连续配筋混凝土路面设计施工技术及其应用

　文章编号:0451-0712(2004)06-0032-04 中图分类号:U416.216.2 文献标识码:B　

连续配筋混凝土路面设计施工技术及其应用

蔡东锋

(武汉市公路勘察设计院　武汉市　430015)

摘　要:新规范以“概率极限状态设计法”取代原规范的“定值设计法”,使路面结构更为符合实际情况。连续配筋混凝土路面因具有耐久性好、行车舒适平顺、施工进度快和极少养护等优点,现已广泛应用于高等级公路。结合新规范对连续配筋混凝土路面设计及施工技术做一些分析探讨,并介绍连续配筋混凝土路面的应用状况。

关键词:连续配筋混凝土路面;概率极限状态设计法;高速公路;高级路面

《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40-2002)以“概率极限状态设计法”取代原规范的“定值设计法”,即在度量路面结构可靠性上由经验方法转变为运用统计数学的方法,从而使路面结构更为符合实际情况。连续配筋混凝土面层可以提高路面的平整度和行车舒适性,适用于高速公路;沥青混凝土上面层与连续配筋混凝土下面层组成的复合式路面,适用于特重交通的高速公路。连续配筋混凝土路面(Co ntinuously Reinfo rced Concrete Pavement, CRCP)现已广泛应用于高等级公路、机场道面及现有道路的加固。同时,有关CRCP各方面的研究也取得了许多成果和经验,本文将结合新规范对CR-CP设计及施工技术做一些分析探讨,并介绍CRCP 的应用状况。

1　概率极限状态设计法

水泥混凝土等材料本身的非均质性及施工偏差、道路使用年限内的环境和荷载条件的变化,使水泥混凝土路面结构的各项设计参数都具有一定的变异性。路面设计的宗旨是:不管路面材料类型如何,在规定的安全性、舒适性和耐久性条件下使所承担期望交通量的路面费用-效益比最佳。为了满足期望,就必须同时考虑所用路面材料在不同荷载和环境条件下涉及设计因素方面的性能,这些因素通常包括设计寿命、交通量、基层材料、施工质量和时间、材料来源和特性、材料强度以及自然条件等。这些设计参数都有一定幅度的变异,很难选定它们的设计值。因此,将概率方法应用到路面设计中是使原有设计方法变得更趋合理的必要途径。

路面结构可靠度可定义为:在规定的时间内,在规定的条件下,路面使用性能满足预定水平要求的概率。路面使用性能包含结构性能和功能2个方面,可以采用断裂、车辙、错台和表面弯沉等结构性指标,或者采用平整度等功能性指标,或者采用服务能力指数等综合指标来表征路面在某一时刻的使用性能,并规定使用期末的要求水平。

疲劳准则一直被广泛用作水泥混凝土路面设计指标,水泥混凝土路面结构设计以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态,其表达式为:

r( pr+ tr)≤f r(1)

式中: r为可靠度系数,依据所选目标可靠度及变异水平等级确定; p r为行车荷载疲劳应力,MPa; tr为温度梯度疲劳应力,MPa;f r为水泥混凝土弯拉

收稿日期:2004-02-12

术,为科学地、大规模地工程应用打好基础。

参考文献:

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[4]　Wirtg en Cold R ecy cling[M].1994.

　公路　2004年6月　第6期 HIG HWA Y　Jun.2004　N o.6　

强度标准值,MPa。

新规范对各级水泥混凝土路面结构的设计安全等级及相应的设计基准期、目标可靠度指标和目标可靠度作出了规定,同时对各安全等级的材料性能和结构尺寸参数的变异水平等级也提出了要求。涉及路面设计的每一个参数都有一定的变异性,依据伍石生等人的研究[1],对设计起决定作用并有显著变异性的参数主要包括水混凝土弯拉强度(M R)、水泥混凝土弯拉弹性模量(E c)、板厚(h)、板长(L)、基层顶面的当量回弹模量(E t)、板顶面和底面的最大温度梯度(J)和使用初期设计车道标准轴载作用次数(n0)。不同参数的变异性对设计可靠度有不同的敏感性,设计可靠度对参数的敏感性从小到大依次为CV(h)、CV(M R)、CV(E c)、CV(E t)、CV(L)、CV(J)和CV(n0),为得到较好的设计可靠度,在进行公路水泥混凝土路面设计前,必须对较敏感的参数进行精确测定。

2　连续配筋混凝土路面的特点

水泥混凝土路面具有刚度大、扩散荷载能力强、稳定性好、抗疲劳特性好、使用年限长和施工取材方便等优点,但对超重载反应特别敏感,很容易产生早期破坏或病害,一旦出现破坏,路面修复相当困难。

CRCP在纵向配有足够数量的钢筋,以控制混凝土路面板纵向收缩产生的开裂,因此CRCP完全不设胀、缩缝(施工缝及构造所需的胀缝除外),形成一条完整而平坦的行车表面,改善了汽车行驶的平稳性,同时也增加了路面板的整体强度。CRCP具有耐久性好和行车舒适平顺、施工进度快和极少养护的优点,从长期使用性能来看,CRCP的经济性也很好。

3　连续配筋混凝土路面的设计

连续配筋混凝土面板的厚度计算方法与无筋水泥混凝土板相同,纵向配筋率按允许的裂缝间距、缝隙宽度和钢筋屈服强度确定,横向钢筋的用量参考规范中相关公式计算确定。

3.1　结构组合设计

路基应稳定、密实和均匀,对路面结构提供均匀支承。连续配筋混凝土面层适用于高速公路;沥青混凝土上面层与连续配筋混凝土下面层组成的复合式路面,适用于特重交通的高速公路。对于重交通,可以采用水泥稳定粒料或沥青稳定碎石基层,对于特重交通,可以采用贫混凝土、碾压混凝土或沥青混凝土基层。底基层可以采用级配粒料、水泥稳定粒料和石灰粉煤灰稳定粒料,厚度一般为200mm。路肩铺面结构应具有一定的承载能力,其结构组合和材料选用应与行车道路面相协调,并保证能排除进入路面结构中的水。CRCP由于裂缝间距的随意性,在应力分析时难以确定板块的尺寸,厚度计算近似按普通水泥混凝土面层的各项参数和规定进行。

水泥混凝土路面结构设计以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态,其表达式采用式(1)。

3.1.1　荷载应力分析

p r=K r K f K c p s(2)

式中: pr为标准轴载P s在临界荷位处的荷载疲劳应力,M Pa; ps为标准轴载P s在四边自由板的临界荷位处的荷载应力,M Pa;K r为考虑接逢传荷能力的应力折减系数;K f为考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数;K c为考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数。

3.1.2　温度应力分析

tr=K t tm(3)

式中: tr为临界荷位处的温度疲劳应力,MPa; tm为最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力, M Pa;K t为考虑温度应力累计疲劳作用的疲劳应力系数。

式(2)、(3)中参数的取值或计算见《公路水泥混凝土路面设计规范》(JT G D40-2002)附录B。3.2　接缝设计

连续配筋混凝土面层的纵缝拉杆可由板内横向钢筋延伸穿过接缝代替,连续配筋混凝土面层与其他类型路面或构造物相连接的端部,应设置锚固结构,端部锚固结构可采用钢筋混凝土地梁或宽翼缘工字梁接缝等形式。

3.3　钢筋配置

连续配筋混凝土面层的纵向配筋率按允许的裂缝间距(1.0～2.5m)、缝隙宽度和钢筋屈服强度确定,通常为0.6%～0.8%。最小纵向配筋率,冰冻地区为0.7%,一般地区为0.6%。CRCP纵向配筋计算按照《公路水泥混凝土路面设计规范》(JT G D40 -2002)附录E的方法进行计算,横向钢筋的用量参考相关公式计算确定。连续配筋混凝土面层的纵向和横向钢筋均应采用螺纹钢筋,其直径为12～20m m。

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　2004年　第6期 蔡东锋:连续配筋混凝土路面设计施工技术及其应用