04重载交通水泥路面设计

1、重载交通水泥混凝土路面结构方案探讨郑卫国1 辜晓珺1 张守城1 欧阳猛1（1 武汉市政工程设计研究院有限责任公司 湖北 武汉 430023）摘 要：以具体道路实际情况出发，通过对几种路面结构方案的综合比较，提出了适应场地条件和交通发展要求的路面改造方案，并对重载交通路面的设计和运营管理提出了几点建议。关键词：重载交通；水泥混凝土路面；疲劳应力；标准轴载Inquire into The Structure Scheme of Cement Concrete Pavement on Heavy Traffic ConditionZheng Weiguo1 ,Gu Xiaojun1，Zhang Sh

2、oucheng1，Ou Yangmeng1 ( 1. Wuhan Municipal Engineering Design Research Institute, Wuhan 430023;Abstract : Based on a certurn road condition，from the comprehensive analysis to some pavement structure scheme,retrofit scheme which can accommodate site condition and traffic development is put forward an

3、d some suggestions of heavy traffic road design and management are given.Key words：heavy traffic；cement concrete pavement；fatigue stress；standard axle load0 引言随着社会经济的发展及汽车工业技术的提高，交通量快速增长，车辆轴载也在不断增加。超、重载交通对道路路面造成了严重破坏，是对国家基础建设投资的极大浪费，也影响交通安全和道路使用者交通出行环境。近年来，公路尤其是高速公路管理部门对超载进行了大力整顿，取得了一定效果，但在普通公路或城市道路

4、范围，超载现象仍较普遍。对于大型厂矿企业、港口码头等周边主要货运通道，一方面要持续加强交通管理、严控超载运输，同时需研究合适的路面结构型式以适应重载交通运输要求。1 工程概况拟建道路位于青山地区，该地区分布有武钢及工业港码头等大型厂矿企业和货运港口，交通繁忙且重载交通车辆比重大，该道路是青山城区与市内及化工新城、外环线之间的重要运输通道。现状道路为水泥混凝土路面，双向24车道，受超、重载车辆及局部路段渍水影响，路面破损严重。 图1 现状路面破损情况该地区主要货运车辆有平板车、油罐车、混凝土搅拌车、渣土车及砂石料运输车辆等。其中，油罐车、混凝土搅拌车及渣土车轴重较一般车辆大的多，但基本都在14吨

5、以内。对现状路面影响最严重的为平板车和砂石料运输车辆，运输钢材的平板车轴载为20吨左右，而运输砂石料的车辆轴载达32吨，是路面破损的主要影响车型。 图2 砂石料运输车辆 图3 砂石料运输车辆轴载分布图 图4 运输钢材的平板车 图5 平板车轴载分布图经交通调查分析，该路段货运车辆交通量约为2780辆/日，根据水泥路面结构设计原理中疲劳损伤等效原则，按以下公式将其它各级轴载作用次数换算为标准轴载作用次数。Ns=在设计使用年限内，累计标准轴载作用次数为4100亿次，根据公路水泥路面设计规范关于交通荷载分级的规定，该道路路面属于极重交通等级。水泥混凝土路面交通荷载分级交通等级极重特重重中等轻标准轴载作

6、用次数Ne100亿2000万100万3万3万2 路面检测为拟定路面改造方案提供详实的基础资料，对现状路面进行全面系统的外观调查及检测。根据初步检测结果，道路共有1383块板，将现状道路分为三部分：起点K0+000K1+640全长1640米，沿线砼路面破损较严重。桩号K1+640桩号2+440全长800米，由于养护部门刚对车行道进行了维修改造，路面状况较好。终点交叉道口，车行道砼板破损较为严重。路段病害起点K1+640K1+640K2+440终点交叉道口病害板块（块）面积（）病害板块（块）面积（）病害板块（块）面积（）破碎板315422横向断板2014纵向断板6031横向裂缝72纵向裂缝242断

7、角9412露骨18总病害板538154681332529725总板数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%路面外观质量等级评定本改造工程全幅检测路段共有混凝土板：1383块， 据公路水泥混凝土路面养护技术规范的规定，路面破损状况可根据PCI值将路面质量分为优、良、中、次、差五个等级，评价标准。路面破碎状况评价标准评价等级优良中次差MQI及各级分项指标9080，9070，8060，7060根据路面外观质量调查结果，按照公路技术状况评定标准中路面损坏状况指数的计算方法，按照混凝土路面公式计算检测路

8、段的PCI值。=22.83PCI=100-10.66DR0.461=54.9从PCI计算结果可以评定检测路段混凝土路面状况等级为“差”，为了保证道路的良好运行状态，应对全路段病害处的混凝土板及时进行维修改造。接缝传荷能力分析接缝传荷能力是评价混凝土板出现脱空、错台等病害程度的一个分析指标。为了检测数据的精确、有效，准确描述混凝土板板间传荷能力，采用混凝土板弯沉差测试方法对该路段的混凝土板进行测试，在本路段检测中，依设计要求，对于存在明显破碎状的混凝土，不再进行传荷能力测试。起点K1+640段混凝土板传荷系数，按照“优良、中、次、差”的等级划分百分率分别为30.9%、45.1%、20.8%、3.

9、3%。检测路段弯沉差大于6（1/100mm）为355个测点，占总测点数的百分率为55.8%；平均弯沉大于0.2mm为189个测点，占总测点数的百分率为29.7%。K1+640K2+440段混凝土板传荷系数，按照“优良、中、次、差”的等级划分百分率分别为18.7%、23.9%、28.9%、28.5%。检测路段（329#485#）弯沉差大于0.06mm为82个测点，占总测点数的百分率为26.9%；平均弯沉大于0.2mm为0个测点，占总测点数的百分率为0%。结论通过对改造路段全面系统的调查和质量检测。结论如下：K0+000K1+640段水泥混凝土路面病害较多、程度较重、范围较广。K1+640K2+4

10、20段水泥混凝土路面在局部位置有少量的病害，且病害程度较轻。根据公路水泥混凝土路面设计规范，拟改造路段水泥混凝土路面弯沉差大于0.06mm或平均弯沉大于0.2mm的现象较普遍，说明混凝土板的传荷能力不足，底部脱空现象较严重，需要对混凝土路面的基层部分进行处理。3 路面结构方案根据路面结构计算方法、行车舒适性、维修养护难易程度及对场地适应性的不同，初步拟定了三个路面改造方案。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设计规范关于普通水泥混凝土路面厚度计算方法，控制设计基准期内的荷载疲劳应力以及最大荷载应力不超过混凝土板弯拉强度。改造路面结构为：碎石化现状路面+素混凝土基层+沥青混凝土

11、隔离层+水泥混凝土面层，为增强混凝土板之间的传荷能力，在全路段混凝土板横缝均设置传力杆。该方案工程造价低，施工方便、快速，后期维修养护相对容易；但行车舒适性差，对远期交通荷载的发展变化适应性不强。3.2 方案二 连续配筋混凝土路面按照公路水泥混凝土路面设计规范关于普通水泥混凝土路面厚度计算方法确定连续配筋混凝土路面厚度，并配置一定量的纵、横向钢筋以控制水泥混凝土面层的裂缝间距和裂缝宽度。该方案路面结构为：碎石化现状路面+素混凝土基层+沥青混凝土隔离层+连续配筋混凝土面层。该方案行车舒适性高，局部混凝土开裂后，由于纵、横向钢筋的嵌挤作用，混凝土板仍能维持一定的平整度，保证行车舒适和安全。但由于布

12、置钢筋网后，钢筋绑扎、焊接工作量大，施工周期长，路面破损维修时不适宜机械化大规模作业 。3.3 方案三 双层配筋混凝土路面不同于以上两种采用成熟的路面疲劳荷载计算理论的路面结构方案，本方案按照弹性地基板计算理论、以最大轴载作为荷载计算参数、以钢筋作为主要受拉构件（不考虑混凝土的抗弯拉效应）来计算混凝土路面厚度和配筋量。初拟结构方案为：碎石化现状路面+水泥稳定碎石调平层+稀浆封层+双层钢筋混凝土面层。该方案充分发挥了钢筋和混凝土材料各自抗拉、抗压的优良物理力学性能，减小了路面结构厚度，对于改造工程的场地适应性强。由于钢筋作为受拉构件的抗疲劳能力远优于混凝土材料，双层钢筋混凝土路面结构对远期交通量

13、发展变化的适应性强，路面结构强度主要受最大作用荷载的控制。同时，由于该结构接缝少，行车舒适性高，局部混凝土开裂后，由于纵、横向钢筋的嵌挤作用，也能保证行车平顺。与连续配筋混凝土路面类似，施工时钢筋绑扎及焊接工作量大、周期长，路面破损维修时不适宜机械化大规模作业 ，工程造价相对较高。4 方案比较在相同路面基层结构及交通量条件下，本文对三种路面结构在不同轴载超载水平时的结构厚度和工程造价进行了对比分析，当轴载从14吨增加至30吨时，普通混凝土路面和连续配筋混凝土路面厚度从26cm增加至45cm，面层造价增加70%左右；而双层钢筋混凝土路面结构与连续配筋混凝土路面结构造价基本相同。轴载(KN)普通混

14、凝土连续配筋混凝土双层钢筋混凝土板厚/cm拉杆、传力杆配筋量(kg/m2)造价元/m2板厚/cm连续配筋量(kg/m2)造价元/m2板厚/cm配筋量(kg/m2)造价元/m2140262.27251802621.585310200332.96582303327.763902836.179418250392.96582703933.174703040.296474300452.96583154535.645203055.616568考虑行车舒适性及对未来交通发展变化和对工程场地的适应性，本次改造建议按照双层钢筋混凝土路面结构方案实施。5建议进行后期跟踪监控由于推荐路面结构方案及其计算方法系本文首

15、次采用，不在现有国家规范所规定范围内，应局部实施实验路段，埋设应力、应变片进行检测，分析混凝土板实施受力状态与理论计算之间的吻合性，为计算方法的完善提供基础资料水泥混凝土路面增设下封层在半刚性基层的水泥混凝土路面中，为防止混凝土板开裂后雨水浸入基层而引起路面结构的迅速、完全破坏，建议在半刚性基层顶面增设一层沥青封层。加强交通管理从第4节中不同轴载水平下路面结构造价分析可以看出，随着荷载的增加，工程造价成本提高，投资效益大大降低。因此，应加强交通管理、严控超载运输，以保证道路路面使用寿命，节约工程投资。加强道路养护道路在破损前期若不及时养护维修，道路性能会迅速衰减，导致道路加速破坏。建议加强道路维护管理，强化路面巡查，一经发现病害能马上维修，保证道路的正常使用寿命。参考文献:1 JTG D40-2011，公路水泥混凝土路面设计规范S.北京:人民交通出版社，2011.2 蒋应军.重载交通水泥混凝土路面材料与结构研究D.西安：长安大学，2005.3 白子建，贺海，周骊巍.重载交通长寿命沥青路面设计方法.城市道桥与防洪，2010，(12)：30334 罗翥，付智，范小响.水泥混凝