連續(xù)配筋混凝土道面研究現(xiàn)狀綜述

王春光 王建武 劉翔翔

（空軍勤務(wù)學(xué)院， 江蘇 徐州 221000）

連續(xù)配筋混凝土道面研究現(xiàn)狀綜述

王春光 王建武 劉翔翔

（空軍勤務(wù)學(xué)院， 江蘇 徐州 221000）

介紹了連續(xù)配筋混凝土道面的作用機(jī)理，連續(xù)配筋混凝土道面國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀，從裂縫、面層厚度設(shè)計(jì)、鋼筋設(shè)計(jì)三個(gè)方面總結(jié)了國(guó)內(nèi)外連續(xù)配筋混凝土道面研究現(xiàn)狀，對(duì)連續(xù)配筋混凝土道面在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

0 引言

目前我國(guó)國(guó)內(nèi)的大部分機(jī)場(chǎng)采用的是傳統(tǒng)的水泥混凝土道面，由于傳統(tǒng)的水泥混凝土道面易受溫度變化的影響，容易出現(xiàn)裂縫。有些水泥混凝土道面設(shè)置了接縫。雖然接縫能夠緩解由于溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)力，但這給機(jī)場(chǎng)后期的管理和維護(hù)帶來(lái)了諸多的問(wèn)題。在混凝土道面中添加連續(xù)的鋼筋為解決這種問(wèn)題提出了一種新的思路。

1 連續(xù)配筋混凝土道面的作用機(jī)理

連續(xù)配筋混凝土道面是指在面層的縱向方向上添加連續(xù)分布的鋼筋，來(lái)約束道面混凝土由于收縮而出現(xiàn)的橫向裂縫，并且在面層的橫向方向上布置連續(xù)的鋼筋對(duì)結(jié)構(gòu)起到支撐作用。在道面的使用過(guò)程中，由于混凝土自身的特性以及鋼筋限制溫縮引起的體積變化，道面的面層會(huì)不可避免的出現(xiàn)裂縫，而鋼筋能有效的約束混凝土體積的變化，并承擔(dān)由于體積變化產(chǎn)生的應(yīng)力。由于鋼筋的約束，道面各個(gè)裂縫的寬度較小而不會(huì)破壞道面的整體性，使得道面具有較高的使用壽命。

2 國(guó)內(nèi)外連續(xù)配筋混凝土道面研究現(xiàn)狀

國(guó)外對(duì)連續(xù)配筋混凝土道面的研究主要是美國(guó)居多，研究人員對(duì)連續(xù)配筋混凝土道面做了深入細(xì)致地研究，分析研究在外界荷載和環(huán)境作用下道面的破壞機(jī)理，得到了諸多關(guān)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、面層厚度設(shè)計(jì)、裂縫控制、應(yīng)力分析及配筋設(shè)計(jì)等理論成果。國(guó)內(nèi)目前主要采用有限元分析、理論分析并結(jié)合相關(guān)試驗(yàn)路調(diào)查研究的方法，對(duì)溫度應(yīng)力、荷載應(yīng)力、面層結(jié)構(gòu)、裂縫的開(kāi)裂以及發(fā)展、道面使用壽命評(píng)價(jià)方法、配筋方式以及鋼筋防護(hù)以及道面檢測(cè)維修等方面進(jìn)行研究。

2.1 裂縫研究現(xiàn)狀

連續(xù)配筋混凝土道面由于混凝土自身的干縮、溫縮以及縱向鋼筋的約束作用，道面面層中會(huì)不可避免地產(chǎn)生橫向裂縫。B.F.McCullough觀測(cè)發(fā)現(xiàn)面層早期出現(xiàn)的裂縫寬度要大于投入使用后產(chǎn)生的裂縫，這在一定程度上提高了裂縫寬度的變異性。Kohler通過(guò)整理多年調(diào)查數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)裂縫寬度服從威布爾（Weibull）分布。Zollinger則指出道面在投入使用前產(chǎn)生的橫向裂縫主要是因?yàn)橥饨绛h(huán)境的不斷變化而產(chǎn)生的。Zollinger也發(fā)現(xiàn)部分縱向鋼筋銹蝕使其有效截面縮小，鋼筋應(yīng)力大于屈服強(qiáng)度引起鋼筋斷裂，這樣會(huì)使橫向裂縫寬度增大。

連續(xù)配筋混凝土道面中配置的縱向配筋約束面層混凝土的變形，控制裂縫的開(kāi)裂發(fā)展，并把裂縫寬度限定在1mm以內(nèi)，并且保證了其傳荷系數(shù)達(dá)到95%以上。但是，隨后由于混凝土自身的干縮應(yīng)力、溫度變化引起的溫度應(yīng)力、車輛飛機(jī)的荷載應(yīng)力以及外界環(huán)境的波動(dòng)影響，使裂縫寬度得不到有效控制，裂縫處的混凝土開(kāi)始出現(xiàn)剝落現(xiàn)象。裂縫寬度變大以及出現(xiàn)剝落以后，隨之也會(huì)產(chǎn)生滲水破壞面層下方的基層和土基，從而產(chǎn)生脫空造成板底受力不均勻，在荷載應(yīng)力循環(huán)往復(fù)作用下，尤其在重載交通情況下，道面的橫向拉應(yīng)力逐漸變大，于是會(huì)出現(xiàn)縱向裂縫，最終道面發(fā)生沖斷破壞。因此，道面產(chǎn)生縱向裂縫是引起沖斷破壞的最直接原因，而沖斷破壞是連續(xù)配筋混凝土道面較為普遍的破壞形式。另外，Roesler等研究人員長(zhǎng)期跟蹤研究伊利諾伊州的連續(xù)配筋混凝土道面，并分析縱向裂縫產(chǎn)生的原因，發(fā)現(xiàn)縱向裂縫的產(chǎn)生往往是沿著面層內(nèi)部的縱向鋼筋，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這主要是由工人在施工時(shí)候不恰當(dāng)做法導(dǎo)致了鋼筋在面層內(nèi)下沉，而并不是因?yàn)殇摻钿P蝕達(dá)到屈服強(qiáng)度斷裂或結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理造成的。

2.2 面層厚度設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀

對(duì)于面層厚度設(shè)計(jì)，國(guó)外早期的設(shè)計(jì)認(rèn)為道面面層內(nèi)縱向鋼筋承擔(dān)了車輛、飛機(jī)對(duì)道面作用而引起的部分荷載，因此在設(shè)計(jì)時(shí)減小了板的厚度。但是通過(guò)對(duì)已建連續(xù)配筋混凝土道面長(zhǎng)期的觀察發(fā)現(xiàn)，在部分交通路段尤其是重交通路段道面損壞比較嚴(yán)重。B.F.McCullough通過(guò)研究認(rèn)為在進(jìn)行板厚設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取與普通接縫式水泥混凝土道面相同的計(jì)算原則，唯一存在的差別在于相比普通水泥混凝土道面，連續(xù)配筋混凝土道面在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)允許采用較小的傳荷系數(shù)。La Coureiere等研究人員認(rèn)為較大的板厚可以降低沖斷破壞，提高道面的整體平整度。美國(guó)的《力學(xué)-經(jīng)驗(yàn)法公路設(shè)計(jì)指南》中板厚設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確與否需要依賴于地質(zhì)情況、交通量的大小、施工條件和其它的設(shè)計(jì)因素。

國(guó)內(nèi)板厚設(shè)計(jì)依據(jù)我國(guó)設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D40-2011)所規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)，規(guī)范認(rèn)為板厚設(shè)計(jì)可以參考一般的混凝土道面設(shè)計(jì)方式，即板厚的確定是指在荷載應(yīng)力和溫度梯度應(yīng)力循環(huán)作用下，板底開(kāi)始出現(xiàn)疲勞斷裂作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)建立了連續(xù)配筋混凝土路面ANSYS有限元模型，分析裂縫開(kāi)展?fàn)顟B(tài)、鋼筋配筋率、面板尺寸等結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)道面荷載應(yīng)力和翹曲應(yīng)力的影響，以此為基礎(chǔ)對(duì)面層混凝土進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。

2.3 鋼筋設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀

鋼筋的配置主要目的就是控制裂縫的產(chǎn)生及發(fā)展，而面層中的鋼筋并不起到承擔(dān)荷載的作用。美國(guó)現(xiàn)行的連續(xù)配筋混凝土道面設(shè)計(jì)主要依據(jù)AASHTO2002設(shè)計(jì)規(guī)范，該規(guī)范的主要設(shè)計(jì)指標(biāo)包括：平整度、沖斷破壞以及裂縫開(kāi)展。鋼筋的設(shè)計(jì)則由裂縫的間距與寬度和鋼筋的屈服強(qiáng)度所決定，在規(guī)范中配筋計(jì)算公式是通過(guò)理論分析并且結(jié)合試驗(yàn)路段調(diào)查研究得出的經(jīng)驗(yàn)公式，由該公式可以得出裂縫寬度是裂縫間距的函數(shù)，裂縫寬度與鋼筋應(yīng)力之間成線性關(guān)系。

國(guó)內(nèi)現(xiàn)行的設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D40-2011）中給出了鋼筋應(yīng)力的計(jì)算公式，在配筋設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循以下4個(gè)要求：

（1）裂縫間距：一方面為了減少剝落，裂縫間距不能大于2.4米，另一方面降低沖斷破壞的產(chǎn)生，間距最小為1.1米，所以在設(shè)計(jì)中裂縫間距理想的控制范圍是1.1～2.4米；

（2）裂縫寬度：主要是防止剝落和滲水，最理想的寬度大約是0.5～0.7毫米，但是最大不宜大于1毫米；

（3）鋼筋應(yīng)力：極限應(yīng)力一般取值鋼筋的極限拉伸強(qiáng)度75%左右。

（4）縱向鋼筋：選材一般采用螺紋鋼筋，直徑控制在 12～20毫米范圍內(nèi)，同時(shí)為了不影響施工，相鄰鋼筋距離一般在100～250毫米范圍內(nèi)，在配筋時(shí)在方便施工的前提下采取小直徑多根數(shù)的原則。

3 結(jié)語(yǔ)

普通混凝土道面在技術(shù)、施工、使用上存在許多問(wèn)題，為了解決這些問(wèn)題，連續(xù)配筋混凝土道面必然會(huì)在機(jī)場(chǎng)道面以及公路建設(shè)中得到更加廣泛的應(yīng)用。對(duì)比國(guó)內(nèi)外配筋設(shè)計(jì)方法發(fā)現(xiàn)：目前國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)規(guī)范主要考慮了裂縫的間距、寬度和鋼筋應(yīng)力，沒(méi)有考慮到各路面參數(shù)隨著道面使用時(shí)間增長(zhǎng)而引起的變化，也沒(méi)有充分考慮施工工藝對(duì)路面使用性能的影響。因此，研究路面參數(shù)隨時(shí)間增長(zhǎng)的變化規(guī)律以及如何改進(jìn)施工工藝，是需要我們研究的重點(diǎn)。

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U416

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1007-6344（2017）09-0309-01

王春光，中國(guó)人民解放軍空軍勤務(wù)學(xué)院，碩士研究生