二級公路路面設計要點分析

龍家才

摘 要：在二級公路路面設計中，路面是對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構以及優(yōu)質材料。土基回彈摸量作為評價公路路基路面強度與穩(wěn)定性的力學指標，其數(shù)值的確定十分重要，所以說公路路面設計是十分必要的。本文主要根據(jù)實例闡述了二級公路路面設計要點。

關鍵詞：公路；路面；結構；設計；基層；瀝青

引 言

當前公路的發(fā)展已經成為一個國家綜合國力的重要標志，成為一個國家是否發(fā)達的重要指標，公路也是一個國家實力的重要組成部分。在公路設計中，路面的設計是設計作業(yè)的重要組成部分，對于公路的使用壽命和品質具有直接的聯(lián)系。

1 工程概況

某公路為二級公路，線路總長度為3.1km，該公路的路基寬度為10m，設計車速60km/h，采用瀝青混凝土路面，設計基準期為15年。該區(qū)屬亞熱帶溫潤氣候，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，下為粉砂質泥巖及長石石英砂巖，成互層狀產出；水田段淤泥為0.5m，其下2～5m粘土。

2 路面設計的原則

路面結構是直接為行車服務的結構，不僅受各類汽車荷載的作用，且直接暴露于自然環(huán)境中，經受各種自然因素的作用。路面工程的工程造價占公路造價的很大部分，最大時可達50%以上。因此，做好路面設計是至關重要的。路面設計內容應包括路面類型與結構方案設計、路面建筑材料設計、路面結構設計和經濟評價。

2.1 路面類型與結構方案設計

路面類型選擇應在充分調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、施工和養(yǎng)護工藝等，并在路面類型選擇的基礎上考慮路基支承條件確定結構方案。由于路面工程量大，基墊層材料應盡可能采用當?shù)夭牧希⒆⒁馐褂酶黝悘U棄物。必要時，應考慮采用新型路面結構形式、新材料、新施工工藝。同時，應注意路面的功能和結構承載力等是通過設計、施工、養(yǎng)護等共同保證的，可采用壽命周期費用分析技術合理確定路面類型和結構。

2.2 路面建筑材料設計

路面建筑材料設計往往是路面設計中不受重視的一塊內容，原因在于設計僅僅依據(jù)設計規(guī)范或當?shù)亟涷灤_定路面結構層次，指定各層次材料的標準規(guī)范名稱。本次設計運用工程技術與材料科學知識，合理考慮道路所在地的自然環(huán)境、材料所在路面結構層次的功能等，論證合理地選擇材料類型和建議配比。

2.3 路面結構設計

路面結構設計就是對擬訂的路面結構方案和選定建筑材料，運用規(guī)范建議的設計理論和方法對結構進行力學驗算。現(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，應綜合考慮當?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，然后進行設計。

3 路面設計要點

3.1 路面結構推薦

水泥混凝土路面雖然有強度高﹑穩(wěn)定性好﹑耐久性好，養(yǎng)護費用少﹑經濟效益高，有利于夜間行車等優(yōu)點，但是由于該公路為山嶺重丘區(qū)二級公路，等級較低，若采用水泥混凝土路面，水泥和水的需要量大，工程造價高；路面接縫不但增加施工和養(yǎng)護的復雜性，而且容易引起行車跳動，影響乘客的舒適性；另外，開放交通遲，修復困難等諸多缺點。瀝青路面結構由于使用了瀝青結合料，因而增加了礦料間的粘結力，提高了混合料的強度和穩(wěn)定性，是路面的使用質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﹑無接縫﹑行車舒適﹑耐磨﹑震動小﹑噪音低﹑施工期短﹑養(yǎng)護維修簡單﹑適宜于分期維修等優(yōu)點。由于瀝青路面結構與水泥混凝土路面結構相比具有上述優(yōu)點，并結合當?shù)氐膶嶋H情況，本人認為采用瀝青路面結構，更適應于當?shù)氐男枰⒏欣诋數(shù)芈糜螛I(yè)及相關產業(yè)的發(fā)展，因此，最終推薦采用瀝青路面結構。

3.2 瀝青路面結構設計標準

現(xiàn)行《公路瀝青路面設計規(guī)范》的設計標準主要以路面表面設計彎沉值作為設計控制指標、對高等級道路路面還要驗算瀝青混凝土面層和整體性材料基層的拉應力。

3.3 累計當量軸次計算

3.3.1 軸載換算

（1）當以設計彎沉值為指標以及驗算瀝青層層底拉應力時凡軸載大于25kN的各級軸數(shù)（包括車輛的前、后軸）的軸載換算系數(shù)N1=∑C1C2（Pi/P）4.35。

（2）當進行半剛性基層層底拉應力驗算時凡軸載大于50kN的各級軸數(shù)（包括車輛的前、后軸）的軸載換算系數(shù)：

3.3.2 累計當量軸次

Ne=[（1+r）t-1]×365N1η/r

式中：Ne為設計年限內一個車道上的累計當量軸次（次）；t為設計年限，12年；N1為路面竣工后第一年的平均日當量軸次（次/d）；r為設計年限內交通量的平均年增長率5%；η為車道系數(shù)，取0.65。

3.4 各層材料計算參數(shù)的確定

3.4.1 面層強度和模量的確定方法

瀝青路面結構設計主要須確定瀝青混合料在25℃和15℃時的抗壓模量和15℃的劈裂強度。強度和模量的確定方法不外兩種，試驗法和經驗法。本工程主要選擇經驗法進行強度以及模量的確定，經驗法是參照規(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選用。如，瀝青路面設計規(guī)范建議粗粒式瀝青混凝土，瀝青標號≤90的抗壓模量為1800～2200，設計時不能簡單地取中值，如果所用瀝青標號較低，如60、70，可考慮用較高的值，若為90，則應取低限；高速公路行車速度高，一般二級公路行車速度低，那么設計高速公路路面時可取上限值。設計諸如礦區(qū)道路時，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構，瀝青標號小于90，并且本工程屬于二級公路，所以選擇的抗壓模量為2200。

3.4.2 基層材料類別與計算參數(shù)確定

（1）基層材料的類別。

我國路面工程中最常用的當屬半剛性基層，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。結合本工程的實際情況，本工程主要采用水泥穩(wěn)定碎石基層作為基層材料。

（2）主要力學參數(shù)確定。

在本工程設計中，確定的基層材料的力學參數(shù)，設計為瀝青路面時，需要考慮抗壓模量和劈裂強度，設計為水泥混凝土路面時，只須確定抗壓模量。材料力學參數(shù)可通過配比試驗確定，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)范建議確定時應注意規(guī)定的齡期，材料配比，特別是結合料的含量；同時應考慮基層將來可能處于的潮濕狀態(tài)。

3.4.3 墊層材料類別與計算參數(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）、級配碎石、砂礫等。設計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行試驗測定，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

新建公路初步設計時，土基回彈模量值應根據(jù)查表法（或現(xiàn)有公路調查法）、室內試驗法、換算法等，經綜合分析、論證，確定沿線不同路基狀況的土基回彈模量設計值。土基回彈模量是路面設計的關鍵參數(shù)，也是隨機性大和比較難確定的參數(shù)。確定的方法有兩種，可稱為經驗法（查表法）和現(xiàn)場測定法。

經驗法：新建道路設計時，尚無法實測土基頂面的回彈模量，應對路基填土類型、地下水位、預測的路基潮濕狀態(tài)綜合分析，根據(jù)經驗數(shù)據(jù)或通過室內試驗確定。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《瀝青路面設計規(guī)范》附錄E表E2預測土基回彈模量值。當采用重型擊實標準時，土基回彈模量值可較表列數(shù)值提高15～30%。

現(xiàn)場實測法：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)場測試規(guī)程》規(guī)定，用大型承載板測定土基0～0.5mm（路基軟弱時測至1mm）的變形壓力曲線，然后根據(jù)公式計算出回彈模量值。

4 結 語

綜上所述，在進行公路路面設計的過程中，必須根據(jù)當?shù)貙嶋H情況以及實踐經驗進行設計，在滿足交通量和使用要求的前提下，應遵循因地制宜、合理取材、方便施工、利于養(yǎng)護、節(jié)約投資的原則，進行路面設計方案的技術經濟比較，選擇技術先進、經濟合理、安全可靠、有利于機械化、工廠化施工的路面結構方案。

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