水泥混凝土路面加鋪層設計參數研究

李寶安

摘 要：文章研究了水泥混凝土路面加鋪層的設計類型，分析了加鋪設計的參數。針對加鋪層進行了研究，提出了加鋪層設計施工的具體步驟，研究成果對公路改擴建中水泥混凝土路面加鋪改造具有可借鑒的實際工程價值。

關鍵詞：公路改擴建；路面；加鋪層；設計參數

1 加鋪層設計類型

根據用途及原混凝土路面的現狀，在廢棄舊水泥混凝土路面上加鋪水泥混凝土層的設計，首先進行技術比較，經過選擇，可以采用分離式或結合式水泥混凝土加鋪結構。

1.1 分離式混凝土加鋪層結構設計

對原混凝土路面的損壞狀況和接縫傳荷能力進行評定，分離式混凝土加鋪層適用于等級為中或次，或者原混凝土板存在平面尺寸不同、接縫形式不同、位置不對應、路拱橫坡不一致。加鋪層鋪筑前應更換破碎板，修補裂縫，磨平錯臺，壓漿填封板底脫空，清除接縫中失效的填縫糊和雜物，并重新封縫。普通混凝土、鋼纖維混凝土、鋼筋混凝土和連續配筋混凝土是加鋪層常用的材料。普通混凝土、鋼筋混凝土和連續配筋混凝土加鋪層的厚度不宜小于180mm，鋼纖維混凝土加鋪層的厚度不宜小于140mm。

1.2 結合式混凝土加鋪層結構設計

結合式加鋪層適用于損壞狀況和接縫傳荷能力均評定為優良混凝土路面結構。結合式加鋪層的最小厚度為25mm，加鋪層成功的關鍵是加鋪層與原混凝土面層的結合。為了達到此目的，首先，將原混凝土面層表面的污垢和水泥砂漿體采取措施徹底清理，達到表面粗糙，然后，為了加鋪層與原混凝土面層粘結為一個整體，將高強的粘結劑，如環氧樹脂等涂在清理后的表面。由于加鋪層薄，層內不設拉桿和傳力桿，加鋪層的接縫形式和位置必須與原混凝土面層完全對齊，以防加鋪層產生反射裂縫或與原混凝土面層之間出現層間分離。

2 加鋪層混凝土板厚度設計參數

2.1 標準軸載與軸載換算

通常情況下，以汽車軸重為l00kN的單軸雙輪組荷載作為水泥混凝土路面結構設計的標準軸載。同時，可按等效疲勞損壞原則將各種不同汽車軸載的作用次數換算成標準軸載的作用次數，道路交通繁重程度可以根據標準軸的作用次數判斷。

依據混凝土疲勞方程，水泥混凝土路面的軸載換算公式如下：

（1）

（2）

（3）

（4）

式中：NS-標準軸載的作用次數，次/日；Ni-各級軸載的作用次數，次/日；n-軸載的分級數目；Pi-各級軸載單軸或雙軸總重，次/日；？啄i-軸一輪型系數，單軸一雙輪組時，δi=1；單軸一單輪時，按式（1）計算；雙軸一雙輪組時，按式（2）計算；三軸一雙輪組，按式（3）計算。

2.2 交通分級及標準軸載累計作用次數計算

水泥混凝土路面承受的交通，按設計基準期內設計車道所承受的標準軸載累計作用次數Ne劃分為四個等級，即特重交通、重交通、中等交通、輕交通。具體分級如表1所示。

表1 交通分級

水泥混凝土路面的設計基準期為路面達到預定的極限狀態時所能使用的年限。水泥混凝土路面的使用年限，可根據國內外使用經驗，并參照交通等級確定一般使用年限為20～30年。若確定很長的使用年限，則遠景交通量很難估計準確，而且會使初期建設投資過高。

2.3 基層頂面的當量回彈模量

底基層和墊層同時存在時，將底基層和墊層換算成具有當量回彈模量和當量厚度的單層，然后再與基層一起計算基層頂面當量回彈模量。

在舊瀝青路面上加鋪水泥混凝土路面時，舊瀝青路面的頂面當量回彈模量值，應通過承載試驗或彎沉測定法確定舊路面頂面的當量回彈模量Et；如用汽車實測路段的回彈彎沉值，可按統計計算的方法確定計算回彈彎沉值l0，按下式轉換成基層頂面的當量回彈模量Et：

（5）

式中：l0-以后軸重100kN的車輛測得的計算回彈彎沉值，以0.01mm計。

2.4 水泥混凝土的設計強度與彎拉彈性模量

水泥混凝土路面以28d齡期的彎拉強度作為設汁控制指標，當混凝土澆筑后90d內不開放交通時，可采用90d齡期的彎拉強度。各交通等級要求的混凝土彎拉強度標準值不得低于表2的規定。

表2 混凝土的設計彎拉強度與彈性模量

3 加鋪層設計步驟

考慮荷載應力和溫度翹曲應力綜合疲勞損傷作用的水泥混凝土加鋪層厚度和板平面尺寸確定方法。通過對加鋪層性能的研究，可以看出，在進行水泥混凝土路面加鋪設計及施工時，應按照以下的步驟進行：

第一步，對原混凝土路面進行全面的技術調查，其主要內容包括：原有公路設計、施工、養護等技術資料；原有公路路面運營的損壞狀況（一般包括路面損壞的種類類型、結構損壞的輕重程度、修補的內容及修補方式等）；路面結構強度狀況（即路面表面彎沉值、接縫處的傳遞荷載的能力、路面板底脫空等）；已承受的交通荷載及預計的交通需求情況，如交通量、軸載組成及增長率等；環境條件，如沿線氣候條件、地下水位以及路基和路面的排水狀況等。

第二步，對交通參數進行廣泛收集并進行充分分析，收集日交通量，整理研究軸載組成數據，按照論文的分析結果，對設計車道標準軸載日作用次數進行計算；由經過確定得出的交通等級選定設計基準期，對設計基準期內交通量年平均增長率進行預測，計算設計基準期內標準軸載的累計作用次數。

第三步，確定將要進行的加鋪層路面的結構形式：確定對原路面結構的利用和處理意見及措施（包括路床、墊層、基層），確定加鋪結構層擬采用的工程材料的類型和加鋪材料的厚度；依據交通等級、道路等級和所選變異水平等級初選加鋪層混凝土板厚度，最后確定路面板的平面尺寸和接縫的構造形式。

第四步，確定選用的加鋪層路面材料的力學性能參數，通過試驗的方法確定路面混凝土材料設計受彎拉強度和彈性模量，通過現場試驗確定基層、墊層和路基的回彈模量以及基層頂面的當量回彈模量。

第五步，通過理論公式計算得到荷載疲勞應力。

第六步，通過對不同地區自然區劃的研究確定和計算溫度疲勞應力，并計算溫度疲勞應力系數。

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