史 昊 韓 笑

(中冶華天南京工程技術(shù)有限公司 江蘇南京 210019)

0 引言

改革開放以來，我國工業(yè)迅速崛起，新的工業(yè)園區(qū)不斷涌現(xiàn)。由于工業(yè)園區(qū)重載貨車比例較高，對(duì)路面承載力及剛度要求較高，以往的工業(yè)園區(qū)道路主要采用鋼筋混凝土路面[1]。但混凝土路面縱橫切縫、顏色泛白、平整度低、行駛舒適性差，一定程度上降低了園區(qū)的整體檔次。近幾年，實(shí)際項(xiàng)目中，瀝青路面以其表面平整、無接縫、行車舒適、振動(dòng)小、噪音低、耐磨、不揚(yáng)塵且易清洗、標(biāo)線清晰等優(yōu)點(diǎn)，逐漸受到建設(shè)單位的青睞[2]。

瀝青路面，即用瀝青材料將礦物質(zhì)材料膠黏形成的結(jié)合料攤鋪路面。瀝青結(jié)合料提高了鋪路用粒料抵抗行車和自然因素對(duì)路面損害的能力，使路面平整少塵、不透水、經(jīng)久耐用，而今日漸成為城市道路及公路建設(shè)中一種被最廣泛采用的高級(jí)路面。但是瀝青路面本身屬于柔性路面，強(qiáng)度低，抗彎折能力弱，車輛荷載通過瀝青面層傳入基層，由基層和底基層進(jìn)行承重。在車輛反復(fù)碾壓下，特別是工業(yè)區(qū)大比例重載貨車的重復(fù)荷載，基層受力不均，易發(fā)生局部變形。這是工業(yè)園區(qū)瀝青路面利用率低的主要原因。馬鞍山鋼鐵股份有限公司節(jié)能減排CCPP綜合利用發(fā)電工程，位于馬鞍山市馬鋼南廠區(qū)湖北西路以北、馬鋼十一號(hào)變電所以東的馬鋼修建工程公司西村基地所在的場地范圍內(nèi)。項(xiàng)目所含道路為廠區(qū)內(nèi)部道路及場坪。主要道路寬度7m，次要道路寬度4m、3m，設(shè)計(jì)速度15km/h。該廠區(qū)道路平縱橫設(shè)計(jì)依據(jù)工廠總圖，根據(jù)專家要求，路基路面設(shè)計(jì)參照二級(jí)公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，交通等級(jí)參照重交通。路面設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)為BZZ-100，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為12年。

該道路設(shè)計(jì)優(yōu)化方案立足“路基強(qiáng)度”“底基層強(qiáng)度”“基層強(qiáng)度”“面層剛度”“反射裂縫控制”等5方面，對(duì)工業(yè)園區(qū)內(nèi)道路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)?；诖?，本文以其為案例，研究工業(yè)園區(qū)道路結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 路基強(qiáng)度

根據(jù)地勘資料，該項(xiàng)目工程土層主要為素填土和粉質(zhì)黏土可作為道路持力層。碾壓后可直接鋪筑路基材料。

根據(jù)公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范及當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn)，路床設(shè)計(jì)厚度80cm，采用6%石灰土，路床分層鋪筑，每層20cm，碾壓密實(shí)，填料最大粒徑應(yīng)小于100mm。路基設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 路基設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

填筑路基前先清除地表20cm～30cm雜填土，一般路段清表20cm，松軟路段清表30cm。清表后遇不良土層，采用換填60cm素土并碾壓處理，壓實(shí)度不小于90%。路基范圍內(nèi)管道溝槽回填土壓實(shí)度不得低于路基填土要求，材料要求與一般路基相同。

2 底基層強(qiáng)度

低基層主要承受由面層傳遞的車輛荷載，并將荷載分布到墊層或路床上。經(jīng)綜合考慮，該設(shè)計(jì)路床頂面回彈模量≥40MPa，驗(yàn)收彎沉205(1/100mm)。

底基層采用18cm級(jí)配碎石，集料級(jí)配采用連續(xù)型，壓實(shí)度≥96%，CBR值≥80%，抗壓模量225 MPa，驗(yàn)收彎沉130(1/100mm)。

級(jí)配碎石采用幾種粒徑不同的碎石和石屑摻配拌制而成，液限<25%，塑性指數(shù)<8%，粒料級(jí)配組成要求達(dá)到規(guī)范中連續(xù)型標(biāo)準(zhǔn)。

3 基層強(qiáng)度

基層作為道路的持力層，對(duì)減少路面變形起到至關(guān)重要作用。該設(shè)計(jì)根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查分析，結(jié)合當(dāng)?shù)夭牧喜少徥褂们闆r，確定基層結(jié)構(gòu)。

基層，采用18cm水泥穩(wěn)定碎石，水泥∶碎石=4.5∶100，采用骨架密實(shí)型混合料，壓實(shí)度≥98%，抗壓模量1500 MPa，驗(yàn)收彎沉33.5(1/100mm)，7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到3.5MPa。

水泥穩(wěn)定碎石路面基層水泥，采用普通硅酸鹽水泥，且需試驗(yàn)安定性合格后使用。夏季高溫作業(yè)時(shí)，散裝水泥入罐溫度不能高于50℃，高于這個(gè)溫度時(shí)，若必須使用，采用降溫措施。

水泥穩(wěn)定碎石中碎石或礫石的壓碎值應(yīng)不大于30%。施工時(shí)，根據(jù)材料來源和品質(zhì)，做混合料組成設(shè)計(jì)試驗(yàn)并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，上報(bào)批準(zhǔn)后執(zhí)行。

基層之上，設(shè)置乳化瀝青透層、稀漿封層。

4 提高面層的剛度

為進(jìn)一步減少基層受力不均導(dǎo)致的不均勻沉降，考慮提高路面面層剛度，使基層受力均勻化。結(jié)合廠區(qū)幾十年使用經(jīng)驗(yàn)及甲方的美觀要求，設(shè)計(jì)路面面層采用3層。

4.1 下面層

為保證路面剛度并兼顧經(jīng)濟(jì)性，下面層采用22cm C35混凝土，內(nèi)置D6單層鋼筋網(wǎng)片，鋼筋焊接網(wǎng)置于面板頂下1/3厚度處。

水泥混凝土面層板的平面布局，采用矩形分塊，縱向和橫向接縫垂直相交，縱縫兩側(cè)的橫縫不得相互交錯(cuò)。每200m設(shè)脹縫一道，并視施工季節(jié)增減，與鋼筋砼路面相接處設(shè)置脹縫。在相近橋隧或其他固定構(gòu)造物處、小半徑平曲線等處設(shè)置橫向脹縫，設(shè)置脹縫的條數(shù)視膨脹量大小而定。

粗集料采用質(zhì)地堅(jiān)硬、耐久、潔凈的碎石、碎卵石和卵石。細(xì)集料采用質(zhì)地堅(jiān)硬，細(xì)度模度在2.5以上、符合級(jí)配規(guī)定的潔凈粗砂、中砂。填縫材料選擇具有與混凝土板壁粘接牢靠、回彈性好、不溶于水、不滲水，高溫時(shí)不擠出、不流淌、抗嵌入能力強(qiáng)、耐老化龜裂，負(fù)溫拉伸量大，低溫時(shí)不脆裂、耐久性好等性能材料。

4.2 中面層、表面層

考慮到瀝青里面每層的設(shè)計(jì)厚度都不可小于3倍混合料公稱最大粒徑[3]，瀝青面層設(shè)計(jì)如下：

中面層，采用6cmAC-20C瀝青混凝土，壓實(shí)度≥98%。

表面層，采用4cmAC-13C瀝青混凝土，壓實(shí)度≥98%。

根據(jù)該工程區(qū)氣候、分區(qū)及交通等使用要求，面層采用A級(jí)道路石油瀝青，瀝青標(biāo)號(hào)為70#。粗集料采用石質(zhì)堅(jiān)硬、清潔、不含風(fēng)化顆粒、近立方體顆粒的碎石。細(xì)集料采用堅(jiān)硬、潔凈、干燥、無風(fēng)化、無雜質(zhì)并有適當(dāng)級(jí)配的人工軋制中砂，石質(zhì)采用石灰?guī)r。填料采用石灰?guī)r或巖漿巖中的強(qiáng)基性巖石等增水性石料經(jīng)磨細(xì)的礦粉，原石料中泥土雜質(zhì)應(yīng)除凈。

中面層與表面層之間設(shè)置乳化瀝青粘層，增加路面各層間的結(jié)合力。

5 控制反射裂縫

由于水泥混凝土路面橫向縮縫、脹縫、施工縫，縱向縮縫、施工縫等，路面結(jié)構(gòu)在外加荷載作用下產(chǎn)生的應(yīng)力和位移在裂縫處不再連續(xù)，尤其是在裂縫上面的瀝青加鋪層底部會(huì)有很大的應(yīng)力集中，形成反射裂縫。而當(dāng)?shù)胤懒淹凉げ紝?shí)際使用效果不理想[4]，設(shè)計(jì)在下面層與中面層之間，鋪設(shè)2cm橡膠瀝青應(yīng)力吸收層(AR-SAMI)。

橡膠瀝青所用的基質(zhì)瀝青，采用70#道路石油瀝青，抽檢頻率應(yīng)滿足相關(guān)要求。橡膠粉篩分采用水篩法試驗(yàn)。橡膠粉密度應(yīng)達(dá)到1.15±0.05 g/cm3要求，且無鐵絲或其它雜質(zhì)，纖維比例不超過0.5%，并要求含有橡膠粉重量4%的碳酸鈣，以防止膠粉顆粒相互粘結(jié)[5]。

應(yīng)力吸收層采用石質(zhì)堅(jiān)硬、清潔、不含風(fēng)化顆粒、近立方體顆粒的碎石，選用反擊式破碎機(jī)軋制的碎石。有條件時(shí)，建議以0.4%～0.6%(按照集料重量計(jì))的瀝青進(jìn)行預(yù)裹附(裹附溫度在120℃以上)，預(yù)裹附的集料堆放時(shí)間不超過兩周。

6 結(jié)語

該工業(yè)園區(qū)道路設(shè)計(jì)采用一級(jí)公路路基處理方式，路面采用剛性的水泥砼下面層，采用柔性的瀝青砼中面層和表面層，中間輔以應(yīng)力吸收層銜接，路面彎沉、抗壓模量、厚度、壓實(shí)度等指標(biāo)均滿足一級(jí)公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)踐結(jié)果表明，該方案可保證道路結(jié)構(gòu)滿足規(guī)范，合理可行，又可保證路面整體剛度，保證路面平整美觀。

現(xiàn)階段國內(nèi)工業(yè)園區(qū)類似案例較少，該工程設(shè)計(jì)研究思路及方案，可為國內(nèi)同類項(xiàng)目設(shè)計(jì)提供一定參考。