劉海春

摘要：公路交通事業(yè)迅猛發(fā)展，在增加運輸能力，選擇什么樣的路面，無論從經濟和使用年限以及返修周期綜合起來論證，還是從長遠考慮修筑高級路面，采用預應力混凝土路面，是發(fā)展的趨勢。

關鍵詞：預應力混凝土路面 高級公路 發(fā)展趨勢

預應力混凝土路面： 普通混凝土路面常發(fā)生擠碎、拱起、錯臺、唧泥等病害，很有必要對現(xiàn)有混凝土路面進行結構和技術的革新。由于預應力混凝土路面具有很多傳統(tǒng)的混凝土路面無法比擬的優(yōu)點，加之近代預應力技術有了新的發(fā)展。為改善傳統(tǒng)路面的不足，適應交通運輸?shù)陌l(fā)展，有必要開展特殊混凝土路面的研究工作。預應力混凝土路面是種預先加入預應力增加受拉強度的路面。它的長期使用性能明顯比其它的混凝土路面好，并且，由于板長長，接縫少，改善了行車舒適性。

根據國外的設計經驗，結合中國現(xiàn)行規(guī)范，認為預應力路面的設計標準為：以使用年限末期混凝土板出現(xiàn)疲勞開裂為臨界狀態(tài)，采用國外與國內相結合的方法進行設計。

合理的預應力路面設計應妥善地考慮下列因素：①路面使用年限和使用特征；②交通量和交通組成；③臨界荷位；④混凝土強度與疲勞破壞；⑤土基和基層，即地基剛度和基層頂面摩阻系數(shù)；⑥荷載應力計算方法；⑦預應力路面接縫設計；⑧板端錨固區(qū)的設計；⑨預應力損失的計算；⑩排水設計。

預應力路面設計

預應力路面的結構構造和組合設計

路基、墊層、基層、路面橫向坡度、路肩、排水及材料選型與要求等與普通混凝土路面相同。盡管預應力路面在較弱的地基上，仍然表現(xiàn)出令人滿意的性能，但考慮到路面板較薄，為了防止路面的破壞，仍采用較強的地基，同普通混凝土路面。

與普通混凝土路面不同，預應力混凝土路面因其板長長，為防止過多的預應力損失和板底的不利約束，需對基層頂面進行處理，采用加鋪滑動層來減小摩擦系數(shù)。

推薦設計程序：由于預應力路面的板厚和板端預應力值均為未知，因此，必須給定一個量，方能計算求解。推薦下列設計步驟：

(1)收集交通資料，根據普通混凝土路面設計參數(shù)的確定方法，計算設計車道使用年限內的標準軸載累計作用次數(shù)Ne，確定基層頂面的綜合回彈模量Es、地基反應模量K及基層頂面的摩擦系數(shù)μ，確定混凝土的設計強度fcm和混凝土面板的最大溫度梯度計算值Tg。

(2)預應力路面一般采用矩形，最合適的板長一般為90～210 m，過長需足夠大的預應力克服板底摩擦阻力和預應力損失；過短則需較多的接縫和張拉點。根據當?shù)丨h(huán)境狀況選擇適當?shù)陌彘L。氣候干燥炎熱的地方，建議取小值。結合路面的交通量和預應力筋所需的最小保護層，假定一個初始板厚。一般地，對于公路來說，預應力路面板厚應略大于相應素混凝土路面的0.65倍；對于機場而言，應是0.6倍。對于中國公路而言，考慮到運輸繁忙和超載現(xiàn)象嚴重，建議預應力路面的板厚取相應素混凝土路面板厚的0.7～0.75倍。

接縫設計

預應力混凝土路面的接縫設計應遵循以下原則：①接縫必須能容許板端發(fā)生位移，能夠不被壓壞；②交通荷載不會使接縫產生過大的撓度的應力；③接縫材料必須耐磨、抗疲勞和防腐；④接縫應密封防止水和不可壓縮的雜物進入；⑤損壞部分的修補應當方便易行；⑥接縫的施工程序應與預應力的張拉方法相協(xié)調；⑦接縫的建造費用應盡量低。

一般在板端接縫下設置鋼筋混凝土枕梁，以提供接縫處較強的地基和路面的連續(xù)性。因預應力路面對接縫的要求較高，接縫的形式選擇可參照橋梁中的伸縮縫。

預應力路面板端部錨固區(qū)設計

錨固區(qū)設計時既要保證在張拉鋼筋時錨具下錨固區(qū)的混凝土不開裂和不產生過大的變形，又要求計算錨具下所需配置的間接鋼筋須滿足局部受壓承載力的要求。

鋼筋種類 后張預應力

碳素鋼絲、刻痕鋼絲、鋼絞線 0.75 fptk

冷拔低碳鋼絲、熱處理鋼筋 0.7 fptk

冷拉鋼筋 0.9 fpyk

縱向預應力筋設計

根據設計原理，可計算該路段所需最小的預應力。取強度安全系數(shù)為1.2，則混凝土的容許彎拉應力ft=4.17 MPa，溫度應力fΔT=3.18 MPa，路基摩阻引起的應力fF=0.96 MPa，荷載應力fL=1.89 MPa?；炷了枳钚☆A壓應力fp=fΔT+fF+fL-ft=1.86 MPa。

對于在一般氣候環(huán)境下使用的預應力混凝土結構采用后張法預應力總損失為20%。采用后張拉，張拉的控制應力為σcon=0.75×Rby=1 395 MPa。

考慮混凝土板內部的預應力損失后，有效預應力為fs=0.8×1 395=1 116 MPa

橫向配筋設計

不設橫向預應力，僅配置足夠的鋼筋，其配筋設計參考連續(xù)配筋混凝土路面的配筋設計。

采用φ12的Ⅱ級螺紋鋼筋為橫向鋼筋，間距為50 cm。

板的端部設計

(1)為防止板在端部發(fā)生局部承壓破壞，因此，在板端設置由間距20 cm的φ10鋼筋組成的6m×（3.75n-0.1）（n為半幅車道數(shù)）m的雙層雙向鋼筋網。另外，在板端(包括伸縮縫)處設置有2 m×（3.75n）m的鋼筋混凝土枕梁，以加固基層，防止板端和接縫處發(fā)生破壞。

(2)對于100 m長的預應力混凝土路面，伸縮縫的設計就顯得非常重要。由于板底設置了滑動層，其摩擦系數(shù)較小(μ=0.8)，又因其板很長，所以季節(jié)性溫度變化將引起板端較大的位移。假定預應力對溫度引起的位移影響可忽略，按照素混凝土板較小初步計算，在年溫差最大(與路面合攏溫度T=20℃相比)ΔT=40℃時，板端位移可計算如下：滑動區(qū)長度，取L=50 m,則Δ=19.2 mm；經綜合比較，采用GQF-C-80型伸縮縫(伸縮范圍為14～94 mm)足以滿足要求。

(3)預應力混凝土路面與普通混凝土路面之間設置4 m×（3.75n）m的后澆帶(包括后澆混凝土封錨、伸縮縫的預留位置、后澆混凝土路面)，以便有充分的空間放置預應力筋的張拉設備。預應力混凝土路面與伸縮縫、伸縮縫與后澆混凝土路面之間均應設置連接鋼筋，從而使伸縮縫能正常工作。

結束語：隨著公路等級的不斷提高，高速公路、一級公路路面逐漸從瀝青混凝土向混凝土、預應力混凝土、鋼釬維混凝土路面發(fā)展，是高速公路路面發(fā)展的必由之路，采用預應力混凝土路面是最為合理的。◆