砌块路面设计与破坏分析

1砌块路面设计方法

虽然砌块道路已应用了几千年，然而砌块路面优势并没有得到充分的挖掘，其设计理念并没有完全成熟，砌块路面尚无公认的设计理论和方法，目前砌块路面结构的分析方法有弹性层状理论、有限元方法和板的破裂理论。层状弹性理论是将砌块层和砂垫层等效为一个各向同性的均匀体材料，虽然对砌块层间的荷载扩散能力有所扩大，但仍是设计中通常采用的设计方法。所以《城镇道路路面设计规范》CJJ169-2012（以下简称“规范”）中建议通过修正沥青路面设计方法进行设计。修正方式有三种：一是采用等效层的方法，以2.1～2.9倍块体厚度的碎砾石代替砌块层，或以1.1～1.5倍砌块厚度的密级配沥青混凝土层作为砌块层的等效层；二是认为砌块层的相对强度系数为1.02～1.08；三是采用16cm厚度的沥青混凝土代替砌块层和砂垫层，沿用以层状弹性体系理论为基础的沥青路面设计方法。但是因为砌块路面的顶层是离散和不连续的，在世界各地进行的试验表明,砌块路面对交通的反应方式在某种程度上与传统意义上的柔性或刚性路面的反应不同。砌块层间荷载扩散性主要取决于其各个组成部分之间的相互作用，所以在实际应用中，一般利用传统的经验设计模型，比如材料类型和不同结构层的层厚根据经验来选择。

2砌块路面破坏实例分析与对策

2.1路面现状

西南地区某道路路面，车行道路面结构采用刨除原有旧路面层后，加铺30cm级配碎石+15cmC15混凝土垫层+5cm花岗石面砖，花岗石面砖尺寸为长×宽×高=30cm×15cm×5cm。花岗石面砖与C15混凝土垫层之间用水泥砂浆粘结。道路于2013年投入使用，服务一年后局部路段出现路面面板与水泥砂浆发生松动脱离，路面面板断裂、路面沉陷等病害（见图1、图2），钻心取样发现基层基本完整。

2.2路面破坏分析

根据现场调查及分析，发现本道路存在以下几个方面的问题：（1）路面类型根据《规范》及相关经验，发现有如下几点问题：砌块路面适用于支路、广场、停车场、人行道与步行街。这些街道都有一个共同的特点，即机动车流量不大，行车速度较慢。而本道路位于商业中心，是南北方向的交通干道，同时随着这几年汽车保有量迅猛增加，导致通过本道路的交通量很大,并且通过现场调查发现，本道路还有大型公交通过。大量交通的重复荷载作用，使得路面破坏。（2）面砖接缝本道路采用的是水泥混凝土垫层上铺设花岗石面砖，面砖与垫层之间采用水泥砂浆粘结。花岗石面砖、水泥砂浆以及混凝土垫层这三者中，由于面砖与水泥混凝土垫层的抗压强度以及抗剪强度相对水泥砂浆来说都较高，所以在汽车荷载作用下，最具破坏力的是面砖底的拉应力，由于面砖底与混凝土之间存在一层抗拉强度较小的水泥砂浆，故最先破坏的即是水泥砂浆层。同时，由于汽车对路面的冲击力是随着车速的增大而增大，路面不平整度的增加而恶化。本道路是一条主干道、车速较快，刹车也很频繁，面砖接缝的存在不可避免的造成平整度较差，这样就加大了汽车对路面的冲击力，容易造成水泥砂浆的脱落、面砖松动。面砖松动后，在汽车荷载、雨水侵蚀、冷热不均等各种因素的共同作用下发生剥落。（3）面砖尺寸现状5cm厚花岗岩面砖（长30cm、宽15cm、厚5cm），作为路面直接受力层。根据《规范》，对水泥混凝土基层的砌块路面，应按水泥混凝土路面设计方法，在确定水泥混凝土板厚度后，应按式（1）计算：hs=hh×b（1）式中：hs———砌块路面块体厚度（mm）；hh———水泥混凝土板厚度（mm）；b———换算系数可取0.5~0.65，采用的砌块面积尺寸较小时取低值，采用的砌块面积尺寸较大时取高值。如按照混凝土垫层厚度为15cm计算，则花岗石面砖的厚度应为7.5~9.75cm。且规范要求石材砌块的实用性及最小厚度宜符合表1要求。（4）车行道路面结构花岗岩面砖+15cmC15素混凝土+30cm级配碎石+压实路基。结构分析：15cmC15素混凝土作为持力层，相对于路面结构稍显薄弱，虽然目前C15混凝土垫层还未破坏，但是对于路面的使用寿命有很大的影响；建议混凝土厚度为20cm，标号等级不小于C30级，28d抗折强度不小于4.5MPa，这样既能保证路基的强度，避免道路面层受到车行荷载的作用发生破坏，又能延长路面的使用寿命。（5）铺筑工艺砌块路面的铺筑工艺一般有编织形、人字形、延伸形等（见图3～图5），本道路花岗石面砖采用的是延伸型铺筑，且采用的是未有错缝的延伸型，有研究表明，三种铺设方式中，采用人字形铺设时传递到基层的应力最小，而延伸铺设时传递到基层的应力最小。人字形铺设，块的安排使块之间的相互作用更加有效，一个块的旋转和位移影响路面上更多的块。因此，比延伸式铺设拥有更多的块分担载荷。

2.3对策根据前面分析，要解决该道路病害，应该从以下几个方面进行。（1）更换路面类型，采用沥青混凝土或者水泥混凝土面层。（2）更换粘结材料：如采用现状路面结构类型，建议将普通水泥砂浆更换成环氧树脂水泥砂浆重新铺筑花岗石面砖，由于环氧树脂水泥砂浆具有强度高，粘结力强、抗蠕变性能优越、耐腐蚀以及防水等性能，能有效解决本道路面砖松动脱落问题。（3）调整路面结构，要想获得长时间的使用寿命，必须保证足够的路面结构强度，建议增加水泥混凝土垫层厚度。（4）更换花岗石面层的尺寸，根据前述分析，结合本项目的实际，建议采用长×宽×厚=10cm×10cm×8cm或者长×宽×厚=30cm×30cm×10cm的面砖。（5）调整铺筑工艺，根据前述分析，建议采用人字形铺筑工艺。

3结语

虽然砌块路面具有建造成本最低、使用寿命最长、景观效果好等诸多优点，但在使用过程中应根据不同的交通量、使用环境、气候等各种因素因地制宜，有针对性进行设计与控制，优化面砖铺筑工艺，并在施工时严把质量关，方能达到最佳效果。

作者：彭小东 刘望坤 单位：中国市政工程西南设计研究总院