水泥混凝土路面加鋪層設(shè)計(jì)參數(shù)研究

李寶安

摘 要：文章研究了水泥混凝土路面加鋪層的設(shè)計(jì)類型，分析了加鋪設(shè)計(jì)的參數(shù)。針對(duì)加鋪層進(jìn)行了研究，提出了加鋪層設(shè)計(jì)施工的具體步驟，研究成果對(duì)公路改擴(kuò)建中水泥混凝土路面加鋪改造具有可借鑒的實(shí)際工程價(jià)值。

關(guān)鍵詞：公路改擴(kuò)建；路面；加鋪層；設(shè)計(jì)參數(shù)

1 加鋪層設(shè)計(jì)類型

根據(jù)用途及原混凝土路面的現(xiàn)狀，在廢棄舊水泥混凝土路面上加鋪水泥混凝土層的設(shè)計(jì)，首先進(jìn)行技術(shù)比較，經(jīng)過選擇，可以采用分離式或結(jié)合式水泥混凝土加鋪結(jié)構(gòu)。

1.1 分離式混凝土加鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)原混凝土路面的損壞狀況和接縫傳荷能力進(jìn)行評(píng)定，分離式混凝土加鋪層適用于等級(jí)為中或次，或者原混凝土板存在平面尺寸不同、接縫形式不同、位置不對(duì)應(yīng)、路拱橫坡不一致。加鋪層鋪筑前應(yīng)更換破碎板，修補(bǔ)裂縫，磨平錯(cuò)臺(tái)，壓漿填封板底脫空，清除接縫中失效的填縫糊和雜物，并重新封縫。普通混凝土、鋼纖維混凝土、鋼筋混凝土和連續(xù)配筋混凝土是加鋪層常用的材料。普通混凝土、鋼筋混凝土和連續(xù)配筋混凝土加鋪層的厚度不宜小于180mm，鋼纖維混凝土加鋪層的厚度不宜小于140mm。

1.2 結(jié)合式混凝土加鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)合式加鋪層適用于損壞狀況和接縫傳荷能力均評(píng)定為優(yōu)良混凝土路面結(jié)構(gòu)。結(jié)合式加鋪層的最小厚度為25mm，加鋪層成功的關(guān)鍵是加鋪層與原混凝土面層的結(jié)合。為了達(dá)到此目的，首先，將原混凝土面層表面的污垢和水泥砂漿體采取措施徹底清理，達(dá)到表面粗糙，然后，為了加鋪層與原混凝土面層粘結(jié)為一個(gè)整體，將高強(qiáng)的粘結(jié)劑，如環(huán)氧樹脂等涂在清理后的表面。由于加鋪層薄，層內(nèi)不設(shè)拉桿和傳力桿，加鋪層的接縫形式和位置必須與原混凝土面層完全對(duì)齊，以防加鋪層產(chǎn)生反射裂縫或與原混凝土面層之間出現(xiàn)層間分離。

2 加鋪層混凝土板厚度設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1 標(biāo)準(zhǔn)軸載與軸載換算

通常情況下，以汽車軸重為l00kN的單軸雙輪組荷載作為水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)軸載。同時(shí)，可按等效疲勞損壞原則將各種不同汽車軸載的作用次數(shù)換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載的作用次數(shù)，道路交通繁重程度可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)軸的作用次數(shù)判斷。

依據(jù)混凝土疲勞方程，水泥混凝土路面的軸載換算公式如下：

（1）

（2）

（3）

（4）

式中：NS-標(biāo)準(zhǔn)軸載的作用次數(shù)，次/日；Ni-各級(jí)軸載的作用次數(shù)，次/日；n-軸載的分級(jí)數(shù)目；Pi-各級(jí)軸載單軸或雙軸總重，次/日；？啄i-軸一輪型系數(shù)，單軸一雙輪組時(shí)，δi=1；單軸一單輪時(shí)，按式（1）計(jì)算；雙軸一雙輪組時(shí)，按式（2）計(jì)算；三軸一雙輪組，按式（3）計(jì)算。

2.2 交通分級(jí)及標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)計(jì)算

水泥混凝土路面承受的交通，按設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計(jì)車道所承受的標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)Ne劃分為四個(gè)等級(jí)，即特重交通、重交通、中等交通、輕交通。具體分級(jí)如表1所示。

表1 交通分級(jí)

水泥混凝土路面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為路面達(dá)到預(yù)定的極限狀態(tài)時(shí)所能使用的年限。水泥混凝土路面的使用年限，可根據(jù)國(guó)內(nèi)外使用經(jīng)驗(yàn)，并參照交通等級(jí)確定一般使用年限為20～30年。若確定很長(zhǎng)的使用年限，則遠(yuǎn)景交通量很難估計(jì)準(zhǔn)確，而且會(huì)使初期建設(shè)投資過高。

2.3 基層頂面的當(dāng)量回彈模量

底基層和墊層同時(shí)存在時(shí)，將底基層和墊層換算成具有當(dāng)量回彈模量和當(dāng)量厚度的單層，然后再與基層一起計(jì)算基層頂面當(dāng)量回彈模量。

在舊瀝青路面上加鋪水泥混凝土路面時(shí)，舊瀝青路面的頂面當(dāng)量回彈模量值，應(yīng)通過承載試驗(yàn)或彎沉測(cè)定法確定舊路面頂面的當(dāng)量回彈模量Et；如用汽車實(shí)測(cè)路段的回彈彎沉值，可按統(tǒng)計(jì)計(jì)算的方法確定計(jì)算回彈彎沉值l0，按下式轉(zhuǎn)換成基層頂面的當(dāng)量回彈模量Et：

（5）

式中：l0-以后軸重100kN的車輛測(cè)得的計(jì)算回彈彎沉值，以0.01mm計(jì)。

2.4 水泥混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度與彎拉彈性模量

水泥混凝土路面以28d齡期的彎拉強(qiáng)度作為設(shè)汁控制指標(biāo)，當(dāng)混凝土澆筑后90d內(nèi)不開放交通時(shí)，可采用90d齡期的彎拉強(qiáng)度。各交通等級(jí)要求的混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值不得低于表2的規(guī)定。

表2 混凝土的設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度與彈性模量

3 加鋪層設(shè)計(jì)步驟

考慮荷載應(yīng)力和溫度翹曲應(yīng)力綜合疲勞損傷作用的水泥混凝土加鋪層厚度和板平面尺寸確定方法。通過對(duì)加鋪層性能的研究，可以看出，在進(jìn)行水泥混凝土路面加鋪設(shè)計(jì)及施工時(shí)，應(yīng)按照以下的步驟進(jìn)行：

第一步，對(duì)原混凝土路面進(jìn)行全面的技術(shù)調(diào)查，其主要內(nèi)容包括：原有公路設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)等技術(shù)資料；原有公路路面運(yùn)營(yíng)的損壞狀況（一般包括路面損壞的種類類型、結(jié)構(gòu)損壞的輕重程度、修補(bǔ)的內(nèi)容及修補(bǔ)方式等）；路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度狀況（即路面表面彎沉值、接縫處的傳遞荷載的能力、路面板底脫空等）；已承受的交通荷載及預(yù)計(jì)的交通需求情況，如交通量、軸載組成及增長(zhǎng)率等；環(huán)境條件，如沿線氣候條件、地下水位以及路基和路面的排水狀況等。

第二步，對(duì)交通參數(shù)進(jìn)行廣泛收集并進(jìn)行充分分析，收集日交通量，整理研究軸載組成數(shù)據(jù)，按照論文的分析結(jié)果，對(duì)設(shè)計(jì)車道標(biāo)準(zhǔn)軸載日作用次數(shù)進(jìn)行計(jì)算；由經(jīng)過確定得出的交通等級(jí)選定設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期，對(duì)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)交通量年平均增長(zhǎng)率進(jìn)行預(yù)測(cè)，計(jì)算設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸載的累計(jì)作用次數(shù)。

第三步，確定將要進(jìn)行的加鋪層路面的結(jié)構(gòu)形式：確定對(duì)原路面結(jié)構(gòu)的利用和處理意見及措施（包括路床、墊層、基層），確定加鋪結(jié)構(gòu)層擬采用的工程材料的類型和加鋪材料的厚度；依據(jù)交通等級(jí)、道路等級(jí)和所選變異水平等級(jí)初選加鋪層混凝土板厚度，最后確定路面板的平面尺寸和接縫的構(gòu)造形式。

第四步，確定選用的加鋪層路面材料的力學(xué)性能參數(shù)，通過試驗(yàn)的方法確定路面混凝土材料設(shè)計(jì)受彎拉強(qiáng)度和彈性模量，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定基層、墊層和路基的回彈模量以及基層頂面的當(dāng)量回彈模量。

第五步，通過理論公式計(jì)算得到荷載疲勞應(yīng)力。

第六步，通過對(duì)不同地區(qū)自然區(qū)劃的研究確定和計(jì)算溫度疲勞應(yīng)力，并計(jì)算溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)。

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