贫混凝土厚度设计

1、摘要：采用贫混凝土基层，可提高路面的使用性能与使用寿命，以河北宜大高速公路为例，分别 采用不同的设计方法确定贫混凝土基层的厚度，推荐以贫混凝土作为基层的水泥混凝土路面设计方法。 关键词：水泥混凝土路面；贫混凝土基层；设计方法采用贫混凝土作水泥混凝土路面基层，可大大提高基层的强度及耐冲刷能力，减少唧浆，板底脱空现象， 日益受到公路建设者的重视。目前我国水泥混凝土路面设计规范中没有贫混凝土基层的设计方法，如把 贫混凝土作为普通基层进行设计计算，过于保守。笔者以河北宣大高速公路为例，分别按规范旧混凝土 路面上混凝土加铺层、美国波特兰水泥协会（PCA）方法、美国陆军工程部队（COE）为机场道面加铺 层

2、制定的设计方法、美国各州公路与运输工作者协公（AASHTO）加铺层方法、美国混凝土协会（ACI） 加铺层方法进行了计算。几种方法进行比较，推荐以贫混凝土作为基层的水泥混凝土路面设计方法。1工程简介宣化大同高速公路中宣化至河北省与山西省界路段是河北省“三纵三横”公路主骨架的重要组成部分， 是109和207国道的一部分，宣大高速公路河北段，西起河北省阳原县冀晋交界，东至宣化与京张高速 公路连接，全长127km。其中，水泥混凝土路面试试验路9.8km。现有宣化大同二级公路上行驶车辆中 有小客车、小型货车，大中客车以及载货车辆（其中大部分为运煤的重载车辆（，载化车辆种类繁多， 其中主要有河牌载化车辆，

3、中国重型汽车工业联营公司制造的各种类型载货汽车（期太尔系五角星理型 载体贴汽车）其它类型的国产货运汽车及国外产的载货汽车。这些载货车辆中主要为运煤车辆，去北京方向时，大多数严重超载，返回时多为空车，设计者对大型、 重型载货车汽车及拖挂汽车的典型车型进行了现场调研，调研结果如下。（1） 中型载货汽车以东见140车型为代表，该车标准载重5t，总载9.2t后轴重6.93t前轴为单轴、单 轮；后轴为单轴、双轮，实际装载车货总重20t，净载重16t前轴重2.7t，（2）大型载货汽车以东风153车型为代表，前轴为单轴、单轮，满载后，轴重9.2t；后轴为单轴、双 轮，满地后轴重21.5t，轮胎接地压强为1.

4、1Mpa左右。（3）载货拖挂车以斯太尔系列车型为代表，占80%，其次是范畴风153载货挂车，占20%，其它车辆 较少，忽略不计。期太尔91拖挂车：主车自生11t，标准载重21t；挂车自重5七，标准载重15t，标准车货总重52t。超 载后，实际车货总重7095t，以90t居多，可以按90t计。主车前轴为单轴、单轮，每根轴重11t；后轴为双轴、双轮，单轴轴重22t，轮胎接地压强为1.151.2Mpa。 挂车两根轴，均为单轴、双轮，每根轴重1517t。东风153拖挂车；主车前面已介绍，不再重复；挂车两根轴，前轴为单轴、单轮或单轴、双轮，轴 重11t，后轴为单轴、双轮，轴重10.5t。宣大高速公路属特

5、重交通，设计年限为30年。设计方案之一是：水泥混凝土面板+20cm贫混凝土基层 +20cm水泥稳定砂砾底基层。设计参数为：混凝土面板搞折强度过为5.0Pma,EC=3x104Mpa；贫混凝土抗折强度 fem=1.5Mpa,Ee=2x104Mpa ；水泥砂砾E1=400Mpa；土基 E0=30Mpa；2面层厚度计算2. 1提案规范旧混凝土咱面上混凝土加铺层设计方法采用任何加铺层设计方法，均把贫混凝土基层看作旧有水泥混凝土路面把所设计混凝土面层看作加铺 层。我国规范的加铺层设计方法，是初估加铺层厚度，采用等刚度原则，按层间结合条件，将双层混凝土板 等效换算成单层混凝土板，分别是计算成单层混凝土板，

6、分别计算旧混凝土板和加铺层底面的弯拉应力。 当旧混凝土板底弯拉应力不大于其现有弯拉强度的103%和不低于其95%，且加铺层应力不大于加铺层 设计强度的103%时，则初估的面板厚度可以作为其设计厚度。宣大高速公路初估面板厚度为28cm验算远不能满足设计要求，面板厚度大于30cm，与实际情况出入较 大，该计算方法不理想。2. 2美国波特兰水泥协会（PCA）方法将以贫混凝土为基层的水泥混凝土为基层的水泥混凝土路面，按复合式水泥混凝土路面设计，贫混凝土 往往不设接缝，为减少射峰裂缝的影响，其抗弯拉强度通常低于1.0431.724Mpa，如果设置接缝则不受 此限制。厚度设计方法为：按不设贫混凝土基层时确

7、定的普通混凝土面层厚度，利用专供复合式水泥混凝土设计 的诺模图，确定水泥混凝土面层与贫混凝土基层的厚度。上、下层结合方式分为整体式与非整体式2种 情况，宣大高速公路基层顶面喷洒透层沥青，因此，计算时采用后者，即非整体式的结合方式，并肯， 基层设置接缝。试验路按非整体式复合式路面进行计算，贫混凝土搞折强度取1.5Mpa按不设贫混凝土基层时确定的普 通混凝土面层厚度为34cm。按波特兰水泥协会提出的诺模图，得出面板厚26.6cm贫混凝土厚15.2cm，设计取贫混凝土 20cm作为一 层施工，面板为28cm。2. 3按国的水泥混凝土加铺层方法设计水泥混凝土路面的加铺导层一般设置于旧混凝土路面之上，在

8、清除旧路面层表面的松散碎屑和由接缝内 挤出的填缝料后，铺设一层由沥青混凝土，沥青砂、油毡和聚已烯组成的隔离层，再铺水泥混凝土加铺 层。隔离层主要起防止加铺层与旧面层粘结的作用。宣大高速公路隔离层采用透层沥青。长期以来流传较广的加铺层设计经验方法，是美国陆军工程部队（COE）为机场道面加铺层制定的设计 方法。该方法采用补足厚度（及结构承载力）缺额的概念，按现有地基承载力（基层顶面综合反模量）， 确定测足未来交通要求所需的面层厚度，而旧面层厚度与此厚度的差值便为所需补充的加铺层厚度。旧 面层的厚度按面层的结构损坏程度给预不同的折减。加铺层的厚度设计公式为：H 上 n=Hnkhn式中H上n为所需的加

9、铺层设计厚度；H为按现有地基承载力和未来交通需求，由新建路面设计方法确 定的单层混凝土面层所埯厚度；h为旧混凝土面层厚度；k为旧面层结构损坏状况系数，结构状况良好， 无荷载引起的结构裂缝或有少量的次要裂缝时，k=0.75，结构状况差，出现荷载引起的进展性裂缝，并伴 有碎裂或接缝或裂缝错台时，k=0.35;n为随上，下层结合状况而异的指数，对于分离式，n=2。对于宣大高速公路贫混凝土而言，贫混凝土基层可看作是旧混凝土路面面层，按以上要求，H=34cm,h=20cm,k=1.0,n=2。那么水泥混凝土加铺层面层厚度 H上n=342202，H上=27.5cm美国各州公路与运输工作者协会（AASHTO

10、）方法为：DOL2=DY2D2xeff式中DOL2为加铺层厚度，DY为新路面厚度;Dxeff为现有水泥混凝土路面的有效板厚度，Dxeff=CxxC0, C0为现有水泥混凝土板厚度，Cx为现有路面状态系数，对于宣大高速公路新建贫混凝土基层，Cx=1.0。 可见该方法与美国陆军工程部队（COE）方法一致。美国混凝土协会（ACI ）方法为：Hr=根号内 H2CH20式中：H为按现有设计要求确定的单层路面板所需厚度；C为路面状况系数，C=1，现有路面整个状况 良好；H0为现有路面厚度。该方法仍然与上面两种方法一致3各种设计方法的比较国内旧混凝土路面上的水泥混凝土加铺层设计方法，侧重量于理论分析，强调新

11、，旧混凝土弯拉应力是 否满足要求，但对旧混凝土路面板的损坏状况考虑不足。就该类工程的经验来讲，我国类似的工程经验 甚少，因此，采用该方法验算修建于贫混凝土基层之上的水泥混凝土面层与贫混下的弯拉应力仪能作为 参考。波特兰水泥协会（PCA）方法是一种力学经验法，通过理论计算，求出复合式水泥混凝土板的厚度，然 后采用经验的方法，提出面板厚度与贫混凝土厚度。国外混凝土路面加铺层设计方法，是基于经验的方 法，尽管理论分析不足，但充分考虑了旧有水泥混凝土板的状况，并提供了旧有混凝土面板各种损坏状 况的经验参数值勤，实用性强，计算方法简单，与波特兰水泥协会（PCA）方法计算值相近，并偏于安 全。设计时，可以充分考虑贫混凝土基层的状况。因此，笔者认为，对于以贫混凝土为基层的水泥混凝土路面，可依照现行我国水泥混凝土路面的设计方 法，按不设贫混凝土基层时计算路面板厚度；取贫混凝土基层的厚度为1820 cm，然后按美国陆军工程 部队（COE）加铺层的设计方法，计算面板厚度。考虑这样的贫混凝土基层厚芳是因为：1）对于采用滑模摊铺的贫混凝土，该厚度对拌和楼与妯混凝土料的运输要求不高供料