城市砌块路面设计分析

王星茹

(太原高新技术产业开发区扩区开发管理办公室，山西 太原 030006)

0 引言

城市砌块路面设计根据预测与分析的交通量，比选材料，确定相关设计参数，完成路面结构组合与厚度计算并进行路面排水系统设计。

砌块路面铺筑要达到结构稳固、平整，灌缝饱满、缝线直顺，无翘动，防滑，不积水。

水泥混凝土预制砌块、石材、地面砖、装饰建筑砖和沥青砌块、木砌块、橡胶砌块为砌块路面常用铺装材料。天然石材和混凝土预制砌块多用于城市道路路面铺装。

城市砌块道路铺装采用的天然石材包括块石、条石、拳石或小方石等规则板材和拼装板材;铺装采用的混凝土预制砌块包括普通型混凝土和连锁型混凝土。

1 砌块路面材料技术要求

混凝土预制砌块和天然石材常见于城市砌块路面铺装。

C40 水泥混凝土的抗压强度和C45 水泥混凝土的抗折强度用于确定普通型混凝土砌块铺装支路、广场、停车场时的力学性能;C30 水泥混凝土的抗压强度和C40 水泥混凝土的抗折强度用于确定普通型混凝土砌块铺装人行道、步行街时的力学性能;连锁型混凝土砌块铺装车行系统和人行系统时，由于砌块平面尺寸较小，力学性能只参照采用C50 和C40 水泥混凝土的抗压强度确定。

花岗岩、大理石、安山岩、砂岩为路面铺装时常用的石料材质，其中结构细密、质地坚硬、同时具有耐腐蚀、吸水性小、抗压强度高的花岗岩在城市道路铺装中普遍采用，故规范条文按照花岗岩石材的饱和抗压强度和饱和抗折强度计算石材力学性能，饱和极限抗压强度取值不应小于120 MPa，饱和抗折强度不应小于9 MPa。其他石材根据性能另行确定计算。普通型混凝土砌块的强度见表1，连锁型混凝土砌块的强度见表2。

表1 普通型混凝土砌块的强度 MPa

表2 连锁型混凝土砌块的强度 MPa

2 砌块路面结构组合

砌块路面结构组合包括面层、基层和垫层。

砌块路面目前参照沥青混凝土路面或水泥混凝土路面的结构设计理论进行计算，计算过程中将砌块、接缝材料和整平层材料共同定义为面层。

砌块路面结构基层采用刚性、半刚性或柔性材料。垫层采用砂、砂砾等排水良好的颗粒材料。

车行道、停车场、广场宜用连锁型混凝土砌块铺装，铺装时采用宽度最小不小于80 mm，最大不大于120 mm，长宽比为1.5～2.3 的四面嵌锁和两面嵌锁的长条形状。连锁型混凝土砌块最小厚度见表3。

表3 连锁型混凝土砌块最小厚度 mm

普通型混凝土砌块或石材砌块宜用于铺装人行道和步行街。结合人行道宽度可采用300 mm×300 mm，400 mm×400 mm 的正方形或300 mm×500 mm，300 mm×600 mm 的长方形普通型混凝土砌块进行铺装。砌块厚度随平面尺寸的增加相应增加。石材由于加工方式不同，可分为机刨、剁斧、锤击、火烧等形式。用于城市道路铺装的石材受加工成型条件限制，一般采用正方形或长方形的平面形状，尺寸应用范围可从80 mm～100 mm，100 mm～200 mm 的正方形拳石、小块石，至大尺寸的块石，板材，特殊铺装条件要求下尺寸长度可大至1.5 m。普通型混凝土砌块一般最小厚度见表4，石材砌块适用性及最小厚度见表5。

表4 普通型混凝土砌块一般最小厚度 mm

表5 石材砌块适用性及最小厚度 mm

砌块面层与基层之间设置整平层，整平层用来调平基层的顶面，确保面层铺筑的平整。整平层采用中粗砂，厚度为30 mm～50 mm，整平层可适量变形促进块体之间的嵌挤。砌块之间存在接缝，如果接缝太宽则缝中填料过多，不利于块体的相互作用，进而影响砌块整体强度。为避免砌块路面整体性能受接缝宽度的影响宜采用水泥砂灌实普通型混凝土砌块接缝，粗砂灌实连锁型混凝土砌块接缝。普通型混凝土砌块及连锁型混凝土砌块路面，砌块接缝宽度应不大于5 mm。石材砌块路面宜采用水泥砂灌实，当有防水要求时水泥砂灌实缝下部，防水材料灌满上部。石材砌块接缝宽度应不大于5 mm，当接缝宽度小于2 mm 时，可不进行灌缝处理。砌块路面面层进行勾缝时，填缝材料采用沥青、橡胶类材料并设置胀缝，胀缝间距宜为20 m～50 m。

3 砌块路面设计方法

弹性层状理论、有限元方法和板的破裂理论可作为砌块路面结构设计的分析方法。目前在设计过程中采用广泛弹性层状理论，实际将砌块层间的荷载扩散能力有所扩大，但将砌块层和砂垫层等效为一个各向同性的均匀体材料仍是许多设计方法的理论基础。

沥青路面设计方法通过修正可得到弹性层状理论的砌块路面设计方法。方法一是等效层方法，将砌块层用2.1 倍～2.9 倍块体厚度的碎砾石代替，或是将砌块等效层采用密级配沥青混凝土层代替，厚度为1.1 倍～1.5 倍砌块体厚度;方法二是取砌块层的相对强度系数为1.02～1.08;方法三是沿用沥青路面设计方法通过以弹性层状体系理论为基础进行计算，将砌块层和砂垫层采用16 cm 厚度的沥青混凝土代替。砌块路面设计方法要求简单易行，结合使用经验、综合国内外对砌块路面的研究成果，采用等效厚度设计法及经过实际工程检验的典型结构法符合实际工程使用要求。

采用设计弯沉值作为路面整体强度的设计指标，并核算半刚性基层和柔性基层砌块路面基层底的弯拉应力。通过对反复荷载作用下疲劳应力，静止荷载作用下容许应力计算，确定沥青混凝土层厚度后，将砌块路面厚度采用等效厚度法进行换算:

其中，hs为砌块路面砌块体厚度，mm;h1为沥青混凝土层计算厚度，mm;a 为换算系数，取值范围0.7～0.9，道路交通量大、等级高、砌块面积尺寸较大时可取0.9，砌块块体抗压强度较高、砌块块体面积尺寸较小时取0.7。

计算水泥混凝土基层的砌块路面，可通过水泥混凝土路面设计方法确定混凝土板厚度后，采用下式按等效厚度方法进行砌块路面厚度换算:

其中，hs为砌块路面砌块体厚度，mm;hh为水泥混凝土板计算厚度，mm;b 为换算系数，取值范围0.50～0.65，砌块嵌锁条件好，荷载扩散能力较强，砌块面积尺寸较小时可取0.50，采用的砌块面积尺寸较大时取0.65。

4 砌块路面典型结构

通过弹性层状理论进行等效厚度换算，参照太原市常用砌块路面结构厚度和使用经验，制定典型砌块路面结构(如表6，表7所示)。

表6 人行道砌块路面结构 cm

表7 车行道砌块路面结构

按照车行道和人行道的不同使用要求进行典型砌块路面结构设计。人群荷载按照5 kPa 或1.5 kN 的竖向集中力作用在一块砌块上，分别取其结果不利者作为人行道荷载计算结果;车行道荷载取值按标准轴载BZZ—100 控制;机动车停车场按照行车道和停车泊位分别进行设计，同时适宜将绿植与透水设计应用于泊位区和自行车停车场;自行车停车场荷载取值按人群荷载进行计算。