混凝土聯(lián)鎖塊路面運用現(xiàn)狀研究

卓玉川 徐小華

摘要:結合混凝土聯(lián)鎖塊路面的研究現(xiàn)狀,對聯(lián)鎖塊路面的運用做了一個概述,為以后聯(lián)鎖塊路面的使用提供參考。

關鍵詞:聯(lián)鎖塊路面;結構;設計方法

中圖分類號:TU522.3

文獻標識碼:A

文章編號:16723198(2009)20030501お

混凝土砌塊路面包括普通混凝土砌塊、混凝土聯(lián)鎖塊。聯(lián)鎖塊路面在1950年代首先由歐洲人發(fā)明,于1980年代中期傳入中國。它具有價格低廉、鋪筑方便、施工速度快、抗滑和抗溫度變形性能好、維修量少、可重復使用等特點,可應用于人行道、車行道、公園小道、停車場等地方。

1塊體材料鋪筑路面歷史

人類采用塊體材料鋪筑路面已有悠久的歷史。在歷史不斷演變的過程中,同時期用于制作塊體的材料和工藝都不相同。按照材料類型主要有木塊、磚塊、塊石和混凝土塊四種。

1.1磚塊路面

磚塊路面是使用歷史最悠久的一種路面,據(jù)考證已經(jīng)有5000多年的歷史。磚塊沒有經(jīng)過高溫釉化處理,耐久性差,容易損壞和磨損。 先是使用天然瀝青作為粘結劑,荷蘭、美國進行過增強路面強度的嘗試,即在接縫處放置縱向和橫向鋼筋交并用砂漿澆固。磚塊路面的有效壽命不到20年。

1.2塊石路面

石塊路面的使用歷史也很長。由于這類路面很不平整,所以到19世紀,開始使用花崗巖、玄武巖或石灰?guī)r鋪筑路面。到了20世紀,人們已有通常的方法來填封石塊之間的縫隙。最初使用的填縫料是水泥或水泥砂漿,但這種方法需要關閉交通,且會增加行車噪聲。

1.3木塊路面

從19世紀初葉開始,為了減少石塊路面與車輛、馬蹄鐵的碰撞而產(chǎn)生的噪聲,木塊就經(jīng)常被作為石塊的代用物而被用于路面鋪筑。木塊路面雖可降低噪音,但因其吸收水分,易潮濕,并且潮濕后容易滑溜,故這種路面現(xiàn)在已幾乎不用了。

1.4混凝土砌塊路面

混凝土砌塊路面建設成本低、施工操作簡單,施工不受季節(jié)影響,可即時開放交通,養(yǎng)護成本低,養(yǎng)護方便。

2國外研究情況

國外關于聯(lián)鎖塊路面的研究始于1965年,但直到1970年代中期以后才進行了較多的試驗工作,其中英國Knapton和澳大利亞Shackel的研究最有代表性。1976-1980年,Knapton等進行了室內(nèi)、外足尺試驗;1977-1982年,Shackel等進行了大量的現(xiàn)場觀測,并進行了重車模擬試驗和少量的集裝箱荷載作用下的破壞試驗,評價了基層材料類型對路面性能的影響。此外,荷蘭、日本和新西蘭等國的研究者也進行了試驗研究。這些研究在時間、空間上的跨度差別較大,試驗條件各不相同,但仍得出了許多一致的結論,都推動了聯(lián)鎖塊鋪面的發(fā)展。

3聯(lián)鎖塊路面的優(yōu)點

(1) 從行人荷載到集裝箱荷載,能承受的荷載范圍很大,對水平剪切的抗力強。適用于交通繁重、轉彎頻繁區(qū)域的鋪面。

(2) 有利于保護環(huán)境。路面鋪設采用工廠化生產(chǎn)的預制塊,現(xiàn)場鋪設,減少施工現(xiàn)場揚塵,有利于保護周邊環(huán)境,提高施工速度。

(3) 適應自然環(huán)境。采用小塊鋪設,具有聯(lián)鎖功能,塊與塊之間采用細砂填充,因此具有剛性表面、柔性聯(lián)接、獨特的抗變形功能,尤其適用于變形較大的柔性地基。

(4) 具有呼吸功能。下雨時,路面積水可以迅速滲入地下,保持地下水位,而天氣炎熱時,又可以蒸發(fā)回大氣中,使空氣保持一定濕度,有利于土壤和植被的保護。

(5) 保障行人與車輛安全。聯(lián)鎖塊的毛面具有一定的粗糙度且耐磨耗,具有較理想的摩擦力,能保證行人、行車安全。

(6) 路面不會因車輛滴漏汽油、柴油和潤滑油而損壞。

(7) 塊型組合可形成豐富多彩的圖案,色彩亮麗、典雅、易融于周邊環(huán)境,使環(huán)境更和諧。但是,這種路面在性能上的缺點是表面接縫多,平整度不宜控制,不適應于高速行車。

4聯(lián)鎖塊路面的結構形式

聯(lián)鎖塊路面的結構層主要由四個層次:聯(lián)鎖塊層、墊砂層、基層和路基。其中聯(lián)鎖塊層是區(qū)別于其它路面的結構的主要層次。鋪面是由一塊長度一般為200-250mm,寬度200-25mm的混凝土塊拼裝聯(lián)鎖鋪裝而成。在塊體的形狀以及鋪筑方式上,國外做了大量的研究表明,異形塊的嵌鎖性能通常比矩形塊好,四邊嵌鎖的塊體,其性能優(yōu)于兩邊嵌鎖的塊體,鋪筑方式方面,人字形鋪砌的路面性能優(yōu)于順塊鋪砌的鋪面。在行車荷載作用下,塊體不是單獨的承受荷載,而是相互聯(lián)鎖地作為一個整體擴散荷載。典型結構基層和路基與一般瀝青路面沒有什么區(qū)別,瀝青路面中所用的基層材料在塊料路面中都可以使用。基層下可設墊層,要求同瀝青路面。對于聯(lián)鎖塊路面的表面特性包括抗滑性能、鋪面噪聲和鋪面的滲水性能的研究。

5聯(lián)鎖塊鋪面的結構設計方法

5.1CBR設計法

為了簡單起見,早期許多機構制定的聯(lián)鎖塊路面設計均采用CBR方法,這是對柔性路面CBR設計方法進行了某種程度的修改,使之適用于聯(lián)鎖塊路面結構的結果。

5.2基于彈性層理論的設計方法

這種方法基本沿襲了瀝青路面的設計方法,只是在面層地力學參數(shù)上加以修正。英國Knapton等根據(jù)早期關于聯(lián)鎖塊室內(nèi)試驗結果分析,認為“聯(lián)鎖塊層+墊砂層”的荷載擴散能力與16cm厚的瀝青混凝土層相當。因此,在設計時,采用16cm厚的瀝青混凝土層代替“聯(lián)鎖塊層+墊砂層”。由于聯(lián)鎖塊路面的車轍累計規(guī)律與瀝青路面的規(guī)律不同,此后Knapton又提出了新的算法,即將聯(lián)鎖塊和墊層的等效模量假設為900Mpa,采用彈性層理論進行分析,并使用經(jīng)驗關系預估路面的永久變形。

澳大利亞 Shaekel認為,聯(lián)鎖塊路面的唯一設計指標是車轍,根據(jù)試驗結果,建立了基層厚度(S)與要求的車轍深度(R)、塊體厚度(B)的關系:

log(S)=3.477-0.69log(B)-0.699log(R),該關系式只適用于荷載接觸壓力為600kpa和路基CBR大于66的場合。

5.3基于有限元分析的設計方法

荷蘭將聯(lián)鎖塊層看作剛體與接縫的集合體,在進行有限元分析和大量試驗的基礎上,提出了以車轍深度為指標的聯(lián)鎖塊鋪面設計方法。考慮到隨著荷載作用次數(shù)n的增加,面層的荷載擴散能力增強,故采用修正的瀝青路面模型進行聯(lián)鎖塊路面的永久變形預估。

我國在1985—1986年期間,在同濟大學第一次進行了聯(lián)鎖塊路面方面的試驗研究。作者曾于1984—1985年和1991—1992年進行了兩次室內(nèi)足尺承載板試驗和兩次現(xiàn)場承載試驗,試圖弄清鋪面的承載特點。根據(jù)試驗的結果,本文分析塊體間接縫的力學特性和聯(lián)鎖塊層擴散荷載的原理,提出承載力判別準則和表示方法,為建立聯(lián)鎖塊鋪面結構的設計方法提供了理論基礎。

6結語

凝土砌塊路面是從最古老的石塊路面發(fā)展起來的,與目前使用的其他路面相比,最大優(yōu)勢在于它是一種隨時可方便拆卸的“活”路面,是剛性材料做成的柔性路面。聯(lián)鎖塊路面使用壽命長,并且路面的壽命主要由路面結構的基層、底基層和路基性能來決定,而不是由塊體本身所決定。當路面的需要翻修時,90%-95%的塊體可以重新使用,這使得路面的翻修費用大大降低?；炷疗鰤K路面不需要層層加鋪改建建設成本低、施工操作簡單,施工不受季節(jié)影響,可即時開放交通,養(yǎng)護成本低,養(yǎng)護方便?；炷疗鰤K路面可就地取材,節(jié)約資源,帶動地方經(jīng)濟發(fā)展。