水泥混凝土路面设计

2009-06-15徐向东楼向南

管理观察 2009年11期

徐向东　楼向南

摘要：水泥混凝土路面是当前高等级公路的一种主要结构形式，介绍了水泥混凝土路面的特点，分析了基层强度和水泥混凝土板厚对水泥混凝土路面结构强度的影响，提出了优化水泥混凝土路面设计的几点建议为同类提供参考。

关键词：水泥路面设计

水泥混凝土路面具有板体性好、承载能力大、使用寿命长、养护费用少、抗磨耗能力强等优点，因而在公路建设及城市道路工程中被广泛的应用。80年代以来，随着我国国民经济的发展，特别是改革开放的深入，道路交通量迅速的增长大型客车和重型货车的比重也逐年提高。为了解决高品质的国产沥青不足，提高路面等级及其承载能力，适应重交通日益增长的筲要，此间我国加紧水泥混凝土路面的设计、研究工作，随着设计理论日臻完善，设计方法日趋合理，施工工艺不断改进。80年代至90年代初期，我国的水泥混凝土路面建设呈现一个高峰期。但从道路使用运营状况来看，大多数的水泥混凝土路面难以达到20一30年的设计使用年限，并且出现一些较严重的缺陷，如路面的早期断裂、错台边角破损、平整度及粗糙度差等给行车和养护带来一定的困难，且不易处理，修复费用高难度大。究其原因，除了设计施工质量问题外、还有各种自然因素的影响。因此本文将从设计构造的角度，就如何提高水泥混凝土路面的使用性能，有效的控制路面的缺陷，结合自己的实践体会与具体做法提出一些探讨意见，供同仁参考讨论。

1.水泥混凝土路面的特点

水泥混凝土路面有很多的优点：路面强度高、承载能力大，耐磨耗能力强，能见度好，使用寿命长，养护费用少，行车的油耗也较沥青路面少10％一15％，正因为有这些优点，所以水泥混凝土路面在许多省市广泛使用，也取得了比较好的效果。

2.水泥混凝土路面的设计理论

我国现行《公路水泥混凝土路面设计规范》采用的是弹性地基上的小挠度薄板理论，以荷载应力和温度应力产生的综合疲劳损坏作为设计标准，即设计时控制板内临界荷位处的荷载疲劳应?滓pr。和温度疲劳应力?滓tc之和(综合疲劳应力)不大于混凝土的疲劳强度ft。其极限状态设计表达式为：

Yt(?滓pr+?滓tc)≤ft

设计方法选用板边缘中点作为临界荷位，采用弹性半空间地基上的薄板理论和有限元法计算标准轴载在该处产生的最大荷载应力。

3.砼路面接缝设计

3.1纵缝。砼路面纵缝分为设置拉杆的纵向缩缝(假缝)和纵向施工缝(平缝)。

3.2横缝

3.2.1横向缩缝。横向缩缝采用假缝，主线所有横向缩缝均设有传力杆。横向缩缝按6：1的斜度切割，其交角为9020"(互通、停车场、服务区范围内的横向缩缝切正缝)，切割深度不小于7.5cm。

3.2.2胀缝。在邻近构造物处、板厚改变处、小半径平曲线和凹形曲线纵坡变换处均设置胀缝。在邻近构造物的胀缝应根据施工温度至少设置2条。胀缝设置一般按规定200m 间距设置。但应根据混凝土施工时的气温情况进行调整，高温施工时宜少设。胀缝采用滑动传力杆加钢筋笼的形式。在气温低于20℃时，宜预留一块板，等气温升至30℃ 时再做胀缝。

3. 3 交叉口接缝

面寝的接缝布置应考虑与交通流量相适应，井易于排水，整齐美观，施工方便。

3.4 水泥混凝土路面设计可靠度的分折

公路工程结构的设计安全等级为3个等级．路面工程的安全等级仅考虑高速公路．一级公路和二级公路的路面，相应的安全等级要求规定为一级、二级和三级。为三级和四级公路路面增加一个设计安全等级—— 四级．并规定了相应的设计基准期为20MPa；而设计安全等级为四级的路面结构的目标可靠指标和目标可靠度．系按前三级的数值级差递降得到的。按施工技术、施工质量控制和管理要求达到和可能达到的具体水平。选用其他等级。降低选用的变异水平等级，须增加混凝土面层的设计厚度要求；而提高选用的变异水平等级．则可降低混凝土面层的设计厚度或混凝土的设计强度要求。可通过技术经济分析和比较予以确定但对于高速公路的路面，为保证优良的行驶质量，不宜降低变异水平等级材料性能和结构尺寸参数的变异水平等级．按施工技术、施工质量控制和管理水平分为低、中、高三级由滑模或轨道式施工机械施工．并进行认真，严格的施工质量控制和管理的工程．可选用低变异水平等级。由滑模或轨道式施工机械施工，但施工质量控制和管理水平较弱的工程，或者采用小型机具施工．而施工质量控制和管理认真、严格的工程．可选用中低变异水平等级。采用小型机具施工，施工质量控制和管理水平较弱的工程．可选用高变异水平等级。

设计时，可依据各设计参数变异系数值在各变异水平等级变化范围内的情况选择可靠度系数。目标可靠度是所设计路面结构应具有的可靠度水平。它的选取是一个工程经济问题：目标可靠度定得较高，则所设计的路面结构较厚，初期修建费用较高．但使用期间的养护费用和车辆运行费用较低；目标可靠度定得较低，初期修建费用可降低，但养护费用和车辆运行费用需提高。通常采用“校准法”来确定目标可靠度。

4.路面排水设计

4.1 填方路段

根据路线的纵坡及路面横坡，在中央分隔带每10m(纵坡小于1％或横坡小于2％的路段)或20m设2m长的泄水口(2m 包括在10m或20m 内)。

在泄水口处设纵向水沟和集水井或清淤井，在清淤井与集水井之间设纵向水管，使清淤井内的水通过纵向水管排向下游的集水井中；在集水井处设横向排水管，通过横向排水管(中间无接头的U—PVC管；运输困难地段做一中间接头，用两节管插入粘接)、急流槽将水排至排水沟。

4.2 挖方路段

土质路段通过加深边沟解决排水问题，集水井及泄水口设置同填方路段，边沟的加深深度应视具体情况而定，但总深度不大于2m。

石质路段每12m设2m长的泄水口(2m包括在12m内)，泄水口处设纵向水沟和清淤井，非泄水口处为U—PVC纵向水管，通过U—PVC管和纵向水沟将水引至填方地段的集水井中排出；若切方路段较长，遇暴雨纵向水管排水能力不够时，部分雨水以漫流形式从超高内侧排至边沟。

4.3 合成坡度

坡度小于0．5％路段不设中央分隔带路缘石，在中央分隔带内设纵向水沟将雨水引至集水井，通过横向排水管排出。

4.4 中央分隔带排水

中央分隔带设置路缘石，下填粘土，上填耕植土并用压路机压实成双向坡度>15％的横坡，上面满铺草皮，使雨水通过横向坡排向混凝土路面。

4.5 路肩排水