改建的农村公路水泥混凝土路面，开裂破坏的
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主要表现形式是路面板角隅断裂，或路面出现较大 面积的纵、横裂缝和交叉裂缝。调查中拍摄到了大
量图片，现选录两幅如图４所示。
圈４路面开裂破坏状况
２．２路面开裂破坏的主要原因分析 （１）基础不均匀沉降。路基是路面的支承结构
物，坚实稳固的路基是保证路面使用寿命和服务水 平的基本条件。然而，在改建的农村公路建设中，路 基的设计和施工并未得到足够重视。原有道路在使 用期间由于交通渠化作用，存在明显的不均匀碾压， 作为新路的路基，又因压实机具简陋而存在局部压 实度不够，甚至漏压；路基拓宽部分的压实及与旧路 路基的交接处理也存在隐患。改建后的路面行车条 件大为改善，车轮轮迹分布较改建前有所不同，在车 辆荷载反复作用下，路基产生不均匀沉降，导致路面 开裂和断板等破坏。
（４）路面结构不尽合理。目前，农村公路由于交 通量较小且建设资金有限，因而人们比较重视路面建 设初期的使用功能，对路面的承载能力和耐久性有所 忽视。其主要表现是路面结构设计不尽合理（有的甚 至未做必要的设计和验算）。如工况２，采用８ ｃｍ厚 的天然砂砾作为基（垫）层（实际上有的只有４ ｃｍ）， 刚度和厚度都偏小，对路面板的支承和稳定作用极 其有限。路面板一旦脱空，最大主拉应力将很快达 到水泥混凝土的双向拉伸强度极限而使板底开裂， 继而迅速向上发展，导致破坏，如图４（ｂ）所示。
此外，重载车辆的作用，无疑是使路面提前开裂 的重要原因。一般来说，农村公路交通量较小、轴载 较轻，属轻交通。其主要交通工具是：货运有农用货 车、拖拉机和少量载重车、拖挂车，客运有中巴和少 量大客车，家用则有摩托车、自行车和少量小汽车。 但其中也有单轴轴载大于６０ ｋＮ，甚至有少量轴载 超过１００ ｋＮ的车辆在路面上行驶，而且有增加的
科技．２００８，２５（４）：５７－８１． ［３］梁增平．冲击压实技术在湿陷性黄土处理中的应用
［Ｊ］．内蒙古公路与运输，２００２，（２）：２２—２３． ［４１晋枫春，等．冲击压实破碎稳固旧水泥混凝土路面质 ． 量控制口］．公路，２００８，（７）：１５７—１６０．
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破坏。问题是，路面在未到达设计使用期末的过早 开裂破坏，不但造成巨大的维修压力和经济负担，而 且严重干扰交通。农村公路由于建设资金和技术水 平等条件的制约，路面过早的开裂破坏问题尤其突 出，交通事故和安全隐患增加Ｌ３］。这对农村经济社 会的长远发展必将产生极为不利的影响。本项目从 ２００７年６月至２００８年８月，对农村公路建设情况 和路面开裂破坏状况，进行了广泛调研，重点考察了 洞庭湖周边地区的乡镇道路水泥混凝土路面。本文 在文献［４，５］的基础上，采用ＡＮＳＹＳ有限元软件， 对改建的农村公路水泥混凝土路面进行结构计算， 进而分析路面过早开裂破坏的主要原因，供农村公 路建设及其路面病害防治参考。
（２）排水不良。对已建路面进行检测得知，路拱 横坡度都很小，路表平整度较差，不利于路面排水。 特殊路段的局部排水设计和施工，标准不高、要求不 严，存在水损害隐患。因水患造成沟槽下沉、回填沉 陷，进而导致路面板底脱空的情况并不罕见。山区公 路，截水沟、边沟和排水沟未按标准设置，暴雨山洪使 路基遭受严重损坏的情况时有发生。路面接缝一般 都有２～３ ｃｍ左右宽，虽然进行了填缝处理但不规范 或填缝料质量太差，致使接缝过早失效。雨水很容易 通过接缝渗入路基，使路基较多时间处于潮湿或过湿 状态。这样的路基在车辆荷载反复作用下，路面基层 和路基的部分材料易被挤出造成板底脱空；冬季则可 能形成冰涨，使路面板拱起继而断裂。
公路２００９年７月第７期 文章编号：０４５１—０７１２（２００９）０７一００３３一０５
中圈分类号：Ｕ４１６．２１６
ＨＩＧＨＷＡＹ Ｊｕｌ．２００９ Ｎｏ．７ 文献标识码：Ａ
农村公路水泥混凝土路面结构计算与分析
陈积光，王光辉，胡卫东
（湖南理工学院土建系岳阳市４１４０００）
擒耍：根据调查资料，利用ＡＮＳＹＳ有限元软件，对改建的农村公路水泥混凝土路面结构进行了计算分析． 结果表明：车辆荷载作用下的路面板底及荷位附近旁边的板顶，处于双向拉伸应力状态；在原有旧砂石路面上设置 １５ ｃｌａｎ厚的水泥稳定砂砾层，铺筑的２０ ｃｍ厚路面板能较好地满足抗拉要求。在此基础上，分析了路面过早开裂破 坏的主要原因，可供农村公路建设及其路面病害防治参考。
ｌ路面结构计算分析 被调查地区改建的农村公路，一般是在旧砂石
路面上铺筑水泥混凝土路面。开裂破坏是这种路面 的常见病害。而水泥混凝土结构的开裂，一般情况 是由于荷载或环境变化产生的拉应力所致［６】，所以 首先针对车辆倚载作用下路面板的拉伸应力及其分 布，进行结构计算分析。 １．１路面结构组合与计算图式
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趋势。随着农村经济社会的快速发展和产业结构调 整，各种农用交通运输工具迅速增加。有些车主还 私自加固、改装载重车辆，使得重载汽车日益增多。 按照现行水泥混凝土路面设计规范【７］提出的汽车荷 载参数，以单轴荷载１００ ｋＮ作为标准轴载进行路 面设计，按照等效疲劳开裂原则进行换算的话，重 １２０ ｋＮ的单轴一双轮荷载在路面纵缝处作用１次， 相当于标准轴载作用１８次；而重６０ ｋＮ的单轴一单 轮荷载在路面纵缝处作用１次，只相当于标准轴载 作用０．１次。可见，重载车辆的作用，对水泥混凝土 路面的使用寿命影响之大。
基金项目：湖南省科技厅科研计划项目，项目编号２００８ＦＪ３０４２ 收稿日期：２００８—１０一２８
圈８试验段弯沉随龄期寰藏
参考文献： ［１３李昶，张玉宏，张建．冲击压实与ＭＨＢ类设备对水泥
混凝土路面破碎效果的对比研究口］．公路交通科技， ２００４，２１（１１）：１７—１９． ［２］李昶，王传文．路基冲击压实效果分析［Ｊ１．公路交通
基
础
裹２材科参教
弹性模量Ｅ／ＭＰａ ２７ ０００ １ ３００ １８０ １２０
泊松比且
０．１６ ０．１６ ０．１６ Ｏ．３５
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１．３计算结果 当荷载作用于路面板的纵缝中部、横缝中部、板
中和板角４个位置时（图１），得到路面板的最大主 拉应力计算结果如表３所示；同时得到其拉伸应力 分布如图３所示。
衰３最大主拉应力口。计算结果
ＭＰａ
工况编号
纵缝中部 （板底）
横缝中部 （板底）
板中 （板底）
板角隅 （板顶）
ｌ
０．３３８
０．３３８
０．２１３
０．５７３
２
０．９６９
０．９４８
０．５４６
０．６１５
１．４结果分析 （１）由图３可知，不论是工况１还是工况２，也
不论荷载作用于路面板的纵缝中部、横缝中部，还是 板中或是板角，路面板底及荷位附近旁边的板顶处 于双向拉伸应力状态；且两种工况下路面板的对应 位置，其双向拉伸应力的分布状态相似。
工况编号
水泥混凝土路面板
平面尺寸
ｍ×ｍ
厚度 Ｃｍ
基（垫）层
基础
１５ ｃｍ厚水泥
１
３．５×５．０
２０．ｏ
旧砂石路面
稳定粒料
２
３．Ｏ×４．５
２０．０ ８ ｔＩＴｌ厚天然砂砾 旧砂石路面
１．２计算模型与计算参数 采用弹性半无限地基模型，将旧砂石路面及其
以下部分视为综合地基，建立弹性板模型。路面板 尺寸见表１，路基响应深度取２ ｒｒｌ．荷载取ＢＺＺ一１００。 边界条件为：路基底面固定，路面各结构层完全连续 接触，不考虑接缝的传荷能力（实际上一般都未设置Biblioteka 板中圈３路面板的拉应力分布
２路面板的开裂破坏首先应在板的纵缝中部；这与 实际情况基本相符。
（３）两种工况路面板的最大主拉应力，均明显低 于水泥混凝土的弯拉强度。因而在路面建成初期， 都能满足车辆荷载作用下路面板的抗弯拉要求。但 工况１明显优于工况２。
（４）由于路面板底及荷位附近旁边的板顶，处于 双向拉伸应力状态，而水泥混凝土具有明显的双向 拉伸强度弱化效应ｎ］，所以，路面的实际使用寿命将 明显低于按现行规范［７３设计的使用年限。工况２路 面板底的最大主拉应力。更接近水泥混凝土的双向 拉伸强度，因而其疲劳寿命将更短。
３结语 （１）结构计算表明，车辆荷载作用下的路面板底
及荷位附近旁边的板顶，处于双向拉伸应力状态。 工况１路面板的最大主拉应力远小于工况２的相应 值，能较好地满足荷载作用下板的抗拉要求。所以， 在农村公路水泥混凝土路面建设中，本文推荐工 况１路面结构。但要加强施工监理，确保工程质量； 特别是路面板角隅处，必要时应考虑采取补强措施。
（２）最大主拉应力是导致路面开裂的重要原因。 由于路面板底（或板顶）处于双向拉伸应力状态，而 水泥混凝土具有明显的双向拉伸强度弱化效应，所 以，路面的实际使用寿命将明显低于按现行规范设 计的使用年限。特别是在板底脱空的情况下，其最
大主拉应力很容易达到水泥混凝土的双向拉伸强度 极限，导致路面结构迅速开裂破坏。因此，要严格控 制路面板底脱空。
路和水泥路＂［¨，并相继出台了一系列关于农村公路 建设的指导性文件［２］。短短几年时间，数十万ｋｍ改 建或新建的沥青混凝土路面和水泥混凝土路面，既方 便了人们出行又促进了农业生产。
然而，由于水泥混凝土路面受到材料、施工和使 用过程中多种因素的影响，难免在个别路段或少数 板块中产生各种裂缝，并逐渐发展至大面积的开裂
一 水泥混凝土面板 －
蔓糍誊饕 基（垫）层
；兰｛≥三：：：二三；．：二兰；三二三： 基础（旧砂白路面）
（２）立面
图ｌ计算图式
拉杆和传力杆）。计算模型如图２，计算参数见表２。 原有旧砂石路面的综合回弹模量据现场调查反算。 水泥混凝土的弯拉强度为４．０ ＭＰａ。
围２有限元计算模型