二级公路路面设计措施

余旋

（贵州省智恒交通设计院有限公司，贵州贵阳 550000）

0 引言

我国目前公路事业发展迅速，已经成为世界瞩目的基础设施建设强国。公路作为重要的交通设施，反过来也会促进国家经济的发展。然而，在二级公路设计中，有一些不确定因素存在，影响方案的使用效果，所以必须加强研究，提高设计水平，以延长道路的使用寿命，满足道路工程的运行需要。

1 概述

二级公路是一种具有双车道的道路形式，适用于小型客车通行量在5000～15000 辆之间的条件下。它能够将区域内的港口、机场、矿区和市区等地连接起来，形成一个完善的公路网络体系。一般来说，二级公路的路基宽度为10m 或12m，而在某些特殊地段，设计宽度可能为8.5m。然而，随着车辆数量的逐步增加，公路的损坏情况变得非常严重，并且会出现多种不同形式的病害，从而影响道路通行质量。

2 二级公路路面病害方式

2.1 泛油

泛油是沥青路面上常见病害，通常在环境温度较高的夏季出现。这是由于路面上的油石含量较高，导致沥青面层出现轻微的油污现象。对于出现轻微的泛油情况，可以采取铺撒石屑或粗砂碾压处理的方式进行修复。而对于泛油严重的区域，则需要铺撒粒径为5～10mm 的碎石，并通过压路机进行碾压处理，直至达到稳定状态后方可继续使用该路段。

2.2 裂缝

沥青混凝土路面发生裂缝是一种常见的破坏形式，通常在路面受损后形成。裂缝形成原因主要包括以下两种：第一，非荷载裂缝。这种类型裂缝主要由温度变化引起的温度裂缝和基层反射裂缝造成。例如，环境温度变化较大时，结构可能出现损坏裂缝的问题（见图1）。第二，荷载裂缝。这种类型的裂缝是由长期承受车辆荷载作用而导致的结构损坏。半刚性基层底部会受到较大的拉应力，如果拉应力超过半刚性基层的承载能力，就会导致基层结构开裂。在车辆反复碾压下，底部的裂缝会逐渐延伸到面层，导致面层出现裂缝问题。车辆荷载逐渐传导到面层时，通常不是单个、分散或规则的裂缝，而是密集且相互之间存在裂缝的情况，形成网状的裂缝。严重情况下，可能导致表面发生形状变化，如沉陷和辙槽等现象[1]。

图1 路面裂缝

2.3 路基塌陷

二级公路常发生弹性和残余变形问题，对路基结构的稳定性和平整度造成影响，进而导致路基塌陷（见图2）。具体原因如下：第一，填土中存在较多的自由水，当受到车辆碾压时，土体结构发生变形，无法满足规定的承载能力要求。第二，路堑等填筑结构在气候条件的干扰和影响下，受到水分和温度的作用，土粒会出现明显的吸胀和收缩反应。毛细水很容易上升到路基工作区域，导致路基湿度过高，承载能力不合格。第三，若路基没有填土，动荷载应力无法传递到天然基土中，导致地基沉降或不均匀反射到路面上。对于上述问题，可以采取如下换填方法：首先，选择刚性较高的填土结构；其次，确保填土达到干燥或中湿的状态，避免温度和水分对填土造成过大影响；最后，采用先进技术处理基底结构，避免沉降反应，并确保强度满足均匀性要求。

图2 路基塌陷

3 二级公路路面设计的内容

通过对二级公路病害形式的分析，可以了解到加强二级路面设计对提高路面工程质量的重要性。因此，在二级路面设计阶段，需要注意以下几点：首先，选择适合的二级公路路面类型和结构；其次，从经济角度评估，合理选择加强材料，以提高路面的整体性能。

3.1 公路路面的类型和结构设计

对于公路路面结构类型和结构设计，需要综合考虑现场道路的自然条件、气候环境、设计要求、使用标准、材料供应以及施工养护等因素。在选择路面类型时，要充分考虑路基的支承条件，并确定最佳的结构设计方案。同时，对于公路工程而言，基层和垫层的选择非常重要，可以选择当地的材料来降低项目成本，并满足现场施工需求。此外，还应积极研发新材料和新工艺，以提高公路路面结构的性能。在路面施工过程中，需要加强质量管理，并在施工完成后进行养护处理，确保路面结构具备合格的承载能力，并满足耐久性要求。此外，在路面结构设计中，还需要结合使用寿命周期，以确定最佳的形式和结构，满足道路的通行需求[2]。

3.2 公路路面结构设计和经济评价

在确定公路路面结构形式后，根据预先设定的结构方案选择适合的施工材料，并确定最佳的施工方案和标准要求。同时，对路面结构进行力学性能计算分析，以确保其使用寿命符合要求。目前，我国的公路路面主要采用沥青混凝土路面和水泥混凝土路面。沥青路面具有结构性能良好、稳定性强、平整度高、抗滑性好和耐磨性强等优点。同时，它还具备较高的抗车辙和抗裂缝性能，使用寿命较长，完全可以满足各种条件下的使用需求。在进行道路工程的设计和建设时，还需要考虑自然条件、交通量、材料性能等多个方面的因素。提高设计水平，可以更好地满足道路通行的要求。

3.3 公路路面的建筑材料设计

在公路路面设计中，选择适当的材料是确保路面性能和持久性的关键。第一，需要按照公路的交通负荷、设计速度、使用年限等因素，确定路面的承载能力、平整度、抗滑性、耐久性等性能指标，根据这些要求，选择符合规范和标准的材料。第二，考虑材料的机械性能和物理性能，选择具有足够强度和刚度的材料，能够承受交通荷载和气候变化的影响。材料的抗剪强度、抗压强度、抗折强度等机械性能指标应符合设计要求。此外，材料的温度稳定性、抗老化性能、抗水腐蚀性能等物理性能也要考虑。第三，考虑材料的可获得性和成本效益。选择具有广泛供应和适当价格的材料，以确保施工的可行性和经济性。同时，要综合考虑材料的使用寿命和维护成本，选择那些具有较长使用寿命和较低维护成本的材料。第四，考虑材料的可持续性和环境影响，选择符合环保要求、可回收利用和可再生的材料，减少资源消耗和环境污染。

4 二级公路路面设计优化措施分析

4.1 工程概况

某公路项目建设长度为3.1km，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12 年，该公路路面结构设计图见图3。

图3 路面结构设计图

4.2 选择符合实际需要的路面组合形式

综合考虑该工程项目的具体情况，包括现场地质、气候、水文和经济发展等方面，进行详细分析。在选择道路设计形式时，不能仅考虑半刚性基层结构，因为该结构形式并不适用于所有公路项目。对于交通量较小、重载较少的区域，可以采用级配碎石柔性基层或低剂量水泥稳定碎石基层。对于交通量较大、重载较少的区域，可以采用半刚性基层与沥青混凝土面层结构。而对于交通量较大且重载较多的区域，则应采用半刚性基层结构。在设计中还要考虑土工材料与路面结构的相互关系，对各个结构层的性能进行改善和调整，以确保结构性能满足要求，并延长使用寿命[3]。

4.3 各层材料计算参数的确定

在二级公路路面设计环节，对于路面层的材料参数设计要做到精细化，确保相关结构层的参数值达到设计要求，这样才能够确保后续工程项目的开展具备科学性。

4.3.1 面层强度和模量的确定方法

在沥青道路路面的设计中，需要进行计算分析和调整，以确保混合料在各种环境温度条件下符合使用要求。在确定强度和模量时，一般采用试验法和经验法。针对该工程项目，将采用试验法进行强度和模量的检测，并根据以往的工程经验分析该区域的自然环境条件，以选择合适的材料和结构。例如，在沥青路面设计中，倾向于选择粗粒式沥青混凝土，并将沥青的抗压模量设计在1800～2200MPa 之间。在设计过程中，根据需要确定最佳的参数。对于高速公路的车辆行驶，速度较快，因此应该选择较高的参数上限进行设计。而对于矿区道路等特殊区域，由于存在重载车辆且行驶速度较低，可以适当减小参数[4]。

4.3.2 基层材料类别与计算参数确定

（1）基层材料的类别

在当前我国路面基层施工中，常见的是采用半刚性基层，其中常用的材料是沥青混凝土。根据需求，可以采用水泥稳定碎石基层、水泥石灰土、二灰土、水泥粉煤灰等，以满足结构稳定性的要求。针对当前项目的使用需求，在施工过程中选择应用水泥稳定碎石基层的材料，以确保结构的强度性能符合要求。

（2）主要力学参数确定

在该工程项目的设计中，需要明确基层材料的力学性能。对于沥青路面结构的设计，应该综合分析抗压模量和劈裂强度；而对于水泥混凝土路面，主要考虑抗压模量。在进行材料力学性能的设计时，必须参考相应的规范标准进行选择和确定。在选择半刚性基层材料时，需要加强配合比的参数设计，遵循相应的设计规范。在半刚性基层的参数设计中，还需要考虑到龄期要求，加强配比的控制，以满足材料的配比要求。同时，保持材料处于湿润状态，这也是十分重要的[5]。

4.4 土基回弹模量的确定

在新建公路的设计过程中，土基回弹模量通常是通过查表、试验法或换算法来确定。综合分析与论证考虑沿线路基的状态，以及其他相关因素，来计算和分析土基回弹模量的参数。土基回弹模量是设计中的重要参数，同时也是一个会发生变化的关键参数。一般情况下，经验法和现场测定法被用于指导现场施工并分析结构的性能参数。经验法：在新建道路设计中，尚无专门的参数用于回弹模量设计。通过分析路基结构形式、地下水位、预测路基潮湿等因素，结合试验参数或试验分析，考虑土基的强度、密实度等参数，采用重击击实的方法，可将回弹模量提高15%～30%[6]。现场实测法：对于已经使用的路基结构，在符合公路工程领域标准规范要求的情况下，使用大型承载板检测土基0～0.5mm 的变形压力曲线，并结合项目要求确定回弹模量。

4.5 完善路面的排水设计

第一，确保路面排水畅通，避免积水渗入下层结构。要保证路面拱起和平整度符合标准要求，以防止积水影响路基结构的强度性能。第二，为了防止面层直接进入基层表面，导致基层结构变软，应在基层结构表面设置封层或透水层结构，即使有水进入内部也能及时排出，以保护结构的性能。第三，面层结构应采用耐水和耐负荷的复合材料。第四，应设置排水层结构，满足排水要求，并隔断毛细水，以避免毛细水的影响。因此，垫层或基层结构应具备排水和防水的功能。第五，在路面周边设置边沟、渗沟、排水沟等，严格按照规范的标准要求执行，以满足结构性能的施工要求。

5 结语

综上所述，在二级公路路面的设计环节中，需要考虑现场具体情况，并综合分析以往的工程经验。在满足交通量和使用标准的基础上，结合现场情况选择合适的施工材料，以确保现场施工的顺利进行。同时，还需要满足养护要求，以实现经济性、合理性、可靠性和机械化要求，从而提高施工的整体水平，更好地满足当前道路交通的需求。