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摘要：水泥混凝土路面具有板体性好、承载能力大、使用寿命长、养护费用少、抗磨耗能力强等优点，本文从水泥混凝土路面的特点和设计理论入手，剖析了水泥混凝土路面中设计的问题。
关键字：水泥混凝土；路面；设计
Abstract: Cement concrete pavement has a board body good carrying capacity, long life, less maintenance costs, to antiwar energy consumption and strong and other advantages, this paper starting from the characteristics of the cement concrete pavement and design theory, analyzes cement concrete pavement design problem.Key words: cement concrete; road; design
中图分类号U416.216 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
水泥混凝土路面具有板体性好、承载能力大、使用寿命长、养护费用少、抗磨耗能力强等优点，因而在道路建设及城市道路工程中被广泛的应用自80年代以来，随着我国国民经济的发展，特别是改革开放的深入，道路交通量迅速的增长大型客车和重型货车的比重也逐年提高。为了解决高品质的国产沥青不足，提高路面等级及其承载能力，适应重交通日益增长的需要，此间我国加紧水泥混凝土路面的设计、研究工作，设计理论日臻完善，设计方法日趋合理，施工工艺不断改进。
一、水泥混凝土路面的优点
水泥混凝土路面有很多的优点：路面强度高、承载能力大，耐磨耗能力强，能见度好，使用寿命长，养护费用少，行车的油耗也较沥青路面少10%-15%，正因为有这些优点，所以水泥混凝土路面在许多省市广泛使用，也取得了比较好的效果。
在长期使用过程中，水泥混凝土面板的裂缝引起了人们的广泛注意。设计理论的不尽完善，对施工工序和施工质量要求不严格是造成水泥混凝土路面裂缝的主要因素。
二、水泥混凝土路面的设计理论
我国现行《道路水泥混凝土路面设计规范》采用的是弹性地基上的小挠度薄板理论，以荷载应力和温度应力产生的综合疲劳损坏作为设计标准，即设计时控制板内临界荷位处的荷载疲劳应σpr。和温度疲劳应力飞之σtr和(综合疲劳应力)不大于混凝土的疲劳强度fτ。其极限状态设计表达式为:Yr(σpr+σtr)≤fτ
设计方法选用板边缘中点作为临界荷位，采用弹性半空间地基上的薄板理论和有限元法计算标准轴载在该处产生的最大荷载应力。
三、水泥混凝土路面设计中的问题分析
1、造价问题
关于水泥混凝土路面的造价问题对水泥和沥青路面的维修费用，经过分析比较确认水泥混凝土路面的维修费用要比沥青路面高出30%-50%，以30年为期限的总投产费用计算，包括修建费。养护费（水泥路面1300元/年公里，沥青路面4500元/年公里以几沥青路面使用末期的大修补强费（按10厘米的沥青混凝土计，16万元/公里，如果考虑一倍的材料涨价因素，到15年末期的大维修费用为32万元/公里，利率按8%计，折现金为10万元，水泥混凝土路面比沥青路面少17%，所以，从长远看来维修水泥混凝土路面是经济的。
2、配合比设计中的材料要求
关于水泥混凝土路面的设计强度，是以其抗折强度为标准，为满足强度要求而进行的配合比设计。这是水泥混凝土路面设计中的一项重要内容，而组成水泥混凝土的水泥和集料的质量，又是影响其强度的重要影响因素。因此，对材料的质量应充分重视。
（1）水泥
水泥是混凝土中的胶结材料，其质量好坏，直接决定着水泥混凝土的强度，故在配合设计比中。首先应对水泥的标号及其特性有一个全面的了解。特别是用水泥修建混凝土路时，更应该如此。因为水泥混凝土路面要区的抗折强度高，所用的水泥标号最好不低于425号。由于地方小水泥在凝结硬化过程中体积变化的不均匀性。即安定性不良，会使水泥混凝土路面板产生危险的裂缝，所以对小水泥的利用应持慎重态度。特别是在不能保证施工质量的情况下，用小水泥修建混凝土路面，更容易出现问题。在施工中应根据小水泥的特点，制定相应的施工方法和采取一定措施，以保证施工质量。采用复合式水泥混凝土路面结构，即面层采用优质水泥，下层采用安定性较差的水泥，按结合式施工方法进行，这样既可利用当地水泥，同时也能保证水泥混凝土路面的强度。
（2）中砂或细集料
混凝土中的细集料，一般采用天然砂，并要求砂颗粒具有耐磨粗糙等特点。但是能够完全满足要求的并不多。这意味着，在配制混凝土过程中，需进行加工，必要时甚至还需远运，这样不但增加了投资费用，而且质量也难保证。如果能根据当地材料供应情况，就地加工石灰岩石屑代替普通砂，既可降低造价，又能保证质量。
混凝土中的粗骨料与水泥的粘结力有很大的关系，表面粗糙，并富有棱角的骨料，与水泥石的结合力强，混凝土的强度也高。所以应选用强度高、耐久性好、表面粗糙有棱角的碎石做混凝土的粗骨料能有效的提高混凝土的抗折强度。经试验表明：用碎石配制的水泥混凝土比卵石配制的水泥混凝土，抗折强度高出8%左右。其次由于石灰岩碎石，表面为方解石晶面，能与水泥石牢固的结合，有较高的抗折强度，有条件时，最好选用石灰岩碎石做为水泥混凝土的粗集料。
（3）水灰比
实践证明，在水泥标号相同的情况下，混凝土的强度随水灰比的增大，而有规律的降低。这是应为是你水化时，所需的结合水，只占水泥重量的10-25%.如果增大水灰比，即增大用水量，就会使多余的水份裹敷在沙浆界面上。这不但影响水泥浆的结合，同时易产生干缩裂缝。但是为了和易性的需要，又不得不增大水灰比。一般情况下，水泥混凝土适宜的水灰比为：0.4-0.5.如果把水灰比降低到最低限度，就能提高混凝土的强度，特别是能减少收缩裂缝，现在采取的措施是加入减水剂，如果在混凝土中掺入0.25-0.3%的木质素磺酸钙（阴离子表面活性剂）减水剂、减水率能达到10-15%，节约水泥10%.另外采用真空吸水新工艺也可取得满意效果。
3、水泥混凝土路面设计指标可靠度的分析。
道路工程结构的设计安全等级为3个等级，路面工程的安全等级仅考虑高速道路。一级道路和二级道路的路面，相应的安全等级要求规定为一级、二级和三级。为三级和四级道路路面增加一个设计安全等级——四级，并规定了相应的设计基准期为20MPa。
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；目标可靠度走得较低，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。
4、 交通量计算取值的分析。
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；并依据设计道路的车道数，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)，即为设计車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。
5、水泥混凝土路面结构组合的设计分析。
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道路和一级道路的路床填料或二级和二级以下道路的上路床填料；高液限粉土及塑性指数大于16或膨胀率大于3%的低被限粘土，不能用做高速道路和一级道路的上路床填料。
因条件限制而必须采用上述士做填料时，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。
对于面层板来说，我国绝大部分混凝土路面的横向缩缝均未设传力杆。
加强水泥混凝土路面的设计研究井会对我国的公路交通的发展起到积极的促进作用，因而也对广大的设计者提出了更高的要求。
关键字：水泥混凝土；路面；设计
Abstract: Cement concrete pavement has a board body good carrying capacity, long life, less maintenance costs, to antiwar energy consumption and strong and other advantages, this paper starting from the characteristics of the cement concrete pavement and design theory, analyzes cement concrete pavement design problem.Key words: cement concrete; road; design
中图分类号U416.216 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
水泥混凝土路面具有板体性好、承载能力大、使用寿命长、养护费用少、抗磨耗能力强等优点，因而在道路建设及城市道路工程中被广泛的应用自80年代以来，随着我国国民经济的发展，特别是改革开放的深入，道路交通量迅速的增长大型客车和重型货车的比重也逐年提高。为了解决高品质的国产沥青不足，提高路面等级及其承载能力，适应重交通日益增长的需要，此间我国加紧水泥混凝土路面的设计、研究工作，设计理论日臻完善，设计方法日趋合理，施工工艺不断改进。
一、水泥混凝土路面的优点
水泥混凝土路面有很多的优点：路面强度高、承载能力大，耐磨耗能力强，能见度好，使用寿命长，养护费用少，行车的油耗也较沥青路面少10%-15%，正因为有这些优点，所以水泥混凝土路面在许多省市广泛使用，也取得了比较好的效果。
在长期使用过程中，水泥混凝土面板的裂缝引起了人们的广泛注意。设计理论的不尽完善，对施工工序和施工质量要求不严格是造成水泥混凝土路面裂缝的主要因素。
二、水泥混凝土路面的设计理论
我国现行《道路水泥混凝土路面设计规范》采用的是弹性地基上的小挠度薄板理论，以荷载应力和温度应力产生的综合疲劳损坏作为设计标准，即设计时控制板内临界荷位处的荷载疲劳应σpr。和温度疲劳应力飞之σtr和(综合疲劳应力)不大于混凝土的疲劳强度fτ。其极限状态设计表达式为:Yr(σpr+σtr)≤fτ
设计方法选用板边缘中点作为临界荷位，采用弹性半空间地基上的薄板理论和有限元法计算标准轴载在该处产生的最大荷载应力。
三、水泥混凝土路面设计中的问题分析
1、造价问题
关于水泥混凝土路面的造价问题对水泥和沥青路面的维修费用，经过分析比较确认水泥混凝土路面的维修费用要比沥青路面高出30%-50%，以30年为期限的总投产费用计算，包括修建费。养护费（水泥路面1300元/年公里，沥青路面4500元/年公里以几沥青路面使用末期的大修补强费（按10厘米的沥青混凝土计，16万元/公里，如果考虑一倍的材料涨价因素，到15年末期的大维修费用为32万元/公里，利率按8%计，折现金为10万元，水泥混凝土路面比沥青路面少17%，所以，从长远看来维修水泥混凝土路面是经济的。
2、配合比设计中的材料要求
关于水泥混凝土路面的设计强度，是以其抗折强度为标准，为满足强度要求而进行的配合比设计。这是水泥混凝土路面设计中的一项重要内容，而组成水泥混凝土的水泥和集料的质量，又是影响其强度的重要影响因素。因此，对材料的质量应充分重视。
（1）水泥
水泥是混凝土中的胶结材料，其质量好坏，直接决定着水泥混凝土的强度，故在配合设计比中。首先应对水泥的标号及其特性有一个全面的了解。特别是用水泥修建混凝土路时，更应该如此。因为水泥混凝土路面要区的抗折强度高，所用的水泥标号最好不低于425号。由于地方小水泥在凝结硬化过程中体积变化的不均匀性。即安定性不良，会使水泥混凝土路面板产生危险的裂缝，所以对小水泥的利用应持慎重态度。特别是在不能保证施工质量的情况下，用小水泥修建混凝土路面，更容易出现问题。在施工中应根据小水泥的特点，制定相应的施工方法和采取一定措施，以保证施工质量。采用复合式水泥混凝土路面结构，即面层采用优质水泥，下层采用安定性较差的水泥，按结合式施工方法进行，这样既可利用当地水泥，同时也能保证水泥混凝土路面的强度。
（2）中砂或细集料
混凝土中的细集料，一般采用天然砂，并要求砂颗粒具有耐磨粗糙等特点。但是能够完全满足要求的并不多。这意味着，在配制混凝土过程中，需进行加工，必要时甚至还需远运，这样不但增加了投资费用，而且质量也难保证。如果能根据当地材料供应情况，就地加工石灰岩石屑代替普通砂，既可降低造价，又能保证质量。
混凝土中的粗骨料与水泥的粘结力有很大的关系，表面粗糙，并富有棱角的骨料，与水泥石的结合力强，混凝土的强度也高。所以应选用强度高、耐久性好、表面粗糙有棱角的碎石做混凝土的粗骨料能有效的提高混凝土的抗折强度。经试验表明：用碎石配制的水泥混凝土比卵石配制的水泥混凝土，抗折强度高出8%左右。其次由于石灰岩碎石，表面为方解石晶面，能与水泥石牢固的结合，有较高的抗折强度，有条件时，最好选用石灰岩碎石做为水泥混凝土的粗集料。
（3）水灰比
实践证明，在水泥标号相同的情况下，混凝土的强度随水灰比的增大，而有规律的降低。这是应为是你水化时，所需的结合水，只占水泥重量的10-25%.如果增大水灰比，即增大用水量，就会使多余的水份裹敷在沙浆界面上。这不但影响水泥浆的结合，同时易产生干缩裂缝。但是为了和易性的需要，又不得不增大水灰比。一般情况下，水泥混凝土适宜的水灰比为：0.4-0.5.如果把水灰比降低到最低限度，就能提高混凝土的强度，特别是能减少收缩裂缝，现在采取的措施是加入减水剂，如果在混凝土中掺入0.25-0.3%的木质素磺酸钙（阴离子表面活性剂）减水剂、减水率能达到10-15%，节约水泥10%.另外采用真空吸水新工艺也可取得满意效果。
3、水泥混凝土路面设计指标可靠度的分析。
道路工程结构的设计安全等级为3个等级，路面工程的安全等级仅考虑高速道路。一级道路和二级道路的路面，相应的安全等级要求规定为一级、二级和三级。为三级和四级道路路面增加一个设计安全等级——四级，并规定了相应的设计基准期为20MPa。
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；目标可靠度走得较低，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。
4、 交通量计算取值的分析。
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；并依据设计道路的车道数，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)，即为设计車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。
5、水泥混凝土路面结构组合的设计分析。
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道路和一级道路的路床填料或二级和二级以下道路的上路床填料；高液限粉土及塑性指数大于16或膨胀率大于3%的低被限粘土，不能用做高速道路和一级道路的上路床填料。
因条件限制而必须采用上述士做填料时，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。
对于面层板来说，我国绝大部分混凝土路面的横向缩缝均未设传力杆。
加强水泥混凝土路面的设计研究井会对我国的公路交通的发展起到积极的促进作用，因而也对广大的设计者提出了更高的要求。