天津市農村公路路面典型結構研究

□文 /劉偉杰

農村公路一般是指通鄉(鎮)、通行政村的公路，包括縣道、鄉道和村道。農村公路是公路網的重要組成部分，是干線公路交通量的主要來源，也是農村最重要的基礎設施之一。本文所研究的典型結構是特指鄉道和村道，不包括縣道。

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

預計“十二·五”期間，天津市農村公路網新改建農村公路5000 km，其中，新建1000 km，改造4000 km。因此如何保證這些農村公路建設質量，用最少的資金建最好的農村公路是值得研究的課題。

1 國內農村公路路面典型結構研究狀況

我國對路面典型結構的研究起步較晚，只有10 a左右的時間。迄今為止，不管是已經完成的還是正在進行的路面典型結構研究，都以現行規范為理論驗證的主要依據并根據本地區的交通狀況、自然條件、材料來源和使用情況提出適合本地區的農村公路路面典型結構。

現將部分地區農村公路典型結構研究情況匯總見表1。

表1 各地區典型結構研究情況匯總 cm

續表1

由表1可知，大多數農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定土(砂礫)、石灰穩定土(碎石土)、水泥石灰穩定土、水泥穩定碎石、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村公路典型結構時可以參考。

2 天津市農村公路路面典型結構

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計使用期間累計當量軸次，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生大致相同的效應為依據的。根據設計和施工經驗，相鄰交通等級基層和底基層分別產生4～5 cm和5～6 cm的影響為宜。

土基等級的劃分應以土基模量對瀝青路面設計厚度的影響為主要依據。在制定典型結構時，應根據設計與施工經驗，每一個土基等級對基層和底基層厚度大致產生3～4 cm和4～6 cm的影響為宜。

在綜合考慮地理、資源、經濟、交通量、路基干濕類型等因素的基礎上，根據試驗結果，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 交通等級劃分結果

表3 土基等級強度劃分

2.2 各結構層組合設計

1）基層選擇。經過資料收集，結合近年來有關天津市公路建設文獻，按照各個地區的土質情況確定其基層類型，按照其經濟適用性和常用的路面結構組合類型，來分析確定面層類型，使得路面結構組合更能夠服務一定經濟情況下的交通量。基層材料有水泥穩定碎(礫)石、二灰碎(礫)石、二灰冷再生、二灰穩定土、石灰土、級配碎(礫)石等，其對應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，建議在累計標準軸次≥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)穩定碎石、水泥(二灰)穩定砂礫、水泥(石灰)穩定砂礫土、水泥(二灰)冷再生、水泥(石灰)穩定土、二灰穩定土和石灰土等。從強度和水穩定性、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)穩定碎石、水泥(二灰)穩定砂礫作基層；交通量稍小的可采用水泥(石灰)穩定砂礫土、水泥(二灰)冷再生類。至于水泥(石灰)穩定土、二灰穩定土和石灰土等則主要用于砂石料缺乏地區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、穩定和可靠是其發揮作用，也是路面總體結構成敗的關鍵。鑒于實際調查中發現的由于半剛性基層設計和施工原因導致的路面破壞現象較突出，綜合理論分析與試驗研究，建議農村公路半剛性基層(底基層)最小厚度為15～18 cm。

2）底基層選擇。設置底基層的目的在于分擔承重作用，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盡量做到就地取材。可選擇的材料有水泥土、石灰粉煤灰土、石灰土、級配碎(礫)石、填隙碎石、天然砂礫以及工業廢渣材料等。調查結果顯示，水泥石灰土與石灰粉煤灰土基層的水穩性和耐久性優于石灰土基層。氣候條件差的地區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力和增大路面整體的承載能力。在粒料豐富的地區，底基層宜采用與基層相同的半剛性材料，也可以采用穩定細粒土做底基層，在有粉煤灰的地區宜采用二灰土、二灰砂或二灰做底基層，在砂礫豐富的地區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作用，因此需通過結構計算確定。對于水泥混凝土路面，則應考慮施工變異性較大容易出現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構，其與基層和底基層組合成一個整體結構，在考慮面層類型時，要根據氣候條件、交通量大小、累計軸載次數、基層、底基層結構類型、土基類型以及當地的經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的交通量水平，既要滿足技術上的要求，同時盡量節約造價，因此根據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。對于設計年內累計標準軸次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；對于設計年內累計標準軸次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；對于設計年內累計標準軸次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 天津市農村公路瀝青路面典型結構

在天津市調查到的資料表明，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。基層材料大多是石灰穩定土、二灰穩定碎(礫)石或含粒料土，厚度為15～18 cm。根據這些資料，參考各省典型結構，現推薦天津市農村公路瀝青路面典型結構見表5。

表5 瀝青混凝土路面典型結構推薦 cm

2.4 天津市農村公路水泥混凝土路面典型結構

根據現有農村公路結構狀況，結合當地實際，推薦出天津市農村公路水泥混凝土路面典型結構，見表6。

表6 水泥混凝土路面典型結構推薦 cm

續表6

3 結語

本文根據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，確定適合天津地區自然氣候地質條件的、最經濟實用的路面結構形式，以此建立一套天津市的農村公路典型路面結構設計，以指導天津市的農村公路建設。

[1]JTGD50—2006，公路瀝青路面設計規范[S].

[2]JTGD40—2011，公路水泥混凝土路面設計規范[S].