尼日利亚公路路面及桥梁设计选型

王影冲

（中国土木工程集团有限公司，北京 100038）

1 引言

尼日利亚地处非洲西南部，为无地震、无台风的热带国家，近十年来其经济稳居非洲第一，但其落后的基础交通设施严重制约了经济发展，政府和民众迫切希望新建、升级、改造其落后的公路交通系统。

其境内公路主要可划分为高速公路、城市公路和社区道路。此处的高速公路并非封闭式高速路，等级上仅相当于我国城市间主干线路，通常采用并行分隔式车道，内侧道路为收费车道，外侧道路为免费车道，部分公路设有快速公交（BRT）车道。城市公路主要为城区内部公路，车流量较大，行车速度中等，一般用隔离带或绿化带来分隔上下行车道。社区道路为社区间的连接道路或社区内部道路，等级较低，部分道路设有中间隔离路障。

根据路面结构材料可将路基段分为沥青路面、钢筋混凝土路面、铺砖路面。公路桥梁根据结构类型不同可主要分为简支梁桥和桩板桥，其他类型桥梁较少。

2 路基、路面结构

2.1 沥青路面

尼日利亚早期沥青公路多采用砂层或红土层作为路基[1]，单层级配碎石作为基层，上铺单层沥青混凝土作为面层结构。此种公路易损坏、使用寿命短。现今新建公路多采用双层沥青面层结构。如图1所示为某高速公路的收费车道和BRT路基路面结构示意图，均采用50 mm面层+100 mm底层沥青混凝土结构形式；免费车道则采用40 mm面层+60 mm底层沥青混凝土的面层结构。基层材料主要为石粉层和级配碎石层，路基路面结构及厚度主要取决于车道荷载大小[2]。

图1 收费车道和BRT车道沥青混凝土公路

尼日利亚的公路设计、施工均是在参照英国标准规范的基础上结合本国的自然环境、气候条件等因素来实施的。英国曾在1949—1965年进行过6次大规模的路面结构性能与设计方法的试验验证工作[3]，以达到最优的路面结构设计方案。尼日利亚的沥青公路也是在此试验基础上进行设计，从最开始的单基层+单磨耗层的路基路面结构，渐次改变基层结构、面层结构，最终形成图1中的底基层+基层+联结层+磨耗层的沥青路面结构。

2.2 钢筋混凝土路面

尼日利亚的公路积水和油污问题严重，为有效解决由此造成的路面损坏问题，尼日利亚近年来开始建设较多的钢筋混凝土公路。

钢筋混凝土公路主要应用在重载公路交通以及某些有特殊要求的路段中，其面层结构厚度为275 mm，纵向受力钢筋距离顶面115 mm。钢筋混凝土公路典型剖面如图2所示，自下而上分别为碾压密实路基、渗水土工布、级配碎石层、水稳层、防水土工布、钢筋混凝土结构面层。相较于沥青路面，钢筋混凝土路面增加了水稳层以及土工布，水稳层强度较高，可缓和路基不均匀变形对面层的影响，土工布可防止地下水对结构层的破坏。

图2 钢筋混凝土路结构层断面

尼日利亚对钢筋混凝土路面最佳板宽和板长尺寸的设置，相较于我国设计有所区别。我国规范规定板宽宜在3.0~4.5 m范围内选用，板长可按面层类型和厚度选定，板长宜为6~15 m[4]。但由于尼日利亚地处热带，全年温差较小，各类材料的热胀冷缩现象微弱，因此，可通过减少横缝和纵缝设置来增加面层连续性，减少面层结构的薄弱点，进而延长使用年限。根据在现场施工类比，单层钢筋网片式配筋的混凝土路面横缝间距可达30~50 m，纵缝间距可达7 m。

近年来，尼日利亚正大力推进连续配筋水泥混凝土路面（Continuously Reinforced Concrete Pavement，CRCP）。此路面一般不设缩缝，由纵向配置的足够数量的不间断连续钢筋来控制混凝土路面板因纵向收缩而产生的横向裂缝的宽度。由于施工时一般均为白天，气温较高，而其他时间段温度相对较低，因此工后膨胀微弱，并且胀缝处容易发生碎裂、跳车等现象，因此，也可取消胀缝，所以在CRCP路面中可不设横缝，仅保留施工缝。

钢筋混凝土路面同沥青路面相接时，为避免出现沉陷和错台，应设置不小于3 m的过渡段，过渡段的路面宜采用楔形叠合布置或端头道牙连接[5]。

采用楔形叠合布置时，下层铺设的变厚度混凝土板厚度不宜小于150 mm，过渡段钢筋应连续布置，过渡板顶面应凿毛并设横向拉槽，使沥青层与过渡板之间黏结良好，如图3所示。

图3 混凝土路面与沥青路面楔形叠合布置

沥青路面端部设置端头道牙相接时，应在钢筋混凝土路面结构层端部设置边缘钢筋，在混凝土现浇板与沥青路面端头道牙之间铺设混凝土预制板作为过渡段，钢筋混凝土路面与过渡段之间应设胀缝，如图4所示。

图4 混凝土路面与沥青路面端头梁相接

2.3 铺砖路面

铺砖路面是指面层由水泥混凝土预制砖铺砌成的路面，该路面结构优点是施工灵活、造价较低、易修补以及良好的渗水性；缺点是平整度较差，噪声较大。

尼日利亚行车路面通常使用的水泥混凝土矩形砖尺寸为200 mm×100 mm×80 mm。道路主要剖面形式如图5所示，由下至上分别为碾压平整路基、渗水土工布、石粉层、级配层、砂垫层、路面砖，必要时可以采用水稳砂层代替石粉层。

图5 连锁砖路面结构

目前，尼日利亚连锁砖路面结构方面的规范主要采用英国标准BS-7533系列和BS EN 1388，以砖的抗压强度、抗折强度及劈裂强度[6]作为质量控制的主要因素，这3项强度指决定了砖块的厚度[7]。由于该国试验检测能力较低，对于中国标准和英国标准中的吸水率、防滑性能、透水性几乎没有要求。另外，由于其气候原因，可以忽略对连锁砖抗冻性的要求。

英国标准和欧洲标准对连锁砖路面结构施工方面有较详细的规定[8-9]，主要为砖块厚度、图案排布、平整度、缝隙宽度、填缝砂粒径、垫层厚度等。

3 公路桥梁

3.1 简支梁桥

目前，尼日利亚的公路桥梁多为普通钢筋混凝土简支梁桥，跨径一般为20~30 m，建筑高度约为1.6~1.7 m，横截面多为矩形、I形、T形。由于简支梁桥的跨径较小，在设计跨线桥、跨海桥、立交桥时，采用简支梁桥有着较大的局限性。但由于尼日利亚大部分基建设施需进口，这在一定程度上限制了复杂结构类型的桥梁设计和施工。因此，简支梁桥以其工艺成熟、施工简单等优点，目前仍是该国桥梁设计的首选类型。

在一些特殊区域及高程、净空受限的情况下，需采用两种或多种结构形式相结合的方法。图6所示为简支结构和现浇结构相结合的立交桥，全长约400 m，引桥长度约160 m，高架段长约240 m；绿色区域为20 m简支梁跨段，为该桥的直线段；蓝色区域为不规则形状的整体等厚现浇桥面板，与板下墩柱刚性连接。此立交桥可实现左、右线互通，其优点是占地面积小，调头线路较短；缺点是现浇段的转弯半径较小，导致行车速度较小，左、右线车辆在换线转弯时容易发生拥堵。

图6 简支-现浇相结合形式的立交桥

3.2 桩板桥

桩板桥是采用现浇桥面板直接与桩基础连接，利用桩基作为桥面板的支撑点，如图7所示。

图7 桩板桥

由于不设纵梁，仅靠桥面板承载，故每孔跨径较小，一般为8~10 m，现浇混凝土桥面板厚度为50 cm左右，30~40 m为一联，仅在每联两端设置托梁。

桩板桥常用于沼泽、湿地区域，这些区域无须考虑通航问题，同时避免了施工承台、墩柱，以及预制梁吊装架设。该类型桥梁造价低，施工工序少，桩板桥是比较适合其基本国情的一种桥梁类型，在连接社区的低等级桥梁选择中多选择桩板桥。该类型桥梁的缺点是单孔跨径较小，若要增大跨径则需大幅度加厚桥面板，此举会大量增加钢筋、混凝土材料用量。

3.3 其他类型桥梁

斜拉桥、钢结构桥、悬臂梁桥等在尼日利亚实例数量较少。位于拉各斯州的莱基-伊科伊大桥，连接莱基港与拉各斯岛，该斜拉桥于2013年完工，跨度1 357 m，桥塔高度50 m，最大孔跨长度为110 m，通航跨的桥下净空为9 m，是尼日利亚唯一的斜拉桥。

尼日利亚早期曾建造了几座钢结构桥梁，如1932年建造于贝努埃河上的马库尔迪旧桥，跨度788 m，该桥为公铁两用桥梁，以及1965年建成通车的阿南布拉州的尼日尔河奥尼查大桥，均为钢结构桥梁。

奥维托大桥（Oweto Bridge）[10]、马库尔迪新桥（New Makurdi Bridge）为位于贝努埃河上的两座结构形式相类似的悬臂梁桥，最大跨度85 m，两座桥均于近10年设计施工完成。目前，尼日利亚最长桥梁为位于拉各斯州的第三大陆桥，该桥于1990年完工，跨海部分为悬臂梁结构，标准跨径为45 m，最大通航跨径60 m。

3.4 桥梁设计选型

拉各斯作为尼日利亚经济最发达的沿海城市，其市郊的社区间仍存在大量木板搭建的简易桥梁，内陆地区的交通设施则更为落后，所以简支梁桥和桩板桥在尼日利亚大部分地区仍有较大的使用空间。但对于其他跨线桥、跨海桥等，需采用大跨度结构形式的才能满足其使用需求。因此，对于尼日利亚的桥梁设计可以从结构类型、材料应用等方面入手，有必要将拱桥、悬索桥、斜拉桥等大跨度桥梁合理地应用于尼日利亚公路桥梁设计中，同时考虑利用钢结构、钢混结构代替混凝土结构来提高环保材料使用率。

4 结论

1）公路设计中首先根据设计等级、性能要求、环境特点等因素确定优先采用的路基路面结构。

2）沥青混凝土路面结构主要为磨耗层沥青混凝土加联结层沥青混凝土，适用于各种等级的公路。钢筋混凝土路面结构一般采用厚度的275 mm的钢筋混凝土面板作为路面层，纵缝间距可达7 m，横缝间距为30~50 m，对于重载、油污严重道路等可首选钢筋混凝土路面结构。对于社区道路、次要道路等首选混凝土砖路面结构。

3）建议将拱桥、悬索桥、斜拉桥等大跨度桥梁合理应用于尼日利亚公路桥梁设计中，同时探索使用钢结构、钢混结构代替混凝土结构。