城市道路高地下水位条件路面结构优化设计研究

摘要：随着城镇化发展，道路建设经常也会遇到高地下水位条件的问题，结合周口地区实际工程实例，对下穿现状路段落高地下水位路段，对路面结构破坏进行分析和研究，提出相应的处治措施，调整基层、底基层和路床处理材料，并提出贫混凝土作为基层的施工技术要求，保证了高地下水位条件下路面结构的安全性和耐久性。

关键词：城市道路;高地下水位;路面结构优化

1 项目概况

项目位于周口市城区东南部，沙颍河南岸，西起大庆路，东至周口大道，城市次干路，道路红线宽30.0m，设计速度30km/h，道路标准横断面具体布置为： 3 m（人行道）+3.25 m（非机动车道）+7.0 m（机动车道）+0.5 m（双黄线）+7.0 m（机动车道）+3.25 m（非机动车道）+3m（人行道）=27.0 m。

正常段车行道路面结构64cm厚：4 cm 改性细粒式沥青混凝土AC-13C+6 cm  中粒式沥青混凝土AC-16C+ 18 cm 4.5%水泥稳定碎石+18 cm 4.5%水泥稳定碎石+18 cm 8%水泥稳定土，土基回弹模量E0值不低于30 MPa。

起点段下穿大庆路桥，本项目采取路基通过，由于下穿段最高地下水位位于路面设计高以下30cm，此段路面结构层受地下水位影响较大，考虑道路建设的安全性和经济性，对位于高地下水位段路面结构进行了优化设计。

2 地质条件

项目场地地形较为平坦，本场地地貌单元为黄淮冲积平原，根据区域资料，本场地位于华北断块中的豫皖断块内。豫皖断块北以栾川–确山–固始断裂与秦岭断褶系为邻。本断块属于“华北型”，结晶基底及沉积盖层同于华北其他断块。断块内构造走向北部多为东西向，新近系和第四系厚度在500～1500m。第四纪活动断裂多集中北部，南部多为前第四纪活动断裂。区内豫皖断块是个弱震带，地震少，强度低，地震发生部位是北西向或北西西向第四纪活动断裂与近东西向或北北东向第四纪活动断裂的交汇部位。

依据钻探野外描述及土工试验成果，勘探深度范围内，本场地地层属第四系全新统和上更新统，根据其物理力学性质及工程地质特性现自上而下分层描述如下：

第（1）层：粉土（Q4al）

褐黄色，稍湿，稍密-中密，干强度低，韧性低，无光泽，含有黑色铁锰质斑点，含植物根系。

第（2）层：粉质黏土（Q4al）

褐黄色，软塑-可塑，切面稍有光滑，干强度中等，韧性中等。局部夹有粉土：褐黄色，稍湿-湿，稍密，无光泽反应，干强度低，韧性低，含有铁质锈斑。

第（3）层：粉质黏土（Q3al）

灰褐色，可塑，切面稍有光滑，干强度中等，韧性中等。含有灰色斑点。

第（4）层：粉砂（Q4al）

褐黄色，湿-饱和，中密，主要成分为石英长石。该层夹有粉土，局部互层，含有铁质锈斑。

第⑸层：细砂（Q4al）

褐灰色，饱和，密实，主要矿物成份以长石、石英、少量云母碎片为主，颗粒级配一般。

第⑹层：粉质黏土（Q3al）

褐黄色，青灰色，可塑，稍有光泽，干强度中等，韧性中等，含铁锰质氧化物斑点和灰绿色条纹，见少量螺壳碎片和钙质结核。局部夹有粉土薄层。

第⑺层，粉土（Q3al）

褐黄色，湿，中密，揺震反应中等，干强度中等，韧性低，含青灰色斑块，有砂感，含少量小颗粒钙核，局部夹粉砂薄层。

第⑻层：粉质黏土（Q3al）

褐黄色，硬塑，有光泽，韧性高，干强度高，含较多小粒径钙质结核，具黑色铁锰质斑点。

地下水位类型为潜水，水位变幅2.0-3.0m，近3-5年最高水位0.5m。

下穿段路基部分主要为粉土层，较适宜道路工程建设。

3高地下水位下路面结构破坏及优化设计

考虑下穿段路基最高水位位于路面结构层，水进入路面结构时，会对半刚性基层和沥青面层产生结构性破坏。

（1）水透过面层空隙、裂缝或破损处滞留在半刚性基层顶面，在大量快速行车作用下， 自由水产生很大的压力， 冲刷基层混合料表层的细料形成浆体。由于渗入水的浸泡和冲刷， 致使沥青面层与基层分离， 基层强度降低，进而导致沥青面层开裂。此时浆体通过裂缝被行车压唧到路表面，如此反复作用， 沥青路面将产生冲刷坑洞。

（2）当水渗入沥青混合料内部空隙时，以及半刚性基层收缩变形产生的反射裂缝时， 如果路面结构内部排水不畅， 水便存留在路面内部， 使沥青粘附性减小， 导致混合料强度和刚度降低。其次， 水能进入沥青薄膜和集料之间， 阻断沥青和集料的相互粘结， 由于集料表面对水有比对沥青更强的吸附力， 致使沥青与集料表面的接触面逐渐减小， 最终沥青从集料表面剥落， 沥青剥离厚， 形成表面泛油泥。

此项目下穿段路面结构基层由水泥稳定碎石基层调整为贫混凝土，其中贫混凝土是由粗、细级配集料与一定水泥和水拌和而成的一种混凝土，水泥用量较普通混凝土低，与水泥稳定碎石、二灰碎石等常用半刚性材料相比，具有较高的强度、刚度和整体性，抗冲刷、抗冻性、以及抗疲劳性能良好。

在贫混凝土与沥青面层之间加铺一层玻纤格栅，玻纤格栅具有抗拉强度高、延伸率低、无蠕变，与沥青混合料具有较好的相容性，以及物理化学性能稳定、耐高温、嵌锁与限制作用好等特点，能均匀地传递荷载，并将反射裂缝应力由垂直方向转为水平方向。增强沥青混合料的整体抗拉强度，有效地改善路面结构的应力分布，降低沥青加铺层的应力，抵抗和延缓由于基层裂缝引起的沥青加铺层反射裂缝的发生，从而延长路面的使用寿命。

此外，由于此段路基地下水位较高，路床和底基层应采取透水性材料。因此下穿段车行道路面结构为：4 cm  改性细粒式沥青混凝土AC-13C+6 cm  中粒式沥青混凝土AC-16C+ 玻纤格栅+18 cm 贫混凝土+18 cm贫混凝土+18 cm 级配碎石，路床40cm范围采取碎石处理。

4贫混凝土施工技术要求

贫混凝土基层集料公称最大粒径不宜大于31.5mm，采取碾压混凝土施工，具体应满足JTGT F30-2014《公路水泥混凝土路面施工技术细则》相关施工要求。贫混凝土基层材料强度要求应符合下表：

碾压贫混凝土的集料级配可与水泥稳定碎石级配一致，水泥用量在不掺粉煤灰时不得少于170kg/m3。

碾压混凝土基层施工完毕后，在不产生崩边的情况下应尽早进行切缝。切缝时间一般应控制在开始养生后24～48h，以避免因碾压混凝土的收缩而产生大量裂缝。切缝采用硬切缝的方式，切缝深度为1/4～1/3混凝土厚，切缝宽度为3～5mm，横向切缝间距为10～15m，切缝后应立即进行清缝，清缝后应立即进行灌缝;采用A级70号热沥青进行灌缝，然后满幅铺设玻纤格栅防止反射裂缝。

5 结语

对位于高地下水位条件下路面结构设计，通过设置贫混凝土基层，底基层和路床采取透水性材料，保证路面结构的水稳定性和耐久性得到保证，同时对市政道路处于高地下水位时设计和施工提供了参考。

参考文献：

[1]苏国宏，杨明，郝身群.城市高地下水位条件下道路结构探讨[J].中国市政工程，2003，6：12-13.

[2]张洪银，朱俊杰.路面结构水损坏及防治措施[J].公路与管理，2010，5：722-724.

[3] 刘显刚，分析考虑水损害的沥青路面结构设计[J].交通世界，2013，3/4：60-61.

作者信息

作者姓名：张毓  性别：男  学历：硕士研究生

职称：工程师

主要研究方向：路基路面及岩土设计

工作單位：中冶京诚工程技术有限公司

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