淺談砌塊路面設計與破壞分析

彭小東，劉望坤

（中國市政工程西南設計研究總院，四川成都 610081）

0 引言

砌塊路面是建造成本最低、板厚最薄、使用壽命最長、養護最便捷、養護費用最省、最古老、最環保、最美觀的中、高級路面結構形式,是目前已知的最節約資源和能源、減排、減碳、可持續發展的路面結構形式。砌塊路面在我國已有幾千年的歷史，改革開放后，隨著我國水泥混凝土路面和瀝青混凝土路面技術的發展，砌塊路面在我國使用得越來越少；近年來，隨著隨著城市的發展，為了滿足城市景觀要求，砌塊路面又開始越來越多的應用于城市道路的路面。特別是景觀道路。但是目前對此類路面的設計還缺少相關的規范和規定,也無現行的計算方法可遵。本文簡要闡述砌塊路面的設計方法，并以西南地區某砌塊道路為例，分析砌塊路面的破壞原因，探討處理方法。

1 砌塊路面設計方法[1-3]

雖然砌塊道路已應用了幾千年，然而砌塊路面優勢并沒有得到充分的挖掘，其設計理念并沒有完全成熟，砌塊路面尚無公認的設計理論和方法，目前砌塊路面結構的分析方法有彈性層狀理論、有限元方法和板的破裂理論。層狀彈性理論是將砌塊層和砂墊層等效為一個各向同性的均勻體材料，雖然對砌塊層間的荷載擴散能力有所擴大，但仍是設計中通常采用的設計方法。所以《城鎮道路路面設計規范》CJJ169-2012（以下簡稱“規范”）中建議通過修正瀝青路面設計方法進行設計。修正方式有三種：一是采用等效層的方法，以 2.1～2.9倍塊體厚度的碎礫石代替砌塊層，或以1.1～1.5倍砌塊厚度的密級配瀝青混凝土層作為砌塊層的等效層；二是認為砌塊層的相對強度系數為1.02～1.08；三是采用 16 cm厚度的瀝青混凝土代替砌塊層和砂墊層，沿用以層狀彈性體系理論為基礎的瀝青路面設計方法。但是因為砌塊路面的頂層是離散和不連續的，在世界各地進行的試驗表明,砌塊路面對交通的反應方式在某種程度上與傳統意義上的柔性或剛性路面的反應不同。砌塊層間荷載擴散性主要取決于其各個組成部分之間的相互作用，所以在實際應用中，一般利用傳統的經驗設計模型，比如材料類型和不同結構層的層厚根據經驗來選擇。

2 砌塊路面破壞實例分析與對策

2.1 路面現狀

西南地區某道路路面，車行道路面結構采用刨除原有舊路面層后，加鋪30 cm級配碎石+15 cmC15混凝土墊層+5 cm花崗石面磚，花崗石面磚尺寸為長×寬×高=30 cm×15 cm×5 cm。花崗石面磚與C15混凝土墊層之間用水泥砂漿粘結。

道路于2013年投入使用，服務一年后局部路段出現路面面板與水泥砂漿發生松動脫離，路面面板斷裂、路面沉陷等病害（見圖1、圖2），鉆心取樣發現基層基本完整。

圖1 路面破壞現狀

圖2 面層破壞處鉆孔取芯圖

2.2 路面破壞分析

根據現場調查及分析，發現本道路存在以下幾個方面的問題：

（1）路面類型

根據《規范》及相關經驗，發現有如下幾點問題：砌塊路面適用于支路、廣場、停車場、人行道與步行街。這些街道都有一個共同的特點，即機動車流量不大，行車速度較慢。而本道路位于商業中心，是南北方向的交通干道，同時隨著這幾年汽車保有量迅猛增加，導致通過本道路的交通量很大,并且通過現場調查發現，本道路還有大型公交通過。大量交通的重復荷載作用，使得路面破壞。

（2）面磚接縫

本道路采用的是水泥混凝土墊層上鋪設花崗石面磚，面磚與墊層之間采用水泥砂漿粘結。花崗石面磚、水泥砂漿以及混凝土墊層這三者中，由于面磚與水泥混凝土墊層的抗壓強度以及抗剪強度相對水泥砂漿來說都較高，所以在汽車荷載作用下，最具破壞力的是面磚底的拉應力，由于面磚底與混凝土之間存在一層抗拉強度較小的水泥砂漿，故最先破壞的即是水泥砂漿層。同時，由于汽車對路面的沖擊力是隨著車速的增大而增大，路面不平整度的增加而惡化。本道路是一條主干道、車速較快，剎車也很頻繁，面磚接縫的存在不可避免的造成平整度較差，這樣就加大了汽車對路面的沖擊力，容易造成水泥砂漿的脫落、面磚松動。面磚松動后，在汽車荷載、雨水侵蝕、冷熱不均等各種因素的共同作用下發生剝落。

（3）面磚尺寸

現狀5 cm厚花崗巖面磚（長30 cm、寬15 cm、厚5 cm），作為路面直接受力層。根據《規范》，對水泥混凝土基層的砌塊路面，應按水泥混凝土路面設計方法，在確定水泥混凝土板厚度后，應按式（1）計算：

式中：hs——砌塊路面塊體厚度（mm）；

hh——水泥混凝土板厚度（mm）；

b——換算系數可取0.5～0.65，采用的砌塊面積尺寸較小時取低值，采用的砌塊面積尺寸較大時取高值。

如按照混凝土墊層厚度為15 cm計算，則花崗石面磚的厚度應為7.5～9.75 cm。且規范要求石材砌塊的實用性及最小厚度宜符合表1要求。

（4）車行道路面結構

花崗巖面磚+15 cmC15素混凝土+30cm級配碎石+壓實路基。

結構分析：15 cmC15素混凝土作為持力層，相對于路面結構稍顯薄弱，雖然目前C15混凝土墊層還未破壞，但是對于路面的使用壽命有很大的影響；建議混凝土厚度為20 cm，標號等級不小于C30級，28 d抗折強度不小于4.5 MPa，這樣既能保證路基的強度，避免道路面層受到車行荷載的作用發生破壞，又能延長路面的使用壽命。

（5）鋪筑工藝

砌塊路面的鋪筑工藝一般有編織形、人字形、延伸形等（見圖3～圖5），本道路花崗石面磚采用的是延伸型鋪筑，且采用的是未有錯縫的延伸型，有研究表明，三種鋪設方式中，采用人字形鋪設時傳遞到基層的應力最小，而延伸鋪設時傳遞到基層的應力最小。人字形鋪設，塊的安排使塊之間的相互作用更加有效，一個塊的旋轉和位移影響路面上更多的塊。因此，比延伸式鋪設擁有更多的塊分擔載荷。

2.3 對策

根據前面分析，要解決該道路病害，應該從以下幾個方面進行。

（1）更換路面類型，采用瀝青混凝土或者水泥混凝土面層。

（2）更換粘結材料：如采用現狀路面結構類型，建議將普通水泥砂漿更換成環氧樹脂水泥砂漿重新鋪筑花崗石面磚，由于環氧樹脂水泥砂漿具有強度高，粘結力強、抗蠕變性能優越、耐腐蝕以及防水等性能，能有效解決本道路面磚松動脫落問題。

表1 石材砌塊常用尺寸表

圖3 編織形

圖4 人字形

圖5 延伸型

（3）調整路面結構，要想獲得長時間的使用壽命，必須保證足夠的路面結構強度，建議增加水泥混凝土墊層厚度。

（4）更換花崗石面層的尺寸，根據前述分析，結合本項目的實際，建議采用長×寬×厚=10cm×10cm×8 cm或者長×寬×厚=30 cm×30 cm×10 cm的面磚。

（5）調整鋪筑工藝，根據前述分析，建議采用人字形鋪筑工藝。

3 結語

雖然砌塊路面具有建造成本最低、使用壽命最長、景觀效果好等諸多優點，但在使用過程中應根據不同的交通量、使用環境、氣候等各種因素因地制宜，有針對性進行設計與控制，優化面磚鋪筑工藝，并在施工時嚴把質量關，方能達到最佳效果。

[1]CJJ169-2012,城鎮道路路面設計規范[S].

[2]李彥,羅國梁.砌塊路面設計[J].城市道橋與防洪,2006(1):23-25.

[3]蘇衛國,任岐崗.混凝土砌塊路面荷載擴散能力和彎沉影響因素分析[J].中外公路,2012(2):77-80.