水泥混凝土路面設計中的問題分析

曾東升

摘要：隨著我國經濟的發展，道路交通流量迅速的增長。大多數的水泥混凝土路面出現不同程度的破壞，除了設計施工質量問題外、還有各種自然因素的影響。因此本文將從設計構造的角度,就如何提高水泥混凝土路面的使用性能,有效的控制路面的缺陷,結合自己的實踐經驗進行分析探討。

關鍵詞：水泥混凝土路面；特點；設計

1 前言

水泥混凝土路面具有板體性好、承載能力大、使用壽命長、養護費用少、抗磨耗能力強等優點，因而在道路建設及城市道路工程中被廣泛的應用自80年代以來，隨著我國國民經濟的發展，特別是改革開放的深入，道路交通量迅速的增長大型客車和重型貨車的比重也逐年提高。為了解決高品質的國產瀝青不足，提高路面等級及其承載能力，適應重交通日益增長的需要，此間我國加緊水泥混凝土路面的設計、研究工作，隨著設計理論日臻完善，設計方法日趨合理，施工工藝不斷改進。但從道路使用運營狀況來看，大多數的水泥混凝土路面難以達到20-30年的設計使用年限，并且出現一些較嚴重的缺陷，如路面的早期斷裂、錯臺邊角破損、平整度及粗糙度差等給行車和養護帶來一定的困難，且不易處理，修復費用高難度大。究其原因，除了設計施工質量問題外、還有各種自然因素的影響。因此本文將從設計構造的角度，就如何提高水泥混凝土路面的使用性能，有效的控制路面的缺陷，結合自己的實踐體會與具體做法提出一些探討意見。

2 水泥混凝土路面的優點

水泥混凝土路面有很多的優點：路面強度高、承載能力大，耐磨耗能力強，能見度好，使用壽命長，養護費用少，行車的油耗也較瀝青路面少10%-15%，正因為有這些優點，所以水泥混凝土路面在許多省市廣泛使用，也取得了比較好的效果。

在長期使用過程中，水泥混凝土面板的裂縫引起了人們的廣泛注意。設計理論的不盡完善，對施工工序和施工質量要求不嚴格是造成水泥混凝土路面裂縫的主要因素。

3 水泥混凝土路面的設計理論

我國現行《道路水泥混凝土路面設計規范》采用的是彈性地基上的小撓度薄板理論，以荷載應力和溫度應力產生的綜合疲勞損壞作為設計標準，即設計時控制板內臨界荷位處的荷載疲勞應σpr。和溫度疲勞應力飛之σtr和(綜合疲勞應力)不大于混凝土的疲勞強度fτ。其極限狀態設計表達式為:Yr(σpr+σtr)≤fτ

設計方法選用板邊緣中點作為臨界荷位，采用彈性半空間地基上的薄板理論和有限元法計算標準軸載在該處產生的最大荷載應力。

4 水泥混凝土路面設計中的問題分析

4.1 水泥混凝土路面設計指標可靠度的分析。

道路工程結構的設計安全等級為3個等級，路面工程的安全等級僅考慮高速道路。一級道路和二級道路的路面，相應的安全等級要求規定為一級、二級和三級。為三級和四級道路路面增加一個設計安全等級——四級，并規定了相應的設計基準期為20MPa；而設計安全等級為四級的路面結構的目標可靠指標和目標可靠度。系按前三級的數值級差遞降得到的。按施工技術、施工質量控制和管理要求達到和可能達到的具體水平，選用其他等級。降低選用的變異水平等級，須增加混凝土面層的設計厚度要求; 而提高選用的變異水平等級。則可降低混凝土面層的設計厚度或提凝土的設計強度要求。可通過技術經濟分析和比較予以確定但對于高速道路的路面，為保證優良的行駛質量，不宜降低變異水平等級材料性能和結構尺寸參數的變異水平等級按施工技術、施工質量控制和管理水平分為低、中、高三級。由滑模或軌道式施工機械施工并進行認真嚴格的施工質量控制和管理的工程可選用低變異水平等級。由滑模或軌道式施工機械施工，但施工質量控制和管理水平較弱的工程，或者采用小型機具施工，而施工質量控制和管理認真、嚴格的工程可選用中低變異水平等級。采用小型機具施工施工質量控制和管理水平較弱的工程可選用高變異水平等級。

設計時可依據各設計參數變異系數值在各變異水平等級變化范圍內的情況選擇可靠度系數。目標可靠度是所設計路面結構應具有的可靠度水平。它的選取是一個工程經濟問題：目標可靠度定得較高，則所設計的路面結構較厚，初期修建費用較高，但使用期間的養護費用和車輛運行費用較低；目標可靠度走得較低，初期修建費用可降低，但養護費用和車輛運行費用需提高。通常采用“校準法”來確定目標可靠度。

“校準法”是對按現行設計規范或設計方法設計的已有路面進行隱含可靠度的分析，參照隱含可靠度制定目標可靠度，則所設計的路面結構接納了以往的工程設計和使用經驗，包含了與原有設計方法相等的可接受性和經濟合理性。

4.2 交通量計算取值的分析。

軸載換算公式是以等效疲勞斷裂損壞原則導出的。對于同一路面結構，軸載和標準軸載產生相同疲勞損耗時，才能等效換算。在交通調查分析雙向交通的分布情況時，應選取交通量方向分配系數，一般可取0.5；并依據設計道路的車道數，確定交通量車道分配系數(應剔除2軸4輪以下的客、貨車交通量)，即為設計車道的年平均日貨車交通量ADTT，然后用軸載當量換算系數法或車輛當量軸載系數法求得)，再根據設計基準期l和輪跡分布系數、交通量增長率求得累計f用次數N，確定交通分級。

4.3 水泥混凝土路面結構組合的設計分析。

對于路基用土，高液限粘土及含有機質細粒土不能用做高速道路和一級道路的路床填料或二級和二級以下道路的上路床填料；高液限粉土及塑性指數大于16或膨脹率大于3%的低被限粘土，不能用做高速道路和一級道路的上路床填料。

因條件限制而必須采用上述士做填料時，應摻加石灰或水泥等結合料進行改善。

對于基層材料選擇時特重交通適宜貧混凝土、碾壓混凝土或瀝青混凝土時，設計計算應按復合式路面分析且強度以試驗為準，對水泥混凝土面層下基層的首要要求是抗沖刷能力不耐沖刷的基層表面，在滲入水和荷載的共同作用下會產生淤泥、板底脫空和錯臺等病害，導致行車的不舒適，并加速和加劇板的破裂。混凝士面層下采用貧混凝土基層，主要是為了增加基層的抗沖刷能力，并不要求它有很高的強度。高強度的貧混凝土并不能使面層厚度降低很多，反而會增加混凝土面層的溫度翹曲應力，并產生會影響到面層的收縮裂縫。另外，新規范取消了基層頂面綜合模量的規定值的要求。

對于面層板來說，我國絕大部分混凝土路面的橫向縮縫均未設傳力桿。不設傳力桿的主要原因是施工不便。但接縫是混凝土路面的最薄弱處，PHP泥和錯臺病害，除了基層不耐沖刷外，接縫傳荷能力差也是一個重要原因。同時，在出現PHP泥后，無傳力桿的接縫由于板邊撓度大而容易迅速產生板塊斷裂。此外，接縫無傳力桿的舊混凝土面層在考慮設置瀝青加鋪層時，往往會因接縫傳荷能力差易產生反射裂縫而不得不加大加鋪層的厚度。為了改善混凝土路面的行駛質量，保證混凝土路面的使用壽命，便于在使用后期鋪設加鋪層，新規定了在承受特重和重交通的普通混凝土面層的橫向縮縫內必須設置傳力桿。另外，新規范僅強調了在鄰近橋梁或其他固定構造物處設置脹縫，取消了變坡點、小半徑曲線設脹縫的限制，使行車更順暢。

結束語

基層對提高水泥混凝土路面強度作用不顯著，通過加強基層強度來提高水泥混凝土路面結構強度的做法是不經濟的。但我們不能忽視基層的設計，基層設計應重視抗沖刷能力，水流對基層的沖刷是導致水泥混凝土路面破壞的主要因素。基層應為面層提供一個均勻、穩定的支撐，明白了基層強度和板厚對路面結構強度的影響之后，設計人員在設計中應該根據實際情況，進行最優設計。