路面結(jié)構(gòu)設(shè)計淺析

摘要：路面不但要承受車輪荷載的作用，而且要受到自然環(huán)境因素的影響。由于行車荷載和大氣因素對路面的影響作用，一般隨深度而逐漸減弱，因此，路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計不容忽視。

關(guān)鍵詞：路面結(jié)構(gòu) 路面材料 結(jié)構(gòu)設(shè)計

引言：路面通常是多層結(jié)構(gòu)，將品質(zhì)好的材料鋪設(shè)在應(yīng)力較大的上層，品質(zhì)較差的材料鋪設(shè)在應(yīng)力較小的下層，從而形成了路基之上采用不同規(guī)格和要求的材料，分別鋪設(shè)墊層、基層和面層的路面結(jié)構(gòu)形式。

一、 路面結(jié)構(gòu)組成

⑴面層 面層是直接承受車輪荷載反復(fù)作用和自然因素影響的結(jié)構(gòu)層，可由一至三層組成。表面層應(yīng)根據(jù)使用要求設(shè)置抗滑耐磨、密實穩(wěn)定的瀝青層；中面層、下面層應(yīng)根據(jù)公路等級、瀝青層厚度、氣候條件等選擇適當(dāng)?shù)臑r青結(jié)構(gòu)層。因此，面層應(yīng)具有足夠的結(jié)構(gòu)強度，抗變形能力，較好的水穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性，而且應(yīng)當(dāng)耐磨，不透水；其表面還有良好的抗滑性和平整度。面層可由一層或多層組成；其上層可為磨耗層，其下層可為承重層、連接層或整平層。修筑面層所用的材料主要有：水泥混凝土、瀝青混凝土、瀝青碎石混合料等。

⑵基層 基層是設(shè)置在面層之下，并與面層一起將車輪荷載的反復(fù)作用傳布到底基層、墊層、土基，起主要承重作用的層次。基層材料的強度指標(biāo)應(yīng)有較高的要求。基層主要承受由面層傳來的車輛荷載的垂直力，并擴散到下面的墊層和土基中去。它應(yīng)具有足夠的強度和剛度，具有良好的擴散應(yīng)力的能力及足夠的水穩(wěn)定性。基層厚度大時，可設(shè)為兩層，分別稱為上基層和底基層，并選用不同強度或質(zhì)量要求的材料。修筑基層所用的材料主要有：各種結(jié)合穩(wěn)定土、天然砂礫，各種碎石和礫石、片石，各種工業(yè)廢渣等。

⑶墊層 墊層介于土基與基層之間，將基層傳下來的車輛荷載應(yīng)力加以擴散，以減小土基產(chǎn)生的應(yīng)力和變形，阻止路基土擠入基層中，影響基層結(jié)構(gòu)的性能。修筑墊層的材料強度不一定要高，但水穩(wěn)定性和隔溫性能要好，常用的材料有：砂、礫石、爐渣、水泥或石灰穩(wěn)定土等。

（4）底基層 底基層是設(shè)置在基層之下，并與面層、基層一起承受車輪荷載反復(fù)作用，起次要承重作用的層次。底基層材料的強度指標(biāo)要求可比基層材料略低。

二、路面類型

按面層所用的材料來分，有水泥混凝土路面、瀝青路面、砂石路面等。高等級公路路面的特點是強度高、剛度大、穩(wěn)定好、使用壽命長，能適應(yīng)較繁重的交通量，一般采用水泥混凝土路面或瀝青路面。

三、路面比選

兩種路面的優(yōu)缺點對比分析

（1）瀝青路面的優(yōu)缺點

優(yōu)點：①瀝青路面由于車輪與路面兩級減振，因此行車舒適性好、噪音小； ②柔性路面對路基、地基變形或不均勻沉降的適應(yīng)性強；

③瀝青路面修復(fù)速度快，碾壓后即可通車。

缺點：①壓實的混合料空隙率大，耐水性差，宜產(chǎn)生水損壞，一個雨季就可能造成路面大量破損；

②瀝青材料的溫度穩(wěn)定性差，脆點到軟化點之間的溫度區(qū)間偏小，包不住天然高低溫度，冬季易脆裂，夏季易軟化；

③瀝青是有機高分子材料，耐老化性差，使用數(shù)年后，將產(chǎn)生老化龜裂破壞；

④平整度的保持性差，不僅沉降會帶來平整度劣化，而且材料軟化會形成車轍。

（2）水泥混凝土路面的優(yōu)缺點

優(yōu)點：①水穩(wěn)定性較高，在暴雨及短期浸水條件下，路面可照常通行；

②溫度穩(wěn)定性高，無車轍現(xiàn)象；

③水泥混凝土是無機膠凝材料，主要水化產(chǎn)物水化硅酸鈣既是其強度的主要來源，既耐老化，又無污染。但在更長時期，會與所有巖石一樣，產(chǎn)生風(fēng)化現(xiàn)象，水泥石風(fēng)化與瀝青老化相比，時間長10倍以上，不構(gòu)成工程問題；

④平整度的保持期長；

⑤在相同技術(shù)和工藝水平下，水泥路面大修前的使用年限長。

缺點： ① 在相同平整度條件下，由于剛性路面不減振，因此行車舒適性不及瀝青路面；噪音較大，我國對低噪音水泥路面尚未開展研究和應(yīng)用；

②在路基、地基變形或不均勻沉降條件下，易形成脫空，附加應(yīng)力很大，極易產(chǎn)生斷裂破壞，對路基穩(wěn)定性要求高，對不均勻沉降的適應(yīng)性差。 ③水泥路面強度高、硬度大，即使斷板后也難于清除，修復(fù)難度大，新澆筑面板的養(yǎng)護期較長。

因此，鑒于瀝青路面對公路周圍的土地、地下水等會造成污染，造價要高于水泥路面；而修建水泥路面能促進當(dāng)?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展，帶動當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展，也提升當(dāng)?shù)厮嗟馁|(zhì)量和知名度，所以選擇修建水泥路面。

四、路面設(shè)計步驟

1.根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求，確定路面等級和面層類型、計算設(shè)計年限內(nèi)一個車道的累計當(dāng)量軸次和設(shè)計彎沉值。

2.按路基土類與干濕類型，將路基劃分為若干路段（在一般情況下路段長度不宜小于500m，若為大規(guī)模機械化施工，不宜小于1km），確定各路段土基回彈模量值。

3.可參考附錄A推薦結(jié)構(gòu)，擬定幾種可能的路面結(jié)構(gòu)組合與厚度方案，根據(jù)選用的材料進行配合比試驗及測定各結(jié)構(gòu)層材料的抗壓回彈模量、抗拉強度，確定各結(jié)構(gòu)層材料設(shè)計參數(shù)。

4.根據(jù)設(shè)計彎沉值讓算路面厚度。對高速公路、一級公路、二級公路瀝青混凝土面層和半剛性材料的基層、底基層，應(yīng)驗算拉應(yīng)力是否滿足容許拉應(yīng)力的要求.如不滿足要求，或調(diào)整路面結(jié)構(gòu)層厚度，或變更路面結(jié)構(gòu)組合，或調(diào)整材料配合比、提高極限抗拉強度，再重新計算.上述計算應(yīng)采用多層彈性體系理論編制的專用設(shè)計程序進行。

結(jié)語：具體實施路面設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)所給設(shè)計指標(biāo)、設(shè)計要求及設(shè)計資料，結(jié)合有關(guān)設(shè)計規(guī)范，分別計算和確定瀝青或混凝土路面和水泥混凝土路面的累計當(dāng)量軸次及各結(jié)構(gòu)層材料、厚度等，完成路面結(jié)構(gòu)設(shè)計。并對不同結(jié)構(gòu)材料與交通量組成路面層做進一步的對比優(yōu)化。這樣才可保證路面的質(zhì)量性、安全性和舒適性等。