淺析道路橋樑路面結構設計

【摘 要】本文作者介紹了國外水泥混凝土路面設計狀況，並對水泥混凝土路面設計技術進行了分析探討，供同行參考。

【關鍵詞】道路橋樑；路面結構設計；淺析

道橋水泥混凝土路面設計是一項嚴謹的技術，必須在借鑑國外先進經驗、成熟技術和認真研究相關標準規範基礎上，結合生產實際，對道橋水泥混凝土路面進行最優化設計。

1 國外水泥混凝土路面設計狀況

水泥混凝土路面以其優良的抗超載能力，在國外享有“免養護路面”的美稱。借鑑國外的先進經驗和引進成熟技術，結合我國的具體情況，完善水泥混凝土路面設計與應用，大有裨益。國外路橋使用水泥混凝土非常普遍。其多數路面表現的使用現狀達到或超越設計要求的卓越的性能，以及降噪路面的研究所取得的成就，越來越引起世界各國的關注和重視。美國水泥混凝土路面的典型結構設計美國對水泥混凝土路面多年的研究發現，車輛通過道橋時，由於載荷的作用，可使基層細料和水一起從板接縫處擠出並噴濺出稀泥漿，使基礎失去支撐能力，在荷載的重複作用下產生板斷裂。究其原因，多爲填縫料被破壞、雨水下滲和道橋路面的排水不良等原因。爲此，設計時上基層的鋪設選擇泡不軟的貧水泥混凝土，同時要求：其伸縮縫必須與面層水泥混凝土的伸縮縫相互錯開，距離爲3050cm。

在基層上灑液體石蠟，使其與面層能夠互相滑動。該設計方案有效地、巧妙地解決了面層的反射裂縫問題。低嗓音水泥混凝土路面的設計人們環保意識的增強，使得水泥混凝土路面的噪聲問題逐漸得到關注。爲使路面使用品質得到提高，研究人員展開了大量輪胎-路面噪音機理的研究，以期降低水泥混凝土路面的噪聲，提升水泥混凝土路面的使用品質。國外對此研究情況表明，水泥混凝土路面施工拉毛時，使用均勻間距的叉形彈簧鋼齒所產生的噪音，與溝槽和車輪摩擦產生的噪音是同一頻率。針對這一現象，研究人員認爲如果在此過程中能夠製造不同頻率的噪音，就能使兩種噪音之間互相干擾或抵消，從而降低總噪音。以下二種國外成功的水泥混凝土路面降噪設計技術，在我國應得到借鑑和推廣：爲打破同一頻率的噪聲，使用無規律的、間距不等的叉形彈簧鋼齒進行拉毛。以l20km/h的車速測試，該路面噪音比起造價高昂、品質優良的瀝青混凝土路面稍高，但比傳統水泥混凝土路面噪音低得多。

鋪露石面層，薄層厚度以5cm爲宜。露石面層應選取耐磨指數較高的石料。同樣以l20km/h車速測試，此路面的噪音比瀝青混凝土路面的噪音還要低3 4dB。這一成果在英國、芬蘭、德國等國家都得到了廣泛的應用。雙層水泥混凝土攤鋪技術，是實現這一技術成果的關鍵。與此配套的新式雙層水泥混凝土攤鋪機的應用，很好地滿足了上下兩層“溼對溼”的不同配合比、不同厚度的水泥混凝土同步攤鋪的要求，即前半部分鋪一定厚度的常規水泥混凝土，後半部分在其表面再加鋪單一粒徑的露石面層。

2 水泥混凝土路面設計技術分析

應充分借鑑國內外相關標準，理解和嚴格遵守我國JTG D40-2003《公路水泥混凝土路面設計規範》、JTGF30-2003 《公路水泥混凝土路面施工技術規範》等標準規範的規定。在路面的結構設計中，就如何有效控制路面的缺陷，提高水泥混凝土路面的使用性能，對水泥混凝土路基、基層、路面等設計嚴格把關，注重混凝土配料的選取，通過試驗確定最佳混合比，把握好路面接縫處理等環節。

2.1 水泥混凝土路面設計可靠度要求

道橋設計的安全等級分爲三個等級。通常選用低變異水平等級須增加混凝土面層的設計厚度；而高變異水平等級則可降低混凝土面層的設計厚度。設計時需通過經濟分析和技術比較，確定變異水平等級。對於高速道路的路面，爲保證優良的行駛質量，不宜降低變異水平等級。設計時需依據各設計參數變異係數值隨着各變異水平等級變化的情況，正確選擇可靠度係數、目標可靠度。目標可靠度的選取需慎重，它不僅代表該設計路面結構所具有的可靠性水平，也與經濟直接關聯，定的高，所設計的路面結構厚重初建費用較高，但通車使用後的`養護費用較低；反之目標可靠度較低，可降低初建費用，但養護費用則會提高。結構設計中常採用“校準法”來確定目標可靠度。“校準法”是對已有的、按設計規範或要求所設計和施工的路面進行隱含可靠度的分析，從而制定目標可靠度。因吸納了原有路橋設計和使用經驗，保證了目標可靠度的一致性，所以具有較高的經濟性和合理性。

2.2 交通量的正確統計

目前，道橋運輸車輛中，軸重超過30 t 的車輛比例逐年增加，特別是存在大量的雙後軸車輛。如果對重軸載車輛不能進行客觀的、準確的統計和計算，將會產生交通量設計參數的偏差。對超載車的超載數的預估不足，即使採用超載與空載平均值的方法，也會導致所預估的交通量偏低的結果。所以，要做到交通量統計的準確性，不可僅憑經驗進行設計，必須對上述兩方面進行嚴謹的、科學的、實事求是的統計，即交通量的統計應嚴格以軸載爲準；空車與超載車區別對待，分別統計等。

2.3 對路基的要求

水泥混凝土路面結構設計應對路基提出要求。路基與道路結構層應緊密接觸，保證足夠的強度和穩定性，且處於乾燥或中溼狀態。路基的壓實度應達到98%，它是避免自然沉陷和行車荷載反覆作用造成壓實變形的基本保證。

2.4 對基層的要求

水泥混凝土路面結構設計應對路基層提出要求。基層質量是保證水泥混凝土路面結構整體強度，必須強度均勻、表面平整、密實。多基層時，特別需保證上基層表面的平整能夠均勻地支承面層。基層的剛度和耐沖刷能力，對延緩水泥混凝土路面的使用壽命有着重要作用。

2.5 對面層的要求

水泥混凝土路面結構設計應對面層提出要求。改善混凝土路面的行駛質量，接縫是混凝土路面的薄弱環節，應提高接縫的傳荷能力。設計中應按照相關標準規定和技術要求，在承受特重和重的交通普通混凝土面層的橫向縮縫內，設置傳力杆。

2.6 對配合比設計的要求

水泥混凝土配合比設計是一個完善的體系，包括原材料的選擇、配比計算、物理力學性能設計及其檢測等。配合比設計中，應考慮強度設計向多種性能設計的轉化，貫穿從可行性設計向優化設計轉化的設計理念。

3 結束語

在我國的道橋路面結構設計中，水泥混凝土路面是被廣泛使用的結構類型。尤其是隨着我國高速公路的迅速發展，水泥混凝土以其分佈廣這一得天獨厚的資源優勢和強度高、承載能力大、耐磨無車轍、使用壽命長、養護費用低等性能和使用特點，得到了廣泛的應用。但是，從國內長期的使用情況來看，由於地方經濟的發展所帶來的交通量的猛增，大型車輛的軸載成倍提高致使路面的早期斷裂等現象猛增，在諸多因素影響下，出現道路使用年限遠遠小於設計年限的現象。最爲直接的表現就是，水泥混凝土路面使用週期過短，往往建成通車後不久，3年5年甚至短的幾個月後就出現大量的早期破壞現象，如路面的早期斷裂、邊角破損、粗糙度加大等。此類現象的發生，不僅給行車和養護帶來困難，而且修復費用高昂、難度大。

因此，從結構設計的角度出發，研究水泥混凝土材料的耐久性和抗腐蝕能力，提高水泥混凝土路面結構設計技術，倍受業內人士關注。