国内外水泥混凝土路面设计方法比较

国内外水泥混凝土路面设计方法比较

学院：材料科学与工程学院

专业：材料工程

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学号：**********

指导教师：***

国内外水泥混凝土路面设计方法比较

摘要：世界各国对水泥混凝土路面的设计有着不同的标准与方法，设计过程大都考虑交通荷载、材料特性以及环境条件等因素的影响，而中国由于混凝土路面设计起步较晚，设计方法主要依赖于理论计算，未能充分考虑路面实际使用情况，并且一些水泥混凝土路面确实已经出现不同程度的结构性破坏和功能性缺陷。该文拟对中国以各方面的设计过程为基础和各国的设计经验为依据的水泥混凝土路面设计方法进行对比，为中国水泥混凝土路面设计方法的完善提供一些可供借鉴的经验。

关键词：混凝土路面；设计方法；设计标准

Compared with the design method of cement concrete

pavement at home and abroad

Abstract: the design of cement concrete pavement of the countries in the world have different standards and methods, the design process to consider most of the traffic load, material properties and environmental conditions and other factors, and China due to concrete pavement design started late, the design method mainly depends on the theoretical calculation, failed to give full consideration to the actual use of cement concrete pavement, and some the road has indeed seen structural damage and functional defects in different degrees. This paper intends to China in all aspects of the design process for the design experience and national comparison for cement concrete pavement design method based on the design method of cement concrete pavement China. To provide some experience for reference to perfect.

Keywords: concrete pavement; design method; design standard

0 前言

水泥混凝土路面作为一种高级路面结构形式，具有刚度大、承载能力强、耐久性好、稳定性好以及日常维护费用低等优点而得到了广泛的应用。在公路建设中，由于资源限制，中国沥青的产量和质量，均难以满足修筑高等级路面的需要，因此目前用于公路建设的石油沥青还大量依靠进口；另一方面，中国已经连续20多年位居世界水泥产量的第一位，水泥产能大，分布广，各地均可就近供应的优势更为显著。

在20世纪90年代，根据中国的资源条件现状和公路事业发展的需要，交通部提出“黑色”“白色”并进的路面发展战略，对水泥混凝土路面的发展实施“因地制宜，积极稳定，保证质量，加快发展”方针，迎来了水泥混凝土路面的高速发展。据交通部统计，截至到2015年底，中国铺装路面总里程已达448.69万km，其中水泥混凝土路面所占比例超过了70%。可以预见未来随着中国推进农村道路建设，水泥混凝土路面比重还将逐年上升。然而随着中国经济的发展，道路交通量和车辆轴载的迅速增长，大多数的水泥混凝土路面均出现了不同程度的损坏，这和中国水泥混凝土路面设计理论和方法的不完善有很大关系[1]。该文通过中国现行水泥混凝土设计方法与国外的设计方法进行对比分析，在今后路面结构设计方法中有所改进，不断提高中国水泥混凝土路面的使用寿命和使用性能。

1 中国水泥混凝土路面设计方法存在的问题

近年来，随着中国道路交通流量的迅猛增长和轴载的明显增大，很多水泥混凝土路面在远未达到设计使用寿命时便出现了大量的破损现象，严重影响到路面的功能性与耐久性，并引起了重大的交通事故，带来了很大的经济损失。究其原因，主要是中国的设计方法和设计理论还不够完善。目前中国水泥混凝土路面设计中下述问题尚存争议：

（1）设计交通荷载与实际情况有较大差距。实际使用过程中，中国水泥路面往往未达到设计使用寿命便发生大面积损害，甚至存在大量“早期破坏”现象。而设计中所使用的计算模型与实际使用过程中复杂的荷载状况有较大差异。

（2）设计指标体系尚不完善。例如，温度、湿度等环境因素对水泥混凝土路面的影响未能全面考虑；临界荷位的选择也相对单一，仅考虑纵向边缘板中加载的情况；同时，缺少相应的控制指标和病害预测模型。

（3）路面材料设计参数与实际使用性能“相容性”较差，路面材料参数的设定是中国路面设计中的一个薄弱环节，与实际路用性能缺乏相关性；材料的设计参数不能反映结构实际的工作状态，试验室静态测试得到的参数与道路材料在受动车荷载作用下的力学响应有较大出入；很多材料参数控制指标与路用性能没有明确对应关系[2]。

2 国内外土基回弹模量设计方法比较

路路基回弹模量是公路路基路面设计的主要参数之一,因其受土质、含水量、压实度、测试方法等诸多因素影响,使其数值的确定比较困难,尽管多年来不少研究者致力于此方面的研究,但目前仍存在不少问题。

如何评价与测定路基的抗变性能力是路面设计方法中一个必不可少的组成部分,纵观国内外路面设计方法,表征路基抗变形能力的方法主要有两种,即建立在温克勒地基模型上的地基反应模量与基于弹性半空间地基的路基回弹模量。国外刚性路面设计方法中广泛采用地基反应模量,而在柔性路面设计方法中则普遍采用路基回弹模量（动态回弹模量）,并引入相应的季节影响因素。美国AASHTO 设计规范中根据一年或某几个月内路基回弹模量及其相对损失,计算平均的路基有效回弹模量对于碎砾石材料,采用基于室内三轴试验获得的非线性模型和随季节的相对损失计算其有效回弹模量,并引入排水系数修正层位系数。在AI法中根据土基材料填筑的路基进行回弹模量试验,获得至少6—8个试验值,取小于所有试验值60%、75%或87.5%的模量值作为土基的设计回弹模量对于粒状材料与AASHTO法类似[3]。

FWD作为一种动态检测设备,同路面实际的工作状态和材料的性质是相符的,这对于研究路面的动态特性是有潜力的。路面在动力荷载和静力荷载作用下的反应是不同的,国外不少设计方法已采用动态设计参数。在70年代和80车代,丹麦和瑞典首先开始制造并应用FWD,随后美国、英国、日本等先后引进并仿制了这种弯沉仪,同时,关于FWD应用研究工作大量展开,推动了FWD的广泛应用。目前己有多个国家和地区先后应用FWD,除FWD的制造国外,还有希腊、芬兰、冰岛、葡萄牙、西班牙、土耳其、澳大利亚、荷兰、娜威等国家。美国联邦公路局经过分析对比,确认FWD是较好的路面承载能力评定设备,并选定FWD作为实施SHRP计划时路面强度评定的重要设备。目前FWD弯沉仪的应用已步入了规范