浅析道路桥梁路面结构设计
【摘 要】本文作者介绍了国外水泥混凝土路面设计状况，并对水泥混凝土路面设计技术进行了分析探讨，供同行参考。
【关键词】道路桥梁；路面结构设计；浅析
道桥水泥混凝土路面设计是一项严谨的技术，必须在借鉴国外先进经验、成熟技术和认真研究相关标准规范基础上，结合生产实际，对道桥水泥混凝土路面进行最优化设计。
1 国外水泥混凝土路面设计状况
水泥混凝土路面以其优良的抗超载能力，在国外享有“免养护路面”的美称。借鉴国外的先进经验和引进成熟技术，结合我国的具体情况，完善水泥混凝土路面设计与应用，大有裨益。国外路桥使用水泥混凝土非常普遍。其多数路面表现的使用现状达到或超越设计要求的卓越的性能，以及降噪路面的研究所取得的成就，越来越引起世界各国的关注和重视。美国水泥混凝土路面的典型结构设计美国对水泥混凝土路面多年的研究发现，车辆通过道桥时，由于载荷的作用，可使基层细料和水一起从板接缝处挤出并喷溅出稀泥浆，使基础失去支撑能力，在荷载的重复作用下产生板断裂。究其原因，多为填缝料被破坏、雨水下渗和道桥路面的排水不良等原因。为此，设计时上基层的铺设选择泡不软的贫水泥混凝土，同时要求：其伸缩缝必须与面层水泥混凝土的伸缩缝相互错开，距离为3050cm。
在基层上洒液体石蜡，使其与面层能够互相滑动。该设计方案有效地、巧妙地解决了面层的反射裂缝问题。低嗓音水泥混凝土路面的设计人们环保意识的增强，使得水泥混凝土路面的噪声问题逐渐得到关注。为使路面使用品质得到提高，研究人员展开了大量轮胎-路面噪音机理的研究，以期降低水泥混凝土路面的噪声，提升水泥混凝土路面的使用品质。国外对此研究情况表明，水泥混凝土路面施工拉毛时，使用均匀间距的叉形弹簧钢齿所产生的噪音，与沟槽和车轮摩擦产生的噪音是同一频率。针对这一现象，研究人员认为如果在此过程中能够制造不同频率的噪音，就能使两种噪音之间互相干扰或抵消，从而降低总噪音。以下二种国外成功的水泥混凝土路面降噪设计技术，在我国应得到借鉴和推广：为打破同一频率的噪声，使用无规律的、间距不等的叉形弹簧钢齿进行拉毛。以l20km/h的车速测试，该路面噪音比起造价高昂、品质优良的沥青混凝土路面稍高，但比传统水泥混凝土路面噪音低得多。
铺露石面层，薄层厚度以5cm为宜。露石面层应选取耐磨指数较高的石料。同样以l20km/h车速测试，此路面的噪音比沥青混凝土路面的噪音还要低3 4dB。这一成果在英国、芬兰、德国等国家都得到了广泛的应用。双层水泥混凝土摊铺技术，是实现这一技术成果的关键。与此配套的新式双层水泥混凝土摊铺机的应用，很好地满足了上下两层“湿对湿”的不同配合比、不同厚度的水泥混凝土同步摊铺的要求，即前半部分铺一定厚度的常规水泥混凝土，后半部分在其表面再加铺单一粒径的露石面层。
2 水泥混凝土路面设计技术分析
应充分借鉴国内外相关标准，理解和严格遵守我国JTG D40-2003《公路水泥混凝土路面设计规范》、JTGF30-2003 《公路水泥混凝土路面施工技术规范》等标准规范的规定。在路面的结构设计中，就如何有效控制路面的缺陷，提高水泥混凝土路面的使用性能，对水泥混凝土路基、基层、路面等设计严格把关，注重混凝土配料的选取，通过试验确定最佳混合比，把握好路面接缝处理等环节。
2.1 水泥混凝土路面设计可靠度要求
道桥设计的安全等级分为三个等级。通常选用低变异水平等级须增加混凝土面层的设计厚度；而高变异水平等级则可降低混凝土面层的设计厚度。设计时需通过经济分析和技术比较，确定变异水平等级。对于高速道路的路面，为保证优良的行驶质量，不宜降低变异水平等级。设计时需依据各设计参数变异系数值随着各变异水平等级变化的情况，正确选择可靠度系数、目标可靠度。目标可靠度的选取需慎重，它不仅代表该设计路面结构所具有的可靠性水平，也与经济直接关联，定的高，所设计的路面结构厚重初建费用较高，但通车使用后的`养护费用较低；反之目标可靠度较低，可降低初建费用，但养护费用则会提高。结构设计中常采用“校准法”来确定目标可靠度。“校准法”是对已有的、按设计规范或要求所设计和施工的路面进行隐含可靠度的分析，从而制定目标可靠度。因吸纳了原有路桥设计和使用经验，保证了目标可靠度的一致性，所以具有较高的经济性和合理性。
2.2 交通量的正确统计
目前，道桥运输车辆中，轴重超过30 t 的车辆比例逐年增加，特别是存在大量的双后轴车辆。如果对重轴载车辆不能进行客观的、准确的统计和计算，将会产生交通量设计参数的偏差。对超载车的超载数的预估不足，即使采用超载与空载平均值的方法，也会导致所预估的交通量偏低的结果。所以，要做到交通量统计的准确性，不可仅凭经验进行设计，必须对上述两方面进行严谨的、科学的、实事求是的统计，即交通量的统计应严格以轴载为准；空车与超载车区别对待，分别统计等。
2.3 对路基的要求
水泥混凝土路面结构设计应对路基提出要求。路基与道路结构层应紧密接触，保证足够的强度和稳定性，且处于干燥或中湿状态。路基的压实度应达到98%，它是避免自然沉陷和行车荷载反复作用造成压实变形的基本保证。
2.4 对基层的要求
水泥混凝土路面结构设计应对路基层提出要求。基层质量是保证水泥混凝土路面结构整体强度，必须强度均匀、表面平整、密实。多基层时，特别需保证上基层表面的平整能够均匀地支承面层。基层的刚度和耐冲刷能力，对延缓水泥混凝土路面的使用寿命有着重要作用。
2.5 对面层的要求
水泥混凝土路面结构设计应对面层提出要求。改善混凝土路面的行驶质量，接缝是混凝土路面的薄弱环节，应提高接缝的传荷能力。设计中应按照相关标准规定和技术要求，在承受特重和重的交通普通混凝土面层的横向缩缝内，设置传力杆。
2.6 对配合比设计的要求
水泥混凝土配合比设计是一个完善的体系，包括原材料的选择、配比计算、物理力学性能设计及其检测等。配合比设计中，应考虑强度设计向多种性能设计的转化，贯穿从可行性设计向优化设计转化的设计理念。
3 结束语
在我国的道桥路面结构设计中，水泥混凝土路面是被广泛使用的结构类型。尤其是随着我国高速公路的迅速发展，水泥混凝土以其分布广这一得天独厚的资源优势和强度高、承载能力大、耐磨无车辙、使用寿命长、养护费用低等性能和使用特点，得到了广泛的应用。但是，从国内长期的使用情况来看，由于地方经济的发展所带来的交通量的猛增，大型车辆的轴载成倍提高致使路面的早期断裂等现象猛增，在诸多因素影响下，出现道路使用年限远远小于设计年限的现象。最为直接的表现就是，水泥混凝土路面使用周期过短，往往建成通车后不久，3年5年甚至短的几个月后就出现大量的早期破坏现象，如路面的早期断裂、边角破损、粗糙度加大等。此类现象的发生，不仅给行车和养护带来困难，而且修复费用高昂、难度大。
因此，从结构设计的角度出发，研究水泥混凝土材料的耐久性和抗腐蚀能力，提高水泥混凝土路面结构设计技术，倍受业内人士关注。
