對(duì)市政道路建設(shè)中路面設(shè)計(jì)分析

【摘 要】鑒于現(xiàn)階段市政道路建設(shè)技術(shù)及使用壽命方面存在的問題，結(jié)合作者多年市政道路設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)， 簡(jiǎn)要分析了市政路面設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的因素及處理方法。

【關(guān)鍵詞】城市道路；路面結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)方法；厚度計(jì)算

市政道路建設(shè)在現(xiàn)代化城市發(fā)展中具有非常重要的地位，其設(shè)計(jì)工作、施工質(zhì)量都對(duì)社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益都起到了決定性的作用。90年代國(guó)內(nèi)開展了復(fù)合式路面、改性瀝青路面的研究應(yīng)用研究。近幾年，隨著高等級(jí)公路的不斷發(fā)展，長(zhǎng)壽命路面的研究探索開始起步。由于城市道路的設(shè)計(jì)的周期過短、管理水平落后、規(guī)范修編工作緩慢等原因， 沒能充分利用研究成果，使路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)盲目性、隨意性較大。造成路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的“一貫不變制”、“盲目套用”等問題。同時(shí)，施工技術(shù)缺少創(chuàng)新，養(yǎng)護(hù)維修管理系統(tǒng)不健全，使得城市道路建設(shè)質(zhì)量水平提高較慢。有關(guān)問題值得反思。

1. 結(jié)構(gòu)層材料及組合設(shè)計(jì)

1.1 結(jié)構(gòu)層材料

結(jié)構(gòu)層材料的選擇設(shè)計(jì)應(yīng)堅(jiān)持因地制宜， 要充分利用當(dāng)?shù)刭Y源的原則。比較常用的有三種，即貫入式面層、瀝青碎石面層和瀝青混凝土面層，鑒于目前交通量的不斷增大和超載現(xiàn)象的明顯增多，傳統(tǒng)的連續(xù)級(jí)配瀝青混凝土面層已不適應(yīng)發(fā)展的需要，一些新的表面層瀝青混合料得到普遍推廣應(yīng)用。例如，多孔隙瀝青混凝土、開級(jí)配磨耗層及間斷級(jí)配瀝青瑪碲脂混合料SMA。現(xiàn)已廣泛應(yīng)用的改性瀝青中，熱塑性橡膠類代表品種SBS、橡膠類代表品SBR及適用于重交通的瀝青瑪碲脂混合料 SMA 在北京市鋪筑的試驗(yàn)路，經(jīng)長(zhǎng)期觀測(cè)均取得較好的成績(jī)。早期的瀝青路面（柔性路面）直接采用級(jí)配碎石、礫石做基層，用粒料或粒料土做底基層。在20世紀(jì)60年代開始使用石灰土、水泥穩(wěn)定材料及碎石灰土，水泥穩(wěn)定材料基層僅限于水泥資源豐富的地區(qū)或無粉煤灰地區(qū)。從上世紀(jì)80年代開始了二灰土、二灰碎石及二灰礫石等工業(yè)廢渣的研究、推廣應(yīng)用。半剛性路面的產(chǎn)生是這一時(shí)期路面基層材料發(fā)展的必然結(jié)果。西安市充分利用當(dāng)?shù)刭Y源—灞橋電廠廢渣粉煤灰，絕大多數(shù)基層材料均采用二灰碎石，質(zhì)量配合比由原來的1∶4∶5變?yōu)樽畛Ｓ玫?∶28∶65。為適應(yīng)重交通的發(fā)展，對(duì)二灰碎石質(zhì)量配比5∶15∶80和8∶17∶75及二灰砂礫7∶13∶80基層材料在城市道路上進(jìn)行測(cè)試研究，在增大含石量，提高基層抗彎拉強(qiáng)度的同時(shí)，保證填充料、結(jié)合料的合理比例。

1.2 結(jié)構(gòu)層組合

瀝青路面面層目前大多為2層或3層，分為上面層、中面層及下面層。研究表明：表面層是最重要的層次，溫縮裂縫大多從表面開始，中下層對(duì)路面的疲勞性能、水穩(wěn)性、抗裂性能至關(guān)重要，所以中下層結(jié)構(gòu)層選擇必須與表面層相匹配。石油瀝青價(jià)格不斷上漲，瀝青路面的綜合造價(jià)的增大不能不引起重視。西安市在瀝青混凝土中摻入德蘭尼特、博尼維纖維，使用結(jié)果表明瀝青混合料造價(jià)增大約1倍，每厘米厚度增加4～6元/m2。但提高強(qiáng)度和延長(zhǎng)使用年限的效果尚無明確的評(píng)價(jià)。路面結(jié)構(gòu)層材料及參數(shù)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)二者密不可分。既要結(jié)構(gòu)組合趨于合理， 又要考慮筑路材料的價(jià)格變動(dòng)影響。

水泥混凝土面板由原來的單層發(fā)展為2層甚至3層復(fù)合式。隨著重交通的增大，路面結(jié)構(gòu)層組合要求更高，要充分發(fā)揮各層材料的優(yōu)勢(shì)， 取長(zhǎng)補(bǔ)短， 剛?cè)峁矟?jì)，新型復(fù)合式路面的研究應(yīng)用充分滿足了這一要求。我國(guó)曾經(jīng)在“八五”期間的交通部科技項(xiàng)目《碾壓混凝土與瀝青混凝土復(fù)合式路面修筑技術(shù)研究》中，對(duì)RCC+AC新型復(fù)合路面進(jìn)行了大量研究，隨后開始廣泛推廣使用。結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)要考慮當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)狀況，例如，西安市屬濕陷性黃土地區(qū)，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)組合要充分考慮黃土濕陷性的因素， 故對(duì)石灰土基層技術(shù)進(jìn)行了大量研究。

2. 結(jié)構(gòu)厚度設(shè)計(jì)

2.1結(jié)構(gòu)荷載應(yīng)力分析

路面結(jié)構(gòu)厚度設(shè)計(jì)的主要依據(jù)就是荷載應(yīng)力分析。模型的建立和應(yīng)力（荷載應(yīng)力、溫度應(yīng)力）計(jì)算結(jié)果，直接決定著厚度的設(shè)計(jì)。國(guó)內(nèi)應(yīng)力計(jì)算分析大多采用三維空間等有限元方法、彈性層狀體系理論及彈性地基板理論等。為方便工程設(shè)計(jì)，根據(jù)多年來設(shè)計(jì)理論方法的研究成果及積累的大量經(jīng)驗(yàn)，計(jì)算結(jié)果大多編制成諾謨圖，可直接查圖取得工程需要的精度數(shù)值。荷載應(yīng)力分析借用計(jì)算軟件則更為方便、精確。

2.2厚度計(jì)算

路面結(jié)構(gòu)厚度計(jì)算是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最重要的內(nèi)容。結(jié)構(gòu)厚度直接決定著路面的使用壽命和造價(jià)。目前，道路設(shè)計(jì)普遍存在著只重視設(shè)計(jì)制圖量，而輕視結(jié)構(gòu)計(jì)算的問題，有的甚至以圖紙數(shù)量衡量工程的大小、難易程度。造成工程設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)厚度過分偏厚或偏薄，存在一定的盲目性、隨意性，使工程資金浪費(fèi)。計(jì)算中最主要的參數(shù)是交通量大小，由于交通量統(tǒng)計(jì)及預(yù)測(cè)一直是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，同時(shí)有些城市道路類別區(qū)分不明確，選取交通量參數(shù)比較困難。城市道路結(jié)構(gòu)厚度計(jì)算，在借鑒公路厚度計(jì)算方法及結(jié)果的同時(shí)，要充分考慮自身的交通特點(diǎn)。

新型路面的結(jié)構(gòu)厚度計(jì)算，如半剛性路面、瀝青瑪碲脂SMA路面、AC+RCC復(fù)合式路面等，其厚度計(jì)算方法尚在不斷探討中。不但要考慮荷載應(yīng)力作用，還要綜合考慮結(jié)構(gòu)組合及結(jié)構(gòu)層材料的特性。例如，半剛性路面反射裂縫形成的原因一直認(rèn)為是國(guó)產(chǎn)瀝青質(zhì)量不高（含蠟量較大）。國(guó)外對(duì)半剛性路面裂縫的研究認(rèn)為，基層在鋪筑之前或之后，必然產(chǎn)生裂縫并引起反射裂縫是其固有特性。所以在設(shè)計(jì)中則經(jīng)常采用加厚瀝青面層的措施來減輕反射裂縫。AC+RCC復(fù)合式路面用于城市道路，建議采用理論計(jì)算結(jié)合經(jīng)驗(yàn)確定典型路面結(jié)構(gòu)厚度的方法，通常城市快速路、主干路設(shè)計(jì)中RCC層取20cm，AC層取4cm為宜， 而氣溫高、熱季長(zhǎng)、雨水較多的南方城市，可采用空隙率較大的Ⅱ型細(xì)粒式瀝青混凝土，厚度為2～3cm較適宜。據(jù)有關(guān)研究，APA長(zhǎng)壽命路面結(jié)構(gòu)改性瀝青混凝土面層4cm，應(yīng)力吸收層2cm，水泥混凝土面層28cm，防水聯(lián)接層1.5cm，二灰碎石基層18cm，灰土或固化劑處理路床20cm，總厚53.5cm。路面使用壽命可達(dá)50年。

3. 試驗(yàn)路鋪筑及養(yǎng)護(hù)維修

路面新材料及新型路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理與否，厚度是否適當(dāng)， 需要通過鋪筑試驗(yàn)路來觀察分析、評(píng)價(jià)。目前城市道路鋪筑試驗(yàn)路數(shù)量十分有限， 實(shí)地調(diào)查研究很少， 但公路建設(shè)方面較為完善、系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)值得借鑒。利用已有的經(jīng)驗(yàn)成果， 要特別注意結(jié)合自身的特點(diǎn)。城市道路要求所采用的路面結(jié)構(gòu)， 能夠盡快開放交通， 縮短中斷交通的時(shí)間；行車要舒適， 路面排水流暢；特別是粗糙度、平整度等表面功能要容易恢復(fù)，即維修養(yǎng)護(hù)方便。此外， 要求路面產(chǎn)生的噪聲小、吸塵性能好， 有利于凈化城市環(huán)境。路面的精心施工、合理的養(yǎng)護(hù)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量必不可少的保證。目前我國(guó)城市道路養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)仍需進(jìn)一步健全。從系統(tǒng)管理角度講， 路面工程的管理系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱PMS）是一個(gè)動(dòng)態(tài)反饋系統(tǒng)， 應(yīng)將施工、養(yǎng)護(hù)維修中的有關(guān)路面各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)變化狀況及其評(píng)價(jià)、評(píng)估結(jié)果， 經(jīng)過篩選反饋到設(shè)計(jì)工作中， 從而使路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建立在大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上。要不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)， 從使用性能、經(jīng)濟(jì)效益及方便施工等角度綜合評(píng)價(jià)分析， 以選擇最佳路面結(jié)構(gòu)。

4. 結(jié)論

1）路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求結(jié)構(gòu)組合合理， 厚度合適，施工方便， 經(jīng)濟(jì)效益明顯；2）城市道路設(shè)計(jì)有其獨(dú)有的特點(diǎn)， 要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在借鑒公路方面成功經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)， 不能照搬照抄。高黏度改性瀝青和間斷級(jí)配、開級(jí)配的集料及長(zhǎng)壽命路面的功能層、厚度值得研究；3）設(shè)計(jì)工作直接決定著工程建設(shè)的質(zhì)量、投資的控制， 不斷提高設(shè)計(jì)水平， 對(duì)于工程建設(shè)具有重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。