农村公路水泥混凝土路面结构计算与分析

浅析农村公路水泥混凝土路面“白改黑”结构设计摘要：农村公路水泥混凝土路面“白改黑”结构设计可以将水泥混凝土路面改造为沥青混凝土路面，改善路面品质下降、承载力不足等问题，发挥沥青混凝土路面的优势。

“白改黑”结构设计中，分析待改建路面的损坏情况，结合实际情况选用合理的设计方案，并科学运用“白改黑”施工技术，确保公路路面的改造质量。

关键词：农村公路；水泥混凝土路面；白改黑水泥混凝土路面具有施工工艺简单，不受地形与施工设备影响等特点，在农村公路建设中应用比较广泛，但水泥混凝土路面的维修养护成本较高、舒适性较差等问题也影响了其运行质量。

农村公路的“白改黑”可以将水泥混凝土路面改造为沥青混凝土路面，利用沥青混凝土材料良好的特性，提高公路结构的水稳定性、耐久性、抗滑性等，降低公路维修养护成本。

在农村公路水泥混凝土路面“白改黑”过程中，应该注意结合实际情况分析“白改黑”结构设计的科学性，提升公路路面的建设质量。

一、农村公路水泥混凝土路面“白改黑”的意义水泥混凝土路面的强度较高、稳定性良好，并且具有较高的耐久性，能够满足农村公路建设要求，而随着经济的不断发展，农村公路水泥混凝土路面的局限性也逐渐显露。

水泥混凝土路面施工中水泥用量较大，对环境具有一定污染性，且后续养护较为困难，维修成本较高。

水泥混凝土路面属于刚性结构，车辆行驶的噪音较大，舒适性比较差，也容易受自然环境因素影响，出现积雪等情况威胁行车安全。

而沥青混凝土路面使用沥青混凝土材料进行施工，具有高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性等特点，且施工速度较快，后续维修养护简单，可以分期修建，具有良好的应用价值[1]。

沥青混凝土路面的平整度良好，无接缝，车辆行驶时噪音低、振动小、不易扬尘，行车更加舒适。

农村公路水泥混凝土路面“白改黑”可以将传统水泥混凝土路面改造为沥青混凝土路面，创造更加舒适的行车条件，便于公路路面后续维修养护。

水泥混凝土路面与沥青混凝土路面特点二、农村公路水泥混凝土路面“白改黑”结构设计1、分析改建道路路面损坏情况为了保证“白改黑”结构设计的可靠性，首先要对改建道路路面损坏情况进行分析，通过路面勘察、检测、估算等方式了解路面情况，而后制定针对性的方案。

对农村公路水泥砼路面质量问题的分析与思考农村公路是农村地区重要的基础设施，对于促进农村经济发展、改善农民生活条件具有重要意义。

水泥砼路面因其强度高、稳定性好、使用寿命长等优点，在农村公路建设中得到了广泛应用。

然而，在实际使用过程中，农村公路水泥砼路面常常出现各种质量问题，影响了道路的正常使用和服务功能。

本文将对农村公路水泥砼路面常见的质量问题进行分析，并提出一些思考和建议。

一、农村公路水泥砼路面常见质量问题1、裂缝裂缝是农村公路水泥砼路面最常见的质量问题之一，主要包括横向裂缝、纵向裂缝和不规则裂缝。

横向裂缝通常与道路中心线垂直，大多由于温度收缩、基层不均匀沉降等原因引起；纵向裂缝沿道路中心线方向延伸，主要是由于路基纵向不均匀沉降或施工接缝处理不当所致；不规则裂缝则形状各异，成因较为复杂，可能与施工质量、材料性能、交通荷载等多种因素有关。

2、断板断板是指水泥砼路面板块出现断裂的现象，严重影响路面的整体性和承载能力。

断板的原因主要包括基层强度不足、板厚不均匀、混凝土配合比不合理、施工工艺不当以及车辆超载等。

3、表面起皮、剥落水泥砼路面表面起皮、剥落会导致路面平整度下降，影响行车舒适性和安全性。

这一问题通常是由于混凝土施工时振捣不密实、养护不当、水泥质量不合格或遭受化学侵蚀等原因造成的。

4、平整度差平整度是衡量路面质量的重要指标之一。

农村公路水泥砼路面平整度差，容易导致车辆颠簸，增加行驶阻力和油耗，同时也会加速路面的损坏。

造成平整度差的原因主要有施工过程中模板安装不牢固、摊铺不均匀、抹面不及时以及基层平整度差等。

5、接缝损坏接缝包括纵缝、横缝和胀缝等，接缝损坏会影响路面的整体性和防水性能。

常见的接缝损坏形式有接缝填缝料脱落、接缝处混凝土破碎等，主要原因是填缝料质量差、施工时接缝处理不当以及车辆荷载的反复作用。

二、农村公路水泥砼路面质量问题的原因分析1、设计方面（1）设计标准偏低部分农村公路在设计时，由于资金有限等原因，采用的设计标准较低，不能满足实际交通需求和使用环境，导致路面容易出现质量问题。

农村公路水泥混凝土路面结构计算与分析农村公路的水泥混凝土路面结构设计和分析是确保农村公路的承载能力和耐久性的重要环节。

在进行路面结构计算和分析时，需考虑交通量、车辆类型、气候条件、地质条件等多个因素，并根据实际情况进行合理的设计。

下面将详细介绍水泥混凝土路面结构的计算和分析方法。

水泥混凝土路面结构通常由多层结构组成，包括基层、底基层、底面层和面层。

基层一般采用黏土、砂土等材料，底基层采用砾石或砂石料，底面层采用碎石。

在进行计算和分析时，首先需确定路面的可承受车辆荷载。

根据农村公路的交通量和车辆类型，可以确定设计车辆荷载。

常用的设计车辆荷载有ESAL（等效单轴集中荷载）和EAL（等效轴重）。

ESAL是以标准轴重为基础，根据交通量和车辆类型计算得到的等效单轴集中荷载。

EAL是以标准轴重为基础，根据轴数和轴距计算得到的等效轴重。

然后需要进行路面结构的厚度计算。

根据设计车辆荷载和材料特性，可以通过结构设计方法计算出每个结构层的厚度。

常用的计算方法有SN （结构系数）法和美国AASHTO法。

SN法根据路面结构层的材料特性、路面结构层数和设计车辆荷载，结合结构层之间的相互作用，计算出每个结构层的最佳厚度。

AASHTO法根据路面结构层的材料强度、设计车辆荷载和自然环境等条件，以最小化经济投资和最大化使用寿命为目标，确定每个结构层的厚度。

完成厚度计算后，还需进行路面结构的应力分析。

应力分析是评估路面结构的承载能力和稳定性的关键步骤。

通过应力分析，可以确定各个结构层的应力情况，以及各层之间的剪应力和压应力。

常用的应力分析方法有计算机模拟分析和试验方法。

计算机模拟分析是通过建立数学模型和应力分析软件，模拟车辆荷载对路面结构的作用，计算出各个结构层的应力情况。

试验方法是在实际路面上进行荷载试验，通过检测路面应变情况，计算出路面结构的应力分布。

最后，还需考虑路面结构的耐久性和防水性能。

水泥混凝土路面结构在使用过程中，会受到车辆荷载、温度变化和水分侵害等影响，因此需要进行耐久性和防水性能的评估。

2.6水泥混凝土路面设计计算书一、交通量计算表1轴载分配及换算二、确定交通等级板的平面尺寸选为宽4。

0m,长4.5m ，纵缝为设拉杆的平缝,横缝为不设传力杆的假缝。

取纵缝边缘中部作为临界荷位。

由于该路为双车道，取方向分配系数为0.5，车道分配系数取1。

0。

车道系数=车道分配系数⨯方向分配系数=1。

0⨯0。

5=0。

5水泥混凝土路面结构设计以100KN 的单轴-双轮组荷载作为标准轴载。

不同轴—轮型和轴载的作用次数，按式《规范》JTGD40-2006（3 .0 4-1）换算为标准轴载的作用次数。

161100ni s i i i P N N δ=⎛⎫= ⎪⎝⎭∑ 《规范》JTGD40—2006（3。

0。

4-1） 30.432.2210i i P δ-=⨯ 《规范》JTGD40-2006 （3.0.4—2 ）或 50.221.0710i i P δ--=⨯ 《规范》JTGD40—2006 (3.0。

4—3 ) 或 80.222.2410i i P δ--=⨯ 《规范》JTGD40-2006 （3.0.4-4 ）式中：轴载 i P （kN ）轮组 每日通过次数i N （次/d)i δ16i )P(pBZZ —100d 的轴载（次/d ）50 单轴-单轮 888 412。

8534 0。

000015 5.4992 60 单轴-单轮 204 381。

72270。

000282 21.9597 70 单轴—双轮 2171 1 0.003320 7。

2077 110 单轴-双轮 888 1 4.594900 4080.2712 120 单轴-双轮 186 118。

4884003438.8424 2⨯120双轴—双轮183.20436-10⨯ 12。

1166510⨯69。

8861∑=7624Ns-—100KN 的单轴-双轮组标准轴载的作用次数;Pi-—单轴-单轮、单轴-双轮组或三轴—双轮组轴型i 级轴载的总重（KN ）；n ——轴型和轴载级位数;i N ——各类轴型i 级轴载的作用次数；i δ——轴-轮型系数,单轴—双轮组时,i δ=1；单轴—单轮时,按式《规范》JTGD40-2006（3.0.4-2)计算；双轴—双轮组时，按式《规范》JTGD40-2006（3。

水泥混凝土路面厚度计算书1 轴载换算表1.1 日交通车辆情况表∑==ni i i i s PN N 116)100(δ其中i δ为轴-轮系数，单轴-双轮组时，1=i δ，单轴-单轮时，按下式计算：43.031022.2-⨯=i i P δ双轴-双轮组时，按下式计算：22.051007.1--⨯=i i P δ表1.2 轴载换算结果表2 确定交通量相关系数。

2.1 设计基准期内交通量的年平均增长率。

可按公路等级和功能以及所在地区的经济和交通发展情况，通过调查分析，预估设计基准期内的交通增长量，确定交通量年平均增长率γ。

取%5=γ。

2.2车辆轮迹横向分布系数η表2.1 车辆轮迹横向分布系数η注：车道或行车道宽或者交通量较大时，取高值；反之，取低值。

由规范得：二级公路的设计基准期为20年，安全等级为三级，取0.35。

2.3 计算基准期内累计当量轴次。

设计基准期内水泥混凝土面层临界荷位处所承受的标准轴载累计作用次数，可按下式计算确定。

[]ηγγ3651)1(⨯-+⨯=t s e N N代入数据得2042813(10.05)13650.351188100.05e N ⎡⎤⨯+-⨯⎣⎦=⨯=⨯次查表3.0.7，属重交通等级。

3 初拟路面结构。

由规范得，相应于安全等级三级的变异水平等级为中级。

根据二级公路、重交通等级和中级变异水平等级，查规范初拟普通混凝土面层厚度为0.25m 。

基层选用水泥稳定碎石（水泥用量5%），厚0.20m 。

垫层为级配碎石，厚0.2m 。

普通混凝土板的平面尺寸为5 4.5()m m ⨯⨯长宽。

纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。

4 路面材料参数确定。

根据规范，查表3.0.8，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa ，相应弯拉弹性模量标准值为31GPa 。

玄武岩粗集料水泥混凝土线性膨胀系数61110/c C α-=⨯。

查表E0.0.1-1和表E0.0.1-2，取土基回弹模量为80Mpa ，取调整系数为0.8，由此，路床顶综合回弹模量取为：0=800.8=64E Mpa ⨯。

水泥混凝土路面的设计计算1.路面设计荷载计算设计荷载是路面结构设计的基础，需要考虑到车辆轴载、重车通行频次等因素。

根据不同的道路类型和交通量，可以选择不同的设计荷载标准，例如一般道路设计荷载为60kN，高速公路为100kN。

设计荷载可以根据实际情况确定。

2.路面厚度计算路面结构的主要功能是为交通提供平整、安全的行车路面，要求路面具有一定的厚度，能够承受车辆荷载并分散到下层土体中。

根据路面结构和荷载情况，可以采用不同的厚度设计方法进行计算。

例如根据美国AASHTO设计方法，可以根据车辆荷载和所需寿命确定路面厚度。

3.路面材料特性选择水泥混凝土路面中的材料包括水泥、骨料、沙子和水。

这些材料的选择要考虑到路面的承载能力、耐久性以及施工工艺等因素。

例如，水泥的选择要考虑到其强度等级和早期强度发展特性；骨料的选择要考虑到颗粒大小、形状等因素。

4.路面结构设计水泥混凝土路面的结构设计包括基层、底基层、面层等组成。

基层的作用是分散荷载到下层土体中，可以采用砾石、碎石或者碎石混凝土进行铺设。

底基层是为了提供路面的平整度和耐久性，可以采用砂砾混凝土进行铺设。

面层是水泥混凝土路面的承载层，要求具有较高的强度和平整度。

5.路面施工工艺设计水泥混凝土路面的施工工艺设计包括路面准备、铺设和养护等步骤。

路面准备包括路基处理、基层铺设和底基层施工等；铺设包括制浆、铺浆、振捣和压光等；养护包括初始养护和维护养护等。

施工工艺需要根据路面结构和材料特性进行合理设计，确保路面质量。

随着我国国民经济和公路交通运输事业的发展，公路运输车辆中大型货运车辆的增加和载货汽车的超载已成为普遍存在的问题。

由于重载和超载，所修建路面达不到设计使用年限，甚至使用初期即出现车辙、坑槽、开裂、沉陷或唧泥、错台、断裂等破坏，路面使用寿命大大缩短，经济损失严重。

本文针对水泥砼路面适应重载交通以及高速公路水泥砼路面亟待解决的问题，借鉴国内外研究成果，对宣大重载交通高速公路水泥砼路面实验路成果进行总结，从合理结构（技术可行）和造价（经济合理）两方面，提出了适合河北乃至全国的重载交通高速公路水泥砼路面的合理结构。

1、宣大高速公路基本情况宣大高速公路位于河北西北部的张家口市内，起点张家口宣化县，终点阳原与山西交界，是山西经河北向东部输送煤炭的重要通道。

据调查，宣大路所通行的交通量为：大型载货车占近40%；大型载货车中拖挂车占76%；拖挂车中斯太尔型重型车占80%。

斯太尔主车自重11t，标准载重21t；挂车自重5t，标准载重15t，标准车货总重52t．超载后，实际车货总重70—95t。

主车前轴为单轴、单轮，轴重11t；后轴为双轴、双轮，单轴重22t，轮胎接地压强1.15~1.2Mpa。

全线百余公里以黑色路面为主，其中3期20余公里为水泥砼路面实验研究路段。

2、实验研究方案在广泛调研，吸收兄弟省份高速公路建设水泥混凝土路面的经验，充分考虑河北公路路面建设特点及宣大高速公路重载交通特点，经课题组并吸收国内知名专家多次讨论并以多种计算方法分析计算，最后确定实验路面结构为：2．1 重车方向（大同至宣化方向）结构①：33厘米普通水泥混凝土面板+20厘米水泥稳定碎石基层+20厘米水泥稳定砂砾底基层；结构②：30厘米高强混凝土面板+20厘米水泥稳定碎石基层+20厘米水泥稳定砂砾底基层；结构③：26厘米钢纤维混凝土面板+20厘米水泥稳定碎石基层+20厘米水泥稳定砂砾底基层；结构④：28厘米连续配筋混凝土面板+20厘米贫混凝土基层+20厘米水泥稳定砂砾底基层；结构⑤：26厘米高强混凝土面板+20厘米贫混凝土基层+20厘米水泥稳定砂砾底基层；结构⑥：27厘米玻璃纤维混凝土面板+20厘米贫混凝土基层+20厘米水泥稳定砂砾底基层；结构⑦：28厘米普通水泥混凝土面板+20厘米贫混凝土基层+20厘米水泥稳定砂砾底基层。

第1章绪论1.1路面课程设计的任务与要求及参考文献1.1.1课程设计题目：公路水泥混凝土路面结构设计及厚度计算1.1.2设计内容：1.交通量计算2.判别路基干湿类型并确定土基回弹模量；3.拟定路面结构方案；4.进行结组合设计，确定路面设计参数，并初拟路面厚度；5.进行应力计算，并验算路面厚度；6.方案比较，确定合理路面结构；7.绘制路面结构设计图。

1.1.3设计资料：Ⅱ区某城市郊区道路，今年来，由于交通量大量增加，要对下列路段进行设计K0+800—K4+500段改线，在新路基上铺筑水泥混凝土路面；K4+500—K6+000段，利用旧路，但路面强度不够，须进行补强。

1.路况调查资料(1）经预测设计使用初期年平均日交通量（双向）如下表1.1:表1.1交通两年平均增长率5.6%(2）原有路面结构和路基状况调查：①路基宽度10米，路面宽度8.5米。

②路面结构为：3cm沥青表面处置，20cm石灰土基层，20cm沙砾垫层。

③沿线路基土质为粘质土，液限30%，塑限17%，当地最大冻深2.1米。

2.材料调查沿线可供给各种砂石料，并有矿渣，炉渣，水泥，石灰，沥青等多种筑路材料。

3.设计参考资料《路基路面工程》邓学军主编，人们交通出版社，2009.9《公路水泥混凝土路面设计规范》 人们交通出版社，2003.5 《公路工程技术标准》 人们交通出版社，2004.4 1.2交通调查与分析 1.2.1 交通量计算解放的载重量 ＝08.48.940=吨 2<4.08<7 所以为中型车 折算系数 1.5 沃尔沃的载重量＝20.108.9100=吨 7<10.20<14 所以为大型车 折算系数 2.0 尼桑的载重量＝70.88.925.85=吨 7<8.70<14 所以为大型车 折算系数 2.0 交通的载重量＝41.48.925.43=吨 2<4.41<7 所以为中型车 折算系数 1.5 黄河的载重量＝43.88.960.82=吨 7<8.43<14 所以为大型车 折算系数 2.0 东风的载重量＝10.58.900.50=吨 2<5.10<7 所以为中型车 折算系数 1.5 确定公路等级，将以上各型号汽车的使用初期年平均日交通量折算成小客车的年平均日交通量。