青海省路面结构形式研究的论文解析.docx
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青海省路面结构形式研究的论文解析
青海地区路面结构形式研究
2016年11月30日
青海地区路面结构形式研究
摘要：
通过对青海省公路自然环境因素调查，结合青海地区交通状况和路基强度，进行合理的交通等级和路基强度等级划分，介绍青海路面结构形式设计的原则和方法，通过对青海省路面设计的分析，对路面结构形式设计进行探讨。
关键词：
道路工程路面结构设计
在青海省的公路建设中，路面类型大多数为沥青路面。
在沥青路面的设计和施工中也取得了许多实际经验，但在路面的建设和使用过程中也存在一些问题，这些问题产生的原因是多方面的，但不可否认与路面结构设计有一定的关系。
下面介绍路面结构形式设计的原则和方法及路面结构设计流程图、青海省公路建设常用的路面结构形式、我项目部采用的路面结构设计及工程建设管理。
一、青海省沥青路面设计中存在的一些问题
1、结构组合型式单一
目前，在青海省修建的沥青路面中，不分东西南北，大多数是沥青混凝土。
路面结构设计没有很好结合自然条件、筑路材料、交通荷载特点等方面进行较好的联系。
2、路面设计未能引起足够的重视
在进行设计时，简单套用规范推荐的材料参数，按照以往的设计类型进行计算，没有真正根据不同项目所处地区、地质条件等因素的差异进行合理的结构设计。
3、旧路改建过程中对原有结构的利用不合理
在设计时，考虑更多的是对路基的利用。
对原有路面的利用程度却未做更多的考虑，大多仍按新建公路进行设计，路面厚度偏厚，造成老路资源、材料和资金的浪费。
二、路面结构形式设计的原则与方法
1、科学合理的路基设计是路面设计的基础
路基是路面的基础，坚强而又稳定的路基为路面结构长期承受汽车荷载提供了重要保证。
因此，路基设计时应重点对工程地质不良和水文地质不良路段采取科学、合理的处理措施，避免因不完善的路基设计给路面设计留下隐患。
例如：
在路面设计规范中，尽管规定在潮湿路段可做路面（土基回弹模量大于25MPa或30MPa），但在实际的路面施工中，往往是这些路段易出现路面早期损坏的现象。
因此，要使路面有足够的整体强度和使用年限，必须保证路基有足够的强度和稳定性。
否则，单纯依靠加强增厚面层和基层，并不能收到良好的效果。
2、根据项目的不同特点进行路面设计
青海省地域广阔，气候、水文、地形、地质等自然条件有很大差别，有农业区、沙漠戈壁区，高寒区。
这些地区由于自然条件有很大的差异，对路面结构的要求也不尽相同，对路面产生破坏的因素也有所不同。
设计时，应充分了解和认识这些差异性，做出符合实际的路面设计。
3、细化路面结构设计
细化路面结构设计，并非指对路面设计理论和计算方法的细化，而是指根据工程地质条件、土质类别、筑路材料等因素对不同路段的路面设计进一步细化。
根据路面计算结果的特点，交通量和设计弯沉值的小幅度变化，对路面厚度的结果并不会产生较大的影响；而面层、基层、垫层抗压强度以及土基回弹模量值的变化对路面厚度的计算结果有较大影响。
但在规范中，对以上数值的取值有较大的范围，如何选定这些参数，在路面设计中至关重要。
因此，在路面设计中不能将筑路材料、土基等的差别性忽略，而笼统的将全线的基层、垫层抗压强度取为同一数值；或只根据土基的土壤类别、干湿类型选定土基回弹模量值。
在外业调查中，应根据实验数据和实际经验（不能以实验数据代替经验，也不能以经验完全代替实验），划分出不同特点的路段，分别进行设计。
4、按交通量和轴载特点选择结构层次
在路面设计中，往往将路段内的所有车型划为一种标准车型后再进行标准轴载的换算，或直接采用工可研报告中标准车型的交通量进行标准轴载的换算（工可研中的交通量比路面设计需要采用的交通量大），得出路面的设计弯沉值进行路面设计。
这种做法不能完全反映实际的轴载特点。
在外业调查中，应对实际交通量的特点，将其划为几种标准车型后再进行标准轴载的换算，将计算结果与按工可研报告中提供的标准车型交通量的计算结果比较，论证的采用，根据不同的交通量和轴载特点选择结构层次，达到既经济合理又满足交通量对路面结构的需求。
5、选择合适的路面结构层厚度
合适的路面结构层厚度是路面设计中重要的内容，应根据公路等级、交通量及组成、材料力学性能、有利于施工等因素合理选择。
（1）面层结构层厚度的确定，在设计规范中推荐的沥青混凝土厚度为4～6cm，采用4cm的厚度比较合适，这是从沥青混凝土路面的受力性能分析得到的。
青海省沥青混凝土的基层多采用半刚性基层，一般来说，半刚性基层材料具有较高的抗压强度和抗压弹性模量，并具有一定的抗弯拉强度，且它们都具有随龄期而不断增长的特性，因此半刚性沥青路面通常具有较小的弯沉和较强的承载能力。
由于半刚性基层的刚度大，使得其上的沥青层弯拉应力值较小，从而提高了沥青面层抵抗行车疲劳破坏的能力，甚至可认为半刚性基层上的沥青面层不会产生疲劳破坏，车辆荷载主要可以通过基层所使用的半刚性材料来承担，面层只起防水和功能性作用，可以达到“薄面”的目的。
并且以多层体系弹性理论为基础的现行规范计算出的这种路面结构面层受到的弯拉应力很小，已不起控制作用，因此得出的路面厚度也偏小。
因此，仅从承载力方面考虑沥青面层的厚度就没有必要很厚。
（2）基层结构层厚度的确定，设计时考虑最多的是层厚是否满足路面强度的要求。
一般来说，基层厚度习惯上设计为15cm和20cm。
15cm一般施工时压实度容易保证。
但是，当基层达到20cm时，压实非常困难。
施工时为了防止夹层出现，往往要超拌1～2cm，加上施工误差，设计层厚为20cm时，压实厚度可能达到21～23cm，个别情况下可能达到23～25cm，这时压实是非常困难的。
当厚度为20cm时，从顶面以下15cm范围内压实效果很好，而底面的2～5cm这一部分压实效果不理想，呈略为松散状态。
这种现象无论采用什么碾压措施都难以消除的。
因此，设计厚度以18cm为宜。
6、作好路面结构层防水与排水设计
典型的破坏是坑洞，或出现唧浆、网裂和形变，路面出现其它病害破坏以后，遇水浸入会加剧、加速路面的破坏。
设置路面结构防水层和排水层，是阻止水渗入基层的有效措施。
另外，应建立渗水排出通道，使结构层内的水迅速排出路基，如可以在硬路肩下设置砂砾垫层或盲沟，以达到上述目的。
7、实践检验确定路面结构设计
沥青路面设计不宜过于追求理论计算的精确性，重要的是通过实践检验避免重复不良的路面结构体系沥青路面设计时，都要进行条件假设，在这种情况下，运用任何理论计算的结果都只能做参考，重视理论计算的精确性并不十分重要，重要的是通过实践进行检验。
设计单位可以对青海省的沥青路面设计的使用效果进行调查，通过实践检验确定路面结构设计的合理性，避免重复不良的路面结构设计。
图1路面结构设计流程图
三、青海公路建设常用路面结构形式
表1青海省公路常用路面结构形式
结构
面层
基层
垫层
结构一
沥青表处
级配碎（砾）石掺灰
天然砂砾
结构二
沥青混凝土
水稳砂砾
天然砂砾
结构三
沥青混凝土
级配碎（砾）石
天然砂砾
结构四
沥青混凝土
级配碎石、水稳砂砾
天然砂砾
注：
沥青路面组合形式设计合理应各沥青层的厚度与混合料的公称最大粒径相匹配，沥青混合料的一层最小压实厚度（沥青层）的厚度不宜小于混合料的公称粒径的2.5~3倍。
青海省由于地处高原，深居内陆，远离海洋，终年受大陆性气流及青藏高原气团影响，形成寒冷而干燥的气候特征。
结合青海的气候、地质地理、交通特征等情况不同区域采用不同的路面结构。
如循隆公路工程路面结构是：
4cm细粒式SBS改性沥青混凝土（AC-13）上面层；5cm中粒式沥青混凝土（AC-16）中面层；6cm中粒式沥青混凝土（AC-20）下面层；1cm沥青同步碎石封层；20cm水泥稳定碎石基层；16cm水泥稳定砂砾底基层；16cm水泥稳定砂砾垫层。
而G310线大力加山至循化公路工程的面层路面结构与循隆公路相同，上基层和底基层也相同，但垫层则有原来的16cm水泥稳定砂砾垫层变成16cm级配碎石垫层。
结构形式发生变化就是本着因地制宜、合理选材、降低造价、便于施工的原则。
四、我项目路面结构设计
1、设计原则
路面设计本着因地制宜、合理选材、降低造价、便于施工、养护的原则，同时针对目前国内重载交通日益增长的特点，沥青路面出现的车辙、开裂等多种早期损坏病害，提出从结构、材料、工艺入手解决路面早期损坏问题，按功能合理设置路面结构层。
长寿命路面通过加厚沥青层厚度将面层磨耗层、主要承压层和受剪层均放到了沥青层内，使路面的正常破坏仅发生在沥青层，通过铣刨重铺即可修复，从而使沥青路面在使用年限内不进行结构性的修复，降低高速公路的全寿命周期成本，满足可持续发展理念。
2、设计依据
路面设计遵照《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）、《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）、《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2011）、《公路水泥混凝土路面施工技术细则》（JTGF30-2014）、《公路路面基层施工技术规范》（JTGF20-2015）、《公路路基设计规范》（JTGD30-2004）、青海省交通厅文件“青交公[2010]588号文件”及有关规范、规程进行设计。
3、路面设计参数
路面设计标准轴载采用双轮组单轴载100kN，沥青路面设计年限为15年，水泥路面设计为30年。
根据初设批复的路面结构方案，本项目主线及互通匝道、连接线路面面层采用沥青混凝土结构，收费站采用钢筋水泥混凝土路面。
本项目所在区域公路自然区划为Ⅶ3区，即为河源山原草甸区，属青藏高寒区。
一般路基强度参数按规范要求的中值确定。
如路基回弹模量小于40MPa时，应采用换填等方式进行处理。
工可报告中交通量及交通组成预测结果如表2～表4所示。
表2交通量预测结果
年度
路段名称
2017年
2020年
2025年
2030年
2036年
起点—清水互通
7817
13185
19660
26822
32668
清水互通—白庄互通
7326
12357
18425
25137
30616
白庄互通—道帏互通
7131
12028
17935
24468
29801
道帏互通—终点
6904
11645
17364
23689
28852
平均值
7154
12067
17993
24548
29898
表3特征年车型比例预测
车型
2017年
2020年
2025年
2030年
2036年
小客
53.17%
54.72%
55.53%
56.46%
57.14%
大客
3.02%
3.47%
3.72%
4.46%
4.66%
小货
9.48%
8.55%
8.02%
7.01%
6.59%
表4特征年车型比例预测
大货
12.93%
12.53%
12.57%
12.80%
13.16%
拖挂车
13.54%
13.62%
13.71%
13.94%
14.03%
合计
100.00%
100.00%
100.00%
100.00%
100.00%
根据交通量预测结果及项目通道内相关车辆调查情况，本项目路面设计代表车型选择见表5：
表5路面设计代表车型
序号
车型名称
前轴重
（KN）
后轴重
（KN）
后轴数
后轴轮组数
后轴距
（m）
交通量
1
三湘CK6560
13
25.6
1
双轮组
/
3804
2
金陵JL6121S
48.3
50.2
2
双轮组
＞3
144
3
北京BJ130
13.55
27.2
1
双轮组
/
678
4
解放SP310
26
67.1
1
双轮组
/
375
5
解放CA30A
29.5
36.75
2
双轮组
＜3
463
6
尤尼克2766
67
102.5
4
双轮组
＜3
323
沥青混凝土路面设计采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性连续体系理论，以设计弯沉值、沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层层底拉应力作为路面整体刚度的设计指标。
路面厚度计算采用多层弹性连续体系理论的专用设计程序HPDS2011进行计算。
中湿路段的路面总厚度不小于沥青路面防冻最小厚度。
当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时：
路面营运第一年双向日平均当量轴次2187次；设计年限内一个车道上的累计当量轴次10011400，属中等交通等级。
当以半刚性材料结构层层底拉应力为设计指标时：
路面营运第一年双向日平均当量轴次为3023；设计年限内一个车道上的累计当量轴次为138383500，属重交通等级。
所以设计等级必须按重交通等级。
4、工程建设管理
（1）遵循招标文件各项条款的原则。
执行业主对本工程建设的各项要求，采取现代化管理手段和施工项目管理模式，优化资源配置，以适应施工组织安排的要求；
（2）贯彻执行各项施工技术标准以及安全技术规程。
对现场安全管理实施全员、全方位、全过程严密监控；
（3）坚持实事求是，本着“精细化管理、精心组织、精心施工”的原则，确保施工组织的可行性、先进性和合理性；
（4）坚持施工、环保同考虑、同安排、同落实，按永久工程标准建造、维护环保设施。
（5）我项目路面工程，是最后一道关键工序，施工任务重、有效施工时间短、质量要求高、标准化建设水平要求高，作为本项目一个样板工程打造，即要求我部全体努力把大循公路的路面工程施工打造成为标准化建设的一个亮点。
五、结论
本文结合青海省特殊的地理环境和气候特点，介绍路面结构形式设计的原则和方法及路面结构设计流程图、青海省公路建设常用的路面结构形式、我项目部采用的路面结构设计及工程建设管理。
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