关于轻载与轻交通量水泥混凝土路面设计的探讨

刘巍

摘要：目前各等级道路普遍使用沥青道路，但采用水泥混凝土路面的情况仍旧常见。2011版水泥混凝土路面设计规范中的计算方法相对较以往有较大的改动。给轻载、轻交通量的水泥混凝土路面设计计算带来的新的思路。

关键词：水泥路面；轻载；轻交通量；

随着城镇化建设的不断推进，房地产业得到繁荣发展，居住小区遍地开花，居住区道路逐渐成为小区的主要配套，特别是一些高档的楼盘，相对封闭的管理，道路的服务对象逐渐集中，道路的承载功能相对城市道路逐渐减小，道路的通达性逐渐提高。由此而产生了，道路上通行的车辆多样性变为单一性，道路所承受的荷载轻载化、交通量轻型化。

过往路面设计规范所采用的标准轴载即BZZ-100，《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2002）版规范中对于轴载当量换算系数的公式为：

对于各类车辆均需按100kN的标准轴重进行换算。

标准轴载在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力公式为：

在计算轴载当量换算系数时，轴重小于25kN，通过公式（A.2.1-1）计算的换算系数非常小。且荷载应力计算公式对于与标准轴载相差较大的车辆也不适用。

2011年9月交通部发布了新的《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2011），其中轴载当量换算系数公式变更为：

本次规范调整了轴重换算的基数，由原先的固定值100kN变更为设计轴载，不再限定换算基数为一固定值。因此新规范可以适用于各种类型特征设计轴载的路面设计。

同样，在设计轴载四边自由板临界荷位处产生的荷载应力的计算公式也做出相应变化：

计算公式引入了设计轴载，可计算在不同轴载作用下的应力，较旧规范适用范围有非常大的改变。

根据《国家干线公路交通量手册》的统计资料表明，我国一般公路中，小型车辆占用率为53.5%，10吨以下中型车辆占有率为18%，10～14吨中型车辆为13%，14吨以上大型车辆占15.3%。由此可见，小型车辆占据道路行车的半壁江山，对于居住区及农村道路，其行车组成更加集中，故新规范的公式对于轻载、轻交通量的水泥混凝土路面的具有重要的指导意义。

以某小区水泥混凝土路面设计为例，拟建道路路宽7m，路基为低液限黏土，路床顶距地下水位平均1.2m，当地的粗集料以花岗岩为主，该小区规划总户数为1696户，车位数按每户1.5配比，共计2544辆，前期入住率按30%计，即为763辆，考虑其他服务性用车，初期设计轴载次数为800次，年平均增长率为5%，设计轴载为20kN，最重轴载为50kN，计算过程如下：

1.交通分析

初期标准轴载Ns=800

交通量年增长率gr=0.05

设计基准期t=20

临界荷位处车辆轮迹横向分布系数η=0.62

设计轴载累计作用次数Ne=598.626E+4，属重交通等级

2.初拟路面结构及参数

单位：厚度（m），弯拉模量、设计弯拉强度（MPa），线膨胀系数（10^-6/℃）。

3.计算荷载应力

计算板底地基当量回弹模量

Ex=250MPa

hx=0.15m

α=0.367

计算Et=65.3MPa

计算相对刚度半径：

混凝土面层板截面弯曲刚度Dc=8.344MN.m

半刚性基层板截面弯曲刚度Db=0.586MN.m

路面结构总相对刚度半径rg=0.623m

σps=0.74MPa

σpm=1.75MPa

面层疲劳指数λ=0.057

kf=Ne^λ=2.434

kr=1

kc=1

σpr=krkfkcσps=1.801MPa

σp，max=krkcσpm=1.75MPa

4.温度应力

混凝土面层板Ec=29000MPa

混凝土面层板hc=0.15m

混凝土面层板线膨胀系数αc=1e-0051/℃

混凝土面层板长度L=4m

温度梯度Tg=92℃/m

t=2.14

面层与基层竖向接触刚度Kn=6236.559MPa/m

层间接触状况参数γβ=0.097m

与双层板结构有关的参数ξ=0.451

上层板温度翘曲应力系数CL=0.946

上层板内应力系数BL=0.848m

下层板温度疲劳应力不需计算分析。

最大温度应力σt，max=1.697MPa

公路自然区划属Ⅳ区，查表B.3.4可知回归系数：

at=0.841

bt=1.323

ct=0.058

温度疲劳应力系数kt=0.501

温度疲劳应力σtr=0.85MPa

5.结构极限状态校核

可靠度系数γr=1.07

γr（σpr+σtr）=1.07×（1.801+0.85）=2.84MPa≤fr=4MPa，满足要求。

γr（σp，max+σt，max）=1.07×（1.75+1.697）=3.69MPa≤fr=4MPa，满足要求。

该小区道路按此路面结构建设后，运行情况良好，无不良病害发生。