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国内外水泥混凝土路面的设计标准与方法 摘要：水泥混凝土路面作为一种刚性路面，具有较高的力学强度。路面直接承受车辆的轮载与气候、磨耗等严酷环境条件的作用，因此要求路面混凝土具有抗折强度高、收缩变形小以及耐磨性与抗冻性好等性能。为使路面达到其使用要求，世界各国都对水泥混凝土路面的设计有着不同的标准与方法。每种设计标准和方法都有着不同的着重评价方面。文章对国内外水泥混凝土路面设计标准与方法进行了综述，并对各种方法进行了分析。 关键词：水泥混凝土路面；设计标准；设计方法；国内外 一、概述 水泥混凝土路面作为一种高等级路面有很多的有点：路面强度高、承载能力大、耐磨耗能力强、能见度好、使用寿命长、养护费用少及油耗少，正是因为有上述这些优点，水泥混凝土路面在世界各地被广泛的使用，也取得了较好的效果。本文先介绍了AASHTO设计方法、PCA设计方法和我国水泥混凝土路面设计方法，并对这些国家的水泥混凝土路面设计标准与方法进行了比较。 二、水泥混凝土路面设计标准与方法 （一）AASHTO水泥混凝土路面设计方法 美国是世界各国中混凝土路面使用最多的国家之一，因此美国对水泥混凝土路面设计理论与方法的研究极为重视。美国各州公路工作者试验路研究于1955年至1961年在美国伊利诺州渥太华城附近进行，这是美国有史以来规模最大的一次道路试验，共进行了1114000车次，以试验路研究成果为基础，提出了AASHTO路面设计指南与手册，提供了水泥混凝土路面的设计方法中提出了耐用指数这一重要概念，并且提出了单轴荷载、双轴荷载的当量换算关系等等。AASHTO试验路采用“服务功能指数”的概念来表征路面对行车荷载的耐用程度。对于刚性路面，根据试验结果的统计分析，采用服务功能指数PSI。路面使用过程中，服务功能指数随行车作用次数的增加而逐渐降低。AASHTO试验路的目的，就是确定不同大小与组合的轴载重复作用次数，与不同厚度基层上的各种厚度混凝土路面的服务功能之间的关系。试验结果表明，板的长短和是否配筋，以及基层厚度对路面的使用性能无重大影响。 1、设计标准 路面结构从开始使用到需要采取重大措施时所经历的时段，称为性能使用期。水泥混凝土路面刚修好时的初始耐用性指数为4.5左右，混凝土路面的设计使用年限通常为20（年），届时的服务功能指数为2.5（干线道路）或2.0（非干线公路）。在使用性能期内路面耐用性指数总变化量： △ PSI=PSI0-PSIt 即作为路面的设计标准。 所设计的路面结构必须能承受使用性能期内行车荷载的累计作用和环境因素的影响，使路面耐用性指数的下降量△PSI不超过上述与定值。标准车规定为后轴重18klb的单后轴车，在使用年限内通过的最大次数为1000万次。 2、设计参数 （1）交通分析：选用80kN的轴载作为标准轴载； （2）可靠度水平和总标准差； （3）地基设计反应模量； （4）混凝土抗弯拉强度和弹性模量； （5）路面排水系数 （6）接缝传荷系数； 3、设计步骤 AASHTO设计方法确定混凝土面层厚度的步骤如下： （1）确定各项设计参数：选定使用性能期，分析使用性能期内标准轴载累计作用次数；选定目标可靠度，确定总标准偏差；确定使用性能下降量；确定混凝土弯拉强度和弹性模量值；选取接缝传荷系数和路面排水系数。 （2）确定地基的设计反应模量：计算出路基土回弹模量；基层回弹模量；地基综合反应模量；进行刚性基础影像的修正；等效反应模量等。 （3）确定所需面层厚度：利用路面结构、服务能力指数下降与标准轴载作用次数的经验关系式或者由此关系式绘制的莫诺图，将先前得到的各项设计参数带入，计算确定所需的混凝土面层厚度。 （二）美国波特兰水泥协会（PCA）混凝土路面设计方法 PCA法以文克勒地基上弹性薄板理论为基础，考虑了水泥混凝土路面的使用年限，疲劳度等多种因素，是一种比较完善的方法。 1、设计使用年限也与交通分析 PCA取混凝土路面设计使用年限为40年，按目前道路上交通量统计资料，确定目前的平均日交通量，其中包括火车数、单轴和双轴各级荷载的分配，然后根据交通量的年增长率，预估使用年限内各级单轴双轴载的作用次数。 2、荷载安全系数 PCA采用荷载安全系数以考虑汽车的超载、轮载分配的不均匀性和冲击作用等因素所引起的荷载增大。因此，按道路交通量的不同，规定了荷载安全系数值如下：①对于承受少量货车交通的道路、居住区街道和其他道路，采用1.0；②对于承受中等货车交通量的道路主要街道，采用1.1；③对于连续交通流和大量货车交通的州际道路和其他多车道路面，采用1.2 。按交通分析得出的各级轴载，都要乘上上述荷载安全系数，成为设计轴载。 3、基础强度特征 基础的强度特征以地基反力模量k表征，k值通过承载板试验确定，它随材料的性状、承载板的直径和挠度（或压力）的取值不同而异。 4、荷载应力