□□ 王建武，王鵬飛，童云罡

(1.空軍勤務學院，江蘇 徐州 221000；2.空后機營部，北京 100720；3.空后直供部 機場營房處，北京 100350)

建筑設計

直接式雙層水泥混凝土道面蓋被層厚度設計

□□ 王建武1，王鵬飛2，童云罡3

(1.空軍勤務學院，江蘇 徐州 221000；2.空后機營部，北京 100720；3.空后直供部 機場營房處，北京 100350)

對已不能滿足當前使用要求的機場道面進行加厚補強處理，以更好地滿足其使用要求。對當前常用的3種蓋被方式進行了分析與比較，最終決定選用直接式的蓋被層，并對直接式蓋被層的厚度進行了設計。

機場道面；蓋被層；直接式；厚度設計

引言

機場道面在機輪荷載及自然因素等的長期綜合作用下，開始出現(xiàn)較為嚴重的損壞。此外，由于某些機場道面使用壽命已到，抑或是由于機型的變化致使原來的道面已不能滿足新機型的使用要求等因素，需要對原機場道面進行加厚處理。按照加厚施工方案，有隔離式、結合式以及直接式3種不同的道面結構加厚形式，本文就重載交通下直接式蓋被層的厚度進行設計研究。

1 蓋被方式的選擇

眾所周知，當前機場道面蓋被工程以直接式蓋被為主，僅憑借著較為單薄的理論基礎以及施工經驗進行施工。經廣泛查閱資料發(fā)現(xiàn)，這方面尚未有較為深入的理論研究和探索。而分離式蓋被層目前在國內外均有較為深入的理論研究和工程實例，在此不再贅述。結合式的層間結合方式存在著很多弊端。首先，為保證蓋被層與原面層之間的充分粘結，在蓋被施工之前，需先對原面層進行鑿毛處理，然后及時清洗并涂以適當?shù)恼辰Y劑，再澆筑水泥混凝土。因施工時需鑿毛并涂以粘結劑，從而增大了工程量，致使人機費用增加，成本升高。其次，由于對原面層進行鑿毛處理，致使原面層表面凹凸不平，在澆筑混凝土過程中使得砂漿下滲，凝結后形成一個較為薄弱的過渡層。該過渡層的作用是使新舊面層充分粘結、咬合，進而形成一個整體，從而提高道面的承載能力。由于在使用前期混凝土的收縮應力遠遠大于其溫度應力，應及時對蓋被層進行切縫處理。但因應力較為集中，一旦切縫，將會在縫端出現(xiàn)裂紋，且裂紋將繼續(xù)向下延伸，直到貫穿板厚，蓋被層將產生回復力致使其發(fā)生收縮，而該收縮過程必然會受到已粘結為一體的原面層的限制，造成過渡層中剪力的出現(xiàn)。原已粘結為一體的整體在剪力的作用下彼此將分開，直至新舊面層完全分離。兩面層一旦分離，分離界面凹凸不平，在機輪荷載、溫度應力及其他自然因素的綜合作用下，極易造成板底脫空、唧泥、板塊碎裂甚至板塊斷裂。由此可見，該過渡層的出現(xiàn)只是在前期發(fā)揮了作用，但隨著后期的使用，其存在反而加劇了新舊面層的損壞，起到了相反的作用。這也是當前道面蓋被工程中很少使用結合式蓋被層進行道面加厚補強處理的原因。

直接式蓋被層則是在清洗干凈的舊道面上直接澆筑水泥混凝土，無需其他處理。與其他兩種方式相比，這種蓋被方式最為簡單，工程造價最低，新舊面層間的受力狀態(tài)良好。綜合力學分析、工程量以及工程造價分析可知，采用直接式蓋被方式進行道面加厚補強處理最為科學、合理。

2 直接式蓋被道面結構

直接式雙層水泥混凝土道面是在原面層的基礎上進行蓋被、加厚處理，以滿足機場當前的使用要求，其層狀結構如圖1所示，自下而上依次為天然土基、壓實土基、墊層(酌情設置)、基層、原面層和蓋被層。蓋被層施工時，需對原面層出現(xiàn)的一些功能性損壞部分進行修補，并對整個道面進行清洗處理，清除異物，保持道面清潔。直接式蓋被層的厚度應≮0.12 m。

圖1 機場雙層道面橫向結構剖面

3 直接式蓋被層厚度設計

目前，機場道面蓋被層的厚度設計主要以飛機機輪荷載產生的荷載疲勞斷裂為設計指標與標準，鮮有涉及到溫度疲勞應力的影響。在機輪荷載作用下，機輪產生的荷載應力遠大于常規(guī)機場的對應值，此時，溫度疲勞應力的影響已不容忽視。故本文在借鑒參考機場道面直接式蓋被層厚度設計方案的基礎上，考慮溫度荷載疲勞應力的影響，給出機場道面直接式蓋被層厚度的設計方法，具體的設計流程如圖2所示。

圖2 機場蓋被層厚度設計流程圖

3.1 直接式雙層板荷載疲勞應力計算

基于直接式雙層水泥混凝土道面板等抗彎剛度的當量單層板的厚度為hp，其計算公式為：

hp=γph2

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：E1，E2———分別為舊面層和新面層的彎拉彈性模量，MPa；h1，h2———分別為舊面層和新面層水泥混凝土的厚度，m；K———層間結合系數(shù)。

直接式雙層板中的控制總彎矩Mk的計算公式為：

(5)

式中：σp———臨界荷位處的板底最大拉應力，MPa。

將(5)式代入(6)式和(7)式，可計算出舊面層和新面層的板底拉應力σp1、σp2。

(6)

(7)

式中：σp1，σp2———分別為下層板底和上層板底的彎拉應力，MPa。

將(6)式、(7)式分別代入(8)式，分別計算出舊面層、新面層的荷載疲勞應力σpr1、σpr2。

(8)

σprx=kfσpx

3.2 直接式雙層板溫度疲勞應力計算

水泥混凝土道面雙層板的溫度疲勞應力σtr按(9)式進行計算。

(9)

σtr=ktσtm

(10)

式中：fr———水泥混凝土彎拉強度標準值，對于綜合保障基地，該值取5．0MPa；a，b———回歸系數(shù)，由所在地區(qū)的自然區(qū)劃決定，具體值參照表1。

表1 回歸系數(shù)a、b

最大溫度翹曲應力的計算公式為：

(11)

BX1=ζ1BX

(12)

(13)

式中：BX1———溫度翹曲應力系數(shù)；BX———溫度應力系數(shù)，可由溫度應力系數(shù)圖查出。

3.3 校核

采用直接式蓋被進行道面加厚補強處理的效果按(14)式校核：

(14)

式中：γr———可靠度系數(shù)，依據(jù)表2確定；其中：σpr=σpr1+σpr2。

表2 可靠度系數(shù)γr

4 結語

本文介紹了機場道面加厚補強常用的3種蓋被方式，并對這3種方式進行了對比，最終確定選用直接式蓋被進行道面的加厚補強處理。指出了傳統(tǒng)的直接式蓋被方式的不足，并給出了考慮溫度應力的直接式蓋被層厚度的設計流程，可為類似工程的設計提供參考。

(編輯 芋艷梅)

Thickness Design of Double-Layer Direct-Type Cover of Cement Concrete Pavement

WANG Jian-wu1，WANG Peng-fei2，TONG Yun-gang3

(1.Air Force Service College，Xuzhou，Jiangsu，221000，China；2.The Airport Barracks Department of Air Force Service，Beijing，100720，China；3.The Airport Barracks Department of the Supply Ministry of Air Force Service，Beijing，100350，China)

It is necessary to conduct thickened reinforcing treatment to the airport road surface unable to meet the current requirements.This paper compares the present three types of covering and selects the direct-type one and designs the thickness.

airport road surface；cover；direct-type；thickness design

1009-9441(2015)05-0006-03

U 418.6

A

王建武(1990-)，男，江蘇徐州人，碩士研究生，研究方向為機場防災減災與防護工程。

2015-09-11