浅析县乡公路实用型沥青路面结构设计

张军江 张广林

【摘要】：本文分析了县乡公路沥青路面结构设计的重要性，提出了县乡公路沥青路面结构设计的原则，详细研究了基层和垫层的设计以及参数确定，并介绍了某实用的环乡公路沥青路面结构的设计方案。

【关键词】：县乡公路，沥青路面，结构设计

1引言

为了提高县乡人民的生活水平，“十一五”以来，我国大力发展和改善县乡公路建设，使得县乡公路建设有了历史性的突破。路面的结构设计一直是我国交通部门十分关心的技术问题，进行路面结构设计必须以地质、环境、气候和材料等为基础，以确保路面能够经久耐用。我国目前的现状是半刚性基层沥青路面在很多地区没有做到合理安排，不管是材料组成还是路面的厚度，在不同的交通量变化很小，反映了我国县乡公路沥青路面结构设计还没有成熟，设计方案存在一定的随意性和一定程度的盲目性。因此，县乡公路实用型沥青路面设计的研究是我国交通部门亟需解决的问题。

2县乡公路沥青路面结构设计的原则

1）适应行车载荷作用的要求

路面上的行车载荷包括垂直应力和水平应力。在垂直应力的作用下，内部产生的应力和应变随深度向下递减；在水平应力作用下，内部的应力和应变随深度递减的速率更快。因此，路面具有足够的抗变形能力和强度下，其下各层的轻度和抗变形能力应自上而下递减，以使得各结构层的材料能够发挥最大的效能。

沥青路面相邻结构材料的模量比对路面结构的应力分布有显著影响，在选定结构层材料和确定结构层层数时必须重点考虑。根据经验，基层与面层的模量比应不小于0.3，土基与基层或底基层的模量比一般为0.08~0.40。

2）在各种自然因素作用下有较好的稳定性

由于沥青层不透气，路基和基层的水分蒸发的通路被隔断而向基层积聚。因此，沥青路面的基层应选择水稳性好的材料。在季节性冰冻地区，当冻深较大、路基土为易冻胀土时，常会产生冻胀和翻浆，在这种路段上，路面结构中应设置防止冻胀和翻浆的垫层

在冰冻地区和气候干燥地区，无机结合料稳定土或粒料的基层产生的收缩裂缝是半刚性基层沥青路面的质量通病之一。为此，可以在其间加设一层粒料或优质沥青稳定材料层，或者适当加厚面层。

3）考虑结构层的特点

影响结构层构成的因素，除了材料选择、施工工艺之外，路面结构组合也十分重要。如沥青面层不能直接铺筑在铺砌片石基层上，而应在其间加设碎石过渡层，否则铺砌片石不平稳或片石松动都会直接导致面层出现问题，造成面层不平甚至沉陷开裂。

为了保证路面结构的整体性和结构层之间应力传递的连续性，应采取措施使结构层之间结合紧密稳定。为此，在进行路面结构设计时，要充分考虑面层是否密实、耐久、抗滑，基层是否坚实，土层是否稳定等因素，贯彻因地制宜、合理选材、方便施工和利于养护的原则。

3基层设计和参数

3.1基层的作用

沥青混凝土面层下设置基层的主要作用有以下几个方面：

1）承受行车载荷的作用，作为道路的主要承重层；

2）增加道路整体强度和面层的疲劳抗力，防止或减轻面层裂缝的出现；

3）缓解土基不均匀冻胀或不均匀体积变形对面层的不利影响；

4）为面层施工机械提供稳定的行驶面和工作面。

因此，基层应符合以下要求：

1）具有足够的强度和稳定性，在冰冻地区还应具有一定的抗冻性；

2）半刚性基层应具有较小的收缩变形和较强的抗冲刷能力；

3）表面平整、密实，拱度与面层一致，高程符合要求。

3.2对材料的技术要求

1）无机结合料

普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥中应选用终凝时间较长的水泥；石灰质量应符合GB1594规定的Ⅲ级以上消石灰或生石灰的技术指标；粉煤灰中SiO2、Al2O3和Fe2O3的总含量应大于70%，烧失量不应大于20%。

2）集料

对于县乡公路，各类基层的集料压碎值应符合下表规定：

4垫层设计和参数

4.1垫层的作用

1）排除路面、路基中滞留的自由水，确保路面结构处于干燥或中湿状态；

2）改善土基的湿度和温度状况，以保证面层和基层的强度稳定性和抗冻胀能力；

3）扩散由基层传来的荷载应力，以减少土基所产生的变形。

4.2垫层材料、宽度和最小厚度

垫层材料可选用粗砂、砂砾、碎石、矿渣等粒料，以及水泥或石灰煤渣稳定粗粒土、石灰粉煤灰稳定粗粒土等。为防止软弱路基污染粒料底基层、垫层，或为隔断地下水的影响，可以在路基顶面设土工合成材料隔离层。

垫层应与路基同宽，其最小厚度为15cm。

4.3防冻垫层

1）道路冻深按下式计算：

式中，hd表示道路冻深；a表示路面结构层的材料热物理特性系数；b表示路基填、挖系数；c表示路基潮湿类型系数；f表示当地最近10年冻结指数平均值，即冬季负温度的累计值（度·日）。

2）防冻厚度计算

防冻厚度与路基潮湿类型、路基土类、道路冻深以及路面结构材料的热物理特性有关，若结构层总厚度小于防冻厚度时，应增加防冻垫层厚度使其满足最小防冻厚度的要求。最小防冻层厚度如下表所示：

5设计实例

某环乡公路为起自104国道客运中心，终点为合新村，全长4.28公里，设计标准为山岭重丘三级（加宽）公路标准，路基宽度18米，沥青砼路面宽15米，路肩宽2×1.5米，桥涵与路基同宽，设计荷载为汽车—20级，挂车—100。

设计时，考虑到跟周边景观相适宜，行车舒适性，要求不破除原路面，在旧水泥混凝土路面上整体铺筑沥青。旧水泥混凝土路面局部破损，局部缝隙较大，因此，设计结构为：土工格栅+沥青粘层+10cm大粒径沥青混凝土。本工程2008年建成通车，运行3年，路面平整，整体性好，行车舒适，成为观光大道，可以作为县乡公路的典型案例参考。

参考文献

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[2] 汪辉 万张保. 县乡公路沥青路面施工质量控制[J]. 工程与建设,2007,2

[3] 刘晓佳 何兆益 孔祥臣. 西部地区县乡公路沥青路面结构设计参数研究[J]. 重庆交通学院学报, 2005,24(3)

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。