基于模擬試驗的預(yù)應(yīng)力混凝土路面設(shè)計與施工

李健華

(廣東省冶金建筑設(shè)計研究院有限公司,廣東 廣州 510030)

普通水泥混凝土路面具有強度高、造價低、夜間行車可視性強、穩(wěn)定性好等特點,但在高壓環(huán)境下時,其承壓能力仍然偏低,存在一定的缺陷[1]。其中,預(yù)應(yīng)力混凝土路面由于閾值不同,其路面板薄而長,不同的受力面可以保證路面均衡且不開裂,日常的維護處理成本也較低,可以更好地保證路面的安全程度[2]。單一的預(yù)應(yīng)力混凝土路面在建設(shè)中容易受到外部環(huán)境及特定因素的影響,如果路面設(shè)計出現(xiàn)誤差,對后續(xù)的建設(shè)會造成很大影響[3]。模擬試驗技術(shù)是一種試驗方式,大致可以劃分為動物模擬試驗和檢材模擬試驗。此次僅使用檢材模擬試驗的方式完成輔助[4]。綜合預(yù)應(yīng)力混凝土路面的建設(shè)需求,采用多階方式安裝加固預(yù)應(yīng)力筋,從而能夠有效避免路面斜向、下沉等問題,確保縱向、橫向各個方向的壓應(yīng)力保持均衡,降低路面出現(xiàn)裂縫的概率[5]。

1 工程概況

采用模擬試驗的方式,對選定的G預(yù)應(yīng)力混凝土路面進行測定與驗證分析。該工程試驗路段全長1 800 m,路面的寬度為10.5 m,結(jié)合實際的建設(shè)施工需求,擬定該路面的初始厚度為18 cm,保護層的側(cè)向厚度為3.2 cm。建設(shè)過程中,應(yīng)采取分段施工方式[6]。共分為5個路段,每一個路段路面情況均不同,要結(jié)合當前的施工要求作出合理整合,再對混凝土路面設(shè)計基礎(chǔ)指標及參數(shù)進行設(shè)定,如表1所示。

表1 混凝土路面設(shè)計施工基礎(chǔ)指標及參數(shù)表

根據(jù)表1,完成對混凝土路面設(shè)計施工基礎(chǔ)指標及參數(shù)的設(shè)置與分析。隨即以此為基礎(chǔ),結(jié)合模擬試驗的限制標準,測定預(yù)應(yīng)力混凝土路面的建設(shè)等級,設(shè)置施工的目標可靠度保證在85%以上,測定計算出混凝土的線膨脹系數(shù),見式(1):

(1)

其中,G為混凝土的線膨脹系數(shù);ε為可靠度系數(shù);m為覆蓋識別范圍;n為堆疊范圍;η為混凝土的容重。將計算得出的線膨脹系數(shù)設(shè)置為施工基準值,完成對測試環(huán)境的搭建,接下來,采用模擬試驗的方式,進行具體測定分析。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土路面設(shè)計分析

在對預(yù)應(yīng)力混凝土路面進行設(shè)計之前,需要對其受力情況及點位進行分析測定。先提取出路面的荷載特性。隨著路面荷載輕重的變化,對路面內(nèi)置的支撐結(jié)構(gòu)會造成一定影響,同樣也是預(yù)應(yīng)力混凝土路面設(shè)計的依據(jù)?？梢韵仍谑┕y定的路面上標定出各個支撐受力點,計算出混凝土受力點的彎拉彈性模量,見式(2):

(2)

其中,D為受力點的彎拉彈性模量;h為回歸系數(shù);d為初始疲勞應(yīng)力;β為單元預(yù)應(yīng)力;y為劃歸區(qū)域;a為加固范圍。結(jié)合上述設(shè)定,完成對受力點彎拉彈性模量的計算。將計算得出的受力點彎拉彈性模量設(shè)置為路面設(shè)計的基準值,再明確受力點的具體位置,同時對支撐結(jié)構(gòu)進行加固處理,預(yù)應(yīng)力混凝土路面支撐加筋結(jié)構(gòu)如圖1所示。

根據(jù)圖1,完成對預(yù)應(yīng)力混凝土路面支撐結(jié)構(gòu)加筋結(jié)構(gòu)的設(shè)計與分析,并以此為基礎(chǔ)對路面支撐加固的位置進行二次維護,最后設(shè)定對應(yīng)路面設(shè)計參數(shù)見表2。

表2 預(yù)應(yīng)力混凝土路面設(shè)計參數(shù)表

根據(jù)表2,完成對預(yù)應(yīng)力混凝土路面設(shè)計參數(shù)的設(shè)置與分析,在加固的預(yù)應(yīng)力筋布置位置設(shè)置監(jiān)測裝置,以便實時開展數(shù)據(jù)及信息的獲取采集。基于上述得出的受力點彎拉彈性模量及加筋結(jié)構(gòu),構(gòu)建路面基礎(chǔ)設(shè)計方案并標定出相應(yīng)設(shè)計點位,為后續(xù)施工建設(shè)提供依據(jù)。

3 設(shè)計預(yù)應(yīng)力混凝土路面施工模擬試驗技術(shù)

3.1 立模及滑動層鋪設(shè)處理

結(jié)合模擬試驗?zāi)Ｊ綄︻A(yù)應(yīng)力混凝土路面施工需求及標準變化進行立模及滑動層鋪設(shè)處理,要確保與基層頂面緊貼并縮小縫隙,保證鋪設(shè)平整,再核查此時頂板接頭處是否穩(wěn)定并設(shè)定試驗數(shù)值,如表3所示。

表3 混凝土路面立模試驗參數(shù)表

根據(jù)表3,完成對混凝土路面立模試驗參數(shù)的設(shè)置,在此基礎(chǔ)上進行滑動層的安裝及定向鋪設(shè)。其中,滑動層的設(shè)置必須保持在路面基層頂面,以便降低路面壓力及出現(xiàn)裂縫的概率。要確?；鶎訜o凹坑并將路面清掃干凈,調(diào)整砂層鋪撒的厚度為6.5 mm～12.5 mm,在立模上鋪設(shè)聚乙烯塑料薄膜,待黏合之后提高整體的防滲水能力,避免滑動層材料的散失。

3.2 預(yù)應(yīng)力損失比測定及路面鋼筋加固

預(yù)應(yīng)力混凝土路面的加固處理涉及加工拉桿、預(yù)應(yīng)力鋼筋以及構(gòu)造鋼筋等的安裝設(shè)置。首先,可以檢查預(yù)應(yīng)力鋼筋的數(shù)量、規(guī)格是否處于最佳狀態(tài),顯示無誤差之后,再使用設(shè)備進行切割處理,保持鋼筋自身的直度。如果顯示彎曲度過大則表示不適用,可以適當剔除。通過在基礎(chǔ)混凝土路面中分兩層設(shè)置,在縱向鋼筋外設(shè)置20 cm 的間隔距離,并同時安裝關(guān)聯(lián)的箍筋。結(jié)合模擬試驗技術(shù)測定出預(yù)應(yīng)力的損失范圍波動比,一般應(yīng)控制在2.5～3.5之間為最佳,最后將箍筋用細鐵絲捆綁在縱向結(jié)構(gòu)上,從而測定計算出預(yù)應(yīng)力筋的布設(shè)角度,見式(3):

(3)

其中,P為預(yù)應(yīng)力筋布設(shè)角度;λ為跨度寬度;ω為單元值;q為預(yù)應(yīng)力筋的數(shù)量;δ為縱向夾角;R為區(qū)域間距。結(jié)合上述得出的預(yù)應(yīng)力筋布設(shè)角度,進行加固鋼筋的布設(shè),在交叉位置上間隔放置支撐鋼筋架并進行校直,再用扎絲綁扎緊固后即完成基礎(chǔ)布置。

3.3 多層級攤鋪處理及張拉預(yù)應(yīng)力筋

完成對預(yù)應(yīng)力損失比測定及路面鋼筋加固之后,接下來,對路面進行攤鋪處理、養(yǎng)護及張拉預(yù)應(yīng)力筋。先將支撐點進行密集排振,通過拉桿實現(xiàn)路面內(nèi)置結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)性安裝,再以此為基礎(chǔ)進行切縫處理。在攤鋪前要對路面進行灑水潤濕作業(yè)并測定計算出坍落度,保持其處于合理范圍后,即可測定計算出路面試件的抗壓抗折強度,采用模擬試驗的方式,計算出松鋪系數(shù)為1.25～1.38,坍落度為12 mm～45 mm的拌合物。

針對標定的位置進行振搗,設(shè)置時間應(yīng)控制在12 s～35 s 之間為宜,再進行張拉預(yù)應(yīng)力筋處理。要將初始預(yù)應(yīng)力施加到混凝土模板之上,盡量消除摩擦約束出現(xiàn)的拉應(yīng)力,并測定實時的張拉控制應(yīng)力為1 366 MPa,平均抗壓強度為135 MPa,路面設(shè)計的強度控制在75%即可。再結(jié)合模擬試驗技術(shù),進行第二次的張拉處理,卸荷處理的同時進行錨固施工,把加固的夾片錨分別布設(shè)在預(yù)應(yīng)力混凝土路面的兩側(cè),路肩上設(shè)置張拉預(yù)應(yīng)力筋,實現(xiàn)基礎(chǔ)性加固處理。

3.4 封錨與伸縮縫處理實現(xiàn)施工

完成對攤鋪處理及張拉預(yù)應(yīng)力筋之后對其進行封錨處理,應(yīng)及時對伸縮縫進行填充以完成施工。預(yù)應(yīng)力張筋處理之后,應(yīng)結(jié)合模擬試驗技術(shù),利用設(shè)備切除長預(yù)應(yīng)力筋,將錨索封閉在路的兩側(cè)并切斷鋼絞線,在夾片錨具外設(shè)置輔助的限制施工防護結(jié)構(gòu),完成封錨處理。再采用澆筑的方式對伸縮縫進行填充,具體如圖2所示。

根據(jù)圖2,完成對伸縮縫填充的處理。這樣的形式可以進一步強化預(yù)應(yīng)力混凝土路面的建設(shè)施工強度,也可以消除施工過程中的問題。

4 工程施工結(jié)果分析

完成對上述的測定施工之后,應(yīng)結(jié)合模擬試驗技術(shù)對選定的5個路段依次開展路面承壓值測定分析,測試結(jié)果對比分析如表4所示。

表4 測試結(jié)果對比分析表

根據(jù)表4完成對測試結(jié)果的分析,5個路段路面最終得出的受壓承載力均可以達到350 MPa以上,說明在模擬試驗技術(shù)支持下,路面設(shè)計與施工效果都得到明顯提升,具有實際應(yīng)用價值。

5 結(jié)語

綜上所述,完成對基于模擬試驗的預(yù)應(yīng)力混凝土路面設(shè)計與施工技術(shù)的分析研究。與初始的預(yù)應(yīng)力混凝土路面施工形式相比對,此次結(jié)合模擬試驗技術(shù),所設(shè)計的施工結(jié)構(gòu)具有更強的針對性與穩(wěn)定性,在路面承載力計算、路面承壓效果測定以及路面病害的控制等方面都取得了一定效果,大大提升日常車輛運行的安全性及舒適度,在面對復(fù)雜的施工環(huán)境時,還可以強化混凝土路面的承重能力,增加對各個位置預(yù)應(yīng)力的均衡控制,在保證道路運行通暢的基礎(chǔ)上,更提升了預(yù)應(yīng)力混凝土路面的質(zhì)量。