作者：郭南華 單位：福建省建筑職業技術學院

目前在高等級公路水泥混凝土設計方面已經建立起了一套完整的設計理論,但這些理論主要是用來解決路面厚度和設計計算的問題,對結構組合和材料選擇及組成等方面僅作了指導性的規定。而農村公路在結構組合和材料的選擇及組成方面存在諸多問題,有必要進行深入研究。

一、路基路面設計的基本原則

設計出一條既具有經濟性又具有較長使用壽命的水泥混凝土路基路面,必須要遵循以下幾條原則:1•在農村水泥混凝土路面的設計過程中要遵循盡力而為、量力而行、注重實效、確保質量、因地制宜、就地取材、保護生態、改善環境的原則。2•農村公路水泥混凝土路面的設計,要考慮未來交通及經濟的遠景發展需要,要適應于未來交通發展及路網規劃。3•在農村公路水泥混凝土路面的設計中,應該充分考慮由于施工水平差異,而引起的材料和結構參數的變異性對設計結果的影響,正確合理地選取變異水平等級。4•要強化路面結構組合和材料組成要求,找出符合當地實際情況的路面組合和材料組成。

二、設計前的準備

設計一條經濟性和使用壽命都較好的農村水泥路面必須做好以下幾個方面的準備工作:

(一)設計軸重和交通量的確定我國現行的交通量調查是以直接記錄不同車型車輛的通行次數,然后將其換算成標準的軸載,但軸載在25kn以下的由于其對路面的破壞較小通常被忽略。農村公路的交通量和高等級公路的交通量有所不同,農村公路中非機動車較多,低噸位、小軸載的車輛較多,勢必會造成農村公路交通量偏少,同時也不符合農村公路交通量的實際情況,因此,建立在農村公路的交通量統計中采用較低的忽略軸載噸位。

(二)確定各結構層的力學參數為了設計出既具有經濟性又具有較高使用壽命的水泥混凝土路面,路基設計參數的確定不應該僅僅根據現行《公路水泥混凝土路面設計規范》,而應以《公路水泥混凝土路面設計規范》為基礎,結合有關室內試驗及材料來源,經過論證確定農村水泥混凝土路面材料的回彈模量值等設計參數。

三、路基設計要點

(一)路基設計的基本要求路基應根據公路等級和當地自然條件(包括地質、水文、材料情況等),并結合施工方案進行設計,既應有足夠的強度和穩定性,又要經濟合理。路基填筑宜采用水穩定性好的材料,嚴格控制路基壓實,滿足強度和穩定性要求。路基強度、穩定性和壓實度達不到要求的路段不得鋪筑瀝青或水泥路面。通過特殊地質、水文條件地帶的路基,應做好調查研究,結合當地實踐經驗進行特別設計。

(二)路基橫斷面三級公路當路面寬度采用6.5m,路基寬度不小于7.5m,當路面寬度采用7.0m,路基寬度不小于8.5m。

(三)路基高度路基高度的設計,應使路肩邊緣高出路基兩側地面積水高度,同時要考慮地下水,毛細水的作用,不致影響路基的強度和穩定性。路基設計標高一般采用路面中心標高。

(四)路基邊坡路基邊坡率:填方段邊坡坡率為1:1.5;當路堤高度大于6m時,路基邊坡采用1:1.75,控方邊坡坡率采用1:1.5;當挖方深度大于6m時,于6m處設置2m寬護坡平臺。

(五)路基壓實路堤基底應清理和壓實,基底強度、穩定性不足時,應進行處理,以保證路基穩定,減少工后沉降。

(六)路基防護路基防護應根據當地水文、地質及筑路材料等情況,采取有效的路基防護措施,防治路基病害,保證路基穩定,提高公路抗災能力。

(七)路基排水各級公路應根據沿線的降水與地質水文等具體情況,設置必要的排水設施,以排除路基、路面范圍內地表水和地下水,保證路基、路面的穩定和行車安全。路基地表水可采用邊溝、截水溝、排水溝、跌水和穩流槽等設施。挖方路段及高度小于邊溝深度的填方路段應設置邊溝。邊溝橫斷面一般采用梯形,梯形邊溝內側邊坡為1:1.0~1:1.5,外側邊坡坡度與挖方邊坡坡度相同,村屯過境段可采用矩形邊溝。一般路段可設置土邊溝,沖刷嚴重的路段應設置硬化邊溝。結合當地實際情況設置綜合排水設施,排水邊溝尺寸和斷面型式應滿足功能要求。推薦采用干砌片(卵)石、漿糊片(卵)石、鋼筋混凝土預制槽(塊),磚砌邊溝等形式,可進行排水溝表面加蓋處理設計。通過較大集鎮路段可以結合小城鎮建設采用窨管暗排型式。

四、路面設計要點

(一)路面設計的基本要求1•公路路面應根據公路等級、交通量及組成、當地材料和自然條件,結合路基進行綜合設計。路面應具有良好的穩定性和足夠的強度,其表面應滿足平整、耐磨、抗滑和排水的要求。2•路面設計標準軸載為雙輪組單軸100kn。

(二)路面結構1•路面結構一般由面層、基層、底基層組成,必要時增設墊層。2•面層類型一般采用水泥混凝土路面結構或瀝青混凝土路面結構,還有水泥混凝土預制塊路面。3•水泥混凝土路面:農村公路的水泥混凝土面層采用碎石混凝土。水泥混凝土路面面層的厚度與面層的類型和強度、交通狀況、環境因素等有關,水泥混凝土面層厚度要求通村公路不小于18cm,一般采用20cm,通鄉公路不小于20cm,一般采用22cm。水泥混凝土路面的強度以28d齡期的彎拉強度控制。農村公路的水泥混凝土彎拉強度標準值不得低于下表的要求。面層水泥一般采用硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥,也可采用礦渣硅酸鹽水泥,型號應為42.5級水泥。水泥混凝土面層板一般采用矩形,其從向和橫向接裂應垂直相交。縱縫兩側的橫縫不得相互錯位,水泥混凝土面層板橫向接縫的間距,路面單幅寬3m~3.5m;路面單幅寬3.5m~4.0m;路面單幅寬4.5m~5.0m。四級路當采用路面寬4.5m時可以采用雙幅設計,每幅寬2.25m,每塊板長2.5m。4•瀝青混凝土路面:單層面層最小厚度不小于4cm。對于雙層結構上面層可采用3cm或4cm瀝青混凝土,下面層可采用5cm或6cm瀝青混凝土,也可以采用5cm或6cm瀝青貫入式。5•路面基層。基層宜采用無機結合料類半剛性基層,舊路地質條件好的路段也可采用粒料類柔性基層。基層的類型以國家基層規范和省農村公路設計指導意見要求為準。基層厚度適宜范圍為15cm~36cm寬度應比面層每側至少寬出30cm。基層宜采用15cm以上水泥穩定砂礫(中砂+碎石)或厚15cm以上石灰粉煤灰穩定碎石或20cm級配碎(礫)石。6•路拱橫坡:雙車道采用雙向橫坡1.5%,單車道采用單向橫坡0.5%~1%,路肩橫坡采用2.5%。設置單向橫坡在超高時要進行反向橫坡的過渡。7•路肩:對于交通量較大項目,路肩應采用硬路肩,可采用風化碎石,泥結碎石或碎石土等,上設風化砂磨耗層。五、結構組合在農村公路水泥混凝土路面中正確地進行結構組合設計,對于延長農村水泥混凝土路面的使用壽命,節約投資有著不可估量的作用。當前農村公路水泥路面結構組合中存在的問題分析。農村公路破壞嚴重的一個重要原因是結構組合不合理,主要表現在以下幾個方面:農村公路的基層類型選擇不當,等級較低。當前農村公路有相當一部分是泥結碎石基層、片石基層等低等級的基層,甚至還有一部分農村公路沒有設置基層。調查結果表明,所有病害嚴重的路段都有直接在這些基層上直接鋪筑水泥混凝土路面的。

六、施工材料的選擇

選擇路面材料是路面設計的一項重要內容。與結構組合相比,混凝土路面的材料選擇同樣十分重要,它影響路面結構的工程造價、技術性能及路面結構的使用性。農村公路水泥混凝土路面材料的選擇中應該充分考慮經濟原則。一般來說水泥混凝土路面材料的選擇可以分為路基材料的選擇和路面材料的選擇。

(一)基層結構材料的選擇由于路基在路面結構中起功能性作用,主要是滿足強度、剛度、穩定性和抗沖刷性要求的前提下,必須考慮到當地的材料來源,遵循就地取材的原則,同時考慮當地的自然氣候與水文地質環境條件對路面結構的影響,選擇來源方便,強度高,水穩定性好,造價經濟的材料。對于農村公路中常用的粒料類基層,粒料的選擇應主要滿足以下幾個方面的要求:1•滿足一定的級配要求,農村水泥混凝土基層的選材的級配要求是要按一定的配合比例填充孔隙,經壓實后形成一種密實的結構層。同時在潮濕多雨地區細集料不能過多,否則容易引起唧泥和板底脫空病害的發生。同時料粒的最大粒徑幫基層時不應超過53mm,幫墊層時不應超過63mm。2•滿足一定的壓碎值要求。對于壓碎值要求在不同的基層類型一般是統一的,在二級公路或二級以下公路中壓碎值的要求一般不能大于40%,在填隙碎石基層中,由于是用單一的粗碎石作為粗集料和用石屑填滿碎石空隙的一種結構,對壓碎值的要求較高,一般不宜大于25%。

(二)路面結構材料的選擇1•水泥的選擇。水泥是農村公路水泥路面的膠結材料,在水泥路面中占有極其重要作用,水泥路面的質量在很大程度上取決于水泥的質量。農村公路水泥路面中可以采和硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥,道路硅酸鹽水泥和礦渣硅酸鹽水泥。水泥的標號不應低于425#。2•粗集料的選擇。粗集料的選擇不僅應該根據當地的資源條件來確定,還應該根據所選的水泥標號確定。這主要表現在壓碎值指標和抗壓強度上,農村公路水泥路面中可以采用III級集料。3•配合比的要求。在農村公路的配合比設計中應該根據當地材料的實際情況,結合經濟性原則,設計出符合三大參數的配合比。若在滿足要求有困難時,可以采取適當的處理措施以滿足要求,或者采用其它的選材措施。兩者相比選擇經濟性較好的方案。如我國有一些地區的特細砂資源較為豐富,如果遵照普通混凝土路面設計方法,由于特細砂表面積較大,需要的水泥用量較大,不僅不經濟而且用特細砂配制的水泥混凝土質量也不好,但只要在設計中注意低用砂量和低流動性的問題,采用適當的措施,如加入減水劑和摻入適量的粉煤灰來減少水泥用量,以達到經濟性和提高質量目的。目前國內對農村水泥混凝土路面的設計和施工研究的還比較少,隨著我國農村公路建設的加快,這一方面的研究必然會加強,這需要我們進一步的努力,來設計出既符合經濟性要求又滿足耐久性和行車要求的農村公路水泥混凝土路面。