文/唐慧華 廣東白云學(xué)院 廣東廣州 510450
人類(lèi)的發(fā)展史中,必不可少有道路的發(fā)展,道路的歷史發(fā)展過(guò)程值得探討。古代沒(méi)有鋼筋混凝土道路或者瀝青路面,有的主要是相對(duì)簡(jiǎn)陋的泥土質(zhì)道路。雖然是普通的泥土路,也需認(rèn)真對(duì)待。因?yàn)槿魏螘r(shí)代想要發(fā)展,都離不開(kāi)先修整道路。只有道路通順了,各地的聯(lián)系才能緊密起來(lái),才能更好地促進(jìn)生活經(jīng)濟(jì)。在古時(shí)候,就已經(jīng)設(shè)置了專(zhuān)門(mén)管理道路的部門(mén),會(huì)對(duì)道路進(jìn)行維護(hù)修整。一個(gè)國(guó)家的興敗,也很容易受道路的影響。試想,如果道路破敗不堪,那么古時(shí)的馬皆不利于行走,國(guó)家的經(jīng)濟(jì)必定發(fā)展不好。
古時(shí)的道路主要原料是泥土,但其不穩(wěn)固,所以古人會(huì)進(jìn)行地面夯實(shí),并采用石灰混合土質(zhì),使其成為相對(duì)較為穩(wěn)固的路面。最著名的古道是秦始皇修建的秦直道,不僅穩(wěn)固,亦是耐久性好。經(jīng)過(guò)現(xiàn)在對(duì)秦直道的遺址研究,發(fā)現(xiàn)秦直道被人工夯實(shí)得很密實(shí),而且寸草不生,使得路面耐久不宜被雜草叢生而影響。因?yàn)榍刂钡赖挠猛两?jīng)過(guò)古人專(zhuān)門(mén)的加熱,破壞了土里的微生物以及會(huì)長(zhǎng)雜草的種子等因素,而后在土里加入不適合植物生長(zhǎng)的物質(zhì),這樣的道路不利于植被的成長(zhǎng),就可以避免日后雜草叢生而導(dǎo)致道路破壞。另外,古人的馬車(chē)行駛很容易在道路上形成車(chē)轍,如果道路上的車(chē)轍亂七八糟,會(huì)導(dǎo)致馬車(chē)行駛顛簸。凹凸不平的車(chē)轍影響嚴(yán)重時(shí),還會(huì)造成下陷側(cè)翻而無(wú)法行駛。秦始皇提出了車(chē)同軌,統(tǒng)一了當(dāng)時(shí)大小不一的車(chē)輪距,使得馬車(chē)在道路上形成的車(chē)轍幾乎一致,所以馬車(chē)在其上行駛時(shí),就不容易顛簸出事故,更為方便迅速。秦直道在方方面面考慮周全,是古人智慧的結(jié)晶。隨著智慧的積累,后期的道路越修越好。
隨著時(shí)代的發(fā)展,道路的規(guī)劃越發(fā)規(guī)則有序,特別是經(jīng)濟(jì)都城,其規(guī)劃的道路橫平豎直,利于馬車(chē)行走。道路兩旁還會(huì)栽種綠植美化環(huán)境,且有良好的排水措施,避免道路積水影響行走。古代的道路在形勢(shì)不好的地方也有所發(fā)展,比如在地勢(shì)比較復(fù)雜的山區(qū),會(huì)修棧道。通常是在山坡開(kāi)鑿洞口,然后往里面插入木條,形成懸臂構(gòu)件。最后,在懸臂木條上面支撐木板以便給人行走。棧道的修建,使得人們?cè)谏铰返陌l(fā)展更進(jìn)一步。
隨著時(shí)代的發(fā)展,各種新材料的出現(xiàn),使得原先的泥土道路徹底被取代。道路發(fā)展到了現(xiàn)代,主要有混凝土和瀝青路面工程。并且因?yàn)榭萍嫉倪M(jìn)步,合適的材料被加到道路工程上,使得道路更符合人的預(yù)期,更利于人們通過(guò)道路相互溝通,增加聯(lián)系。
混凝土道路有耐久性好、水穩(wěn)性好等有點(diǎn),但其抗拉能力不足。在車(chē)行荷載的反復(fù)作用下,道路表面不僅僅是承受壓力,也承受拉彎,混凝土道路表面很容易開(kāi)裂。開(kāi)裂后的混凝土路面進(jìn)行修補(bǔ)時(shí),需重新填補(bǔ)混凝土及養(yǎng)護(hù)路段,會(huì)影響一段時(shí)間交通造成不便。所以,如果在混凝土路面加入鋼筋配合使用,道路抗彎折能力更好,則不容易出現(xiàn)裂縫。
瀝青道路易于施工,道路平整耐磨利于行車(chē),還因?yàn)闉r青的粒料空隙多,有降低噪音優(yōu)點(diǎn),亦是常見(jiàn)的道路形式。瀝青路面也有缺點(diǎn),如溫度較高之時(shí),瀝青會(huì)出現(xiàn)泛油現(xiàn)象。而氣溫較低時(shí),材料易脆裂,出現(xiàn)顆粒松散現(xiàn)象。修補(bǔ)瀝青道路可重新填補(bǔ)瀝青集料,較之混凝土路面的修整所需的時(shí)間短,恢復(fù)交通也快。
當(dāng)代的道路少不了綠化,無(wú)論是分車(chē)帶還是行人道,都不可避免考慮綠植。綠植的存在,可以美化環(huán)境,緩解司機(jī)的視覺(jué)疲勞。但在路面上不能隨意考慮樹(shù)木的栽植,有些植物并不適合在道路栽種。中間分車(chē)帶的綠植設(shè)計(jì)時(shí),一般考慮灌木和草皮。在中間分車(chē)帶中部,以灌木為主,這樣可以避免上下行車(chē)的干擾,特別是晚上的時(shí)候,灌木的高度正好可以遮擋對(duì)面行駛車(chē)輛的車(chē)燈亮光,避免司機(jī)產(chǎn)生眩光問(wèn)題。而在道路的兩端,特別是道路岔口處,就不能遮擋司機(jī)的視線,所以應(yīng)該改為草皮植種,讓司機(jī)的眼界開(kāi)闊,能及時(shí)觀察岔口車(chē)況??紤]到司機(jī)的反應(yīng)時(shí)間,通常在端口30 米處就要開(kāi)始植種草皮,盡早地讓司機(jī)能夠全面關(guān)注道路狀況。
兩側(cè)分車(chē)帶主要是分隔同向的機(jī)動(dòng)車(chē)和非機(jī)動(dòng)車(chē)的綠帶,需要彼此之間多關(guān)注各自的情況,以便避免事故的發(fā)生。所以在兩側(cè)分車(chē)帶,一般植種樹(shù)木。樹(shù)干和樹(shù)干之間的間距,足以讓機(jī)動(dòng)車(chē)和非機(jī)動(dòng)車(chē)彼此留意。一般考慮常青喬木,避免落葉妨礙車(chē)行。但對(duì)于嚴(yán)寒地區(qū)來(lái)說(shuō),因?yàn)槎镜孛娉S蟹e雪,所以可考慮落葉喬木,這樣冬季的時(shí)候,陽(yáng)光容易照射到地面,使得積雪盡快融化。如果選擇落葉喬木,需盡量選擇落葉比較集中的樹(shù)木,避免因?yàn)槁淙~影響的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)[1]。
另外,對(duì)人會(huì)造成過(guò)敏影響的綠植不可以采用,比如柳樹(shù)會(huì)產(chǎn)生大量的柳絮,柳絮不僅會(huì)影響人的視線,還會(huì)讓人過(guò)敏,盡量不要植種在人流車(chē)流較大的道路兩旁。對(duì)于有落果的植物,比如芒果樹(shù)椰子樹(shù)之類(lèi)的,落果容易砸到人或車(chē),會(huì)引發(fā)不好的感受,也應(yīng)該考慮周全。還有深根植物,比如毛竹榕樹(shù)之類(lèi)的植物,也不宜種在道路兩邊,因?yàn)槠涓蛋l(fā)達(dá),隨著根系地生長(zhǎng)占用土體,最終會(huì)導(dǎo)致路基隆起,造成道路破壞。
一條道路的好壞,首先考慮的是路面工程之下的路基工程。因?yàn)?,路基作為基礎(chǔ),承擔(dān)著上部的荷載,一旦破壞,自下而上都會(huì)受影響。而路基的設(shè)計(jì),應(yīng)先考慮的是土質(zhì)的選擇。根據(jù)土的顆粒大小,可劃分巨粒、粗粒、細(xì)粒組,不同土的性質(zhì)不一樣,用在路基土中時(shí),要充分考慮它們的性質(zhì)。如粗粒組土顆粒大,強(qiáng)度高,是適合用作路基的,但是其較大的顆粒如果配合不當(dāng)時(shí),會(huì)形成較大的空隙,所以須設(shè)計(jì)良好的級(jí)配,用小顆粒去填充好大空隙,才會(huì)使得路基更穩(wěn)固。粗粒組中礫石的粒徑相對(duì)來(lái)說(shuō)較大,但如果礫石土質(zhì)級(jí)配不好,仍然會(huì)出現(xiàn)較大的空隙,引發(fā)路基不穩(wěn)定。砂較松散,沒(méi)有黏性,不適合作為路基土。細(xì)粒土主要有粉土和黏土,粉土松散,在車(chē)行荷載作用下易松散,不適合做路基土。而黏土具有一定黏聚力,可塑性較好,容易在道路工程機(jī)械下形成設(shè)計(jì)需求的壓實(shí)度,是良好的路基土材料[2]。
特殊土是有特殊性質(zhì)的土,包括黃土、膨脹土、凍土等。在路基設(shè)計(jì)時(shí),如果遇到這類(lèi)土,就必須有針對(duì)性地設(shè)計(jì)。因?yàn)槊恳环N特殊土都有獨(dú)特的性質(zhì),需要區(qū)別對(duì)待處理。
黃土的空隙大,容易濕陷,如果遇到這類(lèi)土,可采用壓實(shí)法壓實(shí)。經(jīng)過(guò)夯擊或是壓路機(jī)的擠壓,使得土中的空隙被擠壓,形成壓實(shí)效果較好的土體。如選用重錘夯擊,需要根據(jù)設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)情況,選擇合適的夯錘和夯擊次數(shù)等。采用壓路機(jī)進(jìn)行機(jī)械碾壓時(shí),務(wù)必要遵循壓路機(jī)的壓實(shí)原則。一般來(lái)說(shuō),先是選用輕型的壓路機(jī)進(jìn)行初壓,待土質(zhì)達(dá)到一定厚實(shí)度后,再用較重的壓路機(jī)碾壓。在碾壓的過(guò)程中,速度需控制得當(dāng),一般是先慢速碾壓,因?yàn)樗俣嚷庞欣趬郝窓C(jī)作用在土質(zhì)上的時(shí)間足夠,達(dá)到一定壓實(shí)度再提高碾壓速度。碾壓作業(yè)的時(shí)候,還要注意從兩邊往中間碾壓,這樣有利于保持路基中間高兩邊低的排水坡設(shè)計(jì)。在碾壓的時(shí)候,還要注意相鄰兩個(gè)壓實(shí)帶要有重疊,以保證壓實(shí)效果。
膨脹土中因?yàn)橛杏H水礦物質(zhì),所以遇水體積會(huì)膨脹,失水后體積會(huì)收縮,體積的改變會(huì)使得土體出現(xiàn)大量裂縫,是非常不好的路基土。遇上這種土,可以考慮化學(xué)改良法,加入化學(xué)物質(zhì)將膨脹土里的親水物質(zhì)改良,使其不易吸水膨脹,則無(wú)法產(chǎn)生膨脹力。
凍土常處于溫度較低的寒冷地區(qū),這類(lèi)土中的水因?yàn)榈蜏匦纬杀?,待外界的溫度升高后,冰又融化成水。水和冰的轉(zhuǎn)化,體積也會(huì)改變,最終使得土體的體積發(fā)生變化,容易造成裂紋。所以在這種地區(qū)修建道路的時(shí)候,盡可能的使冰不要轉(zhuǎn)化為水。比如可以在路基土鋪設(shè)保溫材料,避免土體的溫度受外界的氣溫影響,這樣可以使土體一直是冰的狀態(tài),就不會(huì)有體積的變化。最著名的青藏鐵路,是解決凍土的示范工程,其在凍土上面有設(shè)置了很多保護(hù)凍土的措施,以避免凍土的消融凍脹問(wèn)題。如在鐵路下方鋪設(shè)大量石子,可以降低環(huán)境升溫對(duì)地下的影響。還在鐵路下方設(shè)置了管道,天氣炎熱的時(shí)候關(guān)閉管道的兩邊通風(fēng)口,使得里面形成相對(duì)封閉的空氣層,而這樣的空氣層導(dǎo)熱系數(shù)小,隔絕外部高溫對(duì)地下凍土的影響。到了溫度降低的時(shí)候,又打開(kāi)管道的端口,使其通風(fēng)降溫,帶走路面的溫度,避免高溫傳到下方的路基土。有些路段的凍土不容易保持,則是以橋代路,將橋基坐落在地基深處的永凍層,則可以保持道路的穩(wěn)定。
軟土是土體中含水量較大的土,因?yàn)樗窟^(guò)多,使得土體呈液態(tài)發(fā)展,強(qiáng)度低,具有流動(dòng)性。解決軟土的根本方法是要解決土體中的過(guò)量水。所以常用的方法有排水固結(jié),通過(guò)往土體里插入排水的管道,然后施壓加載使得土體中的水被擠壓出來(lái),等待土體排水后固結(jié),土體的強(qiáng)度會(huì)有所增加。還可以在軟土打樁,利用樁體的強(qiáng)度來(lái)支撐路基。樁體根據(jù)所采用的原料不同,可以分為粉煤灰樁、砂樁等。布樁的工序,先是通過(guò)鉆孔機(jī)在地面打孔,再選擇設(shè)計(jì)要求的填料注入孔中成型,待樁身養(yǎng)護(hù)好,可在樁頭做樁帽,使得上部行車(chē)荷載更好地分散下去。
路基的設(shè)計(jì)形式有路堤、路塹、半挖半填三種。路堤是指在天然路面標(biāo)高上通過(guò)填土來(lái)完成路基的設(shè)計(jì),通常根據(jù)填土的高度可以分為高路堤、矮路堤、一般路堤。填土須分層填筑,不同的土質(zhì)不能混填,透水性差的土不要完全覆蓋透水性好的土,避免水不能及時(shí)地流出而造成積水。為了更好地排水,土體要做雙向橫坡,即中間高兩邊低。水平分層填土的時(shí)候,必須保證壓實(shí)后,再填下一層土。填土壓實(shí)過(guò)程中,控制最佳含水量是關(guān)鍵。如果土體的含水量太低,土體的黏聚力低,則土顆粒松散不容易達(dá)到壓實(shí)度。如果含水量過(guò)高,水在土體之中有潤(rùn)滑作用,更不利于土體的壓實(shí)。所以壓實(shí)填土?xí)r,必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)狀況找到最佳的含水率。如果土體含水量過(guò)低,則需及時(shí)灑水補(bǔ)足。如果土體含水量過(guò)高,則需設(shè)法降低其含水率。
路塹是通過(guò)開(kāi)挖而成的,挖土也不能無(wú)序雜亂地挖掉,應(yīng)該根據(jù)挖土量設(shè)計(jì)合適的挖土通道。需要及時(shí)把挖方的土進(jìn)行合理處置,可以就近填方路堤,也可以盡快運(yùn)走。但不可以隨意丟棄挖土,以免造成多余的荷載,影響路基土的狀況。有些土體高低不平,需要一些挖一些填,所以有半挖半填的形式。
不管是路堤還是路塹,都要考慮邊坡穩(wěn)。影響邊坡穩(wěn)定的因素有很多,比如要注重排水,土體中的水量增多,會(huì)使土體本身的平衡被打破,容易發(fā)生坍塌。所以,特別是降水量大的地方,我們都需要盡快地排水,設(shè)計(jì)溝道排水。排水的形式有截水溝、跌水、急流槽等。截水溝是路塹邊坡常見(jiàn)的橫向排水溝,沿著邊坡設(shè)置一道一道的橫向排水溝,截住部分水,避免大量水直接從坡頂俯沖到坡底,導(dǎo)致邊坡滑塌。跌水設(shè)計(jì)是邊坡縱向的排水溝,其通常設(shè)計(jì)為臺(tái)階狀,一級(jí)一級(jí)的臺(tái)階相當(dāng)于消水池,加大水體與溝道的摩擦,消耗其動(dòng)能,這樣水從上部引導(dǎo)到坡底時(shí),不至動(dòng)能過(guò)大而沖刷壞道路。急流槽一般是用于縱向短距離的排水,使水盡快離開(kāi)邊坡,所以做的較陡較短。
邊坡的防護(hù)有綠植防護(hù),綠植不僅能美化道路,緩解司機(jī)視疲勞,還能有一定的抓土能力,宜選擇深根耐活的植物。不宜選用過(guò)高的淺根樹(shù)木,因?yàn)闃?shù)木在風(fēng)荷載作用下,會(huì)對(duì)土體造成拉拔力。風(fēng)荷載過(guò)大時(shí),不僅樹(shù)木被連根拉起,也會(huì)帶動(dòng)邊坡土體的松動(dòng),不利于邊坡穩(wěn)定。栽種草坡時(shí),為了增加施工速度。可以選擇濕土噴播法,把種子、肥料、添加劑等混合物噴射到邊坡上,混合物能很好地附著在邊坡上,待植被種子發(fā)芽長(zhǎng)好,便形成了綠植邊坡。
工程防護(hù)則是考慮加入工程材料,如對(duì)邊坡進(jìn)行噴漿封面,可以防止表面巖土的風(fēng)化剝落。噴射的水泥砂漿要保證其強(qiáng)度,且不易風(fēng)化剝落。所以常在噴漿之前鋪設(shè)鋼筋網(wǎng),使得漿體和鋼筋網(wǎng)很好組合在一起共同防護(hù)邊坡。加入鋼筋,可以使得其抗拉強(qiáng)度增大,在日曬雨淋的時(shí)候,拉結(jié)穩(wěn)固水泥砂漿,使其不容易開(kāi)裂。
擋土墻也是一種重要的維護(hù)土體穩(wěn)定的構(gòu)造物,類(lèi)型有很多種。重力式擋土墻,是利用自身的重力阻擋土體的壓力,一般用毛石砌筑而成,利用毛石的重量來(lái)阻擋土的推力。毛石砌筑越多越厚重,阻擋的土體側(cè)向壓力越大。其斷面形式很多種,根據(jù)地形和實(shí)際需求設(shè)計(jì),有仰斜式、俯斜式、折線式等設(shè)計(jì)。比如衡重式擋土墻,在墻背設(shè)計(jì)了衡重臺(tái),可以讓墻體重心后移,更有利于擋土。還需注意,擋土墻上應(yīng)該設(shè)計(jì)合理的泄水口,使得土體中的水盡快排出,減少水的不利影響。為避免水在排出的過(guò)程中帶著泥沙,必須設(shè)置反濾層,阻擋泥沙順?biāo)鲃?dòng)而堵塞泄水口。還應(yīng)按規(guī)范每隔一段距離設(shè)計(jì)伸縮縫和沉降縫,減少擋土墻的材料熱脹冷縮,或者沉降不均勻帶來(lái)的額外破壞力。
重力式擋土墻自重過(guò)大,消耗石材過(guò)多,所以還可以考慮其它擋土墻。如扶壁式擋土墻是懸臂構(gòu)件,是一種薄壁相對(duì)輕型的擋土墻,其是利用底部踵板上的土壓力來(lái)維持相對(duì)平衡。內(nèi)部一般配置鋼筋,使得這種懸臂構(gòu)件的抗彎能力更好。還有加筋擋土墻,在面墻后面鋪設(shè)筋條,利用筋條和土填料的摩擦力來(lái)維持邊坡穩(wěn)定。錨桿式擋土墻,是通過(guò)在邊坡打孔,插入錨桿來(lái)維持邊坡地穩(wěn)定。
傳統(tǒng)的路堤以黏土或碎石等建筑材料作為填筑層,其優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)成本低,利于就地取材。但是碎石之類(lèi)的材料重量比較大,如果填筑在下臥層不好的土質(zhì)上,極其容易引起路基的下陷。特別是對(duì)于軟土地基來(lái)說(shuō),更需要輕質(zhì)的填料來(lái)代替原有的材料,使得上部重量減輕,以便有利于維護(hù)基層的穩(wěn)定。
現(xiàn)在常用替代填料可以是聚苯乙烯泡沫板,其質(zhì)量輕,能有效減輕路堤的重量。而且,其吸水性差,對(duì)于常年處于戶(hù)外環(huán)境中的路堤,不可避免日曬雨淋,在雨水較多的季節(jié),聚苯乙烯泡沫板不會(huì)因?yàn)橛晁軡窈徒荻鴮?dǎo)致性能變化。另外,它的保溫隔熱性能很好,是導(dǎo)熱系數(shù)很低的材料。如果用于凍土之上,還能降低外界熱量向凍土傳遞,保護(hù)凍土不因?yàn)闊崃咳诨癁樗?。還有,聚苯乙烯泡沫板的耐腐蝕性較好,不容易被環(huán)境影響。高擋土墻后,也可以用聚苯乙烯泡沫板代替土,這樣能減少土的側(cè)壓力,利于擋土墻的穩(wěn)定。但是要注意的是,不是什么類(lèi)型的擋土墻后填土都可以用聚苯乙烯板替代。因?yàn)橛行跬翂σ猛恋膲毫Χ龃竽Σ亮?lái)維持穩(wěn)定,如果用輕質(zhì)板材代替土,那么壓力減少,摩擦力也會(huì)相應(yīng)減少,擋土墻就容易發(fā)生傾覆。所以,必須通過(guò)設(shè)計(jì),算出合理的代替重量。當(dāng)然,聚苯乙烯泡沫板是一種發(fā)泡材料,其強(qiáng)度比碎石之類(lèi)的建材低,也需要設(shè)計(jì)得當(dāng)改善這方面的缺點(diǎn)。
土工織物的透水性較好,可以用作擋土墻后的過(guò)濾層。在泄水口附近布置土工織物代替?zhèn)鹘y(tǒng)的濾水建材砂石,可以更好地讓水通過(guò),并且阻擋土顆粒阻塞泄水口。在路基填土中,有可能選用不同粒料土,可以考慮將土工織物放置填土中,分隔不同粒料的土,以免相互混雜失去各種材料的完整性。土工織物加在土中,可以有效地分散應(yīng)力,增加土的抗壓強(qiáng)度。
土工格柵的抗拉性能很好,放置在填土中,可以很好地限制土體的側(cè)向位移,分散土的應(yīng)力,使得土體更好地保持穩(wěn)定。其作用相當(dāng)于給土體增設(shè)了鋼筋網(wǎng),但是其特點(diǎn)比鋼筋有更多優(yōu)勢(shì),不會(huì)像鋼筋一樣容易生銹。性質(zhì)穩(wěn)定,耐久性好。所以,在填土或邊坡工程中,經(jīng)常加設(shè)土工格柵,以利于土體的穩(wěn)定。
(1)道路的發(fā)展歷史久遠(yuǎn),人類(lèi)在這項(xiàng)工程種不斷探索,從泥土路發(fā)展到混凝土道路,都是人類(lèi)智慧的結(jié)晶。
(2)用作路基土?xí)r,一定要充分考慮土的特性,改善其缺陷,配合適當(dāng)?shù)氖┕ぴ瓌t,形成較好的路基斷面。
(3)路基的邊坡穩(wěn)定是一項(xiàng)重要設(shè)計(jì),可以考慮綠植防護(hù)與工程防護(hù)。擋土墻的類(lèi)型很多種,選擇合適的類(lèi)型用于土體穩(wěn)定中。
(4)隨著科技的發(fā)展,更多的材料可以利用到道路工程中。比如聚苯乙烯泡沫板,其輕質(zhì)耐久性好,保溫隔熱性能好,是一種良好的替代材料。土工織物和土工格柵的加入,亦是使得路基土的穩(wěn)定性更好。