浅谈人行道结构的抗冻胀设计

关键词：人行道、结构、冻胀、水泥稳定碎石、级配碎石

中图分类号：U41 文献标识码：A

摘要：城市道路两侧的景观带，给城市增添了一道亮丽的绿色风景。但同时绿化灌溉用水对人行道结构造成了较大的水侵害，尤其在北方地区，冬季来临前大量灌溉水积聚在人行道结构中不能及时排除，导致冬季在人行道结构中产生冻胀，损坏人行道结构，冻胀严重地区破坏层到达人行道面层，致使人行道面砖破损不能继续使用。本文结合天津市津南地区具体工程实例，探讨花岗岩面砖人行道不同结构形式抵抗绿化带灌溉水对人行道的侵害。

1、前言

近年来，随着城镇化建设速度的日益加快，城市用地范围日益增加，市政道路的建设也如火如荼的进行。随着环保、低碳理念的日趋成熟，对于城市道路景观建设的要求也随之增加，城市道路配合景观绿化带的建设，给城市增添了一道亮丽的绿色风景。但随之而来的问题，大部分绿化带设置在道路人行道外侧，常年灌溉水对人行道结构造成了较大的水侵害，不利于人行道结构的耐久性。尤其在北方地区，冬季来临前大量灌溉水积聚在人行道结构中不能及时排除，导致冬季在人行道结构中产生冻胀，损坏人行道结构，冻胀严重地区破坏层到达人行道面层，致使人行道面砖破损不能继续使用。本文结合天津市津南地区具体工程实例，探讨花岗岩面砖人行道不同结构形式抵抗绿化带灌溉水对人行道的侵害。

2、原因分析

人行道（side walk；foot way）指的是道路中用路缘石或护栏及其他类似设施加以分隔的专供行人通行的部分。在城市里人行道是非常普遍的，一般街道旁均有人行道。有些地方的人行道与机动车道之间隔着草地或者树木。在乡村人行道比较少。在发达国家许多地区的法律要求人行道上移除所有不便利残疾人使用的设施，因此在过马路的地方人行道专门降低到马路同一个水平，以便轮椅过马路。人行道作为城市道路中重要的组成部分之一，随着城市的快速发展，其使用功能已不再单纯是行人通行的专用通道，它在城市发展中被赋予了新的内涵，对城市交通的疏导、城市景观的营造、地下空间的利用、城市公用设施的依托都发挥着重要的作用。

随着城市化建设的加速，近几年天津市津南区市政道路已初具规模，但随着道路的使用，部分石材铺装的人行道在冬天普遍有翘起现象。翘起位置主要发生在人行道内侧的靠近侧石处的花岗岩面砖，翘起高度3~5公分不等。时值夏季该病害有所减轻，但局部人行道面砖已无法恢复原状。该病害主要有以下几方面特点：

（1）病害主要发生在冬季，尤其是气温最低的一月份，人行道面砖翘起及顶裂现象最为严重。

（2）当气温逐渐回升，直至夏季来临后，病害现象逐渐减弱，有部分病害区域可恢复原状。

（3）产生病害的道路人行道外侧均有5到15米不等的绿化带，据与相关单位调研后发现，冬季上冻季节来临前，园林部门均对绿化带进行一次大面积浇灌，但未等灌溉水排除后，温度已降至零下标准，导致灌溉水在结构层产生冻胀。

图1 现状人行道病害1图2现状人行道病害2

通过以上病害现象分析得出病害主要为冻融，属于水损害的范畴。作用机理主要为：大气降雨、地下毛细水上升、绿化灌溉水等原因使水分进入人行道结构层，由于结构层排水不良导致水分积存在结构层中。进入冬季气温骤降后，水分结冰体积增大，将结构层破坏并将人行道面砖顶起。冬季结束气温回升后，冻结水分融化，水分体积减小成液态，面砖变形的病害现象可有所减轻。具体成因分析可归结为以下几点：

（1）雨水排除不畅冻胀

经设计人员现场踏勘发现，现状立篦收水井两侧人行道面砖翘起现象最为明显，越远离收水井病害现象较轻，同时现状侧石与侧石间的接缝处均有不同程度的开裂现象产生。因此，推断病害主要成因为路面积水（雨水、雪水等）汇集至收水井周围，未能及时排放，通过侧石接缝渗入至人行道结构中，冬天产生冻胀现象，导致人行道靠近侧石处面砖翘起。若侧石后背处缝隙越深，积水越多，冬季花岗岩面砖翘起越为严重。

（2）施工质量

经现场踏勘发现，现状人行道面砖下3厘米的水泥砂浆垫层非常薄弱，局部地方已剥落损失。因此，花岗岩面砖承载抵抗下部冻胀力极弱，导致人行道砖翘起。

（3）绿化灌溉水冻胀

道路两侧人行道外侧均有5至15米宽的绿化带，冬季上冻来临前，均需对绿化带进行彻底灌溉。但灌溉水未及时排放就已经到上冻季节，积水在人行道结构层中冻结，也是导致病害的一个原因。由于缘石外侧为绿化种植土，能够有效卸载部分冻胀力，因此缘石处的花岗岩面砖冻胀翘起不是很明显。

3、解决措施

通过上述病害成因分析，针对病害产生根本原因，提出以下人行道结构层：6厘米花岗岩石材面砖+2厘米水泥砂浆（1：3）+15厘米石灰粉煤灰碎石(6:14:80)+20厘米级配碎石，结构总厚为43厘米。同时为了防止人行道外侧绿化带灌溉水对人行道结构产生破坏，采用防水土工布对人行道结构进行包裹，具体施做方法为：自级配碎石坡角向内50cm范围内铺筑一层防水土工布，外侧预留80cm土工布，之后涂抹2cm水泥砂浆及防渗沥青，其上铺筑20cm级配碎石及15cm石灰粉煤灰碎石。碾压完成后，在人行道路面结构外侧边部涂抹2cm水泥砂浆及防渗沥青，而后将预留的防水土工布沿人行道结构边部反包至石灰粉煤灰碎石层顶30cm宽，之后再施做人行道垫层（水泥砂浆）、铺筑花岗岩面砖。

粗、细碎石集料和石屑各占一定比例的混合料，当其颗粒组成符合密实级配要求时，称为级配碎石。结构层中级配碎石层的使用可有效的将灌溉水通过渗流作用排入收水井中。级配碎石—般是由预先筛分成几个(如四个)大小不同粒级的碎石组配而成，也可用未筛分碎石和石屑组配成。未筛分碎石只控制最大粒径(仅过一个规定筛孔的筛)后，由碎石机轧制的未经筛分的碎石料。石屑指碎石场孔径5mm筛下的筛余料，其实际颗粒组成常为0—10mm，并具有良好的级配。缺乏石屑时，也可以添加细砂砾或粗砂，但其强度和稳定性不如添加石屑的级配碎石。也可以用颗粒组成合适的含细集料较多的砂砾与未筛分碎石配合成级配碎砾石。

生产级配碎石用原材料质量应满足设计要求，并符合下列规定：

（1）粒径大于1.7mm颗粒的洛杉矶磨耗率应不大于30%，硫酸钠溶液浸泡损失率应不大于6%；

（2）粒径小于0.5mm的细颗粒的液限应不大于25%,塑性指数应小于6。

施工单位每一料场抽样检验洛杉矶磨耗率、硫酸钠溶液浸泡损失率、液限和塑性指数2次。

基床表层级配碎石应符合设计要求及下列要求：

（1）级配碎石材料由开山块石、天然卵石或砂砾石经破碎筛选而成。

（2）级配碎石颗粒级配不均匀系数Cu不得小于15，0.02mm以下颗粒质量百分率不得大于3%，大于22.4mm的粗颗粒中带有破碎面的颗粒所占的质量百分率不应小于30%，不得含有黏土及其它杂质。 施工单位在级配碎石生产期间，每工班抽样检验1次粒径级配、黏土及其他杂质含量、大于22.4mm的粗颗粒中带有破碎面的颗粒含量。

级配碎石出场前应进行最大干密度试验。施工单位每5000 m检验1次，当级配碎石材质发生变化或更换石场时应重新进行检验。

另外，防水土工布的应用可有效阻挡灌溉水对结构层的侵入，对于防水土工布还提出了以下技术参数要求。

膜厚度≥0.2mm；总质量≥400g/m2；单位质量允许偏差±5%；断裂强度（KN/m）10；断裂伸长率30～100%；撕破强力（kN）：0.25；CBR顶破强力（kN）：1.5；抗渗强度（Mpa）：0.4；渗透系数（cm/s）：10-10～10-12。

4、结束语

通过以上对天津市津南地区市政道路人行道的设计改造研究，同时加强道路施工的组织与管理，对于绿化带灌溉水对人行道的侵害有了较为明显的改善，冻融病害基本得到根治解决，对于今后城市市政道路的建设有着一定的参考意义。