預(yù)應(yīng)力混凝土路面是二十世紀(jì)四十年代后期發(fā)展起來的一種特殊的水泥混凝土路面。最早是在法國使用，后來在英國和其它歐洲國家先后用于道路路面或機(jī)場道面上。美國、日本和前蘇聯(lián)等國家也都修建了一定數(shù)量的預(yù)應(yīng)力混凝土路面和機(jī)場道面。

一、預(yù)應(yīng)力混凝土路面的優(yōu)缺點(diǎn)

路面板厚度只需傳統(tǒng)混凝土路面板厚的40﹪一60﹪，就能提供很高的承載力和較高的抗變形能力，對減薄機(jī)場道面的厚度非常有利;預(yù)應(yīng)力混凝土路面由于板較長，接縫數(shù)量可大大減少.改善了行車的平穩(wěn)性;預(yù)應(yīng)力的存在使路面板體性較強(qiáng)，邊角軟弱部分得以改善，大大減少了橫向開裂的可能性，提高了路面的耐久性;預(yù)應(yīng)力混凝土路面的用筋量少于除貧混凝土外其他路面.據(jù)國外研究指出，用于正常預(yù)應(yīng)力設(shè)計所需的鋼筋量約為2.7125km/m這遠(yuǎn)少于連續(xù)配筋路面(在一些情況下可達(dá)1/5的用量);從國外已建路面的使用狀況來看，預(yù)應(yīng)力混凝土路面幾乎30年不需大修，養(yǎng)護(hù)需求也較少.對于較長使用年限的主要問題就是來自紋的磨耗，但預(yù)應(yīng)力混凝土路面要比傳統(tǒng)混凝土路比較來看，初期投資，但養(yǎng)護(hù)面的磨耗要小.就其費(fèi)用與傳統(tǒng)混凝土路面的比費(fèi)用幾乎為零，并且減少了由于養(yǎng)護(hù)所延誤的時間等因素許多研究工作表明預(yù)應(yīng)力混凝土路面有以下幾方面的優(yōu)勢：

(1)路面板厚度只需傳統(tǒng)混凝土路面板厚的40%～60%，就能提供很高的承載力和較高的抗變形能力，對減薄機(jī)場道面的厚度非常有利。(2)預(yù)應(yīng)力混凝土路面由于板較長，接縫數(shù)量可大大減少，改善了行車的平穩(wěn)性。(3)預(yù)應(yīng)力的存在使路面板體性較強(qiáng)，邊角軟弱部分得以改善，大大減少了橫向開裂的可能性，提高了路面的耐久性。(4)預(yù)應(yīng)力混凝土路面的用筋量少于除貧混凝土外其他路面。(5)從國外已建路面的使用狀況來看，預(yù)應(yīng)力混凝土路面幾乎30年不需大修，養(yǎng)護(hù)需求也較少。

其主要缺點(diǎn)在于：(1)從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)來看，雖減薄了路面板的厚度，但需大量的預(yù)應(yīng)力筋腱，施工工藝較復(fù)雜，手工操作的工作量大，難以實現(xiàn)機(jī)械化、自動化施工，初期投資較大。(2)雖然預(yù)應(yīng)力混凝土路面板可以做得較長，但隨長度的增加，由路基約束所引起的張拉應(yīng)力也隨之增大，另外，板的位移量也會增大，這對橫向接縫的設(shè)計要求很嚴(yán)，同時對路基摩擦約束要盡可能小。(3)對施工隊伍人員素質(zhì)要求較高，并需進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制。

二、預(yù)應(yīng)力混凝土路面類型

預(yù)應(yīng)力路面主要分為兩大類：“單獨(dú)型”板的路面和“連續(xù)型”板的路面。

“單獨(dú)型”路面就是配置一定數(shù)量的預(yù)應(yīng)力鋼筋，由間隔較長的膨脹縫相隔離的路面板組成。按施加預(yù)應(yīng)力的先后次序又可分為先張法和后張法兩種，這與房屋、橋梁上的做法相同，一般多采用后張法。

“連續(xù)型”路面就是無筋路面，因無膨脹縫而得名，這種路面可以做得很長，按照施加預(yù)應(yīng)力的方法可分為千斤頂加力和自加應(yīng)力。千斤頂加力是一般在兩個固定的錨固端間澆筑混凝土，并留有空隙放置加力千斤頂，待混凝土硬化達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后，用千斤頂從兩端加力，達(dá)到規(guī)定壓力時，將兩端空隙封閉。自應(yīng)力路面不用千斤頂加力，而是選用膨脹水泥，混凝土硬化，體積增大，由于兩端受有約束而使混凝土自動產(chǎn)生內(nèi)壓應(yīng)力。

“單獨(dú)型”板的路面要好于“連續(xù)型”板的路面。主要原因一是扣除路基摩阻后的預(yù)應(yīng)力在有膨脹縫路面中幾乎保持常量，而在“連續(xù)型”板中，板不能自由膨脹，且又很長，從而使其應(yīng)力隨外界溫度、濕度變化很大，很難對所需的預(yù)應(yīng)力進(jìn)行估計。因此，工程上多采用“單獨(dú)型”路面，“連續(xù)型”路面還處于研究、試驗階段，實際應(yīng)用不多。

三、設(shè)計方法

目前，世界各國對預(yù)應(yīng)力混凝土路面的設(shè)計仍然沒有一個統(tǒng)一的方法體系，而且在某種程度上都是經(jīng)驗性的，一般施加足夠的縱向預(yù)應(yīng)力來防止橫向收縮開裂。一般認(rèn)為：板收縮時，溫度翹曲約束應(yīng)力使板底受壓，這有助于預(yù)應(yīng)力抵消由荷載和收縮引起的張拉應(yīng)力；板膨脹時，由荷載和白天翹曲約束引起的板底受拉可被預(yù)應(yīng)力和板底摩擦約束應(yīng)力所抵消。因此，所施加的預(yù)應(yīng)力主要由(1)交通荷載；(2)由溫度和濕度所引起的翹曲約束；(3)板收縮期間的板底摩擦約束。

三個因素所決定：

基本的設(shè)計方程式=ft＋fpf△T+fF+fL

式中：fp ——由預(yù)應(yīng)力引起的混凝土中的壓應(yīng)力；

ft ——混凝土的容許彎曲應(yīng)力(混凝土彎折模量/安全系數(shù))；

f△T——由溫度差引起的應(yīng)力；

fF ——由路基摩阻引起的應(yīng)力；

fL ——由荷載引起的彎曲應(yīng)力。

溫度應(yīng)力：如果假設(shè)溫度梯度沿線性變化，那么就有

f△T=（Ecac△T2）／(1-V)

其中，Ec、ac、V分別為混凝土彈性模量、溫度膨脹系數(shù)和泊松比。

路基摩阻引起的應(yīng)力：fF=μ×ρ×χ

其中，μ為路基摩阻系數(shù)，ρ為混凝土的密度，χ為距千斤頂?shù)木嚯x。當(dāng)χ=L/2(L為板長)，fF達(dá)到最大。在確定預(yù)應(yīng)力大小時，取fF=μ×ρ×L/2。

荷載應(yīng)力：荷載應(yīng)力計算目前都基于Westevgaard公式，該方法假設(shè)輪載均勻分布在輪印半徑a上。

四、路基的約束條件

在任何混凝土板和其下的基層間都存在摩阻約束，該約束阻止板隨溫度、濕度的變化而移動。在預(yù)應(yīng)力混凝土路面中，盡量減小該摩擦力是非常重要的，因為它是引起預(yù)應(yīng)力損失的主要因素，同時它也決定著板的長度。盡管國外在這方面已做了不少工作，但摩擦系數(shù)的大小仍難以確定。

為了減小摩擦，通常采用一層砂土覆蓋防水紙、砂和油毛氈或砂和聚乙烯薄膜。在這方面進(jìn)行了許多嘗試，還有使用瀝青材料作滑動層的，但未見有成功報道，許多研究表明采用一薄層的同一粒徑的球形顆粒(砂、石屑等)對于減小摩擦效果很好，其作用如同滾珠軸承。

五、對未來的展望及其進(jìn)一步的研究

就目前而言，仍然缺少對預(yù)應(yīng)力混凝土路面各方面的認(rèn)識。作者認(rèn)為預(yù)應(yīng)力混凝土路面的設(shè)計理論和施工方法的發(fā)展將主要圍繞以下幾個方面：(1)對各種板長所需的恰當(dāng)?shù)念A(yù)應(yīng)力。(2)板的膨脹、收縮和翹曲特性。(3)板的承載特性，其中包括研究預(yù)應(yīng)力對板的承載能力的影響，以及對板疲勞特性等的影響。在確定預(yù)應(yīng)力時，不僅要防止在最不利的情況下開裂，而且還需考慮混凝土的疲勞特性。(4)板與地基的摩擦特性及處理方法。(5)接縫和排水系統(tǒng)的設(shè)計。(6)施工程序的發(fā)展，是否能使用傳統(tǒng)的鋪路做法，或經(jīng)濟(jì)的方法。

已建的絕大多數(shù)預(yù)應(yīng)力混凝土路面都屬于“單獨(dú)型”的，但該類路面不能做得很長(一般可達(dá)120m)。如果路基的摩擦問題解決了，并且對“連續(xù)型”的路面有了一定認(rèn)識，那么修建長達(dá)300m或更長的路面是可能的。我們可從“單獨(dú)型”和“連續(xù)型”路面的一些特性中看出：將這兩類路面聯(lián)合使用會更有利，“連續(xù)型”路面可用于路基狀況較好的直路上，“單獨(dú)型”路面用于路基情況稍差和曲線路上。

隨著預(yù)應(yīng)力混凝土路面的理論體系的成熟和施工技術(shù)的發(fā)展，預(yù)應(yīng)力混凝土路面將會有良好的發(fā)展前景。