水泥混凝土路面設計初探

王雪健

（黑龍江省公路勘察設計院，黑龍江 哈爾濱 150000）

1 前言

水泥混凝土路面有很多的優(yōu)點：路面強度高、承載能力大，耐磨耗能力強，能見度好，使用壽命長，養(yǎng)護費用少，行車的油耗也較瀝青路面少10%--15%，正因為有這些優(yōu)點，所以水泥混凝土路面在許多省市廣泛使用，也取得了比較好的效果。

80年代至90年代初期，我國的水泥混凝土路面建設呈現(xiàn)一個高峰期。但從道路使用運營狀況來看，大多數(shù)的水泥混凝土路面難以達到20一30年的設計使用年限，并且出現(xiàn)一些較嚴重的缺陷，如路面的早期斷裂、錯臺邊角破損、平整度及粗糙度差等給行車和養(yǎng)護帶來一定的困難，且不易處理，修復費用高難度大。究其原因，除了設計施工質量問題外、還有各種自然因素的影響。因此本文將從設計構造的角度，就如何提高水泥混凝土路面的使用性能，有效的控制路面的缺陷，結合自己的實踐體會與具體做法提出一些探討意見，供同仁參考討論。

2 水泥混凝土路面設計中的理論依據(jù)問題

2.1 路面設計指標可靠度的分折

公路工程結構的設計安全等級為3個等級.路面工程的安全等級僅考慮高速公路。一級公路和二級公路的路面，相應的安全等級要求規(guī)定為一級、二級和三級。為三級和四級公路路面增加一個設計安全等級--四級。并規(guī)定了相應的設計基準期為20MPa；而設計安全等級為四級的路面結構的目標可靠指標和目標可靠度.系按前三級的數(shù)值級差遞降得到的。按施工技術、施工質量控制和管理要求達到和可能達到的具體水平.選用其他等級。降低選用的變異水平等級，須增加混凝土面層的設計厚度要求；而提高選用的變異水平等級.則可降低混凝土面層的設計厚度或混凝土的設計強度要求?？赏ㄟ^技術經(jīng)濟分析和比較予以確定但對于高速公路的路面，為保證優(yōu)良的行駛質量，不宜降低變異水平等級材料性能和結構尺寸參數(shù)的變異水平等級.按施工技術、施工質量控制和管理水平分為低、中、高三級由滑?；蜍壍朗绞┕C械施工.并進行認真，嚴格的施工質量控制和管理的工程. 可選用低變異水平等級。由滑模或軌道式施工機械施工，但施工質量控制和管理水平較弱的工程，或者采用小型機具施工，而施工質量控制和管理認真、嚴格的工程可選用中低變異水平等級。采用小型機具施工，施工質量控制和管理水平較弱的工程?？蛇x用高變異水平等級。

設計時.可依據(jù)各設計參數(shù)變異系數(shù)值在各變異水平等級變化范圍內的情況選擇可靠度系數(shù)。目標可靠度是所設計路面結構應具有的可靠度水平。它的選取是一個工程經(jīng)濟問題：目標可靠度定得較高，則所設計的路面結構較厚，初期修建費用較高。但使用期間的養(yǎng)護費用和車輛運行費用較低；目標可靠度定得較低，初期修建費用可降低，但養(yǎng)護費用和車輛運行費用需提高。通常采用"校準法"來確定目標可靠度。"校準法"是對按現(xiàn)行設計規(guī)范或設計方法設計的已有路面進行隱含可靠度的分析，參照隱含可靠度制定目標可靠度，則所設計的路面結構接納了以往的工程設計和使用經(jīng)驗，包含了與原有設計方法相等的可接受性和經(jīng)濟合理性。

2.2 交通量計算取值的分析

軸載換算公式是以等效疲勞斷裂損壞原則導出的。對于同一路面結構，軸載和標準軸載產(chǎn)生相同疲勞損耗時。才能等效換算。在交通調查分析雙向交通的分布情況時，應選取交通量方向分配系數(shù)，一般可取0.5；并依據(jù)設計公路的車道數(shù).確定交通量車道分配系數(shù)(應剔除2軸4輪以下的客、貨車交通量)，即為設計車道的年平均日貨車交通量ADTT，然后用軸載當量換算系數(shù)法或車輛當量軸載系數(shù)法求得)，再根據(jù)設計基準期l和輪跡分布系數(shù)、交通量增長率求得累計f用次數(shù)N，確定交通分級。

2.3 水泥混凝土路面結構組合的設計分析

對于路基用土.高液限粘土及含有機質細粒土.不能用做高速公路和一級公路的路床填料或二級和二級以下公路的上路床填料；高液限粉土及塑性指數(shù)大于16或膨脹率大于3%的低液限粘土，不能用做高速公路和一級公路的上路床填料。因條件限制而必須采用上述土做填料時，應摻加石灰或水泥等結合料進行改善。對于基層材料選擇時。特重交通適宜貧混凝土、碾壓混凝土或瀝青混凝土時，設計計算應按復合式路面分析。且強度以試驗為準對水泥混凝土面層下基層的首要要求是抗沖刷能力不耐沖刷的基層表面。在滲入水和荷載的共同作用下會產(chǎn)生淤泥、板底脫空和錯臺等病害，導致行車的不舒適，并加速和加劇板的破裂?；炷撩鎸酉虏捎秘毣炷粱鶎樱饕菫榱嗽黾踊鶎拥目箾_刷能力，并不要求它有很高的強度。高強度的貧混凝土并不能使面層厚度降低很多，反而會增加混凝土面層的溫度翹曲應力，并產(chǎn)生會影響到面層的收縮裂縫。另外.新規(guī)范取消了基層頂面綜合模量的規(guī)定值的要求。

對于面層板來說，我國絕大部分混凝土路面的橫向縮縫均未設傳力桿。不設傳力桿的主要原因是施工不便。但接縫是混凝土路面的最薄弱處，唧泥和錯臺病害，除了基層不耐沖刷外.接縫傳荷能力差也是一個重要原因。同時，在出現(xiàn)唧泥后。無傳力桿的接縫由于板邊撓度大而容易迅速產(chǎn)生板塊斷裂。此外，接縫無傳力桿的舊混凝土面層在考慮設置瀝青加鋪層時.往往會因接縫傳荷能力差易產(chǎn)生反射裂縫而不得不加大加鋪層的厚度。為了改善混凝土路面的行駛質量，保證混凝土路面的使用壽命，便于在使用后期鋪設加鋪層，新規(guī)定了在承受特重和重交通的普通混凝土面層的橫向縮縫內必須設置傳力桿。另外，新規(guī)范僅強調了在鄰近橋梁或其他固定構造物處設置脹縫，取消了變坡點、小半徑曲線設脹縫的限制，使行車更順暢。

3 路面接縫處理的設計

水泥混凝土路面接縫多，易于損壞，尤其是脹縫位置面板破損較為普遍和嚴重。有的道路在通車l～3年后逐步破碎損壞。破損率高達50%～90%以上。究其原因是多方面，影響因素也復雜，但筆者認為主要是脹縫的構造問題、施工工藝及管理問題。從脹縫設計構造的角度主要解決位置設置、構造型式、傳力桿設置和面板局部加強。脹縫設置應遵循新頒水泥混凝土路面設計規(guī)范第4.2.5條規(guī)定外，要盡可能少設或不設脹縫，特別是平縱線形標準較高的平原微丘地形設置長間距脹縫，或只在結構物銜接處。這一點已經(jīng)在國外工程中得到證實。其次一般常用的脹縫型式為設傳力桿和不設傳力桿兩大類，不設傳力桿的脹縫其傳荷能力較差，在重車反復作用下，脹縫的兩側容易發(fā)生錯臺。而設傳力桿的脹縫，其傳荷性能較好，從實際的應用效果來看，設傳力桿的脹縫能較好的抑制脹縫病害，因此建議對于交通量大、重載車多的公路和城市道路采用傳力桿的脹縫為最佳；反之可采用不設傳力桿的枕梁式脹縫。但為了減少車輛反復沖擊作用.枕梁上最好設置一層緩沖橡膠墊。根據(jù)傳荷受力的需要設置傳力桿。傳力桿宜用

直徑為32～35較粗的光園鋼筋，同時脹縫兩側30～40mm面板范圍內因傳力桿存在而受力復雜，應在脹縫兩側30～40cm水泥混凝土板內布置加強鋼筋。

4 結束語

綜上所述. 在公路水泥混凝土路面設計中，還有許多問題.只有認真研究設計規(guī)范，并結合生產(chǎn)實際，才能設計出經(jīng)濟合理的路面結構。

[1]JTG D40-2002公路水泥混凝土路面設計規(guī)范.

[2]姚祖康.水泥混凝土路面設計方法中基層頂面回彈模量修正系數(shù).公路，1996；11：10～13.

[3]姚祖康.半剛性基層水泥混凝土路面的結構計算方法.華東公路，1997；3～8.