道橋水泥混凝土路面結構設計

孟凡華　蔡曉輝

（荊門市規劃勘測設計研究院　湖北　荊門　448000）

道橋水泥混凝土路面結構設計

孟凡華蔡曉輝

（荊門市規劃勘測設計研究院湖北荊門448000）

隨著我國經濟水平的快速提高，我國逐漸成為全球汽車最大消費國，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構設計不合理，道橋會出現很嚴重的質量問題，甚至會發生很嚴重的事故。本文根據水泥混凝土路面的特點，從設計構造的角度出發，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；結構設計；建議

1　引言

隨著我國交通壓力的逐漸增大，道橋路面結構的設計越來越受到關注，由于水泥混凝土的特點，我國普遍采用水泥混凝土路面結構類型。特別是最近幾年我國大力發展道路建設及城市道路，水泥混凝土以其資源豐富、使用壽命高、維護費用低、抗磨耗能力強等特點被廣泛采用。自從90年代以來，隨著我國經濟飛速發展，我國涌現了大量的家用汽車、大型客車及重型貨車，導致道路交通量快速增加。由于我國高品質瀝青嚴重缺乏，不能滿足道路飛速發展的需求，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計和研究。隨著我國在水泥混凝土路面結構設計理論知識和實際經驗的不斷豐富和完善，我國在水泥混凝土路面結構設計方面取得了很大的進展，并且施工工藝不斷得到改進。

但據資料統計，根據我國道路使用運營狀況，很多水泥混凝土路面出現一些較嚴重的缺陷，比如很快出現路面斷裂、錯臺邊角破損、路面平整度及粗糙度差等問題，很難達到20～30年的年限的使用壽命。

2　水泥混凝土路面的特點

我國擁有豐富的生產水泥混凝土原料，由于價格低廉和生產成本低，使得水泥混凝土在我國得到廣泛的應用。我國大量使用水泥混凝土結構設計路面，水泥混凝土路面具有很多優點，比如：路面強度大、承載重物容量大、耐磨損能力強、能見度好、使用壽命長、維護成本低，同時汽車在水泥混凝土路面行駛的油耗較比油瀝青路面低，由于這些優點，大部分地區都廣泛采用水泥混凝土鋪設路面。

但是長期使用時，水泥混凝土路面容易出現面板裂縫和路面坑洼不平等問題，這是由于最初設計路面時的設計理論不完善，并且對道路施工工序和施工質量監督不到位，才造成這種現象。

3　水泥混凝土路面設計內容

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

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

一般來說，橋面道路工程結構設計的安全級別分為三個等級，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，并規定路面設計的基準值為30MPa；對于設計安全等級為四級的路面結構設計的可靠性指標，應該按照前三級的數值差逐漸降低，并按照道路施工技術、施工質量控制和施工管理的具體要求來達到設計目標。道路水泥混凝土路面在降低選用變異水平等級時，需要增加水泥混凝土的厚度來達到要求，在提高選用的變異水平等級時，可以降低水泥混凝土板塊的厚度或者混凝土的設計強度要求。對于通車量比較大的路面，為了保證行駛質量安全可靠，不應該降低變異水平等級、水泥材料性能和尺寸參數的變異水平等級。按照施工技術、施工質量控制和管理水平的要求分為高、中、低三個等級，應該采用滑?；蛘哕壍朗绞┕すぞ邅硗瓿陕访媸┕?，同時要嚴格控制對工程的質量，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計時，應該根據每個設計參數變異系數值在各個變異水平等級內的變化情況，來選擇可靠系數。目標可靠度是所設計路面結構應該具備的可靠度水平。這個可靠度的選取是一個工程費用問題：目標可靠度如果定得比較高，則所設計的道路路面結構將會比較厚，則初期修建的費用將會很高，但是道路使用壽命期間內的維護費用比較低；如果目標可靠度定得比較低，則道路初期修建投入將會比較低，但是道路后期養護費用將會變得增加。可以采用“校準法”來確定工程目標的可靠度。

所謂校準法是對按照現在的設計規范和設計方案設計的路面進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可靠度，則所設計的路面結構將會包含以往的工程方案中合理的部分。

4.2交通量計算取值的分析

水泥混凝土路面交通量計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出來的。對于采用相同路面結構設計的工程，其軸載與標準軸載形成一樣的路面疲勞損壞時，才可以進行等效換算。在進行道橋路面雙向交通分布情況的調查研究時，應該選取合適的交通量方向分配系數，一般可以取0.6左右，并且要根據設計的道路數來選取。所謂確定交通量車道分配系數即設計車道路面一年平均每天所承載的交通量，然后采用軸載當量換算系數方法來求取結果，再依據所設計的基準期I和輪跡分布系數J、平均每日的交通增長率，來求取累計F用次數N，以此來進行交通分級。

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大于16或膨脹率大于3%的低液限粘土，不適合進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的路面工程，采用上述原料時，應該將石灰或者水泥摻入這些原料土中來進行改善性能。

在路面基層用料選擇時，對于交通量非常大的路面適合采用貧混凝土、碾壓混凝土或瀝青混凝土時，并按照復合式路面來進行計算，并且路面強度以試驗結果為依據。對于水泥混凝土下基層用料應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，將會在雨水的作用下產生淤泥、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度。對于高強度的貧混凝土并不能夠降低面層厚度，并會導致混凝土面層的溫度翹曲應力增加，從而導致面層的收縮裂縫。

對于路面面層板來說，我國大部分地區混凝土路面的橫向縮縫都沒有設置傳力桿。不設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瀝青時，經常會出現因為接縫傳導負荷能力差易產生反射裂縫的情況，使得鋪設的瀝青厚度增加。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必須設置傳力桿。

5　結束語

由此可知，在進行道橋水泥混凝土路面結構設計時，將會遇到很多問題，應該認真研究混凝土路面的設計方案，并且要結合生產實際，如此才能設計出優良的道橋混凝土路面結構。

[1]中交公路規劃設計院.《公路水泥混凝土路面設計規范》（JTJD40-2011）.人民交通出版社，2011.

[2]鄭文忠，張格明，王英.對混凝土結構設計中三個問題的思考[J].工業建筑，2013（07）：30～31.

[3]王俊萍.混凝土結構設計中幾個構造問題的探討[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，主要從事路橋設計工作。