年12月6日经国务院批准成立，实行特殊的经济优惠政策，致力于吸引国内外投资，发展以高新技术产业为主的现代化工业的首批国家级沿海经济技术开发区之一。经过二十多年的开发建设，滨海新区取得了显著的成绩，经济持续、快速、健康发展，成为天津经济发展的龙头。

天津滨海新区在发展的规划上，确定了“一轴、一带、三个城区、八个产业功能区”的布局，即沿京津塘高速公路建设高新技术产业的发展轴，沿海岸线建设海岸经济的发展带，在这个区域当中建设塘沽、汉沽、大港这样的三个生态城区和八个产业功能区。八个产业功能区包括先进制造业产业区、滨海高新区、临空产业区、临港产业区，南港工业区，重点发展航空航天、电子信息、石油化工、装备制造和高新技术产业，打造特色突出的现代制造业集群和我国自主创新的领航区。在中心商务区、海港物流区、滨海旅游区主要以金融、物流、商贸、旅游这些现代服务业为重点，汇集人流、物流、资金流和信息流，构筑发展的新优势，见图1。

随着开发区经济的快速发展，有些城市道路设施部分破损过于严重，或者未做好铺设处理，尚不能满足现代化城市的高速发展的需要；部分铺装、井盖被损坏，对城市环境质量的提高也有很大阻碍，需要进一步完善景观设施的细节。在不断推进开发建设的基础上，应更好地支持天津开发区的开发建设，加强各功能区间的协作和发展，不断对道路景观进行拓展。

2 新区路面结构设计思路

设计开发区典型道路路面结构需要针对开发区现有路面结构使用状况及交通量组成情况，通过实地调查、理论分析，结合室内外试验，对现有路面交通量、车辆组成、土基模量、材料参数、结构组合形式进行较系统的研究，确定一个较合理的路面结构，之后选取有代表性的道路按此结构建设，再经过一年多的工程实践证明效果良好，才能最终确定一个比较合理的典型结构。路面结构的设计思路，见图2。

（1）从现有路面使用状况、交通组成情况、土质情况的调查入手；

（2）分析路面破坏原因及交通参数、土基参数、材料参数，确定其对路面结构的影响；

（3）进行土基回弹模量野外测试，路用材料劈裂强度及抗压回弹模量测试，道路交通量、超载情况实地调查；

（4）确定道路交通参数、土基回弹模量的取值办法，确定道路路用材料劈裂强度及抗压回弹模量；

（5）分析各种路用材料的特性，分析各种结构组合的优缺点，听取专家意见；

（6）初步提出沥青路面典型结构组合；

（7）优化路面典型结构，推荐沥青路面典型结构。

3 新区道路破坏原因分析

造成路面破坏的原因很多，主要有以下几个方面：

（1）重载、超载交通引起路面早期开裂。

目前开发区的建设速度加快，造成了交通流量的急速增加，轴载和轮压的大幅度提高，使得现有路面越来越不适应交通量的需求。车辆的重载化、超载化是引起沥青混凝土路面早期开裂的主要原因。这些损坏多因为基层的承载能力不足而引起，即路面基层已经丧失应有的结构承载力。特别是在路面排水不畅的情况下，更加速了路面的开裂。

重载、超载车有的是来自集疏港的车辆，例如泰达大街和新港四号路；有的是开发区内干道性的道路，例如联系东、西区的九大街，贯穿南北的洞庭路；有的则是目前区内开发建设产生的施工车辆，例如第七大街、第四大街、泰丰路、泰华路、花园街、荣泰街(交通量虽然不大，但路面破坏较为严重)，见图 3。

（2）滨海软土地基，强度较差引起路面早期开裂。

开发区地处近海软土地区，淤泥层较深，地基强度差，土体固结时间长，由此造成工后沉降大，路面沉陷，从而导致路面早期开裂。加之开发区地下水位较高，路基为潮湿、过湿状态，基层强度低。面层在过软路基、强度不足的基层上承受荷载极易造成沉陷、开裂。例如花园街、荣泰街（泰丰路—泰祥路）是20世纪90年代根据规划建设发展需要而建成的，从现场调查可看出，这些道路路面破损也比较严重，局部出现龟裂与网裂，并伴有沉陷发生。特别是在收水井和检查井等处路面破损严重，但整体路面裂缝较规则且裂缝较小，说明这些破坏是由于沥青路面收缩或由路基沉降所引起，基层破坏较小。收水井和检查井处局部破损是由于在井子周围路基或基层压实度不足，且路基本身的沉降造成井与井周围沉降不一，车辆的作用造成路面开裂，雨水的下渗加剧了这种开裂的程度，见图4。

（3）路面结构的强度不足引起路面早期开裂。

开发区的很多道路是在20世纪80年代到90年代初修建的，由于当时的经济水平所限，并且对交通量的增长、车辆的超载缺乏一个前瞻的认识，有的道路造成了路面结构强度的不足，引起早期开裂，见图5。

例如第七大街（洞庭路—黄海路）路面结构原设计分I、II期（1990年3月设计），目前仅完成了I期路面结构。由于考虑到路基沉降稳定还要施做II期路面结构，因此I期路面结构设计厚度较薄，仅50 cm。I期路面结构为：1.5 cm细粒式沥青混凝土+3.5 cm粗粒式沥青混凝土+15 cm 石灰粉煤灰碎石（10∶45∶45）+15 cm 石灰土（12%）+15 cm石灰土（10%）。其中基层石灰粉煤灰碎石为悬浮式结构，其抵抗重车荷载的能力较低。

第七大街（黄海路—泰丰路）路面结构原设计亦分I、II期（其中黄海路-南海路1991年6月设计，南海路-泰丰路1994年5月设计），目前也只完成了I期路面结构。同样考虑到路基沉降后还要施做II期路面结构，I期路面结构设计厚度也只有51 cm。I期路面结构为：2.0 cm细粒式沥青混凝土+4.0 cm粗粒式沥青混凝土+15 cm石灰粉煤灰碎石（10∶45∶45）+15 cm 石灰土（12%）+15 cm石灰土（10%）。

综上所述，重载交通、软基沉降、路面结构不足等问题是造成路面破坏的基本原因。

4 新区路面结构组合设计

针对开发区道路的使用情况的分析，我们进行了几种路面结构的组合设计：

将开发区内的道路按照交通等级归结为快速路、主干道、次干道及支路三大类，其中每一类又分别对应着Ⅰ类交通和Ⅱ类交通两种。Ⅰ类交通的路面结构适用于交通量大、重车多的道路上，例如集疏港道路、工业区内重要道路、区域开发建设时施工期间的主要道路；Ⅱ类交通的路面结构适用于交通量小、重车少的道路上，例如开发区内的生活区、商业区。

本次路面结构方案中主要采用两种路面结构，一种为半刚性基层的路面结构，一种为柔性基层的路面结构，见表1。

方案一采用传统的半刚性路面，利用半刚性基层来承受重载车辆传来的荷载，利用沥青面层提高路面的舒适性，但由于半刚性基层所具有的干缩性和温缩性，半刚性基层中裂缝从下往上逐渐反射到沥青路面中，加上沥青路面的温度收缩裂缝，造成路面开裂，影响路面的使用功能；另一方面沥青面层无法避免水分的侵入，从而导致半刚性基层中与沥青面层之间存在大量自由水，这些水经车辆动荷载的反复作用出现唧浆引起路面破坏。但是该方案造价较方案二小，在一些交通量较小的道路上养护得当，加上合理的封层设置，还是较为适用。

方案二由于采用刚柔组合基层，充分结合了半刚性基层高强度、柔性下面层耐久性好、水稳性

能高、刚度适中的特点，大大减小水损坏的几率，消除沥青路面反射裂缝，同时提高了路面的耐久性，对重载车辆具有较高的适应性。该方案结合了开发区内大型车辆及重型车辆多的特点，充分发挥了沥青上面层防开裂、耐磨耗、密水、降噪的特点，具有很高的优越性。但由于沥青面层厚度大，如沥青中面层和下面层沥青混合料抗车辙性能差，在重车的作用下容易产生车辙，所以该种路面必须作好沥青面层抗车辙问题。同时方案二造价较高，如果大量采用该路面结构对工程费用影响较大。

表1 新区道路沥青路面典型结构设计方案

5 结论

道路是交通的载体，道路交通特性也影响着路面结构的设计。路面结构设计主要是在对道路交通功能、交通量预测、交通量构成比例等方面进行分析研究的基础上来确定合理的路面结构，因此，不同交通特性的道路路面结构设计应区别对待。在天津滨海新区道路设计过程中，将城市规划、交通规划、道路设计等专业相结合，通过不同产业功能分区道路交通特性研究，分析总结了不同产业功能区道路的交通量以及交通量组成比例，并在此基础上提出了各等级道路路面结构设计方案。

滨海新区产业功能区典型路面结构设计结合了道路交通特性分析，提出了不同产业功能区路面结构设计方案，延长了路面使用寿命，节约了道路养护维修成本。同时，由于延长了路面养护维修的周期，一定时期内保证了道路的通畅，增强了各功能区之间的联系。天津滨海新区产业功能区典型路面结构设计思路对于类似地区路面结构设计具有一定的借鉴意义。

[1]陆鼎中,程家驹.路基路面工程[M].上海：同济大学出版社,2006.

[2]李清波,符锌砂.道路规划与设计[M].北京:人民交通出版社,2002.

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