作者：郭南華 單位：福建省建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院

目前在高等級(jí)公路水泥混凝土設(shè)計(jì)方面已經(jīng)建立起了一套完整的設(shè)計(jì)理論,但這些理論主要是用來(lái)解決路面厚度和設(shè)計(jì)計(jì)算的問(wèn)題,對(duì)結(jié)構(gòu)組合和材料選擇及組成等方面僅作了指導(dǎo)性的規(guī)定。而農(nóng)村公路在結(jié)構(gòu)組合和材料的選擇及組成方面存在諸多問(wèn)題,有必要進(jìn)行深入研究。

一、路基路面設(shè)計(jì)的基本原則

設(shè)計(jì)出一條既具有經(jīng)濟(jì)性又具有較長(zhǎng)使用壽命的水泥混凝土路基路面,必須要遵循以下幾條原則:1•在農(nóng)村水泥混凝土路面的設(shè)計(jì)過(guò)程中要遵循盡力而為、量力而行、注重實(shí)效、確保質(zhì)量、因地制宜、就地取材、保護(hù)生態(tài)、改善環(huán)境的原則。2•農(nóng)村公路水泥混凝土路面的設(shè)計(jì),要考慮未來(lái)交通及經(jīng)濟(jì)的遠(yuǎn)景發(fā)展需要,要適應(yīng)于未來(lái)交通發(fā)展及路網(wǎng)規(guī)劃。3•在農(nóng)村公路水泥混凝土路面的設(shè)計(jì)中,應(yīng)該充分考慮由于施工水平差異,而引起的材料和結(jié)構(gòu)參數(shù)的變異性對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的影響,正確合理地選取變異水平等級(jí)。4•要強(qiáng)化路面結(jié)構(gòu)組合和材料組成要求,找出符合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況的路面組合和材料組成。

二、設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備

設(shè)計(jì)一條經(jīng)濟(jì)性和使用壽命都較好的農(nóng)村水泥路面必須做好以下幾個(gè)方面的準(zhǔn)備工作:

(一)設(shè)計(jì)軸重和交通量的確定我國(guó)現(xiàn)行的交通量調(diào)查是以直接記錄不同車(chē)型車(chē)輛的通行次數(shù),然后將其換算成標(biāo)準(zhǔn)的軸載,但軸載在25kn以下的由于其對(duì)路面的破壞較小通常被忽略。農(nóng)村公路的交通量和高等級(jí)公路的交通量有所不同,農(nóng)村公路中非機(jī)動(dòng)車(chē)較多,低噸位、小軸載的車(chē)輛較多,勢(shì)必會(huì)造成農(nóng)村公路交通量偏少,同時(shí)也不符合農(nóng)村公路交通量的實(shí)際情況,因此,建立在農(nóng)村公路的交通量統(tǒng)計(jì)中采用較低的忽略軸載噸位。

(二)確定各結(jié)構(gòu)層的力學(xué)參數(shù)為了設(shè)計(jì)出既具有經(jīng)濟(jì)性又具有較高使用壽命的水泥混凝土路面,路基設(shè)計(jì)參數(shù)的確定不應(yīng)該僅僅根據(jù)現(xiàn)行《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》,而應(yīng)以《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》為基礎(chǔ),結(jié)合有關(guān)室內(nèi)試驗(yàn)及材料來(lái)源,經(jīng)過(guò)論證確定農(nóng)村水泥混凝土路面材料的回彈模量值等設(shè)計(jì)參數(shù)。

三、路基設(shè)計(jì)要點(diǎn)

(一)路基設(shè)計(jì)的基本要求路基應(yīng)根據(jù)公路等級(jí)和當(dāng)?shù)刈匀粭l件(包括地質(zhì)、水文、材料情況等),并結(jié)合施工方案進(jìn)行設(shè)計(jì),既應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性,又要經(jīng)濟(jì)合理。路基填筑宜采用水穩(wěn)定性好的材料,嚴(yán)格控制路基壓實(shí),滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求。路基強(qiáng)度、穩(wěn)定性和壓實(shí)度達(dá)不到要求的路段不得鋪筑瀝青或水泥路面。通過(guò)特殊地質(zhì)、水文條件地帶的路基,應(yīng)做好調(diào)查研究,結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行特別設(shè)計(jì)。

(二)路基橫斷面三級(jí)公路當(dāng)路面寬度采用6.5m,路基寬度不小于7.5m,當(dāng)路面寬度采用7.0m,路基寬度不小于8.5m。

(三)路基高度路基高度的設(shè)計(jì),應(yīng)使路肩邊緣高出路基兩側(cè)地面積水高度,同時(shí)要考慮地下水,毛細(xì)水的作用,不致影響路基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。路基設(shè)計(jì)標(biāo)高一般采用路面中心標(biāo)高。

(四)路基邊坡路基邊坡率:填方段邊坡坡率為1:1.5;當(dāng)路堤高度大于6m時(shí),路基邊坡采用1:1.75,控方邊坡坡率采用1:1.5;當(dāng)挖方深度大于6m時(shí),于6m處設(shè)置2m寬護(hù)坡平臺(tái)。

(五)路基壓實(shí)路堤基底應(yīng)清理和壓實(shí),基底強(qiáng)度、穩(wěn)定性不足時(shí),應(yīng)進(jìn)行處理,以保證路基穩(wěn)定,減少工后沉降。

(六)路基防護(hù)路基防護(hù)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)厮摹⒌刭|(zhì)及筑路材料等情況,采取有效的路基防護(hù)措施,防治路基病害,保證路基穩(wěn)定,提高公路抗災(zāi)能力。

(七)路基排水各級(jí)公路應(yīng)根據(jù)沿線的降水與地質(zhì)水文等具體情況,設(shè)置必要的排水設(shè)施,以排除路基、路面范圍內(nèi)地表水和地下水,保證路基、路面的穩(wěn)定和行車(chē)安全。路基地表水可采用邊溝、截水溝、排水溝、跌水和穩(wěn)流槽等設(shè)施。挖方路段及高度小于邊溝深度的填方路段應(yīng)設(shè)置邊溝。邊溝橫斷面一般采用梯形,梯形邊溝內(nèi)側(cè)邊坡為1:1.0~1:1.5,外側(cè)邊坡坡度與挖方邊坡坡度相同,村屯過(guò)境段可采用矩形邊溝。一般路段可設(shè)置土邊溝,沖刷嚴(yán)重的路段應(yīng)設(shè)置硬化邊溝。結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況設(shè)置綜合排水設(shè)施,排水邊溝尺寸和斷面型式應(yīng)滿足功能要求。推薦采用干砌片(卵)石、漿糊片(卵)石、鋼筋混凝土預(yù)制槽(塊),磚砌邊溝等形式,可進(jìn)行排水溝表面加蓋處理設(shè)計(jì)。通過(guò)較大集鎮(zhèn)路段可以結(jié)合小城鎮(zhèn)建設(shè)采用窨管暗排型式。

四、路面設(shè)計(jì)要點(diǎn)

(一)路面設(shè)計(jì)的基本要求1•公路路面應(yīng)根據(jù)公路等級(jí)、交通量及組成、當(dāng)?shù)夭牧虾妥匀粭l件,結(jié)合路基進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。路面應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性和足夠的強(qiáng)度,其表面應(yīng)滿足平整、耐磨、抗滑和排水的要求。2•路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載為雙輪組單軸100kn。

(二)路面結(jié)構(gòu)1•路面結(jié)構(gòu)一般由面層、基層、底基層組成,必要時(shí)增設(shè)墊層。2•面層類型一般采用水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)或?yàn)r青混凝土路面結(jié)構(gòu),還有水泥混凝土預(yù)制塊路面。3•水泥混凝土路面:農(nóng)村公路的水泥混凝土面層采用碎石混凝土。水泥混凝土路面面層的厚度與面層的類型和強(qiáng)度、交通狀況、環(huán)境因素等有關(guān),水泥混凝土面層厚度要求通村公路不小于18cm,一般采用20cm,通鄉(xiāng)公路不小于20cm,一般采用22cm。水泥混凝土路面的強(qiáng)度以28d齡期的彎拉強(qiáng)度控制。農(nóng)村公路的水泥混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值不得低于下表的要求。面層水泥一般采用硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥,也可采用礦渣硅酸鹽水泥,型號(hào)應(yīng)為42.5級(jí)水泥。水泥混凝土面層板一般采用矩形,其從向和橫向接裂應(yīng)垂直相交。縱縫兩側(cè)的橫縫不得相互錯(cuò)位,水泥混凝土面層板橫向接縫的間距,路面單幅寬3m~3.5m;路面單幅寬3.5m~4.0m;路面單幅寬4.5m~5.0m。四級(jí)路當(dāng)采用路面寬4.5m時(shí)可以采用雙幅設(shè)計(jì),每幅寬2.25m,每塊板長(zhǎng)2.5m。4•瀝青混凝土路面:單層面層最小厚度不小于4cm。對(duì)于雙層結(jié)構(gòu)上面層可采用3cm或4cm瀝青混凝土,下面層可采用5cm或6cm瀝青混凝土,也可以采用5cm或6cm瀝青貫入式。5•路面基層。基層宜采用無(wú)機(jī)結(jié)合料類半剛性基層,舊路地質(zhì)條件好的路段也可采用粒料類柔性基層。基層的類型以國(guó)家基層規(guī)范和省農(nóng)村公路設(shè)計(jì)指導(dǎo)意見(jiàn)要求為準(zhǔn)。基層厚度適宜范圍為15cm~36cm寬度應(yīng)比面層每側(cè)至少寬出30cm。基層宜采用15cm以上水泥穩(wěn)定砂礫(中砂+碎石)或厚15cm以上石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石或20cm級(jí)配碎(礫)石。6•路拱橫坡:雙車(chē)道采用雙向橫坡1.5%,單車(chē)道采用單向橫坡0.5%~1%,路肩橫坡采用2.5%。設(shè)置單向橫坡在超高時(shí)要進(jìn)行反向橫坡的過(guò)渡。7•路肩:對(duì)于交通量較大項(xiàng)目,路肩應(yīng)采用硬路肩,可采用風(fēng)化碎石,泥結(jié)碎石或碎石土等,上設(shè)風(fēng)化砂磨耗層。五、結(jié)構(gòu)組合在農(nóng)村公路水泥混凝土路面中正確地進(jìn)行結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì),對(duì)于延長(zhǎng)農(nóng)村水泥混凝土路面的使用壽命,節(jié)約投資有著不可估量的作用。當(dāng)前農(nóng)村公路水泥路面結(jié)構(gòu)組合中存在的問(wèn)題分析。農(nóng)村公路破壞嚴(yán)重的一個(gè)重要原因是結(jié)構(gòu)組合不合理,主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:農(nóng)村公路的基層類型選擇不當(dāng),等級(jí)較低。當(dāng)前農(nóng)村公路有相當(dāng)一部分是泥結(jié)碎石基層、片石基層等低等級(jí)的基層,甚至還有一部分農(nóng)村公路沒(méi)有設(shè)置基層。調(diào)查結(jié)果表明,所有病害嚴(yán)重的路段都有直接在這些基層上直接鋪筑水泥混凝土路面的。

六、施工材料的選擇

選擇路面材料是路面設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。與結(jié)構(gòu)組合相比,混凝土路面的材料選擇同樣十分重要,它影響路面結(jié)構(gòu)的工程造價(jià)、技術(shù)性能及路面結(jié)構(gòu)的使用性。農(nóng)村公路水泥混凝土路面材料的選擇中應(yīng)該充分考慮經(jīng)濟(jì)原則。一般來(lái)說(shuō)水泥混凝土路面材料的選擇可以分為路基材料的選擇和路面材料的選擇。

(一)基層結(jié)構(gòu)材料的選擇由于路基在路面結(jié)構(gòu)中起功能性作用,主要是滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和抗沖刷性要求的前提下,必須考慮到當(dāng)?shù)氐牟牧蟻?lái)源,遵循就地取材的原則,同時(shí)考慮當(dāng)?shù)氐淖匀粴夂蚺c水文地質(zhì)環(huán)境條件對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響,選擇來(lái)源方便,強(qiáng)度高,水穩(wěn)定性好,造價(jià)經(jīng)濟(jì)的材料。對(duì)于農(nóng)村公路中常用的粒料類基層,粒料的選擇應(yīng)主要滿足以下幾個(gè)方面的要求:1•滿足一定的級(jí)配要求,農(nóng)村水泥混凝土基層的選材的級(jí)配要求是要按一定的配合比例填充孔隙,經(jīng)壓實(shí)后形成一種密實(shí)的結(jié)構(gòu)層。同時(shí)在潮濕多雨地區(qū)細(xì)集料不能過(guò)多,否則容易引起唧泥和板底脫空病害的發(fā)生。同時(shí)料粒的最大粒徑幫基層時(shí)不應(yīng)超過(guò)53mm,幫墊層時(shí)不應(yīng)超過(guò)63mm。2•滿足一定的壓碎值要求。對(duì)于壓碎值要求在不同的基層類型一般是統(tǒng)一的,在二級(jí)公路或二級(jí)以下公路中壓碎值的要求一般不能大于40%,在填隙碎石基層中,由于是用單一的粗碎石作為粗集料和用石屑填滿碎石空隙的一種結(jié)構(gòu),對(duì)壓碎值的要求較高,一般不宜大于25%。

(二)路面結(jié)構(gòu)材料的選擇1•水泥的選擇。水泥是農(nóng)村公路水泥路面的膠結(jié)材料,在水泥路面中占有極其重要作用,水泥路面的質(zhì)量在很大程度上取決于水泥的質(zhì)量。農(nóng)村公路水泥路面中可以采和硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥,道路硅酸鹽水泥和礦渣硅酸鹽水泥。水泥的標(biāo)號(hào)不應(yīng)低于425#。2•粗集料的選擇。粗集料的選擇不僅應(yīng)該根據(jù)當(dāng)?shù)氐馁Y源條件來(lái)確定,還應(yīng)該根據(jù)所選的水泥標(biāo)號(hào)確定。這主要表現(xiàn)在壓碎值指標(biāo)和抗壓強(qiáng)度上,農(nóng)村公路水泥路面中可以采用III級(jí)集料。3•配合比的要求。在農(nóng)村公路的配合比設(shè)計(jì)中應(yīng)該根據(jù)當(dāng)?shù)夭牧系膶?shí)際情況,結(jié)合經(jīng)濟(jì)性原則,設(shè)計(jì)出符合三大參數(shù)的配合比。若在滿足要求有困難時(shí),可以采取適當(dāng)?shù)奶幚泶胧┮詽M足要求,或者采用其它的選材措施。兩者相比選擇經(jīng)濟(jì)性較好的方案。如我國(guó)有一些地區(qū)的特細(xì)砂資源較為豐富,如果遵照普通混凝土路面設(shè)計(jì)方法,由于特細(xì)砂表面積較大,需要的水泥用量較大,不僅不經(jīng)濟(jì)而且用特細(xì)砂配制的水泥混凝土質(zhì)量也不好,但只要在設(shè)計(jì)中注意低用砂量和低流動(dòng)性的問(wèn)題,采用適當(dāng)?shù)拇胧?如加入減水劑和摻入適量的粉煤灰來(lái)減少水泥用量,以達(dá)到經(jīng)濟(jì)性和提高質(zhì)量目的。目前國(guó)內(nèi)對(duì)農(nóng)村水泥混凝土路面的設(shè)計(jì)和施工研究的還比較少,隨著我國(guó)農(nóng)村公路建設(shè)的加快,這一方面的研究必然會(huì)加強(qiáng),這需要我們進(jìn)一步的努力,來(lái)設(shè)計(jì)出既符合經(jīng)濟(jì)性要求又滿足耐久性和行車(chē)要求的農(nóng)村公路水泥混凝土路面。