目前在高等级公路水泥混凝土设计方面已经建立起了一套完整的设计理论,但这些理论主要是用来解决路面厚度和设计计算的问题,对结构组合和材料选择及组成等方面仅作了指导性的规定。而农村公路在结构组合和材料的选择及组成方面存在诸多问题,有必要进行深入研究。
一、路基路面设计的基本原则
设计出一条既具有经济性又具有较长使用寿命的水泥混凝土路基路面,必须要遵循以下几条原则:1•在农村水泥混凝土路面的设计过程中要遵循尽力而为、量力而行、注重实效、确保质量、因地制宜、就地取材、保护生态、改善环境的原则。2•农村公路水泥混凝土路面的设计,要考虑未来交通及经济的远景发展需要,要适应于未来交通发展及路网规划。3•在农村公路水泥混凝土路面的设计中,应该充分考虑由于施工水平差异,而引起的材料和结构参数的变异性对设计结果的影响,正确合理地选取变异水平等级。4•要强化路面结构组合和材料组成要求,找出符合当地实际情况的路面组合和材料组成。
二、设计前的准备
设计一条经济性和使用寿命都较好的农村水泥路面必须做好以下几个方面的准备工作:
(一)设计轴重和交通量的确定我国现行的交通量调查是以直接记录不同车型车辆的通行次数,然后将其换算成标准的轴载,但轴载在25kn以下的由于其对路面的破坏较小通常被忽略。农村公路的交通量和高等级公路的交通量有所不同,农村公路中非机动车较多,低吨位、小轴载的车辆较多,势必会造成农村公路交通量偏少,同时也不符合农村公路交通量的实际情况,因此,建立在农村公路的交通量统计中采用较低的忽略轴载吨位。
(二)确定各结构层的力学参数为了设计出既具有经济性又具有较高使用寿命的水泥混凝土路面,路基设计参数的确定不应该仅仅根据现行《公路水泥混凝土路面设计规范》,而应以《公路水泥混凝土路面设计规范》为基础,结合有关室内试验及材料来源,经过论证确定农村水泥混凝土路面材料的回弹模量值等设计参数。
三、路基设计要点
(一)路基设计的基本要求路基应根据公路等级和当地自然条件(包括地质、水文、材料情况等),并结合施工方案进行设计,既应有足够的强度和稳定性,又要经济合理。路基填筑宜采用水稳定性好的材料,严格控制路基压实,满足强度和稳定性要求。路基强度、稳定性和压实度达不到要求的路段不得铺筑沥青或水泥路面。通过特殊地质、水文条件地带的路基,应做好调查研究,结合当地实践经验进行特别设计。
(二)路基横断面三级公路当路面宽度采用6.5m,路基宽度不小于7.5m,当路面宽度采用7.0m,路基宽度不小于8.5m。
(三)路基高度路基高度的设计,应使路肩边缘高出路基两侧地面积水高度,同时要考虑地下水,毛细水的作用,不致影响路基的强度和稳定性。路基设计标高一般采用路面中心标高。
(四)路基边坡路基边坡率:填方段边坡坡率为1:1.5;当路堤高度大于6m时,路基边坡采用1:1.75,控方边坡坡率采用1:1.5;当挖方深度大于6m时,于6m处设置2m宽护坡平台。
(五)路基压实路堤基底应清理和压实,基底强度、稳定性不足时,应进行处理,以保证路基稳定,减少工后沉降。
(六)路基防护路基防护应根据当地水文、地质及筑路材料等情况,采取有效的路基防护措施,防治路基病害,保证路基稳定,提高公路抗灾能力。
(七)路基排水各级公路应根据沿线的降水与地质水文等具体情况,设置必要的排水设施,以排除路基、路面范围内地表水和地下水,保证路基、路面的稳定和行车安全。路基地表水可采用边沟、截水沟、排水沟、跌水和稳流槽等设施。挖方路段及高度小于边沟深度的填方路段应设置边沟。边沟横断面一般采用梯形,梯形边沟内侧边坡为1:1.0~1:1.5,外侧边坡坡度与挖方边坡坡度相同,村屯过境段可采用矩形边沟。一般路段可设置土边沟,冲刷严重的路段应设置硬化边沟。结合当地实际情况设置综合排水设施,排水边沟尺寸和断面型式应满足功能要求。推荐采用干砌片(卵)石、浆糊片(卵)石、钢筋混凝土预制槽(块),砖砌边沟等形式,可进行排水沟表面加盖处理设计。通过较大集镇路段可以结合小城镇建设采用窨管暗排型式。
四、路面设计要点
(一)路面设计的基本要求1•公路路面应根据公路等级、交通量及组成、当地材料和自然条件,结合路基进行综合设计。路面应具有良好的稳定性和足够的强度,其表面应满足平整、耐磨、抗滑和排水的要求。2•路面设计标准轴载为双轮组单轴100kn。
(二)路面结构1•路面结构一般由面层、基层、底基层组成,必要时增设垫层。2•面层类型一般采用水泥混凝土路面结构或沥青混凝土路面结构,还有水泥混凝土预制块路面。3•水泥混凝土路面:农村公路的水泥混凝土面层采用碎石混凝土。水泥混凝土路面面层的厚度与面层的类型和强度、交通状况、环境因素等有关,水泥混凝土面层厚度要求通村公路不小于18cm,一般采用20cm,通乡公路不小于20cm,一般采用22cm。水泥混凝土路面的强度以28d龄期的弯拉强度控制。农村公路的水泥混凝土弯拉强度标准值不得低于下表的要求。面层水泥一般采用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥,也可采用矿渣硅酸盐水泥,型号应为42.5级水泥。水泥混凝土面层板一般采用矩形,其从向和横向接裂应垂直相交。纵缝两侧的横缝不得相互错位,水泥混凝土面层板横向接缝的间距,路面单幅宽3m~3.5m;路面单幅宽3.5m~4.0m;路面单幅宽4.5m~5.0m。四级路当采用路面宽4.5m时可以采用双幅设计,每幅宽2.25m,每块板长2.5m。4•沥青混凝土路面:单层面层最小厚度不小于4cm。对于双层结构上面层可采用3cm或4cm沥青混凝土,下面层可采用5cm或6cm沥青混凝土,也可以采用5cm或6cm沥青贯入式。5•路面基层。基层宜采用无机结合料类半刚性基层,旧路地质条件好的路段也可采用粒料类柔性基层。基层的类型以国家基层规范和省农村公路设计指导意见要求为准。基层厚度适宜范围为15cm~36cm宽度应比面层每侧至少宽出30cm。基层宜采用15cm以上水泥稳定砂砾(中砂+碎石)或厚15cm以上石灰粉煤灰稳定碎石或20cm级配碎(砾)石。6•路拱横坡:双车道采用双向横坡1.5%,单车道采用单向横坡0.5%~1%,路肩横坡采用2.5%。设置单向横坡在超高时要进行反向横坡的过渡。7•路肩:对于交通量较大项目,路肩应采用硬路肩,可采用风化碎石,泥结碎石或碎石土等,上设风化砂磨耗层。五、结构组合在农村公路水泥混凝土路面中正确地进行结构组合设计,对于延长农村水泥混凝土路面的使用寿命,节约投资有着不可估量的作用。当前农村公路水泥路面结构组合中存在的问题分析。农村公路破坏严重的一个重要原因是结构组合不合理,主要表现在以下几个方面:农村公路的基层类型选择不当,等级较低。当前农村公路有相当一部分是泥结碎石基层、片石基层等低等级的基层,甚至还有一部分农村公路没有设置基层。调查结果表明,所有病害严重的路段都有直接在这些基层上直接铺筑水泥混凝土路面的。
六、施工材料的选择
选择路面材料是路面设计的一项重要内容。与结构组合相比,混凝土路面的材料选择同样十分重要,它影响路面结构的工程造价、技术性能及路面结构的使用性。农村公路水泥混凝土路面材料的选择中应该充分考虑经济原则。一般来说水泥混凝土路面材料的选择可以分为路基材料的选择和路面材料的选择。
(一)基层结构材料的选择由于路基在路面结构中起功能性作用,主要是满足强度、刚度、稳定性和抗冲刷性要求的前提下,必须考虑到当地的材料来源,遵循就地取材的原则,同时考虑当地的自然气候与水文地质环境条件对路面结构的影响,选择来源方便,强度高,水稳定性好,造价经济的材料。对于农村公路中常用的粒料类基层,粒料的选择应主要满足以下几个方面的要求:1•满足一定的级配要求,农村水泥混凝土基层的选材的级配要求是要按一定的配合比例填充孔隙,经压实后形成一种密实的结构层。同时在潮湿多雨地区细集料不能过多,否则容易引起唧泥和板底脱空病害的发生。同时料粒的最大粒径帮基层时不应超过53mm,帮垫层时不应超过63mm。2•满足一定的压碎值要求。对于压碎值要求在不同的基层类型一般是统一的,在二级公路或二级以下公路中压碎值的要求一般不能大于40%,在填隙碎石基层中,由于是用单一的粗碎石作为粗集料和用石屑填满碎石空隙的一种结构,对压碎值的要求较高,一般不宜大于25%。
(二)路面结构材料的选择1•水泥的选择。水泥是农村公路水泥路面的胶结材料,在水泥路面中占有极其重要作用,水泥路面的质量在很大程度上取决于水泥的质量。农村公路水泥路面中可以采和硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥,道路硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥。水泥的标号不应低于425#。2•粗集料的选择。粗集料的选择不仅应该根据当地的资源条件来确定,还应该根据所选的水泥标号确定。这主要表现在压碎值指标和抗压强度上,农村公路水泥路面中可以采用III级集料。3•配合比的要求。在农村公路的配合比设计中应该根据当地材料的实际情况,结合经济性原则,设计出符合三大参数的配合比。若在满足要求有困难时,可以采取适当的处理措施以满足要求,或者采用其它的选材措施。两者相比选择经济性较好的方案。如我国有一些地区的特细砂资源较为丰富,如果遵照普通混凝土路面设计方法,由于特细砂表面积较大,需要的水泥用量较大,不仅不经济而且用特细砂配制的水泥混凝土质量也不好,但只要在设计中注意低用砂量和低流动性的问题,采用适当的措施,如加入减水剂和掺入适量的粉煤灰来减少水泥用量,以达到经济性和提高质量目的。目前国内对农村水泥混凝土路面的设计和施工研究的还比较少,随着我国农村公路建设的加快,这一方面的研究必然会加强,这需要我们进一步的努力,来设计出既符合经济性要求又满足耐久性和行车要求的农村公路水泥混凝土路面。
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