1、日本路面技术参考资料（2013 年）山西省交通科学研究院黄 土 地 区 公 路 建 设 与 养 护 技 术 交 通 行 业 重 点 实 验 室新东名高速公路的路面设计编译说明为了了解日本当今路面技术状况，我们根据最新期刊、规范选译了具有代表性的 16 篇论文，其中复合式路面 1 篇、水泥路面 6 篇、沥青路面 7 篇、桥面防水及综合性 2 篇。全长 347km 的新东名高速公路 2012 年建成通车 161.9km，除桥梁和特殊路段外，全部采用复合式路面，里程达 90.5km，该路设计累计交通量 1 亿车次，面层结构下层为连续配筋混凝土、上层为 8cm 沥青面层，路面结构体现了对长寿命路面结构
2、的新理念。日本路面类型中水泥路面约占 5%，比例少的原因是路面工程造价高、养护周期长，但水泥路面全寿命周期成本低，并从环保及技术传承角度考虑，希望加快水泥路面发展。日本沥青路面中，从 1998 年起上面层多采用排水型开级配结构，近年因发现该结构早期孔隙易堵塞、冬季轮胎防滑链作用易产生集料飞散问题，开始采用多功能型 SMA，此外防水型及薄层 SMA 的应用也很有特色。从 3 篇温拌技术译文中，可了解世界各国温拌技术现状、日本 450 例温拌工程用途分析及很有发展前途的温拌改性沥青技术。通过“对日本路面技术的思考”一文，对该国路面技术现状及研究方向和方法可有较全面的了解。希望相关译文能为我们路面技
3、术的科研、设计和教学提供些有益的参考。由于编、译水平有限，译文内不当处恳请批评、指正。编译组2013 年 12 月目录复合式路面新东名高速公路的路面设计 .1水泥路面日本近十年水泥混凝土路面工程概况 .6水泥混凝土路面设计（之一） 17水泥混凝土路面设计（之二） 25高强度水泥混凝土路面结构设计方法解析 .33机场水泥混凝土板的温度应力特性及在疲劳度设计中的应用 47连续配筋水泥混凝土路面施工 58沥青路面日本 SMA 的种类和用途 .65高耐流动性混合料评价方法及评价指标与车辙关系分析 .71国外温拌技术现状 81日本沥青混合料温拌技术 .87温拌改性沥青研发和工程效果验证 93半柔性路面
4、.105开级配磨耗层（OGFC）的结构强度 108其他日本 NEXCO 桥面防水工艺的发展和方法 .113对日本路面技术的思考 .117新东名高速公路的路面设计- 1 -新东名高速公路的路面设计中日本高速公路建设事业部长太田睦男.新东名（译注：东京名古屋）高速公路的御殿场三日间于 2012 年 4 月 14 日开通，为了确保重载交通高速公路路面具有安全、快速行驶的功能，并能长期 保持路面结构的耐久性，在新开通的路段中，71%的路基段和所有的隧道内均采用了复合式路面。1、新交通大动脉的诞生老的东名高速公路于 1969 年（昭和 44 年）5 月 26 日开通了大井松田到御殿场段，后又开通了东京小
5、牧段，全线共长 347km。东名高速公路作为交通的大动脉，对日本的产业、文化、经济作出了非常大的贡献。但通车 43 年后，随着交通量增加、车辆大型化等环境变化，道路拥堵、老化问题急需解决。新东名高速公路（以下简称“新东名” ）在解决上述问题的同时，能和老的东名高速公路形成复线网络，作为日本新的交通大动脉，期望能对国家的产业、文化、经济起到振兴作用。作为“新东名”的一部分，2012 年 4 月 14 日迎来了御殿场三日间 162km 路段的开通，这是日本高速公路建设史上一次开通最长的路段。2、新东名高速公路的特点“新东名” （图一）设计的弯道和坡度较缓，使汽车安全、快速行驶成为可能。在高速公路建
6、设过程中，除采用了名种新技术、新工艺外，还努力建造一条环境优美的道路。图一新东名高速公路位置图期待“新东名”的改建有以下效果：新东名高速公路的路面设计2解决老东名的交通拥堵，根本改善车辆运行条件；提高复线路网的可靠性；作为日本交通的大动脉，强化三大都市圈的功能作用。3、高速公路路面功能要求高速公路的路面对保证车辆通行的安全性、快适性承担了重要的作用，为此要求能长期保持路面结构的耐久性。高速公路路面结构类型的选定，要求在充分掌握各种路面特性的基础上，不仅考虑建设期的问题，而且还要从长期使用的角度考虑维修养护因素，选择耐久性好、经济合理的路面结构，同时要充分考虑环保、防止地球升温等环境因素。4、新
7、东名高速公路的路面设计近年来，常见将两种不同性能技术组合，形成新的所谓“综合” （hybrid）功能技术。“新东名”建设过程中就采用了将混凝土与钢材的优点组合形成的混合结构技术，如波型钢板腹板的预应力箱梁桁架桥，钢材与混凝土复合桥墩等各种构造物，路面中也采用了复合式路面结构。复合（comoposite）即合成的意思。复合式路面也就是上面层或上、下面层采用沥青混合料，下层采用水泥类板（连续配筋混凝土）的沥青路面。因此复合式路面就是既具有水泥类路面的耐久性，也具有沥青路面行驶舒适、容易维修性能的路面。在多种综合功能表现中，路面采用两种材料构成的结构，称之谓复合式路面。探讨不同物种复合后的综合性能是
8、有趣的，这种复合式路面可以认为相当于在原有的水泥路面表面为降低轮胎噪音而加铺了沥青混合料罩面。“新东名”采用的复合式路面里程如表-1 所列，在开通的 161.9km 路段中，路基段 71%、隧道内全部采用了复合式路面。路基段中一部分未采用复合式路面的原因，是因为有些路段为软弱地基或受“爱鹰垆坶”土质影响，存在路基下沉可能，而复合式路面适应变形能力较差。表-1 复合式路面里程项目 里程（km） 采用里程（km）路基段 68.6 48.9桥梁 51.7 -隧道 41.6 41.6合计 161.9 90.5新东名高速公路的路面设计- 3 -由连续配筋混凝土板与高性能沥青铺装层组成的复合式路面，以往曾
9、在山阳高速公路河内西条段（1990 年） ，馆山高速公路千叶市原段（1995 年） 、山阳高速公路三本小野三本东段（1996 年）采用，通过对这些路段的长期使用调查得知，复合式路面的流动性车辙的发展，不到通常沥青路面的一半，证明复合式结构提高了路面的耐久性；通过对馆山高速公路裂缝调查，复合式路面裂缝发展较沥青路面慢，裂缝率达到 20%的时间沥青路面为 15 年，而复合式路面为 25 年；复合式路面的维修周期是沥青路面的 1.5 倍，对重载交通的路面，若考虑维修因素，复合式路面是一种经济的路面结构。此外，由于维修周期的延长，减少了沥青路面废料的发生，可减少对环保的影响。NEXCO 规划中的日本，
10、要推行“百年道路”的长寿命道路计划，作为能让使用者安全放心利用的“百年道路” ，为了应对道路构造物老化和车辆大型化、交量增加等环境变化，要推进能保持良好路况，确保道路功能的保全对策。“新东名”依据“百年道路”的理念，在路基段大规模采用以往未用过的复合式路面，以提高路面的耐久性并达到容易维修的目的。5、新东名高速公路的路面结构复合式路面的结构以往采用的沥青路面和“新东名”路基段的复合式路面结构对比如图-2 所示。沥青路面断面结构复合式路面断面结构图注:单位：mm,路面厚度按滨松新富士段 TA=280mm 换算。图-2 路面结构比较复合式路面结构为 4cm 高性能表层（译注：日本高性能表层为透水式
11、上面层） 、中间层（译注：相当于我国下面层）为 4cm 沥青玛蹄脂碎石、上基层为连续配筋混凝土板，路基段板厚 28cm，隧道内板厚 24cm，下基层为 20cm 水泥稳定碎石。高性能表层（40 ）SMA 沥青玛蹄脂碎石（40）CRC（路基段连续配筋混凝土 280）（280 ）水泥稳定碎石（200 ）表层中面层基层高性能上面层（40 ）下面层（60）沥青稳定（160）水泥稳定碎石（190 ）上面层中面层基层新东名高速公路的路面设计4连续配筋混凝土板宽 8.7512.25m，采用滑模施工，横向无接缝，形成了相同断面的连续混凝土板，避免了路面在接缝处产生反射裂缝，保证了车辆行驶的快适性。桥面铺装结构
12、“新东名” 桥面沥青铺装层的结构为 4cm 高性能表层，整平层采用 4cm 沥青玛蹄脂碎石，沥青铺装层和混凝土桥面间，设桥面防水层，为降低使用周期成本，防水层采用能长期保持要求性能的 II 型防水工艺。沥青路面结构表层高性能铺装层，基于 NEXCO 设计规范采用高粘度改性沥青，碎石最大粒径13mm，混合料目标空隙率 20%。路基段、隧道内的沥青玛蹄脂碎石中间层，采用 II 型改性沥青，碎石最大粒径13mm，混合料目标空隙率 23%。桥面整平层的沥青玛蹄脂碎石配合比设计时，混合料中减少了粗集料用量，增加沥青用量，和原采用的混合料相比，在改善施工性能的同时提高了密水性。6、采用建设 ICT 信息化
13、施工。在沥青混合料的摊铺、压实管理中，采用了建设 ICT（Information and Communications Technology）进行信息化管理施工。沥青混合料摊铺时，采用激光找平装置自动量测铺装层高度、厚度；根据摊铺机熨平板高度改善了铺装层的平整度；在碾压过程中设置 GPS 装置或棱镜装置掌控压路机的位置，依据碾压画面确认碾压次数。特别是采用碾压过程中非接触式温度检测设备，使压路机驾驶员能在碾压过程中确认铺装层温度，以便进行适当的碾压控制。根据这些技术，就能依据试验路施工中确定的碾压次数、温度进行有效的管理，以满足设计要求的压实度、空隙率指标。连续配筋混凝土板施工中，依据精确定位
14、自动控制滑模摊铺机，自动控制混凝土摊铺高度，提高了平整度等竣工外形指标。7、技术的传承东名、名神（译注：名古屋神户）高速公路开通，通过维修管理，不断继承了老一辈的工程管理经验，技术传承已是当今高速公路建设、管理的基本依据。特别是路面，作为高速公路运营者应用的重要构造物，其品质直接关连到行车的“安全、安新东名高速公路的路面设计- 5 -心、快适” ，长期保持路面优良的路况是重要的。不光传承老的知识，还要有新的认识，技术革新是必要的，在路面技术中也期待不同技术的再组合、复合类技术的应用和发展。8、期待新东名高公路全线开通“新东名”是联结东京都和名古屋全长 330km 的高速公路，此期“新东名”开通
15、的路段是其中的一段，随着 2014 年爱知具内滨松丰田东、2020 年神奈川县和静冈县内海老名南御殿场段开通，我们期待着“新东名”的全线建成。译附：“新东名”复合路面中连续配筋混凝土板施工如图-3 所示，完成后的复合式路面如图-4 所示。图-3 连续配筋水泥混凝土基层滑膜施工图-4 完工后的复合式路面虞文景译自日本道路建设2012 24/5日本近十年水泥混凝土路面工程概况6日本近十年水泥混凝土路面工程概况（社）日本道路建设业协会技术及施工管理分会伊藤春彦摘要：日本水泥混凝土路面（译注：以下简称水泥路面）经过 40 年的发展，和技术不断革新的沥青路面相比，在人才、技术层面存在不足。但近十年来对传
16、承水泥路面技术的讨论增多，最近作为长寿命路面对策，积极发展具有优异耐久性的水泥路面趋势增加，并正在获得广泛的认同。日本道路建设业协会技术及施工管理分会对今后的水泥路面的普及寄予希望，在此整理、分析了过去 10 年（20012010 年度）的施工实绩，以下为相关内容。1.前言进入 21 世纪，依据 2001 年道路构造令的修定和公共工程法的实施，要求路面工程向“性能”和“重视技术”方向转变，另一方面，基于 2002 年议会通过的“骨太方针”削减公共投资，从 2009 年起将道路特定投资列为一般投资，投入道路建养的财政状况趋严。从改善沿路环境和降低建设使用周期成本的社会要求来看，不同的路面类型中，
17、必然以有显著技术创新的沥青路面为主，水泥路面处于辅助位置。普及水泥路面，首先应认识到这是一种标准的路面结构，其次应创造更多直接接触水泥混凝土路面工程实践的机会。作为广泛认知水泥路面有用的图书，日本道路协会 2001 年发行了铺装施工手册 ，2009 年发行了关于水泥混凝土路面技术资料 ，前者是介绍“普通水泥混凝土板” 、 “连续配筋水泥混凝土板” 、 “碾压式混凝土板”等标准水泥混凝土板的技术书籍，后面是汇集了设计、施工、维修工程和分析资料的工程指导书。针对日本水泥路面的发展状况，日本道路建设业协会技术及施工管理分会，从普及水泥混凝土路面的角度出发，对日本 15 个主要的工程公司施工实绩（以
18、1500以上的工程为对象） ，从 2001 年开始逐年的工程状况进行了调查，其中包括连续 10 年水泥路面工程业绩、机械的保有台数、推算的施工面积等，相关资料汇集如下。2.水泥混凝土路面施工实绩2-1 逐年工程实绩水泥路面逐年工程实绩变化如图-1 所示。日本近十年水泥混凝土路面工程概况- 7 -在 2001-2010 十年间，2005 年工程实绩最少，之后逐年增加，2010 年又有减少。图-1 逐年施工实绩2-2 投资部门的变化水泥路面工程投资部门可分为国土交通省（译注：相当于我国交通部） 、NEXCO（译注：主要负责高速公路投资与管理） 、都道府县（译注：相当于我国省、市）、市町村（译注：相
19、当于我国乡镇、街道、村） ，其他官厅、民间等 7 个方面。NEXCO相当于过去的“公团” ， “民间”部分包含成田国际机场公司、中部国际机场公司。各投资部门逐年施工实绩列于表-1，其中国土交通省、NEXCO 等的实绩如图-2 所示。若不计中部国际机场（约 85 万）数量，则国土交通省、公团（译注：主管高速公路建设与管理） 、防卫省（译注：相当于我国国防部） 、都道府县 4 个投资方的实绩占大部分。表-1 不同投资方的施工实绩（万）年度 国土交通省 NEXCO 防卫省 都道府县 市町 村 其他官厅 民间2001 29.3 38.7 30.3 27.3 2.0 10.5 7.92002 26.1
20、41.6 32.6 27.1 5.3 6.1 56.22003 23.2 48.6 19.6 36.4 8.4 4.5 54.02004 52.2 29.5 24.3 22.1 2.1 3.9 12.72005 24.1 16.8 23.1 15.1 2.8 0.9 8.42006 37.8 24.6 18.6 21.1 3.5 1.8 11.32007 45.1 27.5 18.0 27.4 2.2 3.6 23.92008 65.4 33.1 15.2 27.8 3.1 1.2 36.72009 58.0 64.3 31.9 30.9 2.4 12.8 12.82010 46.2 30.9
21、 20.3 21.3 1.5 6.6 8.6日本近十年水泥混凝土路面工程概况8图-2 施工实绩例2-3 水泥路面适用场所水泥路面适用场所分别为国道、高速公路、省道、地方道路、机场、港湾、其他等 7 大类。十年间施工场所的逐年施工实绩列于表-2，不同年度工程量虽有不同，但大部分工程是用在高速公路、国道、机场三个方面。表-2 不同场所的施工实绩 （万 ）年度 国道 高速公路 省道 地方道路 机场 港湾 其他2001 21.1 40.7 21.9 0.8 35.2 6.2 20.12002 21.6 37.7 20.5 1.6 81.9 3.8 27.82003 24.2 46.0 32.1 0.3
22、 72.2 2.3 17.62004 45.7 29.5 19.9 1.2 40.6 1.6 8.42005 15.5 11.1 10.2 0.0 28.4 6.9 19.12006 31.2 26.2 13.7 0.9 26.9 5.5 14.32007 37.7 28.1 14.6 0.8 38.3 7.6 20.62008 30.3 33.4 21.3 2.2 69.5 5.7 20.02009 31.2 65.8 16.7 0.5 80.8 4.7 13.42010 35.4 40.3 11.5 0.8 32.4 3.9 11.0日本近十年水泥混凝土路面工程概况- 9 -2-4 水泥路
23、面类型水泥路面类型分别按普通、连续配筋、碾压、薄层、多孔、预制、预应力等 7 种类型统计，其中“薄层”包含上面层加厚工艺。2001 年-2010 年不同类型的水泥路面施工实绩如表-3 所列，普通+连续配筋水泥路面比例如图-3 所示。普通混凝土板和连续配筋混凝土板的比例占 80%以上，近 3 年则占 96%以上和有两极化倾向。表-3 不同路面类型的施工实绩（万）年度 普通 连续配筋 碾压 薄层 多孔 预制 预应 力2001 85.8 38.8 8.0 6.0 0.8 2.0 4.52002 116.1 40.4 20.9 10.3 1.5 1.0 4.72003 120.2 56.2 5.7 1
24、1.8 0.3 0.5 0.02004 95.9 26.0 5.0 15.5 0.9 1.8 1.92005 58.1 26.1 3.9 3.1 0.0 0.0 0.02006 90.0 23.2 2.1 1.4 0.2 1.8 0.02007 101.1 32.8 6.6 3.8 0.0 2.3 1.02008 116.4 60.7 3.2 0.7 1.0 0.4 0.02009 135.5 69.6 1.9 4.1 0.0 1.9 0.22010 89.9 41.0 2.4 1.6 0.2 0.3 0.0图-3 普通和连续配筋板的比例2-5 施工工艺的发展水泥路面的施工工艺按固定模板法、滑
25、模施工法、碾压法、其他法等 4 大类整理。十年间不同工艺的施工实绩列于表-4，其中固定模板法和滑模施工法所占比例如图-4 所示，两种工艺合计比例达 85%以上。日本近十年水泥混凝土路面工程概况10表-4 不同工艺的施工实绩（万）年度 固定模板法 滑模施工法 碾压工艺 其他2001 113.1 20.0 8.8 4.12002 114.7 54.7 21.0 4.52003 115.6 72.4 5.6 1.12004 119.4 19.5 5.9 2.12005 71.1 17.3 1.6 1.12006 81.6 24.6 2.1 10.42007 101.1 29.6 6.6 10.420
26、08 119.8 53.2 3.4 6.02009 113.5 91.4 0.2 8.12010 82.3 42.6 1.3 9.3图-4 固定模板工艺和滑膜工艺的比例2-6 工程类别工程类别按新建和维修两类分类，不同类别的构成比例如图-5 所示。新建工程占大部比例，维修工程中水泥路用使用较少。图-5 不同工程的比例日本近十年水泥混凝土路面工程概况- 11 -2-7 应用水泥路地域分类应用水泥路按 9 个地域分类统计如表-5 所列；不同年分的施工实绩如表-6 所列；不同地域每个施工现场平均施工面积如表-7 所列。图-7 中阴影部分的每处平均施工面积均在 1 万以上。表-5 地域分类地方 都道府
27、县北海道 北海道东北 青森、秋田、山形、岩手、宫城、福岛北陆 新泻、富山、石川、福井关东 东京、神奈川、埼玉、群马、栎木、茨城、千叶中部 山梨、长野、岐阜、静冈、爱知近畿 京都、大阪、滋贺、兵库、奈良、和歌山、三重中国 冈山、岛根、鸟取、广岛、山口四国 德岛、香川、爱媛、高知九州 福冈、佐贺、长崎、熊本、大分、宫崎、鹿儿岛、冲绳表-6 不同地域的施工实绩 （万 ）年度 北海道 东北 北陆 关东 中部 近畿 中国 四国 九州2001 6.2 16.9 2.8 44.0 23.8 11.5 15.2 9.8 15.72002 10.5 9.4 10.0 51.0 70.7 7.9 13.0 2.7
28、 19.62003 17.6 12.8 5.6 24.5 69.7 14.9 15.8 12.7 21.12004 2.5 26.5 3.3 28.7 29.1 14.5 6.6 5.0 30.72005 8.7 9.1 5.4 12.8 8.2 14.6 11.0 1.1 20.22006 2.3 13.0 14.3 10.5 22.2 17.8 17.8 6.3 14.62007 9.1 11.4 9.1 13.8 40.2 23.2 13.3 12.7 15.02008 12.2 12.3 6.9 51.0 38.7 23.7 10.9 13.3 13.42009 10.6 12.1 5
29、.1 54.0 51.0 14.2 27.4 13.8 24.92010 22.6 16.7 5.7 7.8 25.0 8.6 22.7 5.2 21.2表-7 平均施工面积（每一施工点） （万）年度 北海道 东北 北陆 关东 中部 近畿 中国 四国 九州2001 0.5 0.8 0.5 1.4 0.8 0.8 0.5 0.6 0.52002 0.6 0.6 1.0 1.5 1.2 0.4 0.5 0.3 0.52003 1.0 0.6 0.5 0.9 1.6 0.7 0.8 1.2 0.62004 0.4 2.9 0.5 1.4 1.1 0.6 0.6 0.4 1.02005 1.7 0.7
30、 0.6 1.0 0.5 1.0 0.7 0.3 0.82006 0.8 0.7 1.0 0.6 1.0 0.8 0.6 0.5 0.62007 0.8 1.3 0.5 0.9 1.3 1.0 0.8 1.2 0.52008 0.9 0.6 0.6 2.0 2.2 1.3 0.5 0.8 0.52009 1.2 0.7 0.5 1.9 2.2 0.8 1.4 0.8 0.72010 2.8 0.9 0.6 0.8 1.0 0.7 1.6 0.9 0.6日本近十年水泥混凝土路面工程概况12按地区分布，关东、中部工程较多，每个施工点的施工面积也大。近 2 年间（2009-2010 年）中国、北海道
31、的平均施工面积均在 1 万以上。3.水泥路面用的机械3-1 机械保有台数水泥路面用的机械保有台数收集了各公司 2005 年以后的资料，不同工艺所用机械数量变化如表-8 所列。固定模板法和碾压混凝土工艺机械有减少趋势，由于工程数量增加，因此滑模工艺所用机械不断增加。表-8 保有台数（台）固定模板法 滑模工艺年度 混凝土摊铺机 摊铺机 整平器混凝土布料机滑模摊铺机强化沥青混凝土摊铺机2005 87 77 70 6 18 182006 83 69 65 6 21 282007 82 69 64 7 17 272008 80 67 66 7 18 262009 79 67 66 7 21 242010
32、 77 66 65 7 23 23水泥混凝土摊铺机（固定模板法）滑模摊铺机（滑模施工工艺）日本近十年水泥混凝土路面工程概况- 13 - 沥青混凝土摊铺机：强化找平（碾压工艺）照片-1 水泥混凝土路面用机械例3-2 工作台班数混凝土摊铺机（固定模板法）和滑模摊铺机（滑模施工法）的每年工作台班数如图-6 所示，滑模摊铺机工作台班数有增加的趋势。图-6 逐年工作台班变化3-3 出勤率水泥混凝土摊铺机（固定模板法）和滑模摊铺机（滑模施工法）的逐年出勤率如图-7 所示。换算为每年工作的标准工作台班数如表-9 所列。日本近十年水泥混凝土路面工程概况14图-7 逐年出勤率变化表-9 每年标准工作台班（日）混
33、凝土摊铺机 滑模摊铺机60 70注：参照 2010 年建设机械等资料各公司 2001-2004 年的出勤率，采用 2005 年所用机械台班数计算。2003 年由于中部国际机场施工，因此滑模摊铺机出勤率很高，2008 年以后滑模摊铺机出勤率有增加的趋势，并超过了混凝土摊铺机的出勤率。4.应铺水泥路面面积水泥路面的施工实绩中，大部分是固定模板工艺和滑模工艺的业绩（参照图-4） 。因而可依据这 2 种工艺路面机械保有台数，计算出每年应铺的水泥路面面积。4-1 计算方法确定固定模板法施工的混凝土摊铺机台数、滑模法施工的滑模摊铺机台数。参照表-10 设计固定模板法为 600/日、滑模摊铺考虑混凝土可能的
34、供给量采用 700/日。日本近十年水泥混凝土路面工程概况- 15 -表-10 由计算资料确定的日施工量计算资料 施工面积（/日） 备注固定模板工艺依据 2010 年版土木工程计算标准 （关东日本高速公路、中日本高速公路、西日本高速公路）675因无论述固定模板机械摊铺资料，因此参照 2005年版的 7.5m 宽 2 车道90m 计算。依据空港土木 2010 年版承包工程计算标准 660摊铺宽度 7.5m混凝土摊铺作业速度 22m/h作业效率每日工作时间（400/60）h国土交通省 2010 年版土木工程计算标准 551混凝土摊铺机摊铺定额：1.21（h/100） 。按下式计算：100/1.21每
35、天工作时间（400/60）h设定固定模板法日施工量 600/ 日按 2010 年土木工程计算标准 （东日本高速公路、中日本高速公路、西日本高速公路）1440隧道内复合式路面新铺连续配筋混凝土板（宽 3-9m,施工长度 240m/日）设定滑模摊铺工艺日施工量 700/ 日4-2 计算结果按前述计算方法，水泥路面不同施工工艺应铺面积列于表-11,分年度水泥路面应铺面积如图-8 所示。按此计算结果，算出现有机械保有台数每年应铺水泥路面面积为350 万。表-11 不同工艺应铺面积年度 保有台数 （台） 每年标准工作 日数（日）1 日作业量（/日）应铺水泥路面积（万）固定模板法2005 77 60 60
36、0 2772006 69 60 600 2482007 69 60 600 2482008 67 60 600 2412009 67 60 600 2412010 66 60 600 238滑模施工法2005 18 70 700 882006 21 70 700 1032007 17 70 700 83日本近十年水泥混凝土路面工程概况162008 18 70 700 882009 21 70 700 1032010 23 70 700 113图-8 应铺水泥路面积5.结语从以往 10 年（2001-2010 年）日本水泥路面工程实绩看，施工企业平均每年约有11 个施工项目，技术人员参与水泥路面
37、工程实践机会极少。在国土交通省 2012 年“道路概予算概要”中，提出作为道路构造长寿命的对策，要求积极发展水泥混凝土路面，因此，可期待水泥路的施工实绩会不断增加。从技术传承的观点出发，强烈希望发展水泥路不只是阶段性措施，而应作为持续的政策加以实施。虞文景译自日本道路建设2012 年 24/3水泥混凝土路面设计（之一）17水泥混凝土路面设计（之一）西泽辰南（教授、工博）摘要：本文介绍基于结构解析和疲劳解析的普通水泥混凝土路面的结构设计方法。关键词：结构设计结构解析疲劳解析错台解析路面断面例前言路面设计是在设定的交通量、地基和气象条件下，按满足设定使用年限（设计年限）的路面性能要求，决定路面各层
38、材料、厚度和断面结构的过程。作为性能要求，指的是路面具有能长期承受设计荷载、不产生开裂、无超限的车辙，路面平整、适度抗滑，能维持路面安全和舒适行车的性能，以及行车振动、噪音较小，能减少环境负荷的性能。水泥混凝土路面是将基层上设置水泥混凝土板作为基本的结构，为了吸收面板温度、湿度等变化原因产生的体积变化，面板采取适当间距设置接缝。在混凝土路面中，有较基层刚度高的混凝土面板承担行车荷载是重要的结构要素。并且混凝土板还承担了形成耐久、平整且适度抗滑路面的作用。也就是说混凝土路面的结构设计，是按在设计年限内不产生混凝土板开裂和路面凹凸变形的基层结构、接缝配置、接缝构造、混凝土板厚要求进行设计。1 路面
39、结构设计法为了确保承担行车荷载需进行路面结构设计。基本考虑的原则是按混凝土板中不产生疲劳开裂及面板接缝部位不发生错台来决定混凝土路面板厚和结构组合。混凝土板的疲劳开裂是因行车荷载应力和温度应力同时反复作用发生的，因而在结构设计中，将荷载应力和温度应力分别计算，相加后作为合成应力，根据混凝土板的疲劳曲线进行疲劳度的计算。如图-1 所示，将在 1 日中循环变化的温度应力中加上车辆行驶短时间的荷载应力作为合成应力，因该应力在路面使用过程中重要作用，在混凝土面板的疲劳水泥混凝土路面设计（之一）18曲线中，可求得相应的破坏次数，也就是路面使用寿命（N ） ，另一方面，从设计交通量可算出设计年限内荷载累计
40、作用次数（n） ，将两者相比（n/N）的比值作为疲劳度（F d） ，将 Fd 小于 1 作为疲劳开裂控制的标准。此外，虽有必要确认支承混凝土面板的基层和路床的耐久性，但若与荷载对应的混凝土板弯沉值很小，则基层和路床对荷载负担也小，从而提高了基层和路床的耐久性。弯沉对接缝错台也有关，接缝的荷载传递能力差，则接缝弯沉和错台也增大，导致行车舒适性变差，因而接缝处的错台量也作为设计标准之一。图-1 混凝土板内产生的应力图-2 混凝土板的结构设计程序水泥混凝土路面设计程序如图-2 所示。首先确定交通量、气象条件、设计年限和对路面的性能要求，然后对设定的路面结构进行结构解析，由基层设计承载设计条件设定要求
41、性能设定结构、材料的设定结构解析 设计弯拉强度基层弯沉 混凝土板弯沉 混凝土板内应力 配合比弯拉强度路基 K 值 错台量 疲劳度查照对比水泥混凝土路面设计（之一）19力系数 K 值、弯沉和错台值计算疲劳度，并与设计值进行查照对比。另一方面在结构解析中为了确保弯拉强度需进行混凝土的配合比设计，采用这样的流程得出合理的设计断面结构。2 构造解析法在构造解析中，有必要首先计算混凝土板中产生的应力。混凝土板中产生的应力有荷载应力和温度应力。荷载应力是有车辆轮胎施加在面板上，在混凝土板内产生的弯拉应力。为了计算此应力，采用弹性地基上的平板模型，该模型将基层承载力采用弹簧模型化，将混凝土板用弹性平板置换。
42、作用在板边缘部位的荷载应力最大，接缝和开裂的边缘部位由于传力杆的作用及裂缝面的齿合传递荷载，形成的应力较小，路面边缘部位的荷载应力可用（1）式计算：(1)=(1+0.54)2log(10)0.75log(10)0.18式中：混凝土板边缘轮荷载应力值(MPa)：混凝土的泊松比C：系数（自由边缘部 2.12，采用适量传力杆的接缝边缘部 1.59）F：轮荷载（ N）h：板厚（mm）=4/， =312/(12)E：混凝土弹性模量（MPa）K：基层承载力系数（GPa/m）r：轮胎接地半径（mm）b：r1.724h 时， （mm）=分析式（1）可知，荷载应力和板厚的平方成反比，因此板厚对荷载应力影响很大。
43、水泥混凝土路面设计（之一）20图-3 混凝土板荷载应力计算的平板模型温度应力是混凝土板上、下面产生温度差而产生的应力。如图-4 所示是混凝土板因温差产生翘曲变形，由面板自重和接缝约束在混凝土板中产生的应力，因混凝土板大约束也大，接缝间隔越长温度应力也越大。除翘曲应力外，由于混凝土板厚方向温度分布的非线性而产生内部应力，该应力和翘曲应力成反向作用，日本考虑因此而将约束应力减少 30%。边缘部位温度应力按（2）式计算：（2）=0.72式中：温度应力（MPa）：由混凝土板大小决定的约束系数， 最大取 0.96， ：混凝土的线膨胀系数（1/）:混凝土板上下面的温度差（）.为了了解基层和路床承担的应力，
44、将交通荷载的弯沉作一定程度的控制是有效的，为此需计算混凝土路面的弯沉值。但平板模型为了将基层和路床的承载力采用弹簧置换，需求其内部的应答体系，从严格意义上讲，不能进行基层和路床耐久性的分析。图-4 翘曲约束应力水泥混凝土路面设计（之一）21这里可考虑除包含基层和路床的混凝土路面整体，按三维有限元法（3DFEM）模型计算（图-5） 。若按该法，则可求得基层、路床的应答和接缝传递荷载的影响、温度非线性分布等所有的应答值。机场和港湾等荷载很大场合，及 PC 板、预制板类混凝土的强度提高、板厚减薄等场合，基层及路床深处产生较大应力，为此验算基层和路床受力是必要的。美国对用 3DFEM 开发的路面设计方
45、法作了分析。图-5 按三维有限元法解析混凝土路面3 疲劳解析法混凝土路面因在使用期间荷载应力和温度应力的重复作用，即使该应力和混凝土强度相比是较小的应力，也将使路面因应力的重复作用而破坏，在混凝土板中产生疲劳开裂。将显示应力重复作用次数和混凝土板是如何破坏的关系曲线称之为疲劳曲线。混凝土路面将温度应力和荷载应力之和除以混凝土的弯拉强度称之为应力水平。将应力水平和直至破坏时的重复作用次数的关系用疲劳曲线表示。构造解析中预测在计算的荷载应力和温度应力满足该疲劳曲线时，路面通行多少车次会产生开裂（寿命） ，将这种预测称之为疲劳解析。关于混凝土路面的疲劳曲线研究，从岩间开始，由小梁川考虑破损率后总结出
46、下式：（3）log=式中：N：面板破坏时的应力重复作用次数S：应力水平 = ， ， ：混凝土弯拉强度 =+ a、 b 由破损率确定的常数，若破损率为 Pf，则水泥混凝土路面设计（之一）22a=1.11+0.00165Pf，b=0.0972+0.00021P f（4）图-6 为在路面疲劳解析中，采用不同疲劳曲线的比较。若按式（4） ，P f 值较大，疲劳曲线偏向上侧，也就是说在相同应力作用下疲劳破坏的轮载数较大。按岩间公式，若应力水平较大，则预计的疲劳破坏轮数较大译注：原文如此。Darter 为美国采用的疲劳曲线。图-6 混凝土的疲劳曲线作为现实问题，温度应力随时间变化，荷载应力也因车辆类型和行
47、走位置而异，因此合成应力的大小和重复作用次数也不同，这时的疲劳度的计算适用于加法原则。也就是说，某一温度应力和荷载应力作用时，对其 Ni 按（3）式求解，该状态产生 1 次时的疲劳度仅为 1/Ni，相同状态产生 ni 次时，这时的疲劳度即为ni/Ni，求设计年限内各种条件下的疲劳度，汇集后作为设计疲劳度，即：（5）= 基于这样设计方法，为了考虑温度变化和混合交通影响，准确收集设计行车荷载大小和频度、温度应力的大小和频度、行走位置的频度等信息是必要的。4 错台量解析水泥混凝土路面有接缝，而接缝是路面结构构造的弱点。接缝处因边缘荷载作用，荷载应力及弯沉较大，若弯沉增大则基层和路床对荷载的负担增加，
48、会引起该部位基层的永久变形，这就是错台产生的原因。错台发生的机理如下：首先接缝处的混凝土板和基层间有间隙，于是产生积水，若接缝一侧有轮胎作用，因混凝土板的弯沉变形使积水向其他方向挤出，其后当轮胎作用到另一侧面板时，产生水的逆流，这时水的流速很大，卷起细颗粒水泥混凝土路面设计（之一）23堆积在混凝土板下方，该作用重复进行从而形成错台。该过程进行过程中，若基层表面积水较多，在轮胎作用下水和基层材料挤出到路表，此即所谓泵吸现象。（图-7 ）图-7 产生错台的机理将上述泵吸过程模型化，开发了在弯沉重复作用下错台预测方法，依据弯沉值和重复作用次数计算累计冲刷量，基于该值计算错台量。该计算方法中每年降水量
49、和接缝间距影响接缝错台值。该法在铺装标准示方书的“解说”中作了说明。为了防止错台，控制接缝部位弯沉和接缝渗水是有效的，为此，在提高接缝处荷载传递功能的同时，在接缝处设置罩面是必要的。日本要求必须在接缝部位配置传力杆，并在接缝部位设置沥青中间层，因此错台产生的几率很小。5 普通混凝土的设计例对于公路，基于至今提供的结构设计方法，对应于路床支承力（CBR）和 20年设计年限交通量，普通混凝土路面标准断面例如表-1 所列。但接缝间隔510m，为了确保荷载传递，接缝均设置传力杆。在不设钢筋网时缩短接缝间隔，交通量大时设置沥青中间层，这对防止接缝部位基层软化是有效的。表-1 所列设计断面毕竟只是示例，当设计年限更长、采用高强度、高质量材料时，还应通过疲劳解析和错台解析进行核对，以确认表列断面是否合适。水泥混凝土路面设计（之一）24表-1 设计年限 20 年的普通混凝土路面的标准设计断面例路面设计交通量（
