關(guān)于公路結(jié)構(gòu)設(shè)計分析與建議

1、關(guān)于公路結(jié)構(gòu)設(shè)計分析與建議摘要：通過對國內(nèi)近幾年路面設(shè)計，經(jīng)過實踐檢驗的具有代表性的高速公路路面結(jié)構(gòu)層組合及設(shè)計發(fā)展?fàn)顩r的歸納、分析，提出了高速公路瀝青路面設(shè)計的一些建議。關(guān)鍵詞：高速公路瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計、，、.前言路面設(shè)計的目標(biāo)是通過合理的設(shè)計方法使得道路在設(shè)計使用年限內(nèi)能夠提供安全、舒適、快捷的服務(wù)。然而，目前我國高速公路瀝青路面普遍存在著初、早期破壞，且主要破壞型式同上個世紀(jì)90年代以前輕交通狀況下相比已發(fā)生了一定的變化。過去，瀝青路面損壞主要包括龜裂、車轍、低溫開裂等，這也是路面設(shè)計時重點控制的損壞類型。但是，隨著路面結(jié)構(gòu)強度的提高和路面損壞期的提前，這些傳統(tǒng)損壞出現(xiàn)得越來越少，有些已

2、經(jīng)不再出現(xiàn)，而目前出現(xiàn)的損壞，不論是其形態(tài)還是原因都十分不同。所以，按照傳統(tǒng)理論來加強路面結(jié)構(gòu)是沒有效果的，甚至有時還適得其反。路面在使用實踐中所暴露的大量問題，使得道路工作者們不得不對現(xiàn)有的路面設(shè)計理論、設(shè)計方法及設(shè)計指標(biāo)進行反思。實際上，目前大量出現(xiàn)的路面早期損壞是現(xiàn)行理論和規(guī)范所難以做出更深解釋的。雖說設(shè)計方法基于力學(xué)，但分析的范圍和所考慮的主要受力方式，相對于目前復(fù)雜的荷載狀況而言卻過于簡單。對于不同的路面結(jié)構(gòu)，對其使用性能變化規(guī)律的認(rèn)識不夠清楚，更缺少定量的研究；因此，我們必須用發(fā)展的眼光對重交通路面的損壞原因、機理重新進行認(rèn)識，及時掌握新條件下的新變化，通過路面的合理化設(shè)計來控制路

3、面的主要破壞型式，從而真正達到路面設(shè)計的目的。1路面結(jié)構(gòu)組成( 1瀝青路的結(jié)構(gòu)層可由面層、基層、底基層、墊層組成。( 2面層是直接承受車輪荷載反復(fù)作用和自然因素影響的結(jié)構(gòu)層，可由一至三層組成。表面層應(yīng)根據(jù)使用要求設(shè)置抗滑耐磨、密實穩(wěn)定的瀝青層；中面層、下面層應(yīng)根據(jù)公路等級、瀝青層厚度、氣候條件等選擇適當(dāng)?shù)臑r青結(jié)構(gòu)層。( 3基層是設(shè)置在面層之下，并與面層一起將車輪荷載的反復(fù)作用傳布到底基層、墊層、土基，起主要承重作用的層次?；鶎硬牧系膹姸戎笜?biāo)應(yīng)有較高的要求。( 4底基層是設(shè)置在基層之下，并與面層、基層一起承受車輪荷載反復(fù)作用，起次要承重作用的層次。底基層材料的強度指標(biāo)要求可比基層材料略低。5基層

4、、底基層視公路等級或交通量的需要可設(shè)置一層或兩層。當(dāng)基層或底基層較厚需分兩層施工時，可分別稱為上基層、下基層，或上底基層、下底基層。( 6墊層是設(shè)置在底基層與土基之間的結(jié)構(gòu)層，起排水、隔水、防凍、防污等作用。2 公路設(shè)計的控制要素各級公路需滿足不同的使用要求，為此應(yīng)對各級公公路的設(shè)計規(guī)定相應(yīng)的基本控制標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)計準(zhǔn)則，以指導(dǎo)各項目具體設(shè)計指標(biāo)的制定。這些設(shè)計控制標(biāo)準(zhǔn)主要考慮以下幾個方面。（ 1出入口控制出入口控制是限制車輛在指定的出入口以外的地點出入道路路界。出入口控制的方式和數(shù)量對于行駛的質(zhì)量和安全有很大的影響。高速公路應(yīng)采用出入口完全控制的設(shè)施，僅許車輛在規(guī)定的地點出入公路。這類公路同其他公

5、路和鐵路都不能采用平面交叉。路界的邊界應(yīng)設(shè)置禁入柵欄。出入口完全受控制可以大量減少交通事故。一級公路和二級汽車專用公路，一般都設(shè)計成為部分控制的出入口，在交通量大、車速高的路口，應(yīng)修建立體交叉。僅在對通行能力影響不大的局部地方，允許修建少量的平面交叉。低等級公路，設(shè)計是也應(yīng)考慮限制出入口的數(shù)量。（ 2設(shè)計速度在進行公路設(shè)計時，設(shè)計速度是確定公路幾何線形并使其相互協(xié)調(diào)的基本要素，是直接決定汽車行駛曲線半徑、超高、視距等技術(shù)指標(biāo)等的重要因素，同時又與公路的生要性、經(jīng)濟性有關(guān)，是用來體現(xiàn)公路等級的一項指標(biāo)。具體來講，設(shè)計速度是指在氣象條件良好、車輛行駛只受公路本身條件影響時，具有中等駕駛技術(shù)的人員能

6、夠安全，順適駕駛車輛的速度。各級公路所推薦的設(shè)計速度列于表1.設(shè)計速度越高，公路幾何設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)和難度越高，公路的修建費用自然也越高。然面，依據(jù)過低的速度修建的公路，如果需要進行改善提高，往往會耗資巨大，甚至因不可能實施而被迫放棄。表1各級公路設(shè)計速度公路等級高速公路一級公路二級公路三級公路四級公路設(shè)計速度（Km/h）1201008010080608060403020（ 3設(shè)計車輛設(shè)計車輛的外廓尺寸以及行駛于公路上各種車輛的組成公路幾何設(shè)計中有重要意義的控制因素。在公路設(shè)計過程中，“設(shè)計車輛”是設(shè)計時所采用的有代表性的車型，其外廓尺寸、載重量和運行性能是用于確定公路幾何設(shè)計、交叉幾何設(shè)計和路基寬

7、度的主要依據(jù)。根據(jù)我國行駛車輛的具體情況、汽車發(fā)展遠景規(guī)劃和經(jīng)濟發(fā)展水平，出于經(jīng)濟和實用的考慮，設(shè)計車輛的外廓尺寸是按現(xiàn)有車型的尺寸進行統(tǒng)計后，滿足85%以上車型的外廓尺寸作為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。（ 4設(shè)計交通量交通量是指道路上某一斷面在單位時間內(nèi)通過的車輛數(shù)量，如小時交通量、日交通量等。交通量反映了某條公路上的交通負(fù)荷，也反映了汽車運輸時對公路設(shè)施的要求，是公路分級和確定所需車道數(shù)的主要依據(jù)。根據(jù)觀測方法和觀測時的不同，最常用的交通量（AADT）、高峰小時交通量（PHV）和第30位高峰小時交通量（HAHV）為了使交通量具有可比性，通常將實際的混合交通量換算成標(biāo)準(zhǔn)車型交通量。交通量換算采用小客車為標(biāo)準(zhǔn)車

8、型。用于交通量的換算的車輛折算系數(shù)是在特定的公路、交通組成條件下，所有非標(biāo)準(zhǔn)車型對交通流量的當(dāng)量值。表2列出了規(guī)定的車輛折算系數(shù)。表2各汽車代表車型與車輛折算系數(shù)汽車代表類型車輛折算系數(shù)說明小客車1.0w19座的客車和載重量w2t的貨車中型車1.519座的客車和載重量2t并且w7t的貨車大型車2.0載重量7t并且W14t的貨車拖桂車3.0載重量14t的貨車設(shè)計交通量作為公路規(guī)劃和設(shè)計依據(jù)的交通量，通常為預(yù)測年限的交通量。高速公路和具有干線功能的一級公路的設(shè)計交通量應(yīng)按20年預(yù)測；具有集散功能的一級公路以及二級、三級公路的設(shè)計交通應(yīng)按15年預(yù)測；四級公路可根據(jù)實際情況確定。3 重交通瀝青路面結(jié)構(gòu)

9、組合設(shè)計原則(1提高面層的厚度根據(jù)以前的室內(nèi)疲勞方程和力學(xué)程序，無率瀝青的結(jié)構(gòu)層多厚，結(jié)構(gòu)都必然針對產(chǎn)生疲勞開裂，車轍。而最新的理論發(fā)現(xiàn)，當(dāng)瀝青層厚度超過一定厚度時，良好施工的路面結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生源于層底的疲勞開裂和結(jié)構(gòu)性車轍。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)軸次超過一定次數(shù)后，瀝青厚度無需增加。即瀝青路面的下部將可以無限期的使用下去。自上而下的溫度疲勞，開裂，車轍，表面磨耗，瀝青老化都努力限制在磨耗層內(nèi)，防止出現(xiàn)中層以下的結(jié)構(gòu)性損壞。表面層的損壞只需要通過預(yù)防性養(yǎng)護得以補救?！伴L壽命”設(shè)計理念是所設(shè)計的瀝青路面能夠使用20年以上，面層采用較厚的高性能瀝青類混合料，分上面層、中面層、下面層三層來修筑，以降低傳統(tǒng)的瀝青層底開

10、裂和避免結(jié)構(gòu)車轍，并保證行車的舒適度，降低對周圍環(huán)境的噪聲污染。由于瀝青層相對較厚，傳統(tǒng)的疲勞開裂可能性大大降低，路面的損壞主要位于面層的頂部(25-100mm)，這樣一旦路面的表面損壞達到臨界水平，其經(jīng)濟性處理方法就是將損壞的頂層或面層刨掉，罩面或者加鋪瀝青面層材料再利用，從而使瀝青路面在使用所限內(nèi)不需要大的構(gòu)造重修或重建。(2采用高剛度、高強度的基層和底基層基層是瀝青類路面的主要承重層，其性能影響整個路面的使用品質(zhì)和壽命。因此，對于重交通道路來說，必須保證基層的強度及剛度。基層主要采用瀝青穩(wěn)定類材料如大粒徑瀝青混合料、乳化瀝青穩(wěn)定碎石、泡沫瀝青穩(wěn)定粒料以及舊瀝青路面再生格料。瀝青類穩(wěn)定基層

11、由于抗疲勞性能好，對于車輛作用產(chǎn)生的損傷有一定的自愈能力，國外應(yīng)用比較普遍，因面較少存在早期損壞現(xiàn)象，因此很多歐美國家瀝青路面使用壽命長達20年，甚至40年?；鶎雍偷谆鶎硬捎脧姸容^大的材料。利用基層的強度及剛度來確保路面承受車輛荷載作用而產(chǎn)生過大變形。半剛性基層瀝青路面已經(jīng)成為我國高等級公路瀝青路面的主要結(jié)構(gòu)類型。長期實踐表明，半剛性基層具有耐久性好、整體強度高、板體性好等許多優(yōu)點，但存在嚴(yán)重問題。尤其是高速公路瀝青路面早期破損問題，已經(jīng)成為影響我國公路健康發(fā)展的突出問題。主要表現(xiàn)在三個方面：損壞時間早；損壞范圍寬；損壞程度重。有的路面建成使用后不久，就出現(xiàn)了較嚴(yán)重的損壞現(xiàn)象，個別早期強度及剛

12、度較小，達不到使用要求，而基層又是路面的主要承重層。這一現(xiàn)象提醒我們必須使用剛度及強度均較高的基層材料。若基層強度不足，很多病害便由基層引起，維修時必須從基層甚至保持良好狀態(tài)，如使用瀝青穩(wěn)定類材料，熱拌大料徑瀝青混合料、乳化瀝青穩(wěn)定碎三石、泡沫瀝青穩(wěn)定粒料以及舊瀝青路面再生材料。當(dāng)出現(xiàn)路面病害時僅需表面磨耗層維修更新即可。4 加強路面排水設(shè)計目前乎所有高速公路瀝青路面的破壞不均與水直接相關(guān)，或都說水是一個加劇瀝青路面破壞的主要因素。如何快速排除路面表面層的水和防止水進入結(jié)構(gòu)層，是設(shè)計時應(yīng)考慮的一個重要的因素。排水設(shè)計首先是路面結(jié)構(gòu)排水，防止中央分央分隔帶外水滲入路面結(jié)構(gòu)層；對超高路段的中央分隔

13、帶處采用專門的暗管排水；必要時應(yīng)采用路面排水層或防水層。5 半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)我國高速公路上的半剛性基層瀝青路面通常由半剛性材料底基層、基層和瀝青面層組成。我國已開放交通的高速公路半剛性基層瀝青路面，其瀝青面層厚度多數(shù)為15-16cm，少部分為9-12cm。京津塘高速公路為18=23cm，廣深高速公路為32cm。多數(shù)分三層鋪筑，12cm厚的面層有分兩層鋪筑的，也有分三層鋪筑的，23cm和32cm厚的面層剛分四層鋪筑。多數(shù)高速公路的半剛性基層厚20cm，采用水泥穩(wěn)定碎石或石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石。半剛性底基層厚25=40cm,采用的材料有石灰土等。半剛性格料層的總厚度通常不超過60cm，最薄為40

14、cm。迄今為止，僅有一條高速公路采用天然砂礫或礦渣做底基層。近幾年來，有些高速公路采用二層半剛性基層，厚36-40cm,用一層半剛性底基層，厚18-20cm。除嚴(yán)重超載和車輛多的運煤和運砂石材料等路線外，一般沒有必要采用兩層半剛性基層。京津塘高速公路是一層基層和二層底基層，至今未發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞，路表100KN軸載下的代表彎沉值仍小于0.1mm,實際有些路段僅0.03mm左右。半剛性基層瀝青路面總厚度變化在55-80cm(個別填土高度小、地下水位高且土質(zhì)不好的路段)，絕大多數(shù)在65-75cm之間，廣深高速公路的路面總厚度為110cm。結(jié)語通過對我國公路瀝青路面設(shè)計指標(biāo)及合理結(jié)構(gòu)型式的分析，并結(jié)合國外及廣東省不同結(jié)構(gòu)型式瀝青路面使用狀況的調(diào)查結(jié)果，主要有以下結(jié)論：(1)隨著公路建設(shè)規(guī)模的擴大和道路等級的提高，路表彎沉指標(biāo)已經(jīng)無法適應(yīng)當(dāng)今重載交通時代路面設(shè)計的要求，必須尋求新的瀝青路面設(shè)計控制指標(biāo)。(2)我國瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計與路面材料設(shè)計基本上是相脫離的，主要表現(xiàn)在路面材料強度測試中的受力模式與其在道路應(yīng)用中的實際受力情形相差較遠，路面材料性能評價指標(biāo)與其實際路用性能之間的對應(yīng)關(guān)系不明確等方面。(3)就廣東省而言，使用性能良好的高速公路瀝青路面既有組合式結(jié)構(gòu)也有半剛性基層結(jié)構(gòu)，而且半剛性基層材料只要應(yīng)用正確還可以起到減輕低填方軟基路段工后