我国水泥混凝土路面设计工艺研究

明锦燕

【摘要】随着我国国民经济的发展，国家的交通事业也呈现出快速增长的趋势。水泥混凝土工艺的成熟为交通道路事业的发展起到了推动作用。本文在笔者多年实践的基础上通过对水泥混凝土的特性进行深刻的分析和研究的基础上探讨在路面设计过程中水泥混凝土工艺的具体应用。

【关键词】水泥混凝土；路面设计；力学构造

一、水泥混凝土路面结构特征及构造特点分析

从力学分析来看，水泥混凝土路面结构属于弹性层状体系。混凝土面板的弹性模量及力学强度大大高于基层和土基的相应模量和强度；混凝土的抗弯强度远小于抗压强度，取水泥混凝土板的抗弯拉强度指标作为设计指标；为使路面能够经受车轮荷载的多次重复作用、抵抗温度应力，并对地基变形有较强的适应能力，混凝土板必须具有足够的抗弯拉强度和厚度。水泥混凝土路面的破坏类型主要有：断裂、唧泥、错台、拱起、接缝挤碎等。

影响使用性能的因素是多方面的，混凝土路面结构设计应以防止面层断裂为主要设计标准。

在水泥混凝土路面设计的构造特点包括以下几个方面：

1、路面结构层组合设计——应根据路的交通繁重程度，结合当地环境条件和材料供应情况来进行。选择安排混凝土路面的结构层次，包括土基、垫层、基层和面层的结构层位，各层的结构类型、弹性模量和厚度。

2、混凝土面板厚度设计——应按照设计标准的要求，确定满足设计年限内使用要求所需的混凝土面层的厚度。

3、混凝土面板的平面尺寸与接缝设计

4、路肩设计——高速公路和一级公路中间带和路肩路缘带的结构应与行车道的混凝土路面相同，并与行车道部分的混凝土板浇筑为整体。

5、混凝土路面的钢筋配筋率设计——当混凝土面板较长或交通量较大时，发基有不均匀沉降或板的形状不规则时，可沿板的纵向加设钢筋，在角隅处加设角隅钢筋或钢筋网，以阻止可能出现的裂缝。

二、水泥混凝土路面设计原则及路面设计方法理念探究

（一）笔者经多年的实践经验总结，水泥混凝土路面设计原则为：

1、根据使用要求及气候、水文、土质等自然因素，密切结合本地区的实践经验，应保证工程的质量与耐久性。

2、在满足交通与使用要求的前提下，应遵循因地制宜、合理选材、方便施工、利于养护、节约投资的原则进行混凝土路面设计方案的比较，选择技术先进、经济合理、安全可靠的方案。

3、积极推广成熟的科研成果、积极慎重地运用行之有效的新材料、新工艺、新技术，以达到确保工程质量与耐久性的目的。

4、路面设计方案应充分考虑沿线环境的保护，自然生态平衡，有利于施工、养护工作人员的健康安全。

5、为确保工程质量，应尽可能选择有利于机械化、工厂化施工的设计方案。

6、对于地处不良地基的路段，应采取有效措施加快稳定路基沉降，路基沉降速率达不到限定要求时，决不能仓促施工提前铺筑路面板。

（二）对地基采用不同的力学模型：

1、温克勒地基模型——地基如同由许多竖向紧密排列而互不关联的线性弹簧所组成，地基顶面任一点的挠度仅同作用于该点的压力成正比，而与其他点上的压力无关。

2、弹性固体地基模型——地基看作是均质的半无限连续介质。地基顶面上任一点的挠度不仅同作用于该点的压力有关，也同顶面其他点的压力有关。

3、巴斯特纳克地基模型——假设文克勒地基的弹簧单元之间存在一定程度的剪切阻尼作用，类似于弹簧顶部与由不可压缩的梁或板单元组成的剪切层相联结，层内各单元间由于横向剪切而变形。

弹性地基板在承受局部荷载作用时的挠度和应力分析，可以采用数值法或解析法（主要是有限元法）。

三、我国我国水泥混凝土路面设计方法分析

我国水泥混凝土路面设计方法采用单轴双轮组100KN标准轴载作用下的弹性半空间地基有限大矩形薄板理论有限元解为理论基础，以路面板纵缝边缘荷载与温度综合疲劳弯拉应力为设计指标进行路面板厚度设计。

关于接缝设计

1、纵向接缝

纵缝一般分为假缝和施工缝。纵缝间距一般为3～4.5m设置，当一次铺筑宽度大于4.5米时，应增设纵向缩缝，纵向缩缝采用假缝形式，应设置拉杆，拉杆采用螺纹钢筋，设在板厚中央。

2、横向接缝

有三种：缩缝、胀缝、施工缝。

缩缝保证板因温度和湿度的降低而产生收缩时沿该薄弱断面缩裂，从而避免产生不规划裂缝；胀缝保证板在温度升高时能部分伸张，从而避免产生路面板在热天的拱胀；施工缝应尽量做到胀缝处，如不可能，也应做到缩缝处。

A、胀缝

常采用平缝形式，也叫真缝。缝隙宽约20mm，缝隙上部30～40mm深度内浇灌填缝料，下部设置富有弹性的嵌缝板，由油浸或沥青浸制的软木板制成。应在胀缝板厚中央设置滑动传力杆，采用光圆钢筋。

B、缩缝

一般采用假缝形式，即只在上部设缝隙，宽为3～8mm，深度为板厚的1/5～1/4，一般为5～6cm，一般不必设传力杆，但在邻近自由端部的3条缩缝内，宜加设传力杆。缩缝间距一般为4～6米。

C、横向施工缝

也叫工作缝，采用平缝的构造形式，缝宽3～8mm，在深度1/5～1/4板厚的范围内浇灌填缝料。胀缝处的施工缝，构造同胀缝，缩缝处的施工缝采用平缝加传力杆型。加铺层结构设计分三阶段：旧路调查评定、改建方案确定、加铺层设计。

設计过程如下所述：

1、调查现有混凝土面层的结构损坏状况，选择加铺层形式，初估加铺层厚度，并确定结构损坏的处理措施；

2、钻取芯样，测定旧混凝土路面的厚度和混凝土的劈裂强度，求得混凝土弯拉强度和弯拉弹性模量；

3、在旧面层上进行弯沉测定，反算得到旧路面顶面的当量回弹模量值；

4、分层叠加荷载疲劳应力和温度疲劳应力，得综合疲劳应力，检验加铺层的设计厚度：分离式加铺层的加铺层以及旧面层的综合应力，结合式加铺层的旧面层的综合应力应满足式（16-48）的要求。

（1）分离式混凝土加铺层

加铺层铺筑前应更换破碎板、修补裂缝、清除接缝中失效的填缝料和杂物；在旧混凝土面层与加铺层之间应设置隔离层；加铺层的厚度不宜小于180mm。

（2）结合式混凝土加铺层

损坏状况和接缝传荷能力评定为优良时，可采用结合式混凝土加铺层，加铺层的最小厚度为25mm，应把旧混凝土面层表面打毛清理，并在清理后的表面涂敷粘结剂，使加铺层与旧混凝土面层结合成整体。

四、总结

水泥混凝土路面设计经过多年的研究，其工艺已经达到很成熟的阶段。在进行水泥混凝土的路面设计时应该注意水泥混凝土的调配比，在此基础对水泥混凝土路面设计进行深入的研究。以期给相关实践起到有益的指导作用。

参考文献

[1]谈至明，姚祖康，刘伯莹.双层水泥混凝土路面板的温度应力[J].中国公路学报，2013（02）

[2]谈至明，姚祖康，田波.水泥混凝土路面的荷载应力分析[J].公路，2012（08）

[3]张军，李剑波，边惠英.刚性路面缩缝传力杆的受力分析与设计[J].中南公路工程，2014（04）