斜向預(yù)應(yīng)力混凝土復(fù)合式路面預(yù)防橋頭跳車技術(shù)

韓 微 微

(西安公路研究院,陜西 西安 710065)

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斜向預(yù)應(yīng)力混凝土復(fù)合式路面預(yù)防橋頭跳車技術(shù)

韓 微 微

(西安公路研究院,陜西 西安 710065)

介紹了斜向預(yù)應(yīng)力混凝土路面基層的技術(shù)優(yōu)勢，并結(jié)合工程實例，闡述了斜向預(yù)應(yīng)力混凝土復(fù)合式路面設(shè)計方案，指出采用該路面能使橋梁與路面之間形成剛性過渡，緩解由于差異沉降引起的橋頭跳車問題。

斜向預(yù)應(yīng)力，復(fù)合式路面，橋頭跳車，結(jié)構(gòu)設(shè)計

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，公路修建里程不斷增加，道路等級不斷提高，橋梁、涵洞、通道、隧道、立交等公路構(gòu)造物所占的比重也越來越大，從目前已投入使用的高等級公路來看，存在一些不盡如人意之處，例如間距只有數(shù)十米甚至更短的橋梁構(gòu)造物之間的段落，若按照設(shè)計鋪筑上、中、下面層，往往在分層壓實時會造成壓路機(jī)距橋臺過近，造成壓實度不足等問題，從而導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)耐久性差，達(dá)不到設(shè)計使用壽命。因此，復(fù)合式路面在這個背景下應(yīng)運(yùn)而生。但是根據(jù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀來看，普通水泥混凝土—瀝青混凝土復(fù)合式路面(PCC-AC)和碾壓混凝土—瀝青混凝土復(fù)合式路面(RCC-AC)由于水泥板有切縫，引起表面瀝青層反射裂縫較多；其次，普通水泥混凝土路或碾壓混凝土路面與橋梁的銜接處一般設(shè)置橋頭搭板，但是短路基兩端差異沉降由于較普通路段大，橋頭搭板緩解能力有限。因此，我們提出了一種斜向預(yù)應(yīng)力混凝土復(fù)合式路面預(yù)防橋頭跳車的新技術(shù)。

1 斜向預(yù)應(yīng)力混凝土路面基層的技術(shù)優(yōu)勢

斜向預(yù)應(yīng)力混凝土路面是在水泥混凝土路面內(nèi)對稱布置“兩層斜向預(yù)應(yīng)力筋”，斜向布筋是指將預(yù)應(yīng)力筋沿路面縱向旋轉(zhuǎn)一個傾角布置，使其在路面長度和寬度方向均產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，路面在較長范圍內(nèi)不設(shè)置接縫，這樣可以解決普通水泥混凝土路面由于接縫產(chǎn)生的損害現(xiàn)象，提高路面使用性能、有效延長水泥混凝土路面的使用壽命，如圖1所示。

與水泥穩(wěn)定碎石、二灰穩(wěn)定碎石等半剛性基層相比，斜向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)層存在以下優(yōu)勢：

1)混凝土不需要壓實，對于施工條件要求不高，可減少由于基層壓實不足或不均勻?qū)е碌牟町惓两底冃?，以及由此引起面層受力不均產(chǎn)生的損壞現(xiàn)象；

2)斜向預(yù)應(yīng)力混凝土剛度大，可與路基兩端的橋梁等結(jié)構(gòu)物良好銜接，起到類似“橋頭搭板”的作用；

3)斜向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)層承載力高，耐久性好，對路基、底基層等結(jié)構(gòu)層的要求相對較低。

因此，斜向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)層適宜代替普通半剛性基層，作為短路基路面的主要承重層。

2 斜向預(yù)應(yīng)力混凝土復(fù)合式路面設(shè)計方案

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

本次試驗路段是將斜向預(yù)應(yīng)力水泥混凝土路面應(yīng)用于咸陽至淳化至旬邑高速公路復(fù)合路面，該路段原設(shè)計路面結(jié)構(gòu)形式為：

上面層：4 cm AC-13(SBS改性瀝青)細(xì)粒式瀝青混凝土;中面層：6 cm AC-20(SBS改性瀝青)中粒式瀝青混凝土;下面層：12 cm粗粒式瀝青碎石ATB-30;封層：SBS改性熱瀝青碎石封層(不計厚度);基層：36 cm水泥穩(wěn)定碎石;底基層：18 cm二灰碎石。

結(jié)合原路面的設(shè)計方案，在保持路面結(jié)構(gòu)設(shè)計總厚度不變的基礎(chǔ)上，通過對斜向預(yù)應(yīng)力混凝土路面進(jìn)行ANSYS有限元建模，對荷載應(yīng)力、溫度應(yīng)力等進(jìn)行分析，如圖2,圖3所示。

通過ANSYS有限元力學(xué)分析，最終確定各結(jié)構(gòu)層類型及厚度如下所示：

上面層：4 cm AC-13(SBS改性瀝青)細(xì)粒式瀝青混凝土;中面層：6 cm AC-20(SBS改性瀝青)中粒式瀝青混凝土;面層：20 cm斜向無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力水泥混凝土路面;滑動層：細(xì)砂+聚乙烯薄膜(不計厚度);基層：28 cm貧水泥混凝土;底基層：18 cm二灰碎石。

試驗路將斜向預(yù)應(yīng)力混凝土直接作為基層，替代瀝青下面層及部分上基層，厚度為24 cm，寬度10.83 m。試驗段樁號為K44+370～K44+397.5,K44+370～K44+408.5,K76+738～K76+843,K74+198～K74+520.5共4段，長度分別為27.5 m,38.5 m,105 m,322.5 m。前三個長度的推廣試驗段作為橋梁之間的短路基基層，主要為了預(yù)防高速公路路面短路基基層反射裂縫，避免瀝青混凝土路面出現(xiàn)車轍和橋頭跳車現(xiàn)象，提高瀝青路面的使用性能，同時可以提高路面承載力，延長路面的使用壽命。322.5 m長度的推廣試驗段除了與短路基的共同作用外還主要考慮到盡量減少結(jié)構(gòu)物之間高填方路段的病害，也是斜向預(yù)應(yīng)力水泥混凝土路面作為較長基層的首次試驗嘗試。試驗路施工照片如圖4所示。

2.2 斜向預(yù)應(yīng)力混凝土路面與橋梁銜接設(shè)計方案

斜向預(yù)應(yīng)力混凝土基層位于兩個剛性結(jié)構(gòu)物之間，其板端處將原設(shè)計的橋頭搭板去掉，將斜向預(yù)應(yīng)力混凝土基層設(shè)置于背墻上或與背墻通過植筋的方式相連，目的是為了使斜向預(yù)應(yīng)力混凝土基層與墻背形成一個整體，減少差異性沉降的影響。設(shè)置方式有兩種。

1)對于墻標(biāo)高高于混凝土基層，與瀝青路面中面層的底標(biāo)高一致，應(yīng)在向短路基一側(cè)的背墻上每隔30 cm距離植入25的圓鋼，布置于中部。圓鋼長度為40 cm，伸入到背墻中15 cm，預(yù)留在斜向預(yù)應(yīng)力混凝土基層里長度為25 cm，如圖5a)所示，并且應(yīng)用PVC管將預(yù)留在斜向預(yù)應(yīng)力混凝土基層中的圓鋼套住，防止斜向預(yù)應(yīng)力混凝土將背墻拉裂。

2)對于背墻還未做好的情況下，可將斜向預(yù)應(yīng)力混凝土基層直接伸長到背墻上，如圖5b)所示，使斜向預(yù)應(yīng)力基層與橋梁共用一條伸縮縫，取消了基層與背墻之間的接縫，既能更好起到過渡的作用，又能減少由于接縫存在而產(chǎn)生的次生病害。

3 結(jié)語

從咸旬高速公路應(yīng)用效果來看，斜向預(yù)應(yīng)力混凝土復(fù)合式路面使用效果良好，路面尚未出現(xiàn)明顯裂縫病害。采用斜向預(yù)應(yīng)力混凝土復(fù)合式路面能使橋梁與路面之間形成剛性過渡，從而緩解由于差異沉降引起的橋頭跳車，同時又能防止基層裂縫反射到瀝青面層上，大幅度提高橋頭行車安全性和舒適性。

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Research on the technology of composite pavement structure with inclined prestressed concrete to prevent bumping at bridge head

Han Weiwei

(Xi’anHighwayResearchInstitute,Xi’an710065,China)

This paper introduced the technical advantages of oblique pre-stressed concrete pavement layer, and combining with the engineering examples, elaborated the design scheme of oblique pre-stressed concrete composite pavement, pointed out using the pavement could produce rigid transition between bridge and pavement, alleviated the bridge bump problems caused by differential settlement.

oblique pre-stress, composite pavement, bridge bump, structural design

1009-6825(2017)10-0147-03

2017-01-21

韓微微(1984- )，女，碩士，工程師

U416.2

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