對市政道路建設(shè)中路面設(shè)計分析

【摘 要】鑒于現(xiàn)階段市政道路建設(shè)技術(shù)及使用壽命方面存在的問題，結(jié)合作者多年市政道路設(shè)計經(jīng)驗， 簡要分析了市政路面設(shè)計應考慮的因素及處理方法。

【關(guān)鍵詞】城市道路；路面結(jié)構(gòu)；設(shè)計方法；厚度計算

市政道路建設(shè)在現(xiàn)代化城市發(fā)展中具有非常重要的地位，其設(shè)計工作、施工質(zhì)量都對社會效益和經(jīng)濟效益都起到了決定性的作用。90年代國內(nèi)開展了復合式路面、改性瀝青路面的研究應用研究。近幾年，隨著高等級公路的不斷發(fā)展，長壽命路面的研究探索開始起步。由于城市道路的設(shè)計的周期過短、管理水平落后、規(guī)范修編工作緩慢等原因， 沒能充分利用研究成果，使路面結(jié)構(gòu)設(shè)計盲目性、隨意性較大。造成路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的“一貫不變制”、“盲目套用”等問題。同時，施工技術(shù)缺少創(chuàng)新，養(yǎng)護維修管理系統(tǒng)不健全，使得城市道路建設(shè)質(zhì)量水平提高較慢。有關(guān)問題值得反思。

1. 結(jié)構(gòu)層材料及組合設(shè)計

1.1 結(jié)構(gòu)層材料

結(jié)構(gòu)層材料的選擇設(shè)計應堅持因地制宜， 要充分利用當?shù)刭Y源的原則。比較常用的有三種，即貫入式面層、瀝青碎石面層和瀝青混凝土面層，鑒于目前交通量的不斷增大和超載現(xiàn)象的明顯增多，傳統(tǒng)的連續(xù)級配瀝青混凝土面層已不適應發(fā)展的需要，一些新的表面層瀝青混合料得到普遍推廣應用。例如，多孔隙瀝青混凝土、開級配磨耗層及間斷級配瀝青瑪碲脂混合料SMA?，F(xiàn)已廣泛應用的改性瀝青中，熱塑性橡膠類代表品種SBS、橡膠類代表品SBR及適用于重交通的瀝青瑪碲脂混合料 SMA 在北京市鋪筑的試驗路，經(jīng)長期觀測均取得較好的成績。早期的瀝青路面（柔性路面）直接采用級配碎石、礫石做基層，用粒料或粒料土做底基層。在20世紀60年代開始使用石灰土、水泥穩(wěn)定材料及碎石灰土，水泥穩(wěn)定材料基層僅限于水泥資源豐富的地區(qū)或無粉煤灰地區(qū)。從上世紀80年代開始了二灰土、二灰碎石及二灰礫石等工業(yè)廢渣的研究、推廣應用。半剛性路面的產(chǎn)生是這一時期路面基層材料發(fā)展的必然結(jié)果。西安市充分利用當?shù)刭Y源—灞橋電廠廢渣粉煤灰，絕大多數(shù)基層材料均采用二灰碎石，質(zhì)量配合比由原來的1∶4∶5變?yōu)樽畛Ｓ玫?∶28∶65。為適應重交通的發(fā)展，對二灰碎石質(zhì)量配比5∶15∶80和8∶17∶75及二灰砂礫7∶13∶80基層材料在城市道路上進行測試研究，在增大含石量，提高基層抗彎拉強度的同時，保證填充料、結(jié)合料的合理比例。

1.2 結(jié)構(gòu)層組合

瀝青路面面層目前大多為2層或3層，分為上面層、中面層及下面層。研究表明：表面層是最重要的層次，溫縮裂縫大多從表面開始，中下層對路面的疲勞性能、水穩(wěn)性、抗裂性能至關(guān)重要，所以中下層結(jié)構(gòu)層選擇必須與表面層相匹配。石油瀝青價格不斷上漲，瀝青路面的綜合造價的增大不能不引起重視。西安市在瀝青混凝土中摻入德蘭尼特、博尼維纖維，使用結(jié)果表明瀝青混合料造價增大約1倍，每厘米厚度增加4～6元/m2。但提高強度和延長使用年限的效果尚無明確的評價。路面結(jié)構(gòu)層材料及參數(shù)設(shè)計與結(jié)構(gòu)組合設(shè)計二者密不可分。既要結(jié)構(gòu)組合趨于合理， 又要考慮筑路材料的價格變動影響。

水泥混凝土面板由原來的單層發(fā)展為2層甚至3層復合式。隨著重交通的增大，路面結(jié)構(gòu)層組合要求更高，要充分發(fā)揮各層材料的優(yōu)勢， 取長補短， 剛?cè)峁矟?，新型復合式路面的研究應用充分滿足了這一要求。我國曾經(jīng)在“八五”期間的交通部科技項目《碾壓混凝土與瀝青混凝土復合式路面修筑技術(shù)研究》中，對RCC+AC新型復合路面進行了大量研究，隨后開始廣泛推廣使用。結(jié)構(gòu)組合設(shè)計要考慮當?shù)厮牡刭|(zhì)狀況，例如，西安市屬濕陷性黃土地區(qū)，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計組合要充分考慮黃土濕陷性的因素， 故對石灰土基層技術(shù)進行了大量研究。

2. 結(jié)構(gòu)厚度設(shè)計

2.1結(jié)構(gòu)荷載應力分析

路面結(jié)構(gòu)厚度設(shè)計的主要依據(jù)就是荷載應力分析。模型的建立和應力（荷載應力、溫度應力）計算結(jié)果，直接決定著厚度的設(shè)計。國內(nèi)應力計算分析大多采用三維空間等有限元方法、彈性層狀體系理論及彈性地基板理論等。為方便工程設(shè)計，根據(jù)多年來設(shè)計理論方法的研究成果及積累的大量經(jīng)驗，計算結(jié)果大多編制成諾謨圖，可直接查圖取得工程需要的精度數(shù)值。荷載應力分析借用計算軟件則更為方便、精確。

2.2厚度計算

路面結(jié)構(gòu)厚度計算是結(jié)構(gòu)設(shè)計中最重要的內(nèi)容。結(jié)構(gòu)厚度直接決定著路面的使用壽命和造價。目前，道路設(shè)計普遍存在著只重視設(shè)計制圖量，而輕視結(jié)構(gòu)計算的問題，有的甚至以圖紙數(shù)量衡量工程的大小、難易程度。造成工程設(shè)計中結(jié)構(gòu)厚度過分偏厚或偏薄，存在一定的盲目性、隨意性，使工程資金浪費。計算中最主要的參數(shù)是交通量大小，由于交通量統(tǒng)計及預測一直是一個薄弱環(huán)節(jié)，同時有些城市道路類別區(qū)分不明確，選取交通量參數(shù)比較困難。城市道路結(jié)構(gòu)厚度計算，在借鑒公路厚度計算方法及結(jié)果的同時，要充分考慮自身的交通特點。

新型路面的結(jié)構(gòu)厚度計算，如半剛性路面、瀝青瑪碲脂SMA路面、AC+RCC復合式路面等，其厚度計算方法尚在不斷探討中。不但要考慮荷載應力作用，還要綜合考慮結(jié)構(gòu)組合及結(jié)構(gòu)層材料的特性。例如，半剛性路面反射裂縫形成的原因一直認為是國產(chǎn)瀝青質(zhì)量不高（含蠟量較大）。國外對半剛性路面裂縫的研究認為，基層在鋪筑之前或之后，必然產(chǎn)生裂縫并引起反射裂縫是其固有特性。所以在設(shè)計中則經(jīng)常采用加厚瀝青面層的措施來減輕反射裂縫。AC+RCC復合式路面用于城市道路，建議采用理論計算結(jié)合經(jīng)驗確定典型路面結(jié)構(gòu)厚度的方法，通常城市快速路、主干路設(shè)計中RCC層取20cm，AC層取4cm為宜， 而氣溫高、熱季長、雨水較多的南方城市，可采用空隙率較大的Ⅱ型細粒式瀝青混凝土，厚度為2～3cm較適宜。據(jù)有關(guān)研究，APA長壽命路面結(jié)構(gòu)改性瀝青混凝土面層4cm，應力吸收層2cm，水泥混凝土面層28cm，防水聯(lián)接層1.5cm，二灰碎石基層18cm，灰土或固化劑處理路床20cm，總厚53.5cm。路面使用壽命可達50年。

3. 試驗路鋪筑及養(yǎng)護維修

路面新材料及新型路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理與否，厚度是否適當， 需要通過鋪筑試驗路來觀察分析、評價。目前城市道路鋪筑試驗路數(shù)量十分有限， 實地調(diào)查研究很少， 但公路建設(shè)方面較為完善、系統(tǒng)的經(jīng)驗值得借鑒。利用已有的經(jīng)驗成果， 要特別注意結(jié)合自身的特點。城市道路要求所采用的路面結(jié)構(gòu)， 能夠盡快開放交通， 縮短中斷交通的時間；行車要舒適， 路面排水流暢；特別是粗糙度、平整度等表面功能要容易恢復，即維修養(yǎng)護方便。此外， 要求路面產(chǎn)生的噪聲小、吸塵性能好， 有利于凈化城市環(huán)境。路面的精心施工、合理的養(yǎng)護是結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量必不可少的保證。目前我國城市道路養(yǎng)護管理系統(tǒng)仍需進一步健全。從系統(tǒng)管理角度講， 路面工程的管理系統(tǒng)（簡稱PMS）是一個動態(tài)反饋系統(tǒng)， 應將施工、養(yǎng)護維修中的有關(guān)路面各項技術(shù)指標變化狀況及其評價、評估結(jié)果， 經(jīng)過篩選反饋到設(shè)計工作中， 從而使路面結(jié)構(gòu)設(shè)計建立在大量的實踐經(jīng)驗基礎(chǔ)之上。要不斷總結(jié)經(jīng)驗教訓， 從使用性能、經(jīng)濟效益及方便施工等角度綜合評價分析， 以選擇最佳路面結(jié)構(gòu)。

4. 結(jié)論

1）路面結(jié)構(gòu)設(shè)計要求結(jié)構(gòu)組合合理， 厚度合適，施工方便， 經(jīng)濟效益明顯；2）城市道路設(shè)計有其獨有的特點， 要求結(jié)構(gòu)設(shè)計在借鑒公路方面成功經(jīng)驗的同時， 不能照搬照抄。高黏度改性瀝青和間斷級配、開級配的集料及長壽命路面的功能層、厚度值得研究；3）設(shè)計工作直接決定著工程建設(shè)的質(zhì)量、投資的控制， 不斷提高設(shè)計水平， 對于工程建設(shè)具有重要的技術(shù)經(jīng)濟意義。