沙特國王港項目鋪面結(jié)構(gòu)脹縫設置優(yōu)化

霍夢佳 鞏明鑫 吳宏雷

摘 要：混凝土路面脹縫的設計和施工問題至今仍是制約港區(qū)建設的重要因素，近年來國內(nèi)外不斷研究如何取消脹縫或者優(yōu)化脹縫設置和工藝要求，避免修建和使用過程中出現(xiàn)各類危害及破壞問題。本文就是針對中東地區(qū)國王港項目混凝土鋪面結(jié)構(gòu)設計中脹縫設置及存在的問題進行分析探討，成功優(yōu)化脹縫設置，提高施工便利性和施工效率。

關(guān)鍵詞：中東地區(qū);鋪面結(jié)構(gòu);脹縫設置;優(yōu)化

中圖分類號：TV523 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1006—7973（2021）07-0139-02

隨著國內(nèi)外經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，公路運輸和港區(qū)建設得以迅速發(fā)展。為更好地滿足交通量擴大，超重車載，特重載區(qū)的使用要求，鋼筋混凝土鋪面結(jié)構(gòu)已廣泛應用。但在修建和使用過程中，脹縫如果設置不合理，容易增加施工復雜性，施工效率降低，面層鼓起，斷板等一系列問題，對建設進度和后期的運營維護造成障礙[1]。本文就中東地區(qū)沙特國王港項目的混凝土鋪面結(jié)構(gòu)設計中的脹縫設置進行研討及優(yōu)化。

1設計條件及標準

1.1地基

本項目地基由其他承包商負責施工，在合同文件中，對于各鋪面類型下的地基要求如下：

（1）對于類型 1、2、3、4等重型荷載區(qū)域的鋪面，其下的地基需在場地回填砂經(jīng)振沖施工后在地基表面回填一層碎石覆蓋層并壓實;

（2）對于類型 5、9等其它區(qū)域的鋪面，其下的地基為回填并壓實的砂基，要求鋪面下1.2米范圍內(nèi)的CBR不小于20%，壓實度不小于95%。

1.2設計荷載

根據(jù)各分區(qū)功能、荷載分布，本項目共20種類型鋪面結(jié)構(gòu)，其中類型 2、3A、3B、3C，5、7B、12、13為混凝土鋪面結(jié)構(gòu)。

1.3設計年限

根據(jù)合同要求，本項目鋪面結(jié)構(gòu)設計年限為30年。

1.4場地沉降要求

本工程對于鋪面沉降的要求并未統(tǒng)一，荷載大于10噸每平米的區(qū)域沉降要求小于25毫米，重載區(qū)（350千帕）沉降要求小于75毫米。參考沙特建筑規(guī)范（Saudi Building Code），沉降應小于60毫米，最終確定的本工程鋪面結(jié)構(gòu)的沉降要求為均應小于60毫米。

2原鋪面結(jié)構(gòu)脹縫設計方案

對于混凝土鋪面結(jié)構(gòu)類型2、3A、3B、3C，混凝土面層中不設置縮縫，每6米設置一道脹縫;對于混凝土鋪面結(jié)構(gòu)類型5、7B、12、13，混凝土面層中每6米設置一道縮縫，每12米設置一道脹縫。

3脹縫設置的研究及優(yōu)化

混凝土鋪面中主要有脹縫、縮縫和施工縫。施工縫是因為施工或設計需求分段澆筑形成的接縫;脹縫主要是應對混凝土由于季節(jié)性溫差引起的板塊脹縮和釋放溫度壓應力所設置的縫;縮縫是在大面積混凝土板上設置的收縮縫，其作用是使水泥混凝土板在收縮時不致產(chǎn)生不規(guī)則的裂縫。

3.1脹縫設置優(yōu)化

3.1.1板塊溫度應力計算

本工程地處中東區(qū)域，考慮現(xiàn)場最極限的溫差情況，溫差50度且假定混凝土面層是在當?shù)刈畹蜏氐臅r候施工的，即使用期升溫最多達到50度，那么熱壓應力計算結(jié)果如下：

板塊溫度膨脹變形計算，當脹縫間距是6m時，膨脹變形如下：

當脹縫間距是20m時，膨脹變形如下：

故在最極限情況下，熱壓應力小于混凝土抗壓強度;且當熱壓應力完全釋放時，20米板的膨脹變形為10毫米，小于脹縫寬度20毫米，不會發(fā)生溫度應力引起的破壞。

3.1.2國內(nèi)外對于脹縫布置的研究

根據(jù)國內(nèi)外各類研究表明，脹縫隨時間漸漸閉合，導致附近的縮縫被拉大，致使水和一些不可壓縮物進入到縫中，導致面層鼓起、斷層錯動和大板局部的破壞，考慮到成本、施工復雜性及后續(xù)可能引起的性能問題，脹縫應該盡量少設[2，3]。

國內(nèi)港口工程、道路工程中混凝土鋪面的脹縫間距一般較大，一般設置在緊鄰碼頭結(jié)構(gòu)或其他固定構(gòu)筑物處，或與其他道路相交處，或按照比較大的間距布置脹縫，冬季施工脹縫間距一般在70米左右，春、秋季施工脹縫間距一般在100～150米之間，夏季施工脹縫間距一般不大于200米，脹縫之間布置縮縫，以避免面層表面出現(xiàn)裂紋。

3.1.3脹縫布置對施工效率的影響

另外，過多設置脹縫會降低施工效率，脹縫相鄰板塊不可同時施工，需棋盤式施工，施工中要裝模板、架傳力桿、裝套管，澆筑混凝土24小時后方可拆模板，在脹縫處安裝填縫板后施工澆筑臨近板塊。

綜上所述，本工程原鋼筋混凝土鋪面結(jié)構(gòu)脹縫設置不夠優(yōu)化?？紤]到本工程混凝土鋪面面積非常大，若按照原設計的6米×6米或12米×12米進行棋盤式施工，對施工效率、施工工期的影響極大，且對后期混凝土鋪面結(jié)構(gòu)質(zhì)量會帶來諸多不利影響。經(jīng)過分析，建議加大各混凝土鋪面結(jié)構(gòu)中的脹縫間距。后與設計單位多輪研討，最后統(tǒng)一意見，混凝土鋪面結(jié)構(gòu)類型2、3A、3B、3C的脹縫間距由6米加大至20米，混凝土鋪面結(jié)構(gòu)類型5、7B、12、13的脹縫間距由12米加大至20米。節(jié)約成本的同時，解決了施工復雜性及后續(xù)性能問題，成功優(yōu)化了本項目的鋪面結(jié)構(gòu)設計。

3.2取消脹縫處局部加厚的設計

在原設計方案中，混凝土脹縫兩側(cè)300毫米范圍內(nèi)均做了局部加厚的處理，加厚75毫米。如下圖所示：

這種做法的初衷是加強混凝土板塊的邊緣區(qū)域，但是結(jié)合原設計中過密的脹縫布置，這種脹縫處局部加厚的設計會增加大量額外的材料費用，且在施工中，需在場地大范圍整平壓實后人工采用小型設備開挖并壓實脹縫區(qū)域的地基、基層級配碎石，然后再澆筑面層鋼筋混凝土大板，脹縫區(qū)域的地基、基層的壓實度和CBR指標較難得到保障，施工過程復雜、施工效率低、施工質(zhì)量存在不確定性，與設計單位統(tǒng)一研討后，取消了脹縫處局部加厚的設計。

4結(jié)論

經(jīng)過研究討論，最終優(yōu)化了脹縫設置，混凝土鋪面結(jié)構(gòu)類型2、3A、3B、3C的脹縫間距由6米加大至20米，混凝土鋪面結(jié)構(gòu)類型5、7B、12、13的脹縫間距由12米加大至20米，并成功取消了脹縫處局部加厚的設計。提高了施工便利性和施工效率，有效地降低了成本。

參考文獻：

[1] 周小保，章國珍.水泥混凝土路面脹縫的設計和施工研究[J].江西建設，2000（1）：41-42.

[2] 戴吉獻.混凝土路面脹縫的處置技術(shù)[J].中國公路，2017（7）：104-105.

[3] 張斌.中美規(guī)范港區(qū)水泥混凝土面板接縫設計對比[J].水運工程，2020（5）：254-257.