連續(xù)配筋復合式瀝青路面設計應用

孫旭，黃又清，李俊

（武漢市政工程設計研究院有限責任公司，湖北武漢430023）

連續(xù)配筋復合式瀝青路面設計應用

孫旭，黃又清，李俊

（武漢市政工程設計研究院有限責任公司，湖北武漢430023）

作為一種典型的“重載、長壽命”路面結(jié)構(gòu)，連續(xù)配筋復合式瀝青路面近些年來在我國開始工程應用。依據(jù)《公路水泥路面設計規(guī)范》（JTG D40-2011），參考國內(nèi)外的相關研究成果，以武漢市三環(huán)線北段為工程依托，在對現(xiàn)狀交通調(diào)查及老路檢測的基礎上，開展連續(xù)配筋混凝土復合式瀝青路面的設計應用，為該種路面結(jié)構(gòu)的推廣積累經(jīng)驗。

連續(xù)配筋；復合式瀝青路面；板厚設計；配筋設計；瀝青面層設計；端部設計

1　概述

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

連續(xù)配筋復合式瀝青路面，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、長壽命路面結(jié)構(gòu)。該種結(jié)構(gòu)在國外尤其美國已有多年的使用經(jīng)驗［1］，近些年來，在國內(nèi)的高速公路改造工程中已開始嘗試應用。

武漢市三環(huán)線北段路面破損嚴重，多處路段呈現(xiàn)大范圍的龜裂、坑槽，甚至出現(xiàn)了“唧泥”，在對現(xiàn)狀道路檢測的基礎上，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］。

關于CRCP設計方法，國外主要有美國的AASHTO 設計指南［3］，國內(nèi)主要依據(jù)為《公路水泥路面設計規(guī)范》（JTG D40-2011）［4］。其中，板厚設計均同JCP設計方法；配筋設計均是通過“裂縫間距”、“裂縫寬度”和“鋼筋應力”來控制合理的裂縫型式。但是，AASHTO相對于國內(nèi)的規(guī)范增加了“沖斷發(fā)展”這個指標。

因此，本文以《公路水泥路面設計規(guī)范》（JTG D40-2011）作為設計依據(jù)，同時參考AASHTO設計指南進行論述。

2　板厚設計

2.1初擬厚度及計算參數(shù)

（1）交通參數(shù)

設計軸載：100 kN；

最大軸載：200 kN。

武漢市三環(huán)線為快速路，設計基準期20 a，取交通量年平均增長率為8%，經(jīng)過計算，基準期內(nèi)設計軸載作用次數(shù)：Ne=1×107次，屬于重載交通等級。

（2）物理力學參數(shù)（見表1）

表1　物理力學參數(shù)表

（3）溫度參數(shù)

根據(jù)武漢地區(qū)統(tǒng)計年鑒，武漢市空氣相對濕度為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，取最大負溫度梯度：Tg=92/3=-30.7℃/m，取k1=0.4。

（4）設計參數(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，設計鋼筋埋置深度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；鋼筋屈服強度fsy=400 MPa。

（6）初擬厚度

初擬厚度hc=24 cm。

2.2板厚設計

依據(jù)《公路水泥路面設計規(guī)范》進行板厚設計，其中，老路地基當量回彈模量為278 MPa［2］。

計算得到以下參數(shù)：

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

滿足設計要求。

3　配筋設計

武漢市三環(huán)線交通量屬于重載交通等級，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)《公路水泥路面設計規(guī)范》附錄D計算裂縫間距。

得到：

設平均裂縫間距初始值為1 m，經(jīng)迭代計算得到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計要求，得到Ld= 1.026 m。

3.2裂縫寬度

依據(jù)《公路水泥路面設計規(guī)范》附錄D計算裂縫縫隙平均寬度。

計算得到以下結(jié)果：

裂縫縫隙平均寬度滿足設計要求。

3.3鋼筋強度

依據(jù)《公路水泥路面設計規(guī)范》附錄D計算縱向鋼筋應力。

計算得到以下結(jié)果：

縱向鋼筋應力小于鋼筋屈服強度，可以滿足設計要求。

4　瀝青面層設計

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的荷載應力及溫度應力。

根據(jù)相關研究成果［5］，當瀝青厚度小于6 cm時，對CRCP內(nèi)荷載應力影響很??；當瀝青厚度在6～12 cm時，下降較快；當瀝青厚度大于12 cm時，降幅較小。同時，加鋪瀝青面層可減小CRCP的溫度梯度，據(jù)相關研究［6］，當瀝青面層厚度大于4 cm時比較明顯，當厚度大于14 cm時，這種趨勢趨于緩和。同時，考慮到較大的瀝青厚度會產(chǎn)生較大的車轍且會增加工程投資。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。同時考慮防水的要求，對于路面加鋪瀝青層一般至少一層為密級配瀝青。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　端部設計

為避免端部過大的位移對相鄰構(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；另一類屬于滑動類——預留足夠空間滿足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，只能分斷面施工，而地錨梁的實施需要開挖現(xiàn)狀路基較深，對現(xiàn)狀道路交通影響極大，不予推薦。

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

而橋式伸縮縫技術成熟、定型產(chǎn)品，具有安裝方便、耐久性好的優(yōu)點，在國內(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)場連續(xù)配筋路面開放交通已有八個月，根據(jù)現(xiàn)場調(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)合本工程的設計應用，總結(jié)了下述經(jīng)驗：

（1）目前暫行的設計方法仍然是一種“力學經(jīng)驗法”，板厚的設計還是同普通路面，然而根據(jù)國外的相關研究表明，CRCP上方每4 cm瀝青可減薄1 cm水泥混凝土，目前國內(nèi)設計理論仍然偏保守。

（2）CRCP內(nèi)的鋼筋設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，應盡量靠近板頂面。

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

［1］ 邢進.國外連續(xù)配筋路面應用與研究現(xiàn)狀［J］.交通標準化，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)配筋路面設計指南［Z］.

［4］ JTG D40-2011，公路水泥路面設計規(guī)范［S］.

［5］ 劉朝暉.連續(xù)配筋剛?cè)釓秃鲜綖r青路面研究［D］. 湖南長沙：長沙理工大學，2007.

［6］ 張作仁.連續(xù)配筋復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，2010.

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

河北石家莊投資131億元完善交通基礎設施

河北石家莊市2015年計劃投資131億元，用于交通基礎設施建設。

2014年，石家莊市著力提升公路通行能力和路域環(huán)境，全年完成交通投資126.23億元。2015年，該市交通基礎設施建設的主要任務是：高速公路計劃完成投資65.57億元，通車里程52 km；干線公路計劃完成投資30.08億元，建設里程208.2 km，通車里程126 km；農(nóng)村公路計劃完成投資3億元，建設里程400 km；公路養(yǎng)護計劃完成投資4.84億元，完成干線公路大中修25項350 km、橋梁維修加固24座1 517 m；樞紐場站計劃完成投資2.67億元，石家莊公路主樞紐信息指揮中心建成投用；公交都市建設計劃完成投資24.84億元，購置純電動公交車900輛，新建30座港灣式公交站臺，啟動快速公交2號線。

高速公路方面，加快推進在建項目，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；全力推進津石、西阜、平贊、石衡高速公路項目建設。干線公路方面，積極推進太行大街北延、國道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、平涉公路等項目前期工作，力爭早日實施。開工建設南二環(huán)西延、石太高速公路植物園立交橋、東三環(huán)高架、晉州北繞城等項目。完成國道107北、308、南三環(huán)輔道貫通、京港澳高速公路（機場、新樂、藳城、無極、欒城）5條連接線等11條段126 km建設任務。

U416.2

B

1009-7716（2015）05-0029-03

2015-01-09

孫旭（1983-），男，江蘇淮陰人，工程師，從事道路工程設計工作。