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        二級(jí)公路路面設(shè)計(jì)措施

        2023-10-20 00:48:00余旋
        運(yùn)輸經(jīng)理世界 2023年17期
        關(guān)鍵詞:模量路基路面

        余旋

        (貴州省智恒交通設(shè)計(jì)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(huì)促進(jìn)國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。然而,在二級(jí)公路設(shè)計(jì)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(jì)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(jí)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(chǎng)、礦區(qū)和市區(qū)等地連接起來,形成一個(gè)完善的公路網(wǎng)絡(luò)體系。一般來說,二級(jí)公路的路基寬度為10m 或12m,而在某些特殊地段,設(shè)計(jì)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(huì)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(jí)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(duì)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(duì)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(shí),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(huì)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(huì)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(huì)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(shí),通常不是單個(gè)、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(jí)公路常發(fā)生彈性和殘余變形問題,對(duì)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(shí),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(huì)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(dòng)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(duì)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(duì)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(jí)公路路面設(shè)計(jì)的內(nèi)容

        通過對(duì)二級(jí)公路病害形式的分析,可以了解到加強(qiáng)二級(jí)路面設(shè)計(jì)對(duì)提高路面工程質(zhì)量的重要性。因此,在二級(jí)路面設(shè)計(jì)階段,需要注意以下幾點(diǎn):首先,選擇適合的二級(jí)公路路面類型和結(jié)構(gòu);其次,從經(jīng)濟(jì)角度評(píng)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(jì)

        對(duì)于公路路面結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),需要綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)道路的自然條件、氣候環(huán)境、設(shè)計(jì)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(shí),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(jì)方案。同時(shí),對(duì)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(chǎng)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(jì)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(jì)和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

        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(shí),對(duì)路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)性能計(jì)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(shí),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(jì)和建設(shè)時(shí),還需要考慮自然條件、交通量、材料性能等多個(gè)方面的因素。提高設(shè)計(jì)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(jì)

        在公路路面設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(jià)格的材料,以確保施工的可行性和經(jīng)濟(jì)性。同時(shí),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(jí)公路路面設(shè)計(jì)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(jì)車速60km/h,采用瀝青混凝土路面,設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為12 年,該公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖見圖3。

        圖3 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(chǎng)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(jì)形式時(shí),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(duì)于交通量較小、重載較少的區(qū)域,可以采用級(jí)配碎石柔性基層或低劑量水泥穩(wěn)定碎石基層。對(duì)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(duì)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(jì)中還要考慮土工材料與路面結(jié)構(gòu)的相互關(guān)系,對(duì)各個(gè)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(jì)算參數(shù)的確定

        在二級(jí)公路路面設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),對(duì)于路面層的材料參數(shù)設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)中,需要進(jìn)行計(jì)算分析和調(diào)整,以確?;旌狭显诟鞣N環(huán)境溫度條件下符合使用要求。在確定強(qiáng)度和模量時(shí),一般采用試驗(yàn)法和經(jīng)驗(yàn)法。針對(duì)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(cè),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(jì)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(jì)在1800~2200MPa 之間。在設(shè)計(jì)過程中,根據(jù)需要確定最佳的參數(shù)。對(duì)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(jì)。而對(duì)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(jì)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(duì)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(jì)中,需要明確基層材料的力學(xué)性能。對(duì)于瀝青路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),應(yīng)該綜合分析抗壓模量和劈裂強(qiáng)度;而對(duì)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(jì)時(shí),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(shí),需要加強(qiáng)配合比的參數(shù)設(shè)計(jì),遵循相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范。在半剛性基層的參數(shù)設(shè)計(jì)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(shí),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(jì)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(jì)算和分析土基回彈模量的參數(shù)。土基回彈模量是設(shè)計(jì)中的重要參數(shù),同時(shí)也是一個(gè)會(huì)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(chǎng)測(cè)定法被用于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)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(jì)中,尚無專門的參數(shù)用于回彈模量設(shè)計(jì)。通過分析路基結(jié)構(gòu)形式、地下水位、預(yù)測(cè)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(chǎng)實(shí)測(cè)法:對(duì)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(cè)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(jì)

        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(shí)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(jí)公路路面的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中,需要考慮現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)情況選擇合適的施工材料,以確?,F(xiàn)場(chǎng)施工的順利進(jìn)行。同時(shí),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。

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