青海省路面结构形式研究论文

青海地区路面结构形式研究青海地区路面结构形式研究 2016 年年 11 月月 30 日日 青海地区路面结构形式研究青海地区路面结构形式研究 摘要摘要 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 收集调查交通 量并计算累计 标准轴次 Ne 根据公路等 级 面层和基层 类型及 Ne 计算 设计弯沉值 土基类型 划分 确 定土基回 弹模量 材 料 调 查 及 混 合 料 试 验 收 集 调 查 气象资料 并 确 定 设 计温度 针对新型路面结构形式 拟定路面结构方案 确定材料在最不利温度下 的抗压模量 抗拉模量 是否满足相应破损的控制标准 主要破损类型验算 按设计弯沉计算路面结构强度 m T fr z R2 满足 进行经济 技术比较 确定路面结构方案 三 青海公路建设常用路面结构形式三 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 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 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 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 JTG F40 2004 公路沥青路面设计规范 JTG D50 2006 公路水泥混凝土路面 设计规范 JTG D40 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 JTG F20 2015 公路路基设计规范 JTG D30 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 3 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781713185196602682232668 清水互通 白庄互通732612357184252513730616 白庄互通 道帏互通713112028179352446829801 道帏互通 终点690411645173642368928852 平均值715412067179932454829898 表 3特征年车型比例预测 表 4特征年车型比例预测 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 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 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 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 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CK65601325 61双轮组 3804 2金陵JL6121S48 350 22双轮组 3144 3北京BJ13013 5527 21双轮组 678 4解放SP3102667 11双轮组 375 5解放CA30A29 536 752双轮组 3463 6尤尼克276667102 54双轮组 3323 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