山区通村公路低造价水泥混凝土路面结构研究

山区通村公路低造价水泥混凝土路面结构研究

普海龙

普海龙

双柏县交通运输局云南省楚雄州双柏县675100

摘要：山区通村公路是社会主义新农村建设的重要举措，是加强农村之间交流，是促进农村经济发展的重要途径。本文在山区通村公路建设的基本内容的基础上，对公路路面的力学结构进行了分析，对工程造价进行了对比，对山区通村公路低造价的水泥混凝土路面结构提出了建议。

关键词：山区通村公路；低造价；水泥混凝土路面；结构研究

在我国山区的经济发展中，交通困难仍是最大的限制因素，为了促进社会主义新农村的建设，山区通村公路的建设具有重要的意义。目前，我国的山区通村公路建设取得了一定的进展，但是也出现了一些问题，探讨低造价的水泥混凝土路面结构对解决这些问题具有重要的意义。

一、山区通村公路建设的基本情况分析

第一，山区通村公路的交通组成情况。山区交通的主要类型有以下几种，分别是：拖拉机、小微型轿车、小型客运汽车、农用三轮车、自行车和摩托车，基本上不存在大型货车。因此，山区通村公路在修建的过程中不存在超载行驶的情况，具有车辆轴载低、交通量小的特点，在进行路面结构的设计时，要对交通特点进行充分的考虑，以降低工程造价。

第二，土基强度分析。土基强度对水泥混凝土的路面结构的厚度有着直接的影响，对山区通村公路的路面结构选定及造价分析有着直接作用。本文使用弯沉仪对部分山区通村公路的路基进行了弯沉测量，通过测量所得弯沉值计算得出了土基回弹模量值。在这几年施工中，通过计算得出山区通村公路的土基回弹模量值基本上在131兆帕和236兆帕之间，差异性很大，所以，在修建山区通村的时候，为了降低工程造价，可是使用不同的方案进行路面结构设计。

第三，路面材料选择。在山区修建公路可以利用的材料非常多，其中最丰富的材料就是石料，山区的砾岩和石灰岩分布十分广泛，在修建公路的过程中可以就地取材，一方面能够有效的满足山区公路的承载力需求，另一方面还可以降低山区公路的工程造价。

二、路面结构分析

以山区通村公路的实际情况为基础，可以使用的路面结构形式有三种，分别是：第一，土基或者原路面+抛石水泥混凝土结构；第二，土基或者原路面+低强度水泥混凝土结构；第三，土基或者原路面+小板块水泥混凝土路面[1]。本文使用有限元软件对这三种结构进行力学分析。

（一）建立有限元模型

对上述三种路面结构和普通的水泥混凝土路面结构都是用三维六面体八节点的Solid45单元来进行，边界的X方向的两侧约束为0，边界的Y方向的两侧约束为0；在底面从X、Y、Z三个方向施加固定约束。行车荷载使用的是标准轴载BZZ—100，轮胎的内压为0.7兆帕，单个轮压的作用范围为20厘米*20厘米，加载位置在临界荷位，两轮之间的距离是30厘米，轴长是180厘米。有限元模型如图1所示：

图1有限元模型图

（二）抛石水泥混凝土路面的力学计算

抛石水泥混凝土路面是以固定的施工技术为依据，将粒径比较大的卵石抛入普通的水泥混凝土路面中，以促使水泥混凝土路面的形成[2]。抛石水泥混凝土的面板的长度是5米，宽度是3.5米，具体的材料参数如下：水泥混凝土路面的弹性模量是270兆帕，厚度分别是0.16米、0.18米和0.2米，泊松比是0.15；土基的弹性模量分别为100兆帕、150兆帕和225兆帕，厚度是3米，泊松比是0.25。抛石混凝土路面底层结构的弯拉强度计算结果如表2所示：

表2抛石混凝土路面底层结构的弯拉强度

（三）低强度水泥砼的路面力学计算

低强度的水泥混凝土路面针对的是交通量非常少，轴载比较轻的山区通村公路的修建，在修建的过程中将路面强度有所降低，从而促使路面材料有效的减少，尤其是将水泥量大大的减少，以达到降低工程造价的目的[3]。低强度的水泥混凝土板面的长度是5米，宽度是3.5米，各项参数和上文保持一致，弯拉强度的计算结果图表3所示。

表3低强度水泥混凝土路面底层结构的弯拉强度

三、工程造价对比

（一）工程单价

山区通村公路水泥混凝土路面结构在施工过程中的各项费用计算如下：水泥费用为420元每吨，砂子为87.5元每立方米，粗集料砾石为85元每立方米，粗集料卵石为75元每立方米，人工和机械的费用为57.5元每立方米，切缝的费用为4元每道。

（二）建设费用

第一，工程成本。工程成本用字母B表示，工程成本中的固定费用用E表示，可变费用用F表示，所以，工程成本的计算如下：B=E+F。工程成本中的可变费用F包括三部分内容，分别是：路面结构消耗的材料费用用F1表示，人工和机械的费用用F2表示，切缝的费用用F3表示。所以，工程可变成本的计算如下：F=F1+F2+F3。

第二，建设费用。（1）普通水泥砼路面结构的建设费用。一般情况下，山区通村公路路面的宽度是3.5米，厚度是0.2米，如果将路面的长度计算为1千米，在这样的情况下，公路的施工量就是：3.5*0.2*1000=700立方米。使用的水为153千克，水泥为334千克，细集料为636千克，粗集料为1359千克，根据上述各项的费用，经过计算，总体的施工费用为22.46万元。（2）抛石水泥砼路面结构的建设费用。抛石水泥砼的面板尺寸是3.5米*5米，如果土基的回填模量在225帕和250帕之间，路面的厚度最小为0.14米，在施工的过程中可以将5厘米—10厘米的石块放入混凝土中，石块的间距要保持在10毫米和20毫米之间，石块的加入使得混凝土的体积减少了10%。如果以1千米为单位范围，基体混凝土的施工量就是3.5*0.14*1000*0.9=490立方米。其中，水为158.3千克，水泥为323.1千克，细集料为671.5千克，粗集料为1247.1千克，由于抛石工序的加入，每立方米需要增加65元的人工费用，根据上述单价标准，通过计算可得施工费用为14.83万元。（3）低强度水泥砼1千米的施工量为3.5*0.22*1000=770立方米，其中，水的用量为157.8千克，水泥为303.4千克，细集料为678.6千克，粗集料为1260.2千克，通过计算可得施工费用为21.74万元。（4）小板块水泥砼的施工量为3.5*0.15*1000=525立方米，其中，水的用量是158.3千克，水泥的用量是323.1千克，细集料的用量是671.5千克，粗集料的用量是1247.1千克，通过计算可得施工费用为16.69万元。

结语

山区通村公路低造价的水泥砼路面结构有三种形式，分别是抛石水泥砼路面结构、小板块水泥砼路面结构和低强度水泥砼路面结构。通过有限元分析和工程造价的对比，以1千米的路面修建为单位，通过计算发现抛石水泥砼的路面结构的造价最低。所以，在山区通村低造价水泥混凝土路面的修建过程中可以多采用抛石水泥混凝土的路面结构进行修建。

参考文献：

[1]魏连雨，陈晗，马士宾等.山区通村公路低造价水泥混凝土路面结构研究[J].路基工程，2013，（2）：33-37+42.

[2]董青泓，王端宜，罗锟等.农村公路小尺寸薄水泥混凝土路面结构设计研究[J].中外公路，2010，（6）：74-77.

[3]杨凡.浅谈农村公路水泥混凝土路面结构[J].城市建设理论研究（电子版），2012，（22）：21-22.