淺談道路工程中的水泥混凝土路面結構設計

任立建

【摘要】國內(nèi)道路施工中，其結構設計中水泥混凝土路面十分常見，具有強度高、承載作用強、壽命長、養(yǎng)護便捷的優(yōu)勢，從國內(nèi)長期發(fā)展狀況分析可看出，車流量、載重量增加速度較快，帶動了道路路面容易發(fā)生斷裂等負面現(xiàn)象，引起實際道路使用壽命低于設計狀況，需要引起重視。本文對道路工程的路面結構設計進行了探討，旨在為工程實踐提供一定的理論基礎。

【關鍵詞】道路工程；水泥混凝土；路面結構設計；施工質(zhì)量

交通運輸行業(yè)快速發(fā)展，對應國內(nèi)道路工程結構設計越發(fā)關鍵。工程一般選擇水泥混凝土路面進行設計，路面長期處于自然環(huán)境影響下，受惡劣天氣、車輛重載荷作用，外界沖刷、磨損等狀況導致路面的使用壽命與設計壽命差異較大，為了保證通車安全性，后期維修、改造成本相對較高。因此，需要加強水泥耐久性考慮，保證道路質(zhì)量滿足基本要求，充分實現(xiàn)對材料、結構的優(yōu)化設計是當下主要任務。

1、水泥混凝土路面損壞狀況和結構設計概述

1.1損壞狀況分析

第一、斷裂，路面承載負荷過高，引起混凝土強度超過預期設計上限，將會導致明顯的縱向、橫向拉斷裂縫，若裂縫嚴重將會形成面板碎裂的現(xiàn)象。該狀況的起因為：板體過薄、載重過大或者路面使用頻率偏高，板體的平面尺寸過高或者溫度應力偏大等原因，進而導致地基發(fā)生沉降引起板底支撐效果下降，此外，施工養(yǎng)護環(huán)節(jié)收縮應力過高、混凝土強度低于設計標準等均會引起斷裂現(xiàn)象。

第二、拱起，混凝土路面的面板在膨脹作用下，阻力作用引起接縫位置的板體向上拱起。起因：板體收縮時縫隙過高引起；縫隙填充料失效，熱壓應力作用導致的拱起，進而出現(xiàn)縱向失穩(wěn)狀況。一般采取膨脹效果偏大的石料，如硅質(zhì)巖石可避免板塊上拱的狀況。

第三、錯臺，接縫或裂縫兩側路面板端部出現(xiàn)的豎向相對位移。原因：橫縫處傳荷能力不足，車輪經(jīng)過時相鄰板端部會出現(xiàn)撓度差，使沿縫隙下滲的水帶著基層被沖蝕的碎屑向后方板下運動.把該板抬起脹縫下部填縫板與上部縫槽未能對齊?；蛎浛p兩側混凝土壁面不垂直，使縫旁兩板在伸脹持壓過程中，會上下錯位而形成錯臺。當交通量或地基承載力在橫向各塊板之間不一致時，縱縫也會產(chǎn)生錯臺現(xiàn)象。錯臺的出現(xiàn)，降低了行車的平穩(wěn)性和舒適性。

1.2路面結構設計說明

國家對水泥混凝土路面的設計中規(guī)定，面板的疲勞斷裂為主要判定形式。結構可靠度：規(guī)定時間范圍內(nèi)，路表狀態(tài)、使用性能均滿足預期目標。

路面結構幾何設計中的要求，面層類型，一般選擇普通混凝土進行接縫施工，平面尺寸偏大、形狀存在不規(guī)則性狀況下，結構下需要埋設地下設施，高填方、軟土地基、填挖交界段的路基有可能產(chǎn)生不均勻沉降時.應采用設置接縫的鋼筋混凝土面層，一般二級及二級以下公路采用碾壓混凝土面層。面層厚度的要求：三級、四級公路厚度需要根據(jù)交通量進行考慮，分為低于23cm、低于20cm，如農(nóng)村公路的水泥混凝土面層厚度為18cm?；鶎樱夯鶎有枰哂芯鶆蛐浴⒊休d穩(wěn)定性的特點，避免錯臺等現(xiàn)象的發(fā)生，充分延長使用壽命，保證整體剛度、強度、穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求，一般基層寬度需要比面板多出25-35cm。底基層：該部分與面層、基層共同實現(xiàn)對車輛載荷的支撐，材料強度相比于基層略低。基層、底基層可根據(jù)交通通行要求進行層數(shù)的選擇，一般為一層、兩層。

2、低噪音水泥混凝土路面的設計

當下，隨著社會大眾環(huán)保意識的增強，低噪音路面逐漸成為關注焦點。社會大眾開展輪胎、路面噪音的關系分析，目的在于提高路面的性能。針對國內(nèi)外道橋工程的施工案例分析，結果表明水泥混凝土路面施工拉毛環(huán)節(jié)中，避免均勻彈簧鋼齒的應用較為合理，原因在于該鋼齒聲音頻率與溝槽和車輪摩擦噪音大體一致。研究分析表明，同一時間，不同頻率的噪音將會形成一定的抵消作用，可降低整體噪音。此外，還可借助國外降噪的設計方法：第一、為打破同一頻率的噪聲，使用無規(guī)律的、間距不等的叉形彈簧鋼齒進行拉毛。以120km/h的車速測試，該路面噪音比起造價高昂、品質(zhì)優(yōu)良的瀝青混凝土路面稍高，但比傳統(tǒng)水泥混凝土路面噪音低得多。第二、鋪露石面層，薄層厚度以5cm為宜。露石面層應選取耐磨指數(shù)較高的石料。同樣以120km/h車速測試，此路面的噪音比瀝青混凝土路面的噪音還要低3 4dB。這一成果在英國、芬蘭、德國等國家都得到了廣泛的應用。

雙層水泥混凝土的攤鋪技術較為關鍵，攤鋪機應用中，配套水泥混凝土可充分滿足“濕對濕”配比和混凝土厚度要求。即前半部分鋪一定厚度的常規(guī)水泥混凝土，后半部分在其表面再加鋪單一粒徑的露石面層。

3、路面設計的可靠度分析

道橋設計中，安全等級一般分為三個級別。低變異水平等級狀況下，需要對面層進行厚度的增加：高變異水平等級狀況下可對面層厚度進行下調(diào)處理。設計中需要綜合經(jīng)濟、技術要求，保證變異水平等級的合理性。高速公路路面的設計中，為了提高車輛通行舒適度，一般不建議降低變異水平的等級。結構設計環(huán)節(jié)中，需要根據(jù)設計參數(shù)、變異系數(shù)及變異系數(shù)的變化規(guī)律等進行可靠度系數(shù)的選擇，提高整體目標控制的可靠度?？煽慷鹊倪x擇中，需要考慮結構設計、經(jīng)濟相關度要求等要素。一般路面初期設計的費用成本較高，后期養(yǎng)護費用低：反之目標可靠度下調(diào)狀況下，初期投資成本有所下調(diào)，但養(yǎng)護費用相對較高。現(xiàn)階段，工程中一般采取“校準法”對可靠度進行確立。該方法根據(jù)已有規(guī)范要求對路面進行隱蔽可靠度分析，進而制定目標可靠度。在原有路橋設計的基礎之上，提高可靠度的合理性、一致性，實現(xiàn)良好的經(jīng)濟目標。

結語：

道橋工程設計中，結構設計的重要性較高，需要引起業(yè)內(nèi)學者的關注。結合國內(nèi)外先進經(jīng)驗、成功案例進行分析，保證道橋工程路面的科學性、合理性。避免路面結構惡化過于嚴重的狀況，提高耐久性、穩(wěn)固性要素的設計分析，保證交通運行的通暢度不受負面影響。