浅谈公路路面设计
时间：2021-01-09 04:00:16 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：路面结构、材料、环境与经济因素一体化并以性能为中心的基础上，实现路面结构性使用性能和功能性使用性能的统一。
关键词：路面； 性能； 结构设计
1.前言
随着我国国民经济的快速发展，我国公路建设事业也取得了长足的进步，特别是近十几年来，我国的高等级公路建设有了突飞猛进的发展，其中90%左右的路面铺筑采用的是沥青混凝土。平交道路口路面有其的特殊的工作环境和使用性能要求，然而相对一般路段来讲，对平交道口路面结构和材料研究比较薄弱，当前平交道路口路面结构和材料直接套用路面设计，忽略平交道口路面独特的工作环境与使用性能要求，平交道口路面的损坏具有各种类型和各种形态。一般而言，平交道口的路面损坏包括车辙、开裂（疲劳开裂、低温开裂和反射裂缝）、沥青表面脱落以及目前出现的一些新的损坏类型，过多的路面损坏意味着路面寿命的终结；限制、延迟这些损坏的发生和发展是路面设计的主要任务。
目前，沥青路面的设计方法有许多种，但是不管哪种方法，都存在着一个问题，那就是路面的结构设计与材料设计不协调。另外，在进行沥青路面的设计时，未能考虑材料的性能对疲劳和长期变形抵抗能力的影响，对不同沥青材料采用的疲劳或永久变形方程是相同的。虽然国际上对材料疲劳和变形性能的研究一直是一个十分重要的研究领域，也取得了许多研究成果，但由于设计框架的限制而一直未能纳入设计方法中，材料设计与结构设计一直处于相分离的"双轨"状态，这是一个很大的缺陷。结构设计方法中仅考虑了材料特性对力学参数的影响，未考虑不同材料对路面使用性能的影响。但是实际上，正如Monismith等人论述的那样，某些特殊沥青混合料的使用性能与实际结构状况有很大关系，混合料的应力状态与结构层所处位置有关，并受其上、下面层材料的强度及交通轴载的特点影响，因此，混合料设计与结构设计应相互联系。结构设计与材料设计的和谐统一，才能达到使用性能的最佳效果。
沥青路面材料设计与结构设计相结合，目的在于改善沥青路面的结构性使用性能以及功能性使用性能，使设计出的路面结构和材料相对于使用性能而言是相容的、统一的，最终在两方面都达到优化。
兼顾沥青混凝土路面的功能性与结构性，实现结构与材料一体化设计，可使沥青混凝土路面在建设造价基本不变的前提下，使用寿命明显提高，并可保证良好的功能性使用性能，其经济效益和社会效益是十分显著的。
2.国内外的研究现状
目前，沥青路面损坏现象严重。根据规范规定，高速公路、一级公路的设计使用年限为15年，二级公路的设计使用年限为12年。但是实际上，许多沥青路面在使用1、2年后便出现大规模的破坏。从现有沥青路面结构早期损坏情况看，不可否认，在沥青路面结构设计方面存在一定的不合理性。尽管沥青路面破坏的现象和特征不尽相同，但对于水损坏、车辙、开裂等与路面结构设计密切相关的早期损坏是普遍存在的。要解决沥青路面结构性损坏，提高路面长期使用性能和使用寿命，就应该从使路面结构设计与材料设计相互统一，优化结构组合设计，合理利用路面材料性能等方面着手。通过以路面寿命周期内费用最低为目标，路面使用性能为约束条件进行优化，最终确定合理的路面结构方案。
3 水泥稳定土的强度及所受影响的因素
在松散的土中，掺入足量的水泥和水，经拌和、压实和养护后，当其抗压强度符合规定的要求时，称为水泥稳定土。影响水泥稳定土强度的因素有：土质、水泥类型标号和剂量、含水量和施工质量等。
3.1 土质
一般而言，除了有机质含量超过 2%或硫酸盐含量超过 0.25%的土以外，各类黏土或砂铄土均可使用。但是，考虑到经济性和施工的便利，具有一定级配的砂土用水泥稳定效果较好。黏土粒含量多，塑性指数高的土质，采用水泥稳定时，需要加大水泥剂量，往往是不经济的。研究表明，水泥剂量随土中粘粒含量的增多而增大，这是因为水泥的水化物需要在强碱介质中才能硬化，当水泥稳定含粉粒和粘粒含量较多及塑性指数较大的粘性土时，水泥水解、水化的生成物首先与粉粒和粘粒作用，致使碱性介质不能顺利形成，从而妨碍水泥水化物的正常硬化。适宜做水泥稳定土基层的材料有：级配碎石、级配砾石、未筛分碎石、碎石土、砂砾土、煤矸石和各种粒状矿渣等。若集料为均匀细砂，用水泥稳定时施工难于压实。解决这一问题的方法是：在砂中可以加入一定量的粉煤灰，并添加小于10 的塑性指数的石灰石，以改善其颗粒组成。
3.2 水泥
水泥的类型、标号和剂量是决定水泥土强度的重要因素。硅酸盐水泥稳定效果较好，铅酸盐水泥则较差。由于从拌和到压实通常需要的时间至少为 2h，所以一般不能采用快硬水泥或早强水泥，应选用终凝时间较长的水泥。如选用初凝时间为 3～4h 终凝时间 6h 以上 32.5 级水泥。水泥强度等级不宜太高。另外，大多数级配好的材料经水泥稳定后，其强度随剂量呈正比例增加。这表明，使用较高的剂量，对强度形成十分有利。选用水泥剂量应综合考虑强度、裂缝、造价诸方面，通过混合料配合比设计确定一个经济而实用的剂量。
3.3 含水量
水泥土中的含水量对水泥土强度有重大的影响。水泥土中要有足够的含水量以保证大土团被粉碎和水泥在土中的均匀分布，有利于水泥的完全水化和水解结晶作用。
3.4 施工质量
施工质量包括拌和均匀度和压实度，还有竣工后的湿养生，也直接影响水泥土的强度。
4 稳定类混合料的配合比设计
为确保达到稳定土的强度要求，需认真做好混合料配合比设计，即确定必需的或最佳的灰剂、最佳含水量（最大干密度），在需要改善混合料的物理力学性质时，还包括掺加料的比例。配合比设计步骤如下：
4.1 选择配制剂量制备同一种土样，五种不同剂量的稳定土混合料试件。
4.2 确定最佳含水量做五组混合料重型击实试验，也可只做三组不同剂量（最小剂量、中间剂量、最大剂量）击实试验，分别获得混合料的最佳含水量和最大干密度，其余二个剂量的最佳含水量和最大干密度用内插法确定。
4.3 制备试件由工地预定达到的压实度，分别计算不同灰剂量试件应有的干密度，按最佳含水量和计算得到的干密度制备试件。
4.4 强度试验试件在规定温度（冰冻地区 20℃±2℃，非冰冻地区25℃±2℃下保湿养生6d，浸水1d后，进行无侧限抗压强度试验。
参考文献：
[1] 中华人民共和国行业标准.公路排水设计规范[S].北京：人民交通出版社，2008.
[2] 中华人民共和国行业标准.公路设计[S].北京：人民交通出版社，2006.
[3] 甘磊，王家强.沪宁高速公路扩建工程路基路面设计探讨与研究[C].第十届中国科协年会论文集（四），2008.
[4] 郭明荣.浅析改（扩）建公路路基质量控制方法与措施[J].湖南交通科技，2010.
[5] 闫志国，隋伟.沈大高速公路改扩建工程新旧路基衔接技术[J].辽宁工程技术大学学报，2009.
[6] 吴国雄， 冯光乐，李拔.高速公路沥青路面设计若干问题综述[J].重庆交通学院学报.2008.
