水泥混凝土路面設(shè)計

【摘 要】水泥混凝土路面和其他的路面相比具有剛度強的特點，在外荷載的作用下變形小，使用年限高，是工程中重要的一項技術(shù)，本文定性的對水泥混凝土路面的結(jié)構(gòu)特征、設(shè)計參數(shù)、設(shè)計原則、設(shè)計理論方法以及再生利用等做了詳細分析介紹。

【關(guān)鍵詞】水泥混凝土路面;結(jié)構(gòu)特征;結(jié)構(gòu)設(shè)計;設(shè)計原則

水泥混凝土路面面板是一種剛性路面，力學(xué)強度高，在外荷載作用下變形小，所以混凝土板通常都是處于彈性階段，也就是在汽車荷載下，板內(nèi)產(chǎn)生的最大應(yīng)力不超過水泥混凝土板的比例極限應(yīng)力。這是板由于是處于彈性階段，基層和土基所承受的荷載及產(chǎn)生的變形都很小，力學(xué)分析上可以判定水泥路面結(jié)構(gòu)是屬于彈性層狀體系。

１．混凝土路面的結(jié)構(gòu)特征

和柔性路面相比，水泥混凝土路面的彈性模量和力學(xué)強度遠遠高于基層和土基的相應(yīng)模量和強度；混凝土的抗彎強度也遠小于抗壓強度，設(shè)計時要以抗彎強度為標(biāo)準(zhǔn)；混凝土的面板和基層之間的摩擦阻力不是很大，具體設(shè)計時可以將路面看作是彈性地基板，即用彈性地基板的理論進行設(shè)計。

由于車輛的重復(fù)作用加上面板的抗彎強度低于抗壓強度，混凝土面板會在長期的荷載作用下沒有達到極限抗彎強度就已經(jīng)破壞。另外面板頂面和底面的溫差也會引起翹曲應(yīng)力，地基的變形對面板的影響也很大，不均勻的地基沉降等變形會使混凝土板局部脫空。所以混凝土路面設(shè)計時，為了使路面能夠經(jīng)受車輛長期的重復(fù)荷載、抵抗溫差產(chǎn)生的翹曲反應(yīng)、具有較強的適應(yīng)地基變形能力，混凝土板壓要具有足夠的抗彎、抗拉強度以及足夠的厚度。

混凝土路面在外界影響下容易產(chǎn)生的破壞形式有斷裂、錯臺、拱起、接縫擠碎等。從破壞類型可以看出混凝土路面性能受到各種因素的影響，例如輪載、溫度、水分、基層、接縫構(gòu)造、材料、施工技術(shù)以及養(yǎng)護條件等。混凝土路面設(shè)計必須從多方面采取措施以保證其正常的使用壽命。

2.混凝土路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容

結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容主要包括：

2.1路面結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計

根據(jù)交通的繁重程度來確定路面結(jié)構(gòu)層的組合，并根據(jù)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境和自然條件材料供應(yīng)等具體設(shè)計。路面的結(jié)構(gòu)層次主要包括土基、墊層、基層以及面層。技術(shù)設(shè)計合理的結(jié)構(gòu)組合要在滿足工程經(jīng)濟的條件下保證混凝土面板在使用期限內(nèi)承受預(yù)期的交通荷載，提供良好的路用品質(zhì)。

路面在結(jié)構(gòu)層設(shè)計中占有很重要的地位，工程中使用較多的有普通混凝土路面、鋼筋混凝土路面、連續(xù)配筋混凝土路面、鋼纖維混凝土路面、混凝土塊料路面等。基層和墊層有粒料類、穩(wěn)定類和貧混凝土類三大類，不同的材料具有不同的剛度以及抗沖刷能力等，根據(jù)道路等級等設(shè)計要求來具體選用。

2.2混凝土面板厚度和平面尺寸的設(shè)計

厚度要滿足設(shè)計年限內(nèi)使用需求，并根據(jù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)來確定。平面尺寸的設(shè)計要保證面板內(nèi)產(chǎn)生的荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力條件，確定接縫位置的構(gòu)造，有效的保證接縫的傳遞荷載能力。

2.3路肩的設(shè)計

高速公路以及一級公路中間帶和路肩帶的結(jié)構(gòu)應(yīng)力要保證和行車道混凝土路面相同，并和行車道澆筑成一個整體，一般公路的混凝土路面要設(shè)置路緣石或者加固路肩的設(shè)施，加固材料可以使用瀝青混合料等。

2.4混凝土路面的鋼筋配筋率

在交通量較大或者混凝土路面板太長、地基產(chǎn)生不均勻沉降的可能性大或者板的形狀不規(guī)則時，要沿著面板縱向加設(shè)鋼筋，以防止裂縫的出現(xiàn)。

3.混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

(1)要根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂颉⑺摹⒌刭|(zhì)等條件，結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶嵺`經(jīng)驗，滿足使用要求下完成混凝土路面的設(shè)計，保證工程的質(zhì)量以及使用耐久性。并盡可能在滿足設(shè)計的要求下盡量使用本地的材料進行施工。

(2)在滿足使用要求的前提下盡量的做到節(jié)約投資的方案進行施工，遵循因地制宜、合理選材、方便施工、利于養(yǎng)護的原則，完成技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、安全可靠的設(shè)計施工方案。

(3)在結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶嵺`經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，積極的推出成熟的科研成果，謹慎的使用新技術(shù)、新材料、新工藝達到工程的質(zhì)量和使用要求。

(4)路面設(shè)計以及施工時要考慮到沿線的環(huán)境問題，并做到施工和養(yǎng)護人員的身體危害較小的目的。選擇有利的機械施工，保證工作人員的安全等問題。

(5)對于地質(zhì)條件差的路段，要采取措施加快路基的沉降穩(wěn)定，達不到要求時要先鋪筑瀝青路面，等地基沉降穩(wěn)定后正式鋪筑混凝土路面，施工時一定要按照設(shè)計要求進行，不能盲目的更改設(shè)計方案。

4.水泥混凝土路面再生利用設(shè)計

水泥混凝土路面的再生設(shè)計也是公路工程中一項重要內(nèi)容，可以節(jié)約大量的資金，并利用了廢棄的路面材料，防止了環(huán)境污染破壞。

4.1水泥混凝土路面典型結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)

路面的面層選擇取決于公路等級、交通量和投資資金等。路面典型結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)主要有：設(shè)計交通量、各結(jié)構(gòu)層材料的參數(shù)、舊水泥路面處理方式和處理后的回彈模量等。這些參數(shù)與當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境狀況、路面的破壞和處理情況、材料來源等都有很大的關(guān)系，合理的確定這些參數(shù)對路面的再生技術(shù)來說有很大的幫助，根據(jù)設(shè)計參數(shù)來確定設(shè)計方案的合理性。

交通量等級的劃分以及車輛荷載的作用是影響路面使用壽命的關(guān)鍵因素，路面典型結(jié)構(gòu)設(shè)計中必須采用交通量和軸載方面的觀測數(shù)據(jù)，預(yù)測設(shè)計使用期內(nèi)交通增長，荷載的大小等外界因素，更好的為路面的耐久性提供保障。

結(jié)構(gòu)層包括墊層、基層和面層。特殊條件下例如在季節(jié)性抗凍地區(qū)，當(dāng)路面總厚度小于防凍厚度時；水文地質(zhì)條件不良、路床濕度較大時都要設(shè)置墊層，路基可能產(chǎn)生不均勻沉降時墊層要采用半剛性的。

舊水泥路面處理后回彈模量的不同是設(shè)計考慮的一個重要問題，回彈模量要通過現(xiàn)場實測得到，不能簡單的按照設(shè)計資料進行計算。得到老路面的回彈模量后和新設(shè)計路面進行對比分析。因為路面破壞后基層材料性能也發(fā)生很大的改變，不同改造工藝下舊水泥路面的回彈模量也不盡相同這就需要具體工作時現(xiàn)場測定，不能一味的參照以往的實踐經(jīng)驗。

4.2水泥混凝土路面典型結(jié)構(gòu)組合設(shè)計

水泥混凝土的加鋪層的結(jié)構(gòu)和厚度要和公路等級、氣候、水文、修建材料、交通量組成以及舊水泥路面處理方式相適應(yīng)。為了施工管理方便，路面結(jié)構(gòu)層次盡量不要太多，材料變化不要太頻繁。

舊水泥路面的典型結(jié)構(gòu)組合要充分考慮改造資金和施工工藝水平確定，材料選擇上在滿足實際交通的情況下主要選擇廉價的、來源廣泛以及施工工藝簡單的材料。

5.水泥混凝土路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計理論方法

水泥混凝土路面的設(shè)計目前大都以彈性板的理論進行設(shè)計，考慮荷載效應(yīng)和溫度效應(yīng)的影響，以面板的彎拉應(yīng)力作為極限控制指標(biāo)，在這種基本的理論指導(dǎo)下，主要部分不斷的完善和發(fā)展，以滿足各種情況下的工程需要。

荷載圖式上提出了靜力作用均布面荷載，根據(jù)混凝土疲勞斷裂的概念，使用多次重復(fù)作用的靜荷載方法，控制混凝土的極限疲勞應(yīng)力。

地基模型上一般采用溫克勒地基模型，其他模型例如黏彈性地基、雙參數(shù)地基、多層地基、非線性彈性地基等由于數(shù)學(xué)概念復(fù)雜，使用較少。

路面板形態(tài)方面，可以采用半空間性地基無限大圓板的求解方法，隨著計算機的應(yīng)用和發(fā)展，可以利用有限元分析方法，對有限尺寸板在各種地基模型支撐下，任意荷載位置的求解方法。 [科]

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