向　阳

（贵州省城乡规划设计研究院　贵州　贵阳　550001）

分析道桥水泥混凝土路面结构设计要点

向阳

（贵州省城乡规划设计研究院贵州贵阳550001）

针对道路桥梁路面设计要求，简单介绍水泥混凝土路面早期损坏形式及原因与设计依据，在此基础上从基层组合型式、面层厚度、平面尺寸以及混凝土配比四个方面对结构设计要点进行深入的分析，为道桥水泥混凝土路面结构设计工作的有序开展提供理论基础。

道桥；水泥混凝土路面；结构设计

随着我国交通道路建设力度的不断加强，水泥混凝土路面这种具有高强度、高稳定性特点的路面逐渐被更多的工程所使用，在交通量急剧增长的形势下，道桥路面的实际厚度已经由最初的22cm上升至26cm或28cm，并且要求必须是无筋混凝土构造形式。不同的道路桥梁等级对于路面的抗弯、抗拉强度要求会有所不同，设计寿命也会存在一定差距，实践表明，有许多道路桥梁的路面在建成初期就出现了不同程度的损坏情况，究其原因，绝大多数是由于结构设计不合理等问题造成，因此，应切实加大道桥路面结构设计方面的研究力度。

1　道桥水泥混凝土路面早期损坏形式及原因

1.1断裂与破损

首先是所用水泥混凝土的强度不达标，其次为设计强度较低或面层的设计厚度较薄，特别是在超载情况较为严重的路段上，这种断裂与破损的情况较为严重。

1.2唧泥

主要由于施工时未按要求设置传力杆及接缝宽度超出限度等原因导致，此外在设计层面上，基层没有加设封层会使基层出现渗水、翻浆现象，进而产生唧泥。

1.3拱起

施工期间胀缝没有达到相应的要求，无法实现基本功能，反而会起到截然相反的作用，使得胀缝的实际距离过小。此外，设计工作者未对不同等级水泥混凝土所对应的弹性模量给予足够的重视，最终拱起现象的产生。

1.4错台

由于混凝土具有徐变特征，在高温环境中混凝土的板体容易出现翘曲现象，相反在低温环境中斯板体容易发生拱波，加上相邻两个混凝土板体的实际强度不够均匀，且由于徐变程度不相同，则在此情况中，极有可能产生错台问题。四种常见的早期损坏如图1所示。

图1　道桥水泥混凝土路面早期损坏图

2　道桥水泥混凝土路面结果设计根据

2.1行车荷载及温度梯度

计算公式为：

公式（1）中：fr代表混凝土的设计抗弯强度（单位：MPa）；σtr代表温度梯度条件下的温度应力（单位：MPa）；σpt代表实际荷载带来的结构疲劳荷载（单位：MPa）；γr代表混凝土所对应的变异可靠系数，从相关设计规范中可以查到。

计算公式为：

2.2累计当量轴次

公式（2）中：Ne代表路面设计寿命中的当量轴次（单位：次）；t代表路面设计寿命（单位：年）；Ns代表标准轴载轴次（单位：次）；γ代表寿命路段交通量的年均增长率（单位：%）。

3　路面结构设计要点

3.1基层组合型式

路面基层的主要作用除了可以提高其结构强度以外，还能消除唧泥问题，降低路基形变对面层造成的影响，进而为面层的施工创建更多的便利条件。因此，若在实际情况中，基层产生相对较大的形变，则面层板会和它脱空，加剧了支承条件的恶化，进而增加了板中的应力。与此同时，如果基层中含有大量的细料，则会提高唧泥或错台等问题的产生机率。

路面结构设计过程中，大多使用水泥混凝土基层型式。新建道桥工程通常位于新城区，农田较多，土基的湿度比市区内大，存在于地面上的控制物很少，中心高程易于操控，所以，此处的结构层应适当厚一些。在初期的设计工作中，路面基层一般为厚度在40cm左右的石灰稳定土基层，还有一些是二灰碎石。近几年，绝大多数都使用厚度为15cm的水稳砂砾与厚度为30cm的石灰稳定土基层相结合的复合式基层。就上述两种类型的基层使用状况来分析，基本都可以满足强度需求，但使用复合式基层要明显好于使用单一的基层，这主要是因为使用复合式基层在在受到重复荷载时，所产生的形变较小，并且单一的基层还会受到水的直接作用，而被软化，不利于长期保持良好的稳定性。由此可见，厚度为15cm的水稳砂砾与厚度为30cm的石灰稳定土基层相结合的复合式基层相比之下较为理想。

3.2面层厚度设计

（1）设计寿命内标准轴载于路面车道中的重复作用总次数，用Ne表示，该次数在轴载调查与实际交通量增长形势分析以后，按照以下公式计算得出，计算公式为：

公式（3）中：No代表路面车道中日标准轴载的累计次数（单位：次）；γ代表路段实际交通量的年增长率（单位：%）；T代表路面结构寿命；η代表轮迹的分布系数，如果路面为双向双车道，则η取0.3～0.4，若车道需分成快慢、机动非机动时，则η应取0.4～0.5，单向车道η应取0.5～0.6。

其中，道路的标准轴载主要将BZZ～100作为依据，由通过调查得知的各个轴载及其作用次数算出标准轴载的实际作用次数，用Ns表示，计算公式为：

公式（4）中：a1代表后轴系数。单个后轴情况中，a1=1。轴距在1.35m以内的双后轴情况中，将板中作为临界荷位时，a1=0.23，将板边作为临界荷位时，a1=3.8。轴距在1.35m以上的双后轴情况中，须按照单后轴进行计算。

（2）水泥混凝土的实际抗折疲劳强度计算公式为：

公式（5）中：σ1代表抗折疲劳强度的计算值；N代表轴载的作用累计次数。

（3）地基回弹模量计算公式为：

公式（6）中，n代表回弹模量的增大系数，其计算公式为：

公式（7）中：nr代表荷位系数的计算值，将板中作为临界荷位时取1.0，将板边作为临界荷位时取0.75；h代表混凝土结构厚度（单位：cm）；Et代表回弹模量当量（单位：MPa），需根据基层以及路基回弹模量预先确定基层的实际厚度，再结合Et图求出。

（4）水泥混凝土结构的荷载应力计算需借助应力计算模图，根据拟定的结构厚度、弹性模量比值、轴载大小，确定出结构的最大应力。由于道桥路面通常较不平整，加之会受到车辆的作用影响，所以会对路面产生一种动态的效应。对于动轴载而言，其变化通常呈现出正态分布。因此，在对静载应力实施计算时，需要乘以动轴载的系数，这一系数的取值范围为1.15～1.20，须根据交通的实际繁重程度确定。

3.3路面结构平面尺寸选定

水泥混凝土结构的板宽大多在3.5～3.75m之间，长度在4.0～5.5m之间。为准确判断实际选取的尺寸能否满足实际要求，应施以温度应力测算，并进行荷载应力叠加，进而验算实际的综合应力是否低于结构的抗折强度，计算公式为：

公式（8）中：σC代表综合应力；σP代表最大荷载虚力，通常取120kN；σT代表结构的温度应力；σS代表结构抗折强度计算值。

3.4混凝土配比设计

切实提升路面整体性能的关键在于真正提高各集料和界面的粘结能力，此要求可通过合理选取原料与准确设计混凝土配比实现。配比设计的主要内容有：①尽量选用C3S与C4AF含量相对较高的水泥；②选用细度模数相对较大且具有较高耐磨性的细集料；③在选用岩石时，应对其物理性能等进行充分考虑，可通过对比分析得出最佳结论；④水灰比、掺砂率等均需通过严格的对比试验选定。

4　结束语

总而言之，道桥水泥混凝土路面在建成早期出现损坏，与结构设计的合理性、施工水平及质量控制等密不可分，通过对当前道桥路面结构设计要求的分析得知，重交通路段的路面结构抗拉强度不得低于5.0MPa，在满足这一基本要求的基础上，应尽量采取配筋等方式。在施工过程中，应加强现场管理力度，坚决杜绝使用低强度水泥等违规做法，正确理解结构强度和回弹模量等性能之间具有的联系，并且这也是确保道桥水泥混凝土路面整体性能与质量的关键所在。

[1]吴海灵.道桥水泥混凝土路面结构设计[J].交通世界（运输·车辆），2011，07：120～121.

[2]刘源姝，苏静.水泥混凝土路面设计中的要点分析[J].四川建材，2011，04：160+163.

[3]于彬.水泥混凝土路面设计理论深度与施工要点分析[J].交通世界（工程技术），2015，06：88～89.

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1673-0038（2015）44-0248-02

2015-10-13