二级公路路面的设计要点

黄艳

宜昌市交通规划勘察设计研究院湖北宜昌443000

摘要：在二级公路设计中，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。本文即详细阐述了二级公路路面的设计要点。

关键词：二级公路；路面；材料；排水

一、二级公路概述

二级公路为供汽车行驶的双车道公路，它应能适应将各种车辆折合成小客车5000-15000辆的年平均日设计交通量，为连接政治、经济中心或大工矿区、港口、机场等地的公路。其路基宽度一般为12米和10米，特殊地段可采用8.5米。随着公路建设里程拓展、公路使用的日益加剧。目前我国二级公路路面存在多种损害方式。

二、二级公路路面设计的内容

（一）公路路面的类型和结构设计

路面类型和结构设计，应该在充分全面的调查道路所在地的自然环境条件、当地的气候条件、设计要求、使用要求、以及材料的供应，还有一些施工养护技术等的因素下，选择路面的类型，在路面类型的基础上还要考虑路基支承条件，然后才确定结构方案。路面工程是公路工程中工程量很大的一项，基层、垫层的材料要尽可能选择当地的材料，因地制宜，还要注意施工过程中各种废弃物的使用和处理。必要的时候，可以考虑采用新型的路面结构形式、用新材料、新技术新工艺。同时还要注意，施工、设计、养护等措施，能够保证路面的功能和结构承载力。另外，在路面结构设计时，可以根据寿命周期费用来分析并合理的确定路面的类型和结构。

（二）公路路面结构设计和经济评价

路面的结构设计就是路面类型确定以后，根据预先选定的结构方案和选定的路面建筑材料，采用合理规范的设计理论和方法，对路面结构进行力学验算，使其符合力学要求，以保证公路工程完成后的寿命。目前公路路面类型主要有沥青混凝土路面和水泥混凝土路面两种，沥青混凝土路面和水泥混凝土路面都要求平整、透水性小、同时要防滑、耐磨，还要抗车辙和抗裂缝性能好，使用时间长。要满足这些条件，就要在公路路面设计的时候考虑公路的特殊地理、自然资源条件、材料、交通量等因素，设计时还要求工程师和相关专业技术人员严格计算，然后进行合理的设计。

（三）公路路面的建筑材料设计

在公路路面的设计中，路面建筑材料的设计是一个不容忽视的重要环节，但是在路面设计的过程中不受重视，是很容易被忽略的内容。主要原因是公路路面的设计只是依据设计规范或者是当地公路设计经验来确定路面的结构层次，各层次的材料也是依据设计规范和当地设计经验来确定和指定名称的，路面建筑材料的设计要运用工程技术和材料科学相结合，对于道路所在地的自然环境、材料在路面结构中所起的功能进行充分考虑，合理的选择满足规定要求的材料，并进行合理的配比。

三、二级公路路面损害方式

（一）泛油

泛油是沥青路面的一种主要破坏形式。泛油多发生在夏季高温季节，由于面层油石比过大，含油量过高而形成的。一般轻微泛油可撒石屑或粗砂，并用压路机或行车碾压处治；泛油较重的可先撒5mm～10mm粒径的碎石，用压路机碾压，待稳定后撒石屑或粗砂，并用压路机或行车碾压。

（二）裂缝

裂缝是沥青路面的另一种主要破坏形式。裂缝的出现往往是路面损害急剧增加的开始。沥青路面产生裂缝的原因很多，包括非荷载裂缝和荷载裂缝。非荷载裂缝主要是温度裂缝和基层反射裂缝。温度裂缝一般有两种形式：一种是低温收缩裂缝，一种是温度疲劳裂缝。荷载型裂缝，即主要由行车荷载作用而产生的裂缝。在车辆荷载作用下，半刚性基层的底部要产生拉应力，如果拉应力大于半刚性基层材料的抗拉强度，则半刚性基层的底部就很快开裂。在行车荷载的反复作用下，底部的裂缝会逐渐扩展到上部，并使沥青面层也开裂破坏。由车辆荷载产生的裂缝反映到面层上，往往不是单独的、稀疏的或较有规则的裂缝，而是稠密的，有时互相联系的裂缝，甚至是网状的裂缝。严重时，还往往伴随着表面的形变，例如辙槽或沉陷。

（三）路基塌陷

二级公路容易产生弹性和残余变形，残余变形影响了路基的稳定和路面的平整度。主要原因有：1）零填土中自由水分充分，压实荷载的大部分由空隙中自由水承受，土粒有效应力减小，土基不能充分碾压，难以达到足够的强度。2）零填及路堑路基对气候的变化敏感，水分和温度的作用使土粒吸胀和收缩作用明显，毛细水容易上升至路基工作区，使路基处于潮湿状态，降低了路基的承载力。3）

因路基无填土，动载作用应力不能充分扩散即达天然地基上，促使地基变形沉降，或者使天然地基局部不均匀反映到路面上。针对以上问题，换填时可采取以下三项措施：①采用刚性较高的填土结构；②保证填土处于干燥、中湿状态，降低温度、水分对填土的影响；③对基底进行技术处理，减少基底土层的沉降，并使其强度均匀。

四、二级公路路面设计的要点

（一）工程概况

某公路为二级公路，线路总长度为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。

（二）因地制宜，合理进行路面结构组合设计

根据本地区的实际，不同的地区地理、气候、环境和经济发展特点不同，交通组合也有较大的差距，在进行路面设计时，不能千篇一律地采用半刚性基层，在交通量不大，重载交通量少的江南地区和部分江淮地区路面结构组合设计应考虑使用级配碎石柔性基层和低剂量水泥稳定碎石基层；对交通量大，但重载交通量较少的地区，可以在半刚性基层和沥青面层之间设置级配碎石柔性排水层，或采用低剂量的水泥稳定碎石基层，减少半刚性材料反射裂缝对路面的早期损害；对于交通量较大且重载交通较多的地区，在使用半刚性结构层时，可以考虑使用土工材料加强结构层之间的联系，同时改善层间的受力特性。

（三）各层材料计算参数的确定

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有两种：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。

2、基层材料类别与计算参数确定

（1）基层材料的类别

我国路面工程中基层最常用的当属半刚性基层，主要材料类别按沥青混凝土路面规范有水泥稳定类（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）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，一般参照规范建议值确定即可。

3、土基回弹摸量的确定

新建公路设计时，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，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。

（四）完善路面的排水设计

首先应迅速排除表面水，防止积水渗入下层，要求路拱和表面平整度符合规定，路表不得积水；

其次，为防止面层渗水滞留基层表面，而使基层被浸软，在基层上应做封层和透层，能够达到即使有水渗入也能及时沿基层表面的路拱排出的效果；

第三面层材料应选择能耐荷载与水分复合作用的材料；

第四设置排水层（垫层），既能排水，也能隔断毛细水，使上升的毛细水也能及时排出。因此，此垫层或下基层应有排除上、下两方来水的作用，应用透水材料；

第五与路面结构排水有关的边沟、渗沟、排水沟等，必须按规范要求设置；

第六各层的强度自上而下逐渐减小，层次较多，虽受力情况较合理，但不同材料过多的层次将会给施工工艺及材料制备带来较大困难，因此，一般层次不宜过多，层间应尽量连续。

结语

综上，在进行二级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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