市政路程水泥混凝土路面设计及分析

王廷谋，庞远辉

（广西钦州北投环保水务有限公司，广西 钦州）

市政路程是城市交通的重要组成部分，而水泥混凝土路面是市政路程中常见的一种路面类型。在市政路程水泥混凝土路面设计中，需要考虑多方面的因素，如路面结构的耐久性、维护成本、交通流量、轴载分布和道路安全性能等。通过对市政路程水泥混凝土路面设计的经验进行总结，提出一些有关路面结构、沥青混凝土衔接层、排水设施和路面防滑措施的设计方案和建议，为相关设计和建设提供参考。

1 工程概况

某市一条二级公路，原本的路面宽度为12 m，土路肩宽度为0.2 m。根据规划要求，该公路将被改建为一级公路，路面宽度将分别改为36 m 和26 m，硬路肩宽度仍保持0.5 m，双向分别设有车道和车道。同时，该公路的年交通增长率预计为7%，而土基的回弹模量为40 MPa。在进行改建设计时，需要考虑多个因素，包括路面结构、路基处理、交通流量、安全性能等。路面结构的重新设计需要考虑到路面的承载能力、耐久性和抗滑性能等，以确保改建后的路面能够满足一级公路的标准。路基的处理需要充分考虑土基的性质和状况，必要时需要进行加固和处理，以保证路基的稳定性和承载能力。其中主要交通量组成及参数见表1。

表1 交通量组成

2 轴载分析

轴载分析是一种用于评估道路结构设计中各种轴载组合对路面承载能力影响的方法。这个分析旨在确定不同轴载和轴型组合对路面结构的影响，以便更好地设计道路结构，使其能够承受各种交通荷载。在分析中，水泥混凝土上路面结构设计以100 KN 的单轴——双轮组荷载作为标准轴载。不同轴——轮型和轴载的作用次数，按下如下公式式进行换算，小于40 kN 的单轴和80 kN 双轴可略去不计。换算为标准轴载的作用次数。计算结果见表2。

表2 轴载换算汇总表

式中：

Ns——标准轴载的作用次数（次/d）

Ni——各级轴载的作用次数（次/d）

n——轴型和轴载的分级数目

Pi——各级轴载单轴或双轴总重（KN）

δ——轴-轮型系数，单轴-双轮组时, δi=1；

3 交通分析

3.1 累计当量轴次的计算

在本次的交通分析中，将专注于累计当量轴次的计算。计算过程依据设计规范和公路技术等级可靠度设计标准(表3），知道一级公路的设计基准期为t=30 年。

表3 可靠度设计标准

在这个项目中需要计算的是车辆在临界荷位处的轮迹横向分布系数。这个系数可以通过查询水泥混凝土路面车道轮迹横向分布系数的建议值(表4）来获取。

表4 水泥混凝土路面车道轮迹横向分布系数的建议值

取 η=0.2，已知交通量年增长率为 γ=7%，轴载作用次数Ns=6 317.9（次/d）

设计年限内一个车道通过累计当量标准轴次Ne

式中：

γ——设计年限内交通量年平均增长率

N——路面竣工后第一年双向日交通量的当量轴次，次/日

N——设计年限内末年的双向日交通量的轴载作用次数，次/日

t——设计年限

η——车道系数

3.2 交通分级的确定

累计标准作用次数Ns 为4 345，超过2 000 次，根据表5 确定交通等级为特重。设计使用年限为30年。这样的分级确定可以有效地评估水泥混凝土路面的交通承载能力，并为道路维护、改造和管理提供科学依据。在道路设计和维护过程中，需要根据实际情况合理选择交通等级，以确保道路的安全性和可靠性。

表5 交通等级表

4 初拟路面结构

4.1 初拟路面厚度

根据《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2002）的规定，初步拟定了普通混凝土面层的厚度为0.28 m。在基层的选择上，使用水泥稳定碎石（含水泥量达到5%），其厚度为0.25 m。还设置了一层垫层，其厚度为0.15 m，采用低剂量石灰稳定土（石灰土处理路基）作为垫层材料。普通混凝土板的平面尺寸设定为宽4.5 m，长5 m。为了确保路面的稳定性和承载能力，在纵缝处选择了拉杆平缝的构造方式。为了提高路面的防水性能和耐久性，在横缝处没有设置传力杆的假缝。通过设计规划，力求在保证路面强度和稳定性的同时，兼顾施工方便性和经济性。这样的设计将能够满足交通流量大、车辆荷载重等实际需求，为道路使用者提供安全、舒适的行车环境。

4.2 路面材料参数的确定

根据特重交通等级的普通混凝土面层弯拉强度标准值，可以确定其相应的弯拉弹性模量标准值为31 GPa。这个数值是根据相关的规范和标准进行计算和评估得出的，旨在确保混凝土面层的强度和稳定性能够承受特重交通条件下的压力和负荷。在路基回弹模量的计算中，参考了规范中给出的中湿路基路床顶面回弹模量经验参考值表。取路基回弹模量为40 MPa。这个回弹模量值是根据对路基材料的研究和实验数据进行综合分析得出的，以确保路基在潮湿条件下具有足够的弹性和承载能力。

在垫层和基层材料的回弹模量计算中，参考了垫层、基层材料回弹模量经验参考值表。选择了低剂量石灰稳定土垫层（石灰处理路基）回弹模量为600 MPa 以及水泥稳定碎石基层回弹模量为1 400 MPa。这些回弹模量值是根据对不同类型道路材料的研究和实验数据进行综合评估得出的，以确保垫层和基层在各种环境条件下都能够保持稳定和耐用。根据计算结果，可以得出水泥各层的具体尺寸，如表6 所示。这些尺寸是根据对水泥材料的特性和相关规范的要求进行计算的，以确保水泥层的质量和性能能够满足特重交通等级的要求。

表6 混凝土路面初拟图

5 沥青混凝土衔接层

在市政路程水泥混凝土路面设计中，沥青混凝土衔接层是一个至关重要的组成部分。该衔接层位于混凝土板与基层之间，其主要功能是缓解两者之间的不均匀沉降以及吸收车辆行驶过程中产生的水平冲击。

在设计过程中，经过详细论证选择了沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA-13）作为铺装材料。该材料具有许多优良特性，包括高强度、耐磨和抗滑等。这些特性使得它成为理想的选择，可以有效地缓解混凝土板与基层之间的沉降差异。由于混凝土板和基层可能会因为各种因素而产生沉降差异，这可能导致路面的不平整和损坏。通过使用沥青玛蹄脂碎石混合料作为衔接层，可以将这些沉降差异减小到最低限度，从而确保路面的稳定性和耐久性。此外，沥青玛蹄脂碎石混合料还具有良好的抗滑性能。车辆在行驶过程中会产生水平冲击，如果没有适当的衔接层来吸收这些冲击，可能会导致路面的磨损和不安全情况。该材料还可以提高路面的抗滑性能，为行车提供更好的安全保障。这样可以减少车辆在行驶过程中的打滑风险，降低交通事故的发生概率。

6 排水设施

考虑到该地区降雨量较大，路面排水问题显得尤为重要。为了解决这一问题，在路面结构设计中加入了排水设施，以确保道路的畅通和安全。采取的是在路面结构底部设置一个厚度为15 cm 的排水砂砾层。这个砂砾层具有良好的透水性，能够迅速吸收路面上的雨水。当雨水落在砂砾层上时，由于其良好的渗透性能，雨水能够迅速渗透到地下，避免积水对路面结构的侵蚀。这种设计可以有效地减少水分对路面的损害，延长道路的使用寿命。除了防止积水侵蚀外，这个排水砂砾层还能有效防止地下水对路基的侵蚀。地下水往往会通过土壤渗入路基，导致路基的稳定性下降。而通过在路面结构底部设置排水砂砾层，可以有效地阻止地下水进入路基，保护路基的稳定性。即使遇到大雨天气，也能够确保道路的安全性和可靠性。该排水设施不仅能够及时排除路面积水，还能提高道路的通行能力。当雨水迅速渗透到地下后，道路表面将不再积水，车辆和行人可以更加方便地通行。这不仅提高了交通效率，也减少了因积水而导致的交通事故风险。同时，由于排水设施的存在，道路上的积水也能更快地被清理干净，保持道路的整洁和美观。

7 路面防滑措施

为了确保行车安全，在混凝土面层中添加了一定量的耐磨骨料，以提升路面的抗滑性能。这些耐磨骨料的作用是增加路面表面的粗糙度，从而提供更好的附着力，减少车辆在行驶过程中的滑移现象。通过这种方式，可以有效地减少车辆在湿滑或结冰的道路上发生打滑的风险，提高行车安全性。在沥青混凝土衔接层中，我们采用了SMA-13 材料。这种材料具有出色的抗滑性和耐磨性，能够进一步加强路面的抗滑性能。SMA-13 材料在混凝土面层和沥青混凝土衔接层之间形成了坚固的连接，有效防止水分渗透和结构剥离，即使在恶劣的天气条件下，如雨天、雪天或者潮湿环境中，车辆也能够安全地行驶在道路上。通过在混凝土面层中掺入耐磨骨料以及使用SMA-13 材料，能够显著提升道路的抗滑性能，确保车辆在各种天气条件下都能安全行驶。这不仅为驾驶员提供了更高的行车安全性，也为乘客和其他道路使用者创造了更加舒适和安全的出行环境。

8 结论

通过对市政路程水泥混凝土路面设计的经验进行总结，提出了一些有关路面结构、沥青混凝土衔接层、排水设施和路面防滑措施的设计方案和建议。通过实施这些措施，能够提高市政路程水泥混凝土路面的整体性能和耐久性，为市民提供更好的出行体验。同时，合理的路面设计也能够体现出一个城市的现代化水平和形象，为城市的发展做出贡献。