市政工程中路面结构设计与优化

摘要：在市政道路工程中，路面结构设计对后续施工、路桥使用等方面有着深远的影响，为此，相关设计师需要做好路面结构设计方案的比选，合理优化路面结构，从经济性、技术性等多方面进行分析，从而提高市政工程路面结构设计和建造水平。为此，文章在简单阐述市政路面结构型式的基础上，以工程项目为对象，细致地分析路面结构方案比选和设计措施，以期抛砖引玉，促进市政路面结构优化。

关键词：市政工程；路面结构；优化设计

1.市政工程路面结构概述

在城市建设项目中，市政工程的路面结构发挥着至关重要的位置，其直接影响到道路的使用寿命以及驾驶的安全性。在当代的城市环境下，市政道路的分类较为清晰，涵盖了快速道路、主要道路、次要道路以及分支道路，每一种道路都有其独特的交通职能。快速道路和主要道路作为城市交通的基础架构，负责大量机动车的通行。因此，这些道路对路面结构要求高，通常会选用高质量的沥青混凝土或水泥混凝土作为路面材料，确保其具有较长的使用寿命和出色的承载能力。次要道路和支路主要以提供服务为核心，尽管路面设计相对简洁，但也要确保其有充足的载重能力和长久的使用寿命。

在市政工程中，合理选择路面结构的材料对其整体性能有着显著的影响。沥青路面因其出色的耐磨、防滑和噪声吸收特性，非常适合各种交通等级的道路使用。水泥混凝土路面因其出色的抗弯和抗压性能，特别适合于需要承受较大负荷的路面。另外，在设计路面结构时，还需综合考虑排水、防冻、抗腐蚀等多个方面的因素，以确保道路的稳定性和安全性。在施工期间，相关工作者要根据道路的级别和使用需求，选择适当的施工方法和设备，确保道路结构的质量和稳定性。

2.市政工程中路面结构设计及优化建议

某市政道路工程建设长度共计70.5km，设计速度为100km/h。该市政道路路基宽度为25m，路面计划采用沥青材料。在该工程路面结构设计中，设计师提供三种方案，具体如下。

2.1设计要求

首先，耐久性作为路面结构的基石，决定了即使在连续交通负荷作用下路面能够保持原有性能并抵抗时间对路面的腐蚀，能否避免明显老化和疲劳现象并保证长期稳定的服务。其次，承载力是市政路面设计中必不可少的内容，路面要有足够的强度能够以抵抗外界各种力的作用，以免受力超载产生沉降、开裂、车辙、隆起等病害现象，保证路面可靠。再次，稳定性至关重要。在市政道路路面结构设计中，设计师要保证其能够在外部环境因素起伏变化中保持性能稳定，避免性能出现急剧波动，保证路面使用过程中的连续性以及安全性。最后，平整度是关键参数，平整度不足不但会消减行车的舒适度，而且还会在汽车行驶过程中造成附加冲击力，不但加重道路的损坏速度，而且从长远看也会威胁到汽车及司机的行车安全。

2.2路面结构验算

（1）路表弯沉验算。设计师以双轮轮隙中心点作为计算点，对新建路面的路表弯沉值进行计算，计算公式为：

式中：ls代表路表弯沉，p代表轮胎接地压强，δ代表当量圆半径，α代表理论弯沉系数，E1代表抗压回弹模量，F代表弯沉修正系数。

为了提高沥青路面计算效率和精准度，设计师可以利用URPDS2012软件模拟分析不同底基层厚度下路表弯沉。在确保其他计算参数保持不变的情况下，发现底部基层的厚度增长与路面的弯沉减少之间存在负向关联。具体地说，当底基层的厚度从16厘米增加到22厘米时，路面的弯沉分别减少了30毫米、10毫米和20毫米。该成果表明，底基层厚度增加或减小对于沥青路面路表弯沉影响比较小。尽管增加底基层厚度在一定程度上有利于缓解路表弯沉，但这种改善作用随着厚度的增加而减弱。所以，工程实际中合理地选取底基层的厚度是非常关键的，设计师要考虑到成本、材料的性能、施工的条件以及期望的寿命等诸多因素才能达到最佳的设计。

（2）层底拉应力验算。选取单圆荷载中心处或双圆轮隙中心作为计算半刚性基层底部的拉应力的点，并且按照下式进行计算：

式中：σ代表层底拉应力，p代表为理论最大拉应力系数。

设计师同样借助URPDS2012软件对层底拉应力进行计算，结果显示，随着底基层厚度的增加，层底的拉应力呈现出变小的趋势，并且逐渐发生应力集中的情况。如果基层缺乏足够的厚度，那么会导致裂缝逐渐朝着上部扩展，最终可能会引发路面裂缝。

2.3半刚性基层沥青路面设计方案

通过对路基结构各组成要素进行细致地分析，并且经试验测定，该工程所用路基填料的回弹模量为66MPa，在考虑湿度因素的影响下调整回弹模量湿度调整系数为0.95。

（1）方案一：半刚性基层沥青路面结构组合

此类型路面结构的设计厚度共计68cm，从上到下共包括六层结构，分别为AC-13CSBS改性沥青混凝土、AC-20CSBS改性中粒式沥青混凝土、AC-25C密级配沥青混凝土、封层+防裂基布、水泥稳定碎石、级配碎石。在设计复合基层沥青路面结构中，所用材料均为无机结合料稳定类，技术人员按照如下参数进行计算：AC-10的模量为10000MPa，泊松比为0.25，材料抗弯拉强度为0.25；AC-20的模量为12000MPa，泊松比为0.25，材料抗弯拉强度为0.25；ATB-25的模量为1200MPa，泊松比0.35，材料抗弯拉强度为0.25。

（2）方案二：复合式基层沥青路面结构组合

在采用复合式基层沥青路面结构中，设计师设计路面厚度为70.5cm，所用材料类型均为无机结合料稳定类。材料计算参数和方案一相同。

（3）方案三：全柔性基层沥青路面方案

采用全柔性基层结构设计能够显著改善沥青面层结构性能表现并保证结构功能满足。该结构最突出的优点是降低底基层出现裂缝的概率，确保各个结构层工作平稳。全柔性基层沥青路面施工期半刚性基层结构普遍存在的反射裂缝得到有效抑制。由于基层和面层力学性能相似，该结构可达到变形协调并表现出较好的适应性。在采用该结构时，设计师将其厚度设置为71cm，其设计方案和方案一基本相同，主要设计参数如下：AC-13的模量为10000MPa，泊松比为0.25，材料抗弯拉强度为1.5；AC-16的模量为11000MPa，泊松比为0.25，材料抗弯拉强度为1.5；AC-25的模量为11000MPa，泊松比为0.25，材料抗弯拉强度为1.5；ATB-30的泊松比0.35，材料抗弯拉强度为0.15。

2.4路面结构方案比选

方案一的优点为，有着良好的承载性、稳定性和耐久性，但是存在刚性大、温度敏感、维修成本高、材料要求高等缺点。方案二优点为，兼具刚性和柔性的优点，有着较强的适用性，维修方便，但是有着设计和工艺复杂、成本高的缺点。方案三的优点为，韧性好，维修简单，施工便捷且成本低，但是存在承载力不足、稳定性和耐久性相较之下偏差的不足。结合该工程的实际情况，设计师在综合合理工程经济性的基础上，最终选择方案一。

结语

总体而言，在市政工程中，路面结构是确保道路功能正常和行车安全的基础。因此，需要根据道路的等级、使用需求和环境条件进行合理的设计，确保道路的质量和稳定性。随着城市交通的需求持续上升和科技的不断发展，市政工程的路面结构也将得到进一步的完善和发展。

参考文献

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