第四节 路基与路面工程
一、路基工程设计
黑龙江省原有公路,多在四级(指1956年交通部技术标准)以下,路基一般偏低。70年
代中期以前,在路基工程设计中,对有关地形、地貌、土壤、气温、水文等因素的影响及应
采取的技术措施,缺乏研究和引起注意,而70年代末期通过修建高级路面的实践,才对自然
条件予以充分考虑,吸取了已往教训。
路基工程设计,即从公路沿线的自然地理状况进行综合考虑,按不同的土质、水文条件
,适当确定路基的高度、密实度,以及路基排水、防护工程。1975年,黑龙江省公路勘察设
计院测设的奇乾至伊敏河等边境公路,由于资金不足,对公路防护设施未作充分考虑,故施
工后曾出现路基土方滑坡,一些边坡也常遭受雨水或地面水冲刷。1980年之后,随着公路等
级和设计质量的提高,此种现象有所减少。
不良地段路基设计。黑龙江省平原、丘陵地区表土的土组以粉性土较为常见,多为粉质
中液限粘土。由于排水不良,形成水文地质不良地区,还存在一些泥沼地区。公路通过这些
地段,除选线时注意路线位置外,在路基设计中均加强了调查,野外勘测时增挖地质试坑。
这些路基的勘测,多在冬季进行,其地质条件的判断却难以准确,施工中一般根据实际情况
变更局部路基工程设计。而对高等级公路路基工程设计,则需严格掌握。哈尔滨松花江公路
大桥引道工程,为一级公路标准,经过详细测量后,发现大部分路线地质处于不良地段,在
施工图设计阶段确定挖除软地基,以江砂(细砂)填筑路堤,采用混凝土预制板防护,取得
了较好的效果。在设计三级以下公路通过泥沼塔头地段时,一般采用反铺塔头的惯用方法,
作为路基的底层,再填筑土方、砂料,形成路基。二龙山至抚远公路,采用就地采木料作成
木排,再填筑路基。
黑河、伊春地区局部性分布着多年冻土,多分布在高山阴坡、塔头甸子、未开垦荒地。
黑龙江省公路勘察设计院在测量十八站至漠河路线时,发现有多年冻土,一般采用了保护冻
土原有状态的原则进行设计。
加筋土新技术应用。黑龙江省公路桥梁公司设计所在进行滨洲铁路立交桥两端路堤设计
中,首次采用了加筋土新技术,取得了较好的效果。该项工程设计后,先修建了试验段。加
筋土路堤为双侧面板,全长360米,采用十字板砌筑。拉筋为分节圆钢筋,涂刷沥青进行简易
防护。砌筑面积6804平方米。基础为浆砌片石,基底设砂垫层。砌筑混凝土预制帽石后,砌
筑面板,加置拉筋,使面板通过拉筋与土堤结合成一体。为防止填料发生冻害,设计、施工
中采用非冻胀性土充填,并达到一定密实度。竣工后,由黑龙江省公路桥梁公司设计所和黑
龙江省第四公路工程处进行试验观测,取得了数据,证明加筋土技术在寒冷地区是可行的。
二、路面工程设计
黑龙江省公路路面工程,在50年代至60年代,主要是中、低级的砂石路面。其设计一般
采用经验数据。70年代,交通部先后组织开展具有中国特色的柔性路面和刚性路面设计理论
和方法的研究,取得了成果,颁发了规范。黑龙江省在路面设计中已全面推广应用。
(一)柔性路面
黑龙江省的中、低级路面(砂石路面和砂土改善路面),大部分是各地、市、县动员群
众、就地取材、因地制宜铺筑的。在设计上,以确定路面厚度为主,沿用苏联伊凡诺夫的方
法或是凭经验确定材料结构和厚度。此种路面交通量在500辆/昼夜以下的路线,只要加强经
常养护,效果一般较好。砂石路面和砂土改善路面,一般平整度好,行车稳定。
进入70年代,为了改善行车条件,黑龙江省在缺砂石地区及交通量大、路面强度较好的
路线上铺筑了渣油表面处治层,并对原强度不够的路面进行了补强。这批工程,对改善路况
起到一定作用。但由于多数未进行正规设计,且交通量增长很快,重型车辆不断增多,加之
资金不足,未能及时进行大中修,大多数路段已超过使用期限。
从70年代末期开始,改建和新建二级以上公路,大多为柔性路面。这些路面,均经专业
队伍勘察设计。在柔性路面设计中,设计方法、结构组合、材料选用等方面,采用中国自己
建立的理论与方法。在设计方法上,即以双圆垂直均布荷载作用下的弹性层状体系理论为基
础,以路表容许弯沉值作为路面整体强度的控制指标。对高速公路、一级公路的沥青混凝土
面层和整体性材料基层,则进行弯拉应力验算;二级公路的沥青混凝土路面,必要时也进行
整体性材料结构层的弯拉应力验算,而改建公路的沥青混凝土路面或沥青石灰土路面补强层
厚度,则采用经验公式计算。黑龙江省公路科研、设计部门参与了国内柔性路面设计理论与
方法的研究,结合本地自然条件,进行了大量调查和试验,提供了数据。
沥青路面设计,多采用贯入式面层,或分两次铺筑面层(下层用沥青贯入式,上层用热
拌沥青碎石),即上拌下贯入式。省内一般为两次铺筑面层。70年代以前,修筑二、三级公
路,均采用石灰稳定土作路面基层的结构型式。石灰稳定土,是由黑龙江省交通科学研究所
在冰冻地区进行研究、试验及应用的一项重要成果,并已成为大面积用于路面基层、底基层
和垫层的主要材料。但在温度降低和含水量减少时易产生温缩和干缩,面层形成反射裂缝,
曾采用石灰稳定土加粗粒料等办法进行防治,路面裂缝现象有所减少。
1980年之后,对二级以上公路,则采用水泥稳定土、水泥石灰稳定土及水泥稳定砂砾等
作路面基层的结构型式。哈尔滨至宾县二级公路及哈尔滨松花江公路大桥江北引道路面工程
均采用水泥稳定土基层。此外,有些地方根据就地取材原则,利用粉煤灰、煤矸石、天然砂
砾、大块碎石、手摆石、级配碎(砾)石等作基层材料。
在地下水位高、排水不良,可能产生冻胀的中湿、潮湿路段,一般均设置垫层。对高级
、次高级路面,注重了防冻设计,即按不同路段的结冻深度或不同中湿、潮湿路段的冻胀状
况,以满足路面总厚度的防冻最小厚度的要求进行设计。
路面结构组合设计,均按各结构层强度和刚度自上而下递减的规律安排,以充分发挥各
结构层材料的效能,防止“倒装结构”的不合理的组合出现。对沥青路面基层,一般均选用
水稳性好的材料,以免因沥青层隔断水分蒸发,使基层因含水量增多而出现弹软现象。并注
意了保证路面结构的整体性和结构层之间应力传递的连续性,使结构层之间结合紧密稳定。
对于沥青材料应用,黑龙江省公路交通部门进行了长期的探索和研究。70年代初,黑龙
江省公路交通部门与大庆石油部门合作,利用炼油剩余的残渣(塔底重油,后称渣油),以
脱蜡为主要目标,生产了一部分氧化沥青,并应用于部分次高级和高级路面之中。但此种沥
青含蜡量仍较高。1980年之后,在高级路面中一般已注意选用路用性能合格的沥青材料,以
保证路面质量。为了节约能源,便于施工,已研制成功乳化沥青,在养路中得到初步推广。
(二)刚性路面
黑龙江省的刚性路面,主要是素水泥混凝土路面。
交通部于1966年颁发的《公路路面设计规范》,对刚性路面的设计作了初步规定。而后
,交通部又组织各省公路设计部门着重对水泥混凝土路面进行了研究与修订,直至1984年,
正式下达了《公路水泥混凝土路面设计规范》。这个规范明确规定,水泥混凝土路面设计,
即以弹性半无限地基上弹性薄板理论为基础,以水泥混凝土疲劳强度为控制指标。为了保证
路基能均匀支承,对路基施工的密实、稳定提出了技术要求,中湿、潮湿路段一般均设置垫
层,以达到最小抗冻层厚度。
黑龙江省公路勘察设计院于1982年首次设计哈尔滨松花江公路大桥引道工程中的5公里水
泥混凝土路面(一级公路)。路面结构,面层为水泥混凝土板24厘米,基层为水泥稳定砂砾
18厘米,下基层为水泥石灰稳定土16厘米,并设垫层17厘米,路面总厚度为75厘米。此后,
又于1985年设计哈尔滨至阿城一级汽车专用公路37.4公里,全部为水泥混凝土路面。路面结
构与上述工程相仿。