我國(guó)水泥混凝土路面設(shè)計(jì)工藝研究

明錦燕

【摘要】隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)家的交通事業(yè)也呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。水泥混凝土工藝的成熟為交通道路事業(yè)的發(fā)展起到了推動(dòng)作用。本文在筆者多年實(shí)踐的基礎(chǔ)上通過(guò)對(duì)水泥混凝土的特性進(jìn)行深刻的分析和研究的基礎(chǔ)上探討在路面設(shè)計(jì)過(guò)程中水泥混凝土工藝的具體應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】水泥混凝土；路面設(shè)計(jì)；力學(xué)構(gòu)造

一、水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)特征及構(gòu)造特點(diǎn)分析

從力學(xué)分析來(lái)看，水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)屬于彈性層狀體系?；炷撩姘宓膹椥阅Ａ考傲W(xué)強(qiáng)度大大高于基層和土基的相應(yīng)模量和強(qiáng)度；混凝土的抗彎強(qiáng)度遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度，取水泥混凝土板的抗彎拉強(qiáng)度指標(biāo)作為設(shè)計(jì)指標(biāo)；為使路面能夠經(jīng)受車(chē)輪荷載的多次重復(fù)作用、抵抗溫度應(yīng)力，并對(duì)地基變形有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，混凝土板必須具有足夠的抗彎拉強(qiáng)度和厚度。水泥混凝土路面的破壞類(lèi)型主要有：斷裂、唧泥、錯(cuò)臺(tái)、拱起、接縫擠碎等。

影響使用性能的因素是多方面的，混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)以防止面層斷裂為主要設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

在水泥混凝土路面設(shè)計(jì)的構(gòu)造特點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面：

1、路面結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計(jì)——應(yīng)根據(jù)路的交通繁重程度，結(jié)合當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件和材料供應(yīng)情況來(lái)進(jìn)行。選擇安排混凝土路面的結(jié)構(gòu)層次，包括土基、墊層、基層和面層的結(jié)構(gòu)層位，各層的結(jié)構(gòu)類(lèi)型、彈性模量和厚度。

2、混凝土面板厚度設(shè)計(jì)——應(yīng)按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，確定滿(mǎn)足設(shè)計(jì)年限內(nèi)使用要求所需的混凝土面層的厚度。

3、混凝土面板的平面尺寸與接縫設(shè)計(jì)

4、路肩設(shè)計(jì)——高速公路和一級(jí)公路中間帶和路肩路緣帶的結(jié)構(gòu)應(yīng)與行車(chē)道的混凝土路面相同，并與行車(chē)道部分的混凝土板澆筑為整體。

5、混凝土路面的鋼筋配筋率設(shè)計(jì)——當(dāng)混凝土面板較長(zhǎng)或交通量較大時(shí)，發(fā)基有不均勻沉降或板的形狀不規(guī)則時(shí)，可沿板的縱向加設(shè)鋼筋，在角隅處加設(shè)角隅鋼筋或鋼筋網(wǎng)，以阻止可能出現(xiàn)的裂縫。

二、水泥混凝土路面設(shè)計(jì)原則及路面設(shè)計(jì)方法理念探究

（一）筆者經(jīng)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，水泥混凝土路面設(shè)計(jì)原則為：

1、根據(jù)使用要求及氣候、水文、土質(zhì)等自然因素，密切結(jié)合本地區(qū)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)保證工程的質(zhì)量與耐久性。

2、在滿(mǎn)足交通與使用要求的前提下，應(yīng)遵循因地制宜、合理選材、方便施工、利于養(yǎng)護(hù)、節(jié)約投資的原則進(jìn)行混凝土路面設(shè)計(jì)方案的比較，選擇技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的方案。

3、積極推廣成熟的科研成果、積極慎重地運(yùn)用行之有效的新材料、新工藝、新技術(shù)，以達(dá)到確保工程質(zhì)量與耐久性的目的。

4、路面設(shè)計(jì)方案應(yīng)充分考慮沿線(xiàn)環(huán)境的保護(hù)，自然生態(tài)平衡，有利于施工、養(yǎng)護(hù)工作人員的健康安全。

5、為確保工程質(zhì)量，應(yīng)盡可能選擇有利于機(jī)械化、工廠(chǎng)化施工的設(shè)計(jì)方案。

6、對(duì)于地處不良地基的路段，應(yīng)采取有效措施加快穩(wěn)定路基沉降，路基沉降速率達(dá)不到限定要求時(shí)，決不能倉(cāng)促施工提前鋪筑路面板。

（二）對(duì)地基采用不同的力學(xué)模型：

1、溫克勒地基模型——地基如同由許多豎向緊密排列而互不關(guān)聯(lián)的線(xiàn)性彈簧所組成，地基頂面任一點(diǎn)的撓度僅同作用于該點(diǎn)的壓力成正比，而與其他點(diǎn)上的壓力無(wú)關(guān)。

2、彈性固體地基模型——地基看作是均質(zhì)的半無(wú)限連續(xù)介質(zhì)。地基頂面上任一點(diǎn)的撓度不僅同作用于該點(diǎn)的壓力有關(guān)，也同頂面其他點(diǎn)的壓力有關(guān)。

3、巴斯特納克地基模型——假設(shè)文克勒地基的彈簧單元之間存在一定程度的剪切阻尼作用，類(lèi)似于彈簧頂部與由不可壓縮的梁或板單元組成的剪切層相聯(lián)結(jié)，層內(nèi)各單元間由于橫向剪切而變形。

彈性地基板在承受局部荷載作用時(shí)的撓度和應(yīng)力分析，可以采用數(shù)值法或解析法（主要是有限元法）。

三、我國(guó)我國(guó)水泥混凝土路面設(shè)計(jì)方法分析

我國(guó)水泥混凝土路面設(shè)計(jì)方法采用單軸雙輪組100KN標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下的彈性半空間地基有限大矩形薄板理論有限元解為理論基礎(chǔ)，以路面板縱縫邊緣荷載與溫度綜合疲勞彎拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行路面板厚度設(shè)計(jì)。

關(guān)于接縫設(shè)計(jì)

1、縱向接縫

縱縫一般分為假縫和施工縫?？v縫間距一般為3～4.5m設(shè)置，當(dāng)一次鋪筑寬度大于4.5米時(shí)，應(yīng)增設(shè)縱向縮縫，縱向縮縫采用假縫形式，應(yīng)設(shè)置拉桿，拉桿采用螺紋鋼筋，設(shè)在板厚中央。

2、橫向接縫

有三種：縮縫、脹縫、施工縫。

縮縫保證板因溫度和濕度的降低而產(chǎn)生收縮時(shí)沿該薄弱斷面縮裂，從而避免產(chǎn)生不規(guī)劃裂縫；脹縫保證板在溫度升高時(shí)能部分伸張，從而避免產(chǎn)生路面板在熱天的拱脹；施工縫應(yīng)盡量做到脹縫處，如不可能，也應(yīng)做到縮縫處。

A、脹縫

常采用平縫形式，也叫真縫?？p隙寬約20mm，縫隙上部30～40mm深度內(nèi)澆灌填縫料，下部設(shè)置富有彈性的嵌縫板，由油浸或?yàn)r青浸制的軟木板制成。應(yīng)在脹縫板厚中央設(shè)置滑動(dòng)傳力桿，采用光圓鋼筋。

B、縮縫

一般采用假縫形式，即只在上部設(shè)縫隙，寬為3～8mm，深度為板厚的1/5～1/4，一般為5～6cm，一般不必設(shè)傳力桿，但在鄰近自由端部的3條縮縫內(nèi)，宜加設(shè)傳力桿?？s縫間距一般為4～6米。

C、橫向施工縫

也叫工作縫，采用平縫的構(gòu)造形式，縫寬3～8mm，在深度1/5～1/4板厚的范圍內(nèi)澆灌填縫料。脹縫處的施工縫，構(gòu)造同脹縫，縮縫處的施工縫采用平縫加傳力桿型。加鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分三階段：舊路調(diào)查評(píng)定、改建方案確定、加鋪層設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)過(guò)程如下所述：

1、調(diào)查現(xiàn)有混凝土面層的結(jié)構(gòu)損壞狀況，選擇加鋪層形式，初估加鋪層厚度，并確定結(jié)構(gòu)損壞的處理措施；

2、鉆取芯樣，測(cè)定舊混凝土路面的厚度和混凝土的劈裂強(qiáng)度，求得混凝土彎拉強(qiáng)度和彎拉彈性模量；

3、在舊面層上進(jìn)行彎沉測(cè)定，反算得到舊路面頂面的當(dāng)量回彈模量值；

4、分層疊加荷載疲勞應(yīng)力和溫度疲勞應(yīng)力，得綜合疲勞應(yīng)力，檢驗(yàn)加鋪層的設(shè)計(jì)厚度：分離式加鋪層的加鋪層以及舊面層的綜合應(yīng)力，結(jié)合式加鋪層的舊面層的綜合應(yīng)力應(yīng)滿(mǎn)足式（16-48）的要求。

（1）分離式混凝土加鋪層

加鋪層鋪筑前應(yīng)更換破碎板、修補(bǔ)裂縫、清除接縫中失效的填縫料和雜物；在舊混凝土面層與加鋪層之間應(yīng)設(shè)置隔離層；加鋪層的厚度不宜小于180mm。

（2）結(jié)合式混凝土加鋪層

損壞狀況和接縫傳荷能力評(píng)定為優(yōu)良時(shí)，可采用結(jié)合式混凝土加鋪層，加鋪層的最小厚度為25mm，應(yīng)把舊混凝土面層表面打毛清理，并在清理后的表面涂敷粘結(jié)劑，使加鋪層與舊混凝土面層結(jié)合成整體。

四、總結(jié)

水泥混凝土路面設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)多年的研究，其工藝已經(jīng)達(dá)到很成熟的階段。在進(jìn)行水泥混凝土的路面設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意水泥混凝土的調(diào)配比，在此基礎(chǔ)對(duì)水泥混凝土路面設(shè)計(jì)進(jìn)行深入的研究。以期給相關(guān)實(shí)踐起到有益的指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)

[1]談至明，姚祖康，劉伯瑩.雙層水泥混凝土路面板的溫度應(yīng)力[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2013（02）

[2]談至明，姚祖康，田波.水泥混凝土路面的荷載應(yīng)力分析[J].公路，2012（08）

[3]張軍，李劍波，邊惠英.剛性路面縮縫傳力桿的受力分析與設(shè)計(jì)[J].中南公路工程，2014（04）