孫曉紅,王 勝,周奎中

(1.黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院;2.呼蘭養(yǎng)路總段;3.哈爾濱三榮科技開(kāi)發(fā)有限公司)

1 混凝土聯(lián)鎖塊形式分析

1.1 聯(lián)鎖塊塊體厚度分析

表1是用有限元方法計(jì)算了不同厚度的塊體底部脫空時(shí),在輪載接觸壓力為0.7MPa時(shí),所受到的最大彎拉應(yīng)力。塊的平面尺寸10cm×20cm,塊厚度分別采用4cm、6cm、8cm、10cm和12cm。

通過(guò)上面的計(jì)算,可以看到只要塊厚大于和等于 6cm,即使在塊體脫空的狀況下,塊體的最大彎拉應(yīng)力也很小,足以達(dá)到水泥混凝土的抗彎拉強(qiáng)度要求。但在實(shí)際在車行道上應(yīng)用的聯(lián)鎖塊,很少有使用6cm的聯(lián)鎖塊,這主要是考慮到聯(lián)鎖塊制作生產(chǎn)的質(zhì)量變異性,個(gè)別聯(lián)鎖塊體的抗彎拉強(qiáng)度達(dá)不到要求的混凝土抗彎拉強(qiáng)度。聯(lián)鎖塊的生產(chǎn)一般為廠內(nèi)預(yù)制加工,厚度采用 2cm的遞增單位,所以對(duì)于農(nóng)村公路的聯(lián)鎖塊路面本文也推薦使用8cm、10cm和12cm厚的聯(lián)鎖塊。

表1 不同厚度聯(lián)鎖塊底部脫空在標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下的最大彎拉應(yīng)力

1.2 聯(lián)鎖塊塊體平面尺寸的分析

為分析不同的塊體尺寸在車輛荷載作用下產(chǎn)生的荷載應(yīng)力,采用有限元法計(jì)算分析了不同平面尺寸的塊體底部脫空時(shí),在標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下的最大彎拉應(yīng)力,如表 2,計(jì)算塊體采用矩形塊,厚度10cm。

表2 不同平面尺寸聯(lián)鎖塊底部脫空時(shí)在標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下的最大彎拉應(yīng)力

圖1 不同平面尺寸聯(lián)鎖塊底部脫空時(shí)在標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下的最大彎拉應(yīng)力

將表 2中數(shù)據(jù)繪制成圖 1,從中可以看對(duì)于三種寬度類型聯(lián)鎖塊,塊體的最大彎拉應(yīng)力在塊長(zhǎng)度小于 20cm時(shí),變化較小,而當(dāng)塊長(zhǎng)度超過(guò) 20cm時(shí),最大彎拉應(yīng)力開(kāi)始增長(zhǎng)。所以塊體長(zhǎng)度不宜小于20cm,因?yàn)楫?dāng)小于20cm時(shí),塊體的彎拉應(yīng)力變化很小,但鋪筑相同的面積需要更多的連鎖塊,從加工制作上和施工上都是不經(jīng)濟(jì)的,并且沒(méi)有起到減小聯(lián)鎖塊內(nèi)彎拉應(yīng)力的效果。當(dāng)然塊體的長(zhǎng)度也不宜過(guò)大,雖然從上面的計(jì)算中可以看出當(dāng)塊長(zhǎng)不超過(guò)50cm時(shí),就可以滿足彎拉強(qiáng)度要求,但聯(lián)鎖塊的鋪筑還要考慮施工效率的問(wèn)題,塊體不宜太重,據(jù)實(shí)際的施工經(jīng)驗(yàn),塊體的重量為 4～6kg的時(shí)候聯(lián)鎖塊鋪筑的效率最高。聯(lián)鎖塊塊體的重量如表 3。

表3 聯(lián)鎖塊不同規(guī)格重量表

根據(jù)表中的數(shù)據(jù),可以看出聯(lián)鎖塊的平面尺寸在 10cm ×20cm時(shí),重量在4～6kg范圍。同時(shí)考慮到采用矩形塊比正方形塊能夠有更有利的鋪筑方式,尤其長(zhǎng)寬比為 1∶2時(shí)可進(jìn)行人字式鋪砌,使塊之間的嵌鎖作用更好,路面的整體性提高。而且當(dāng)采用曲邊的異形塊時(shí),能夠更多的提高聯(lián)鎖塊間的嵌鎖作用。

所以認(rèn)為農(nóng)村公路聯(lián)鎖塊路面使用的塊體應(yīng)采用平面尺寸為:寬度為 10～12cm,長(zhǎng)寬比為1∶2的矩形塊或外輪廓為此尺寸的異形塊。

2 農(nóng)村公路聯(lián)鎖塊路面鋪筑形式

2.1 聯(lián)鎖塊塊體形狀選擇

根據(jù)對(duì)聯(lián)鎖塊尺寸的分析,在農(nóng)村公路聯(lián)鎖塊路面中,聯(lián)鎖塊的形狀建議采用如表 4中形式。形式 1和 2聯(lián)鎖塊為雙面嵌鎖,應(yīng)優(yōu)先考慮采用,該形狀的塊體可以采用順塊式和人字式兩種鋪砌方式;形式3和 4聯(lián)鎖塊的形式為單面嵌鎖,只能采用順塊式鋪砌的方式,在不具備廠內(nèi)預(yù)制異形塊的條件時(shí),可以在現(xiàn)場(chǎng)制作矩形塊,進(jìn)行鋪筑。形式 6聯(lián)鎖塊實(shí)際上是形式 1兩個(gè)塊體組合的變體形式,這樣的聯(lián)鎖塊形式能夠加快鋪筑速度,路面整體性也較好。在有廠內(nèi)預(yù)制條件的情況下,也建議使用,但這樣的塊體對(duì)基層的沉降變形的適應(yīng)能力較差。

表4 農(nóng)村公路聯(lián)鎖塊塊體形式

2.2 聯(lián)鎖塊鋪砌方式

不同的聯(lián)鎖塊鋪砌方式對(duì)路面結(jié)構(gòu)的性能有一定的影響,澳大利亞發(fā)現(xiàn)人字式鋪砌的鋪面,在行車荷載作用下產(chǎn)生的永久變形深度較小,而平行的順塊式鋪砌方式永久變形深度較大,尤其當(dāng)塊體的長(zhǎng)邊與行車方向平行而不是垂直時(shí),永久變形深度更大。可見(jiàn)人字式的鋪砌方式更為有利,并且隨著“人”字的方向不同,鋪面的性能也略有差異;當(dāng)人字的“人”正對(duì)著行車方向如圖 2(a)時(shí),即塊體的長(zhǎng)邊與行車方向成 45°角時(shí)最為理想。研究發(fā)現(xiàn)平行順塊式鋪筑和人字式鋪筑之間也并無(wú)顯著的區(qū)別,當(dāng)施加的荷載集度大于0.3MPa時(shí),人字式鋪砌方式表現(xiàn)了略好的荷載擴(kuò)散能力。

圖2 農(nóng)村公路聯(lián)鎖塊路面鋪砌方式

根據(jù)上述的分析,在選擇鋪砌方式時(shí)應(yīng)盡可能采取圖 2中(a)的鋪砌方式,但(a)鋪砌方式需要有更多經(jīng)驗(yàn)的鋪筑技巧,而且有時(shí)需要切割較多的塊體。為方便施工,按(b)方式鋪砌也是一個(gè)很好的選擇。對(duì)于只能進(jìn)行順塊式鋪砌的塊體形狀,可以選擇(c)鋪筑形式,要注意塊體的長(zhǎng)邊應(yīng)與行車方向垂直。

3 結(jié) 論

(1)通過(guò)對(duì)聯(lián)鎖塊塊體進(jìn)行的力學(xué)強(qiáng)度分析,并根據(jù)實(shí)際施工效率的要求,提出了適于農(nóng)村公路建設(shè)的聯(lián)鎖塊路面的塊體尺寸,厚度應(yīng)采用 8cm,10cm,12cm,平面尺寸應(yīng)采用寬度 10～12cm,長(zhǎng)寬比應(yīng)為1∶2的塊體。

(2)提出了適合農(nóng)村公路應(yīng)用的聯(lián)鎖塊形式。

(3)由于人字式鋪砌的鋪面在行車荷載作用下產(chǎn)生的永久變形深度較小,而平行的順塊式鋪砌方式永久變形深度較大,尤其當(dāng)塊體的長(zhǎng)邊與行車方向平行而不是垂直時(shí),永久變形深度更,提出了適合農(nóng)村公路應(yīng)用的聯(lián)鎖塊人字式的鋪砌方式。

[1] 低造價(jià)縣鄉(xiāng)道路修筑技術(shù)的研究.西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目.交通部公路科學(xué)研究所,2004:29～30.

[2] 孫立軍.港區(qū)堆場(chǎng)、道路聯(lián)鎖塊鋪面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的研究.交通部科技項(xiàng)目,1997:47～49.