水泥混凝土路面的构造方案

（一）土基和基层

1.土基

理论分析表明，通过刚性面层和基层传到土基上的压力很小，一般不超过0.05MPa。因此，混凝土板下似不需要有坚强的土基支承。然而，如果土基的稳定性不足，在水温变化的影响下出现较大的变形，特别是不均匀沉陷，则仍将给混凝土面板带来很不利的影响。实践证明，由于土基不均匀支承，使面板在受荷时底部产生过大的弯拉应力，导致混凝土路面产生破坏。因此，混凝土路面下的路基必须密实、稳定和均匀。路基一般要求处于干燥或中湿状况，过湿状态或强度与稳定性不符合要求的潮湿状态的路基必须经过处理。

路基的不均匀支承，可能由下列因素所造成：

（1）不均匀沉陷。由于湿软地基未达充分固结、土质不均匀、压实不充分、填挖结合部以及新旧路基交接处处理不当。

（2）不均匀冻胀。产生于季节性冰冻地区，土质不均匀（对冰冻敏感性不同）；路基潮湿条件变化。

（3）膨胀土。在过干或过湿（相对于最佳含水量）时压实；排水设施不良等。

控制路基不均匀支承的最经济、最有效的方法是：①把不均匀的土掺配成均匀的土；②控制压实时的含水量接近于最佳含水量，并保证压实度达到要求；②加强路基排水设施，对于湿软地基，则应采取加固措施；④加设垫层，以缓和可能产生的不均匀变形对面层的不利影响。

2.基层

混凝土面层下设置基层的目的是：

（1）防唧泥。混凝土面层如直接设置在路基上，会由于路基土塑性变形量大，细料含量多和抗冲刷能力低而极易产生唧泥现象。铺设基层后，可减轻以至消除唧泥的产生。

（2）防冰冻。在季节性冰冻地区，用对冰冻不敏感的粒状多孔材料铺筑基层，可以减少路基的冰冻深度，从而减轻冰冻的危害。

（3）减小路基顶面的压应力，并缓和路基不均匀变形对面层的影响。

（4）防水。在湿软土基上，铺筑开级配粒料基层，可以排除从路表面渗入面层板下的水分以及隔断地下毛细水上升。

（5）为面层施工（如立侧模，运送混凝土混合料等）提供良好的工作面。

（6）提高路面结构的承载能力，延长路面的使用寿命。

因此，除非土基本身就是有良好级配的砂砾类土，而且是良好排水条件的轻交通道路之外，都应设置基层。同时，基层应具有足够的强度和稳定性，且断面正确，表面平整。理论计算和实践都已证明，采用整体性好（如具有较高的弹性模量如贫混凝土、沥青混凝土、水泥稳定碎石、石灰粉煤灰稳定碎石、级配碎石等）的材料修筑基层，可以确保混凝土路面良好的使用特性和延长路面的使用寿命。因此，基层材料的技术要求必须符合JTJ034—93《公路路面基层施工技术规范》的要求。因为如果基层出现较大的塑性变形累积（主要在接缝附近），面层板将与之脱空，支承条件恶化，从而增加板的应力；同时，若基层材料中含有过多的细料，还将促使唧泥和错台等病害产生。

基层厚度以20cm左右为宜。研究资料表明，用厚基层来提高土基的支承力，或者说借以降低面层应力或减薄面层厚度一般是不经济的。但是随着稳定类基层厚度的减小，基层底面的弯拉应力随之增大，因此基层厚度也不宜太薄。

基层宽度应比混凝土路面板每侧各宽出25～35cm（采用小型机具或轨道式摊铺机施工）或50～60cm（采用滑模摊铺机施工），或与路基同宽，以供施工时安装模板，并防止路面边缘渗水至土基而导致路面破坏。

在冰冻深度大于0.5m的季节性冰冻地区，为防止路基可能产生的不均匀冻胀对混凝土面层的不利影响，路面结构应有足够的总厚度，以便将路基的冰冻深度约束在有限的范围内。路面结构的最小总厚度，随冰冻线深度、路基的潮湿状况和土质而异，其数值可参照本章第五节。超出面层和基层厚度的总厚度部分可用基层下的垫层（防冻层）来补足。

（二）混凝土面板

图8-11　混凝土路面厚边式断面示意图

理论分析表明，轮载作用于板中部时，板所产生的最大应力约为轮载作用于板边部时的2/3。因此，理论上面层板的横断面应采用中间薄两边厚的型式（见图8-11），以适应荷载应力的变化。一般边部厚度较中部约大25%，并在板边0.6～1.0m宽度范围内逐渐加厚。但是厚边式路面对土基和基层的施工带来不便；而且在厚度变化转折点处，易引起板的折裂。因此，目前国内外常采用等厚式断面，其一是不设筋等厚式，板厚取厚边式的板边厚度；其二是设筋等厚式，板厚取厚边式的板中厚度。

混凝土面板应保证表面平整、耐磨、抗滑。相应规定可参照本章第五节。

（三）排水要求

混凝土路面的排水应根据公路等级、地形、地质、气候、年降雨量、地下水等条件，结合路基排水进行设计，使之形成良好的排水系统，确保排水畅通、路基路面稳定和行车安全。

高速公路和一级公路的路面排水一般由路肩排水、中央分隔带排水和路面表面渗入水的排除等组成，现代水泥混凝土路面的使用经验表明，路肩必须设置边坡与板底连通的排水盲沟，以利于将路面板接缝处的渗水排出路肩。

（四）接缝的构造与布置

混凝土面层是由一定厚度的混凝土板所组成，它具有热胀冷缩的性质。由于一年四季气温的变化，混凝土板会产生不同程度的膨胀和收缩。而在一昼夜中，白天气温升高，混凝土板顶面温度较底面为高，这种温度坡差会形成扳的中部隆起的趋势。夜间气温降低，板顶面温度较底面为低，会使板的周边和角隅发生翘起的趋势（见图8-12）。这些变形会受到板与基础之间的摩阻力和粘聚力，以及板的自重车轮荷载等的约束，致使板内产生过大的应力，造成板的断裂或拱胀等破坏以及由于均匀温度下降使板的开裂。

图8-12　混凝土由于温度坡差引起的变形及开裂

（a）变形；（b）开裂；（c）拉开

由于翘曲而引起的裂缝，则在裂缝发生后被分割的两块板体尚不致完全分离，倘若板体温度均匀下降引起收缩，则将使两块板体被拉开，从而失去荷载传递作用。

为避免这些缺陷，混凝土路面不得不在纵横两个方向设置许多接缝，把整个路面分割成许多板块。

横向接缝是垂直于行车方向的接缝，共有三种：缩缝、胀缝和施工缝。缩缝保证板因温度和湿度的降低而收缩时沿该薄弱断面缩裂，从而避免产生不规则的裂缝。胀缝保证板在温度升高时能部分伸张，从而避免产生路面板在热天的拱胀和折断破坏，同时胀缝也能起到缩缝的作用。另外，混凝土路面每天完工以及因雨天或其他原因不能继续施工时，应尽量做到胀缝处。如不可能，也应做至缩缝处，并做成施工缝的构造形式。

在任何形式的接缝处板体都不可能是连续的，其传递荷载的能力总不如非接缝处。而且任何形式的接缝都不免要漏水。因此，对各种形式的接缝，都必须为其提供相应的传荷与防水条件。

1.横缝的构造与布置

（1）胀缝的构造。缝隙宽约20～25mm。如施工时气温较高，或胀缝间距较短，应采用低限；反之用高限。缝隙上部3～4cm深度内浇灌填缝料，下部则设置富有弹性的嵌缝板，它可由油浸或沥青浸制的软木板制成。(www.xing528.com)

对于交通繁重的道路，为保证混凝土板之间能有效地传递荷载，防止形成错台，应在胀缝处板厚中央设置传力杆。传力杆一般为长40～60cm、直径20～25mm的光圆钢筋，每隔30～50cm设一根。杆的半段固定在混凝土内，另半段涂以沥青、套上长约8～10cm的铁皮或塑料套筒，筒底与杆端之间留出宽约3～4cm的空隙，并用木屑与弹性材料填充，以利板的自由伸缩，如图8-13（a）所示。在同一条胀缝上的传力杆，设有套筒的活动端最好在缝的两边交错布置。

图8-13　胀缝的构造

（a）套筒式传力杆；（b）、（c）垫枕式传力杆

由于设置传力杆需用钢材，故有时不设传力杆，而在板下用100号混凝土或其他刚性较大的材料，铺成断面为矩形或梯形的垫枕，如图8-13（b）所示。当用炉渣石灰土等半刚性材料作基层时，可将基层加厚形成垫枕，如图8-13（c）所示。这种形式，结构简单，造价低廉。为防止水经过胀缝渗入基层和土基，还可在板与垫枕或基层之间铺一层或两层油毛毡或2cm厚沥青砂。

（2）缩缝的构造。缩缝一般采用假缝形式，如图8-14（a）所示，即只在板的上部设缝隙，当板收缩时将沿此最薄弱断面有规则地自行断裂。缩缝缝隙宽3～8mm，深度约为板厚的1/5～1/4，一般为5～6cm，近年来国外有减小假缝宽度与深度的趋势。假缝缝隙内亦需浇灌填缝料，以防地面水下渗及石砂杂物进入缝内。

由于缩缝缝隙下面板断裂面凹凸不平，能起一定的传荷作用，一般不必设置传力杆，但对交通繁重或地基水文条件不良路段，也应在板厚中央设置传力杆。这种传力杆长度为30～40cm，直径14～16mm，每隔30～60cm设一根如图8-14（b）所示，一般全部锚固在混凝土内，以使缩缝下部凹凸面的传荷作用有所保证；但为便于板的翘曲，有时也将传力杆半段涂以沥青，称为滑动传力杆，这种缝则称为翘曲缝。

（3）施工缝的构造。施工缝采用平头缝或企口缝的构造形式。平头缝上部应设置深为3～4cm，宽为5～10mm的沟槽，内浇灌填缝料。为利于板间传递荷载，在板厚的中央也应设置传力杆，如图8-14（c）所示。传力杆长约40cm，直径20mm，半段锚固在混凝土中，另半段涂沥青或润滑油，亦称滑动传力杆。如不设传力杆，则需用专门拉毛模板，把混凝土接头处作成凹凸不平的表面，以利于传递荷载。另一种形式是企口缝。

（4）横缝的布置。缩缝间距一般为4～6m（即板长），在昼夜气温变化较大的地区或地基水文情况不良的路段，应取低限值，反之取高限。

在桥涵两端以及小半径平、竖曲线处应设置胀缝。胀缝是混凝土路面的薄弱环节，它不仅给施工带来不便，而且胀缝处的混凝土常出现碎裂等病害；当雨水通过胀缝渗入地基后，易使地基软化，引起唧泥、错台等破坏；当砂石进入胀缝后，易造成胀缝处板边挤碎、拱胀等破坏。同时，胀缩容易引起行车跳动，其中的填缝料又要经常补充或更换，增加了养护的麻烦。因此，近年来国内外修筑的混凝土路面均有减少胀缝的趋势。我国现行刚性路面设计规范规定，胀缝应尽量少设或不设；但在邻近桥梁或固定建筑物处，或与其他类型路面相连接处、板厚变化处、隧道口、小半径曲线和纵坡变换处，均应设置胀缝。在其他位置，当板厚等于或大于20cm并在夏季施工时，也可不设胀缝。

图8-14　缩缝与工作缝的构造

（a）假缝；（b）、（c）传力杆；（d）企口缝1—传力杆；2—缩缝；3—企口缝

但是，采用长间距胀缝或无胀缝路面结构时，需注意采取一些相应的措施，如增大基层表面的摩阻力，以约束板在高温或潮湿时伸长的趋势；在气温较高时施工，应尽量减小水泥混凝土板的胀缩幅度；相对地缩短缩缝间距，以便减少板的温度翘曲应力，缩小缩缝缝隙的拉宽度以提高传荷能力，并增进板对地基变形的适应性。

2.纵缝的构造与布置

纵缝是指平行于混凝土路面行车方向的接缝。纵缝间距一般按3～4.5m设置，这对行车和施工都较方便。当双车道路面按全幅宽度施工时，纵缝可做成假缝形式。对这种假缝，国外规定在板厚中央应设置拉杆，拉杆直径可小于传力杆，间距为1.0m左右，锚固在混凝土内，以保证两侧板不致被拉开而失掉缝下部的颗粒嵌锁作用，如图8-15（a）所示。当按一个车道施工时，可做成平头式纵缝。为利于板间传递荷载，也可采用企口式纵缝如图8-15（c）所示，缝壁应涂沥青，缝的上部也应留有宽6～8mm的缝隙，内浇灌填缝料。为防止板沿两侧路拱横坡爬动拉开和形成错台，以及防止横缝搓开，有时在平头式及企口式纵缝上设置拉杆，如图8-15（c）、（d）所示。

图8-15　纵缩缝的构造形式（单位：cm）

（a）假缝带拉杆；（b）平头缝；（c）企口缝加拉杆；（d）平头缝加拉杆

对多车道路面，应每隔3～4个车道设一条纵向胀缝，其构造与横向胀缝相同。当路旁有路缘石时，缘石与路面板之间也应设胀缝，但不必设置传力杆或垫枕。

3.纵横缝的布置

图8-16　交叉口接缝布置

1—纵缝（企口式）；2—胀缝；3—缩缝；4—进水口

纵缝与横缝一般作成垂直正交，使混凝土板具有90°的角隅。纵缝两旁的横缝一般成一条直线。实践证明，如横缝在纵缝两旁错开，将导致板产生从横缝延伸出来的裂缝。在交叉口范围内，为了避免板形成较锐的角并使板的长边与行车方向一致，大多采用辐射式的接缝布置形式，如图8-16所示。

应当特别介绍的是，目前国外流行一种新的混凝土路面接缝布置形式，即胀缝甚少，缩缝间距不等，按4、4.5、5、5.5m和6m的顺序设置，而且横缝与纵缝交成80°左右的斜角，如设传力杆，则传力杆与路中线平行，其目的是使一辆车同时只有一个后轮横越接缝，减轻由于共振作用所引起的行车跳动的幅度，也可缓和板伸张时的顶推作用。

至于缩缝传力杆的设置问题，国外一般认为：①对低交通量道路，当缩缝间距小于4.5～6.0m时，可不设传力杆；②对大交通量道路，任何时候都应该设置传力杆，采用间距小的缩缝和稳定类基层时则例外。

（五）局部设筋

当采用板中计算厚度的等厚式板时，或混凝土板纵、横向自由边缘下的基础有可能产生较大的塑性变形时，应在其自由边缘和角隅处设置下述两种补强钢筋。

1.边缘钢筋

一般用两根直径12～16mm的螺纹钢筋或圆钢筋，设在板的下部板厚的1/4～1/3处，且距边缘和板底均不小于5cm，两根钢筋的间距不应小于10cm，如图8-17（a）所示。纵向边缘钢筋一般只做在一块板内，不得穿过缩缝，以免妨碍板的翘曲；但有时亦可将其穿过缩缝，但不得穿过胀缝。为加强锚固能力，钢筋两端应向上弯起。在横胀缝两侧板边缘以及混凝土路面的起终端处，为加强板的横向边缘，亦可设置横向边缘钢筋。

2.角隅钢筋

设置在胀缝两侧板的角隅处，一般可用两根直径12～14mm、长2.4m的螺纹钢筋弯成如图8-17（b）所示的形状。角隅钢筋应设在板的上部，距板顶面不小于5cm，距胀缝和板边缘各为10cm。在交叉口处，对无法避免形成的锐角，宜设置双层钢筋网补强，如图8-17（c）所示，以避免板角断裂。钢筋布置在板的上下部，以距板顶（底）5～7cm为宜。

当混凝土路面中必须设置窨井、雨水口等其他构造物时，则宜设在板中或接缝处，在井口边设置胀缝同混凝土面板分开，构造物周围的混凝土面板需用钢筋加固。如构造物不可避免地布置在离板边小于1m的地方时，则应在混凝土板薄弱断面处增设加固钢筋。

混凝土路面同桥梁相接处，宜设置钢筋混凝土搭板。搭板一端放在桥台上，并加设防滑锚固钢筋和在搭板上预留灌浆孔。如为斜交桥梁，尚应设置钢筋混凝土渐变板。渐变板的短边最小为5m，长边最大为10m。

图8-17　边缘和角隅钢筋布置（单位：mm）

（a）边缘钢筋；（b）、（c）角隅钢筋