二级公路路面设计要点分析

龙家才

摘 要：在二级公路路面设计中，路面是对行车荷载起到直接的承受作用，是公路工程的重要组成部分，必须选择合理的路面结构以及优质材料。土基回弹摸量作为评价公路路基路面强度与稳定性的力学指标，其数值的确定十分重要，所以说公路路面设计是十分必要的。本文主要根据实例阐述了二级公路路面设计要点。

关键词：公路；路面；结构；设计；基层；沥青

引 言

当前公路的发展已经成为一个国家综合国力的重要标志，成为一个国家是否发达的重要指标，公路也是一个国家实力的重要组成部分。在公路设计中，路面的设计是设计作业的重要组成部分，对于公路的使用寿命和品质具有直接的联系。

1 工程概况

某公路为二级公路，线路总长度为3.1km，该公路的路基宽度为10m，设计车速60km/h，采用沥青混凝土路面，设计基准期为15年。该区属亚热带温润气候，四季分明，冬暖夏热，年平均气温17～18.8℃，极端最高气温43℃，极端最低气温-3.8℃。年平均降雨量1032mm，年平均雾日50d，平均风速1.75m/s。本地区地震烈度为5度。山坡地段上覆1～3m粘土表层，下为粉砂质泥岩及长石石英砂岩，成互层状产出；水田段淤泥为0.5m，其下2～5m粘土。

2 路面设计的原则

路面结构是直接为行车服务的结构，不仅受各类汽车荷载的作用，且直接暴露于自然环境中，经受各种自然因素的作用。路面工程的工程造价占公路造价的很大部分，最大时可达50%以上。因此，做好路面设计是至关重要的。路面设计内容应包括路面类型与结构方案设计、路面建筑材料设计、路面结构设计和经济评价。

2.1 路面类型与结构方案设计

路面类型选择应在充分调查与勘察道路所在地区自然环境条件、使用要求、材料供应、施工和养护工艺等，并在路面类型选择的基础上考虑路基支承条件确定结构方案。由于路面工程量大，基垫层材料应尽可能采用当地材料，并注意使用各类废弃物。必要时，应考虑采用新型路面结构形式、新材料、新施工工艺。同时，应注意路面的功能和结构承载力等是通过设计、施工、养护等共同保证的，可采用寿命周期费用分析技术合理确定路面类型和结构。

2.2 路面建筑材料设计

路面建筑材料设计往往是路面设计中不受重视的一块内容，原因在于设计仅仅依据设计规范或当地经验确定路面结构层次，指定各层次材料的标准规范名称。本次设计运用工程技术与材料科学知识，合理考虑道路所在地的自然环境、材料所在路面结构层次的功能等，论证合理地选择材料类型和建议配比。

2.3 路面结构设计

路面结构设计就是对拟订的路面结构方案和选定建筑材料，运用规范建议的设计理论和方法对结构进行力学验算。现阶段公路路面使用的路面类型主要有沥青混凝土路面和水泥混凝土路面，应综合考虑当地的环境、降水、材料、交通量等各方面因素后选定路面的类型，然后进行设计。

3 路面设计要点

3.1 路面结构推荐

水泥混凝土路面虽然有强度高﹑稳定性好﹑耐久性好，养护费用少﹑经济效益高，有利于夜間行车等优点，但是由于该公路为山岭重丘区二级公路，等级较低，若采用水泥混凝土路面，水泥和水的需要量大，工程造价高；路面接缝不但增加施工和养护的复杂性，而且容易引起行车跳动，影响乘客的舒适性；另外，开放交通迟，修复困难等诸多缺点。沥青路面结构由于使用了沥青结合料，因而增加了矿料间的粘结力，提高了混合料的强度和稳定性，是路面的使用质量和耐久性都得到提高，而且与水泥混凝土路面相比，沥青路面具有表面平整﹑无接缝﹑行车舒适﹑耐磨﹑震动小﹑噪音低﹑施工期短﹑养护维修简单﹑适宜于分期维修等优点。由于沥青路面结构与水泥混凝土路面结构相比具有上述优点，并结合当地的实际情况，本人认为采用沥青路面结构，更适应于当地的需要，并将更有利于当地旅游业及相关产业的发展，因此，最终推荐采用沥青路面结构。

3.2 沥青路面结构设计标准

现行《公路沥青路面设计规范》的设计标准主要以路面表面设计弯沉值作为设计控制指标、对高等级道路路面还要验算沥青混凝土面层和整体性材料基层的拉应力。

3.3 累计当量轴次计算

3.3.1 轴载换算

（1）当以设计弯沉值为指标以及验算沥青层层底拉应力时凡轴载大于25kN的各级轴数（包括车辆的前、后轴）的轴载换算系数N1=∑C1C2（Pi/P）4.35。

（2）当进行半刚性基层层底拉应力验算时凡轴载大于50kN的各级轴数（包括车辆的前、后轴）的轴载换算系数：

3.3.2 累计当量轴次

Ne=[（1+r）t-1]×365N1η/r

式中：Ne为设计年限内一个车道上的累计当量轴次（次）；t为设计年限，12年；N1为路面竣工后第一年的平均日当量轴次（次/d）；r为设计年限内交通量的平均年增长率5%；η为车道系数，取0.65。

3.4 各层材料计算参数的确定

3.4.1 面层强度和模量的确定方法

沥青路面结构设计主要须确定沥青混合料在25℃和15℃时的抗压模量和15℃的劈裂强度。强度和模量的确定方法不外两种，试验法和经验法。本工程主要选择经验法进行强度以及模量的确定，经验法是参照规范中的参数建议值，考虑工程所在地的气候状况（自然区划和气候分区）和工程的具体情况适当选用。如，沥青路面设计规范建议粗粒式沥青混凝土，沥青标号≤90的抗压模量为1800～2200，设计时不能简单地取中值，如果所用沥青标号较低，如60、70，可考虑用较高的值，若为90，则应取低限；高速公路行车速度高，一般二级公路行车速度低，那么设计高速公路路面时可取上限值。设计诸如矿区道路时，因轴载较重车速低，则可取低限。

本工程主要采用沥青路面结构，沥青标号小于90，并且本工程属于二级公路，所以选择的抗压模量为2200。

3.4.2 基层材料类别与计算参数确定

（1）基层材料的类别。

我国路面工程中最常用的当属半刚性基层，主要材料类别按沥青路面规范定义有水泥稳定类（水泥土、水泥稳定级配碎石（砂砾）、石灰粉煤灰碎石（砂砾）、水泥石灰土、二灰土、水泥粉煤灰等综合稳定类。结合本工程的实际情况，本工程主要采用水泥稳定碎石基层作为基层材料。

（2）主要力学参数确定。

在本工程设计中，确定的基层材料的力学参数，设计为沥青路面时，需要考虑抗压模量和劈裂强度，设计为水泥混凝土路面时，只须确定抗压模量。材料力学参数可通过配比试验确定，也可参照规范建议值确定。半刚性基层材料的参数依据规范建议确定时应注意规定的龄期，材料配比，特别是结合料的含量；同时应考虑基层将来可能处于的潮湿状态。

3.4.3 垫层材料类别与计算参数

垫层材料主要有石灰稳定类（石灰土、石灰稳定集料等）、级配碎石、砂砾等。设计中一般只须确定垫层材料的抗压回弹模量，由于用于垫层材料的粒料很难进行试验测定，一般參照规范建议值确定即可。

3.4.4 土基回弹摸量的确定

新建公路初步设计时，土基回弹模量值应根据查表法（或现有公路调查法）、室内试验法、换算法等，经综合分析、论证，确定沿线不同路基状况的土基回弹模量设计值。土基回弹模量是路面设计的关键参数，也是随机性大和比较难确定的参数。确定的方法有两种，可称为经验法（查表法）和现场测定法。

经验法：新建道路设计时，尚无法实测土基顶面的回弹模量，应对路基填土类型、地下水位、预测的路基潮湿状态综合分析，根据经验数据或通过室内试验确定。根据土类和气候区以及拟定的路基土的平均稠度，可参考《沥青路面设计规范》附录E表E2预测土基回弹模量值。当采用重型击实标准时，土基回弹模量值可较表列数值提高15～30%。

现场实测法：在已建成的路基上，在不利季节按照现行《公路路基路面现场测试规程》规定，用大型承载板测定土基0～0.5mm（路基软弱时测至1mm）的变形压力曲线，然后根据公式计算出回弹模量值。

4 结 语

综上所述，在进行公路路面设计的过程中，必须根据当地实际情况以及实践经验进行设计，在满足交通量和使用要求的前提下，应遵循因地制宜、合理取材、方便施工、利于养护、节约投资的原则，进行路面设计方案的技术经济比较，选择技术先进、经济合理、安全可靠、有利于机械化、工厂化施工的路面结构方案。

参考文献

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