水泥混凝土路面加铺层设计参数研究

李宝安

摘 要：文章研究了水泥混凝土路面加铺层的设计类型，分析了加铺设计的参数。针对加铺层进行了研究，提出了加铺层设计施工的具体步骤，研究成果对公路改扩建中水泥混凝土路面加铺改造具有可借鉴的实际工程价值。

关键词：公路改扩建；路面；加铺层；设计参数

1 加铺层设计类型

根据用途及原混凝土路面的现状，在废弃旧水泥混凝土路面上加铺水泥混凝土层的设计，首先进行技术比较，经过选择，可以采用分离式或结合式水泥混凝土加铺结构。

1.1 分离式混凝土加铺层结构设计

对原混凝土路面的损坏状况和接缝传荷能力进行评定，分离式混凝土加铺层适用于等级为中或次，或者原混凝土板存在平面尺寸不同、接缝形式不同、位置不对应、路拱横坡不一致。加铺层铺筑前应更换破碎板，修补裂缝，磨平错台，压浆填封板底脱空，清除接缝中失效的填缝糊和杂物，并重新封缝。普通混凝土、钢纤维混凝土、钢筋混凝土和连续配筋混凝土是加铺层常用的材料。普通混凝土、钢筋混凝土和连续配筋混凝土加铺层的厚度不宜小于180mm，钢纤维混凝土加铺层的厚度不宜小于140mm。

1.2 结合式混凝土加铺层结构设计

结合式加铺层适用于损坏状况和接缝传荷能力均评定为优良混凝土路面结构。结合式加铺层的最小厚度为25mm，加铺层成功的关键是加铺层与原混凝土面层的结合。为了达到此目的，首先，将原混凝土面层表面的污垢和水泥砂浆体采取措施彻底清理，达到表面粗糙，然后，为了加铺层与原混凝土面层粘结为一个整体，将高强的粘结剂，如环氧树脂等涂在清理后的表面。由于加铺层薄，层内不设拉杆和传力杆，加铺层的接缝形式和位置必须与原混凝土面层完全对齐，以防加铺层产生反射裂缝或与原混凝土面层之间出现层间分离。

2 加铺层混凝土板厚度设计参数

2.1 标准轴载与轴载换算

通常情况下，以汽车轴重为l00kN的单轴双轮组荷载作为水泥混凝土路面结构设计的标准轴载。同时，可按等效疲劳损坏原则将各种不同汽车轴载的作用次数换算成标准轴载的作用次数，道路交通繁重程度可以根据标准轴的作用次数判断。

依据混凝土疲劳方程，水泥混凝土路面的轴载换算公式如下：

（1）

（2）

（3）

（4）

式中：NS-标准轴载的作用次数，次/日；Ni-各级轴载的作用次数，次/日；n-轴载的分级数目；Pi-各级轴载单轴或双轴总重，次/日；？啄i-轴一轮型系数，单轴一双轮组时，δi=1；单轴一单轮时，按式（1）计算；双轴一双轮组时，按式（2）计算；三轴一双轮组，按式（3）计算。

2.2 交通分级及标准轴载累计作用次数计算

水泥混凝土路面承受的交通，按设计基准期内设计车道所承受的标准轴载累计作用次数Ne划分为四个等级，即特重交通、重交通、中等交通、轻交通。具体分级如表1所示。

表1 交通分级

水泥混凝土路面的设计基准期为路面达到预定的极限状态时所能使用的年限。水泥混凝土路面的使用年限，可根据国内外使用经验，并参照交通等级确定一般使用年限为20～30年。若确定很长的使用年限，则远景交通量很难估计准确，而且会使初期建设投资过高。

2.3 基层顶面的当量回弹模量

底基层和垫层同时存在时，将底基层和垫层换算成具有当量回弹模量和当量厚度的单层，然后再与基层一起计算基层顶面当量回弹模量。

在旧沥青路面上加铺水泥混凝土路面时，旧沥青路面的顶面当量回弹模量值，应通过承载试验或弯沉测定法确定旧路面顶面的当量回弹模量Et；如用汽车实测路段的回弹弯沉值，可按统计计算的方法确定计算回弹弯沉值l0，按下式转换成基层顶面的当量回弹模量Et：

（5）

式中：l0-以后轴重100kN的车辆测得的计算回弹弯沉值，以0.01mm计。

2.4 水泥混凝土的设计强度与弯拉弹性模量

水泥混凝土路面以28d龄期的弯拉强度作为设汁控制指标，当混凝土浇筑后90d内不开放交通时，可采用90d龄期的弯拉强度。各交通等级要求的混凝土弯拉强度标准值不得低于表2的规定。

表2 混凝土的设计弯拉强度与弹性模量

3 加铺层设计步骤

考虑荷载应力和温度翘曲应力综合疲劳损伤作用的水泥混凝土加铺层厚度和板平面尺寸确定方法。通过对加铺层性能的研究，可以看出，在进行水泥混凝土路面加铺设计及施工时，应按照以下的步骤进行：

第一步，对原混凝土路面进行全面的技术调查，其主要内容包括：原有公路设计、施工、养护等技术资料；原有公路路面运营的损坏状况（一般包括路面损坏的种类类型、结构损坏的轻重程度、修补的内容及修补方式等）；路面结构强度状况（即路面表面弯沉值、接缝处的传递荷载的能力、路面板底脱空等）；已承受的交通荷载及预计的交通需求情况，如交通量、轴载组成及增长率等；环境条件，如沿线气候条件、地下水位以及路基和路面的排水状况等。

第二步，对交通参数进行广泛收集并进行充分分析，收集日交通量，整理研究轴载组成数据，按照论文的分析结果，对设计车道标准轴载日作用次数进行计算；由经过确定得出的交通等级选定设计基准期，对设计基准期内交通量年平均增长率进行预测，计算设计基准期内标准轴载的累计作用次数。

第三步，确定将要进行的加铺层路面的结构形式：确定对原路面结构的利用和处理意见及措施（包括路床、垫层、基层），确定加铺结构层拟采用的工程材料的类型和加铺材料的厚度；依据交通等级、道路等级和所选变异水平等级初选加铺层混凝土板厚度，最后确定路面板的平面尺寸和接缝的构造形式。

第四步，确定选用的加铺层路面材料的力学性能参数，通过试验的方法确定路面混凝土材料设计受弯拉强度和弹性模量，通过现场试验确定基层、垫层和路基的回弹模量以及基层顶面的当量回弹模量。

第五步，通过理论公式计算得到荷载疲劳应力。

第六步，通过对不同地区自然区划的研究确定和计算温度疲劳应力，并计算温度疲劳应力系数。

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