文/張繼元 遼寧鐵嶺 112000

1、水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)

1.1 確定型設(shè)計(jì)方法

我國(guó)目前針對(duì)公路混凝土路面的設(shè)計(jì)規(guī)范中，對(duì)路面板疲勞開裂損壞的控制作為設(shè)計(jì)水泥混凝土路面厚度的標(biāo)準(zhǔn)?；炷涟鍦囟绕趹?yīng)力與荷載疲勞應(yīng)力的和要不大于混凝土路面設(shè)計(jì)抗彎拉強(qiáng)度。本次的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是溫度應(yīng)力和荷載應(yīng)力形成的綜合疲勞損壞，所以將形成最大綜合疲勞損壞的路面板位置當(dāng)成臨界荷位。首先是荷載應(yīng)力計(jì)算，標(biāo)準(zhǔn)荷載在臨界荷位上形成的荷載疲勞是以下4個(gè)數(shù)值的乘積，即接縫傳荷能力基礎(chǔ)上的應(yīng)力折減系數(shù)、路面疲勞損壞受動(dòng)載和超載因素的綜合影響系數(shù)、荷載應(yīng)力累計(jì)疲勞作用在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)的疲勞應(yīng)力系數(shù)，以及標(biāo)準(zhǔn)荷載在臨界荷位形成的沒考慮接縫轉(zhuǎn)荷能力下的荷載應(yīng)力。其次是溫度應(yīng)力計(jì)算，因?yàn)榘暹吘壷悬c(diǎn)受到溫度梯度作用所形成的溫度疲勞應(yīng)力，是由混凝土板在最大溫度梯度時(shí)的溫度應(yīng)力以及溫度應(yīng)力累計(jì)疲勞作用下的疲勞應(yīng)力系數(shù)。

1.2 概率基礎(chǔ)

1.2.1 可靠度定義

結(jié)構(gòu)可靠性通過(guò)結(jié)構(gòu)可靠度來(lái)進(jìn)行概率度量，所謂可靠度標(biāo)準(zhǔn)工程定義，即是規(guī)定時(shí)間和條件下，結(jié)構(gòu)完成預(yù)定功能的概率。聯(lián)系路面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可靠度定義可以這樣認(rèn)為：規(guī)定設(shè)計(jì)使用時(shí)間內(nèi)并在規(guī)定環(huán)境交通條件下，能夠滿足預(yù)定水平要求的路面使用性能的概率。

1.2.2 概率方法

荷載、幾何參數(shù)、材料性能以及計(jì)算公式精確性等因素都會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)可靠度產(chǎn)生一定的影響。這些因素存在著隨機(jī)性的特點(diǎn)，可以將其作為基本變量，其結(jié)構(gòu)功能可以通過(guò)功能函數(shù)表示即Z=g(X1,X2,…,Xn)，其中X是基本變量，如果Z大于零，則表明結(jié)構(gòu)位處可靠狀態(tài)；如果Z等于零，則表明結(jié)構(gòu)位處極限狀態(tài)；如果Z小于零，則表明結(jié)構(gòu)位處失效狀態(tài)。即極限狀態(tài)方程表達(dá)式位Z=g(X1,X2,…,Xn)=0；結(jié)構(gòu)可靠狀態(tài)、失效狀態(tài)以及極限狀態(tài)的概率可以用P1、P2、P3表示。因?yàn)閄n是連續(xù)型變量，所以我們可以姑且這么認(rèn)為：功能函數(shù)z=g(X1,X2,…,Xn)的分布函數(shù)是連續(xù)函數(shù)。這種條件下，可以用概率論知識(shí)得知：P3=0，P2+P3=1。

1.3 可靠性設(shè)計(jì)方法

1.3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)和它的變異系數(shù)

因?yàn)?，受到結(jié)構(gòu)與材料構(gòu)成存在的不均質(zhì)性以及質(zhì)量控制水平和施工技術(shù)等因素的影響。路面結(jié)構(gòu)各設(shè)計(jì)參數(shù)會(huì)在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。按照變異系數(shù)分布實(shí)際，可以把各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)變異水平分成高、中、低3個(gè)等級(jí)，在不同公路等級(jí)、質(zhì)量控制水平以及施工技術(shù)等級(jí)分別應(yīng)用。因?yàn)槁访娼Y(jié)構(gòu)本身的特點(diǎn)，路面設(shè)計(jì)相關(guān)的所有參數(shù)都存在一定程度的變換性。這些變換性參數(shù)中最為顯著或最起決定作用的主要有以下內(nèi)容：混凝土彎拉彈性模量、混凝土彎拉強(qiáng)度、板長(zhǎng)、板厚、基層頂面當(dāng)量回彈模量、底面和頂面最大溫度梯度、在使用初期設(shè)計(jì)車道中的標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)（分別是Ec、σin、L、h、E1、J、N0）。在對(duì)它們變異性進(jìn)行研究過(guò)程中,假設(shè)它們是互相獨(dú)立的。

通過(guò)大規(guī)模的調(diào)查工作，獲得不同水泥混凝土路面中的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)信息，在進(jìn)行多次室內(nèi)外試驗(yàn)之后，應(yīng)用隨機(jī)理論來(lái)建立統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)，從而獲得這些參數(shù)的變異水平。

1.3.2 路面結(jié)構(gòu)理論可靠度及其系數(shù)

所謂路面結(jié)構(gòu)理論可靠度，它是按照規(guī)范所給的圖表和計(jì)算式，只考慮受到設(shè)計(jì)參數(shù)變異性影響獲知的路面結(jié)構(gòu)可靠性。結(jié)構(gòu)理論可靠度可以通過(guò)降次積分法和干涉理論來(lái)計(jì)算。就分布規(guī)律而言，所有設(shè)計(jì)參數(shù)變異性對(duì)于理論可靠度具有統(tǒng)一的影響。任何一個(gè)參數(shù)變異系數(shù)增大，理論可靠度會(huì)隨之下降，可以引入理論可靠系數(shù)來(lái)考慮這種影響。

2、公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)對(duì)策

2.1 路面結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計(jì)

水泥混凝土路面板要求具有較高的彎拉強(qiáng)度、表面平整度、抗滑、耐磨?；鶎樱ǖ谆鶎樱┖蛪|層有粒料類（碎石、砂礫）、穩(wěn)定類和貧水泥類三個(gè)類，分別具有不同的剛度、抗沖刷能力和透水性。

2.1.1 面層。水泥混凝土面層板應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、耐久性、表面抗滑、耐磨、平整等良好的路用性能，一般采用設(shè)接縫、不設(shè)配筋的普通混凝土路面板?；炷撩鎸影搴裨O(shè)計(jì)應(yīng)按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，確定滿足設(shè)計(jì)年限內(nèi)使用要求所需的混凝土面層厚度。根據(jù)混凝土面層板內(nèi)產(chǎn)生的荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力做出面板的平面尺寸設(shè)計(jì)，確定接縫的位置和接縫的結(jié)構(gòu)，并采用有效措施提高接縫的傳荷能力。

2.1.2 基層（底基層）?；鶎樱ǖ谆鶎樱?yīng)具有足夠的抗沖刷能力和一定的剛度?；鶎拥膶挾葢?yīng)比混凝土面層每側(cè)至少寬出300mm（采用小型機(jī)具施工時(shí)）或500mm（軌模式攤鋪機(jī)施工時(shí)）或650mm（滑模式攤鋪機(jī)施工時(shí)）。路肩可采用水泥混凝土面層或其它面層，其基（墊）層結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足行車道路面結(jié)構(gòu)和排水的要求。一般公路的混凝土路面應(yīng)設(shè)置路緣石或加固路肩，路肩加固可采用水泥混凝土或者其他材料。

2.2 接縫設(shè)計(jì)

2.2.1 縱向接縫。縱向接縫的布設(shè)應(yīng)根據(jù)路面寬度和施工鋪筑寬度確定。當(dāng)鋪筑寬度小于路面寬度時(shí)，一般應(yīng)設(shè)置縱向施工縫，縱向施工縫采用平縫；一次鋪筑寬度大于4.5m時(shí)，應(yīng)設(shè)置縱向縮縫，縱向縮縫采用假縫形式?？v向接縫的拉桿應(yīng)采用螺紋鋼筋，設(shè)置在板厚的中央，并應(yīng)對(duì)拉桿中部100mm范圍內(nèi)做防銹處理。等縱向縮縫采用假縫形式，鋸切的槽口深度應(yīng)大于施工縫的槽口深度。采用粒料基層時(shí)，槽口深度應(yīng)為板厚的1/3；采用半剛性基層時(shí)，槽口深度為板厚的2/5?？v縫應(yīng)與路線中線平行。在路面等寬的路段內(nèi)或路面變寬路段的加寬部分，縱縫的間距和形式應(yīng)保持一致。路面變寬段的加寬部分與等寬部分之間，以縱向施工縫隔開。加寬板在變寬段起終點(diǎn)處的寬度不應(yīng)小于1m。拉桿應(yīng)采用螺紋鋼筋，設(shè)在板后中央，并應(yīng)對(duì)拉桿中部100mm范圍內(nèi)進(jìn)行防銹處理。拉桿的直徑、長(zhǎng)度和間距。施工布設(shè)時(shí)，拉桿間距應(yīng)按橫向接縫的實(shí)際位置予以調(diào)整，最外側(cè)的拉桿距橫向接縫的距離不得小于100mm。

2.2.2 橫向接縫。每日施工結(jié)束或因臨時(shí)原因中斷施工時(shí)，必須設(shè)置橫向施工縫，其位置應(yīng)盡可能選在縮縫或脹縫處。橫向縮縫可等間距或變間距布置，采用假縫形式。鋸切槽口深度為面層厚度的1/5～1/4，寬度為3～8mm，槽內(nèi)填塞填縫料。高速公路的橫向縮縫槽口宜增設(shè)深20mm、寬6～10mm的淺槽口。在鄰近橋梁或其他固定構(gòu)造物處或其他道路相交處應(yīng)設(shè)置橫向脹縫。設(shè)置的脹縫條數(shù)，視膨脹量大小而定。低溫澆筑混凝土面層或選用膨脹性高的集料時(shí)，宜酌情確定是否設(shè)置脹縫。脹縫寬20mm，縫內(nèi)設(shè)置填縫板和可滑動(dòng)的傳力桿。

結(jié)語(yǔ)：

公路交通的質(zhì)量關(guān)乎國(guó)計(jì)民生，要想衡量一個(gè)國(guó)家的現(xiàn)代化水平，公路交通是重要內(nèi)容。公路水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)去常采用經(jīng)驗(yàn)法和力學(xué)經(jīng)驗(yàn)法來(lái)分析評(píng)估，難以取得實(shí)際效果。而通過(guò)應(yīng)用可靠度理論法，則能有效地促進(jìn)我國(guó)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的完善，提高我國(guó)公路質(zhì)量。

[1]資建民,朱飛,江滔.水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)方法[J].公路運(yùn)輸文摘,2002（12）：12-14.