工業園區道路結構優化設計研究
——以馬鋼南廠區內某一路段為工程案例

史 昊 韓 笑

(中冶華天南京工程技術有限公司 江蘇南京 210019)

0 引言

改革開放以來，我國工業迅速崛起，新的工業園區不斷涌現。由于工業園區重載貨車比例較高，對路面承載力及剛度要求較高，以往的工業園區道路主要采用鋼筋混凝土路面[1]。但混凝土路面縱橫切縫、顏色泛白、平整度低、行駛舒適性差，一定程度上降低了園區的整體檔次。近幾年，實際項目中，瀝青路面以其表面平整、無接縫、行車舒適、振動小、噪音低、耐磨、不揚塵且易清洗、標線清晰等優點，逐漸受到建設單位的青睞[2]。

瀝青路面，即用瀝青材料將礦物質材料膠黏形成的結合料攤鋪路面。瀝青結合料提高了鋪路用粒料抵抗行車和自然因素對路面損害的能力，使路面平整少塵、不透水、經久耐用，而今日漸成為城市道路及公路建設中一種被最廣泛采用的高級路面。但是瀝青路面本身屬于柔性路面，強度低，抗彎折能力弱，車輛荷載通過瀝青面層傳入基層，由基層和底基層進行承重。在車輛反復碾壓下，特別是工業區大比例重載貨車的重復荷載，基層受力不均，易發生局部變形。這是工業園區瀝青路面利用率低的主要原因。馬鞍山鋼鐵股份有限公司節能減排CCPP綜合利用發電工程，位于馬鞍山市馬鋼南廠區湖北西路以北、馬鋼十一號變電所以東的馬鋼修建工程公司西村基地所在的場地范圍內。項目所含道路為廠區內部道路及場坪。主要道路寬度7m，次要道路寬度4m、3m，設計速度15km/h。該廠區道路平縱橫設計依據工廠總圖，根據專家要求，路基路面設計參照二級公路技術標準，交通等級參照重交通。路面設計荷載標準為BZZ-100，路面結構設計使用年限為12年。

該道路設計優化方案立足“路基強度”“底基層強度”“基層強度”“面層剛度”“反射裂縫控制”等5方面，對工業園區內道路進行優化設計。基于此，本文以其為案例，研究工業園區道路結構優化設計。

1 路基強度

根據地勘資料，該項目工程土層主要為素填土和粉質黏土可作為道路持力層。碾壓后可直接鋪筑路基材料。

根據公路路基設計規范及當地工程經驗，路床設計厚度80cm，采用6%石灰土，路床分層鋪筑，每層20cm，碾壓密實，填料最大粒徑應小于100mm。路基設計標準如表1所示。

表1 路基設計標準

填筑路基前先清除地表20cm～30cm雜填土，一般路段清表20cm，松軟路段清表30cm。清表后遇不良土層，采用換填60cm素土并碾壓處理，壓實度不小于90%。路基范圍內管道溝槽回填土壓實度不得低于路基填土要求，材料要求與一般路基相同。

2 底基層強度

低基層主要承受由面層傳遞的車輛荷載，并將荷載分布到墊層或路床上。經綜合考慮，該設計路床頂面回彈模量≥40MPa，驗收彎沉205(1/100mm)。

底基層采用18cm級配碎石，集料級配采用連續型，壓實度≥96%，CBR值≥80%，抗壓模量225 MPa，驗收彎沉130(1/100mm)。

級配碎石采用幾種粒徑不同的碎石和石屑摻配拌制而成，液限<25%，塑性指數<8%，粒料級配組成要求達到規范中連續型標準。

3 基層強度

基層作為道路的持力層，對減少路面變形起到至關重要作用。該設計根據現場調查分析，結合當地材料采購使用情況，確定基層結構。

基層，采用18cm水泥穩定碎石，水泥∶碎石=4.5∶100，采用骨架密實型混合料，壓實度≥98%，抗壓模量1500 MPa，驗收彎沉33.5(1/100mm)，7d無側限抗壓強度應達到3.5MPa。

水泥穩定碎石路面基層水泥，采用普通硅酸鹽水泥，且需試驗安定性合格后使用。夏季高溫作業時，散裝水泥入罐溫度不能高于50℃，高于這個溫度時，若必須使用，采用降溫措施。

水泥穩定碎石中碎石或礫石的壓碎值應不大于30%。施工時，根據材料來源和品質，做混合料組成設計試驗并根據試驗結果進行調整，上報批準后執行。

基層之上，設置乳化瀝青透層、稀漿封層。

4 提高面層的剛度

為進一步減少基層受力不均導致的不均勻沉降，考慮提高路面面層剛度，使基層受力均勻化。結合廠區幾十年使用經驗及甲方的美觀要求，設計路面面層采用3層。

4.1 下面層

為保證路面剛度并兼顧經濟性，下面層采用22cm C35混凝土，內置D6單層鋼筋網片，鋼筋焊接網置于面板頂下1/3厚度處。

水泥混凝土面層板的平面布局，采用矩形分塊，縱向和橫向接縫垂直相交，縱縫兩側的橫縫不得相互交錯。每200m設脹縫一道，并視施工季節增減，與鋼筋砼路面相接處設置脹縫。在相近橋隧或其他固定構造物處、小半徑平曲線等處設置橫向脹縫，設置脹縫的條數視膨脹量大小而定。

粗集料采用質地堅硬、耐久、潔凈的碎石、碎卵石和卵石。細集料采用質地堅硬，細度模度在2.5以上、符合級配規定的潔凈粗砂、中砂。填縫材料選擇具有與混凝土板壁粘接牢靠、回彈性好、不溶于水、不滲水，高溫時不擠出、不流淌、抗嵌入能力強、耐老化龜裂，負溫拉伸量大，低溫時不脆裂、耐久性好等性能材料。

4.2 中面層、表面層

考慮到瀝青里面每層的設計厚度都不可小于3倍混合料公稱最大粒徑[3]，瀝青面層設計如下：

中面層，采用6cmAC-20C瀝青混凝土，壓實度≥98%。

表面層，采用4cmAC-13C瀝青混凝土，壓實度≥98%。

根據該工程區氣候、分區及交通等使用要求，面層采用A級道路石油瀝青，瀝青標號為70#。粗集料采用石質堅硬、清潔、不含風化顆粒、近立方體顆粒的碎石。細集料采用堅硬、潔凈、干燥、無風化、無雜質并有適當級配的人工軋制中砂，石質采用石灰巖。填料采用石灰巖或巖漿巖中的強基性巖石等增水性石料經磨細的礦粉，原石料中泥土雜質應除凈。

中面層與表面層之間設置乳化瀝青粘層，增加路面各層間的結合力。

5 控制反射裂縫

由于水泥混凝土路面橫向縮縫、脹縫、施工縫，縱向縮縫、施工縫等，路面結構在外加荷載作用下產生的應力和位移在裂縫處不再連續，尤其是在裂縫上面的瀝青加鋪層底部會有很大的應力集中，形成反射裂縫。而當地防裂土工布實際使用效果不理想[4]，設計在下面層與中面層之間，鋪設2cm橡膠瀝青應力吸收層(AR-SAMI)。

橡膠瀝青所用的基質瀝青，采用70#道路石油瀝青，抽檢頻率應滿足相關要求。橡膠粉篩分采用水篩法試驗。橡膠粉密度應達到1.15±0.05 g/cm3要求，且無鐵絲或其它雜質，纖維比例不超過0.5%，并要求含有橡膠粉重量4%的碳酸鈣，以防止膠粉顆粒相互粘結[5]。

應力吸收層采用石質堅硬、清潔、不含風化顆粒、近立方體顆粒的碎石，選用反擊式破碎機軋制的碎石。有條件時，建議以0.4%～0.6%(按照集料重量計)的瀝青進行預裹附(裹附溫度在120℃以上)，預裹附的集料堆放時間不超過兩周。

6 結語

該工業園區道路設計采用一級公路路基處理方式，路面采用剛性的水泥砼下面層，采用柔性的瀝青砼中面層和表面層，中間輔以應力吸收層銜接，路面彎沉、抗壓模量、厚度、壓實度等指標均滿足一級公路設計標準。實踐結果表明，該方案可保證道路結構滿足規范，合理可行，又可保證路面整體剛度，保證路面平整美觀。

現階段國內工業園區類似案例較少，該工程設計研究思路及方案，可為國內同類項目設計提供一定參考。