水泥混凝土路面结构具有刚度大、强度高、使用寿命长和日常养护工作量小等优点,已成为我国各等级公路的主要路面形式。然而,大量水泥混凝土路面的使用状况调查发现,现有的水泥混凝土路面设计理念、方法和技术存在诸多问题,基本无法保证国家规范要求的路面设计使用寿命(30年)。调查的广东省水泥混凝土路面平均使用寿命仅为10年,有的水泥路面甚至通车仅3～5年就出现大面积损坏,基本无法继续通车。由于早期破损严重使得路面的养护维修费用剧增,加大了道路养护和维修管理部门的负担。同时,也降低了公路的使用效益和效率,损害了道路交通部门的社会形象。因此,结合我国的具体情况,研究长寿命水泥混凝土路面的相关经济有效措施具有非常重要的意义。 延长水泥混凝土路面的使用寿命是一个世界性的课题。尽管美国有大量的水泥混凝土路面已使用40年以上,美国联邦公路局(FHWA)又于上世纪90年代后期与美国交通部、AASHTO、TRB以及水泥路面行业界和学术界合作开展了水泥路面技术研究项目(CPTP),旨在将水泥路面的使用寿命提高到60年以上。研究国外已取得的研究成果可以发现,和国外长寿命路面设计理念相比较,我国对水泥路面的认识还存在不足,如对水泥混凝土路面基层作用和强度的认识。 广东省是我国水泥混凝土路面修筑大省。由于盛产水泥以及自然环境和地形地貌的特点,今后若干年内,水泥混凝土路面仍将是广东省公路路面的主要形式。为了解决水泥混凝土路面早期损坏的问题,广东省交通厅资助了本项目的研究。研究的主要内容和成果包括： 对大量水泥混凝土路面使用状况进行了调查、检测和分析,得出了水泥混凝土路面的基本现状、破坏原因、破坏规律和特点。认为基础支撑的均匀性是影响广东省水泥路面早期损坏的主要原因。这种基础支撑的不均匀性主要来源于土基的不均匀和发生上基层的板底脱空。 利用有限元和其它结构分析方法以及相关力学原理重新审视和分析了水泥路面结构的设计理念。结论认为,和增加路面板厚度相比,提高基层的强度(和厚度)的做法并不是一种能够延长水泥混凝土路面寿命的经济有效的方法。 对现有路面施工技术条件下路基均匀性进行了大量的调查和评价,并通过有限元方法进行了路基均匀性对水泥路面长期性能影响(疲劳或裂缝)的模拟计算和分析,提出设置水泥稳定类半刚性底基层对改善路基均匀性的必要性和效果。对板底脱空的机理进行了理论上的分析与计算,提出设置大空隙排水式基层是降低路面板底动水压力并进而防止板底脱空的有效途径。在此基础上,提出了适用于长寿命水泥混凝土路面的路面结构应该为：水泥混凝土路面+大空隙排水式基层+半刚性底基层+土基,及与各结构层相对应的结构和材料设计原则。对应用于排水式基层的大空隙开级配混合料尝试采用分级掺配的方法进行设计。并对该方法的理论依据,设计过程以及骨架结构验证方程进行了系统研究。实践证明,该方法具有方法简便,设计目标明确,对集料适应性强、挑剔性低,工程偏差小,易于工程质量控制等多方面的优点。 已通过三种排水式基层形式(沥青稳定、水泥稳定、级配碎石)的试验路验证了本项目的上述研究成果。近三年的跟踪检测显示,试验路各项指标和功能正常,达到了预期的研究效果,对于延长水泥路面的使用寿命具有重要作用。