水泥混凝土路面设计方法

水泥混凝土路面设计方法

吴小琴

青海蓝图公路勘测设计有限责任公司810000

摘要：水泥混凝土路面是一种结构复杂的体系，其上层为水凝图面，下层根据结构不同会分为基层、底层、垫层，最下层则是起支撑作用的路基。它具有变形小、使用年限等其它路面无法比拟的优势。本文基于水泥混凝土路面设计方法展开研究，望可以起到参考作用。

关键词：水泥混凝土路面；设计方法

一、水泥混凝土路面特征

水泥混凝土路面是一种刚性路面，其力学性质较好，且混凝土板一般处于弹性阶段，因此它由于汽车荷载产生的最大应力不会超过混凝土板的极限应力。作为刚性路面，它与柔性路面相比其面板与基层之间摩擦阻力较小，且设计是以弹性路面理论开展的。

但它也存在弊端。由于车辆的重复作用在加上面板抗弯程度低于抗压程度，这会导致混凝土面板在负荷作用下在还未达到极限抗弯程度情况下就会被破坏。而且，面板顶面与底面的温度一般也会存在较大差异，这样也很容易引起翘曲应力，地基的变形对面板也会产生较大影响，不均匀地基沉静很容易使混凝土板局部脱空。这就要求设计师在开展工作时需对车流量及路面结构充分考虑，确保路面施工的科学性。

二、水泥混凝土路面优点

水泥混凝土刚性路面在任何等级的轴载作用下，均无柔性路面的弯沉盆，不像沥青路面重车行驶始终在爬弯沉盆。所以在使用期内车辆的燃油消耗比沥青路面节省15%～20%，刚性路面的运营经济性远高于柔性路面。水泥混凝土路面其优点：

（一）强度高、耐久性

水泥混凝土路面具有较高的抗压、抗弯和抗磨耗的力学强度，因而耐久性好，使用年限较长。

（二）稳定性好

水泥路面的力学强度不受自然气候温度和湿度的影响，因而热性、水稳定性和时间稳定性都较好，特别是它的强度能随着时间而逐渐增高，不像沥青路面那样时间增长而产生“老化”。

（三）平整度和粗糙度好

尽管水泥混凝土路面设有许多接缝，但它的表面很少起伏、波浪变形，通行各种重型车辆，均能够保持良好的平整度。同时，路面在潮湿时仍能保持足够的粗糙度，而使车辆不打滑，能够保持较高的安全行车速度。

三、混凝土路面的结构设计内容

（一）路面结构层组合设计

一般来讲路面结构层的组合是根据车流量、车型及交通压力来确定最终的路面结构层组合，并要根据当地环境与自然材料进行具体设计。路面的结构层次主要有土基、垫层、基层及面层，且各个层面都有着严格的施工标准。技术设计的合理结构组合需在满足工程经济条件下保证混凝土面板能够在使用期限内承受预约交通荷载，以保证路用品质。

在整个工程中路面结构层设计占据重要地位，混凝土路面、钢筋混凝土路面、连续配混凝土路面等是工程中常见的路面。基层与垫层有粒科类、稳定类、贫混凝土类这三种，不同材料一般具有不同抗逆能力。从以上不难看出，工程施工一般有多种方案，但资金是有限的，这也就对设计师提出了较高要求，他们在展开设计时必需要立足实际，根据道路等级来选用经济、科学的施工方案。

（二）混凝土面板厚度和平面尺寸的设计

厚度要满足设计年限内使用需求，并根据设计标准来确定。平面尺寸的设计要保证面板内产生的荷载应力和温度应力条件，确定接缝位置的构造，有效的保证接缝的传递荷载能力。

（三）路肩的设计

高速公路以及一级公路中间带和路肩带的结构应力要保证和行车道混凝土路面相同，并和行车道浇筑成一个整体，一般公路的混凝土路面要设置路缘石或者加固路肩的设施，加固材料可以使用沥青混合料等。

（四）混凝土路面的钢筋配筋率

在交通量较大或者混凝土路面板太长、地基产生不均匀沉降的可能性大或者板的形状不规则时，要沿着面板纵向加设钢筋，以防止裂缝的出现。

（五）水泥混凝土路面典型结构设计参数

路面的面层选择取决于公路等级、交通量和投资资金等。路面典型结构设计参数主要有：设计交通量、各结构层材料的参数、旧水泥路面处理方式和处理后的回弹模量等。这些参数与当地的自然环境状况、路面的破坏和处理情况、材料来源等都有很大的关系，合理的确定这些参数对路面的再生技术来说有很大的帮助，根据设计参数来确定设计方案的合理性。

交通量等级的划分以及车辆荷载的作用是影响路面使用寿命的关键因素，路面典型结构设计中必须采用交通量和轴载方面的观测数据，预测设计使用期内交通增长，荷载的大小等外界因素，更好的为路面的耐久性提供保障。

结构层包括垫层、基层和面层。特殊条件下例如在季节性抗冻地区，当路面总厚度小于防冻厚度时；水文地质条件不良、路床湿度较大时都要设置垫层，路基可能产生不均匀沉降时垫层要采用半刚性的。

旧水泥路面处理后回弹模量的不同是设计考虑的一个重要问题，回弹模量要通过现场实测得到，不能简单的按照设计资料进行计算。得到老路面的回弹模量后和新设计路面进行对比分析。因为路面破坏后基层材料性能也发生很大的改变，不同改造工艺下旧水泥路面的回弹模量也不尽相同这就需要具体工作时现场测定，不能一味的参照以往的实践经验。

（六）水泥混凝土路面结构组合设计

高液限粘土及含有机质细粒土不能做高一级道路路床填料或二级和二级以下道路上路床填料；高液限粉土及塑性指数大于16或膨胀率大于3%低液限粘土不能做高一级道路上路床填料。必须采用做填料时应掺加石灰或水泥等进行土质改善。对于基层材料选择时特重交通适宜贫混凝士、碾压混凝土或沥青混凝土时，计算应按复合式路面分析，强度以试验为准，对水泥混凝土面层下基层要求是抗冲刷能力大于冲刷基层表面，在渗入水和荷载共同作用下会产生淤泥、板底脱空和错台等病害导致行车不舒适，并加速和加剧板破裂。混凝土面层下采用贫混凝土基层是为了增加基层抗冲刷能力，高强度贫混凝土不能使面层厚度降低而增加混凝土面层温度翘曲应力，产生影响到面层收缩裂缝。新规范取消基层顶面综合模量规定值要求。对于面层板来说大部分混凝土路面横向缩缝均未设传力杆。不设传力杆主要原因是施工不便。接缝是混凝土路面最薄弱处，除了基层不耐冲刷外，接缝传荷能力差也是一个重要原因。无传力杆接缝由于板边挠度大而容易迅速产生板块断裂。接缝无传力杆旧混凝土面层在考虑设置沥青加铺层时会使接缝传荷能力差易产生反射裂缝而必须增加加铺层厚度。为了改善混凝土路面行驶质量，保证混凝土路面使用寿命，在使用后期铺设加铺层。

（七）基层设计

水泥混凝士面层下设置基层，能为面层提供均匀而稳定支承，防止唧泥，错台，冻胀等病害发生，保证路面整体性，延长路面使用寿命。基层所用材料宜按照道路交通等级进行选取，为了避免浪费，基层厚度不必过大，以满足形成结构层，方便施工或排水要求为度。以特重交通等级公路为例，可以采用基层类型有贫混凝土，碾压混凝土、沥青混凝土。贫混凝土和碾压混凝土基层厚度范围为12～20cm，沥青混凝土基层厚度范围为4～6cm，取值时按设计轴载数多少和路床强弱程度在上述范围内进行选择。垫层材料强度要求不一定高，但水稳性能与隔热性能要好，选材多以就地取材为原则，防冻垫层和排水垫层一般采用颗粒材料，如砂砾，中粗砂等，半刚性垫层可采用低剂量无机结合料稳定粒料或土，垫层宽度应与路基同宽，最小厚度为15cm。路肩铺面适宜采用水泥混凝土面层或沥青面层。选用水泥混凝土面层时厚度采用与行车道面层等厚，基层也宜与行车道基层相同，选用沥青面层时选用密实型沥青混合料，基层选用无机结合料稳定粒料或级配粒料。路面铺筑应与行车道结构相适应且应兼顾排水要求。

四、结语

总之，在进行水泥混凝土路面设计时需要考虑的因素较多，要想完成科学的设计，必须要统筹兼顾。通过近几年国家政策调整不难发现，国家对基础设施投资持续增加，我国公路事业的发展也正朝着健康稳定、高质量方向发展。因此相关从业人员也应不断实践、勇于探索，努力为我国交通运输行业的发展贡献出自己的一份力量。

参考文献：

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