04重載交通水泥路面設(shè)計

04重載交通水泥路面設(shè)計LtD重載交通水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)方案探討鄭衛(wèi)國1辜曉珺1張守城1歐陽猛1（1武漢市政工程設(shè)計研究院有限責(zé)任公司湖北武漢430023）摘要：以具體道路實際情況出發(fā)，通過對幾種路面結(jié)構(gòu)方案的綜合比較，提出了適應(yīng)場地條件和交通發(fā)展要求的路面改造方案，并對重載交通路面的設(shè)計和運營管理提出了幾點建議。關(guān)鍵詞：重載交通；水泥混凝土路面；疲勞應(yīng)力；標準軸載InquireintoTheStructureSchemeofCementConcretePavementonHeavyTrafficConditionZhengWeiguo1,GuXiaojun1，ZhangShoucheng1，OuYangmeng1(1.WuhanMunicipalEngineeringDesign＆ResearchInstitute,Wuhan430023;Abstract:Basedonacerturnroadcondition，fromthecomprehensiveanalysistosomepavementstructurescheme,retrofitschemewhichcanaccommodatesiteconditionandtrafficdevelopmentisputforwardandsomesuggestionsofheavytrafficroaddesignandmanagementaregiven.Keywords：heavytraffic；cementconcretepavement；fatiguestress；standardaxleload0引言載作用次數(shù)。Ns=在設(shè)計使用年限內(nèi)，累計標準軸載作用次數(shù)為4100億次，根據(jù)公路水泥路面設(shè)計規(guī)范關(guān)于交通荷載分級的規(guī)定，該道路路面屬于極重交通等級。水泥混凝土路面交通荷載分級交通等級極重特重重中等輕標準軸載作用次數(shù)Ne＞100億＞2000萬＞100萬＞3萬＜3萬2路面檢測為擬定路面改造方案提供詳實的基礎(chǔ)資料，對現(xiàn)狀路面進行全面系統(tǒng)的外觀調(diào)查及檢測。=1\*GB2⑴根據(jù)初步檢測結(jié)果，道路共有1383塊板，將現(xiàn)狀道路分為三部分：①起點K0+000～K1+640全長1640米，沿線砼路面破損較嚴重。②樁號K1+640～樁號2+440全長800米，由于養(yǎng)護部門剛對車行道進行了維修改造，路面狀況較好。③終點交叉道口，車行道砼板破損較為嚴重。路路段病害起點～K1+640K1+640～K2+440終點交叉道口病害板塊（塊）面積（㎡）病害板塊（塊）面積（㎡）病害板塊（塊）面積（㎡）破碎板315422橫向斷板2014縱向斷板6031橫向裂縫72縱向裂縫242斷角9412露骨18總病害板538154681332529725總板數(shù)9672298231679001002566病害占本路段病害百分比55.6%4.1%29%病害占全路段病害百分比38.9%0.94%2.1%=2\*GB2⑵路面外觀質(zhì)量等級評定本改造工程全幅檢測路段共有混凝土板：1383塊，據(jù)《公路水泥混凝土路面養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，路面破損狀況可根據(jù)PCI值將路面質(zhì)量分為優(yōu)、良、中、次、差五個等級，評價標準。路面破碎狀況評價標準評價等級優(yōu)良中次差MQI及各級分項指標≥90≥80，＜90≥70，＜80≥60，＜70＜60根據(jù)路面外觀質(zhì)量調(diào)查結(jié)果，按照《公路技術(shù)狀況評定標準》中路面損壞狀況指數(shù)的計算方法，按照混凝土路面公式計算檢測路段的PCI值。=22.83PCI=100-10.66×DR0.461=54.9從PCI計算結(jié)果可以評定檢測路段混凝土路面狀況等級為“差”，為了保證道路的良好運行狀態(tài)，應(yīng)對全路段病害處的混凝土板及時進行維修改造。=3\*GB2⑶接縫傳荷能力分析接縫傳荷能力是評價混凝土板出現(xiàn)脫空、錯臺等病害程度的一個分析指標。為了檢測數(shù)據(jù)的精確、有效，準確描述混凝土板板間傳荷能力，采用混凝土板彎沉差測試方法對該路段的混凝土板進行測試，在本路段檢測中，依設(shè)計要求，對于存在明顯破碎狀的混凝土，不再進行傳荷能力測試。起點～K1+640段混凝土板傳荷系數(shù)，按照“優(yōu)良、中、次、差”的等級劃分百分率分別為30.9%、45.1%、20.8%、3.3%。檢測路段彎沉差大于6（1/100mm）為355個測點，占總測點數(shù)的百分率為55.8%；平均彎沉大于0.2mm為189個測點，占總測點數(shù)的百分率為29.7%。K1+640～K2+440段混凝土板傳荷系數(shù)，按照“優(yōu)良、中、次、差”的等級劃分百分率分別為18.7%、23.9%、28.9%、28.5%。檢測路段（329#～485#）彎沉差大于0.06mm為82個測點，占總測點數(shù)的百分率為26.9%；平均彎沉大于0.2mm為0個測點，占總測點數(shù)的百分率為0%。=4\*GB2⑷結(jié)論通過對改造路段全面系統(tǒng)的調(diào)查和質(zhì)量檢測。結(jié)論如下：=1\*GB3①K0+000～K1+640段水泥混凝土路面病害較多、程度較重、范圍較廣。K1+640～K2+420段水泥混凝土路面在局部位置有少量的病害，且病害程度較輕。=2\*GB3②根據(jù)《公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》，擬改造路段水泥混凝土路面彎沉差大于0.06mm或平均彎沉大于0.2mm的現(xiàn)象較普遍，說明混凝土板的傳荷能力不足，底部脫空現(xiàn)象較嚴重，需要對混凝土路面的基層部分進行處理。3路面結(jié)構(gòu)方案根據(jù)路面結(jié)構(gòu)計算方法、行車舒適性、維修養(yǎng)護難易程度及對場地適應(yīng)性的不同，初步擬定了三個路面改造方案。3.1方案一：普通水泥混凝土路面按照公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范關(guān)于普通水泥混凝土路面厚度計算方法，控制設(shè)計基準期內(nèi)的荷載疲勞應(yīng)力以及最大荷載應(yīng)力不超過混凝土板彎拉強度。改造路面結(jié)構(gòu)為：碎石化現(xiàn)狀路面+素混凝土基層+瀝青混凝土隔離層+水泥混凝土面層，為增強混凝土板之間的傳荷能力，在全路段混凝土板橫縫均設(shè)置傳力桿。該方案工程造價低，施工方便、快速，后期維修養(yǎng)護相對容易；但行車舒適性差，對遠期交通荷載的發(fā)展變化適應(yīng)性不強。3.2方案二連續(xù)配筋混凝土路面按照公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范關(guān)于普通水泥混凝土路面厚度計算方法確定連續(xù)配筋混凝土路面厚度，并配置一定量的縱、橫向鋼筋以控制水泥混凝土面層的裂縫間距和裂縫寬度。該方案路面結(jié)構(gòu)為：碎石化現(xiàn)狀路面+素混凝土基層+瀝青混凝土隔離層+連續(xù)配筋混凝土面層。該方案行車舒適性高，局部混凝土開裂后，由于縱、橫向鋼筋的嵌擠作用，混凝土板仍能維持一定的平整度，保證行車舒適和安全。但由于布置鋼筋網(wǎng)后，鋼筋綁扎、焊接工作量大，施工周期長，路面破損維修時不適宜機械化大規(guī)模作業(yè)。3.3方案三雙層配筋混凝土路面不同于以上兩種采用成熟的路面疲勞荷載計算理論的路面結(jié)構(gòu)方案，本方案按照彈性地基板計算理論、以最大軸載作為荷載計算參數(shù)、以鋼筋作為主要受拉構(gòu)件（不考慮混凝土的抗彎拉效應(yīng)）來計算混凝土路面厚度和配筋量。初擬結(jié)構(gòu)方案為：碎石化現(xiàn)狀路面+水泥穩(wěn)定碎石調(diào)平層+稀漿封層+雙層鋼筋混凝土面層。該方案充分發(fā)揮了鋼筋和混凝土材料各自抗拉、抗壓的優(yōu)良物理力學(xué)性能，減小了路面結(jié)構(gòu)厚度，對于改造工程的場地適應(yīng)性強。由于鋼筋作為受拉構(gòu)件的抗疲勞能力遠優(yōu)于混凝土材料，雙層鋼筋混凝土路面結(jié)構(gòu)對遠期交通量發(fā)展變化的適應(yīng)性強，路面結(jié)構(gòu)強度主要受最大作用荷載的控制。同時，由于該結(jié)構(gòu)接縫少，行車舒適性高，局部混凝土開裂后，由于縱、橫向鋼筋的嵌擠作用，也能保證行車平順。與連續(xù)配筋混凝土路面類似，施工時鋼筋綁扎及焊接工作量大、周期長，路面破損維修時不適宜機械化大規(guī)模作業(yè)，工程造價相對較高。4方案比較在相同路面基層結(jié)構(gòu)及交通量條件下，本文對三種路面結(jié)構(gòu)在不同軸載超載水平時的結(jié)構(gòu)厚度和工程造價進行了對比分析，當(dāng)軸載從14噸增加至30噸時，普通混凝土路面和連續(xù)配筋混凝土路面厚度從26cm增加至45cm，面層造價增加70%左右；而雙層鋼筋混凝土路面結(jié)構(gòu)與連續(xù)配筋混凝土路面結(jié)構(gòu)造價基本相同。軸載(KN)普通混凝土連續(xù)配筋混凝土雙層鋼筋混凝土板厚/cm拉桿、傳力桿配筋量(kg/m2)造價元/m2板厚/cm連續(xù)配筋量(kg/m2)造價元/m2板厚/cm配筋量(kg/m2)造價元/m2140262.27251802621.585310200332.96582303327.763902836.179418250392.96582703933.174703040.296474300452.96583154535.645203055.616568考慮行車舒適性及對未來交通發(fā)展變化和對工程場地的適應(yīng)性，本次改造建議按照雙層鋼筋混凝土路面結(jié)構(gòu)方案實施。5建議=1\*GB2⑴進行后期跟蹤監(jiān)控由于推薦路面結(jié)構(gòu)方案及其計算方法系本文首次采用，不在現(xiàn)有國家規(guī)范所規(guī)定范圍內(nèi)，應(yīng)局部實施實驗路段，埋設(shè)應(yīng)力、應(yīng)變片進行檢測，分析混凝土板實施受力狀態(tài)與理論計算之間的吻合性，為計算方法的完善提供基礎(chǔ)資料=2\*GB2⑵水泥混凝土路面增設(shè)下封層在半剛性基層的水泥混凝土路面中，為防止混凝土板開裂后雨水浸入基層而引起路面結(jié)構(gòu)的迅速、完全破壞，建議在半剛性基層頂面增設(shè)一層瀝青封層。=3\*GB2⑶加強交通管理從第4節(jié)中不同軸載水平下路面結(jié)構(gòu)造價分析可以看出，隨著荷載的增加，工程造價成本提高，投資效益大大降低。因此，應(yīng)加強交通管理、嚴控超載運輸，以保證道路路面使用壽命，節(jié)約工程投資。=4\*GB2⑷加強道路養(yǎng)護道路在破損前期若不及時養(yǎng)護維修，道路性能會迅速衰減，導(dǎo)致道路加速破壞。建議加強道路維護管理，強化路面巡查，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)病害能馬上維修，保證道路的正常使用壽命。參考文獻:JTGD40-2011，公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范[S].北京:人民交通出版社，2011.蔣應(yīng)軍.重載交通水泥混凝土路面材料與結(jié)構(gòu)研究[D].西安：長安大學(xué)，2005.白子建，賀海，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