水泥混凝土路面设计浅探

概要：在水泥混凝土路面设计时，应根据公路等级和交通荷载强度，尤其是未来荷载强度发展趋势，严格按照2011版《新规范》设计公路结构组合、接缝、配筋等，避免无意中走进2002版规范的误区引用老标准进行设计，只有这样才能真正保证公路质量和使用寿命，提高其交通运输承受能力。

1 前言

水泥混凝土路面具有板体性好、承载能力大、使用寿命长、养护费用少、抗磨耗能力强等优点，因而在道路建设及城市道路工程中被广泛的应用。但随着经济的发展，公路交通负荷越来越大，原有设计理论和施工工艺的很多缺陷被暴露出来，大多数的水泥混凝土路面难以达到20-30年的设计使用年限，并且出现一些较严重的缺陷，如路面的早期断裂、错台边角破损、平整度及粗糙度差等，给行车和养护带来一定的困难，且不易处理，修复费用高难度大。究其原因，除了设计施工质量问题外、还有各种自然因素的影响。

2 水泥混凝土路面的优点

水泥混凝土路面有很多的优点：路面强度高、承载能力大，耐磨耗能力强，能见度好，使用寿命长，养护费用少，行车的油耗也较沥青路面少10%-15%，正因为有这些优点，所以水泥混凝土路面在许多省市广泛使用，也取得了比较好的效果。

在长期使用过程中，水泥混凝土面板的裂缝引起了人们的广泛注意。设计理论的不尽完善，对施工工序和施工质量要求不严格是造成水泥混凝土路面裂缝的主要因素。

3 水泥混凝土路面的设计理论

我国现行《道路水泥混凝土路面设计规范》采用的是弹性地基上的小挠度薄板理论，以荷载应力和温度应力产生的综合疲劳损坏作为设计标准，设计方法选用板边缘中点作为临界荷位，采用弹性半空间地基上的薄板理论和有限元法计算标准轴载在该处产生的最大荷载应力。

4 水泥混凝土路面设计中的问题分析

4.1 水泥混凝土路面设计指标可靠度的分析。

道路工程结构的设计安全等级为3个等级，路面工程的安全等级仅考虑高速道路。一级道路和二级道路的路面，相应的安全等级要求规定为一级、二级和三级。为三级和四级道路路面增加一个设计安全等级——四级，并规定了相应的设计基准期为20MPa；而设计安全等级为四级的路面结构的目标可靠指标和目标可靠度。系按前三级的数值级差递降得到的。按施工技术、施工质量控制和管理要求达到和可能达到的具体水平，选用其他等级。降低选用的变异水平等级，须增加混凝土面层的设计厚度要求； 而提高选用的变异水平等级。则可降低混凝土面层的设计厚度或提凝土的设计强度要求。可通过技术经济分析和比较予以确定但对于高速道路的路面，为保证优良的行驶质量，不宜降低变异水平等级材料性能和结构尺寸参数的变异水平等级按施工技术、施工质量控制和管理水平分为低、中、高三级。由滑模或轨道式施工机械施工并进行认真严格的施工质量控制和管理的工程可选用低变异水平等级。由滑模或轨道式施工机械施工，但施工质量控制和管理水平较弱的工程，或者采用小型机具施工，而施工质量控制和管理認真、严格的工程可选用中低变异水平等级。采用小型机具施工施工质量控制和管理水平较弱的工程可选用高变异水平等级.

设计时可依据各设计参数变异系数值在各变异水平等级变化范围内的情况选择可靠度系数。目标可靠度是所设计路面结构应具有的可靠度水平。它的选取是一个工程经济问题：目标可靠度定得较高，则所设计的路面结构较厚，初期修建费用较高，但使用期间的养护费用和车辆运行费用较低；目标可靠度走得较低，初期修建费用可降低，但养护费用和车辆运行费用需提高。通常采用“校准法”来确定目标可靠度。

“校准法”是对按现行设计规范或设计方法设计的已有路面进行隐含可靠度的分析，参照隐含可靠度制定目标可靠度，则所设计的路面结构接纳了以往的工程设计和使用经验，包含了与原有设计方法相等的可接受性和经济合理性。

4.2 交通量计算取值的分析。

轴载换算公式是以等效疲劳断裂损坏原则导出的。对于同一路面结构，轴载和标准轴载产生相同疲劳损耗时，才能等效换算。在交通调查分析双向交通的分布情况时，应选取交通量方向分配系数，一般可取0.5；并依据设计道路的车道数，确定交通量车道分配系数（应剔除2轴4轮以下的客、货车交通量），即为设计车道的年平均日货车交通量ADTT，然后用轴载当量换算系数法或车辆当量

轴载系数法求得），再根据设计基准期l和轮迹分布系数、交通量增长率求得累计f用次数N，确定交通分级。

4.3 水泥混凝土路面结构组合的设计分析。

对于路基用土，高液限粘土及含有机质细粒土不能用做高速道路和一级道路的路床填料或二级和二级以下道路的上路床填料；高液限粉土及塑性指数大于16或膨胀率大于3%的低被限粘土，不能用做高速道路和一级道路的上路床填料。

因条件限制而必须采用上述士做填料时，应掺加石灰或水泥等结合料进行改善。

对于基层材料选择时特重交通适宜贫混凝土、碾压混凝土或沥青混凝土时，设计计算应按复合式路面分析且强度以试验为准，对水泥混凝土面层下基层的首要要求是抗冲刷能力不耐冲刷的基层表面，在渗入水和荷载的共同作用下会产生淤泥、板底脱空和错台等病害，导致行车的不舒适，并加速和加剧板的破裂。混凝士面层下采用贫混凝土基层，主要是为了增加基层的抗冲刷能力，并不要求它有很高的强度。高强度的贫混凝土并不能使面层厚度降低很多，反而会增加混凝土面层的温度翘曲应力，并产生会影响到面层的收缩裂缝。

对于面层板来说，我国绝大部分混凝土路面的横向缩缝均未设传力杆。不设传力杆的主要原因是施工不便。但接缝是混凝土路面的最薄弱处，PHP泥和错台病害，除了基层不耐冲刷外，接缝传荷能力差也是一个重要原因。同时，在出现PHP泥后，无传力杆的接缝由于板边挠度大而容易迅速产生板块断裂。此外，接缝无传力杆的旧混凝土面层在考虑设置沥青加铺层时，往往会因接缝传荷能力差易产生反射裂缝而不得不加大加铺层的厚度。为了改善混凝土路面的行驶质量，保证混凝土路面的使用寿命，便于在使用后期铺设加铺层，新规定了在承受特重和重交通的普通混凝土面层的横向缩缝内必须设置传力杆。

基层对提高水泥混凝土路面强度作用不显著，通过加强基层强度来提高水泥混凝土路面结构强度的做法是不经济的。但我们不能忽视基层的设计，基层设计应重视抗冲刷能力，水流对基层的冲刷是导致水泥混凝土路面破坏的主要因素。基层应为面层提供一个均匀、稳定的支撑，明白了基层强度和板厚对路面结构强度的影响之后，设计人员在设计中应该根据实际情况，进行最优设计.

5，小结：在水泥混凝土路面设计时，应根据公路等级和交通荷载强度，尤其是未来荷载强度发展趋势，严格按照2011版《新规范》设计公路结构组合、

接缝、配筋等，避免无意中走进2002版规范的误区引用老标准进行设计，只有这样才能真正保证公路质量和使用寿命，提高其交通运输承受能力。