李健華

(廣東省冶金建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司,廣東 廣州 510030)

普通水泥混凝土路面具有強(qiáng)度高、造價(jià)低、夜間行車可視性強(qiáng)、穩(wěn)定性好等特點(diǎn),但在高壓環(huán)境下時(shí),其承壓能力仍然偏低,存在一定的缺陷[1]。其中,預(yù)應(yīng)力混凝土路面由于閾值不同,其路面板薄而長(zhǎng),不同的受力面可以保證路面均衡且不開裂,日常的維護(hù)處理成本也較低,可以更好地保證路面的安全程度[2]。單一的預(yù)應(yīng)力混凝土路面在建設(shè)中容易受到外部環(huán)境及特定因素的影響,如果路面設(shè)計(jì)出現(xiàn)誤差,對(duì)后續(xù)的建設(shè)會(huì)造成很大影響[3]。模擬試驗(yàn)技術(shù)是一種試驗(yàn)方式,大致可以劃分為動(dòng)物模擬試驗(yàn)和檢材模擬試驗(yàn)。此次僅使用檢材模擬試驗(yàn)的方式完成輔助[4]。綜合預(yù)應(yīng)力混凝土路面的建設(shè)需求,采用多階方式安裝加固預(yù)應(yīng)力筋,從而能夠有效避免路面斜向、下沉等問題,確?？v向、橫向各個(gè)方向的壓應(yīng)力保持均衡,降低路面出現(xiàn)裂縫的概率[5]。

1 工程概況

采用模擬試驗(yàn)的方式,對(duì)選定的G預(yù)應(yīng)力混凝土路面進(jìn)行測(cè)定與驗(yàn)證分析。該工程試驗(yàn)路段全長(zhǎng)1 800 m,路面的寬度為10.5 m,結(jié)合實(shí)際的建設(shè)施工需求,擬定該路面的初始厚度為18 cm,保護(hù)層的側(cè)向厚度為3.2 cm。建設(shè)過程中,應(yīng)采取分段施工方式[6]。共分為5個(gè)路段,每一個(gè)路段路面情況均不同,要結(jié)合當(dāng)前的施工要求作出合理整合,再對(duì)混凝土路面設(shè)計(jì)基礎(chǔ)指標(biāo)及參數(shù)進(jìn)行設(shè)定,如表1所示。

表1 混凝土路面設(shè)計(jì)施工基礎(chǔ)指標(biāo)及參數(shù)表

根據(jù)表1,完成對(duì)混凝土路面設(shè)計(jì)施工基礎(chǔ)指標(biāo)及參數(shù)的設(shè)置與分析。隨即以此為基礎(chǔ),結(jié)合模擬試驗(yàn)的限制標(biāo)準(zhǔn),測(cè)定預(yù)應(yīng)力混凝土路面的建設(shè)等級(jí),設(shè)置施工的目標(biāo)可靠度保證在85%以上,測(cè)定計(jì)算出混凝土的線膨脹系數(shù),見式(1):

(1)

其中,G為混凝土的線膨脹系數(shù);ε為可靠度系數(shù);m為覆蓋識(shí)別范圍;n為堆疊范圍;η為混凝土的容重。將計(jì)算得出的線膨脹系數(shù)設(shè)置為施工基準(zhǔn)值,完成對(duì)測(cè)試環(huán)境的搭建,接下來,采用模擬試驗(yàn)的方式,進(jìn)行具體測(cè)定分析。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土路面設(shè)計(jì)分析

在對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土路面進(jìn)行設(shè)計(jì)之前,需要對(duì)其受力情況及點(diǎn)位進(jìn)行分析測(cè)定。先提取出路面的荷載特性。隨著路面荷載輕重的變化,對(duì)路面內(nèi)置的支撐結(jié)構(gòu)會(huì)造成一定影響,同樣也是預(yù)應(yīng)力混凝土路面設(shè)計(jì)的依據(jù)。可以先在施工測(cè)定的路面上標(biāo)定出各個(gè)支撐受力點(diǎn),計(jì)算出混凝土受力點(diǎn)的彎拉彈性模量,見式(2):

(2)

其中,D為受力點(diǎn)的彎拉彈性模量;h為回歸系數(shù);d為初始疲勞應(yīng)力;β為單元預(yù)應(yīng)力;y為劃歸區(qū)域;a為加固范圍。結(jié)合上述設(shè)定,完成對(duì)受力點(diǎn)彎拉彈性模量的計(jì)算。將計(jì)算得出的受力點(diǎn)彎拉彈性模量設(shè)置為路面設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)值,再明確受力點(diǎn)的具體位置,同時(shí)對(duì)支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理,預(yù)應(yīng)力混凝土路面支撐加筋結(jié)構(gòu)如圖1所示。

根據(jù)圖1,完成對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土路面支撐結(jié)構(gòu)加筋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析,并以此為基礎(chǔ)對(duì)路面支撐加固的位置進(jìn)行二次維護(hù),最后設(shè)定對(duì)應(yīng)路面設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

表2 預(yù)應(yīng)力混凝土路面設(shè)計(jì)參數(shù)表

根據(jù)表2,完成對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土路面設(shè)計(jì)參數(shù)的設(shè)置與分析,在加固的預(yù)應(yīng)力筋布置位置設(shè)置監(jiān)測(cè)裝置,以便實(shí)時(shí)開展數(shù)據(jù)及信息的獲取采集。基于上述得出的受力點(diǎn)彎拉彈性模量及加筋結(jié)構(gòu),構(gòu)建路面基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案并標(biāo)定出相應(yīng)設(shè)計(jì)點(diǎn)位,為后續(xù)施工建設(shè)提供依據(jù)。

3 設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力混凝土路面施工模擬試驗(yàn)技術(shù)

3.1 立模及滑動(dòng)層鋪設(shè)處理

結(jié)合模擬試驗(yàn)?zāi)Ｊ綄?duì)預(yù)應(yīng)力混凝土路面施工需求及標(biāo)準(zhǔn)變化進(jìn)行立模及滑動(dòng)層鋪設(shè)處理,要確保與基層頂面緊貼并縮小縫隙,保證鋪設(shè)平整,再核查此時(shí)頂板接頭處是否穩(wěn)定并設(shè)定試驗(yàn)數(shù)值,如表3所示。

表3 混凝土路面立模試驗(yàn)參數(shù)表

根據(jù)表3,完成對(duì)混凝土路面立模試驗(yàn)參數(shù)的設(shè)置,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行滑動(dòng)層的安裝及定向鋪設(shè)。其中,滑動(dòng)層的設(shè)置必須保持在路面基層頂面,以便降低路面壓力及出現(xiàn)裂縫的概率。要確保基層無凹坑并將路面清掃干凈,調(diào)整砂層鋪撒的厚度為6.5 mm～12.5 mm,在立模上鋪設(shè)聚乙烯塑料薄膜,待黏合之后提高整體的防滲水能力,避免滑動(dòng)層材料的散失。

3.2 預(yù)應(yīng)力損失比測(cè)定及路面鋼筋加固

預(yù)應(yīng)力混凝土路面的加固處理涉及加工拉桿、預(yù)應(yīng)力鋼筋以及構(gòu)造鋼筋等的安裝設(shè)置。首先,可以檢查預(yù)應(yīng)力鋼筋的數(shù)量、規(guī)格是否處于最佳狀態(tài),顯示無誤差之后,再使用設(shè)備進(jìn)行切割處理,保持鋼筋自身的直度。如果顯示彎曲度過大則表示不適用,可以適當(dāng)剔除。通過在基礎(chǔ)混凝土路面中分兩層設(shè)置,在縱向鋼筋外設(shè)置20 cm 的間隔距離,并同時(shí)安裝關(guān)聯(lián)的箍筋。結(jié)合模擬試驗(yàn)技術(shù)測(cè)定出預(yù)應(yīng)力的損失范圍波動(dòng)比,一般應(yīng)控制在2.5～3.5之間為最佳,最后將箍筋用細(xì)鐵絲捆綁在縱向結(jié)構(gòu)上,從而測(cè)定計(jì)算出預(yù)應(yīng)力筋的布設(shè)角度,見式(3):

(3)

其中,P為預(yù)應(yīng)力筋布設(shè)角度;λ為跨度寬度;ω為單元值;q為預(yù)應(yīng)力筋的數(shù)量;δ為縱向夾角;R為區(qū)域間距。結(jié)合上述得出的預(yù)應(yīng)力筋布設(shè)角度,進(jìn)行加固鋼筋的布設(shè),在交叉位置上間隔放置支撐鋼筋架并進(jìn)行校直,再用扎絲綁扎緊固后即完成基礎(chǔ)布置。

3.3 多層級(jí)攤鋪處理及張拉預(yù)應(yīng)力筋

完成對(duì)預(yù)應(yīng)力損失比測(cè)定及路面鋼筋加固之后,接下來,對(duì)路面進(jìn)行攤鋪處理、養(yǎng)護(hù)及張拉預(yù)應(yīng)力筋。先將支撐點(diǎn)進(jìn)行密集排振,通過拉桿實(shí)現(xiàn)路面內(nèi)置結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)性安裝,再以此為基礎(chǔ)進(jìn)行切縫處理。在攤鋪前要對(duì)路面進(jìn)行灑水潤(rùn)濕作業(yè)并測(cè)定計(jì)算出坍落度,保持其處于合理范圍后,即可測(cè)定計(jì)算出路面試件的抗壓抗折強(qiáng)度,采用模擬試驗(yàn)的方式,計(jì)算出松鋪系數(shù)為1.25～1.38,坍落度為12 mm～45 mm的拌合物。

針對(duì)標(biāo)定的位置進(jìn)行振搗,設(shè)置時(shí)間應(yīng)控制在12 s～35 s 之間為宜,再進(jìn)行張拉預(yù)應(yīng)力筋處理。要將初始預(yù)應(yīng)力施加到混凝土模板之上,盡量消除摩擦約束出現(xiàn)的拉應(yīng)力,并測(cè)定實(shí)時(shí)的張拉控制應(yīng)力為1 366 MPa,平均抗壓強(qiáng)度為135 MPa,路面設(shè)計(jì)的強(qiáng)度控制在75%即可。再結(jié)合模擬試驗(yàn)技術(shù),進(jìn)行第二次的張拉處理,卸荷處理的同時(shí)進(jìn)行錨固施工,把加固的夾片錨分別布設(shè)在預(yù)應(yīng)力混凝土路面的兩側(cè),路肩上設(shè)置張拉預(yù)應(yīng)力筋,實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)性加固處理。

3.4 封錨與伸縮縫處理實(shí)現(xiàn)施工

完成對(duì)攤鋪處理及張拉預(yù)應(yīng)力筋之后對(duì)其進(jìn)行封錨處理,應(yīng)及時(shí)對(duì)伸縮縫進(jìn)行填充以完成施工。預(yù)應(yīng)力張筋處理之后,應(yīng)結(jié)合模擬試驗(yàn)技術(shù),利用設(shè)備切除長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力筋,將錨索封閉在路的兩側(cè)并切斷鋼絞線,在夾片錨具外設(shè)置輔助的限制施工防護(hù)結(jié)構(gòu),完成封錨處理。再采用澆筑的方式對(duì)伸縮縫進(jìn)行填充,具體如圖2所示。

根據(jù)圖2,完成對(duì)伸縮縫填充的處理。這樣的形式可以進(jìn)一步強(qiáng)化預(yù)應(yīng)力混凝土路面的建設(shè)施工強(qiáng)度,也可以消除施工過程中的問題。

4 工程施工結(jié)果分析

完成對(duì)上述的測(cè)定施工之后,應(yīng)結(jié)合模擬試驗(yàn)技術(shù)對(duì)選定的5個(gè)路段依次開展路面承壓值測(cè)定分析,測(cè)試結(jié)果對(duì)比分析如表4所示。

表4 測(cè)試結(jié)果對(duì)比分析表

根據(jù)表4完成對(duì)測(cè)試結(jié)果的分析,5個(gè)路段路面最終得出的受壓承載力均可以達(dá)到350 MPa以上,說明在模擬試驗(yàn)技術(shù)支持下,路面設(shè)計(jì)與施工效果都得到明顯提升,具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

5 結(jié)語

綜上所述,完成對(duì)基于模擬試驗(yàn)的預(yù)應(yīng)力混凝土路面設(shè)計(jì)與施工技術(shù)的分析研究。與初始的預(yù)應(yīng)力混凝土路面施工形式相比對(duì),此次結(jié)合模擬試驗(yàn)技術(shù),所設(shè)計(jì)的施工結(jié)構(gòu)具有更強(qiáng)的針對(duì)性與穩(wěn)定性,在路面承載力計(jì)算、路面承壓效果測(cè)定以及路面病害的控制等方面都取得了一定效果,大大提升日常車輛運(yùn)行的安全性及舒適度,在面對(duì)復(fù)雜的施工環(huán)境時(shí),還可以強(qiáng)化混凝土路面的承重能力,增加對(duì)各個(gè)位置預(yù)應(yīng)力的均衡控制,在保證道路運(yùn)行通暢的基礎(chǔ)上,更提升了預(yù)應(yīng)力混凝土路面的質(zhì)量。