用于施工臨時道路的裝配式水泥混凝土路面優(yōu)化

孟亞楠，王曉飛，劉 澤

(內(nèi)蒙古科技大學土木工程學院，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

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用于施工臨時道路的裝配式水泥混凝土路面優(yōu)化

孟亞楠，王曉飛，劉 澤

(內(nèi)蒙古科技大學土木工程學院，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

通過調(diào)查研究，分析總結(jié)當前施工臨時道路使用中存在的情況，提出用于施工臨時道路的裝配式水泥混凝土路面使用要求，并對其技術(shù)方案進行擬定。通過數(shù)值模擬，研究分析裝配式水泥混凝土路面板在不同板塊尺寸、不同接縫下的應力特性。根據(jù)分析結(jié)果，提出板塊結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，給出建設(shè)意見。

施工臨時道路;裝配式;水泥混凝土路面;數(shù)值模擬;優(yōu)化

1 緒 論

裝配式水泥混凝土路面是將預制好的小型水泥混凝土面板裝配在基層上的路面，具有以下優(yōu)點：板塊生產(chǎn)質(zhì)量易保證；施工進度快；可重復利用；易于拆換修理。裝配式混凝土路面若用于能最大化體現(xiàn)優(yōu)勢的施工臨時道路，可快速實現(xiàn)工地現(xiàn)場的運輸，節(jié)省工期；竣工拆除后，進行簡單維護后可循環(huán)使用，有助于創(chuàng)建綠色工地，符合當代發(fā)展理念。

2 調(diào)查與分析

2.1 調(diào)查情況總述

通過對泰州市春暉花苑、泰州學院新校區(qū)師生公寓、舊城改造安置區(qū)等11個在建工地的實地調(diào)查分析后，總結(jié)了施工臨時道路的存在問題與調(diào)查分析結(jié)果。本次所調(diào)查的施工臨時施工道路均為素混凝土路面，板塊劃分以長為4～6 m，寬為3～5 m為板塊主要劃分尺寸，板厚以25 cm和20 cm兩種厚度為主。在接縫的設(shè)置上，除個別工地未進行板塊劃分外，其他工地都只設(shè)置了平縫。關(guān)于臨時道路后期重復利用的意向，負責人均表示未有過重復利用的案例，但在技術(shù)成熟、經(jīng)濟可行的條件下十分樂意采用。由此體現(xiàn)了本研究的實際意義。

2.2 病害分析

施工臨時道路上多以東風龍卡或混凝土攪拌車等重型車輛為主要行駛車輛，承受重載交通。調(diào)查發(fā)現(xiàn)臨時道路建設(shè)前期的處理情況較簡單，常見處理方法是路基壓實后加鋪碎石或建筑垃圾，且路基壓實不夠充分，從而導致基層強度不足、表面平整度差和路基的不均勻沉降、穩(wěn)定性差；接縫設(shè)置較簡單，荷載傳遞能力差，在溫度變化的影響下路面板易產(chǎn)生斷裂或拱脹等破壞；排水措施較差，部分道路存在晴天仍然路邊積水的情況，引起水損害的情況較嚴重?？傮w看來，施工臨時道路的施工大多隨意，且并未按相關(guān)設(shè)計與施工規(guī)范進行建設(shè)，這些情況也直接導致了病害的產(chǎn)生。

2.3 施工臨時道路的使用要求

根據(jù)上兩節(jié)的施工臨時道路常見病害的調(diào)查分析，結(jié)合施工臨時道路通行車輛行駛速度不高、重載交通居多、工地施工環(huán)境較惡劣等特點，認為施工臨時道路應滿足以下要求：足夠的強度和剛度、足夠的穩(wěn)定性、足夠的耐久性等。

3 裝配式水泥混凝土路面優(yōu)化方案擬定

3.1 路面結(jié)構(gòu)組合

(1)面層板

結(jié)合各工地的病害情況、相關(guān)規(guī)范要求以及經(jīng)濟性等多方面考慮，建議采用臨時道路中較常見的20 cm厚的混凝土路面板。

(2)基層結(jié)構(gòu)

考慮到為便于工地完工后路面拆除和最大化實現(xiàn)重復利用，以及目前大多工地采用建筑垃圾或者碎石作基層的實際情況，結(jié)合施工臨時道路重載車輛居多、通行量不大的特點，認為可采用級配碎石作為基層材料。

(3)路基結(jié)構(gòu)

路基設(shè)計可參照JTG D30-2015進行,即路床頂面的綜合回彈模量值不得低于60 MPa，路堤上路床及零填和路塹路床的CBR值不低于6%；路堤下路床不得低于4%。

3.2 板塊尺寸與接縫方案擬定

本文采用FLAC3D對路面板在荷載作用下板內(nèi)應力和接縫傳荷進行數(shù)值模擬。建模中，面層材料為混凝土，E取30 000 MPa，μ取0.15；基層材料為級配碎石，E取300 MPa，μ取0.2；壓實地基E取50 MPa，μ取0.3。依據(jù)BZZ-100的規(guī)定，取輪胎接觸壓力p=0.7 MPa作為汽車荷載。將車輪荷載簡化為當量直徑30 cm的圓形均布荷載，在臨界荷位處進行加載。

(1)板塊尺寸優(yōu)化方案

目前具體如何劃分水泥板塊尺寸無統(tǒng)一標準可循。在對裝配式水泥混凝土路面進行板塊劃分時，應結(jié)合規(guī)范、道路的設(shè)計寬度、應力分析結(jié)果和方便吊裝裝配等多個因素去考慮。共設(shè)計了工程中常用的5種邊長分別為：1.5 m、2 m、2.5 m、3 m、3.5 m正方形板塊模型，對板塊平面尺寸和板內(nèi)應力關(guān)系進行分析。

板塊尺寸與板內(nèi)最大X、Y向拉應力的相關(guān)性，分別如圖1、2所示。由圖1、2發(fā)現(xiàn)，不同尺寸板塊的板內(nèi)最大X、Y拉應力差距明顯，邊長為3.5 m的板塊的最大X、Y向拉應力均為最小。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)工地常見運輸車輛多為載重量大的自卸型汽車、半掛車、混凝土攪拌運輸車、混凝土泵車等。對上述車輛的外形尺寸整理匯總發(fā)現(xiàn)，其外形寬度均為2.5 m左右。因此，推薦采用3.5 m×3.5 m的板塊，臨時道路可建成3.5 m或7 m寬，基本滿足工地運輸使用要求。

(2)接縫優(yōu)化方案

提高和保持接縫傳荷能力,是減少混凝土路面病害及提高其整體承載能力的關(guān)鍵，應重視接縫的處理。當裝配式水凝混凝土路面用于臨時道路時，考慮到傳力桿設(shè)置復雜，處理不當會使路面更易破壞，為方便裝配和重復利用，本文建議采用未設(shè)拉桿的梯形企口縫形式。

設(shè)計了9種工程中常用的不同尺寸企口縫，用單因素法分析榫頭長度b和榫頭坡度i分別對接縫傳荷能力的影響。對i進行分析時，固定b為2 cm，i分別為1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6；對b進行分析時，固定i為1∶4，b分別為：1 cm、2 cm、3 cm、4 cm、5 cm。

發(fā)現(xiàn)接縫企口縫尺寸不同，雙板之間的傳荷效果也不同。將板間應力傳遞作為接縫傳荷評價依據(jù)，當b=2 cm時，i為1∶3時的企口縫傳荷效果最好,如圖3所示；當i為1∶4時，b=4 cm時的企口縫傳荷能力最好，如圖4所示。根據(jù)模擬結(jié)果，當企口縫i為1∶4時，b=4 cm時，其傳荷系數(shù)為9種企口縫中最大，施工臨時道路設(shè)計時，建議優(yōu)先采用該種尺寸。

圖1 板塊邊長與板內(nèi)最大X向拉應力關(guān)系圖

圖2 板塊邊長與板內(nèi)最大Y向拉應力關(guān)系圖

圖3 榫頭長度b=2 cm時，榫頭坡度i與接縫傳荷系數(shù)關(guān)系圖

圖4 榫頭坡度i為1∶4時，榫頭長度b與接縫傳荷系數(shù)關(guān)系圖

5 結(jié)束語

(1)路基壓實度不夠、基層材料不符合規(guī)范要求、排水措施不完善、接縫處理簡單、施工時對臨時道路不夠重視等是施工臨時道路路面破壞的主要因素。

(2)本次所研究5種尺寸板塊用于施工臨時道路時，建議優(yōu)先選擇的板塊尺寸。

(3)采用梯形企口縫時，榫頭坡度i為1∶4，榫頭長度b為是本次模擬中傳荷能力最強的企口縫尺寸，條件允許時，建議優(yōu)先選用。

[1] 田志昌, 孟亞楠, 韓育民,等. 裝配式水泥混凝土路面板荷載應力分析與接縫優(yōu)化[J].山東農(nóng)業(yè)大學學報(自然科學版),2016,(7):1642.

[2] 楊泉.農(nóng)村公路水泥混凝土預制塊路面設(shè)計[J].黑龍江交通科技,2007, (9):39.

[3] 胡偉. 水泥混凝土路面三維數(shù)值分析及軸載換算[D]. 成都：西南交通大學，2005.

A dissertation on optimization of prefabricated cement concrete pavement for construction temporary roads

MENG Ya-nan，WANG Xiao-fei，LIU Ze

(College of Civil Engineering,Inner Mongolia University of Science and Technology,Baotou,Ineer Mongolia 014010,China)

Through investigation and study,the existing problems in the use of constructiontemporaryroad at the present are analyzed and summarized,the application requirements of prefabricated cement concrete pavement for construction temporary roads are put forward,and the technical scheme is drawn up.By numerical simulation,the stress characteristics of the prefabricated cement concrete pavement under different plate sizes and different joints are studied and analyzed.According to the analysis results, the optimization scheme of plate structure is put forward, and the construction suggestions are given.

constructiontemporary road; prefabricated; cement concrete pavement; numerical simulation; optimization

2016-09-02

孟亞楠(1993-)，男，江蘇揚州人，碩士研究生，研究方向：道路工程、結(jié)構(gòu)振動控制。

U416.216

C

1008-3383(2017)05-0012-02