城市砌塊路面設(shè)計分析

王星茹

(太原高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)擴(kuò)區(qū)開發(fā)管理辦公室，山西 太原 030006)

0 引言

城市砌塊路面設(shè)計根據(jù)預(yù)測與分析的交通量，比選材料，確定相關(guān)設(shè)計參數(shù)，完成路面結(jié)構(gòu)組合與厚度計算并進(jìn)行路面排水系統(tǒng)設(shè)計。

砌塊路面鋪筑要達(dá)到結(jié)構(gòu)穩(wěn)固、平整，灌縫飽滿、縫線直順，無翹動，防滑，不積水。

水泥混凝土預(yù)制砌塊、石材、地面磚、裝飾建筑磚和瀝青砌塊、木砌塊、橡膠砌塊為砌塊路面常用鋪裝材料。天然石材和混凝土預(yù)制砌塊多用于城市道路路面鋪裝。

城市砌塊道路鋪裝采用的天然石材包括塊石、條石、拳石或小方石等規(guī)則板材和拼裝板材;鋪裝采用的混凝土預(yù)制砌塊包括普通型混凝土和連鎖型混凝土。

1 砌塊路面材料技術(shù)要求

混凝土預(yù)制砌塊和天然石材常見于城市砌塊路面鋪裝。

C40 水泥混凝土的抗壓強(qiáng)度和C45 水泥混凝土的抗折強(qiáng)度用于確定普通型混凝土砌塊鋪裝支路、廣場、停車場時的力學(xué)性能;C30 水泥混凝土的抗壓強(qiáng)度和C40 水泥混凝土的抗折強(qiáng)度用于確定普通型混凝土砌塊鋪裝人行道、步行街時的力學(xué)性能;連鎖型混凝土砌塊鋪裝車行系統(tǒng)和人行系統(tǒng)時，由于砌塊平面尺寸較小，力學(xué)性能只參照采用C50 和C40 水泥混凝土的抗壓強(qiáng)度確定。

花崗巖、大理石、安山巖、砂巖為路面鋪裝時常用的石料材質(zhì)，其中結(jié)構(gòu)細(xì)密、質(zhì)地堅硬、同時具有耐腐蝕、吸水性小、抗壓強(qiáng)度高的花崗巖在城市道路鋪裝中普遍采用，故規(guī)范條文按照花崗巖石材的飽和抗壓強(qiáng)度和飽和抗折強(qiáng)度計算石材力學(xué)性能，飽和極限抗壓強(qiáng)度取值不應(yīng)小于120 MPa，飽和抗折強(qiáng)度不應(yīng)小于9 MPa。其他石材根據(jù)性能另行確定計算。普通型混凝土砌塊的強(qiáng)度見表1，連鎖型混凝土砌塊的強(qiáng)度見表2。

表1 普通型混凝土砌塊的強(qiáng)度 MPa

表2 連鎖型混凝土砌塊的強(qiáng)度 MPa

2 砌塊路面結(jié)構(gòu)組合

砌塊路面結(jié)構(gòu)組合包括面層、基層和墊層。

砌塊路面目前參照瀝青混凝土路面或水泥混凝土路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計理論進(jìn)行計算，計算過程中將砌塊、接縫材料和整平層材料共同定義為面層。

砌塊路面結(jié)構(gòu)基層采用剛性、半剛性或柔性材料。墊層采用砂、砂礫等排水良好的顆粒材料。

車行道、停車場、廣場宜用連鎖型混凝土砌塊鋪裝，鋪裝時采用寬度最小不小于80 mm，最大不大于120 mm，長寬比為1.5～2.3 的四面嵌鎖和兩面嵌鎖的長條形狀。連鎖型混凝土砌塊最小厚度見表3。

表3 連鎖型混凝土砌塊最小厚度 mm

普通型混凝土砌塊或石材砌塊宜用于鋪裝人行道和步行街。結(jié)合人行道寬度可采用300 mm×300 mm，400 mm×400 mm 的正方形或300 mm×500 mm，300 mm×600 mm 的長方形普通型混凝土砌塊進(jìn)行鋪裝。砌塊厚度隨平面尺寸的增加相應(yīng)增加。石材由于加工方式不同，可分為機(jī)刨、剁斧、錘擊、火燒等形式。用于城市道路鋪裝的石材受加工成型條件限制，一般采用正方形或長方形的平面形狀，尺寸應(yīng)用范圍可從80 mm～100 mm，100 mm～200 mm 的正方形拳石、小塊石，至大尺寸的塊石，板材，特殊鋪裝條件要求下尺寸長度可大至1.5 m。普通型混凝土砌塊一般最小厚度見表4，石材砌塊適用性及最小厚度見表5。

表4 普通型混凝土砌塊一般最小厚度 mm

表5 石材砌塊適用性及最小厚度 mm

砌塊面層與基層之間設(shè)置整平層，整平層用來調(diào)平基層的頂面，確保面層鋪筑的平整。整平層采用中粗砂，厚度為30 mm～50 mm，整平層可適量變形促進(jìn)塊體之間的嵌擠。砌塊之間存在接縫，如果接縫太寬則縫中填料過多，不利于塊體的相互作用，進(jìn)而影響砌塊整體強(qiáng)度。為避免砌塊路面整體性能受接縫寬度的影響宜采用水泥砂灌實普通型混凝土砌塊接縫，粗砂灌實連鎖型混凝土砌塊接縫。普通型混凝土砌塊及連鎖型混凝土砌塊路面，砌塊接縫寬度應(yīng)不大于5 mm。石材砌塊路面宜采用水泥砂灌實，當(dāng)有防水要求時水泥砂灌實縫下部，防水材料灌滿上部。石材砌塊接縫寬度應(yīng)不大于5 mm，當(dāng)接縫寬度小于2 mm 時，可不進(jìn)行灌縫處理。砌塊路面面層進(jìn)行勾縫時，填縫材料采用瀝青、橡膠類材料并設(shè)置脹縫，脹縫間距宜為20 m～50 m。

3 砌塊路面設(shè)計方法

彈性層狀理論、有限元方法和板的破裂理論可作為砌塊路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的分析方法。目前在設(shè)計過程中采用廣泛彈性層狀理論，實際將砌塊層間的荷載擴(kuò)散能力有所擴(kuò)大，但將砌塊層和砂墊層等效為一個各向同性的均勻體材料仍是許多設(shè)計方法的理論基礎(chǔ)。

瀝青路面設(shè)計方法通過修正可得到彈性層狀理論的砌塊路面設(shè)計方法。方法一是等效層方法，將砌塊層用2.1 倍～2.9 倍塊體厚度的碎礫石代替，或是將砌塊等效層采用密級配瀝青混凝土層代替，厚度為1.1 倍～1.5 倍砌塊體厚度;方法二是取砌塊層的相對強(qiáng)度系數(shù)為1.02～1.08;方法三是沿用瀝青路面設(shè)計方法通過以彈性層狀體系理論為基礎(chǔ)進(jìn)行計算，將砌塊層和砂墊層采用16 cm 厚度的瀝青混凝土代替。砌塊路面設(shè)計方法要求簡單易行，結(jié)合使用經(jīng)驗、綜合國內(nèi)外對砌塊路面的研究成果，采用等效厚度設(shè)計法及經(jīng)過實際工程檢驗的典型結(jié)構(gòu)法符合實際工程使用要求。

采用設(shè)計彎沉值作為路面整體強(qiáng)度的設(shè)計指標(biāo)，并核算半剛性基層和柔性基層砌塊路面基層底的彎拉應(yīng)力。通過對反復(fù)荷載作用下疲勞應(yīng)力，靜止荷載作用下容許應(yīng)力計算，確定瀝青混凝土層厚度后，將砌塊路面厚度采用等效厚度法進(jìn)行換算:

其中，hs為砌塊路面砌塊體厚度，mm;h1為瀝青混凝土層計算厚度，mm;a 為換算系數(shù)，取值范圍0.7～0.9，道路交通量大、等級高、砌塊面積尺寸較大時可取0.9，砌塊塊體抗壓強(qiáng)度較高、砌塊塊體面積尺寸較小時取0.7。

計算水泥混凝土基層的砌塊路面，可通過水泥混凝土路面設(shè)計方法確定混凝土板厚度后，采用下式按等效厚度方法進(jìn)行砌塊路面厚度換算:

其中，hs為砌塊路面砌塊體厚度，mm;hh為水泥混凝土板計算厚度，mm;b 為換算系數(shù)，取值范圍0.50～0.65，砌塊嵌鎖條件好，荷載擴(kuò)散能力較強(qiáng)，砌塊面積尺寸較小時可取0.50，采用的砌塊面積尺寸較大時取0.65。

4 砌塊路面典型結(jié)構(gòu)

通過彈性層狀理論進(jìn)行等效厚度換算，參照太原市常用砌塊路面結(jié)構(gòu)厚度和使用經(jīng)驗，制定典型砌塊路面結(jié)構(gòu)(如表6，表7所示)。

表6 人行道砌塊路面結(jié)構(gòu) cm

表7 車行道砌塊路面結(jié)構(gòu)

按照車行道和人行道的不同使用要求進(jìn)行典型砌塊路面結(jié)構(gòu)設(shè)計。人群荷載按照5 kPa 或1.5 kN 的豎向集中力作用在一塊砌塊上，分別取其結(jié)果不利者作為人行道荷載計算結(jié)果;車行道荷載取值按標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ—100 控制;機(jī)動車停車場按照行車道和停車泊位分別進(jìn)行設(shè)計，同時適宜將綠植與透水設(shè)計應(yīng)用于泊位區(qū)和自行車停車場;自行車停車場荷載取值按人群荷載進(jìn)行計算。