道桥水泥混凝土路面结构设计

孟凡华　蔡晓辉

（荆门市规划勘测设计研究院　湖北　荆门　448000）

道桥水泥混凝土路面结构设计

孟凡华蔡晓辉

（荆门市规划勘测设计研究院湖北荆门448000）

随着我国经济水平的快速提高，我国逐渐成为全球汽车最大消费国，大量的汽车给道桥路面带来了很大的压力，如果道桥路面水泥混凝土结构设计不合理，道桥会出现很严重的质量问题，甚至会发生很严重的事故。本文根据水泥混凝土路面的特点，从设计构造的角度出发，就如何提高道桥水泥混凝土路面的使用性能和有效降低路面的缺陷，提出了一些具体的建议。

水泥混凝土路面；结构设计；建议

1　引言

随着我国交通压力的逐渐增大，道桥路面结构的设计越来越受到关注，由于水泥混凝土的特点，我国普遍采用水泥混凝土路面结构类型。特别是最近几年我国大力发展道路建设及城市道路，水泥混凝土以其资源丰富、使用寿命高、维护费用低、抗磨耗能力强等特点被广泛采用。自从90年代以来，随着我国经济飞速发展，我国涌现了大量的家用汽车、大型客车及重型货车，导致道路交通量快速增加。由于我国高品质沥青严重缺乏，不能满足道路飞速发展的需求，为了提高路面等级及其承载能力，我国开始加大对水泥混凝土路面的设计和研究。随着我国在水泥混凝土路面结构设计理论知识和实际经验的不断丰富和完善，我国在水泥混凝土路面结构设计方面取得了很大的进展，并且施工工艺不断得到改进。

但据资料统计，根据我国道路使用运营状况，很多水泥混凝土路面出现一些较严重的缺陷，比如很快出现路面断裂、错台边角破损、路面平整度及粗糙度差等问题，很难达到20～30年的年限的使用寿命。

2　水泥混凝土路面的特点

我国拥有丰富的生产水泥混凝土原料，由于价格低廉和生产成本低，使得水泥混凝土在我国得到广泛的应用。我国大量使用水泥混凝土结构设计路面，水泥混凝土路面具有很多优点，比如：路面强度大、承载重物容量大、耐磨损能力强、能见度好、使用寿命长、维护成本低，同时汽车在水泥混凝土路面行驶的油耗较比油沥青路面低，由于这些优点，大部分地区都广泛采用水泥混凝土铺设路面。

但是长期使用时，水泥混凝土路面容易出现面板裂缝和路面坑洼不平等问题，这是由于最初设计路面时的设计理论不完善，并且对道路施工工序和施工质量监督不到位，才造成这种现象。

3　水泥混凝土路面设计内容

一般来说，水泥混凝土路面设计包含三个部分，分别为尺寸设计、接缝设计、板厚设计。①道路板块平面尺寸设计：根据路面设计宽度的要求，确定板块数目和每块板的宽度，按照3.5～4.5m等宽设计，并从纵缝分割路面。②接缝设计：主要确定路面纵缝和横缝的结构、间距，横缝种类主要有假缝、加传力杆的假缝等；纵缝种类主要有设拉杆平口设计纵缝等。③厚度设计：在进行板块尺寸和接缝设计之后，需要对水泥混凝土板块的厚度进行设计，它是水泥混凝土路面设计的主要部分。路面设计理论涉及的参数有很多，比较常用有试算方法，即首先固定一些参数，再试取一个初始厚度来计算板块的疲劳应力，然后与材料强度进行比较，如果小于材料强度则减小板块厚度，直到计算刚好满足设计为止。

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

一般来说，桥面道路工程结构设计的安全级别分为三个等级，高速公路路面和桥面道路路面的安全等级比较高，对于一级道路和二级道路的路面，采用的安全等级分别为一级、二级、三级，并规定路面设计的基准值为30MPa；对于设计安全等级为四级的路面结构设计的可靠性指标，应该按照前三级的数值差逐渐降低，并按照道路施工技术、施工质量控制和施工管理的具体要求来达到设计目标。道路水泥混凝土路面在降低选用变异水平等级时，需要增加水泥混凝土的厚度来达到要求，在提高选用的变异水平等级时，可以降低水泥混凝土板块的厚度或者混凝土的设计强度要求。对于通车量比较大的路面，为了保证行驶质量安全可靠，不应该降低变异水平等级、水泥材料性能和尺寸参数的变异水平等级。按照施工技术、施工质量控制和管理水平的要求分为高、中、低三个等级，应该采用滑模或者轨道式施工工具来完成路面施工，同时要严格控制对工程的质量，对于这种情况可以考虑采用低变异水平等级方式。对于施工质量管理水平比较弱的工程，并使用滑模或者轨道式施工工具进行道路施工，可以考虑采用中低变异水平等级方式。对于采用小型工具施工的道路，其施工质量控制水平很弱，可以考虑采取高变异水平等级方式。

在水泥混凝土路面设计时，应该根据每个设计参数变异系数值在各个变异水平等级内的变化情况，来选择可靠系数。目标可靠度是所设计路面结构应该具备的可靠度水平。这个可靠度的选取是一个工程费用问题：目标可靠度如果定得比较高，则所设计的道路路面结构将会比较厚，则初期修建的费用将会很高，但是道路使用寿命期间内的维护费用比较低；如果目标可靠度定得比较低，则道路初期修建投入将会比较低，但是道路后期养护费用将会变得增加。可以采用“校准法”来确定工程目标的可靠度。

所谓校准法是对按照现在的设计规范和设计方案设计的路面进行全面的可靠性分析，并且参照隐含可靠度来制定工程的目标可靠度，则所设计的路面结构将会包含以往的工程方案中合理的部分。

4.2交通量计算取值的分析

水泥混凝土路面交通量计算的取值需要轴载换算公式，轴承换算公式是由等效疲劳断裂损坏原则推导出来的。对于采用相同路面结构设计的工程，其轴载与标准轴载形成一样的路面疲劳损坏时，才可以进行等效换算。在进行道桥路面双向交通分布情况的调查研究时，应该选取合适的交通量方向分配系数，一般可以取0.6左右，并且要根据设计的道路数来选取。所谓确定交通量车道分配系数即设计车道路面一年平均每天所承载的交通量，然后采用轴载当量换算系数方法来求取结果，再依据所设计的基准期I和轮迹分布系数J、平均每日的交通增长率，来求取累计F用次数N，以此来进行交通分级。

4.3水泥混凝土路面结构组合的设计分析

对于路面路基用土要合理选择，高速道路工程和一级道路的路床用土材料或二级和二级以下道路的上路床用土材料不适合采用高液限粘土，对于高液限粉土及塑性指数大于16或膨胀率大于3%的低液限粘土，不适合进行高速路面工程或者一级道路工程填料。对于由于材料缺乏地区的路面工程，采用上述原料时，应该将石灰或者水泥掺入这些原料土中来进行改善性能。

在路面基层用料选择时，对于交通量非常大的路面适合采用贫混凝土、碾压混凝土或沥青混凝土时，并按照复合式路面来进行计算，并且路面强度以试验结果为依据。对于水泥混凝土下基层用料应该首先考虑其抵抗雨水冲刷能力，如果基层表面不耐雨水冲刷，将会在雨水的作用下产生淤泥、板底脱空等危害，从而使通车不畅，并且使板块的破裂更加严重。因此，混凝土面层下基层采用贫混凝土，可以增加基层表面的耐雨水冲刷能力，并不要求下基层表面的强度。对于高强度的贫混凝土并不能够降低面层厚度，并会导致混凝土面层的温度翘曲应力增加，从而导致面层的收缩裂缝。

对于路面面层板来说，我国大部分地区混凝土路面的横向缩缝都没有设置传力杆。不设传力杆主要是影响施工，但是这使混凝土路面接缝非常薄弱，并且出现基层不耐冲刷、接缝传荷能力差等问题，使得接缝由于板边挠度大而易产生板块断裂的情况。另外，对于没有采用传力杆的混凝土路面接缝在铺设沥青时，经常会出现因为接缝传导负荷能力差易产生反射裂缝的情况，使得铺设的沥青厚度增加。因此，为了提高混凝土路面的通车安全，并且延长混凝土路面的寿命，必须在面层横向缩缝内必须设置传力杆。

5　结束语

由此可知，在进行道桥水泥混凝土路面结构设计时，将会遇到很多问题，应该认真研究混凝土路面的设计方案，并且要结合生产实际，如此才能设计出优良的道桥混凝土路面结构。

[1]中交公路规划设计院.《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTJD40-2011）.人民交通出版社，2011.

[2]郑文忠，张格明，王英.对混凝土结构设计中三个问题的思考[J].工业建筑，2013（07）：30～31.

[3]王俊萍.混凝土结构设计中几个构造问题的探讨[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

孟凡华（1977-），男，工程师，本科，主要从事路桥设计工作。