浅谈道路工程中的水泥混凝土路面结构设计

任立建

【摘要】国内道路施工中，其结构设计中水泥混凝土路面十分常见，具有强度高、承载作用强、寿命长、养护便捷的优势，从国内长期发展状况分析可看出，车流量、载重量增加速度较快，带动了道路路面容易发生断裂等负面现象，引起实际道路使用寿命低于设计状况，需要引起重视。本文对道路工程的路面结构设计进行了探讨，旨在为工程实践提供一定的理论基础。

【关键词】道路工程；水泥混凝土；路面结构设计；施工质量

交通运输行业快速发展，对应国内道路工程结构设计越发关键。工程一般选择水泥混凝土路面进行设计，路面长期处于自然环境影响下，受恶劣天气、车辆重载荷作用，外界冲刷、磨损等状况导致路面的使用寿命与设计寿命差异较大，为了保证通车安全性，后期维修、改造成本相对较高。因此，需要加强水泥耐久性考虑，保证道路质量满足基本要求，充分实现对材料、结构的优化设计是当下主要任务。

1、水泥混凝土路面损坏状况和结构设计概述

1.1损坏状况分析

第一、断裂，路面承载负荷过高，引起混凝土强度超过预期设计上限，将会导致明显的纵向、横向拉断裂缝，若裂缝严重将会形成面板碎裂的现象。该状况的起因为：板体过薄、载重过大或者路面使用频率偏高，板体的平面尺寸过高或者温度应力偏大等原因，进而导致地基发生沉降引起板底支撑效果下降，此外，施工养护环节收缩应力过高、混凝土强度低于设计标准等均会引起断裂现象。

第二、拱起，混凝土路面的面板在膨胀作用下，阻力作用引起接缝位置的板体向上拱起。起因：板体收缩时缝隙过高引起；缝隙填充料失效，热压应力作用导致的拱起，进而出现纵向失稳状况。一般采取膨胀效果偏大的石料，如硅质岩石可避免板块上拱的状况。

第三、错台，接缝或裂缝两侧路面板端部出现的竖向相对位移。原因：横缝处传荷能力不足，车轮经过时相邻板端部会出现挠度差，使沿缝隙下渗的水带着基层被冲蚀的碎屑向后方板下运动.把该板抬起胀缝下部填缝板与上部缝槽未能对齐。或胀缝两侧混凝土壁面不垂直，使缝旁两板在伸胀持压过程中，会上下错位而形成错台。当交通量或地基承载力在横向各块板之间不一致时，纵缝也会产生错台现象。错台的出现，降低了行车的平稳性和舒适性。

1.2路面結构设计说明

国家对水泥混凝土路面的设计中规定，面板的疲劳断裂为主要判定形式。结构可靠度：规定时间范围内，路表状态、使用性能均满足预期目标。

路面结构几何设计中的要求，面层类型，一般选择普通混凝土进行接缝施工，平面尺寸偏大、形状存在不规则性状况下，结构下需要埋设地下设施，高填方、软土地基、填挖交界段的路基有可能产生不均匀沉降时.应采用设置接缝的钢筋混凝土面层，一般二级及二级以下公路采用碾压混凝土面层。面层厚度的要求：三级、四级公路厚度需要根据交通量进行考虑，分为低于23cm、低于20cm，如农村公路的水泥混凝土面层厚度为18cm。基层：基层需要具有均匀性、承载稳定性的特点，避免错台等现象的发生，充分延长使用寿命，保证整体刚度、强度、稳定性满足规范要求，一般基层宽度需要比面板多出25-35cm。底基层：该部分与面层、基层共同实现对车辆载荷的支撑，材料强度相比于基层略低。基层、底基层可根据交通通行要求进行层数的选择，一般为一层、两层。

2、低噪音水泥混凝土路面的设计

当下，随着社会大众环保意识的增强，低噪音路面逐渐成为关注焦点。社会大众开展轮胎、路面噪音的关系分析，目的在于提高路面的性能。针对国内外道桥工程的施工案例分析，结果表明水泥混凝土路面施工拉毛环节中，避免均匀弹簧钢齿的应用较为合理，原因在于该钢齿声音频率与沟槽和车轮摩擦噪音大体一致。研究分析表明，同一时间，不同频率的噪音将会形成一定的抵消作用，可降低整体噪音。此外，还可借助国外降噪的设计方法：第一、为打破同一频率的噪声，使用无规律的、间距不等的叉形彈簧钢齿进行拉毛。以120km/h的车速测试，该路面噪音比起造价高昂、品质优良的沥青混凝土路面稍高，但比传统水泥混凝土路面噪音低得多。第二、铺露石面层，薄层厚度以5cm为宜。露石面层应选取耐磨指数较高的石料。同样以120km/h车速测试，此路面的噪音比沥青混凝土路面的噪音还要低3 4dB。这一成果在英国、芬兰、德国等国家都得到了广泛的应用。

双层水泥混凝土的摊铺技术较为关键，摊铺机应用中，配套水泥混凝土可充分满足“湿对湿”配比和混凝土厚度要求。即前半部分铺一定厚度的常规水泥混凝土，后半部分在其表面再加铺单一粒径的露石面层。

3、路面设计的可靠度分析

道桥设计中，安全等级一般分为三个级别。低变异水平等级状况下，需要对面层进行厚度的增加：高变异水平等级状况下可对面层厚度进行下调处理。设计中需要综合经济、技术要求，保证变异水平等级的合理性。高速公路路面的设计中，为了提高车辆通行舒适度，一般不建议降低变异水平的等级。结构设计环节中，需要根据设计参数、变异系数及变异系数的变化规律等进行可靠度系数的选择，提高整体目标控制的可靠度。可靠度的选择中，需要考虑结构设计、经济相关度要求等要素。一般路面初期设计的费用成本较高，后期养护费用低：反之目标可靠度下调状况下，初期投资成本有所下调，但养护费用相对较高。现阶段，工程中一般采取“校准法”对可靠度进行确立。该方法根据已有规范要求对路面进行隐蔽可靠度分析，进而制定目标可靠度。在原有路桥设计的基础之上，提高可靠度的合理性、一致性，实现良好的经济目标。

结语：

道桥工程设计中，结构设计的重要性较高，需要引起业内学者的关注。结合国内外先进经验、成功案例进行分析，保证道桥工程路面的科学性、合理性。避免路面结构恶化过于严重的状况，提高耐久性、稳固性要素的设计分析，保证交通运行的通畅度不受负面影响。