任立建

【摘要】國(guó)內(nèi)道路施工中，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中水泥混凝土路面十分常見，具有強(qiáng)度高、承載作用強(qiáng)、壽命長(zhǎng)、養(yǎng)護(hù)便捷的優(yōu)勢(shì)，從國(guó)內(nèi)長(zhǎng)期發(fā)展?fàn)顩r分析可看出，車流量、載重量增加速度較快，帶動(dòng)了道路路面容易發(fā)生斷裂等負(fù)面現(xiàn)象，引起實(shí)際道路使用壽命低于設(shè)計(jì)狀況，需要引起重視。本文對(duì)道路工程的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，旨在為工程實(shí)踐提供一定的理論基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】道路工程；水泥混凝土；路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；施工質(zhì)量

交通運(yùn)輸行業(yè)快速發(fā)展，對(duì)應(yīng)國(guó)內(nèi)道路工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)越發(fā)關(guān)鍵。工程一般選擇水泥混凝土路面進(jìn)行設(shè)計(jì)，路面長(zhǎng)期處于自然環(huán)境影響下，受惡劣天氣、車輛重載荷作用，外界沖刷、磨損等狀況導(dǎo)致路面的使用壽命與設(shè)計(jì)壽命差異較大，為了保證通車安全性，后期維修、改造成本相對(duì)較高。因此，需要加強(qiáng)水泥耐久性考慮，保證道路質(zhì)量滿足基本要求，充分實(shí)現(xiàn)對(duì)材料、結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是當(dāng)下主要任務(wù)。

1、水泥混凝土路面損壞狀況和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述

1.1損壞狀況分析

第一、斷裂，路面承載負(fù)荷過(guò)高，引起混凝土強(qiáng)度超過(guò)預(yù)期設(shè)計(jì)上限，將會(huì)導(dǎo)致明顯的縱向、橫向拉斷裂縫，若裂縫嚴(yán)重將會(huì)形成面板碎裂的現(xiàn)象。該狀況的起因?yàn)椋喊弩w過(guò)薄、載重過(guò)大或者路面使用頻率偏高，板體的平面尺寸過(guò)高或者溫度應(yīng)力偏大等原因，進(jìn)而導(dǎo)致地基發(fā)生沉降引起板底支撐效果下降，此外，施工養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)收縮應(yīng)力過(guò)高、混凝土強(qiáng)度低于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等均會(huì)引起斷裂現(xiàn)象。

第二、拱起，混凝土路面的面板在膨脹作用下，阻力作用引起接縫位置的板體向上拱起。起因：板體收縮時(shí)縫隙過(guò)高引起；縫隙填充料失效，熱壓應(yīng)力作用導(dǎo)致的拱起，進(jìn)而出現(xiàn)縱向失穩(wěn)狀況。一般采取膨脹效果偏大的石料，如硅質(zhì)巖石可避免板塊上拱的狀況。

第三、錯(cuò)臺(tái)，接縫或裂縫兩側(cè)路面板端部出現(xiàn)的豎向相對(duì)位移。原因：橫縫處傳荷能力不足，車輪經(jīng)過(guò)時(shí)相鄰板端部會(huì)出現(xiàn)撓度差，使沿縫隙下滲的水帶著基層被沖蝕的碎屑向后方板下運(yùn)動(dòng).把該板抬起脹縫下部填縫板與上部縫槽未能對(duì)齊。或脹縫兩側(cè)混凝土壁面不垂直，使縫旁兩板在伸脹持壓過(guò)程中，會(huì)上下錯(cuò)位而形成錯(cuò)臺(tái)。當(dāng)交通量或地基承載力在橫向各塊板之間不一致時(shí)，縱縫也會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象。錯(cuò)臺(tái)的出現(xiàn)，降低了行車的平穩(wěn)性和舒適性。

1.2路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明

國(guó)家對(duì)水泥混凝土路面的設(shè)計(jì)中規(guī)定，面板的疲勞斷裂為主要判定形式。結(jié)構(gòu)可靠度：規(guī)定時(shí)間范圍內(nèi)，路表狀態(tài)、使用性能均滿足預(yù)期目標(biāo)。

路面結(jié)構(gòu)幾何設(shè)計(jì)中的要求，面層類型，一般選擇普通混凝土進(jìn)行接縫施工，平面尺寸偏大、形狀存在不規(guī)則性狀況下，結(jié)構(gòu)下需要埋設(shè)地下設(shè)施，高填方、軟土地基、填挖交界段的路基有可能產(chǎn)生不均勻沉降時(shí).應(yīng)采用設(shè)置接縫的鋼筋混凝土面層，一般二級(jí)及二級(jí)以下公路采用碾壓混凝土面層。面層厚度的要求：三級(jí)、四級(jí)公路厚度需要根據(jù)交通量進(jìn)行考慮，分為低于23cm、低于20cm，如農(nóng)村公路的水泥混凝土面層厚度為18cm?；鶎樱夯鶎有枰哂芯鶆蛐?、承載穩(wěn)定性的特點(diǎn)，避免錯(cuò)臺(tái)等現(xiàn)象的發(fā)生，充分延長(zhǎng)使用壽命，保證整體剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求，一般基層寬度需要比面板多出25-35cm。底基層：該部分與面層、基層共同實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛載荷的支撐，材料強(qiáng)度相比于基層略低?；鶎?、底基層可根據(jù)交通通行要求進(jìn)行層數(shù)的選擇，一般為一層、兩層。

2、低噪音水泥混凝土路面的設(shè)計(jì)

當(dāng)下，隨著社會(huì)大眾環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，低噪音路面逐漸成為關(guān)注焦點(diǎn)。社會(huì)大眾開展輪胎、路面噪音的關(guān)系分析，目的在于提高路面的性能。針對(duì)國(guó)內(nèi)外道橋工程的施工案例分析，結(jié)果表明水泥混凝土路面施工拉毛環(huán)節(jié)中，避免均勻彈簧鋼齒的應(yīng)用較為合理，原因在于該鋼齒聲音頻率與溝槽和車輪摩擦噪音大體一致。研究分析表明，同一時(shí)間，不同頻率的噪音將會(huì)形成一定的抵消作用，可降低整體噪音。此外，還可借助國(guó)外降噪的設(shè)計(jì)方法：第一、為打破同一頻率的噪聲，使用無(wú)規(guī)律的、間距不等的叉形彈簧鋼齒進(jìn)行拉毛。以120km/h的車速測(cè)試，該路面噪音比起造價(jià)高昂、品質(zhì)優(yōu)良的瀝青混凝土路面稍高，但比傳統(tǒng)水泥混凝土路面噪音低得多。第二、鋪露石面層，薄層厚度以5cm為宜。露石面層應(yīng)選取耐磨指數(shù)較高的石料。同樣以120km/h車速測(cè)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(guó)、芬蘭、德國(guó)等國(guó)家都得到了廣泛的應(yīng)用。

雙層水泥混凝土的攤鋪技術(shù)較為關(guān)鍵，攤鋪機(jī)應(yīng)用中，配套水泥混凝土可充分滿足“濕對(duì)濕”配比和混凝土厚度要求。即前半部分鋪一定厚度的常規(guī)水泥混凝土，后半部分在其表面再加鋪單一粒徑的露石面層。

3、路面設(shè)計(jì)的可靠度分析

道橋設(shè)計(jì)中，安全等級(jí)一般分為三個(gè)級(jí)別。低變異水平等級(jí)狀況下，需要對(duì)面層進(jìn)行厚度的增加：高變異水平等級(jí)狀況下可對(duì)面層厚度進(jìn)行下調(diào)處理。設(shè)計(jì)中需要綜合經(jīng)濟(jì)、技術(shù)要求，保證變異水平等級(jí)的合理性。高速公路路面的設(shè)計(jì)中，為了提高車輛通行舒適度，一般不建議降低變異水平的等級(jí)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，需要根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)、變異系數(shù)及變異系數(shù)的變化規(guī)律等進(jìn)行可靠度系數(shù)的選擇，提高整體目標(biāo)控制的可靠度。可靠度的選擇中，需要考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、經(jīng)濟(jì)相關(guān)度要求等要素。一般路面初期設(shè)計(jì)的費(fèi)用成本較高，后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低：反之目標(biāo)可靠度下調(diào)狀況下，初期投資成本有所下調(diào)，但養(yǎng)護(hù)費(fèi)用相對(duì)較高?，F(xiàn)階段，工程中一般采取“校準(zhǔn)法”對(duì)可靠度進(jìn)行確立。該方法根據(jù)已有規(guī)范要求對(duì)路面進(jìn)行隱蔽可靠度分析，進(jìn)而制定目標(biāo)可靠度。在原有路橋設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之上，提高可靠度的合理性、一致性，實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。

結(jié)語(yǔ)：

道橋工程設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性較高，需要引起業(yè)內(nèi)學(xué)者的關(guān)注。結(jié)合國(guó)內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)、成功案例進(jìn)行分析，保證道橋工程路面的科學(xué)性、合理性。避免路面結(jié)構(gòu)惡化過(guò)于嚴(yán)重的狀況，提高耐久性、穩(wěn)固性要素的設(shè)計(jì)分析，保證交通運(yùn)行的通暢度不受負(fù)面影響。