对市政道路建设中路面设计分析

【摘 要】鉴于现阶段市政道路建设技术及使用寿命方面存在的问题，结合作者多年市政道路设计经验， 简要分析了市政路面设计应考虑的因素及处理方法。

【关键词】城市道路；路面结构；设计方法；厚度计算

市政道路建设在现代化城市发展中具有非常重要的地位，其设计工作、施工质量都对社会效益和经济效益都起到了决定性的作用。90年代国内开展了复合式路面、改性沥青路面的研究应用研究。近几年，随着高等级公路的不断发展，长寿命路面的研究探索开始起步。由于城市道路的设计的周期过短、管理水平落后、规范修编工作缓慢等原因， 没能充分利用研究成果，使路面结构设计盲目性、随意性较大。造成路面结构设计的“一贯不变制”、“盲目套用”等问题。同时，施工技术缺少创新，养护维修管理系统不健全，使得城市道路建设质量水平提高较慢。有关问题值得反思。

1. 结构层材料及组合设计

1.1 结构层材料

结构层材料的选择设计应坚持因地制宜， 要充分利用当地资源的原则。比较常用的有三种，即贯入式面层、沥青碎石面层和沥青混凝土面层，鉴于目前交通量的不断增大和超载现象的明显增多，传统的连续级配沥青混凝土面层已不适应发展的需要，一些新的表面层沥青混合料得到普遍推广应用。例如，多孔隙沥青混凝土、开级配磨耗层及间断级配沥青玛碲脂混合料SMA。现已广泛应用的改性沥青中，热塑性橡胶类代表品种SBS、橡胶类代表品SBR及适用于重交通的沥青玛碲脂混合料 SMA 在北京市铺筑的试验路，经长期观测均取得较好的成绩。早期的沥青路面（柔性路面）直接采用级配碎石、砾石做基层，用粒料或粒料土做底基层。在20世纪60年代开始使用石灰土、水泥稳定材料及碎石灰土，水泥稳定材料基层仅限于水泥资源丰富的地区或无粉煤灰地区。从上世纪80年代开始了二灰土、二灰碎石及二灰砾石等工业废渣的研究、推广应用。半刚性路面的产生是这一时期路面基层材料发展的必然结果。西安市充分利用当地资源—灞桥电厂废渣粉煤灰，绝大多数基层材料均采用二灰碎石，质量配合比由原来的1∶4∶5变为最常用的7∶28∶65。为适应重交通的发展，对二灰碎石质量配比5∶15∶80和8∶17∶75及二灰砂砾7∶13∶80基层材料在城市道路上进行测试研究，在增大含石量，提高基层抗弯拉强度的同时，保证填充料、结合料的合理比例。

1.2 结构层组合

沥青路面面层目前大多为2层或3层，分为上面层、中面层及下面层。研究表明：表面层是最重要的层次，温缩裂缝大多从表面开始，中下层对路面的疲劳性能、水稳性、抗裂性能至关重要，所以中下层结构层选择必须与表面层相匹配。石油沥青价格不断上涨，沥青路面的综合造价的增大不能不引起重视。西安市在沥青混凝土中掺入德兰尼特、博尼维纤维，使用结果表明沥青混合料造价增大约1倍，每厘米厚度增加4～6元/m2。但提高强度和延长使用年限的效果尚无明确的评价。路面结构层材料及参数设计与结构组合设计二者密不可分。既要结构组合趋于合理， 又要考虑筑路材料的价格变动影响。

水泥混凝土面板由原来的单层发展为2层甚至3层复合式。随着重交通的增大，路面结构层组合要求更高，要充分发挥各层材料的优势， 取长补短， 刚柔共济，新型复合式路面的研究应用充分满足了这一要求。我国曾经在“八五”期间的交通部科技项目《碾压混凝土与沥青混凝土复合式路面修筑技术研究》中，对RCC+AC新型复合路面进行了大量研究，随后开始广泛推广使用。结构组合设计要考虑当地水文地质状况，例如，西安市属湿陷性黄土地区，路面结构设计组合要充分考虑黄土湿陷性的因素， 故对石灰土基层技术进行了大量研究。

2. 结构厚度设计

2.1结构荷载应力分析

路面结构厚度设计的主要依据就是荷载应力分析。模型的建立和应力（荷载应力、温度应力）计算结果，直接决定着厚度的设计。国内应力计算分析大多采用三维空间等有限元方法、弹性层状体系理论及弹性地基板理论等。为方便工程设计，根据多年来设计理论方法的研究成果及积累的大量经验，计算结果大多编制成诺谟图，可直接查图取得工程需要的精度数值。荷载应力分析借用计算软件则更为方便、精确。

2.2厚度计算

路面结构厚度计算是结构设计中最重要的内容。结构厚度直接决定着路面的使用寿命和造价。目前，道路设计普遍存在着只重视设计制图量，而轻视结构计算的问题，有的甚至以图纸数量衡量工程的大小、难易程度。造成工程设计中结构厚度过分偏厚或偏薄，存在一定的盲目性、随意性，使工程资金浪费。计算中最主要的参数是交通量大小，由于交通量统计及预测一直是一个薄弱环节，同时有些城市道路类别区分不明确，选取交通量参数比较困难。城市道路结构厚度计算，在借鉴公路厚度计算方法及结果的同时，要充分考虑自身的交通特点。

新型路面的结构厚度计算，如半刚性路面、沥青玛碲脂SMA路面、AC+RCC复合式路面等，其厚度计算方法尚在不断探讨中。不但要考虑荷载应力作用，还要综合考虑结构组合及结构层材料的特性。例如，半刚性路面反射裂缝形成的原因一直认为是国产沥青质量不高（含蜡量较大）。国外对半刚性路面裂缝的研究认为，基层在铺筑之前或之后，必然产生裂缝并引起反射裂缝是其固有特性。所以在设计中则经常采用加厚沥青面层的措施来减轻反射裂缝。AC+RCC复合式路面用于城市道路，建议采用理论计算结合经验确定典型路面结构厚度的方法，通常城市快速路、主干路设计中RCC层取20cm，AC层取4cm为宜， 而气温高、热季长、雨水较多的南方城市，可采用空隙率较大的Ⅱ型细粒式沥青混凝土，厚度为2～3cm较适宜。据有关研究，APA长寿命路面结构改性沥青混凝土面层4cm，应力吸收层2cm，水泥混凝土面层28cm，防水联接层1.5cm，二灰碎石基层18cm，灰土或固化剂处理路床20cm，总厚53.5cm。路面使用寿命可达50年。

3. 试验路铺筑及养护维修

路面新材料及新型路面结构设计的合理与否，厚度是否适当， 需要通过铺筑试验路来观察分析、评价。目前城市道路铺筑试验路数量十分有限， 实地调查研究很少， 但公路建设方面较为完善、系统的经验值得借鉴。利用已有的经验成果， 要特别注意结合自身的特点。城市道路要求所采用的路面结构， 能够尽快开放交通， 缩短中断交通的时间；行车要舒适， 路面排水流畅；特别是粗糙度、平整度等表面功能要容易恢复，即维修养护方便。此外， 要求路面产生的噪声小、吸尘性能好， 有利于净化城市环境。路面的精心施工、合理的养护是结构设计质量必不可少的保证。目前我国城市道路养护管理系统仍需进一步健全。从系统管理角度讲， 路面工程的管理系统（简称PMS）是一个动态反馈系统， 应将施工、养护维修中的有关路面各项技术指标变化状况及其评价、评估结果， 经过筛选反馈到设计工作中， 从而使路面结构设计建立在大量的实践经验基础之上。要不断总结经验教训， 从使用性能、经济效益及方便施工等角度综合评价分析， 以选择最佳路面结构。

4. 结论

1）路面结构设计要求结构组合合理， 厚度合适，施工方便， 经济效益明显；2）城市道路设计有其独有的特点， 要求结构设计在借鉴公路方面成功经验的同时， 不能照搬照抄。高黏度改性沥青和间断级配、开级配的集料及长寿命路面的功能层、厚度值得研究；3）设计工作直接决定着工程建设的质量、投资的控制， 不断提高设计水平， 对于工程建设具有重要的技术经济意义。