水泥混凝土路面国内外现状和发展新对策

水泥混凝土路面国内外现状和发展新对策

    中国交通事业发展很快，2013年底高速公路通车里程达10.4万km，数量为世界之最，但路面类型却几乎单一为沥青路面，水泥路面主要用于农村公路。韩国高速公路建设从路面寿命周期成本、地方资源利用和环境保护角度考虑，63％的高速公路采用了水泥混凝土路面，而中国高速公路却大量进口韩国沥青铺筑沥青路面，这种对比差异值得反思。

    从资源节约和环境保护角度考虑，无疑应大力发展水泥混凝土路面，但中国现实情况是水泥路面行车舒适性差，有重载车通行的水泥混凝土路面极易产生早期断板、破碎、错台等病害，加之维修困难，一般在路面类型方案研讨时就被否定。中国和国外水泥混凝土路面应用的差距越来越大，因此了解世界水泥混凝土路面发展现状，分析中国水泥路面早期破损的原因，找到解决问题的办法，无疑是重新认识和发展水泥混凝土路面首先需要解决的问题。

    根据山西省经验和国外研究成果，大力发展连续配筋水泥混凝土板下面层、薄层沥青材料上面层的复合式路面，应是建设适应重载交通和长寿命路面的一种合理结构，复合式路面也是水泥路面今后的一个重要发展方向。该文通过山西省内配筋混凝土路面的工程案例，介绍相关的施工工艺。最新颁布的JGJ 114-2014《钢筋焊结网混凝土结构技术规程》中对桥面、路面的有关规定和编写说明，希望有助于今后配筋水泥混凝土路面的应用和发展。

1 水泥混凝土路面国内外发展现状

1.1 国外发展概况

    水泥混凝土路面在国外得到广泛应用，其中高速公路中水泥路面所占比例如表1所示。

表１ 国外高速公路水泥混凝土路面比例

1.1.1 美国、欧洲水泥混凝土路面概况

    美国高速公路中，水泥混凝土路面折算为单车道里程达4.8万km，早期水泥路面结构多为板块式普通混凝土路面，1921年提出并在华盛顿区修建了60km连续配（CRCP）试验路，其后有35个州大量修建连续配筋水泥混凝土路面，这种路面因全程无横向缩缝且采用了纵向刻槽工艺，因而行车舒适、噪音小。

    2006年，由美国联邦公路局（FHWA）、各州公路和运输工作者协会（AASHTO）和战略公路研究计划（NCHRP）联合组成专家组对欧洲、澳大利亚、加拿大的水泥路面实地考查，报告指出上述国家均把连续配筋混凝土路面作为重载条件下长寿面路面的首选，局部采用钢筋混凝土路面。以下为部分欧洲国家连续配筋混凝土路面里程数量。比利时：超过650km；法国：超过550km （折算单车道）；德国：超过1500km；荷兰：超过2825km；英国：超过750km（折算单车道）。

    考查组还对比利时Walloon地区2000年修筑的3条隧道进行了考查，隧道内铺筑的连续配筋水泥混凝土路面使用6年效果良好。

    统计美国1971—1991年间修建的25条州际高速公路连续配筋水泥混凝土路面结构资料可知：

    （１）美国CRCP平均厚度233mm，其中10条路面厚度203mm，仅2条路面厚度超过300mm。

    （２）美国CRCP平均配筋率0.59％，其中最小0.45％，最大0.70％。但美国《AASHTO 路面设计指南》根据统计分析，提出在冰冻 地区CRCP配筋率0.6％～0.8％的建议，并列出了配筋率计算公式和诺谟图，指出配筋率（）与设计裂缝平均间距（）、混凝土间接抗拉强度（）、钢筋和混凝土的热胀系数（、）、钢筋直径（）、轮载应力（）、混凝土28d干缩应变（）诸因素有关，但与交通量无直接关系。

1.1.2 日本水泥混凝土路面概况

    图1为日本从1955—2005年共50年间修建的不同路面（道路）里程和汽车保有量的发展状况。由于要求选用建设单价低，且能尽快开放交通的路面，因此沥青路面发展很快，现在日本的水泥路面在道路里程中仅约占5％。近10年水泥混凝土路面工程实绩如图2所示。

图１ 路面里程和汽车保有量的发展

图2 日本水泥路面近10年逐年施工实绩

    统计2001—2010年间日本不同类型水泥混凝土路面施工实绩（表2），可见以普通混凝土（译注：日本的普通混凝土中一般均配有6mm钢筋焊网）为主，但连续配筋混凝土比例逐年增长。表中“薄层”结构，系指在原有水泥或沥青路面上加铺10～20cm厚水泥路面补强或罩面的结构。

表2 日本不同类型的水泥混凝土路面的施工实绩

    值得一提的是，日本正在施工的新东名高速公路（全长320km，已建成通车162km），长寿命路面设计使用年限100年，累计设计轴载1亿车次。其隧道和路基段路面结构采用了24（28）cm厚连续配筋水泥混凝土+8cm沥青面层复合式路面结构，充分发挥了高强度、耐久性好的配筋混凝土和行车舒适性好的沥青面层两种材料的特点，这也是长寿命路面和水泥混凝土路面发展应用的一种方向。

    2012年6月日本全国道路会议上，国土交通省（译注：相当于中国交通运输部）提出积极发展水泥混凝土路面的建议，作为路面使用寿命成本最小化和解决“热岛”效应的对策。特别是在2012年12月制定的日本路面规划中，也将发展水泥路面作为道路发展的基本方针。此外，日本《铺装》杂志2010—2012年连续23期刊载了《水泥混凝土路面技术讲座》，全面分析了日本水泥路面比例较少的原因，介绍了水泥路面的优点及缺点的解决办法；不同类型水泥路面的特点和适用场所；材料要求及设计、施工工法等技术，可以预计日本水泥混凝土路面今后会有较快的发展。

1.2 中国发展概况

    到2013年末，统计显示中国水泥混凝土路面总里程1777262.6km，总里程虽然很长，若按不同等级公路水泥混凝土路面里程分类统计分析（表3、图3），则发现中国水泥路面主要用于乡、村低等级公路中。在10.4万km高速公路路面中，水泥混凝土路面只有3452.8km，所占比例仅0.19％，和99.81％的沥青路面相比，几乎可忽略不计。这和国外高速公路水泥路面比例15％～80％相比，反映出中国水泥混凝土路面路用性能差，技术落后，在国、省道的路面类型选择中不被认可的事实。

表3 中国水泥路面分类统计表（2013年）

图3 不同等级公路水泥混凝土路面里程比例分布（2013年）

    山西省的统计资料和全国相似，91％的水泥混凝土路面铺在乡、村公路中，高速公路水泥路面比例仅占0.24％，即使高速公路现有161.1km 水泥路面，在大、中修技术改造中也不断通过加铺沥青面层方法“白”改“黑”，再过几年，可能使高速公路中的水泥路面逐渐消失。

    水泥路面在中国等级公路路面设计中不被认可的主要原因，是在重载车通行的道路中水泥路的早期破损严重，设计年限30年的路面可能3年即产生病害；加之在通车路线上水泥路面维修困难，对交通影响大等原因所致。中国水泥路面和国外应用效果和范围的巨大差异，可能存在以下深层次原因：

    （１）偏重理论研究，实体工程的试验验证不足，缺少对水泥路面技术特性的定性、定量分析研究数据。不了解中国国内水泥路面不被认可的真实原因。

    （２）不注意收集、分析国外水泥路面技术发展信息；不了解国内外路面工程技术、管理、配套机械设备存在的差距。

    （３）缺少对不同类型水泥混凝土路面技术性能、设计方法、施工工艺、适用场所等系统的应用研究。

    （４）缺少对现有水泥路面病害及解决办法的研究和工程实践验证。

    （５）工程机械方面，由于在高等级公路中混凝土路面实体工程越来越少，因此缺少水泥路面工程配套机械的开发研究，早期大量进口的滑模摊铺机也多闲置不用。

    （６）水泥路面主要用于乡、村公路，加之疏于管理，质量低下，导致有工程实践经验的技术专家越来越少，中国水泥路面技术水平越来越差，使水泥路面更难在高等级公路中发展应用。

    （７）从国家层面缺少对水泥路面作为公路事业发展的指导方针、政策分析研究。

    （８）现有水泥混凝土路面技术规范、细则缺乏创新内容，无法确保在高等级公路中水泥路面的工程质量。

２ 山西省配筋混凝土路面工程案例（2009—2013年间）　　

    通过对国内外水泥路面现状调，山西省近几年一直致力于探索水泥路面的新对策，提出了混凝土路面配筋是解决现有水泥路面诸多问题的有效措施，并在多条高速公路实体工程中应用，至今使用情况良好，取得了较好的效果。

2.1 夏（家营）-汾（阳）高速公路水泥路面改造

    （１）工程概况

    夏汾高速公路全长54km，路基宽26m，路面宽2×11.25m，2000年铺水泥路面，面板厚26cm，为运煤重载路线，因混凝土路面破损严重，2009年按复合式路面改建，其中破碎板60268㎡分别按配钢筋焊网普通混凝土和连续配筋混凝土更换面板，桥面修复全部采用钢筋焊网。

    连续配筋混凝土路面中纵筋为12mm，间距100mm；横筋为12mm，间距400mm。连续配筋路面用焊网网片尺寸：1052cm×150cm，1052cm×200cm。

   普通混凝土更换中增设钢筋焊网，8mm 钢筋焊网规格：150mm ×150mm。８焊网搭接方式：网片搭接长度20cm。

    连续配筋纵、横向钢筋平搭接长度：20d。

    （２）施工特点

    按钢筋网片布置位置分两层进行铺筑，施工工艺可细分为：支模板、下2/3厚度混凝土卸料、摊铺、振捣、铺设钢筋网、上1/3厚度混凝土卸料、摊铺、振捣、粗平、精平、拉毛、养生、纵向刻槽。

2.2 太（原）-古（交）高速公路

（１）工程概况

    太古高速公路路基段2km 和西山特长隧道（13.65km）特重交通方向部分路段采用连续配筋混凝土路面，双向四车道路面宽2×7.75ｍ，采用钢筋焊网连续配筋混凝土路面。

    连续配筋焊网网片尺寸：1000cm×400cm，1000cm×375cm。连 续 配 筋纵向钢筋平搭接长度：20d。

    （２）施工特点

    按钢筋网片布置位置预先把焊网架设在支架锚固筋上再进行铺筑，施工工艺可细分为：支模板、钢筋焊网加工、架设钢筋焊网、混凝土卸料、摊铺、振捣、粗平、精平、拉毛、养生、纵向刻槽。

2.3 平（遥）－榆（社）高速公路特长隧道路面

    （１）工程概况

    榆平高速公路宝塔山特长隧道特重交通方向全长10.48km，路面宽7.75m，面板厚28cm，为运煤重载路线，全部采用钢筋焊网。连续配筋焊网纵筋为16mm，间距125mm；横筋12mm，间距500mm。

    连续配筋焊网网片尺寸：450cm×375cm，450cm×400cm。连续配筋纵向钢筋搭接长度：20d。

    （２）施工特点

    按钢筋网片布置位置分两层进行铺筑。

2.4 长（治）-平（顺）高速公路特长隧道路面

    （１）工程概况

    长平高速公路虹梯关特长隧道全长13.1km，路面宽7.75m，为运煤重载路线，采用钢筋焊网连续配筋混凝土路面。连续配筋纵筋为16mm，间距150mm；横筋12mm，间距500mm。

    连续配筋焊网网片尺寸：450cm×400cm，450cm×375cm。连续配筋纵向钢筋搭接长度：20d。

    （２）施工特点

    按钢筋网片布置位置分两层进行铺筑。

2.5 阳（泉）-左（权）高速公路隧道路面

    （１）工程概况

    阳左高速公路7条隧道共计12.5km（蒙山特长隧道5.6km采用连续配筋混凝土路面，其他为复合式路面），路面宽7.75m，分特重交通车道和 重交通车道。隧道内路面结构：有仰拱时，特长隧道进出口端300m采用4cm细粒式密级配AC-13型改性阻燃沥青混凝土+6cm中粒式密级配 AC-20型改性阻燃沥青混凝土+24cm连续配筋水泥混凝土+15cm贫混凝土，其余段落采用28cm（26cm 重交通车道）连续配筋水泥混凝土+15cm贫混凝土。长、中、短隧道采用复合式路面，路面结构同进出口300m段。无仰拱时，在相应段落结构下增设10cm贫混凝土整平层。

    特长隧道连续配筋混凝土路面纵筋采用16mm，特重交通车道间距

114mm（重交通车道121mm）；横筋12mm，间距500mm。复合式路 面纵筋采用16mm，间距200mm；横筋12mm，间距500mm。

    连续配筋焊网网片尺寸：1200cm×190cm，1200cm×210cm。钢种

：HRB335。连续配筋纵向钢筋搭接长度为25d，横向钢筋搭接长度为

2倍纵筋间距。

    （２）施工特点

    按钢筋网片布设位置分两层进行铺筑，施工工艺可细分为：支模板、浇筑2/3面层厚度混凝土→人工整平并用插入式振捣器初振→梁式振捣器复振→铺设已经拼接好的钢筋网片→浇筑1/3厚度混凝土面层→三辊轴摊铺机振捣、整平→铺塑料薄膜或喷洒养生剂养生、纵向刻槽。

3 结语

    水泥混凝土路面国内外的发展应用存在巨大差距，该文对差距进行了原因分析，并对解决方法进行了探讨。文中介绍了山西省近几年采用连续配筋水泥混凝土路面的工程案例，初步找到水泥混凝土路面发展的新对策，即积极发展配筋混凝土路面，取得了不错的效果。