道橋水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

孟凡華　蔡曉輝

（荊門市規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)研究院　湖北　荊門　448000）

道橋水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

孟凡華蔡曉輝

（荊門市規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)研究院湖北荊門448000）

隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的快速提高，我國逐漸成為全球汽車最大消費(fèi)國，大量的汽車給道橋路面帶來了很大的壓力，如果道橋路面水泥混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，道橋會(huì)出現(xiàn)很嚴(yán)重的質(zhì)量問題，甚至?xí)l(fā)生很嚴(yán)重的事故。本文根據(jù)水泥混凝土路面的特點(diǎn)，從設(shè)計(jì)構(gòu)造的角度出發(fā)，就如何提高道橋水泥混凝土路面的使用性能和有效降低路面的缺陷，提出了一些具體的建議。

水泥混凝土路面；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；建議

1　引言

隨著我國交通壓力的逐漸增大，道橋路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)越來越受到關(guān)注，由于水泥混凝土的特點(diǎn)，我國普遍采用水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)類型。特別是最近幾年我國大力發(fā)展道路建設(shè)及城市道路，水泥混凝土以其資源豐富、使用壽命高、維護(hù)費(fèi)用低、抗磨耗能力強(qiáng)等特點(diǎn)被廣泛采用。自從90年代以來，隨著我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，我國涌現(xiàn)了大量的家用汽車、大型客車及重型貨車，導(dǎo)致道路交通量快速增加。由于我國高品質(zhì)瀝青嚴(yán)重缺乏，不能滿足道路飛速發(fā)展的需求，為了提高路面等級及其承載能力，我國開始加大對水泥混凝土路面的設(shè)計(jì)和研究。隨著我國在水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論知識和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的不斷豐富和完善，我國在水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面取得了很大的進(jìn)展，并且施工工藝不斷得到改進(jìn)。

但據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，根據(jù)我國道路使用運(yùn)營狀況，很多水泥混凝土路面出現(xiàn)一些較嚴(yán)重的缺陷，比如很快出現(xiàn)路面斷裂、錯(cuò)臺(tái)邊角破損、路面平整度及粗糙度差等問題，很難達(dá)到20～30年的年限的使用壽命。

2　水泥混凝土路面的特點(diǎn)

我國擁有豐富的生產(chǎn)水泥混凝土原料，由于價(jià)格低廉和生產(chǎn)成本低，使得水泥混凝土在我國得到廣泛的應(yīng)用。我國大量使用水泥混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)路面，水泥混凝土路面具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如：路面強(qiáng)度大、承載重物容量大、耐磨損能力強(qiáng)、能見度好、使用壽命長、維護(hù)成本低，同時(shí)汽車在水泥混凝土路面行駛的油耗較比油瀝青路面低，由于這些優(yōu)點(diǎn)，大部分地區(qū)都廣泛采用水泥混凝土鋪設(shè)路面。

但是長期使用時(shí)，水泥混凝土路面容易出現(xiàn)面板裂縫和路面坑洼不平等問題，這是由于最初設(shè)計(jì)路面時(shí)的設(shè)計(jì)理論不完善，并且對道路施工工序和施工質(zhì)量監(jiān)督不到位，才造成這種現(xiàn)象。

3　水泥混凝土路面設(shè)計(jì)內(nèi)容

一般來說，水泥混凝土路面設(shè)計(jì)包含三個(gè)部分，分別為尺寸設(shè)計(jì)、接縫設(shè)計(jì)、板厚設(shè)計(jì)。①道路板塊平面尺寸設(shè)計(jì)：根據(jù)路面設(shè)計(jì)寬度的要求，確定板塊數(shù)目和每塊板的寬度，按照3.5～4.5m等寬設(shè)計(jì)，并從縱縫分割路面。②接縫設(shè)計(jì)：主要確定路面縱縫和橫縫的結(jié)構(gòu)、間距，橫縫種類主要有假縫、加傳力桿的假縫等；縱縫種類主要有設(shè)拉桿平口設(shè)計(jì)縱縫等。③厚度設(shè)計(jì)：在進(jìn)行板塊尺寸和接縫設(shè)計(jì)之后，需要對水泥混凝土板塊的厚度進(jìn)行設(shè)計(jì)，它是水泥混凝土路面設(shè)計(jì)的主要部分。路面設(shè)計(jì)理論涉及的參數(shù)有很多，比較常用有試算方法，即首先固定一些參數(shù)，再試取一個(gè)初始厚度來計(jì)算板塊的疲勞應(yīng)力，然后與材料強(qiáng)度進(jìn)行比較，如果小于材料強(qiáng)度則減小板塊厚度，直到計(jì)算剛好滿足設(shè)計(jì)為止。

4　水泥混凝土路面設(shè)計(jì)中的問題分析

4.1水泥混凝土路面設(shè)計(jì)指標(biāo)可靠度的分析

一般來說，橋面道路工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全級別分為三個(gè)等級，高速公路路面和橋面道路路面的安全等級比較高，對于一級道路和二級道路的路面，采用的安全等級分別為一級、二級、三級，并規(guī)定路面設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)值為30MPa；對于設(shè)計(jì)安全等級為四級的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性指標(biāo)，應(yīng)該按照前三級的數(shù)值差逐漸降低，并按照道路施工技術(shù)、施工質(zhì)量控制和施工管理的具體要求來達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。道路水泥混凝土路面在降低選用變異水平等級時(shí)，需要增加水泥混凝土的厚度來達(dá)到要求，在提高選用的變異水平等級時(shí)，可以降低水泥混凝土板塊的厚度或者混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。對于通車量比較大的路面，為了保證行駛質(zhì)量安全可靠，不應(yīng)該降低變異水平等級、水泥材料性能和尺寸參數(shù)的變異水平等級。按照施工技術(shù)、施工質(zhì)量控制和管理水平的要求分為高、中、低三個(gè)等級，應(yīng)該采用滑?；蛘哕壍朗绞┕すぞ邅硗瓿陕访媸┕ぃ瑫r(shí)要嚴(yán)格控制對工程的質(zhì)量，對于這種情況可以考慮采用低變異水平等級方式。對于施工質(zhì)量管理水平比較弱的工程，并使用滑模或者軌道式施工工具進(jìn)行道路施工，可以考慮采用中低變異水平等級方式。對于采用小型工具施工的道路，其施工質(zhì)量控制水平很弱，可以考慮采取高變異水平等級方式。

在水泥混凝土路面設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該根據(jù)每個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)變異系數(shù)值在各個(gè)變異水平等級內(nèi)的變化情況，來選擇可靠系數(shù)。目標(biāo)可靠度是所設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)應(yīng)該具備的可靠度水平。這個(gè)可靠度的選取是一個(gè)工程費(fèi)用問題：目標(biāo)可靠度如果定得比較高，則所設(shè)計(jì)的道路路面結(jié)構(gòu)將會(huì)比較厚，則初期修建的費(fèi)用將會(huì)很高，但是道路使用壽命期間內(nèi)的維護(hù)費(fèi)用比較低；如果目標(biāo)可靠度定得比較低，則道路初期修建投入將會(huì)比較低，但是道路后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用將會(huì)變得增加?？梢圆捎谩靶?zhǔn)法”來確定工程目標(biāo)的可靠度。

所謂校準(zhǔn)法是對按照現(xiàn)在的設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)的路面進(jìn)行全面的可靠性分析，并且參照隱含可靠度來制定工程的目標(biāo)可靠度，則所設(shè)計(jì)的路面結(jié)構(gòu)將會(huì)包含以往的工程方案中合理的部分。

4.2交通量計(jì)算取值的分析

水泥混凝土路面交通量計(jì)算的取值需要軸載換算公式，軸承換算公式是由等效疲勞斷裂損壞原則推導(dǎo)出來的。對于采用相同路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程，其軸載與標(biāo)準(zhǔn)軸載形成一樣的路面疲勞損壞時(shí)，才可以進(jìn)行等效換算。在進(jìn)行道橋路面雙向交通分布情況的調(diào)查研究時(shí)，應(yīng)該選取合適的交通量方向分配系數(shù)，一般可以取0.6左右，并且要根據(jù)設(shè)計(jì)的道路數(shù)來選取。所謂確定交通量車道分配系數(shù)即設(shè)計(jì)車道路面一年平均每天所承載的交通量，然后采用軸載當(dāng)量換算系數(shù)方法來求取結(jié)果，再依據(jù)所設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)期I和輪跡分布系數(shù)J、平均每日的交通增長率，來求取累計(jì)F用次數(shù)N，以此來進(jìn)行交通分級。

4.3水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)組合的設(shè)計(jì)分析

對于路面路基用土要合理選擇，高速道路工程和一級道路的路床用土材料或二級和二級以下道路的上路床用土材料不適合采用高液限粘土，對于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，不適合進(jìn)行高速路面工程或者一級道路工程填料。對于由于材料缺乏地區(qū)的路面工程，采用上述原料時(shí)，應(yīng)該將石灰或者水泥摻入這些原料土中來進(jìn)行改善性能。

在路面基層用料選擇時(shí)，對于交通量非常大的路面適合采用貧混凝土、碾壓混凝土或?yàn)r青混凝土?xí)r，并按照復(fù)合式路面來進(jìn)行計(jì)算，并且路面強(qiáng)度以試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)。對于水泥混凝土下基層用料應(yīng)該首先考慮其抵抗雨水沖刷能力，如果基層表面不耐雨水沖刷，將會(huì)在雨水的作用下產(chǎn)生淤泥、板底脫空等危害，從而使通車不暢，并且使板塊的破裂更加嚴(yán)重。因此，混凝土面層下基層采用貧混凝土，可以增加基層表面的耐雨水沖刷能力，并不要求下基層表面的強(qiáng)度。對于高強(qiáng)度的貧混凝土并不能夠降低面層厚度，并會(huì)導(dǎo)致混凝土面層的溫度翹曲應(yīng)力增加，從而導(dǎo)致面層的收縮裂縫。

對于路面面層板來說，我國大部分地區(qū)混凝土路面的橫向縮縫都沒有設(shè)置傳力桿。不設(shè)傳力桿主要是影響施工，但是這使混凝土路面接縫非常薄弱，并且出現(xiàn)基層不耐沖刷、接縫傳荷能力差等問題，使得接縫由于板邊撓度大而易產(chǎn)生板塊斷裂的情況。另外，對于沒有采用傳力桿的混凝土路面接縫在鋪設(shè)瀝青時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)因?yàn)榻涌p傳導(dǎo)負(fù)荷能力差易產(chǎn)生反射裂縫的情況，使得鋪設(shè)的瀝青厚度增加。因此，為了提高混凝土路面的通車安全，并且延長混凝土路面的壽命，必須在面層橫向縮縫內(nèi)必須設(shè)置傳力桿。

5　結(jié)束語

由此可知，在進(jìn)行道橋水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，將會(huì)遇到很多問題，應(yīng)該認(rèn)真研究混凝土路面的設(shè)計(jì)方案，并且要結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，如此才能設(shè)計(jì)出優(yōu)良的道橋混凝土路面結(jié)構(gòu)。

[1]中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院.《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJD40-2011）.人民交通出版社，2011.

[2]鄭文忠，張格明，王英.對混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中三個(gè)問題的思考[J].工業(yè)建筑，2013（07）：30～31.

[3]王俊萍.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中幾個(gè)構(gòu)造問題的探討[J].科技信息（科技教育版），2014（09）：39～40.

U416.216

A

1673-0038（2015）39-0305-02

2015-9-9

孟凡華（1977-），男，工程師，本科，主要從事路橋設(shè)計(jì)工作。