张新霞
(库尔勒公路管理局库尔勒分局 库尔勒市 841000)
摘 要： 以阿克苏境内的三级公路工程为实例，介绍了碾压混凝土路面的结构设计关键点及典型结构，为以后类似的设计提供了必要的技术参考。
关键词： 碾压混凝土；阿克苏；低等级公路；路面结构设计
公路交通对促进地区经济社会发展意义重大，随着“西部大开发”战略的不断深入，新疆自治区交通事业发展迅速。但由于公路工程范围广，规模大，区政府需拿出数千亿元投入交通建设中，经济负担较重。因此针对不同的地段采用不同的公路建设标准，成为当前经济实用的普遍做法，而碾压混凝土公路便是适用于低等级公路的一种类型[1]。
碾压混凝土由加拿大建筑工程师发明于1976年，其本质是一种含水量较少的混凝土拌和物，由整体上级配良好的集料组成，在振动碾压作用下可保持良好稳定性。其典型特点是无坍落度，施工工序简单、快速、经济，可使用大型通用机械。实际经验表明：碾压混凝土工艺可节约水泥20%～30%，对缝类破坏有较大抵抗力。
碾压混凝土公路路面水灰比较低，强度相对于普通混凝土较大，但表面粗糙，平整度较差，因此一般只适合于一些低等级、低速公路工程中。根据我国公路等级划分，碾压混凝土路面适合于三级及以下等级公路路面铺摊工程中。
本项目连接阿克苏市辖属的乌什县和阿合奇县，公路全长约75.3km，设计道路等级为三级。公路采用双向四车道形式，通行净宽度约16m，路基宽25m。根据实际调查，两地间中型载重车流量约2000～3000辆/昼夜，设计时速60km/h。通过比较沥青路面、浇筑混凝土路面、碾压混凝土路面等形式，最终选定碾压混凝土为施工方案。该项目于2008年4月开工建设，于9月份建成通车，总投资约2420万元。
3.1 路面结构参数设计
3.1.1 土基弹性模量的确定
路基稳定性对公路承载力、不均匀沉降、路面裂缝病害等都具有决定性影响，因此是最重要的地质参数，而土基弹性模量是路基稳定性的重要指标。
结合阿克苏地区的土层、水文、气候等影响，分析土基弹性模量变化对基层厚度的影响。通过试验及经验总结，土基模量对公路基层厚度存在5～10cm的厚度影响，这直接影响了工程造价及施工难度。在公路设计时，土基弹性模量E0等级划分详见表1所示[2]。根据现场调研，本项目路段土基弹性模量E0属于二级标准。
表1 土基弹性模量E0等级划分标准
等级一级二级三级四级土基弹性模量E025～30MPa30～40MPa40～50MPa≥50MPa
3.1.2 基层结构参数的设计
本项目技术设计人员对阿克苏地区多个公路工程进行调研，总结了不同级别公路基层和垫层材料及应用效果，以此作为本项目的参考依据(具体调研结果见表2)。从表中可知：半刚性基层和垫层多以水泥稳定碎石、二灰碎石、级配碎石等作为材料；低等级、低交通量公路基层采用单层半刚性基层即可。
表2 阿克苏地区部分公路基层结构详情
公路名称级别基层结构平均回弹模量使用效果G3012吐和高速二级25cm水泥混凝土+20cm水稳层+25cm手摆片石480MPa局部断板G314二级22cm水泥混凝土+15cm水稳层+25cm手摆片石450MPa优308县道三级12cm水泥混凝土+10cm二灰+10cm片石380MPa良311县道三级12cm水泥混凝土+15cm二灰+10cm片石390MPa优
结合其他工程情况，本项目基层结构材料设计使用水泥混凝土+二灰+片石，在设计时对所有结构层取最不利影响[3]，之后再进行参数修改。
3.1.3 碾压混凝土层结构参数设计
碾压混凝土路面结构设计同普通混凝土路面基本一致，核心问题还是围绕面板层厚度。该层厚度除了受土基和基层影响外，还有最大载荷应力、载荷疲劳应力、最大温度应力及温度疲劳应力等影响因素。
(1)面层厚度与底板弯拉应力的关系
在土基弹性模量、基层模量及厚度确定的情况下，对面层厚度和板底最大弯曲拉应力关系进行模拟(土基模量38MPa；基层厚度37cm)，面层厚度由15cm逐步增加25cm，模拟结果见图1。由图1可知：随着面层厚度的增加，板底最大弯拉应力下降40%以上，影响较大。此外还经过试验得出：土基模量、基层模量也和底板最大弯拉应力负相关(影响程度顺序为：土基模量>面层厚度>基层厚度>基层模量)[4]。
因此如果单纯地从增加面层厚度出发来降低底板拉应力，会产生一定效果，但达到某一数值后便不再增加，且造成成本上升。
图1 面层厚度与底板弯拉应力的曲线图
(2)最大载荷计算面层最佳厚度
公路结构、承载力等必须满足最大载荷的要求，而最大载荷σ可根据调研和预测得出。可由式(1)计算各结构层厚度[5]。通过计算和模拟，得出表3数据(部分)，通过分析可知“基层模量400MPa，土基模量36000MPa，基层厚度30cm，面层厚度24cm”的组合，其底板最大弯拉应力约1.55MPa(最小值)。因此为最合理搭配，确定为本项目施工标准。
(1)
式中：E1—基层弹性模量，MPa；
E2—碾压混凝土弹性模量，MPa；
E0—土基弹性模量，MPa；
h1—基层厚度，m；
h2—面层厚度，m。
表3 各个结构层搭配对应底板拉应力计算结果(部分)
基层模量(MPa)土基模量(MPa)面层模量(MPa)基层厚度(cm)面层厚度(cm)底板最大弯拉应力(MPa)400803000020202.644001303300025221.834001803600030241.55800803000025242.018001303600015202.15
3.2 路面接缝设计
(1)纵向缩缝设计
纵向接缝由路幅宽度或铺摊机宽度确定，一般以车道分界线或施工缝为设计标准。当采用相邻铺摊方式施工时，可利用人工切缝，本项目就采用该方式。我国相关规定明确要求：三级公路路面宽度超过6.5m，四级公路路面在3.5～6.0m之间，碾压混凝土面层一次铺摊宽度大于7.5m时，必须设置纵向缩缝[6]。
(2)横向缩缝设计
由于碾压混凝土收缩率相对于普通混凝土少30%以上，因此若施工地各时段温差不大且交通压力小，可不设横向缩缝。而不符合以上两个条件的地区应设置横向缩缝，但间距比普通混凝土路面长很多，可达10m左右(温差较大地区应缩短在8m以内)。本项目横向缩缝间距设计为8m。
碾压混凝土路面结构的设计关键点有以下两点：
(1)确定基层结构及厚度；
(2)确定面层最佳厚度。
本项目的基层结构以当地已有公路项目为参照依据，基层和面层厚度通过公式和模拟得出，路面接缝设计参照相关标准即可。本项目投入使用后运行良好，完全满足现在及未来10年的交通需求。
参考文献
[1] 俞建荣,陈荣生,牛开民. 碾压混凝土路面结构设计方法[J]. 重庆交通学院学报,2008(3):30-33.
[2] 聂新跃,胡长顺,王秉纲. 碾压混凝土与沥青混凝土复合式路面结构载荷应力分析[J]. 中国公路学报,2006(3):46-49.
[3] 刘鹏. 低等级公路碾压混凝土路面结构设计研究[D]. 重庆:重庆交通大学,2014(6):21-24.
[4] 王吉连,李陆平. 碾压混凝土与沥青混凝土复合式路面结构施工[J]. 中国市政工程,2007(8):28-32.
[5] 谢光宁,许新权. 碾压混凝土基层在高速公路中的应用研究[J]. 广东公路交通,2015(2):66-69.
[6] 何兆益,章佩佳. 复合碾压混凝土路面温度应力分析[J]. 重庆交通大学学报(自然科学版),2010(8):55-59.
ZHANG Xin-xia
(The Korle Branch of the Kurdistan Highway Administration, Kurle 841000,China)
Abstract Taking the tertiary highway engineering within the border of Aksu as the living example, the key points and typical structure of structural design of roller compacted concrete pavement are introduced, so as to provide necessary technical reference for similar design in the future.
Key words Roller compacted concrete; Aksu; Low grade highway; Pavement structure design
文章编号： 1673-6052(2017)09-0069-02
DOI：10.15996/j.cnki.bfjt.2017.09.018
中图分类号： U416.216
文献标识码： B
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