1前言
据我们所知,水泥混凝土所建筑的路面相对于传统的沥青路面有很多优势,它不仅有着很强的路面承载能力,而且还有着很强的耐磨损性能。另外,水泥混凝土为主要材料的路面能见度非常好,使得它有着较长的使用寿命。在它的优点中所需的养护费用少以及所需油耗量少也是非常值得一提。因此,在很多省市中,水泥混凝土越来越被关注和重视,路面使用率大大提高。
上世纪末,人们越来越重视使用水泥混凝土,因此,大部分建筑都会以它为主要材料,这使得水泥混凝土呈现出一种前所未有的高使用率,在路面建设方面尤为突出。尽管水泥路面有众多优点,但它仍然存在许多问题:在运营使用中,由于水泥混凝土难以使路面达到预设的使用年限使得路面过早的出现裂缝甚至是断裂,有的错台边角也会出现不同程度的破损,并且,路面的平整程度和粗糙程度也会使行车过程中遇到诸多麻烦。更为重要的是,已经破坏的路面很难进行维修处理,而且若进行修复所需费用非常大。造成这一问题的主要原因就是设计施工中存在很大的质量缺陷,当然不能避免的就是自然因素的破坏和影响,以下就是从设计的角度进行分析,以便提高混凝土路面的整体使用效果,最后能够控制其缺陷。
2设计的理论依据
2.1路面设计中的指标可靠度
路面设计是公路建设中的关键环节,其安全等级一般分为三个,对于路面工程中考虑的安全等级对象为高速公路时,一级和二级公路对应的安全等级就是一级、二级或者是三级。在设计安全等级中,为了给三级和四级的公路增强等级就规定了更高标准的四级安全等级,它的路面设计结构目标规定的可靠指标是根据相对较低的前三个等级对应的数值进行降低的。根据一定的施工工艺技术和施工质量监控,利用合理的管理制度使安全水平达到指标,相应的就要选择其他的等级。降低选用的变异水平等级,须增加混凝土面层的设计厚度要求;而提高选用的变异水平等级,则可降低混凝土面层的设计厚度或混凝土的设计强度要求。可通过技术经济分析和比较予以确定,但对于高速公路的路面,为保证优良的行驶质量,不宜降低变异水平等级材料性能和结构尺寸参数的变异水平等级。按施工技术、施工质量控制和管理水平分为低、中、高三级由滑模或轨道式施工机械施工,并进行认真,严格的施工质量控制和管理的工程,可选用低变异水平等级。由滑模或轨道式施工机械施工,但施工质量控制和管理水平较弱的工程,或者采用小型机具施工,而施工质量控制和管理认真、严格的工程可选用中低变异水平等级。采用小型机具施工,施工质量控制和管理水平较弱的工程,可选用高变异水平等级。
设计时可依据各设计参数变异系数值在各变异水平等级变化范围内的情况选择可靠度系数。目标可靠度是所设计路面结构应具有的可靠度水平。它的选取是一个工程经济问题:目标可靠度定得较高,则所设计的路面结构较厚,初期修建费用较高,但使用期间的养护费用和车辆运行费用较低;目标可靠度定得较低,初期修建费用可降低,但养护费用和车辆运行费用需提高。通常采用“校准法”来确定目标可靠度。
“校准法”是对按现行设计规范或设计方法设计的已有路面进行隐含可靠度的分析,参照隐含可靠度制定目标可靠度,则所设计的路面结构接纳了以往的工程设计和使用经验,包含了与原有设计方法相等的可接受性和经济合理性。
2.2对于交通流量的计算取值
轴载换算公式是以等效疲劳断裂损坏原则导出的。对于同一路面结构,轴载和标准轴载产生相同疲劳损耗时,才能等效换算。在交通调查分析双向交通的分布情况时,应选取交通量方向分配系数,一般可取0.5;并依据设计公路的车道数.确定交通量车道分配系数(应剔除2轴4轮以下的客、货车交通量),即为设计车道的年平均日货车交通量ADTT,然后用轴载当量换算系数法或车辆当量轴载系数法求得),再根据设计基准期l和轮迹分布系数、交通量增长率求得累计f用次数N,确定交通分级。
2.3砼路面的结构设计
对于路基用土,高液限粘土及含有机质细粒土,不能用做高速公路和一级公路的路床填料或二级和二级以下公路的上路床填料;高液限粉土及塑性指数大于16或膨胀率大于3%的低液限粘土,不能用做高速公路和一级公路的上路床填料。
因条件限制而必须采用上述土做填料时,应掺加石灰或水泥等结合料进行改善。对于基层材料选择时,特重交通适宜贫混凝土、碾压混凝土或沥青混凝土时,设计计算应按复合式路面分析,且强度以试验为准对水泥混凝土面层下基层的首要要求是抗冲刷能力不耐冲刷的基层表面。在渗入水和荷载的共同作用下会产生淤泥、板底脱空和错台等病害,导致行车的不舒适,并加速和加剧板的破裂。混凝土面层下采用贫混凝土基层,主要是为了增加基层的抗冲刷能力,并不要求它有很高的强度。高强度的混凝土并不能使面层厚度降低很多,反而会增加混凝土面层的温度翘曲应力,并产生会影响到面层的收缩裂缝。另外,新规范取消了基层顶面综合模量的规定值的要求。
我国在混凝土路面上的设计中,尤其是对面层板而言,由于施工不方便,多数都没有对横向的缩缝设置传力杆,但是,对于混凝土路面,接缝又是最为薄弱的地方,经常出现错台问题,那些没有传力杆的路面接缝就会在板边大挠度力的影响下出现板块的断裂,其发生速度非常之快。对于没有传力杆的路面接缝所使用的旧混凝土路面中加设沥青等材料进行铺设,这样不仅起不到加强的作用,反而会因为接缝的低传荷能力而出现反射裂缝,进而被迫加大对路面的铺设厚度。这样,就规定新的承受重量以及路面层上的横向缩缝设置传力杆来提高混凝土路面行车质量,并保证路面的寿命,同时为后期的铺设工程提供有利的条件。
3应对路面胀缝问题的措施
在设计建造过程中一定要遵循规范要求,尽量避免胀缝的出现,或者是不设胀缝。对于平纵现形所规定的标准,在较高地区的微丘地形中需要设计较长间距的胀缝,当然也可以在结构的衔接处设置胀缝。
通常情况下,胀缝的形式有设置传力杆、不设置传力杆两大类型。对于胀缝不设置传力杆的情况可知,它的传荷水平较低,对于面对重车反复碾压考验则出现胀缝两侧错台现象。相对的,若胀缝设置传力杆,那么它的传荷力就相对较强。通过实际验证也可以得出这样的结论,设置传力杆能够高效避免胀缝病害的出现,所以,对于那些交通量比较大而且重载车辆较多的路面以及城市道路需要使用传力杆胀缝,相反就不设置传力杆,采用枕梁式的胀缝。枕梁式胀缝要求设置缓冲橡胶垫来减少车辆的冲击,然后根据传荷和受力的需求设置传力杆。
4结束语
通过以上的分析可以明确知道,水泥混凝土在公路建设中,尤其是在路面设计上存在或多或少的问题,需要我们认真的研究和思考,在不断的研究设计中,使设计不断规范合理,然后结合实际情况进行最为经济高效的使用。最终设计出广为人们接受的路面结构。
参考文献
[1]JTJO12-94.公路水泥混凝土路面设计规范[S].
[2]姚祖康.水泥混凝土路面设计方法中基层顶面回弹模量修正系数[J].公路,1996;11:10~13.
[3]姚祖康.半刚性基层水泥混凝土路面的结构计算方法[J].华东公路,1997;3~8.
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