摘要:水泥混凝土路面作為一種高級路面結構形式，以其強度高、穩定性和耐久性好、耐高溫、耐磨耗以及養護費用少等優點而得到了廣泛的應用。為了更好地解決水泥混凝土路面的施工設計與維護中常見的問題，文章介紹了水泥混凝土路面的結構與特點，以及在施工設計中應該注意的幾個問題，同時結合工作經驗介紹了部分維修技術。
　　關鍵詞：水泥混凝土；路面；結構設計；維修
　　道路主要是由路基和路面組成。路基是在地表按照道路路線位置和一定技術要求開挖或堆填而成的巖土結構。路面是在路基頂面行車部分用各種堅硬材料鋪設的層狀結構物。有了路基路面，車輛才能沿著預定路線，通暢、快速、安全、舒適、經濟地運行。路面是道路結構的重要組成部分，其功能是供汽車在其上以一定的速度安全、舒適、經濟地行駛。路面的好壞直接影響到行車速度、運輸成本、行車安全和舒適程度。水泥混凝土路面作為一種高級路面結構形式，因其強度高、穩定性好、耐久性好、耐高溫、耐磨耗以及養護費用少等優點而得到了廣泛的應用。城市道路中水泥混凝土路面所占的比例更高。可以預言，隨著我國社會經濟和交通事業的迅速發展，水泥混凝土路面將會得到更加廣泛的應用。
　　(一)水泥混凝土路面的特點
　　一般而言，水泥混凝土路面的結構層次由上而下為：面層、基層、底基層。路面結構的主要功能是承受汽車荷載的作用。汽車荷載在路面結構中自上而下傳遞，由于擴散的作用，路面結構中的應力隨著深度的增加而減小。因此，一般水泥混凝土路面各個結構層次的強度和剛度自上而下逐漸降低。水泥混凝土面層即路面板，是直接也是主要承受荷載的層次。路面板的厚度一般為18~26cm。為了避免混凝土收縮產生不規則的裂縫，路面板一般要切縫以釋放應力。通常切縫后板塊的長度為4～6m。水泥混凝土主要是由天然砂、石材料和水泥經過一系列物理和化學反應的產物，是以水泥漿為結合料，將礦質骨料膠結在一起而形成的具有一定力學性能的復合材料一般的基層材料有碎石、砂礫、石灰一粉煤灰穩定粒料、水泥穩定粒料、碾壓混凝土或貧混凝土等，最常用的是水泥穩定粒料和石灰粉煤灰穩定粒料。
　　路基主要是由土、石材料在原地面上修筑而成，結果簡單。由于地形的變化和填挖高度的不同，使得路基橫斷面各不相同，典型的路基橫斷面有路堤、路塹、半填半挖三種。它們由路基的邊坡、路肩以及支擋和排水構造物等所組成。面層是直接同車輪和大氣相接觸的結構層。它承受車輛荷載的較大作用，又受到降水的侵蝕和氣溫變化的不利影響。因此，同其它層次相比，面層應具有較高的結構強度和穩定性，而且要耐磨、防滑，其表面還應有良好的平整度和粗糙度。路面的使用品質主要取決于面層。
　　水泥混凝土路面層可以按組成材料或施工方法的不同，分別采用普通混凝土、碾壓混凝土、鋼筋混凝土、連續配筋混凝土、鋼纖維混凝土、預應力混凝土或混凝土預制塊等鋪筑。
　　1．普通混凝土面層。普通混凝土路面層或稱設接縫素混凝土面層，是指除接縫處和一些局部范圍(如角隅、邊緣或孔口周圍)外，面層板內不配制鋼筋的水泥混凝土面層。這是目前應用最為廣泛的一種面層類型。道路路面的混凝土面層通常采用等厚斷面，其厚度變動在180~300mm范圍內，視軸載大小和作用次數以及混凝土強度而定。
　　2．碾壓混凝土面層。普通混凝土面層通過在混凝土混合料內部進行振搗使之密實成型，而碾壓混凝土面層則采用路碾在混凝土混合料表面進行壓實成型。這類面層具有不需專用的混凝土鋪面機械施工，完工后可以較早地開放交通，以及可以通過粉煤灰摻代水泥而降低造價等優點。然而其表面的平整度較差，混合料性質的均勻性也較差(也即變異性大)，接縫處難以設置拉桿或傳力桿。因而，碾壓混凝土面層目前只主要用于行車速度不太高的道路、停車場或停機坪的面層；或者用作下面層或基層。碾壓混凝土混合料的集料公稱最大粒徑為19mm；用作下面層時，最大粒徑可略大。水泥用量不低于280kg／m3(非冰凍區)或310kg／m3。(冰凍區)。面層厚度和接縫設置與內部振搗式普通混凝土面層相同。
　　3．鋼筋混凝土面層。這是一種為防止混凝土面層板產生的裂縫縫隙張開，而在板內配置縱向和橫向鋼筋的混凝土面層。通常，它僅在下述情況下采用：(1)板的長度較大，如6～8m以上；(2)板下埋有溝、管、線等地下設施或者路基可能產生不均勻沉降而使板開裂；(3)板的平面形狀不規則或板內開設孔口等。
　　4．連續配筋混凝土面層。這是一種除施工縫外在路段長度內不設橫縫，而配置縱向連續鋼筋和橫向鋼筋的混凝土面層。縱向鋼筋的配筋率通常為0．6％～0．8％，橫向鋼筋的用量約為縱向鋼筋的1／5～1／8。連續鋼筋混凝土面層的厚度，可與普通混凝土面層的厚度相同，或為后者的0．8～0．9倍。由于不設橫縫，面層會產生橫向收縮裂縫，其平均間距約為1．0～4．5m。但由于縱向鋼筋的作用，縫隙的寬度較小平均約為0．2～0．5mm。為了約束連續配筋混凝土面層端部的過量縱向位移，以減小對鄰接構造物或其他路面的推力(或壓力)，在其端部需設置鋼筋混凝土矩形地梁或寬翼緣工字鋼錨固措施。這類面層由于鋼筋用量大，造價較高，一般適用于高速公路或交通繁重的道路。
　　(二)水泥混凝土路面設計中應該注意的幾個問題
　　1．混凝土路面結構設計
　　主要是提供一種壽命周期費用最小的路面結構，使其在設計基準期內按規定的可靠度水平，承受預期交通荷載的作用，滿足預定使用性能的要求。路面結構設計是在合理選擇和組合路面結構的基礎上，分析各設計變量同結構響應和使用性能指標問的關系，由此確定所需要的混凝土面層厚度及其它結構參數。2002年的《公路水泥混凝土路面設計規范》(JTGD40--2002)，總結吸收了近年來最新的研究成果，主要增加了路面結構可靠度設計和加鋪瀝青面層的設計方法，并針對重荷載，修正了應力計算公式，拓寬了應力分析使用范圍，充實了連續配筋混凝土面層配筋方法，細化了路面結構組合和材料組成性質參數要求，修改了舊混凝土路面調查和評定方法，還補充了交通分析方法。
　　在進行混凝土路面設計時，如果能大概知道所擬定的路面結構究竟能承受多大車輛荷載的作用而不至于破壞，那么將對設計起到很大的幫助作用。因此，可以從路面結構極限承載力的概念出發，在給定各級車輛的軸載大小的情況下，可以通過反算而擬定出滿足承載力要求的典型路面結構形式。見表l。
　　表1擬定的典型路面結構與材料性質

                           
　    水泥混凝土路面結構設計的任務是以最低的壽命周期費用提供一種在設計使用期內滿足預定使用性能要求的路面結構。路面的設計使用期是指新建或改建的路面從開始使用至使用性能退化到預定的最低標準時的時間段。路面使用性能包括結構性能和功能性能，在路面的使用期內隨行車荷載和環境因素的不斷作用而逐漸衰減，路面在使用末期內不一定損壞到無法使用，而是必須采取重大的措施(例如加鋪面層等)以恢復其使用性能。路面使用初期的使用性能主要與施工技術水平和施工質量有關，在行車荷載和環境因素的綜合作用下，其使用性能退化的速率主要與路面結構的物理性質有關。水泥混凝土路面是一種復合式結構，路面結構的物理性質主要包括4方面：復合結構的組合性質；各結構層的材料性質；面層接縫和配筋等構造的性質；路面表面的構造特性。
　　水泥混凝土路面結構的設計內容主要包含結構、材料和表面特性，主要分為以下七部分：
　　(1)行車道路路面結構的組合設計。根據當地的環境條件、交通要求和材料供應等情況，選擇路面的結構層次、各結構層次的類型和厚度以組合成能提供均勻、穩定支承、減輕或防止卿泥和錯臺等病害、承受預期車輛荷載作用、滿足路面設計使用性能和運營費用要求的路面結構。
　　(2)面層接縫構造和配筋設計。確定面層板塊的平面尺寸，選擇和布置路面接縫的類型和位置，設計接縫的構造(傳荷裝置和填封)，確定板內的配筋用量和鋼筋布置。
　　(3)路面排水設計。選擇路面內部排水系統的布設方案，確定各項排水設施的構造尺寸和材料規格要求。
　　(4)路肩鋪面結構層組合設計。選擇路肩的結構層次、各結構層的類型和厚度。
　　(5)面層厚度設計。確定為滿足設計使用期內要求所需的混凝土面層厚度。
　　(6)各結構層材料組成設計。選擇合適的組成材料，進行配合比設計以提供滿足各結構層性能要求的混合料。
　　(7)路面表面特性設計。進行路面結構的路面抗滑和降噪設計，提供滿足抗滑、低噪聲要求的路面表面的技術措施。
　　2．結構厚度設計方法步驟：
　　考慮混凝土路面的極限承載能力時，路面結構的設計流程和方法與普通水泥混凝土有所不同，基本可遵循下述步驟進行：
　　(1)收集并分析交通參數。采集初始年日平均交通量和交通組成、軸載譜、歷年交通量及交通組成，確定方向分配系數和車道分配系數。在此基礎上計算軸載換算系數和設計車道標準軸載日作用次數，選定設計使用期和交通量平均增長率，計算設計使用期內標準軸載的累計作用次數。根據重載車輛的軸載分布特征，通過概率統計的方法，推算設計期內對應不同出現概率的最大軸載值。
　　(2)確定最不利車輛軸載值和溫度梯度值。根據公路所在自然區劃，按規范給定的最大溫度梯度值，繪制該區的日溫度梯度頻率分布曲線。綜合考慮車輛軸載與溫度梯度，得出一定總體保證率下對應的最不利車輛軸載值和溫度梯度值。
　　(3)初擬路面結構。按交通狀況、環境(氣溫和降水)、土基(土質、地下水位)和材料供應等條件，選擇路面結構層次組合及各層的類型和材料組成，擬定各結構層的厚度、面層板的平面尺寸及接縫類型和構造。
　　(4)混合料組成設計及設計參數確定。設計面層和基層混合料的配合比，試驗確定混凝土的設計彎拉強度和彈性模量以及基層、墊層和土基的回彈模量。
　　(三)水泥混凝土路面維修技術
　　隨著公路達到使用年限逐漸產生破壞，最終需要作某些處理。為了提高該路段的養護技術和服務水平，最大限度地發揮起功能，使有限的資源獲得最大的價值，為公路使用者提供安全、舒適和經濟的服務，對該路段的大中修或改善養護規劃就顯得至關重要。處理的方法根據實際情況，可以從簡單的維修，直至徹底重建，對于承受中等和繁重的交通的路面，最普遍的處理方法實在就路面上鋪設加鋪層。水泥混凝土路面根據使用質量評定，需進行大修時，應根據面積、基礎、面層情況、交通量等，分別選用水泥混凝土路面或瀝青路面結構。在進行舊混凝土路面加鋪層之前，應調查下列內容：
　　(1)公路修建和養護技術資料。路面結構和材料組成、接縫構造及養護歷史等；
　　(2)路面損壞狀況。損壞類型、輕重程度、范圍及修補措施等；
　　(3)路面結構強度。路表彎沉、接縫傳荷能力、板底脫空狀況、面層厚度和混凝土強度等；
　　(4)已承受的交通荷載及預計交通需求，交通量、軸載組成及增長率等；
　　(5)環境條件。沿線氣候條件、地下水以及路基和路面的排水狀況等。
　　另外，接縫是水泥混凝土板塊的薄弱部位，一旦填縫料老化損壞，要立即更換填縫料，否則冬季水泥混凝土板塊收縮，填縫料與板塊之間被拉開形成孔隙，雨雪水滲入路基，造成板塊卿泥。此外，堅硬的石子落入縫內，夏天板塊受熱膨脹，石子易將板邊擠碎。填縫料的修復辦法較為簡單，主要是將舊填縫料和接縫清干凈，重新灌入新填縫料，其關鍵是保證填縫料的更換，應做到飽滿、密實、粘接牢固，保持接縫完好，表面平順，清縫、灌縫宜采用專用機具。同時，填縫料更換宜選在春秋兩季，或在當地年氣溫居中且干燥的季節進行。孔洞、坑槽主要是由于混凝土材料中夾帶塊木、紙張和泥塊等雜物所致，影響行車的舒適性。其修補應根據不同情況采取相應的措施，對個別的坑洞，應清除洞內雜物，用水泥砂漿等材料填充，達到平整密實：對較多坑洞且連成一片的，應采取薄層修補方法進行修補；低等級公路對面積較大，深度在3cm以內，成片的坑洞，可用瀝青混凝土進行修補。
　　(四)結束語
　　我國目前正處于經濟大發展階段，已有的路面無法滿足日益增長的車輛運行，剛度大，荷載擴散能力強、穩定性好的水泥混凝土路面在我國目前的基礎建設中仍將有相當的發展前景；另一方面隨著石油價格一路攀升，導致瀝青價格逐年上漲，直接引起高速公路瀝青混凝土路面造價的提高。隨著材料科學的深入研究，各種化工廢料、礦渣都已經變廢為寶，制成了各種性能和用途的水泥。水泥作為一種筑路材料，以其取用材料廣泛，造價低，在我國具有廣闊的發展空間。
　　參考文獻:
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