天津市農(nóng)村公路路面典型結(jié)構(gòu)研究

□文 /劉偉杰

農(nóng)村公路一般是指通鄉(xiāng)(鎮(zhèn))、通行政村的公路，包括縣道、鄉(xiāng)道和村道。農(nóng)村公路是公路網(wǎng)的重要組成部分，是干線公路交通量的主要來源，也是農(nóng)村最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一。本文所研究的典型結(jié)構(gòu)是特指鄉(xiāng)道和村道，不包括縣道。

在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，建立路面典型結(jié)構(gòu)，就是根據(jù)成功運用的路面結(jié)構(gòu)，確定出成套的路面結(jié)構(gòu)類型作為設(shè)計時所參照的模式，在設(shè)計時直接進行選用。有了路面典型結(jié)構(gòu)，既可以省去繁瑣的結(jié)構(gòu)計算過程，又能夠設(shè)計出合理的路面結(jié)構(gòu)。因而，典型結(jié)構(gòu)作為一種設(shè)計方法，它更加直觀、簡便，更有實用性。

預(yù)計“十二·五”期間，天津市農(nóng)村公路網(wǎng)新改建農(nóng)村公路5000 km，其中，新建1000 km，改造4000 km。因此如何保證這些農(nóng)村公路建設(shè)質(zhì)量，用最少的資金建最好的農(nóng)村公路是值得研究的課題。

1 國內(nèi)農(nóng)村公路路面典型結(jié)構(gòu)研究狀況

我國對路面典型結(jié)構(gòu)的研究起步較晚，只有10 a左右的時間。迄今為止，不管是已經(jīng)完成的還是正在進行的路面典型結(jié)構(gòu)研究，都以現(xiàn)行規(guī)范為理論驗證的主要依據(jù)并根據(jù)本地區(qū)的交通狀況、自然條件、材料來源和使用情況提出適合本地區(qū)的農(nóng)村公路路面典型結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)將部分地區(qū)農(nóng)村公路典型結(jié)構(gòu)研究情況匯總見表1。

表1 各地區(qū)典型結(jié)構(gòu)研究情況匯總 cm

續(xù)表1

由表1可知，大多數(shù)農(nóng)村公路采用的面層材料是瀝青碎石、瀝青混凝土或水泥混凝土面層；基層采用的也不外乎常用水泥穩(wěn)定土(砂礫)、石灰穩(wěn)定土(碎石土)、水泥石灰穩(wěn)定土、水泥穩(wěn)定碎石、級配碎石、天然砂礫等，厚為15～30 cm；底基層厚為16～36 cm，采用二灰土和石灰土等材料，這些材料和厚度在研究天津市農(nóng)村公路典型結(jié)構(gòu)時可以參考。

2 天津市農(nóng)村公路路面典型結(jié)構(gòu)

2.1 天津市交通量等級及土基劃分

交通量等級的劃分就是按路面設(shè)計使用期間累計當(dāng)量軸次，將交通量分成幾個等級。交通等級劃分是以不同的交通等級對基層或底基層厚度產(chǎn)生大致相同的效應(yīng)為依據(jù)的。根據(jù)設(shè)計和施工經(jīng)驗，相鄰交通等級基層和底基層分別產(chǎn)生4～5 cm和5～6 cm的影響為宜。

土基等級的劃分應(yīng)以土基模量對瀝青路面設(shè)計厚度的影響為主要依據(jù)。在制定典型結(jié)構(gòu)時，應(yīng)根據(jù)設(shè)計與施工經(jīng)驗，每一個土基等級對基層和底基層厚度大致產(chǎn)生3～4 cm和4～6 cm的影響為宜。

在綜合考慮地理、資源、經(jīng)濟、交通量、路基干濕類型等因素的基礎(chǔ)上，根據(jù)試驗結(jié)果，將天津市公路交通等級分為3個等級、土基強度等級分為3級，見表2和表3。

表2 交通等級劃分結(jié)果

表3 土基等級強度劃分

2.2 各結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計

1）基層選擇。經(jīng)過資料收集，結(jié)合近年來有關(guān)天津市公路建設(shè)文獻，按照各個地區(qū)的土質(zhì)情況確定其基層類型，按照其經(jīng)濟適用性和常用的路面結(jié)構(gòu)組合類型，來分析確定面層類型，使得路面結(jié)構(gòu)組合更能夠服務(wù)一定經(jīng)濟情況下的交通量?；鶎硬牧嫌兴喾€(wěn)定碎(礫)石、二灰碎(礫)石、二灰冷再生、二灰穩(wěn)定土、石灰土、級配碎(礫)石等，其對應(yīng)的抗壓回彈模量取值見表4。

表4 基層材料抗壓回彈模量推薦值 MPa

半剛性基層是目前我國各種等級公路路面基層的主要種類，半剛性基層強度和剛度大，承載能力高，相對于粒料基層的造價也較高，建議在累計標(biāo)準(zhǔn)軸次≥50萬次的低交通量道路或者交通量雖不大但超重車輛較多的道路中作基層，半剛性基層材料包括水泥 (二灰)穩(wěn)定碎石、水泥(二灰)穩(wěn)定砂礫、水泥(石灰)穩(wěn)定砂礫土、水泥(二灰)冷再生、水泥(石灰)穩(wěn)定土、二灰穩(wěn)定土和石灰土等。從強度和水穩(wěn)定性、抗裂性等路用性能而言，各材料依次降低，因此等級較高、交通量較大的公路，可采用水泥(二灰)穩(wěn)定碎石、水泥(二灰)穩(wěn)定砂礫作基層；交通量稍小的可采用水泥(石灰)穩(wěn)定砂礫土、水泥(二灰)冷再生類。至于水泥(石灰)穩(wěn)定土、二灰穩(wěn)定土和石灰土等則主要用于砂石料缺乏地區(qū)低交通量道路基層或底基層。

由于半剛性基層是路面的主要承重層，堅實、穩(wěn)定和可靠是其發(fā)揮作用，也是路面總體結(jié)構(gòu)成敗的關(guān)鍵。鑒于實際調(diào)查中發(fā)現(xiàn)的由于半剛性基層設(shè)計和施工原因?qū)е碌穆访嫫茐默F(xiàn)象較突出，綜合理論分析與試驗研究，建議農(nóng)村公路半剛性基層(底基層)最小厚度為15～18 cm。

2）底基層選擇。設(shè)置底基層的目的在于分擔(dān)承重作用，以減薄基層厚度并充分利用地方材料。選擇用作底基層、墊層以及輕交通道路基層的材料應(yīng)盡量做到就地取材?？蛇x擇的材料有水泥土、石灰粉煤灰土、石灰土、級配碎(礫)石、填隙碎石、天然砂礫以及工業(yè)廢渣材料等。調(diào)查結(jié)果顯示，水泥石灰土與石灰粉煤灰土基層的水穩(wěn)性和耐久性優(yōu)于石灰土基層。氣候條件差的地區(qū)宜選擇透水性材料作墊層，如碎石、砂礫等并要求墊層橫貫到路基邊坡作為排水通道。作為半剛性基層的底基層宜采用半剛性材料，以減少基層底面的拉應(yīng)力和增大路面整體的承載能力。在粒料豐富的地區(qū)，底基層宜采用與基層相同的半剛性材料，也可以采用穩(wěn)定細粒土做底基層，在有粉煤灰的地區(qū)宜采用二灰土、二灰砂或二灰做底基層，在砂礫豐富的地區(qū)也可以采用砂礫底基層。

由于底基層材料性能不太好，不能過多替代基層，因而一般不宜過厚。底基層厚度一般隨土基等級而改變。對于瀝青路面，因其要起到荷載分擔(dān)作用，因此需通過結(jié)構(gòu)計算確定。對于水泥混凝土路面，則應(yīng)考慮施工變異性較大容易出現(xiàn)不同程度的路面早期破壞，底基層厚度推薦采用15～20 cm。氣候條件差、交通等級較高時取高值，氣候條件較好、交通等級較低時可取低值。為便于施工碾壓，一般要求底基層厚度＞15 cm。

3）面層與基層組合選擇。面層是公路直接交通行車的結(jié)構(gòu)，其與基層和底基層組合成一個整體結(jié)構(gòu)，在考慮面層類型時，要根據(jù)氣候條件、交通量大小、累計軸載次數(shù)、基層、底基層結(jié)構(gòu)類型、土基類型以及當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟適用條件來綜合確定。

低交通量道路瀝青面層類型及厚度的選擇要充分考慮低交通量道路所承擔(dān)的交通量水平，既要滿足技術(shù)上的要求，同時盡量節(jié)約造價，因此根據(jù)交通量道路等級和功能量因地制宜選擇適宜的面層材料和厚度，對于在投資有限情況下獲得高性能的路面非常重要。對于設(shè)計年內(nèi)累計標(biāo)準(zhǔn)軸次10～100萬次的道路，建議采用4.0～5.0 cm瀝青混凝土或熱拌瀝青碎石；對于設(shè)計年內(nèi)累計標(biāo)準(zhǔn)軸次100～200萬次的道路，建議采用3.0 cm瀝青碎石(或4.0 cm瀝青灌入式)+2.5 cm瀝青混凝土或采用6.0 cm瀝青混凝土面層；對于設(shè)計年內(nèi)累計標(biāo)準(zhǔn)軸次200～400萬次的道路，建議采用3 cm+5 cm兩層瀝青混凝土面層。

2.3 天津市農(nóng)村公路瀝青路面典型結(jié)構(gòu)

在天津市調(diào)查到的資料表明，路面面層采用的材料大多是瀝青混凝土或水泥混凝土，一般瀝青混凝土厚度3～4 cm，水泥混凝土厚度18 cm?；鶎硬牧洗蠖嗍鞘曳€(wěn)定土、二灰穩(wěn)定碎(礫)石或含粒料土，厚度為15～18 cm。根據(jù)這些資料，參考各省典型結(jié)構(gòu)，現(xiàn)推薦天津市農(nóng)村公路瀝青路面典型結(jié)構(gòu)見表5。

表5 瀝青混凝土路面典型結(jié)構(gòu)推薦 cm

2.4 天津市農(nóng)村公路水泥混凝土路面典型結(jié)構(gòu)

根據(jù)現(xiàn)有農(nóng)村公路結(jié)構(gòu)狀況，結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H，推薦出天津市農(nóng)村公路水泥混凝土路面典型結(jié)構(gòu)，見表6。

表6 水泥混凝土路面典型結(jié)構(gòu)推薦 cm

續(xù)表6

3 結(jié)語

本文根據(jù)不同的交通流量和交通組成以及土基模量情況等因素，通過理論分析等手段，確定適合天津地區(qū)自然氣候地質(zhì)條件的、最經(jīng)濟實用的路面結(jié)構(gòu)形式，以此建立一套天津市的農(nóng)村公路典型路面結(jié)構(gòu)設(shè)計，以指導(dǎo)天津市的農(nóng)村公路建設(shè)。

[1]JTGD50—2006，公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范[S].

[2]JTGD40—2011，公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范[S].