水泥混凝土路面設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題探討

張萬(wàn)庭

【摘 要】水泥混凝土路面是當(dāng)前高等級(jí)公路的一種主要結(jié)構(gòu)形式，本文對(duì)具體設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題作一探討，供大家參考。

【關(guān)鍵詞】混凝土路面；設(shè)計(jì)；路基

1. 前言

（1）水泥混凝土路面有很多的優(yōu)點(diǎn)：路面強(qiáng)度高、承載能力大，耐磨耗能力強(qiáng)，能見(jiàn)度好，使用壽命長(zhǎng)，養(yǎng)護(hù)費(fèi)用少，行車(chē)的油耗也較瀝青路面少10%～15%，正因?yàn)橛羞@些優(yōu)點(diǎn)，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。

（2）80年代至90年代初期，我國(guó)的水泥混凝土路面建設(shè)呈現(xiàn)一個(gè)高峰期。但從道路使用運(yùn)營(yíng)狀況來(lái)看，大多數(shù)的水泥混凝土路面難以達(dá)到20～30年的設(shè)計(jì)使用年限，并且出現(xiàn)一些較嚴(yán)重的缺陷，如路面的早期斷裂、錯(cuò)臺(tái)邊角破損、平整度及粗糙度差等給行車(chē)和養(yǎng)護(hù)帶來(lái)一定的困難，且不易處理，修復(fù)費(fèi)用高難度大。究其原因，除了設(shè)計(jì)施工質(zhì)量問(wèn)題外、還有各種自然因素的影響。因此本文將從設(shè)計(jì)構(gòu)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(jié)合自己的實(shí)踐體會(huì)與具體做法提出一些探討意見(jiàn)，供同仁參考討論。

2. 水泥混凝土路面設(shè)計(jì)中的理論依據(jù)問(wèn)題

2.1 路面設(shè)計(jì)指標(biāo)可靠度的分折。

（1）公路工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)安全等級(jí)為3個(gè)等級(jí)。路面工程的安全等級(jí)僅考慮高速公路。一級(jí)公路和二級(jí)公路的路面，相應(yīng)的安全等級(jí)要求規(guī)定為一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)。為三級(jí)和四級(jí)公路路面增加一個(gè)設(shè)計(jì)安全等級(jí)——四級(jí)。并規(guī)定了相應(yīng)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為20MPa；而設(shè)計(jì)安全等級(jí)為四級(jí)的路面結(jié)構(gòu)的目標(biāo)可靠指標(biāo)和目標(biāo)可靠度。系按前三級(jí)的數(shù)值級(jí)差遞降得到的。按施工技術(shù)、施工質(zhì)量控制和管理要求達(dá)到和可能達(dá)到的具體水平。選用其他等級(jí)。降低選用的變異水平等級(jí)，須增加混凝土面層的設(shè)計(jì)厚度要求；而提高選用的變異水平等級(jí)。則可降低混凝土面層的設(shè)計(jì)厚度或混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。可通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和比較予以確定 但對(duì)于高速公路的路面，為保證優(yōu)良的行駛質(zhì)量，不宜降低變異水平等級(jí) 材料性能和結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)的變異水平等級(jí)。按施工技術(shù)、施工質(zhì)量控制和管理水平分為低、中、高三級(jí) 由滑模或軌道式施工機(jī)械施工。并進(jìn)行認(rèn)真，嚴(yán)格的施工質(zhì)量控制和管理的工程?？蛇x用低變異水平等級(jí)。由滑?；蜍壍朗绞┕C(jī)械施工，但施工質(zhì)量控制和管理水平較弱的工程，或者采用小型機(jī)具施工，而施工質(zhì)量控制和管理認(rèn)真、嚴(yán)格的工程可選用中低變異水平等級(jí)。采用小型機(jī)具施工，施工質(zhì)量控制和管理水平較弱的工程?？蛇x用高變異水平等級(jí)。

（2）設(shè)計(jì)時(shí)?？梢罁?jù)各設(shè)計(jì)參數(shù)變異系數(shù)值在各變異水平等級(jí)變化范圍內(nèi)的情況選擇可靠度系數(shù)。目標(biāo)可靠度是所設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)應(yīng)具有的可靠度水平。它的選取是一個(gè)工程經(jīng)濟(jì)問(wèn)題：目標(biāo)可靠度定得較高，則所設(shè)計(jì)的路面結(jié)構(gòu)較厚，初期修建費(fèi)用較高。但使用期間的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用和車(chē)輛運(yùn)行費(fèi)用較低；目標(biāo)可靠度定得較低，初期修建費(fèi)用可降低，但養(yǎng)護(hù)費(fèi)用和車(chē)輛運(yùn)行費(fèi)用需提高。通常采用“校準(zhǔn)法”來(lái)確定目標(biāo)可靠度。“校準(zhǔn)法”是對(duì)按現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范或設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的已有路面進(jìn)行隱含可靠度的分析，參照隱含可靠度制定目標(biāo)可靠度，則所設(shè)計(jì)的路面結(jié)構(gòu)接納了以往的工程設(shè)計(jì)和使用經(jīng)驗(yàn)，包含了與原有設(shè)計(jì)方法相等的可接受性和經(jīng)濟(jì)合理性。

2.2 交通量計(jì)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(dǎo)出的。對(duì)于同一路面結(jié)構(gòu)，軸載和標(biāo)準(zhǔn)軸載產(chǎn)生相同疲勞損耗時(shí)。才能等效換算。在交通調(diào)查分析雙向交通的分布情況時(shí)，應(yīng)選取交通量方向分配系數(shù)，一般可取0.5；并依據(jù)設(shè)計(jì)公路的車(chē)道數(shù)。確定交通量車(chē)道分配系數(shù)（應(yīng)剔除2軸4輪以下的客、貨車(chē)交通量），即為設(shè)計(jì)車(chē)道的年平均日貨車(chē)交通量ADTT，然后用軸載當(dāng)量換算系數(shù)法或車(chē)輛當(dāng)量軸載系數(shù)法求得），再根據(jù)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期l和輪跡分布系數(shù)、交通量增長(zhǎng)率求得累計(jì)f 用次數(shù)N，確定交通分級(jí)。

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

（1）對(duì)于路基用土。高液限粘土及含有機(jī)質(zhì)細(xì)粒土。不能用做高速公路和一級(jí)公路的路床填料或二級(jí)和二級(jí)以下公路的上路床填料；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，不能用做高速公路和一級(jí)公路的上路床填料。因條件限制而必須采用上述土做填料時(shí)，應(yīng)摻加石灰或水泥等結(jié)合料進(jìn)行改善。對(duì)于基層材料選擇時(shí)。特重交通適宜貧混凝土、碾壓混凝土或?yàn)r青混凝土?xí)r，設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)按復(fù)合式路面分析。且強(qiáng)度以試驗(yàn)為準(zhǔn) 對(duì)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(huì)產(chǎn)生淤泥、板底脫空和錯(cuò)臺(tái)等病害，導(dǎo)致行車(chē)的不舒適，并加速和加劇板的破裂?；炷撩鎸酉虏捎秘毣炷粱鶎樱饕菫榱嗽黾踊鶎拥目箾_刷能力，并不要求它有很高的強(qiáng)度。高強(qiáng)度的貧混凝土并不能使面層厚度降低很多，反而會(huì)增加混凝土面層的溫度翹曲應(yīng)力，并產(chǎn)生會(huì)影響到面層的收縮裂縫。另外。新規(guī)范取消了基層頂面綜合模量的規(guī)定值的要求。

（2）對(duì)于面層板來(lái)說(shuō)，我國(guó)絕大部分混凝土路面的橫向縮縫均未設(shè)傳力桿。不設(shè)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，唧泥和錯(cuò)臺(tái)病害，除了基層不耐沖刷外。接縫傳荷能力差也是一個(gè)重要原因。同時(shí)，在出現(xiàn)唧泥后。無(wú)傳力桿的接縫由于板邊撓度大而容易迅速產(chǎn)生板塊斷裂。此外，接縫無(wú)傳力桿的舊混凝土面層在考慮設(shè)置瀝青加鋪層時(shí)，往往會(huì)因接縫傳荷能力差易產(chǎn)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(zhì)量，保證混凝土路面的使用壽命，便于在使用后期鋪設(shè)加鋪層，新規(guī)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(nèi)必須設(shè)置傳力桿。另外，新規(guī)范僅強(qiáng)調(diào)了在鄰近橋梁或其他固定構(gòu)造物處設(shè)置脹縫，取消了變坡點(diǎn)、小半徑曲線設(shè)脹縫的限制，使行車(chē)更順暢。

3. 路面接縫處理的設(shè)計(jì)

水泥混凝土路面接縫多，易于損壞，尤其是脹縫位置面板破損較為普遍和嚴(yán)重。有的道路在通車(chē)1～3年后逐步破碎損壞。破損率高達(dá)50～90% 以上。究其原因是多方面，影響因素也復(fù)雜，但筆者認(rèn)為主要是脹縫的構(gòu)造問(wèn)題、施工工藝及管理問(wèn)題。從脹縫設(shè)計(jì)構(gòu)造的角度主要解決位置設(shè)置、構(gòu)造型式、傳力桿設(shè)置和面板局部加強(qiáng)。脹縫設(shè)置應(yīng)遵循新頒水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范第4.2.5條規(guī)定外，要盡可能少設(shè)或不設(shè)脹縫，特別是平縱線形標(biāo)準(zhǔn)較高的平原微丘地形設(shè)置長(zhǎng)間距脹縫，或只在結(jié)構(gòu)物銜接處。這一點(diǎn)已經(jīng)在國(guó)外工程中得到證實(shí)。其次一般常用的脹縫型式為設(shè)傳力桿和不設(shè)傳力桿兩大類(lèi)，不設(shè)傳力桿的脹縫其傳荷能力較差，在重車(chē)反復(fù)作用下，脹縫的兩側(cè)容易發(fā)生錯(cuò)臺(tái)。而設(shè)傳力桿的脹縫，其傳荷性能較好，從實(shí)際的應(yīng)用效果來(lái)看，設(shè)傳力桿的脹縫能較好的抑制脹縫病害，因此建議對(duì)于交通量大、重載車(chē)多的公路和城市道路采用傳力桿的脹縫為最佳；反之可采用不設(shè)傳力桿的枕梁式脹縫。但為了減少車(chē)輛反復(fù)沖擊作用。枕梁上最好設(shè)置一層緩沖橡膠墊。根據(jù)傳荷受力的需要設(shè)置傳力桿。傳力桿宜用直徑為32～35 mm較粗的光園鋼筋，同時(shí)脹縫兩側(cè)30～40mm 面板范圍內(nèi)因傳力桿存在而受力復(fù)雜，應(yīng)在脹縫兩側(cè)30～40cm水泥混凝土板內(nèi)布置加強(qiáng)鋼筋。

4. 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述。在公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)中，還有許多問(wèn)題。只有認(rèn)真研究設(shè)計(jì)規(guī)范，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，才能設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)合理的路面結(jié)構(gòu)。

參考文獻(xiàn)

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[3] 姚祖康。半剛性基層水泥混凝土路面的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法。華東公路，1997；3～8.