城市道路高地下水位條件路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究

摘 要：隨著城鎮(zhèn)化發(fā)展，道路建設(shè)經(jīng)常也會遇到高地下水位條件的問題，結(jié)合周口地區(qū)實際工程實例，對下穿現(xiàn)狀路段落高地下水位路段，對路面結(jié)構(gòu)破壞進(jìn)行分析和研究，提出相應(yīng)的處治措施，調(diào)整基層、底基層和路床處理材料，并提出貧混凝土作為基層的施工技術(shù)要求，保證了高地下水位條件下路面結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。

關(guān)鍵詞：城市道路;高地下水位;路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化

1 項目概況

項目位于周口市城區(qū)東南部，沙潁河南岸，西起大慶路，東至周口大道，城市次干路，道路紅線寬30.0m，設(shè)計速度30km/h，道路標(biāo)準(zhǔn)橫斷面具體布置為： 3 m（人行道）+3.25 m（非機(jī)動車道）+7.0 m（機(jī)動車道）+0.5 m（雙黃線）+7.0 m（機(jī)動車道）+3.25 m（非機(jī)動車道）+3m（人行道）=27.0 m。

正常段車行道路面結(jié)構(gòu)64cm厚：4 cm 改性細(xì)粒式瀝青混凝土AC-13C+6 cm 中粒式瀝青混凝土AC-16C+ 18 cm 4.5%水泥穩(wěn)定碎石+18 cm 4.5%水泥穩(wěn)定碎石+18 cm 8%水泥穩(wěn)定土，土基回彈模量E0值不低于30 MPa。

起點段下穿大慶路橋，本項目采取路基通過，由于下穿段最高地下水位位于路面設(shè)計高以下30cm，此段路面結(jié)構(gòu)層受地下水位影響較大，考慮道路建設(shè)的安全性和經(jīng)濟(jì)性，對位于高地下水位段路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。

2 地質(zhì)條件

項目場地地形較為平坦，本場地地貌單元為黃淮沖積平原，根據(jù)區(qū)域資料，本場地位于華北斷塊中的豫皖斷塊內(nèi)。豫皖斷塊北以欒川–確山–固始斷裂與秦嶺斷褶系為鄰。本斷塊屬于“華北型”，結(jié)晶基底及沉積蓋層同于華北其他斷塊。斷塊內(nèi)構(gòu)造走向北部多為東西向，新近系和第四系厚度在500～1500m。第四紀(jì)活動斷裂多集中北部，南部多為前第四紀(jì)活動斷裂。區(qū)內(nèi)豫皖斷塊是個弱震帶，地震少，強(qiáng)度低，地震發(fā)生部位是北西向或北西西向第四紀(jì)活動斷裂與近東西向或北北東向第四紀(jì)活動斷裂的交匯部位。

依據(jù)鉆探野外描述及土工試驗成果，勘探深度范圍內(nèi)，本場地地層屬第四系全新統(tǒng)和上更新統(tǒng)，根據(jù)其物理力學(xué)性質(zhì)及工程地質(zhì)特性現(xiàn)自上而下分層描述如下：

第（1）層：粉土（Q4al）

褐黃色，稍濕，稍密-中密，干強(qiáng)度低，韌性低，無光澤，含有黑色鐵錳質(zhì)斑點，含植物根系。

第（2）層：粉質(zhì)黏土（Q4al）

褐黃色，軟塑-可塑，切面稍有光滑，干強(qiáng)度中等，韌性中等。局部夾有粉土：褐黃色，稍濕-濕，稍密，無光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度低，韌性低，含有鐵質(zhì)銹斑。

第（3）層：粉質(zhì)黏土（Q3al）

灰褐色，可塑，切面稍有光滑，干強(qiáng)度中等，韌性中等。含有灰色斑點。

第（4）層：粉砂（Q4al）

褐黃色，濕-飽和，中密，主要成分為石英長石。該層夾有粉土，局部互層，含有鐵質(zhì)銹斑。

第⑸層：細(xì)砂（Q4al）

褐灰色，飽和，密實，主要礦物成份以長石、石英、少量云母碎片為主，顆粒級配一般。

第⑹層：粉質(zhì)黏土（Q3al）

褐黃色，青灰色，可塑，稍有光澤，干強(qiáng)度中等，韌性中等，含鐵錳質(zhì)氧化物斑點和灰綠色條紋，見少量螺殼碎片和鈣質(zhì)結(jié)核。局部夾有粉土薄層。

第⑺層，粉土（Q3al）

褐黃色，濕，中密，揺震反應(yīng)中等，干強(qiáng)度中等，韌性低，含青灰色斑塊，有砂感，含少量小顆粒鈣核，局部夾粉砂薄層。

第⑻層：粉質(zhì)黏土（Q3al）

褐黃色，硬塑，有光澤，韌性高，干強(qiáng)度高，含較多小粒徑鈣質(zhì)結(jié)核，具黑色鐵錳質(zhì)斑點。

地下水位類型為潛水，水位變幅2.0-3.0m，近3-5年最高水位0.5m。

下穿段路基部分主要為粉土層，較適宜道路工程建設(shè)。

3高地下水位下路面結(jié)構(gòu)破壞及優(yōu)化設(shè)計

考慮下穿段路基最高水位位于路面結(jié)構(gòu)層，水進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)時，會對半剛性基層和瀝青面層產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性破壞。

（1）水透過面層空隙、裂縫或破損處滯留在半剛性基層頂面，在大量快速行車作用下， 自由水產(chǎn)生很大的壓力， 沖刷基層混合料表層的細(xì)料形成漿體。由于滲入水的浸泡和沖刷， 致使瀝青面層與基層分離，基層強(qiáng)度降低，進(jìn)而導(dǎo)致瀝青面層開裂。此時漿體通過裂縫被行車壓唧到路表面，如此反復(fù)作用，瀝青路面將產(chǎn)生沖刷坑洞。

（2）當(dāng)水滲入瀝青混合料內(nèi)部空隙時，以及半剛性基層收縮變形產(chǎn)生的反射裂縫時， 如果路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部排水不暢， 水便存留在路面內(nèi)部， 使瀝青粘附性減小， 導(dǎo)致混合料強(qiáng)度和剛度降低。其次， 水能進(jìn)入瀝青薄膜和集料之間， 阻斷瀝青和集料的相互粘結(jié)， 由于集料表面對水有比對瀝青更強(qiáng)的吸附力， 致使瀝青與集料表面的接觸面逐漸減小， 最終瀝青從集料表面剝落， 瀝青剝離厚， 形成表面泛油泥。

此項目下穿段路面結(jié)構(gòu)基層由水泥穩(wěn)定碎石基層調(diào)整為貧混凝土，其中貧混凝土是由粗、細(xì)級配集料與一定水泥和水拌和而成的一種混凝土，水泥用量較普通混凝土低，與水泥穩(wěn)定碎石、二灰碎石等常用半剛性材料相比，具有較高的強(qiáng)度、剛度和整體性，抗沖刷、抗凍性、以及抗疲勞性能良好。

在貧混凝土與瀝青面層之間加鋪一層玻纖格柵，玻纖格柵具有抗拉強(qiáng)度高、延伸率低、無蠕變，與瀝青混合料具有較好的相容性，以及物理化學(xué)性能穩(wěn)定、耐高溫、嵌鎖與限制作用好等特點，能均勻地傳遞荷載，并將反射裂縫應(yīng)力由垂直方向轉(zhuǎn)為水平方向。增強(qiáng)瀝青混合料的整體抗拉強(qiáng)度，有效地改善路面結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布，降低瀝青加鋪層的應(yīng)力，抵抗和延緩由于基層裂縫引起的瀝青加鋪層反射裂縫的發(fā)生，從而延長路面的使用壽命。

此外，由于此段路基地下水位較高，路床和底基層應(yīng)采取透水性材料。因此下穿段車行道路面結(jié)構(gòu)為：4 cm 改性細(xì)粒式瀝青混凝土AC-13C+6 cm 中粒式瀝青混凝土AC-16C+ 玻纖格柵+18 cm 貧混凝土+18 cm貧混凝土+18 cm 級配碎石，路床40cm范圍采取碎石處理。

4 貧混凝土施工技術(shù)要求

貧混凝土基層集料公稱最大粒徑不宜大于31.5mm，采取碾壓混凝土施工，具體應(yīng)滿足JTGT F30-2014《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)細(xì)則》相關(guān)施工要求。貧混凝土基層材料強(qiáng)度要求應(yīng)符合下表：

碾壓貧混凝土的集料級配可與水泥穩(wěn)定碎石級配一致，水泥用量在不摻粉煤灰時不得少于170kg/m3。

碾壓混凝土基層施工完畢后，在不產(chǎn)生崩邊的情況下應(yīng)盡早進(jìn)行切縫。切縫時間一般應(yīng)控制在開始養(yǎng)生后24～48h，以避免因碾壓混凝土的收縮而產(chǎn)生大量裂縫。切縫采用硬切縫的方式，切縫深度為1/4～1/3混凝土厚，切縫寬度為3～5mm，橫向切縫間距為10～15m，切縫后應(yīng)立即進(jìn)行清縫，清縫后應(yīng)立即進(jìn)行灌縫;采用A級70號熱瀝青進(jìn)行灌縫，然后滿幅鋪設(shè)玻纖格柵防止反射裂縫。

5 結(jié)語

對位于高地下水位條件下路面結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過設(shè)置貧混凝土基層，底基層和路床采取透水性材料，保證路面結(jié)構(gòu)的水穩(wěn)定性和耐久性得到保證，同時對市政道路處于高地下水位時設(shè)計和施工提供了參考。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：

姓名：張毓

性別：男

學(xué)歷：碩士研究生

職稱：工程師

主要研究方向：路基路面及巖土設(shè)計