天津市农村公路路面典型结构研究

2012-07-25刘伟杰

天津建设科技 2012年4期

□文 /刘伟杰

农村公路一般是指通乡(镇)、通行政村的公路，包括县道、乡道和村道。农村公路是公路网的重要组成部分，是干线公路交通量的主要来源，也是农村最重要的基础设施之一。本文所研究的典型结构是特指乡道和村道，不包括县道。

在调查研究的基础上，建立路面典型结构，就是根据成功运用的路面结构，确定出成套的路面结构类型作为设计时所参照的模式，在设计时直接进行选用。有了路面典型结构，既可以省去繁琐的结构计算过程，又能够设计出合理的路面结构。因而，典型结构作为一种设计方法，它更加直观、简便，更有实用性。

预计“十二·五”期间，天津市农村公路网新改建农村公路5000 km，其中，新建1000 km，改造4000 km。因此如何保证这些农村公路建设质量，用最少的资金建最好的农村公路是值得研究的课题。

1 国内农村公路路面典型结构研究状况

我国对路面典型结构的研究起步较晚，只有10 a左右的时间。迄今为止，不管是已经完成的还是正在进行的路面典型结构研究，都以现行规范为理论验证的主要依据并根据本地区的交通状况、自然条件、材料来源和使用情况提出适合本地区的农村公路路面典型结构。

现将部分地区农村公路典型结构研究情况汇总见表1。

表1 各地区典型结构研究情况汇总 cm

续表1

由表1可知，大多数农村公路采用的面层材料是沥青碎石、沥青混凝土或水泥混凝土面层；基层采用的也不外乎常用水泥稳定土(砂砾)、石灰稳定土(碎石土)、水泥石灰稳定土、水泥稳定碎石、级配碎石、天然砂砾等，厚为15～30 cm；底基层厚为16～36 cm，采用二灰土和石灰土等材料，这些材料和厚度在研究天津市农村公路典型结构时可以参考。

2 天津市农村公路路面典型结构

2.1 天津市交通量等级及土基划分

交通量等级的划分就是按路面设计使用期间累计当量轴次，将交通量分成几个等级。交通等级划分是以不同的交通等级对基层或底基层厚度产生大致相同的效应为依据的。根据设计和施工经验，相邻交通等级基层和底基层分别产生4～5 cm和5～6 cm的影响为宜。

土基等级的划分应以土基模量对沥青路面设计厚度的影响为主要依据。在制定典型结构时，应根据设计与施工经验，每一个土基等级对基层和底基层厚度大致产生3～4 cm和4～6 cm的影响为宜。

在综合考虑地理、资源、经济、交通量、路基干湿类型等因素的基础上，根据试验结果，将天津市公路交通等级分为3个等级、土基强度等级分为3级，见表2和表3。

表2 交通等级划分结果

表3 土基等级强度划分

2.2 各结构层组合设计

1）基层选择。经过资料收集，结合近年来有关天津市公路建设文献，按照各个地区的土质情况确定其基层类型，按照其经济适用性和常用的路面结构组合类型，来分析确定面层类型，使得路面结构组合更能够服务一定经济情况下的交通量。基层材料有水泥稳定碎(砾)石、二灰碎(砾)石、二灰冷再生、二灰稳定土、石灰土、级配碎(砾)石等，其对应的抗压回弹模量取值见表4。

表4 基层材料抗压回弹模量推荐值 MPa

半刚性基层是目前我国各种等级公路路面基层的主要种类，半刚性基层强度和刚度大，承载能力高，相对于粒料基层的造价也较高，建议在累计标准轴次≥50万次的低交通量道路或者交通量虽不大但超重车辆较多的道路中作基层，半刚性基层材料包括水泥 (二灰)稳定碎石、水泥(二灰)稳定砂砾、水泥(石灰)稳定砂砾土、水泥(二灰)冷再生、水泥(石灰)稳定土、二灰稳定土和石灰土等。从强度和水稳定性、抗裂性等路用性能而言，各材料依次降低，因此等级较高、交通量较大的公路，可采用水泥(二灰)稳定碎石、水泥(二灰)稳定砂砾作基层；交通量稍小的可采用水泥(石灰)稳定砂砾土、水泥(二灰)冷再生类。至于水泥(石灰)稳定土、二灰稳定土和石灰土等则主要用于砂石料缺乏地区低交通量道路基层或底基层。

由于半刚性基层是路面的主要承重层，坚实、稳定和可靠是其发挥作用，也是路面总体结构成败的关键。鉴于实际调查中发现的由于半刚性基层设计和施工原因导致的路面破坏现象较突出，综合理论分析与试验研究，建议农村公路半刚性基层(底基层)最小厚度为15～18 cm。

2）底基层选择。设置底基层的目的在于分担承重作用，以减薄基层厚度并充分利用地方材料。选择用作底基层、垫层以及轻交通道路基层的材料应尽量做到就地取材。可选择的材料有水泥土、石灰粉煤灰土、石灰土、级配碎(砾)石、填隙碎石、天然砂砾以及工业废渣材料等。调查结果显示，水泥石灰土与石灰粉煤灰土基层的水稳性和耐久性优于石灰土基层。气候条件差的地区宜选择透水性材料作垫层，如碎石、砂砾等并要求垫层横贯到路基边坡作为排水通道。作为半刚性基层的底基层宜采用半刚性材料，以减少基层底面的拉应力和增大路面整体的承载能力。在粒料丰富的地区，底基层宜采用与基层相同的半刚性材料，也可以采用稳定细粒土做底基层，在有粉煤灰的地区宜采用二灰土、二灰砂或二灰做底基层，在砂砾丰富的地区也可以采用砂砾底基层。

由于底基层材料性能不太好，不能过多替代基层，因而一般不宜过厚。底基层厚度一般随土基等级而改变。对于沥青路面，因其要起到荷载分担作用，因此需通过结构计算确定。对于水泥混凝土路面，则应考虑施工变异性较大容易出现不同程度的路面早期破坏，底基层厚度推荐采用15～20 cm。气候条件差、交通等级较高时取高值，气候条件较好、交通等级较低时可取低值。为便于施工碾压，一般要求底基层厚度＞15 cm。

3）面层与基层组合选择。面层是公路直接交通行车的结构，其与基层和底基层组合成一个整体结构，在考虑面层类型时，要根据气候条件、交通量大小、累计轴载次数、基层、底基层结构类型、土基类型以及当地的经济适用条件来综合确定。

低交通量道路沥青面层类型及厚度的选择要充分考虑低交通量道路所承担的交通量水平，既要满足技术上的要求，同时尽量节约造价，因此根据交通量道路等级和功能量因地制宜选择适宜的面层材料和厚度，对于在投资有限情况下获得高性能的路面非常重要。对于设计年内累计标准轴次10～100万次的道路，建议采用4.0～5.0 cm沥青混凝土或热拌沥青碎石；对于设计年内累计标准轴次100～200万次的道路，建议采用3.0 cm沥青碎石(或4.0 cm沥青灌入式)+2.5 cm沥青混凝土或采用6.0 cm沥青混凝土面层；对于设计年内累计标准轴次200～400万次的道路，建议采用3 cm+5 cm两层沥青混凝土面层。