道路的路基、路面应具有足够的强度和稳定性以及良好的抗变形能力和耐久性。同时,路面面层还应满足平整和抗滑的要求,路面的主要类型有沥青混凝土路面、水泥混凝土路面等。路面面层类型的选用不仅要考虑道路的类型和等级,更需要考虑不同面层的适用范围。道路设计中应针对道路的不同性质、功能选用相应的铺面类型。
4.3.5.1 路基设计参数控制要求
把握路基断面形式应考虑其与沿线自然环境和城市环境相协调,避免深挖、高填。同时,根据不同道路等级和类别进行路基结构设计,因地制宜,合理利用当地材料和工业废料来修筑路基。
(1)路基回弹模量控制
路面厚度计算中唯一的路基参数,即路基回弹模量,应按道路等级选用。近年来,城市道路的轴载不断增大,车辆荷载作用于路基的应力水平和传递深度显著提高,本书依据上海等城市的设计经验,在不增加城市道路路面厚度的情况下,按道路等级或重交通荷载设定不同的路基回弹模量值,如:快速路的路床顶面土基设计回弹模量控制值可提高到40 MPa;主干路、承受重交通荷载的次干路为30 MPa;其他次干路、承受重交通荷载的支路为25 MPa;其他支路为20 MPa。当不满足上述要求时,应采取措施提高土基的回弹模量,并经现场检测,符合土基回弹模量或弯程控制值,才能施工。
(2)土质路基压实度控制
土质路基压实采用重型击实标准控制,最小压实度应符合《城市道路工程设计规范》(CJJ 37—2012)的规定。当受工程条件限制达不到上述要求时,应采取加固或其他处理措施。其中,非机动车道、人行道的路基荷载相对较低,故最小压实度标准可按机动车道降低一个等级,或按支路等级标准执行,但必须避免不同部位压实差异可能造成的稳定性隐患或者不均匀变形。
(3)路基设计高度控制
路基设计高度应使路肩边缘的路基相对高度不低于路基的毛细水上升高度,并满足冰冻的要求。一般来讲,快速路土基设计高度应控制在干燥或中湿状态,其他等级道路的土基宜控制在中湿状态,特别困难路段可控制在潮湿状态,桥梁接坡路段应控制在中湿状态。沿河及浸水路段的路基边缘高程控制,应不低于路基设计洪水频率的水位加雍水高、波浪侵袭高度和0.5 m的安全高度。同时,路基设计标高还应满足地下出水口标高、降坡等要求。
4.3.5.2 沥青混凝土路面结构设计控制
沥青混凝土路面应根据交通量确定相应交通等级,并根据累计标准轴次进行路面结构设计计算。由于非建成区渣土、钢材频繁运输的特殊性,新建道路易被损坏,设计时支路和次干路等级的道路可分别采用中等交通和重交通等级进行结构计算。而其路面结构层一般按面层、基层和垫层设计,主要基质沥青常采用A级70号道路石油沥青。(www.xing528.com)
(1)面层设计控制
沥青面层直接受车辆荷载和自然因素的影响,故要求沥青面层平整、耐磨、抗滑。面层宜采用两层或三层式,中、下面层材料通常选用密级配沥青混凝土(AC),表面层材料应选用密级配改性沥青混凝土(AC)、沥青玛蹄脂(SMA)或橡胶沥青混凝土(AR)。由于表层所承受的压力最大,路面病害往往都是从表层开始外显,比如裂缝等,而路面的中层与下层主要是承载、保证路面的抗裂性能等,因此,面层设计控制应尽量通过结构优化组合来提升路面的整体性能与质量。表面层抗滑性能应以横向力系数SFC和路面构造深度TD(mm)作为主要使用性能指标进行质量控制;同时,设计时还应考虑铺设质量的控制,要求各层沥青混合料之间应连续施工并连接成为一个整体。
(2)基层设计控制
基层主要承受车辆的竖向荷载,并把面层传递下来的应力扩散分布到垫层,所以,基层应具有足够的强度、稳定性和良好的扩散应力性能,起主要承重作用,并具有较小的收缩(温缩、干缩)、较强的抗冲刷能力。常用基层可采用半刚性和刚性基层,前者适宜各等级道路和各类土基状况的路段,但必须保证充分碾压和有足够的养生时间;后者适用于“白加黑”路面、原有车行道局部拓宽路段、地下管线顶面覆土厚度小于70 cm的地段以及重交通、特重交通、港区等的新建道路工程。
水泥稳定碎石是目前最常用的半刚性基层材料,基层的最小厚度不小于15 cm,7天无侧限抗压强度指标可按特重交通3.5~4.5 Mpa、重交通及中交通3~4 Mpa和轻交通2.5~3.5 Mpa的强度要求进行控制。长安大学、天津市政工程研究院研究员先后分别采用静压法和振动成型法进行了骨架密实型级配和悬浮密实型级配的半刚性基层材料的研究,他们一致认为振动成型法设计的骨架密实型结构的性能是最优的,这一结论也得到了诸多省市工程实体的验证。因此,推荐选用振动成型法设计的具有较好强度、抗疲劳开裂性能与抗冲刷能力的骨架密实型级配的半刚性基层材料。
刚性基层材料有水泥混凝土、贫混凝土、多孔混凝土等,厚度一般为20~28 cm,最小厚度应大于15 cm。目前最普遍的刚性基层是混凝土基层,贫混凝土、多孔混凝土基层使用并不多。贫混凝土也称经济混凝土,是由粗、细级配集料与一定量的水泥和水拌和而成的一种混凝土。这种混凝土的水泥用量较普通混凝土少,由于胶结料含量少,空隙率一般较大,有利于界面水的排放。多孔混凝土中无粗、细骨料,其内部充满大量细小封闭的孔,孔隙率高达60%以上。
刚性基层应设置横缝和纵缝,并应灌入填缝料,其上应设置黏结层以加强沥青面层与刚性基层间的结合,并提高沥青混合料的抗剪强度。水泥混凝土基层应符合现行的《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40—2011)的有关规定。贫混凝土基层、多孔混凝土基层原则上可沿用水泥混凝土现有的原材料检验、配合比设计、施工设备、铺筑技术及所有的试验检测方法和手段,设计时可参考现行的《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40—2011)进行。
(3)垫层设计控制
垫层可调节和改善土基的水稳定性,并把基层传来的荷载扩散到土基。同时起到排水、隔温、稳定土基及减少变形等作用。垫层材料主要有粒料、无机结合料稳定土两类。
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