浅谈农村公路水泥混凝土路面结构设计
【摘要】全国农村公路建设快速发展，通车里程不断增加，公路质量与使用寿命也越来越受到重视；但农村公路往往由于建设资金的制约、技术水平的影响，建成路面成型后普遍存在断板、路面纵向裂缝等问题。

本文将主要从农村公路路面结构设计着手分析，主要论述结构组合设计和厚度设计等。

【关键词】农村公路；水泥混凝土路面；结构设计
0 概述
截止2012年底，我省农村公路总里程达到10.8万公里，全省98%的乡镇、49%的建制村通了沥青（水泥）路，省政府向全省人民承诺的“建成3000公里建制村通沥青（水泥）路”实事任务，也于2012年年底之前全面完成，为富民兴陇战略提供了强有力的支撑。

从已经建成的农村公路水泥混凝土路面来看，大部分合格完好，但也有部分路面出现了裂缝、断面、错台等病害问题。

分析该路面的病害成因，除了施工质量影响外，也和路面设计存在着一定的关系。

所以，从设计阶段就开始研究，低成本、高质量、便于施工和养护的且适合甘肃省自然环境的水泥混凝土路面结构，是关系到我省农村公路建设健康发展的重要课题。

1 水泥混凝土路面的损坏模式和设计要求
1.1 断裂
现象：路面面板内的应力超过混凝土强度，故会出现横向、纵向、斜向或板角的拉断和折断裂缝，严重时，裂缝交叉而使路面板破裂
成碎块。

原因：板太薄或轮载过重和作用次数过多，板的平面尺寸大大（使温度应力过大），地基过量或不均匀下沉使板底脱空失去支承，施工养生期间收缩应力过大或混凝土强度不足等。

1.2 拱起
现象：混凝土路面板在热膨胀受阻时，接缝两侧的板突然向上拱起。

原因：板收缩时接缝缝隙张开，填缝料失效，硬物嵌满缝隙，致使板受热膨胀时产生较大的热压应力，从而出现这种纵向屈曲失稳现象。

采用膨胀性较大的石料（如硅质岩石等）作粗集料，容易引起板块拱起。

1.3 错台
现象：接缝或裂缝两侧路面板端部出现的竖向相对位移。

原因：横缝处传荷能力不足，车轮经过时相邻板端部会出现挠度差，使沿缝隙下渗的水带着基层被冲蚀的碎屑向后方板下运动，把该板抬起。

胀缝下部填缝板与上部缝槽未能对齐，或胀缝两侧混凝土壁面不垂直，使缝旁两板在伸胀持压过程中，会上下错位而形成错台。

当交通量或地基承载力在横向各块板之间不一致时，纵缝止也会产生错台现象。

错台的出现，降低了行车的平稳性和舒适性。

2 路面结构设计及说明
2.1 设计标准
2.1.1 我国现行的水泥混凝土路面设计方法，以水泥混凝土面层
板的疲劳断裂作为路面损坏的主要模式。

2.1.2 路面结构可靠度定义：在规定的时间内，在规定的条件下，路面使用性能满足预定水平要求的概率。

2.1.3 水泥混凝土路面结构可靠度定义：在规定的设计基准期内，在规定的交通和环境条件下，行车荷载疲劳应力和温度梯度疲劳应力的总和不超过混凝土弯拉强度的概率。

2.2 路面结构组合设计
2.2.1 面层类型
面层一般采用设接缝的普通混凝土；面层板的平面尺寸较大或形状不规则；路面结构下埋有地下设施，高填方、软土地基、填挖交界段的路基等有可能产生不均匀沉降时，应采用设置接缝的钢筋混凝土面层。

一般二级及二级以下公路采用碾压混凝土面层。

2.2.2 面层厚度
一般三、四级公路及支路，面层厚度根据交通量轻重不同在小于230mm到小于200mm范围内，甘肃省天水普遍采用的是18cm厚的水泥混凝土面板。

2.2.3 构造深度
二、三、四级公路中，一般路段构造深度0.50～0.90mm，特殊路段0.60～1.00mm。

2.2.4 基层
基层要求有均匀、稳定的支承，防止唧泥、错台，延长寿命，施工方便；并要有足够刚度、稳定性，断面正确、平整，耐冲蚀能力；
一般基层宽度比面板宽25～35cm，或与路基同宽。

2.2.5 底基层
底基层是设置在基层之下，并与面层、基层一起承受车轮荷载反复作用，起次要承重作用的层次。

底基层材料的强度指标要求可比基层材料略低。

基层、底基层视公路等级或交通量的需要可设置一层或两层。

当基层或底基层较厚需分两层施工时，可分别称为上基层、下基层，或上底基层、下底基层。

2.2.6 垫层
垫层是为了阻止路基土挤入基层，改善路基水温状况的目的而设置；垫层要求具有一定的强度、好的水稳性、抗冻性；
垫层的宽度应与路基同宽，其最小厚度为150mm；防冻垫层和排水垫层宜采用砂、砂砾等颗粒材料。

半刚性垫层可采用低剂量无机结合料稳定粒料或土。

3 水泥混凝土面板厚度设计
3.1 计算依据
水泥混凝土面层板的厚度和平面尺寸，主要取决于预定使用年限内标准轴载的累计作用次数及其所产生荷载应力的疲劳损耗，由于板中温度梯度引起翘曲应力的疲劳损耗和混凝土疲劳强度之间的关系。

目前，我国的路面设计规范采用弹性半无限地基板理论和有限元法计算板内弯拉应力，以规定的安全等级和目标可靠度，承受预期的交通荷载作用，并同所处的自然环境相适应，满足预定的使用性
能要求为依据，以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态，并按照等效原则换算为标准轴载的累计次数来考虑荷载的重复作用影响。

3.2 相关计算参数
3.2.3 水泥混凝土路面结构设计以行车荷载和温度梯度综合作
用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态，其设计表达式如下。

3.3 设计计算流程
考虑荷载应力和温度翘曲应力综合疲劳损伤作用的混凝土面层
厚度和尺寸确定方法，可遵循设计流程，如图1所示。

【参考文献】
[1]段炳俊.渝东山区农村公路水泥混凝土路面典型结构研究[d].重庆交通大学，2007.
[2]严国全.小交通量道路路面设计方法研究[d].重庆交通学院，2004.
[3]席春燕.浅谈优化水泥混凝土路面的结构设计[j].黑龙江交
通科技，2013（02）.
[责任编辑：王迎迎]。