一、水泥路面的特性

混凝土路面以其強(qiáng)度高、剛性大和耐久性好，能適應(yīng)重載、高速而密集的汽車(chē)運(yùn)輸要求，已在城市道路中廣泛采用。

1、強(qiáng)度高、剛性大和耐久性好:混凝土路面具有較高的抗壓、抗彎拉和抗磨耗的力學(xué)強(qiáng)度，具有較高的承載能力和擴(kuò)荷載能力，耐久性好，一般可使用20~30年以上，瀝青路面一般在10~15年，是瀝青路面使用年限的2倍。

2、穩(wěn)定性好:環(huán)境溫度和濕度對(duì)混凝土路面的力學(xué)強(qiáng)度影響甚小，因而熱穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性和時(shí)間穩(wěn)定性都比較好?？褂皖?lèi)侵蝕能力強(qiáng)，抗洪能力比瀝青路面強(qiáng)。

3、平整度和粗糙度好:表面起伏變形少，路面在潮濕時(shí)候仍能保持足夠的粗糙度，使車(chē)輛不打滑而能保持較高的安全行車(chē)速度。

4、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用少，維修成本低:水泥路面的建造費(fèi)用比瀝青路面節(jié)省一倍。按每立方米混合料測(cè)算，瀝青混合料需要1000元~1400元，而水泥路面僅需要330元~580元。維護(hù)方面:瀝青路面局部修復(fù)養(yǎng)護(hù)費(fèi)用比新建費(fèi)用大致高4倍~5倍，而水泥路面局部修復(fù)的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用是建造費(fèi)用的2倍~3倍。

5、運(yùn)輸成本低:以V=60km/h行車(chē)速度計(jì)算，水泥路面的油耗比瀝青路面節(jié)省8%;隨著速度的加大，在V=80km/h行車(chē)速度時(shí)，水泥路面的油耗比瀝青路面可節(jié)省10.5%。在當(dāng)前高油價(jià)、高污染的時(shí)代，達(dá)到低碳節(jié)能的目標(biāo)。

綜上所述，由于我國(guó)資源和能源的緊缺，加快水泥混凝土路面技術(shù)進(jìn)步是我國(guó)道路建設(shè)的客觀需求，也是促進(jìn)我國(guó)能源大發(fā)展的重要戰(zhàn)略措施。

二、混凝土路面的設(shè)計(jì)概況

混凝土板厚一般采用等厚度形式，根據(jù)交通量大小及軸載大小確定路面厚度，板厚最小18cm。板寬一般按每車(chē)道，耽不大于4.5m;板長(zhǎng)一般采用4~5m，最長(zhǎng)不超過(guò)6m。脹縫間距一般直線段為200m設(shè)一道，在交叉口與直線聯(lián)接處設(shè)脹縫。

三、水泥混凝土路面板尺寸的確定

水泥混凝土路面板尺寸包括板的厚度及平面尺寸。采用彈性半無(wú)限地基板理論和有限元法計(jì)算板內(nèi)應(yīng)力，以荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力產(chǎn)生的綜合疲勞損壞(斷裂)為設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)。以BZZ-100KN的單軸荷載作為標(biāo)準(zhǔn)軸載，按等效原則將各級(jí)軸載換算為標(biāo)準(zhǔn)軸載。

1、混凝土面層厚度的確定

(1)使用年限內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸載在車(chē)道內(nèi)的累計(jì)重復(fù)作用次數(shù)。在使用年限內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)軸載在車(chē)道內(nèi)的累計(jì)重復(fù)作用次數(shù)Ne，可通過(guò)對(duì)現(xiàn)有道路的軸載情況調(diào)查和交通增長(zhǎng)分析后，按下式計(jì)算:Ns=365N0[(1十γ)-T].η/γ

式中:N0一設(shè)計(jì)初期車(chē)道上日標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù);

γ—平均年交通量增長(zhǎng)率(%);

T一路面的使用年限;

η一車(chē)輪輪跡橫向分布系數(shù)。對(duì)雙向雙車(chē)道混合行駛者取0.30~0.40;對(duì)雙向雙車(chē)道，機(jī)動(dòng)、非機(jī)動(dòng)、慢行分開(kāi)者取0.40~0.50;對(duì)單向一個(gè)車(chē)道取0.50~0.65。

其中，標(biāo)準(zhǔn)軸載Ps是以BZZ-100作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載，由交通調(diào)查得到的各級(jí)軸載Pi的作用次數(shù)Ni換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載Ps的作用次數(shù)Ns:

Ns=a1Ni(Pr/Ps)16

式中:a1—后軸系數(shù)。單后軸時(shí)，a1=l;軸距≤1.35m的雙后軸，以板中為臨界荷位時(shí)，a1=0.23，以板邊為臨界荷位時(shí)，al=3.8;軸距>1.35m的雙后軸，分別按單后軸計(jì)。

(2)混凝土的抗折疲勞強(qiáng)度σl即:σ1=σ(0.885-0.063logNe)

式中σ1—混凝土計(jì)算抗折強(qiáng)度;

N—軸載作用次數(shù)。

(3)地基的計(jì)算回彈模量Es，即:

Es=n•El

式中:n—地基回彈模量增大系數(shù);

n=nr(8.4h/Et 0.58);

nr—計(jì)算荷位系數(shù)，板中荷位取1.0，橫邊荷位取0.75;

h—混凝土板厚(cm);

Et一地基的當(dāng)量回彈模量(Mpa)，可根據(jù)基層、路基的回彈模量，擬定的基層厚度，由當(dāng)量回彈摸量Et計(jì)算圖求得。

(4)混凝土板的計(jì)算荷載應(yīng)力σp。利用應(yīng)力計(jì)算模圖，根據(jù)初擬的混凝土板厚h，板和地基的模量比Et/E1，及軸載大小P，確定板內(nèi)最大荷載應(yīng)力σ。由于路面不平整(特別是橫向接縫處)和車(chē)輛本身的震動(dòng)，軸載對(duì)路面有動(dòng)態(tài)效應(yīng)。動(dòng)軸載的變化一般呈正態(tài)分布。因此，對(duì)于靜軸載的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果應(yīng)乘以動(dòng)載系數(shù)Kd，其值變動(dòng)于1.15~1.20之間，根據(jù)交通繁重程度取用。

2、混凝土板平面尺寸的確定

混凝土板通常采用板寬為3.5~3.75m，板長(zhǎng)為4.0~5.5m。為判斷所選板尺寸是否合適，應(yīng)進(jìn)行溫度翹曲應(yīng)力計(jì)算，并同荷載應(yīng)力疊加，驗(yàn)算綜合成力是否小于混凝土的抗折強(qiáng)度。即:

σc=σp σT≤σs

式中:σc—綜合應(yīng)力;

σp—最大荷載虛力，按軸載120kN計(jì)算;

σT—溫度翹曲應(yīng)力;

σs—混凝土計(jì)算抗折強(qiáng)度。

結(jié)語(yǔ)

1、水泥路面的試用應(yīng)因地制宜，對(duì)于重車(chē)較多的道路建議首選水泥路面結(jié)構(gòu)。

2、水泥路面兩大控制指標(biāo):路面結(jié)構(gòu)厚度和平面尺寸，上述兩個(gè)指標(biāo)是以混凝土疲勞開(kāi)裂為臨界狀態(tài)，按荷載應(yīng)力和溫度翹曲應(yīng)力大小確定的。由于應(yīng)力計(jì)算公式假設(shè)了板和地基保持接觸。各項(xiàng)計(jì)算參數(shù)，對(duì)計(jì)算應(yīng)力值都有一定的影響，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)匾呀üこ碳霸O(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)選用。

3、采用水泥混凝土路面對(duì)路基要求較高，即需要較強(qiáng)的路基設(shè)計(jì)，才能避免水泥路面的損害。

4、建議水泥路面基層基層采用半剛性或剛性基層，底基層采用水泥穩(wěn)定類(lèi)土，石灰土穩(wěn)定類(lèi)基層因其受水浸泡后易液化、變軟，不宜直接用在混凝土的基層。