尼日利亞公路路面及橋梁設計選型

王影沖

（中國土木工程集團有限公司，北京 100038）

1 引言

尼日利亞地處非洲西南部，為無地震、無臺風的熱帶國家，近十年來其經(jīng)濟穩(wěn)居非洲第一，但其落后的基礎交通設施嚴重制約了經(jīng)濟發(fā)展，政府和民眾迫切希望新建、升級、改造其落后的公路交通系統(tǒng)。

其境內(nèi)公路主要可劃分為高速公路、城市公路和社區(qū)道路。此處的高速公路并非封閉式高速路，等級上僅相當于我國城市間主干線路，通常采用并行分隔式車道，內(nèi)側道路為收費車道，外側道路為免費車道，部分公路設有快速公交（BRT）車道。城市公路主要為城區(qū)內(nèi)部公路，車流量較大，行車速度中等，一般用隔離帶或綠化帶來分隔上下行車道。社區(qū)道路為社區(qū)間的連接道路或社區(qū)內(nèi)部道路，等級較低，部分道路設有中間隔離路障。

根據(jù)路面結構材料可將路基段分為瀝青路面、鋼筋混凝土路面、鋪磚路面。公路橋梁根據(jù)結構類型不同可主要分為簡支梁橋和樁板橋，其他類型橋梁較少。

2 路基、路面結構

2.1 瀝青路面

尼日利亞早期瀝青公路多采用砂層或紅土層作為路基[1]，單層級配碎石作為基層，上鋪單層瀝青混凝土作為面層結構。此種公路易損壞、使用壽命短?，F(xiàn)今新建公路多采用雙層瀝青面層結構。如圖1所示為某高速公路的收費車道和BRT路基路面結構示意圖，均采用50 mm面層+100 mm底層瀝青混凝土結構形式；免費車道則采用40 mm面層+60 mm底層瀝青混凝土的面層結構?；鶎硬牧现饕獮槭蹖雍图壟渌槭瘜樱坊访娼Y構及厚度主要取決于車道荷載大小[2]。

圖1 收費車道和BRT車道瀝青混凝土公路

尼日利亞的公路設計、施工均是在參照英國標準規(guī)范的基礎上結合本國的自然環(huán)境、氣候條件等因素來實施的。英國曾在1949—1965年進行過6次大規(guī)模的路面結構性能與設計方法的試驗驗證工作[3]，以達到最優(yōu)的路面結構設計方案。尼日利亞的瀝青公路也是在此試驗基礎上進行設計，從最開始的單基層+單磨耗層的路基路面結構，漸次改變基層結構、面層結構，最終形成圖1中的底基層+基層+聯(lián)結層+磨耗層的瀝青路面結構。

2.2 鋼筋混凝土路面

尼日利亞的公路積水和油污問題嚴重，為有效解決由此造成的路面損壞問題，尼日利亞近年來開始建設較多的鋼筋混凝土公路。

鋼筋混凝土公路主要應用在重載公路交通以及某些有特殊要求的路段中，其面層結構厚度為275 mm，縱向受力鋼筋距離頂面115 mm。鋼筋混凝土公路典型剖面如圖2所示，自下而上分別為碾壓密實路基、滲水土工布、級配碎石層、水穩(wěn)層、防水土工布、鋼筋混凝土結構面層。相較于瀝青路面，鋼筋混凝土路面增加了水穩(wěn)層以及土工布，水穩(wěn)層強度較高，可緩和路基不均勻變形對面層的影響，土工布可防止地下水對結構層的破壞。

圖2 鋼筋混凝土路結構層斷面

尼日利亞對鋼筋混凝土路面最佳板寬和板長尺寸的設置，相較于我國設計有所區(qū)別。我國規(guī)范規(guī)定板寬宜在3.0~4.5 m范圍內(nèi)選用，板長可按面層類型和厚度選定，板長宜為6~15 m[4]。但由于尼日利亞地處熱帶，全年溫差較小，各類材料的熱脹冷縮現(xiàn)象微弱，因此，可通過減少橫縫和縱縫設置來增加面層連續(xù)性，減少面層結構的薄弱點，進而延長使用年限。根據(jù)在現(xiàn)場施工類比，單層鋼筋網(wǎng)片式配筋的混凝土路面橫縫間距可達30~50 m，縱縫間距可達7 m。

近年來，尼日利亞正大力推進連續(xù)配筋水泥混凝土路面（Continuously Reinforced Concrete Pavement，CRCP）。此路面一般不設縮縫，由縱向配置的足夠數(shù)量的不間斷連續(xù)鋼筋來控制混凝土路面板因縱向收縮而產(chǎn)生的橫向裂縫的寬度。由于施工時一般均為白天，氣溫較高，而其他時間段溫度相對較低，因此工后膨脹微弱，并且脹縫處容易發(fā)生碎裂、跳車等現(xiàn)象，因此，也可取消脹縫，所以在CRCP路面中可不設橫縫，僅保留施工縫。

鋼筋混凝土路面同瀝青路面相接時，為避免出現(xiàn)沉陷和錯臺，應設置不小于3 m的過渡段，過渡段的路面宜采用楔形疊合布置或端頭道牙連接[5]。

采用楔形疊合布置時，下層鋪設的變厚度混凝土板厚度不宜小于150 mm，過渡段鋼筋應連續(xù)布置，過渡板頂面應鑿毛并設橫向拉槽，使瀝青層與過渡板之間黏結良好，如圖3所示。

圖3 混凝土路面與瀝青路面楔形疊合布置

瀝青路面端部設置端頭道牙相接時，應在鋼筋混凝土路面結構層端部設置邊緣鋼筋，在混凝土現(xiàn)澆板與瀝青路面端頭道牙之間鋪設混凝土預制板作為過渡段，鋼筋混凝土路面與過渡段之間應設脹縫，如圖4所示。

圖4 混凝土路面與瀝青路面端頭梁相接

2.3 鋪磚路面

鋪磚路面是指面層由水泥混凝土預制磚鋪砌成的路面，該路面結構優(yōu)點是施工靈活、造價較低、易修補以及良好的滲水性；缺點是平整度較差，噪聲較大。

尼日利亞行車路面通常使用的水泥混凝土矩形磚尺寸為200 mm×100 mm×80 mm。道路主要剖面形式如圖5所示，由下至上分別為碾壓平整路基、滲水土工布、石粉層、級配層、砂墊層、路面磚，必要時可以采用水穩(wěn)砂層代替石粉層。

圖5 連鎖磚路面結構

目前，尼日利亞連鎖磚路面結構方面的規(guī)范主要采用英國標準BS-7533系列和BS EN 1388，以磚的抗壓強度、抗折強度及劈裂強度[6]作為質(zhì)量控制的主要因素，這3項強度指決定了磚塊的厚度[7]。由于該國試驗檢測能力較低，對于中國標準和英國標準中的吸水率、防滑性能、透水性幾乎沒有要求。另外，由于其氣候原因，可以忽略對連鎖磚抗凍性的要求。

英國標準和歐洲標準對連鎖磚路面結構施工方面有較詳細的規(guī)定[8-9]，主要為磚塊厚度、圖案排布、平整度、縫隙寬度、填縫砂粒徑、墊層厚度等。

3 公路橋梁

3.1 簡支梁橋

目前，尼日利亞的公路橋梁多為普通鋼筋混凝土簡支梁橋，跨徑一般為20~30 m，建筑高度約為1.6~1.7 m，橫截面多為矩形、I形、T形。由于簡支梁橋的跨徑較小，在設計跨線橋、跨海橋、立交橋時，采用簡支梁橋有著較大的局限性。但由于尼日利亞大部分基建設施需進口，這在一定程度上限制了復雜結構類型的橋梁設計和施工。因此，簡支梁橋以其工藝成熟、施工簡單等優(yōu)點，目前仍是該國橋梁設計的首選類型。

在一些特殊區(qū)域及高程、凈空受限的情況下，需采用兩種或多種結構形式相結合的方法。圖6所示為簡支結構和現(xiàn)澆結構相結合的立交橋，全長約400 m，引橋長度約160 m，高架段長約240 m；綠色區(qū)域為20 m簡支梁跨段，為該橋的直線段；藍色區(qū)域為不規(guī)則形狀的整體等厚現(xiàn)澆橋面板，與板下墩柱剛性連接。此立交橋可實現(xiàn)左、右線互通，其優(yōu)點是占地面積小，調(diào)頭線路較短；缺點是現(xiàn)澆段的轉(zhuǎn)彎半徑較小，導致行車速度較小，左、右線車輛在換線轉(zhuǎn)彎時容易發(fā)生擁堵。

圖6 簡支-現(xiàn)澆相結合形式的立交橋

3.2 樁板橋

樁板橋是采用現(xiàn)澆橋面板直接與樁基礎連接，利用樁基作為橋面板的支撐點，如圖7所示。

圖7 樁板橋

由于不設縱梁，僅靠橋面板承載，故每孔跨徑較小，一般為8~10 m，現(xiàn)澆混凝土橋面板厚度為50 cm左右，30~40 m為一聯(lián)，僅在每聯(lián)兩端設置托梁。

樁板橋常用于沼澤、濕地區(qū)域，這些區(qū)域無須考慮通航問題，同時避免了施工承臺、墩柱，以及預制梁吊裝架設。該類型橋梁造價低，施工工序少，樁板橋是比較適合其基本國情的一種橋梁類型，在連接社區(qū)的低等級橋梁選擇中多選擇樁板橋。該類型橋梁的缺點是單孔跨徑較小，若要增大跨徑則需大幅度加厚橋面板，此舉會大量增加鋼筋、混凝土材料用量。

3.3 其他類型橋梁

斜拉橋、鋼結構橋、懸臂梁橋等在尼日利亞實例數(shù)量較少。位于拉各斯州的萊基-伊科伊大橋，連接萊基港與拉各斯島，該斜拉橋于2013年完工，跨度1 357 m，橋塔高度50 m，最大孔跨長度為110 m，通航跨的橋下凈空為9 m，是尼日利亞唯一的斜拉橋。

尼日利亞早期曾建造了幾座鋼結構橋梁，如1932年建造于貝努埃河上的馬庫爾迪舊橋，跨度788 m，該橋為公鐵兩用橋梁，以及1965年建成通車的阿南布拉州的尼日爾河奧尼查大橋，均為鋼結構橋梁。

奧維托大橋（Oweto Bridge）[10]、馬庫爾迪新橋（New Makurdi Bridge）為位于貝努埃河上的兩座結構形式相類似的懸臂梁橋，最大跨度85 m，兩座橋均于近10年設計施工完成。目前，尼日利亞最長橋梁為位于拉各斯州的第三大陸橋，該橋于1990年完工，跨海部分為懸臂梁結構，標準跨徑為45 m，最大通航跨徑60 m。

3.4 橋梁設計選型

拉各斯作為尼日利亞經(jīng)濟最發(fā)達的沿海城市，其市郊的社區(qū)間仍存在大量木板搭建的簡易橋梁，內(nèi)陸地區(qū)的交通設施則更為落后，所以簡支梁橋和樁板橋在尼日利亞大部分地區(qū)仍有較大的使用空間。但對于其他跨線橋、跨海橋等，需采用大跨度結構形式的才能滿足其使用需求。因此，對于尼日利亞的橋梁設計可以從結構類型、材料應用等方面入手，有必要將拱橋、懸索橋、斜拉橋等大跨度橋梁合理地應用于尼日利亞公路橋梁設計中，同時考慮利用鋼結構、鋼混結構代替混凝土結構來提高環(huán)保材料使用率。

4 結論

1）公路設計中首先根據(jù)設計等級、性能要求、環(huán)境特點等因素確定優(yōu)先采用的路基路面結構。

2）瀝青混凝土路面結構主要為磨耗層瀝青混凝土加聯(lián)結層瀝青混凝土，適用于各種等級的公路。鋼筋混凝土路面結構一般采用厚度的275 mm的鋼筋混凝土面板作為路面層，縱縫間距可達7 m，橫縫間距為30~50 m，對于重載、油污嚴重道路等可首選鋼筋混凝土路面結構。對于社區(qū)道路、次要道路等首選混凝土磚路面結構。

3）建議將拱橋、懸索橋、斜拉橋等大跨度橋梁合理應用于尼日利亞公路橋梁設計中，同時探索使用鋼結構、鋼混結構代替混凝土結構。