【摘要】目前，我国公路通车里程持续增加，但是公路建设中仍然存在较多的问题，例如寿命短、破坏严重等。造成这种问题的原因是多方面的，主要包括施工控制不严、长期超载使用以及设计方法不完善等，对这些因素特别是设计方面进行研究控制，能够有效提升我国公路建设的质量水平。

【关键词】水泥混凝土；路面设计；问题；对策分析

1、水泥混凝土路面结构可靠性设计

1.1确定型设计方法

我国目前针对公路混凝土路面的设计规范中，对路面板疲劳开裂损坏的控制作为设计水泥混凝土路面厚度的标准。混凝土板温度疲劳应力与荷载疲劳应力的和要不大于混凝土路面设计抗弯拉强度。本次的设计标准是温度应力和荷载应力形成的综合疲劳损坏，所以将形成最大综合疲劳损坏的路面板位置当成临界荷位。首先是荷载应力计算，标准荷载在临界荷位上形成的荷载疲劳是以下4个数值的乘积，即接缝传荷能力基础上的应力折减系数、路面疲劳损坏受动载和超载因素的综合影响系数、荷载应力累计疲劳作用在设计使用年限内的疲劳应力系数，以及标准荷载在临界荷位形成的没考虑接缝转荷能力下的荷载应力。其次是温度应力计算，因为板边缘中点受到温度梯度作用所形成的温度疲劳应力，是由混凝土板在最大温度梯度时的温度应力以及温度应力累计疲劳作用下的疲劳应力系数。

1.2概率基础

1.2.1可靠度定义

结构可靠性通过结构可靠度来进行概率度量，所谓可靠度标准工程定义，即是规定时间和条件下，结构完成预定功能的概率。联系路面结构特点，可靠度定义可以这样认为：规定设计使用时间内并在规定环境交通条件下，能够满足预定水平要求的路面使用性能的概率。

1.2.2概率方法

荷载、几何参数、材料性能以及计算公式精确性等因素都会对结构可靠度产生一定的影响。这些因素存在着随机性的特点，可以将其作为基本变量，其结构功能可以通过功能函数表示即Z=g（X1，X2，…，Xn），其中X是基本变量，如果Z大于零，则表明结构位处可靠状态；如果Z等于零，则表明结构位处极限状态；如果Z小于零，则表明结构位处失效状态。即极限状态方程表达式位Z=g（X1，X2，…，Xn）=0；结构可靠状态、失效状态以及极限状态的概率可以用P1、P2、P3表示。因为Xn是连续型变量，所以我们可以姑且这么认为：功能函数z=g（X1，X2，…，Xn）的分布函数是连续函数。这种条件下，可以用概率论知识得知：P3=0，P2+P3=1。

1.3可靠性设计方法

1.3.1设计参数和它的变异系数

因为，受到结构与材料构成存在的不均质性以及质量控制水平和施工技术等因素的影响。路面结构各设计参数会在一定范围内波动。按照变异系数分布实际，可以把各项设计参数变异水平分成高、中、低3个等级，在不同公路等级、质量控制水平以及施工技术等级分别应用。因为路面结构本身的特点，路面设计相关的所有参数都存在一定程度的变换性。这些变换性参数中最为显著或最起决定作用的主要有以下内容：混凝土弯拉弹性模量、混凝土弯拉强度、板长、板厚、基层顶面当量回弹模量、底面和顶面最大温度梯度、在使用初期设计车道中的标准轴载作用次数（分别是Ec、σin、L、h、E1、J、N0）。在对它们变异性进行研究过程中，假设它们是互相独立的。

通过大规模的调查工作，获得不同水泥混凝土路面中的相关设计参数信息，在进行多次室内外试验之后，应用随机理论来建立统计数据库，从而获得这些参数的变异水平。

1.3.2路面结构理论可靠度及其系数

所谓路面结构理论可靠度，它是按照规范所给的图表和计算式，只考虑受到设计参数变异性影响获知的路面结构可靠性。结构理论可靠度可以通过降次积分法和干涉理论来计算。就分布规律而言，所有设计参数变异性对于理论可靠度具有统一的影响。任何一个参数变异系数增大，理论可靠度会随之下降，可以引入理论可靠系数来考虑这种影响。

2 、公路水泥混凝土路面设计对策

2.1路面结构层组合设计

水泥混凝土路面板要求具有较高的弯拉强度、表面平整度、抗滑、耐磨。基层（底基层）和垫层有粒料类（碎石、砂砾）、稳定类和贫水泥类三个类，分别具有不同的刚度、抗冲刷能力和透水性。

2.1.1面层。水泥混凝土面层板应具有足够的强度、耐久性、表面抗滑、耐磨、平整等良好的路用性能，一般采用设接缝、不设配筋的普通混凝土路面板。混凝土面层板厚设计应按照设计标准要求，确定满足设计年限内使用要求所需的混凝土面层厚度。根据混凝土面层板内产生的荷载应力和温度应力做出面板的平面尺寸设计，确定接缝的位置和接缝的结构，并采用有效措施提高接缝的传荷能力。

2.1.2基层（底基层）。基层（底基层）应具有足够的抗冲刷能力和一定的刚度。基层的宽度应比混凝土面层每侧至少宽出300mm（采用小型机具施工时）或500mm（轨模式摊铺机施工时）或650mm（滑模式摊铺机施工时）。路肩可采用水泥混凝土面层或其它面层，其基（垫）层结构应满足行车道路面结构和排水的要求。一般公路的混凝土路面应设置路缘石或加固路肩，路肩加固可采用水泥混凝土或者其他材料。

2.2接缝设计

2.2.1纵向接缝。纵向接缝的布设应根据路面宽度和施工铺筑宽度确定。当铺筑宽度小于路面宽度时，一般应设置纵向施工缝，纵向施工缝采用平缝；一次铺筑宽度大于4.5m时，应设置纵向缩缝，纵向缩缝采用假缝形式。纵向接缝的拉杆应采用螺纹钢筋，设置在板厚的中央，并应对拉杆中部100mm范围内做防锈处理。等纵向缩缝采用假缝形式，锯切的槽口深度应大于施工缝的槽口深度。采用粒料基层时，槽口深度应为板厚的1/3；采用半刚性基层时，槽口深度为板厚的2/5。纵缝应与路线中线平行。在路面等宽的路段内或路面变宽路段的加宽部分，纵缝的间距和形式应保持一致。路面变宽段的加宽部分与等宽部分之间，以纵向施工缝隔开。加宽板在变宽段起终点处的宽度不应小于1m。拉杆应采用螺纹钢筋，设在板后中央，并应对拉杆中部100mm范围内进行防锈处理。拉杆的直径、长度和间距。施工布设时，拉杆间距应按横向接缝的实际位置予以调整，最外侧的拉杆距横向接缝的距离不得小于100mm。

2.2.2横向接缝。每日施工结束或因临时原因中断施工时，必须设置横向施工缝，其位置应尽可能选在缩缝或胀缝处。横向缩缝可等间距或变间距布置，采用假缝形式。锯切槽口深度为面层厚度的1/5～1/4，宽度为3～8mm，槽内填塞填缝料。高速公路的横向缩缝槽口宜增设深20mm、宽6～10mm的浅槽口。在邻近桥梁或其他固定构造物处或其他道路相交处应设置横向胀缝。设置的胀缝条数，视膨胀量大小而定。低温浇筑混凝土面层或选用膨胀性高的集料时，宜酌情确定是否设置胀缝。胀缝宽20mm，缝内设置填缝板和可滑动的传力杆。

结语：

公路交通的质量关乎国计民生，要想衡量一个国家的现代化水平，公路交通是重要内容。公路水泥混凝土路面结构设计过去常采用经验法和力学经验法来分析评估，难以取得实际效果。而通过应用可靠度理论法，则能有效地促进我国路面结构设计的完善，提高我国公路质量。

参考文献：

[1]资建民，朱飞，江滔.水泥混凝土路面结构可靠性设计方法[J].公路运输文摘，2002（12）：12-14.

作者簡介：

张继元 （身份证号码：211223197901080034）。