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        連續(xù)配筋復(fù)合式瀝青路面設(shè)計(jì)應(yīng)用

        2015-11-07 07:29:46孫旭黃又清李俊
        城市道橋與防洪 2015年5期
        關(guān)鍵詞:設(shè)計(jì)規(guī)范面層瀝青路面

        孫旭,黃又清,李俊

        (武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,湖北武漢430023)

        連續(xù)配筋復(fù)合式瀝青路面設(shè)計(jì)應(yīng)用

        孫旭,黃又清,李俊

        (武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,湖北武漢430023)

        作為一種典型的“重載、長(zhǎng)壽命”路面結(jié)構(gòu),連續(xù)配筋復(fù)合式瀝青路面近些年來在我國(guó)開始工程應(yīng)用。依據(jù)《公路水泥路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D40-2011),參考國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究成果,以武漢市三環(huán)線北段為工程依托,在對(duì)現(xiàn)狀交通調(diào)查及老路檢測(cè)的基礎(chǔ)上,開展連續(xù)配筋混凝土復(fù)合式瀝青路面的設(shè)計(jì)應(yīng)用,為該種路面結(jié)構(gòu)的推廣積累經(jīng)驗(yàn)。

        連續(xù)配筋;復(fù)合式瀝青路面;板厚設(shè)計(jì);配筋設(shè)計(jì);瀝青面層設(shè)計(jì);端部設(shè)計(jì)

        1 概述

        連續(xù)配筋路面(CRCP)是在普通混凝土路面(JCP)基礎(chǔ)上,縱橫向設(shè)置了連續(xù)的鋼筋,可考慮不設(shè)接縫一種路面結(jié)構(gòu)。相對(duì)于JCP,其具有承載力高、整體性好、耐久性強(qiáng)及“零維護(hù)”的特點(diǎn)。

        連續(xù)配筋復(fù)合式瀝青路面,它發(fā)揮了CRCP的承載力、耐久性及AC的舒適性,是一種典型的重載、長(zhǎng)壽命路面結(jié)構(gòu)。該種結(jié)構(gòu)在國(guó)外尤其美國(guó)已有多年的使用經(jīng)驗(yàn)[1],近些年來,在國(guó)內(nèi)的高速公路改造工程中已開始嘗試應(yīng)用。

        武漢市三環(huán)線北段路面破損嚴(yán)重,多處路段呈現(xiàn)大范圍的龜裂、坑槽,甚至出現(xiàn)了“唧泥”,在對(duì)現(xiàn)狀道路檢測(cè)的基礎(chǔ)上,經(jīng)方案比較,提出采用“CRCP+AC”路面結(jié)構(gòu)加鋪改造方案[2]。

        關(guān)于CRCP設(shè)計(jì)方法,國(guó)外主要有美國(guó)的AASHTO 設(shè)計(jì)指南[3],國(guó)內(nèi)主要依據(jù)為《公路水泥路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D40-2011)[4]。其中,板厚設(shè)計(jì)均同JCP設(shè)計(jì)方法;配筋設(shè)計(jì)均是通過“裂縫間距”、“裂縫寬度”和“鋼筋應(yīng)力”來控制合理的裂縫型式。但是,AASHTO相對(duì)于國(guó)內(nèi)的規(guī)范增加了“沖斷發(fā)展”這個(gè)指標(biāo)。

        因此,本文以《公路水泥路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D40-2011)作為設(shè)計(jì)依據(jù),同時(shí)參考AASHTO設(shè)計(jì)指南進(jìn)行論述。

        2 板厚設(shè)計(jì)

        2.1初擬厚度及計(jì)算參數(shù)

        (1)交通參數(shù)

        設(shè)計(jì)軸載:100 kN;

        最大軸載:200 kN。

        武漢市三環(huán)線為快速路,設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期20 a,取交通量年平均增長(zhǎng)率為8%,經(jīng)過計(jì)算,基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計(jì)軸載作用次數(shù):Ne=1×107次,屬于重載交通等級(jí)。

        (2)物理力學(xué)參數(shù)(見表1)

        表1 物理力學(xué)參數(shù)表

        (3)溫度參數(shù)

        根據(jù)武漢地區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒,武漢市空氣相對(duì)濕度為77%,月平均最高溫度40℃,月平均最低溫度0℃,取鋼筋埋置處溫度與硬化時(shí)溫度的最大溫差:ΔTζ=40℃;;公路自然區(qū)劃ⅠV區(qū),根據(jù)規(guī)范,取最大正溫度梯度Tg=92℃/m,取最大負(fù)溫度梯度:Tg=92/3=-30.7℃/m,取k1=0.4。

        (4)設(shè)計(jì)參數(shù)

        水灰比W/C=0.4;用水量w0=1 400 N/m3;采用蓋麻布養(yǎng)生,養(yǎng)生系數(shù)a1=1。

        (5)鋼筋參數(shù)

        選用HRB400鋼筋,采用鋼筋直徑ds=18 mm,設(shè)計(jì)鋼筋埋置深度ζ=0.1 m;依據(jù)規(guī)范,取鋼筋線膨脹系數(shù)αs=9×10-6/℃;鋼筋彈性模量Es=200GPa;鋼筋屈服強(qiáng)度fsy=400 MPa。

        (6)初擬厚度

        初擬厚度hc=24 cm。

        2.2板厚設(shè)計(jì)

        依據(jù)《公路水泥路面設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行板厚設(shè)計(jì),其中,老路地基當(dāng)量回彈模量為278 MPa[2]。

        計(jì)算得到以下參數(shù):

        根據(jù)目標(biāo)可靠度、變異水平等級(jí)和變異水平系數(shù),計(jì)算得到可靠度系數(shù)γr=1.27,依據(jù)規(guī)范校核路面結(jié)構(gòu)極限狀態(tài):

        滿足設(shè)計(jì)要求。

        3 配筋設(shè)計(jì)

        武漢市三環(huán)線交通量屬于重載交通等級(jí),規(guī)范建議配筋率為0.7%~0.8%,考慮到三環(huán)線是武漢市較重要的環(huán)線快速路,取配筋率規(guī)范推薦上限值,ρ=0.8%。其余參數(shù)如前所述,計(jì)算中參數(shù)意義與規(guī)范相同。

        3.1裂縫間距

        依據(jù)《公路水泥路面設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄D計(jì)算裂縫間距。

        得到:

        設(shè)平均裂縫間距初始值為1 m,經(jīng)迭代計(jì)算得到c1=1.545 66,繼續(xù)迭代得到如下結(jié)果:

        橫向裂縫平均間距滿足設(shè)計(jì)要求,得到Ld= 1.026 m。

        3.2裂縫寬度

        依據(jù)《公路水泥路面設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄D計(jì)算裂縫縫隙平均寬度。

        計(jì)算得到以下結(jié)果:

        裂縫縫隙平均寬度滿足設(shè)計(jì)要求。

        3.3鋼筋強(qiáng)度

        依據(jù)《公路水泥路面設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄D計(jì)算縱向鋼筋應(yīng)力。

        計(jì)算得到以下結(jié)果:

        縱向鋼筋應(yīng)力小于鋼筋屈服強(qiáng)度,可以滿足設(shè)計(jì)要求。

        4 瀝青面層設(shè)計(jì)

        普通路面加鋪瀝青面層,為減緩反射裂縫的發(fā)生,常采用較厚的瀝青面層,高等級(jí)道路往往采用15~18 cm。然而CRCP路面作為一種無縫路面,上面瀝青面層的厚度不受此因素限制,瀝青面層的厚度主要考慮減小下方CRCP的荷載應(yīng)力及溫度應(yīng)力。

        根據(jù)相關(guān)研究成果[5],當(dāng)瀝青厚度小于6 cm時(shí),對(duì)CRCP內(nèi)荷載應(yīng)力影響很?。划?dāng)瀝青厚度在6~12 cm時(shí),下降較快;當(dāng)瀝青厚度大于12 cm時(shí),降幅較小。同時(shí),加鋪瀝青面層可減小CRCP的溫度梯度,據(jù)相關(guān)研究[6],當(dāng)瀝青面層厚度大于4 cm時(shí)比較明顯,當(dāng)厚度大于14 cm時(shí),這種趨勢(shì)趨于緩和。同時(shí),考慮到較大的瀝青厚度會(huì)產(chǎn)生較大的車轍且會(huì)增加工程投資。因而,瀝青面層的合理厚度建議為6~12 cm。

        作為武漢市重要的外圍城市快速路,考慮耐久性及表面抗滑要求,磨耗層推薦采用SMA。同時(shí)考慮防水的要求,對(duì)于路面加鋪瀝青層一般至少一層為密級(jí)配瀝青。因此,瀝青面層采用兩層式:4 cmSMA-13磨耗層+6 cmAC-20型改性瀝青中面層。

        5 端部設(shè)計(jì)

        為避免端部過大的位移對(duì)相鄰構(gòu)筑物的破壞,CRCP路面與橋、涵等結(jié)構(gòu)物相接處,必須設(shè)置端部處理措施。

        端部處理措施可分為兩類,一類屬于約束類——約束CRCP的膨脹變形,典型的有鋼筋地梁;另一類屬于滑動(dòng)類——預(yù)留足夠空間滿足CRCP膨脹變形,主要有工字鋼梁、連續(xù)脹縫及橋梁伸縮縫。其中,連續(xù)脹縫,往往因脹縫處理不好,從而導(dǎo)致接縫破壞。

        其次,考慮到該工程為老路改造工程,施工期的交通壓力極大、不能斷交通,只能分?jǐn)嗝媸┕?,而地錨梁的實(shí)施需要開挖現(xiàn)狀路基較深,對(duì)現(xiàn)狀道路交通影響極大,不予推薦。

        同時(shí),據(jù)調(diào)查,國(guó)內(nèi)工字鋼梁的鋼材質(zhì)量難以達(dá)到要求,在某條高速公路的使用中出現(xiàn)了嚴(yán)重的破壞[7],也不予推薦。

        而橋式伸縮縫技術(shù)成熟、定型產(chǎn)品,具有安裝方便、耐久性好的優(yōu)點(diǎn),在國(guó)內(nèi)已有良好的使用效果,予以推薦。

        6 結(jié)語

        截至目前為止,現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)配筋路面開放交通已有八個(gè)月,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果,除水泥混凝土早起收縮裂縫外,暫未發(fā)現(xiàn)明顯的結(jié)構(gòu)裂縫。結(jié)合本工程的設(shè)計(jì)應(yīng)用,總結(jié)了下述經(jīng)驗(yàn):

        (1)目前暫行的設(shè)計(jì)方法仍然是一種“力學(xué)經(jīng)驗(yàn)法”,板厚的設(shè)計(jì)還是同普通路面,然而根據(jù)國(guó)外的相關(guān)研究表明,CRCP上方每4 cm瀝青可減薄1 cm水泥混凝土,目前國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)理論仍然偏保守。

        (2)CRCP內(nèi)的鋼筋設(shè)置的主要作用是保證混凝土結(jié)構(gòu)整體性,起到“抗裂”的作用,應(yīng)盡量靠近板頂面。

        (3)連續(xù)配筋復(fù)合式路面,通過加鋪瀝青面層改善行車的舒適性,然而在工程應(yīng)用中,應(yīng)重視排水、防水設(shè)計(jì),本工程將瀝青面層的層間水排至兩側(cè)邊溝系統(tǒng),同時(shí),在CRCP與AC間設(shè)置防水粘結(jié)層,起到了良好的效果。

        [1] 邢進(jìn).國(guó)外連續(xù)配筋路面應(yīng)用與研究現(xiàn)狀[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化,2013(19):97-102.

        [2] 孫旭,黃又清,李俊.武漢市三環(huán)線北段路面整治方案研究[J].城市道路與防洪,2014(11):52-55.

        [3] 謝軍,查旭東.連續(xù)配筋路面設(shè)計(jì)指南[Z].

        [4] JTG D40-2011,公路水泥路面設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

        [5] 劉朝暉.連續(xù)配筋剛?cè)釓?fù)合式瀝青路面研究[D]. 湖南長(zhǎng)沙:長(zhǎng)沙理工大學(xué),2007.

        [6] 張作仁.連續(xù)配筋復(fù)合式瀝青路面瀝青面層及粘結(jié)層研究[Z].重慶:重慶交通大學(xué),2010.

        [7] 劉朝暉.連續(xù)配筋復(fù)合式瀝青路面[M].北京:人民交通出版社,2012.

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        高速公路方面,加快推進(jìn)在建項(xiàng)目,確保京昆石太高速公路建成通車;南繞城高速公路全線開工;全力推進(jìn)津石、西阜、平贊、石衡高速公路項(xiàng)目建設(shè)。干線公路方面,積極推進(jìn)太行大街北延、國(guó)道307西二環(huán)至西三環(huán)段、107南二環(huán)至南三環(huán)段、和平路西延至鹿泉段、正南公路、平涉公路等項(xiàng)目前期工作,力爭(zhēng)早日實(shí)施。開工建設(shè)南二環(huán)西延、石太高速公路植物園立交橋、東三環(huán)高架、晉州北繞城等項(xiàng)目。完成國(guó)道107北、308、南三環(huán)輔道貫通、京港澳高速公路(機(jī)場(chǎng)、新樂、藳城、無極、欒城)5條連接線等11條段126 km建設(shè)任務(wù)。

        U416.2

        B

        1009-7716(2015)05-0029-03

        2015-01-09

        孫旭(1983-),男,江蘇淮陰人,工程師,從事道路工程設(shè)計(jì)工作。

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