二級(jí)公路路面設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

龍家才

摘 要：在二級(jí)公路路面設(shè)計(jì)中，路面是對(duì)行車荷載起到直接的承受作用，是公路工程的重要組成部分，必須選擇合理的路面結(jié)構(gòu)以及優(yōu)質(zhì)材料。土基回彈摸量作為評(píng)價(jià)公路路基路面強(qiáng)度與穩(wěn)定性的力學(xué)指標(biāo)，其數(shù)值的確定十分重要，所以說(shuō)公路路面設(shè)計(jì)是十分必要的。本文主要根據(jù)實(shí)例闡述了二級(jí)公路路面設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：公路；路面；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；基層；瀝青

引 言

當(dāng)前公路的發(fā)展已經(jīng)成為一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力的重要標(biāo)志，成為一個(gè)國(guó)家是否發(fā)達(dá)的重要指標(biāo)，公路也是一個(gè)國(guó)家實(shí)力的重要組成部分。在公路設(shè)計(jì)中，路面的設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)作業(yè)的重要組成部分，對(duì)于公路的使用壽命和品質(zhì)具有直接的聯(lián)系。

1 工程概況

某公路為二級(jí)公路，線路總長(zhǎng)度為3.1km，該公路的路基寬度為10m，設(shè)計(jì)車速60km/h，采用瀝青混凝土路面，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為15年。該區(qū)屬亞熱帶溫潤(rùn)氣候，四季分明，冬暖夏熱，年平均氣溫17～18.8℃，極端最高氣溫43℃，極端最低氣溫-3.8℃。年平均降雨量1032mm，年平均霧日50d，平均風(fēng)速1.75m/s。本地區(qū)地震烈度為5度。山坡地段上覆1～3m粘土表層，下為粉砂質(zhì)泥巖及長(zhǎng)石石英砂巖，成互層狀產(chǎn)出；水田段淤泥為0.5m，其下2～5m粘土。

2 路面設(shè)計(jì)的原則

路面結(jié)構(gòu)是直接為行車服務(wù)的結(jié)構(gòu)，不僅受各類汽車荷載的作用，且直接暴露于自然環(huán)境中，經(jīng)受各種自然因素的作用。路面工程的工程造價(jià)占公路造價(jià)的很大部分，最大時(shí)可達(dá)50%以上。因此，做好路面設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的。路面設(shè)計(jì)內(nèi)容應(yīng)包括路面類型與結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)、路面建筑材料設(shè)計(jì)、路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。

2.1 路面類型與結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

路面類型選擇應(yīng)在充分調(diào)查與勘察道路所在地區(qū)自然環(huán)境條件、使用要求、材料供應(yīng)、施工和養(yǎng)護(hù)工藝等，并在路面類型選擇的基礎(chǔ)上考慮路基支承條件確定結(jié)構(gòu)方案。由于路面工程量大，基墊層材料應(yīng)盡可能采用當(dāng)?shù)夭牧希⒆⒁馐褂酶黝悘U棄物。必要時(shí)，應(yīng)考慮采用新型路面結(jié)構(gòu)形式、新材料、新施工工藝。同時(shí)，應(yīng)注意路面的功能和結(jié)構(gòu)承載力等是通過(guò)設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)等共同保證的，可采用壽命周期費(fèi)用分析技術(shù)合理確定路面類型和結(jié)構(gòu)。

2.2 路面建筑材料設(shè)計(jì)

路面建筑材料設(shè)計(jì)往往是路面設(shè)計(jì)中不受重視的一塊內(nèi)容，原因在于設(shè)計(jì)僅僅依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范或當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定路面結(jié)構(gòu)層次，指定各層次材料的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范名稱。本次設(shè)計(jì)運(yùn)用工程技術(shù)與材料科學(xué)知識(shí)，合理考慮道路所在地的自然環(huán)境、材料所在路面結(jié)構(gòu)層次的功能等，論證合理地選擇材料類型和建議配比。

2.3 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是對(duì)擬訂的路面結(jié)構(gòu)方案和選定建筑材料，運(yùn)用規(guī)范建議的設(shè)計(jì)理論和方法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)驗(yàn)算?，F(xiàn)階段公路路面使用的路面類型主要有瀝青混凝土路面和水泥混凝土路面，應(yīng)綜合考慮當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境、降水、材料、交通量等各方面因素后選定路面的類型，然后進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3 路面設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 路面結(jié)構(gòu)推薦

水泥混凝土路面雖然有強(qiáng)度高﹑穩(wěn)定性好﹑耐久性好，養(yǎng)護(hù)費(fèi)用少﹑經(jīng)濟(jì)效益高，有利于夜間行車等優(yōu)點(diǎn)，但是由于該公路為山嶺重丘區(qū)二級(jí)公路，等級(jí)較低，若采用水泥混凝土路面，水泥和水的需要量大，工程造價(jià)高；路面接縫不但增加施工和養(yǎng)護(hù)的復(fù)雜性，而且容易引起行車跳動(dòng)，影響乘客的舒適性；另外，開(kāi)放交通遲，修復(fù)困難等諸多缺點(diǎn)。瀝青路面結(jié)構(gòu)由于使用了瀝青結(jié)合料，因而增加了礦料間的粘結(jié)力，提高了混合料的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，是路面的使用質(zhì)量和耐久性都得到提高，而且與水泥混凝土路面相比，瀝青路面具有表面平整﹑無(wú)接縫﹑行車舒適﹑耐磨﹑震動(dòng)小﹑噪音低﹑施工期短﹑養(yǎng)護(hù)維修簡(jiǎn)單﹑適宜于分期維修等優(yōu)點(diǎn)。由于瀝青路面結(jié)構(gòu)與水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)相比具有上述優(yōu)點(diǎn)，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，本人認(rèn)為采用瀝青路面結(jié)構(gòu)，更適應(yīng)于當(dāng)?shù)氐男枰?，并將更有利于?dāng)?shù)芈糜螛I(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，因此，最終推薦采用瀝青路面結(jié)構(gòu)。

3.2 瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)行《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)主要以路面表面設(shè)計(jì)彎沉值作為設(shè)計(jì)控制指標(biāo)、對(duì)高等級(jí)道路路面還要驗(yàn)算瀝青混凝土面層和整體性材料基層的拉應(yīng)力。

3.3 累計(jì)當(dāng)量軸次計(jì)算

3.3.1 軸載換算

（1）當(dāng)以設(shè)計(jì)彎沉值為指標(biāo)以及驗(yàn)算瀝青層層底拉應(yīng)力時(shí)凡軸載大于25kN的各級(jí)軸數(shù)（包括車輛的前、后軸）的軸載換算系數(shù)N1=∑C1C2（Pi/P）4.35。

（2）當(dāng)進(jìn)行半剛性基層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)凡軸載大于50kN的各級(jí)軸數(shù)（包括車輛的前、后軸）的軸載換算系數(shù)：

3.3.2 累計(jì)當(dāng)量軸次

Ne=[（1+r）t-1]×365N1η/r

式中：Ne為設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上的累計(jì)當(dāng)量軸次（次）；t為設(shè)計(jì)年限，12年；N1為路面竣工后第一年的平均日當(dāng)量軸次（次/d）；r為設(shè)計(jì)年限內(nèi)交通量的平均年增長(zhǎng)率5%；η為車道系數(shù)，取0.65。

3.4 各層材料計(jì)算參數(shù)的確定

3.4.1 面層強(qiáng)度和模量的確定方法

瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要須確定瀝青混合料在25℃和15℃時(shí)的抗壓模量和15℃的劈裂強(qiáng)度。強(qiáng)度和模量的確定方法不外兩種，試驗(yàn)法和經(jīng)驗(yàn)法。本工程主要選擇經(jīng)驗(yàn)法進(jìn)行強(qiáng)度以及模量的確定，經(jīng)驗(yàn)法是參照規(guī)范中的參數(shù)建議值，考慮工程所在地的氣候狀況（自然區(qū)劃和氣候分區(qū)）和工程的具體情況適當(dāng)選用。如，瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范建議粗粒式瀝青混凝土，瀝青標(biāo)號(hào)≤90的抗壓模量為1800～2200，設(shè)計(jì)時(shí)不能簡(jiǎn)單地取中值，如果所用瀝青標(biāo)號(hào)較低，如60、70，可考慮用較高的值，若為90，則應(yīng)取低限；高速公路行車速度高，一般二級(jí)公路行車速度低，那么設(shè)計(jì)高速公路路面時(shí)可取上限值。設(shè)計(jì)諸如礦區(qū)道路時(shí)，因軸載較重車速低，則可取低限。

本工程主要采用瀝青路面結(jié)構(gòu)，瀝青標(biāo)號(hào)小于90，并且本工程屬于二級(jí)公路，所以選擇的抗壓模量為2200。

3.4.2 基層材料類別與計(jì)算參數(shù)確定

（1）基層材料的類別。

我國(guó)路面工程中最常用的當(dāng)屬半剛性基層，主要材料類別按瀝青路面規(guī)范定義有水泥穩(wěn)定類（水泥土、水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石（砂礫）、石灰粉煤灰碎石（砂礫）、水泥石灰土、二灰土、水泥粉煤灰等綜合穩(wěn)定類。結(jié)合本工程的實(shí)際情況，本工程主要采用水泥穩(wěn)定碎石基層作為基層材料。

（2）主要力學(xué)參數(shù)確定。

在本工程設(shè)計(jì)中，確定的基層材料的力學(xué)參數(shù)，設(shè)計(jì)為瀝青路面時(shí)，需要考慮抗壓模量和劈裂強(qiáng)度，設(shè)計(jì)為水泥混凝土路面時(shí)，只須確定抗壓模量。材料力學(xué)參數(shù)可通過(guò)配比試驗(yàn)確定，也可參照規(guī)范建議值確定。半剛性基層材料的參數(shù)依據(jù)規(guī)范建議確定時(shí)應(yīng)注意規(guī)定的齡期，材料配比，特別是結(jié)合料的含量；同時(shí)應(yīng)考慮基層將來(lái)可能處于的潮濕狀態(tài)。

3.4.3 墊層材料類別與計(jì)算參數(shù)

墊層材料主要有石灰穩(wěn)定類（石灰土、石灰穩(wěn)定集料等）、級(jí)配碎石、砂礫等。設(shè)計(jì)中一般只須確定墊層材料的抗壓回彈模量，由于用于墊層材料的粒料很難進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)定，一般參照規(guī)范建議值確定即可。

3.4.4 土基回彈摸量的確定

新建公路初步設(shè)計(jì)時(shí)，土基回彈模量值應(yīng)根據(jù)查表法（或現(xiàn)有公路調(diào)查法）、室內(nèi)試驗(yàn)法、換算法等，經(jīng)綜合分析、論證，確定沿線不同路基狀況的土基回彈模量設(shè)計(jì)值。土基回彈模量是路面設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)，也是隨機(jī)性大和比較難確定的參數(shù)。確定的方法有兩種，可稱為經(jīng)驗(yàn)法（查表法）和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定法。

經(jīng)驗(yàn)法：新建道路設(shè)計(jì)時(shí)，尚無(wú)法實(shí)測(cè)土基頂面的回彈模量，應(yīng)對(duì)路基填土類型、地下水位、預(yù)測(cè)的路基潮濕狀態(tài)綜合分析，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)確定。根據(jù)土類和氣候區(qū)以及擬定的路基土的平均稠度，可參考《瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄E表E2預(yù)測(cè)土基回彈模量值。當(dāng)采用重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，土基回彈模量值可較表列數(shù)值提高15～30%。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)法：在已建成的路基上，在不利季節(jié)按照現(xiàn)行《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》規(guī)定，用大型承載板測(cè)定土基0～0.5mm（路基軟弱時(shí)測(cè)至1mm）的變形壓力曲線，然后根據(jù)公式計(jì)算出回彈模量值。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，在進(jìn)行公路路面設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必須根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在滿足交通量和使用要求的前提下，應(yīng)遵循因地制宜、合理取材、方便施工、利于養(yǎng)護(hù)、節(jié)約投資的原則，進(jìn)行路面設(shè)計(jì)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠、有利于機(jī)械化、工廠化施工的路面結(jié)構(gòu)方案。

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