市政路程水泥混凝土路面設(shè)計(jì)及分析

王廷謀，龐遠(yuǎn)輝

（廣西欽州北投環(huán)保水務(wù)有限公司，廣西 欽州）

市政路程是城市交通的重要組成部分，而水泥混凝土路面是市政路程中常見的一種路面類型。在市政路程水泥混凝土路面設(shè)計(jì)中，需要考慮多方面的因素，如路面結(jié)構(gòu)的耐久性、維護(hù)成本、交通流量、軸載分布和道路安全性能等。通過對(duì)市政路程水泥混凝土路面設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，提出一些有關(guān)路面結(jié)構(gòu)、瀝青混凝土銜接層、排水設(shè)施和路面防滑措施的設(shè)計(jì)方案和建議，為相關(guān)設(shè)計(jì)和建設(shè)提供參考。

1 工程概況

某市一條二級(jí)公路，原本的路面寬度為12 m，土路肩寬度為0.2 m。根據(jù)規(guī)劃要求，該公路將被改建為一級(jí)公路，路面寬度將分別改為36 m 和26 m，硬路肩寬度仍保持0.5 m，雙向分別設(shè)有車道和車道。同時(shí)，該公路的年交通增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)為7%，而土基的回彈模量為40 MPa。在進(jìn)行改建設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮多個(gè)因素，包括路面結(jié)構(gòu)、路基處理、交通流量、安全性能等。路面結(jié)構(gòu)的重新設(shè)計(jì)需要考慮到路面的承載能力、耐久性和抗滑性能等，以確保改建后的路面能夠滿足一級(jí)公路的標(biāo)準(zhǔn)。路基的處理需要充分考慮土基的性質(zhì)和狀況，必要時(shí)需要進(jìn)行加固和處理，以保證路基的穩(wěn)定性和承載能力。其中主要交通量組成及參數(shù)見表1。

表1 交通量組成

2 軸載分析

軸載分析是一種用于評(píng)估道路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中各種軸載組合對(duì)路面承載能力影響的方法。這個(gè)分析旨在確定不同軸載和軸型組合對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響，以便更好地設(shè)計(jì)道路結(jié)構(gòu)，使其能夠承受各種交通荷載。在分析中，水泥混凝土上路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以100 KN 的單軸——雙輪組荷載作為標(biāo)準(zhǔn)軸載。不同軸——輪型和軸載的作用次數(shù)，按下如下公式式進(jìn)行換算，小于40 kN 的單軸和80 kN 雙軸可略去不計(jì)。換算為標(biāo)準(zhǔn)軸載的作用次數(shù)。計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 軸載換算匯總表

式中：

Ns——標(biāo)準(zhǔn)軸載的作用次數(shù)（次/d）

Ni——各級(jí)軸載的作用次數(shù)（次/d）

n——軸型和軸載的分級(jí)數(shù)目

Pi——各級(jí)軸載單軸或雙軸總重（KN）

δ——軸-輪型系數(shù)，單軸-雙輪組時(shí), δi=1；

3 交通分析

3.1 累計(jì)當(dāng)量軸次的計(jì)算

在本次的交通分析中，將專注于累計(jì)當(dāng)量軸次的計(jì)算。計(jì)算過程依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范和公路技術(shù)等級(jí)可靠度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(表3），知道一級(jí)公路的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為t=30 年。

表3 可靠度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

在這個(gè)項(xiàng)目中需要計(jì)算的是車輛在臨界荷位處的輪跡橫向分布系數(shù)。這個(gè)系數(shù)可以通過查詢水泥混凝土路面車道輪跡橫向分布系數(shù)的建議值(表4）來獲取。

表4 水泥混凝土路面車道輪跡橫向分布系數(shù)的建議值

取 η=0.2，已知交通量年增長(zhǎng)率為 γ=7%，軸載作用次數(shù)Ns=6 317.9（次/d）

設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道通過累計(jì)當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)軸次Ne

式中：

γ——設(shè)計(jì)年限內(nèi)交通量年平均增長(zhǎng)率

N——路面竣工后第一年雙向日交通量的當(dāng)量軸次，次/日

N——設(shè)計(jì)年限內(nèi)末年的雙向日交通量的軸載作用次數(shù)，次/日

t——設(shè)計(jì)年限

η——車道系數(shù)

3.2 交通分級(jí)的確定

累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)作用次數(shù)Ns 為4 345，超過2 000 次，根據(jù)表5 確定交通等級(jí)為特重。設(shè)計(jì)使用年限為30年。這樣的分級(jí)確定可以有效地評(píng)估水泥混凝土路面的交通承載能力，并為道路維護(hù)、改造和管理提供科學(xué)依據(jù)。在道路設(shè)計(jì)和維護(hù)過程中，需要根據(jù)實(shí)際情況合理選擇交通等級(jí)，以確保道路的安全性和可靠性。

表5 交通等級(jí)表

4 初擬路面結(jié)構(gòu)

4.1 初擬路面厚度

根據(jù)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD40-2002）的規(guī)定，初步擬定了普通混凝土面層的厚度為0.28 m。在基層的選擇上，使用水泥穩(wěn)定碎石（含水泥量達(dá)到5%），其厚度為0.25 m。還設(shè)置了一層墊層，其厚度為0.15 m，采用低劑量石灰穩(wěn)定土（石灰土處理路基）作為墊層材料。普通混凝土板的平面尺寸設(shè)定為寬4.5 m，長(zhǎng)5 m。為了確保路面的穩(wěn)定性和承載能力，在縱縫處選擇了拉桿平縫的構(gòu)造方式。為了提高路面的防水性能和耐久性，在橫縫處沒有設(shè)置傳力桿的假縫。通過設(shè)計(jì)規(guī)劃，力求在保證路面強(qiáng)度和穩(wěn)定性的同時(shí)，兼顧施工方便性和經(jīng)濟(jì)性。這樣的設(shè)計(jì)將能夠滿足交通流量大、車輛荷載重等實(shí)際需求，為道路使用者提供安全、舒適的行車環(huán)境。

4.2 路面材料參數(shù)的確定

根據(jù)特重交通等級(jí)的普通混凝土面層彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，可以確定其相應(yīng)的彎拉彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值為31 GPa。這個(gè)數(shù)值是根據(jù)相關(guān)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算和評(píng)估得出的，旨在確?；炷撩鎸拥膹?qiáng)度和穩(wěn)定性能夠承受特重交通條件下的壓力和負(fù)荷。在路基回彈模量的計(jì)算中，參考了規(guī)范中給出的中濕路基路床頂面回彈模量經(jīng)驗(yàn)參考值表。取路基回彈模量為40 MPa。這個(gè)回彈模量值是根據(jù)對(duì)路基材料的研究和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析得出的，以確保路基在潮濕條件下具有足夠的彈性和承載能力。

在墊層和基層材料的回彈模量計(jì)算中，參考了墊層、基層材料回彈模量經(jīng)驗(yàn)參考值表。選擇了低劑量石灰穩(wěn)定土墊層（石灰處理路基）回彈模量為600 MPa 以及水泥穩(wěn)定碎石基層回彈模量為1 400 MPa。這些回彈模量值是根據(jù)對(duì)不同類型道路材料的研究和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合評(píng)估得出的，以確保墊層和基層在各種環(huán)境條件下都能夠保持穩(wěn)定和耐用。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，可以得出水泥各層的具體尺寸，如表6 所示。這些尺寸是根據(jù)對(duì)水泥材料的特性和相關(guān)規(guī)范的要求進(jìn)行計(jì)算的，以確保水泥層的質(zhì)量和性能能夠滿足特重交通等級(jí)的要求。

表6 混凝土路面初擬圖

5 瀝青混凝土銜接層

在市政路程水泥混凝土路面設(shè)計(jì)中，瀝青混凝土銜接層是一個(gè)至關(guān)重要的組成部分。該銜接層位于混凝土板與基層之間，其主要功能是緩解兩者之間的不均勻沉降以及吸收車輛行駛過程中產(chǎn)生的水平?jīng)_擊。

在設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)過詳細(xì)論證選擇了瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA-13）作為鋪裝材料。該材料具有許多優(yōu)良特性，包括高強(qiáng)度、耐磨和抗滑等。這些特性使得它成為理想的選擇，可以有效地緩解混凝土板與基層之間的沉降差異。由于混凝土板和基層可能會(huì)因?yàn)楦鞣N因素而產(chǎn)生沉降差異，這可能導(dǎo)致路面的不平整和損壞。通過使用瀝青瑪蹄脂碎石混合料作為銜接層，可以將這些沉降差異減小到最低限度，從而確保路面的穩(wěn)定性和耐久性。此外，瀝青瑪蹄脂碎石混合料還具有良好的抗滑性能。車輛在行駛過程中會(huì)產(chǎn)生水平?jīng)_擊，如果沒有適當(dāng)?shù)你暯訉觼砦者@些沖擊，可能會(huì)導(dǎo)致路面的磨損和不安全情況。該材料還可以提高路面的抗滑性能，為行車提供更好的安全保障。這樣可以減少車輛在行駛過程中的打滑風(fēng)險(xiǎn)，降低交通事故的發(fā)生概率。

6 排水設(shè)施

考慮到該地區(qū)降雨量較大，路面排水問題顯得尤為重要。為了解決這一問題，在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中加入了排水設(shè)施，以確保道路的暢通和安全。采取的是在路面結(jié)構(gòu)底部設(shè)置一個(gè)厚度為15 cm 的排水砂礫層。這個(gè)砂礫層具有良好的透水性，能夠迅速吸收路面上的雨水。當(dāng)雨水落在砂礫層上時(shí)，由于其良好的滲透性能，雨水能夠迅速滲透到地下，避免積水對(duì)路面結(jié)構(gòu)的侵蝕。這種設(shè)計(jì)可以有效地減少水分對(duì)路面的損害，延長(zhǎng)道路的使用壽命。除了防止積水侵蝕外，這個(gè)排水砂礫層還能有效防止地下水對(duì)路基的侵蝕。地下水往往會(huì)通過土壤滲入路基，導(dǎo)致路基的穩(wěn)定性下降。而通過在路面結(jié)構(gòu)底部設(shè)置排水砂礫層，可以有效地阻止地下水進(jìn)入路基，保護(hù)路基的穩(wěn)定性。即使遇到大雨天氣，也能夠確保道路的安全性和可靠性。該排水設(shè)施不僅能夠及時(shí)排除路面積水，還能提高道路的通行能力。當(dāng)雨水迅速滲透到地下后，道路表面將不再積水，車輛和行人可以更加方便地通行。這不僅提高了交通效率，也減少了因積水而導(dǎo)致的交通事故風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，由于排水設(shè)施的存在，道路上的積水也能更快地被清理干凈，保持道路的整潔和美觀。

7 路面防滑措施

為了確保行車安全，在混凝土面層中添加了一定量的耐磨骨料，以提升路面的抗滑性能。這些耐磨骨料的作用是增加路面表面的粗糙度，從而提供更好的附著力，減少車輛在行駛過程中的滑移現(xiàn)象。通過這種方式，可以有效地減少車輛在濕滑或結(jié)冰的道路上發(fā)生打滑的風(fēng)險(xiǎn)，提高行車安全性。在瀝青混凝土銜接層中，我們采用了SMA-13 材料。這種材料具有出色的抗滑性和耐磨性，能夠進(jìn)一步加強(qiáng)路面的抗滑性能。SMA-13 材料在混凝土面層和瀝青混凝土銜接層之間形成了堅(jiān)固的連接，有效防止水分滲透和結(jié)構(gòu)剝離，即使在惡劣的天氣條件下，如雨天、雪天或者潮濕環(huán)境中，車輛也能夠安全地行駛在道路上。通過在混凝土面層中摻入耐磨骨料以及使用SMA-13 材料，能夠顯著提升道路的抗滑性能，確保車輛在各種天氣條件下都能安全行駛。這不僅為駕駛員提供了更高的行車安全性，也為乘客和其他道路使用者創(chuàng)造了更加舒適和安全的出行環(huán)境。

8 結(jié)論

通過對(duì)市政路程水泥混凝土路面設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，提出了一些有關(guān)路面結(jié)構(gòu)、瀝青混凝土銜接層、排水設(shè)施和路面防滑措施的設(shè)計(jì)方案和建議。通過實(shí)施這些措施，能夠提高市政路程水泥混凝土路面的整體性能和耐久性，為市民提供更好的出行體驗(yàn)。同時(shí)，合理的路面設(shè)計(jì)也能夠體現(xiàn)出一個(gè)城市的現(xiàn)代化水平和形象，為城市的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。