預(yù)應(yīng)力混凝土路面的探討

劉海春

摘要：公路交通事業(yè)迅猛發(fā)展，在增加運(yùn)輸能力，選擇什么樣的路面，無(wú)論從經(jīng)濟(jì)和使用年限以及返修周期綜合起來(lái)論證，還是從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮修筑高級(jí)路面，采用預(yù)應(yīng)力混凝土路面，是發(fā)展的趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力混凝土路面 高級(jí)公路 發(fā)展趨勢(shì)

預(yù)應(yīng)力混凝土路面： 普通混凝土路面常發(fā)生擠碎、拱起、錯(cuò)臺(tái)、唧泥等病害，很有必要對(duì)現(xiàn)有混凝土路面進(jìn)行結(jié)構(gòu)和技術(shù)的革新。由于預(yù)應(yīng)力混凝土路面具有很多傳統(tǒng)的混凝土路面無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，加之近代預(yù)應(yīng)力技術(shù)有了新的發(fā)展。為改善傳統(tǒng)路面的不足，適應(yīng)交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，有必要開(kāi)展特殊混凝土路面的研究工作。預(yù)應(yīng)力混凝土路面是種預(yù)先加入預(yù)應(yīng)力增加受拉強(qiáng)度的路面。它的長(zhǎng)期使用性能明顯比其它的混凝土路面好，并且，由于板長(zhǎng)長(zhǎng)，接縫少，改善了行車舒適性。

根據(jù)國(guó)外的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合中國(guó)現(xiàn)行規(guī)范，認(rèn)為預(yù)應(yīng)力路面的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為：以使用年限末期混凝土板出現(xiàn)疲勞開(kāi)裂為臨界狀態(tài)，采用國(guó)外與國(guó)內(nèi)相結(jié)合的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。

合理的預(yù)應(yīng)力路面設(shè)計(jì)應(yīng)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(qiáng)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(yīng)力計(jì)算方法；⑦預(yù)應(yīng)力路面接縫設(shè)計(jì)；⑧板端錨固區(qū)的設(shè)計(jì)；⑨預(yù)應(yīng)力損失的計(jì)算；⑩排水設(shè)計(jì)。

預(yù)應(yīng)力路面設(shè)計(jì)

預(yù)應(yīng)力路面的結(jié)構(gòu)構(gòu)造和組合設(shè)計(jì)

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(yù)應(yīng)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(qiáng)的地基，同普通混凝土路面。

與普通混凝土路面不同，預(yù)應(yīng)力混凝土路面因其板長(zhǎng)長(zhǎng)，為防止過(guò)多的預(yù)應(yīng)力損失和板底的不利約束，需對(duì)基層頂面進(jìn)行處理，采用加鋪滑動(dòng)層來(lái)減小摩擦系數(shù)。

推薦設(shè)計(jì)程序：由于預(yù)應(yīng)力路面的板厚和板端預(yù)應(yīng)力值均為未知，因此，必須給定一個(gè)量，方能計(jì)算求解。推薦下列設(shè)計(jì)步驟：

(1)收集交通資料，根據(jù)普通混凝土路面設(shè)計(jì)參數(shù)的確定方法，計(jì)算設(shè)計(jì)車道使用年限內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)Ne，確定基層頂面的綜合回彈模量Es、地基反應(yīng)模量K及基層頂面的摩擦系數(shù)μ，確定混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度f(wàn)cm和混凝土面板的最大溫度梯度計(jì)算值Tg。

(2)預(yù)應(yīng)力路面一般采用矩形，最合適的板長(zhǎng)一般為90～210 m，過(guò)長(zhǎng)需足夠大的預(yù)應(yīng)力克服板底摩擦阻力和預(yù)應(yīng)力損失；過(guò)短則需較多的接縫和張拉點(diǎn)。根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境狀況選擇適當(dāng)?shù)陌彘L(zhǎng)。氣候干燥炎熱的地方，建議取小值。結(jié)合路面的交通量和預(yù)應(yīng)力筋所需的最小保護(hù)層，假定一個(gè)初始板厚。一般地，對(duì)于公路來(lái)說(shuō)，預(yù)應(yīng)力路面板厚應(yīng)略大于相應(yīng)素混凝土路面的0.65倍；對(duì)于機(jī)場(chǎng)而言，應(yīng)是0.6倍。對(duì)于中國(guó)公路而言，考慮到運(yùn)輸繁忙和超載現(xiàn)象嚴(yán)重，建議預(yù)應(yīng)力路面的板厚取相應(yīng)素混凝土路面板厚的0.7～0.75倍。

接縫設(shè)計(jì)

預(yù)應(yīng)力混凝土路面的接縫設(shè)計(jì)應(yīng)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(huì)使接縫產(chǎn)生過(guò)大的撓度的應(yīng)力；③接縫材料必須耐磨、抗疲勞和防腐；④接縫應(yīng)密封防止水和不可壓縮的雜物進(jìn)入；⑤損壞部分的修補(bǔ)應(yīng)當(dāng)方便易行；⑥接縫的施工程序應(yīng)與預(yù)應(yīng)力的張拉方法相協(xié)調(diào)；⑦接縫的建造費(fèi)用應(yīng)盡量低。

一般在板端接縫下設(shè)置鋼筋混凝土枕梁，以提供接縫處較強(qiáng)的地基和路面的連續(xù)性。因預(yù)應(yīng)力路面對(duì)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(yù)應(yīng)力路面板端部錨固區(qū)設(shè)計(jì)

錨固區(qū)設(shè)計(jì)時(shí)既要保證在張拉鋼筋時(shí)錨具下錨固區(qū)的混凝土不開(kāi)裂和不產(chǎn)生過(guò)大的變形，又要求計(jì)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(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力筋設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)原理，可計(jì)算該路段所需最小的預(yù)應(yīng)力。取強(qiáng)度安全系數(shù)為1.2，則混凝土的容許彎拉應(yīng)力ft=4.17 MPa，溫度應(yīng)力fΔT=3.18 MPa，路基摩阻引起的應(yīng)力fF=0.96 MPa，荷載應(yīng)力fL=1.89 MPa。混凝土所需最小預(yù)壓應(yīng)力fp=fΔT+fF+fL-ft=1.86 MPa。

對(duì)于在一般氣候環(huán)境下使用的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)采用后張法預(yù)應(yīng)力總損失為20%。采用后張拉，張拉的控制應(yīng)力為σcon=0.75×Rby=1 395 MPa。

考慮混凝土板內(nèi)部的預(yù)應(yīng)力損失后，有效預(yù)應(yīng)力為fs=0.8×1 395=1 116 MPa

橫向配筋設(shè)計(jì)

不設(shè)橫向預(yù)應(yīng)力，僅配置足夠的鋼筋，其配筋設(shè)計(jì)參考連續(xù)配筋混凝土路面的配筋設(shè)計(jì)。

采用φ12的Ⅱ級(jí)螺紋鋼筋為橫向鋼筋，間距為50 cm。

板的端部設(shè)計(jì)

(1)為防止板在端部發(fā)生局部承壓破壞，因此，在板端設(shè)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(wǎng)。另外，在板端(包括伸縮縫)處設(shè)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(duì)于100 m長(zhǎng)的預(yù)應(yīng)力混凝土路面，伸縮縫的設(shè)計(jì)就顯得非常重要。由于板底設(shè)置了滑動(dòng)層，其摩擦系數(shù)較小(μ=0.8)，又因其板很長(zhǎng)，所以季節(jié)性溫度變化將引起板端較大的位移。假定預(yù)應(yīng)力對(duì)溫度引起的位移影響可忽略，按照素混凝土板較小初步計(jì)算，在年溫差最大(與路面合攏溫度T=20℃相比)ΔT=40℃時(shí)，板端位移可計(jì)算如下：滑動(dòng)區(qū)長(zhǎng)度，取L=50 m,則Δ=19.2 mm；經(jīng)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(yù)應(yīng)力混凝土路面與普通混凝土路面之間設(shè)置4 m×（3.75n）m的后澆帶(包括后澆混凝土封錨、伸縮縫的預(yù)留位置、后澆混凝土路面)，以便有充分的空間放置預(yù)應(yīng)力筋的張拉設(shè)備。預(yù)應(yīng)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(yīng)設(shè)置連接鋼筋，從而使伸縮縫能正常工作。

結(jié)束語(yǔ)：隨著公路等級(jí)的不斷提高，高速公路、一級(jí)公路路面逐漸從瀝青混凝土向混凝土、預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力混凝土路面是最為合理的?！?/p>