我國水泥混凝土路面設計工藝研究

明錦燕

【摘要】隨著我國國民經濟的發展，國家的交通事業也呈現出快速增長的趨勢。水泥混凝土工藝的成熟為交通道路事業的發展起到了推動作用。本文在筆者多年實踐的基礎上通過對水泥混凝土的特性進行深刻的分析和研究的基礎上探討在路面設計過程中水泥混凝土工藝的具體應用。

【關鍵詞】水泥混凝土；路面設計；力學構造

一、水泥混凝土路面結構特征及構造特點分析

從力學分析來看，水泥混凝土路面結構屬于彈性層狀體系。混凝土面板的彈性模量及力學強度大大高于基層和土基的相應模量和強度；混凝土的抗彎強度遠小于抗壓強度，取水泥混凝土板的抗彎拉強度指標作為設計指標；為使路面能夠經受車輪荷載的多次重復作用、抵抗溫度應力，并對地基變形有較強的適應能力，混凝土板必須具有足夠的抗彎拉強度和厚度。水泥混凝土路面的破壞類型主要有：斷裂、唧泥、錯臺、拱起、接縫擠碎等。

影響使用性能的因素是多方面的，混凝土路面結構設計應以防止面層斷裂為主要設計標準。

在水泥混凝土路面設計的構造特點包括以下幾個方面：

1、路面結構層組合設計——應根據路的交通繁重程度，結合當地環境條件和材料供應情況來進行。選擇安排混凝土路面的結構層次，包括土基、墊層、基層和面層的結構層位，各層的結構類型、彈性模量和厚度。

2、混凝土面板厚度設計——應按照設計標準的要求，確定滿足設計年限內使用要求所需的混凝土面層的厚度。

3、混凝土面板的平面尺寸與接縫設計

4、路肩設計——高速公路和一級公路中間帶和路肩路緣帶的結構應與行車道的混凝土路面相同，并與行車道部分的混凝土板澆筑為整體。

5、混凝土路面的鋼筋配筋率設計——當混凝土面板較長或交通量較大時，發基有不均勻沉降或板的形狀不規則時，可沿板的縱向加設鋼筋，在角隅處加設角隅鋼筋或鋼筋網，以阻止可能出現的裂縫。

二、水泥混凝土路面設計原則及路面設計方法理念探究

（一）筆者經多年的實踐經驗總結，水泥混凝土路面設計原則為：

1、根據使用要求及氣候、水文、土質等自然因素，密切結合本地區的實踐經驗，應保證工程的質量與耐久性。

2、在滿足交通與使用要求的前提下，應遵循因地制宜、合理選材、方便施工、利于養護、節約投資的原則進行混凝土路面設計方案的比較，選擇技術先進、經濟合理、安全可靠的方案。

3、積極推廣成熟的科研成果、積極慎重地運用行之有效的新材料、新工藝、新技術，以達到確保工程質量與耐久性的目的。

4、路面設計方案應充分考慮沿線環境的保護，自然生態平衡，有利于施工、養護工作人員的健康安全。

5、為確保工程質量，應盡可能選擇有利于機械化、工廠化施工的設計方案。

6、對于地處不良地基的路段，應采取有效措施加快穩定路基沉降，路基沉降速率達不到限定要求時，決不能倉促施工提前鋪筑路面板。

（二）對地基采用不同的力學模型：

1、溫克勒地基模型——地基如同由許多豎向緊密排列而互不關聯的線性彈簧所組成，地基頂面任一點的撓度僅同作用于該點的壓力成正比，而與其他點上的壓力無關。

2、彈性固體地基模型——地基看作是均質的半無限連續介質。地基頂面上任一點的撓度不僅同作用于該點的壓力有關，也同頂面其他點的壓力有關。

3、巴斯特納克地基模型——假設文克勒地基的彈簧單元之間存在一定程度的剪切阻尼作用，類似于彈簧頂部與由不可壓縮的梁或板單元組成的剪切層相聯結，層內各單元間由于橫向剪切而變形。

彈性地基板在承受局部荷載作用時的撓度和應力分析，可以采用數值法或解析法（主要是有限元法）。

三、我國我國水泥混凝土路面設計方法分析

我國水泥混凝土路面設計方法采用單軸雙輪組100KN標準軸載作用下的彈性半空間地基有限大矩形薄板理論有限元解為理論基礎，以路面板縱縫邊緣荷載與溫度綜合疲勞彎拉應力為設計指標進行路面板厚度設計。

關于接縫設計

1、縱向接縫

縱縫一般分為假縫和施工縫。縱縫間距一般為3～4.5m設置，當一次鋪筑寬度大于4.5米時，應增設縱向縮縫，縱向縮縫采用假縫形式，應設置拉桿，拉桿采用螺紋鋼筋，設在板厚中央。

2、橫向接縫

有三種：縮縫、脹縫、施工縫。

縮縫保證板因溫度和濕度的降低而產生收縮時沿該薄弱斷面縮裂，從而避免產生不規劃裂縫；脹縫保證板在溫度升高時能部分伸張，從而避免產生路面板在熱天的拱脹；施工縫應盡量做到脹縫處，如不可能，也應做到縮縫處。

A、脹縫

常采用平縫形式，也叫真縫。縫隙寬約20mm，縫隙上部30～40mm深度內澆灌填縫料，下部設置富有彈性的嵌縫板，由油浸或瀝青浸制的軟木板制成。應在脹縫板厚中央設置滑動傳力桿，采用光圓鋼筋。

B、縮縫

一般采用假縫形式，即只在上部設縫隙，寬為3～8mm，深度為板厚的1/5～1/4，一般為5～6cm，一般不必設傳力桿，但在鄰近自由端部的3條縮縫內，宜加設傳力桿。縮縫間距一般為4～6米。

C、橫向施工縫

也叫工作縫，采用平縫的構造形式，縫寬3～8mm，在深度1/5～1/4板厚的范圍內澆灌填縫料。脹縫處的施工縫，構造同脹縫，縮縫處的施工縫采用平縫加傳力桿型。加鋪層結構設計分三階段：舊路調查評定、改建方案確定、加鋪層設計。

設計過程如下所述：

1、調查現有混凝土面層的結構損壞狀況，選擇加鋪層形式，初估加鋪層厚度，并確定結構損壞的處理措施；

2、鉆取芯樣，測定舊混凝土路面的厚度和混凝土的劈裂強度，求得混凝土彎拉強度和彎拉彈性模量；

3、在舊面層上進行彎沉測定，反算得到舊路面頂面的當量回彈模量值；

4、分層疊加荷載疲勞應力和溫度疲勞應力，得綜合疲勞應力，檢驗加鋪層的設計厚度：分離式加鋪層的加鋪層以及舊面層的綜合應力，結合式加鋪層的舊面層的綜合應力應滿足式（16-48）的要求。

（1）分離式混凝土加鋪層

加鋪層鋪筑前應更換破碎板、修補裂縫、清除接縫中失效的填縫料和雜物；在舊混凝土面層與加鋪層之間應設置隔離層；加鋪層的厚度不宜小于180mm。

（2）結合式混凝土加鋪層

損壞狀況和接縫傳荷能力評定為優良時，可采用結合式混凝土加鋪層，加鋪層的最小厚度為25mm，應把舊混凝土面層表面打毛清理，并在清理后的表面涂敷粘結劑，使加鋪層與舊混凝土面層結合成整體。

四、總結

水泥混凝土路面設計經過多年的研究，其工藝已經達到很成熟的階段。在進行水泥混凝土的路面設計時應該注意水泥混凝土的調配比，在此基礎對水泥混凝土路面設計進行深入的研究。以期給相關實踐起到有益的指導作用。

參考文獻

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[2]談至明，姚祖康，田波.水泥混凝土路面的荷載應力分析[J].公路，2012（08）

[3]張軍，李劍波，邊惠英.剛性路面縮縫傳力桿的受力分析與設計[J].中南公路工程，2014（04）