山岭重丘区公路路面结构设计

马学勤

（原阳县公路管理局，河南 新乡 453500）

1 引言

河南省境内焦作至新乡二级公路K3+500-K6+500 段，地处山岭重丘区，地势起伏、地形复杂。该路段设计车速为80km/h，设计使用年限12 年。 该路段沿线为松散黏性土与砂土互层，地下水位2.5m，为松散岩类孔隙水，年平均降水量696mm。

2 路面结构设计

本段道路设计为二级公路，依据规范应选择高级路面。 沥青混凝土高级路面具有施工进度快、便于养护、修补和易于分期施工等优点。 水泥混凝土高级路面则具有强度高、经久耐用、稳定性强、平整度和粗糙度好等优点。 但是考虑到本工程要求工期短、易就地取材和便于养护等实际，设计采用沥青混凝土路面。

沥青路面在进行结构设计时， 一般选择基于双圆均布垂直载荷的弹性层状连续体理论，计算简图如图1 所示。

图1 路面荷载计算示意图

以路面回弹弯沉值为指标， 验算沥青混凝土层底拉应力或半刚性材料层底拉应力作为二级公路路面结构设计的依据。本段路面设计的标准轴载为双轮组单轴载100KN。

(1) 当验算沥青层底拉应力时

各级轴载可按下式计算：

式中：N-标准轴载的当量轴次，次/天；ni-各级轴载作用次数，次/天；P-标准轴载，KN；Pi-各级轴载，KN；C1-轴载系数；C2-轮组系数；k-被换算车辆类型数。

(2)当验算半刚性材料层底拉应力时

各级轴载可按下式计算：

根据本工程实际情况和规范中规定的二级公路要求，计算得知该路面在使用年限内单个的车道累计标准轴次500 万次。 因此，设计采用双层式结构的沥青混凝土，表面层为厚度60mm 的细粒式密级配沥青， 下面层为厚度80mm 的中粒式密级配沥青。 基层设计为厚度200mm 的水泥稳定碎石，底基层设计为厚度180mm 的石灰稳定土底。 路面结构如图2 所示。

图2 路面结构示意图

3 设计参数验算

3.1 土基回弹模量设计

本路段路基土为中湿的黏性土， 根据 《规范》(JTG D50-2006)查得路基平均稠度为1.05，进而可得土基回弹模量设计值为41.5MPa。

3.2 抗压模量计算

根据本段工程地质参数及实际施工参数， 查规范得验算设计弯沉时20℃抗压回弹模量和验算面底弯拉应力时15℃抗压模量，如表1 所示。

3.3 设计弯沉值计算

设计弯沉值按下式计算：

式中：ld-设计弯沉值，取0.01mm；Ne-设计年限内一个车道累计当量轴次；Ac-公路等级系数， 二级公路为1.1；As-面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0；Ab-基层类型系数，半刚性基层Ab=1.0。

本路段设计为沥青混凝土面层二级公路， 取Ac=1.1，As=1.0，Ab=1.0，代入公式(3)得：ld=27.4383(0.01mm)。

3.4 容许拉应力计算

沥青混凝土面层、半刚性材料基层、底基层按弯拉应力为设计指标时，材料的容许拉应力σR按下式计算：

式中：σR-材料容许拉应力，MPa；σR-材料极限抗拉强度，MPa；KS-抗拉强度结构系数。

无机结合料稳定细粒土的抗拉强度结构系数， 按下式计算：

本路段底基层材料为石灰稳定土， 其抗拉强度结构系数按(5)式计算为：KS=2.232。

代入式(4)计算得容许拉应力：σR=0.112MPa。

综上所述，路面各设计参数如下表1 所示。

表1 路面结构设计参数

式中：F-弯沉综合修正系数；ls-路面计算弯沉值，0.01mm；p-轮胎接地压强，MPa；δ-轮胎当量圆半径，cm；ac-理论弯沉系数；E0、En-土基回弹模量值，Mpa；E1,E2,En-1-各层材料回弹模量，Mpa；hi-各结构层厚度，cm。

根据表1 中及其它设计参数， 计算得路面实际弯沉值为26.27(0.01mm)，满足设计要求。

3.5 层底拉应力验算

层底拉应力取以单圆中心B 点或双圆轮隙中心C 点二者之间较大值作为层底拉应力计算点，层底最大拉应力为：

根据设计计算参数可计算得石灰土底基层底面最大拉应力为0.096MPa，小于容许应力0.112MPa。 因此，路面厚度设计满足设计要求。

4 结论

通过对河南焦作至新乡山岭重丘区二级公路路面的结构设计可以得到：

(1)考虑到本设计路段要求工期短、易就地取材和便于养护等实际，设计采用沥青混凝土高级路面。

(2)设计采用双层式沥青混凝土面层结构，表面层为厚度60mm 的细粒式密级配沥青， 下面层为厚度80mm 的中粒式密级配沥青；基层设计为厚度200mm 的水泥稳定碎石，底基层设计为厚度180mm 的石灰稳定土底，可满足道路设计要求。

(3)经验算，路面弯沉和厚度符合要求，可为其它山岭重丘地区公路路面结构设计提供有益参考。

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