余旋

（貴州省智恒交通設(shè)計院有限公司，貴州貴陽 550000）

0 引言

我國目前公路事業(yè)發(fā)展迅速，已經(jīng)成為世界矚目的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)強(qiáng)國。公路作為重要的交通設(shè)施，反過來也會促進(jìn)國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。然而，在二級公路設(shè)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(qiáng)研究，提高設(shè)計水平，以延長道路的使用壽命，滿足道路工程的運(yùn)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?qū)^(qū)域內(nèi)的港口、機(jī)場、礦區(qū)和市區(qū)等地連接起來，形成一個完善的公路網(wǎng)絡(luò)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(shè)計寬度可能為8.5m。然而，隨著車輛數(shù)量的逐步增加，公路的損壞情況變得非常嚴(yán)重，并且會出現(xiàn)多種不同形式的病害，從而影響道路通行質(zhì)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(huán)境溫度較高的夏季出現(xiàn)。這是由于路面上的油石含量較高，導(dǎo)致瀝青面層出現(xiàn)輕微的油污現(xiàn)象。對于出現(xiàn)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(jìn)行修復(fù)。而對于泛油嚴(yán)重的區(qū)域，則需要鋪撒粒徑為5～10mm 的碎石，并通過壓路機(jī)進(jìn)行碾壓處理，直至達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后方可繼續(xù)使用該路段。

2.2 裂縫

瀝青混凝土路面發(fā)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(huán)境溫度變化較大時，結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)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(dǎo)致的結(jié)構(gòu)損壞。半剛性基層底部會受到較大的拉應(yīng)力，如果拉應(yīng)力超過半剛性基層的承載能力，就會導(dǎo)致基層結(jié)構(gòu)開裂。在車輛反復(fù)碾壓下，底部的裂縫會逐漸延伸到面層，導(dǎo)致面層出現(xiàn)裂縫問題。車輛荷載逐漸傳導(dǎo)到面層時，通常不是單個、分散或規(guī)則的裂縫，而是密集且相互之間存在裂縫的情況，形成網(wǎng)狀的裂縫。嚴(yán)重情況下，可能導(dǎo)致表面發(fā)生形狀變化，如沉陷和轍槽等現(xiàn)象[1]。

圖1 路面裂縫

2.3 路基塌陷

二級公路常發(fā)生彈性和殘余變形問題，對路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和平整度造成影響，進(jìn)而導(dǎo)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(dāng)受到車輛碾壓時，土體結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，無法滿足規(guī)定的承載能力要求。第二，路塹等填筑結(jié)構(gòu)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(xiàn)明顯的吸脹和收縮反應(yīng)。毛細(xì)水很容易上升到路基工作區(qū)域，導(dǎo)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(yīng)力無法傳遞到天然基土中，導(dǎo)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?lián)Q填方法：首先，選擇剛性較高的填土結(jié)構(gòu)；其次，確保填土達(dá)到干燥或中濕的狀態(tài)，避免溫度和水分對填土造成過大影響；最后，采用先進(jìn)技術(shù)處理基底結(jié)構(gòu)，避免沉降反應(yīng)，并確保強(qiáng)度滿足均勻性要求。

圖2 路基塌陷

3 二級公路路面設(shè)計的內(nèi)容

通過對二級公路病害形式的分析，可以了解到加強(qiáng)二級路面設(shè)計對提高路面工程質(zhì)量的重要性。因此，在二級路面設(shè)計階段，需要注意以下幾點(diǎn)：首先，選擇適合的二級公路路面類型和結(jié)構(gòu)；其次，從經(jīng)濟(jì)角度評估，合理選擇加強(qiáng)材料，以提高路面的整體性能。

3.1 公路路面的類型和結(jié)構(gòu)設(shè)計

對于公路路面結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)設(shè)計，需要綜合考慮現(xiàn)場道路的自然條件、氣候環(huán)境、設(shè)計要求、使用標(biāo)準(zhǔn)、材料供應(yīng)以及施工養(yǎng)護(hù)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(jié)構(gòu)設(shè)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(dāng)?shù)氐牟牧蟻斫档晚?xiàng)目成本，并滿足現(xiàn)場施工需求。此外，還應(yīng)積極研發(fā)新材料和新工藝，以提高公路路面結(jié)構(gòu)的性能。在路面施工過程中，需要加強(qiáng)質(zhì)量管理，并在施工完成后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)處理，確保路面結(jié)構(gòu)具備合格的承載能力，并滿足耐久性要求。此外，在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計中，還需要結(jié)合使用壽命周期，以確定最佳的形式和結(jié)構(gòu)，滿足道路的通行需求[2]。

3.2 公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計和經(jīng)濟(jì)評價

在確定公路路面結(jié)構(gòu)形式后，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的結(jié)構(gòu)方案選擇適合的施工材料，并確定最佳的施工方案和標(biāo)準(zhǔn)要求。同時，對路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)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(jié)構(gòu)性能良好、穩(wěn)定性強(qiáng)、平整度高、抗滑性好和耐磨性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。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(jìn)行道路工程的設(shè)計和建設(shè)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(shè)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(shè)計

在公路路面設(shè)計中，選擇適當(dāng)?shù)牟牧鲜谴_保路面性能和持久性的關(guān)鍵。第一，需要按照公路的交通負(fù)荷、設(shè)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(biāo)，根據(jù)這些要求，選擇符合規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的材料。第二，考慮材料的機(jī)械性能和物理性能，選擇具有足夠強(qiáng)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(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度等機(jī)械性能指標(biāo)應(yīng)符合設(shè)計要求。此外，材料的溫度穩(wěn)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(yīng)和適當(dāng)價格的材料，以確保施工的可行性和經(jīng)濟(jì)性。同時，要綜合考慮材料的使用壽命和維護(hù)成本，選擇那些具有較長使用壽命和較低維護(hù)成本的材料。第四，考慮材料的可持續(xù)性和環(huán)境影響，選擇符合環(huán)保要求、可回收利用和可再生的材料，減少資源消耗和環(huán)境污染。

4 二級公路路面設(shè)計優(yōu)化措施分析

4.1 工程概況

某公路項(xiàng)目建設(shè)長度為3.1km，路基寬度為10m，設(shè)計車速60km/h，采用瀝青混凝土路面，設(shè)計基準(zhǔn)期為12 年，該公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計圖見圖3。

圖3 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

4.2 選擇符合實(shí)際需要的路面組合形式

綜合考慮該工程項(xiàng)目的具體情況，包括現(xiàn)場地質(zhì)、氣候、水文和經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面，進(jìn)行詳細(xì)分析。在選擇道路設(shè)計形式時，不能僅考慮半剛性基層結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵摻Y(jié)構(gòu)形式并不適用于所有公路項(xiàng)目。對于交通量較小、重載較少的區(qū)域，可以采用級配碎石柔性基層或低劑量水泥穩(wěn)定碎石基層。對于交通量較大、重載較少的區(qū)域，可以采用半剛性基層與瀝青混凝土面層結(jié)構(gòu)。而對于交通量較大且重載較多的區(qū)域，則應(yīng)采用半剛性基層結(jié)構(gòu)。在設(shè)計中還要考慮土工材料與路面結(jié)構(gòu)的相互關(guān)系，對各個結(jié)構(gòu)層的性能進(jìn)行改善和調(diào)整，以確保結(jié)構(gòu)性能滿足要求，并延長使用壽命[3]。

4.3 各層材料計算參數(shù)的確定

在二級公路路面設(shè)計環(huán)節(jié)，對于路面層的材料參數(shù)設(shè)計要做到精細(xì)化，確保相關(guān)結(jié)構(gòu)層的參數(shù)值達(dá)到設(shè)計要求，這樣才能夠確保后續(xù)工程項(xiàng)目的開展具備科學(xué)性。

4.3.1 面層強(qiáng)度和模量的確定方法

在瀝青道路路面的設(shè)計中，需要進(jìn)行計算分析和調(diào)整，以確保混合料在各種環(huán)境溫度條件下符合使用要求。在確定強(qiáng)度和模量時，一般采用試驗(yàn)法和經(jīng)驗(yàn)法。針對該工程項(xiàng)目，將采用試驗(yàn)法進(jìn)行強(qiáng)度和模量的檢測，并根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)分析該區(qū)域的自然環(huán)境條件，以選擇合適的材料和結(jié)構(gòu)。例如，在瀝青路面設(shè)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(shè)計在1800～2200MPa 之間。在設(shè)計過程中，根據(jù)需要確定最佳的參數(shù)。對于高速公路的車輛行駛，速度較快，因此應(yīng)該選擇較高的參數(shù)上限進(jìn)行設(shè)計。而對于礦區(qū)道路等特殊區(qū)域，由于存在重載車輛且行駛速度較低，可以適當(dāng)減小參數(shù)[4]。

4.3.2 基層材料類別與計算參數(shù)確定

（1）基層材料的類別

在當(dāng)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(jù)需求，可以采用水泥穩(wěn)定碎石基層、水泥石灰土、二灰土、水泥粉煤灰等，以滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的要求。針對當(dāng)前項(xiàng)目的使用需求，在施工過程中選擇應(yīng)用水泥穩(wěn)定碎石基層的材料，以確保結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度性能符合要求。

（2）主要力學(xué)參數(shù)確定

在該工程項(xiàng)目的設(shè)計中，需要明確基層材料的力學(xué)性能。對于瀝青路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計，應(yīng)該綜合分析抗壓模量和劈裂強(qiáng)度；而對于水泥混凝土路面，主要考慮抗壓模量。在進(jìn)行材料力學(xué)性能的設(shè)計時，必須參考相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇和確定。在選擇半剛性基層材料時，需要加強(qiáng)配合比的參數(shù)設(shè)計，遵循相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范。在半剛性基層的參數(shù)設(shè)計中，還需要考慮到齡期要求，加強(qiáng)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(tài)，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(shè)計過程中，土基回彈模量通常是通過查表、試驗(yàn)法或換算法來確定。綜合分析與論證考慮沿線路基的狀態(tài)，以及其他相關(guān)因素，來計算和分析土基回彈模量的參數(shù)。土基回彈模量是設(shè)計中的重要參數(shù)，同時也是一個會發(fā)生變化的關(guān)鍵參數(shù)。一般情況下，經(jīng)驗(yàn)法和現(xiàn)場測定法被用于指導(dǎo)現(xiàn)場施工并分析結(jié)構(gòu)的性能參數(shù)。經(jīng)驗(yàn)法：在新建道路設(shè)計中，尚無專門的參數(shù)用于回彈模量設(shè)計。通過分析路基結(jié)構(gòu)形式、地下水位、預(yù)測路基潮濕等因素，結(jié)合試驗(yàn)參數(shù)或試驗(yàn)分析，考慮土基的強(qiáng)度、密實(shí)度等參數(shù)，采用重?fù)魮魧?shí)的方法，可將回彈模量提高15%～30%[6]?，F(xiàn)場實(shí)測法：對于已經(jīng)使用的路基結(jié)構(gòu)，在符合公路工程領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(jié)合項(xiàng)目要求確定回彈模量。

4.5 完善路面的排水設(shè)計

第一，確保路面排水暢通，避免積水滲入下層結(jié)構(gòu)。要保證路面拱起和平整度符合標(biāo)準(zhǔn)要求，以防止積水影響路基結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度性能。第二，為了防止面層直接進(jìn)入基層表面，導(dǎo)致基層結(jié)構(gòu)變軟，應(yīng)在基層結(jié)構(gòu)表面設(shè)置封層或透水層結(jié)構(gòu)，即使有水進(jìn)入內(nèi)部也能及時排出，以保護(hù)結(jié)構(gòu)的性能。第三，面層結(jié)構(gòu)應(yīng)采用耐水和耐負(fù)荷的復(fù)合材料。第四，應(yīng)設(shè)置排水層結(jié)構(gòu)，滿足排水要求，并隔斷毛細(xì)水，以避免毛細(xì)水的影響。因此，墊層或基層結(jié)構(gòu)應(yīng)具備排水和防水的功能。第五，在路面周邊設(shè)置邊溝、滲溝、排水溝等，嚴(yán)格按照規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)要求執(zhí)行，以滿足結(jié)構(gòu)性能的施工要求。

5 結(jié)語

綜上所述，在二級公路路面的設(shè)計環(huán)節(jié)中，需要考慮現(xiàn)場具體情況，并綜合分析以往的工程經(jīng)驗(yàn)。在滿足交通量和使用標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場情況選擇合適的施工材料，以確?，F(xiàn)場施工的順利進(jìn)行。同時，還需要滿足養(yǎng)護(hù)要求，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性、合理性、可靠性和機(jī)械化要求，從而提高施工的整體水平，更好地滿足當(dāng)前道路交通的需求。