二級公路路面設計措施

余旋

（貴州省智恒交通設計院有限公司，貴州貴陽 550000）

0 引言

我國目前公路事業發展迅速，已經成為世界矚目的基礎設施建設強國。公路作為重要的交通設施，反過來也會促進國家經濟的發展。然而，在二級公路設計中，有一些不確定因素存在，影響方案的使用效果，所以必須加強研究，提高設計水平，以延長道路的使用壽命，滿足道路工程的運行需要。

1 概述

二級公路是一種具有雙車道的道路形式，適用于小型客車通行量在5000～15000 輛之間的條件下。它能夠將區域內的港口、機場、礦區和市區等地連接起來，形成一個完善的公路網絡體系。一般來說，二級公路的路基寬度為10m 或12m，而在某些特殊地段，設計寬度可能為8.5m。然而，隨著車輛數量的逐步增加，公路的損壞情況變得非常嚴重，并且會出現多種不同形式的病害，從而影響道路通行質量。

2 二級公路路面病害方式

2.1 泛油

泛油是瀝青路面上常見病害，通常在環境溫度較高的夏季出現。這是由于路面上的油石含量較高，導致瀝青面層出現輕微的油污現象。對于出現輕微的泛油情況，可以采取鋪撒石屑或粗砂碾壓處理的方式進行修復。而對于泛油嚴重的區域，則需要鋪撒粒徑為5～10mm 的碎石，并通過壓路機進行碾壓處理，直至達到穩定狀態后方可繼續使用該路段。

2.2 裂縫

瀝青混凝土路面發生裂縫是一種常見的破壞形式，通常在路面受損后形成。裂縫形成原因主要包括以下兩種：第一，非荷載裂縫。這種類型裂縫主要由溫度變化引起的溫度裂縫和基層反射裂縫造成。例如，環境溫度變化較大時，結構可能出現損壞裂縫的問題（見圖1）。第二，荷載裂縫。這種類型的裂縫是由長期承受車輛荷載作用而導致的結構損壞。半剛性基層底部會受到較大的拉應力，如果拉應力超過半剛性基層的承載能力，就會導致基層結構開裂。在車輛反復碾壓下，底部的裂縫會逐漸延伸到面層，導致面層出現裂縫問題。車輛荷載逐漸傳導到面層時，通常不是單個、分散或規則的裂縫，而是密集且相互之間存在裂縫的情況，形成網狀的裂縫。嚴重情況下，可能導致表面發生形狀變化，如沉陷和轍槽等現象[1]。

圖1 路面裂縫

2.3 路基塌陷

二級公路常發生彈性和殘余變形問題，對路基結構的穩定性和平整度造成影響，進而導致路基塌陷（見圖2）。具體原因如下：第一，填土中存在較多的自由水，當受到車輛碾壓時，土體結構發生變形，無法滿足規定的承載能力要求。第二，路塹等填筑結構在氣候條件的干擾和影響下，受到水分和溫度的作用，土粒會出現明顯的吸脹和收縮反應。毛細水很容易上升到路基工作區域，導致路基濕度過高，承載能力不合格。第三，若路基沒有填土，動荷載應力無法傳遞到天然基土中，導致地基沉降或不均勻反射到路面上。對于上述問題，可以采取如下換填方法：首先，選擇剛性較高的填土結構；其次，確保填土達到干燥或中濕的狀態，避免溫度和水分對填土造成過大影響；最后，采用先進技術處理基底結構，避免沉降反應，并確保強度滿足均勻性要求。

圖2 路基塌陷

3 二級公路路面設計的內容

通過對二級公路病害形式的分析，可以了解到加強二級路面設計對提高路面工程質量的重要性。因此，在二級路面設計階段，需要注意以下幾點：首先，選擇適合的二級公路路面類型和結構；其次，從經濟角度評估，合理選擇加強材料，以提高路面的整體性能。

3.1 公路路面的類型和結構設計

對于公路路面結構類型和結構設計，需要綜合考慮現場道路的自然條件、氣候環境、設計要求、使用標準、材料供應以及施工養護等因素。在選擇路面類型時，要充分考慮路基的支承條件，并確定最佳的結構設計方案。同時，對于公路工程而言，基層和墊層的選擇非常重要，可以選擇當地的材料來降低項目成本，并滿足現場施工需求。此外，還應積極研發新材料和新工藝，以提高公路路面結構的性能。在路面施工過程中，需要加強質量管理，并在施工完成后進行養護處理，確保路面結構具備合格的承載能力，并滿足耐久性要求。此外，在路面結構設計中，還需要結合使用壽命周期，以確定最佳的形式和結構，滿足道路的通行需求[2]。

3.2 公路路面結構設計和經濟評價

在確定公路路面結構形式后，根據預先設定的結構方案選擇適合的施工材料，并確定最佳的施工方案和標準要求。同時，對路面結構進行力學性能計算分析，以確保其使用壽命符合要求。目前，我國的公路路面主要采用瀝青混凝土路面和水泥混凝土路面。瀝青路面具有結構性能良好、穩定性強、平整度高、抗滑性好和耐磨性強等優點。同時，它還具備較高的抗車轍和抗裂縫性能，使用壽命較長，完全可以滿足各種條件下的使用需求。在進行道路工程的設計和建設時，還需要考慮自然條件、交通量、材料性能等多個方面的因素。提高設計水平，可以更好地滿足道路通行的要求。

3.3 公路路面的建筑材料設計

在公路路面設計中，選擇適當的材料是確保路面性能和持久性的關鍵。第一，需要按照公路的交通負荷、設計速度、使用年限等因素，確定路面的承載能力、平整度、抗滑性、耐久性等性能指標，根據這些要求，選擇符合規范和標準的材料。第二，考慮材料的機械性能和物理性能，選擇具有足夠強度和剛度的材料，能夠承受交通荷載和氣候變化的影響。材料的抗剪強度、抗壓強度、抗折強度等機械性能指標應符合設計要求。此外，材料的溫度穩定性、抗老化性能、抗水腐蝕性能等物理性能也要考慮。第三，考慮材料的可獲得性和成本效益。選擇具有廣泛供應和適當價格的材料，以確保施工的可行性和經濟性。同時，要綜合考慮材料的使用壽命和維護成本，選擇那些具有較長使用壽命和較低維護成本的材料。第四，考慮材料的可持續性和環境影響，選擇符合環保要求、可回收利用和可再生的材料，減少資源消耗和環境污染。

4 二級公路路面設計優化措施分析

4.1 工程概況

某公路項目建設長度為3.1km，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12 年，該公路路面結構設計圖見圖3。

圖3 路面結構設計圖

4.2 選擇符合實際需要的路面組合形式

綜合考慮該工程項目的具體情況，包括現場地質、氣候、水文和經濟發展等方面，進行詳細分析。在選擇道路設計形式時，不能僅考慮半剛性基層結構，因為該結構形式并不適用于所有公路項目。對于交通量較小、重載較少的區域，可以采用級配碎石柔性基層或低劑量水泥穩定碎石基層。對于交通量較大、重載較少的區域，可以采用半剛性基層與瀝青混凝土面層結構。而對于交通量較大且重載較多的區域，則應采用半剛性基層結構。在設計中還要考慮土工材料與路面結構的相互關系，對各個結構層的性能進行改善和調整，以確保結構性能滿足要求，并延長使用壽命[3]。

4.3 各層材料計算參數的確定

在二級公路路面設計環節，對于路面層的材料參數設計要做到精細化，確保相關結構層的參數值達到設計要求，這樣才能夠確保后續工程項目的開展具備科學性。

4.3.1 面層強度和模量的確定方法

在瀝青道路路面的設計中，需要進行計算分析和調整，以確保混合料在各種環境溫度條件下符合使用要求。在確定強度和模量時，一般采用試驗法和經驗法。針對該工程項目，將采用試驗法進行強度和模量的檢測，并根據以往的工程經驗分析該區域的自然環境條件，以選擇合適的材料和結構。例如，在瀝青路面設計中，傾向于選擇粗粒式瀝青混凝土，并將瀝青的抗壓模量設計在1800～2200MPa 之間。在設計過程中，根據需要確定最佳的參數。對于高速公路的車輛行駛，速度較快，因此應該選擇較高的參數上限進行設計。而對于礦區道路等特殊區域，由于存在重載車輛且行駛速度較低，可以適當減小參數[4]。

4.3.2 基層材料類別與計算參數確定

（1）基層材料的類別

在當前我國路面基層施工中，常見的是采用半剛性基層，其中常用的材料是瀝青混凝土。根據需求，可以采用水泥穩定碎石基層、水泥石灰土、二灰土、水泥粉煤灰等，以滿足結構穩定性的要求。針對當前項目的使用需求，在施工過程中選擇應用水泥穩定碎石基層的材料，以確保結構的強度性能符合要求。

（2）主要力學參數確定

在該工程項目的設計中，需要明確基層材料的力學性能。對于瀝青路面結構的設計，應該綜合分析抗壓模量和劈裂強度；而對于水泥混凝土路面，主要考慮抗壓模量。在進行材料力學性能的設計時，必須參考相應的規范標準進行選擇和確定。在選擇半剛性基層材料時，需要加強配合比的參數設計，遵循相應的設計規范。在半剛性基層的參數設計中，還需要考慮到齡期要求，加強配比的控制，以滿足材料的配比要求。同時，保持材料處于濕潤狀態，這也是十分重要的[5]。

4.4 土基回彈模量的確定

在新建公路的設計過程中，土基回彈模量通常是通過查表、試驗法或換算法來確定。綜合分析與論證考慮沿線路基的狀態，以及其他相關因素，來計算和分析土基回彈模量的參數。土基回彈模量是設計中的重要參數，同時也是一個會發生變化的關鍵參數。一般情況下，經驗法和現場測定法被用于指導現場施工并分析結構的性能參數。經驗法：在新建道路設計中，尚無專門的參數用于回彈模量設計。通過分析路基結構形式、地下水位、預測路基潮濕等因素，結合試驗參數或試驗分析，考慮土基的強度、密實度等參數，采用重擊擊實的方法，可將回彈模量提高15%～30%[6]。現場實測法：對于已經使用的路基結構，在符合公路工程領域標準規范要求的情況下，使用大型承載板檢測土基0～0.5mm 的變形壓力曲線，并結合項目要求確定回彈模量。

4.5 完善路面的排水設計

第一，確保路面排水暢通，避免積水滲入下層結構。要保證路面拱起和平整度符合標準要求，以防止積水影響路基結構的強度性能。第二，為了防止面層直接進入基層表面，導致基層結構變軟，應在基層結構表面設置封層或透水層結構，即使有水進入內部也能及時排出，以保護結構的性能。第三，面層結構應采用耐水和耐負荷的復合材料。第四，應設置排水層結構，滿足排水要求，并隔斷毛細水，以避免毛細水的影響。因此，墊層或基層結構應具備排水和防水的功能。第五，在路面周邊設置邊溝、滲溝、排水溝等，嚴格按照規范的標準要求執行，以滿足結構性能的施工要求。

5 結語

綜上所述，在二級公路路面的設計環節中，需要考慮現場具體情況，并綜合分析以往的工程經驗。在滿足交通量和使用標準的基礎上，結合現場情況選擇合適的施工材料，以確保現場施工的順利進行。同時，還需要滿足養護要求，以實現經濟性、合理性、可靠性和機械化要求，從而提高施工的整體水平，更好地滿足當前道路交通的需求。