配筋路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

摘 要：以銀英公路這一重載交通較大的省道為工程實(shí)例，對(duì)部分路基強(qiáng)度不足路段路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)行了設(shè)計(jì)，分析了路面設(shè)計(jì)方案，對(duì)其路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了討論，得出配筋方案設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：連續(xù)配筋混凝土路面；路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)；配筋方案設(shè)計(jì)

1 工程概況

銀英公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為省道主干線，為改擴(kuò)建道路，是英德市主要干道之一，其建成后對(duì)于其經(jīng)濟(jì)發(fā)展非常重要。道路主要技術(shù)指標(biāo)：（1）道路等級(jí)：四車道二級(jí)公路；（2）計(jì)算行車速度：40公里/小時(shí)；（3）路基、路面寬度：路基寬度17米，路面寬度14米；（4）路面等級(jí)：連續(xù)配筋混凝土高級(jí)路面；（5）設(shè)計(jì)荷載及參數(shù)；自然區(qū)劃：Ⅳ7；設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載：BZZ-100；設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：30年；標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)：5.0×107。

2 路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 路面設(shè)計(jì)方案

我國(guó)規(guī)范規(guī)定：連續(xù)配筋混凝土路面的縱向配筋設(shè)計(jì)要求符合下面三項(xiàng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：

（1）混凝土面層橫向裂縫的平均間距為1.0～2.5m；（2）裂縫最大寬度為1mm；（3）鋼筋的最大拉應(yīng)力不超過(guò)鋼筋的屈服強(qiáng)度。

擬建道路采用強(qiáng)夯法地基處理后采用連續(xù)配筋混凝土路面（簡(jiǎn)稱CRCP）路面方案，路面結(jié)構(gòu)組合：28cm連續(xù)配筋混凝土面層+0.05cm瀝青下封層、基層采用20cm 6.0%水泥穩(wěn)定砂礫基層+16cm 5.5%水泥穩(wěn)定砂礫底基層+15cm級(jí)配碎石墊層+處理路基。配筋方案：布設(shè)單層鋼筋網(wǎng)：縱、橫鋼筋均采用HPB335；縱向鋼筋直徑采用20mm，縱向配筋率采用0.7%；橫向鋼筋直徑采用12mm，鋼筋間距采用70cm；鋼筋采用HPB335螺紋鋼筋；端部采用地梁錨固結(jié)構(gòu)形式。路面結(jié)構(gòu)預(yù)留5m的橫向切縫，切縫寬度達(dá)到3～5mm。

2.2 路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.2.1 路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

針對(duì)銀英公路路面結(jié)構(gòu)建立有限元模型分析路面結(jié)構(gòu)組合的受力情況，依據(jù)設(shè)計(jì)資料路面結(jié)構(gòu)分為四層，各結(jié)構(gòu)層層間連續(xù)。ABAQUS建模參數(shù)：混凝土面板厚度h1=0.28cm，模量E1=30GPa、泊松比μ1=0.15、密度2400kg/m3、導(dǎo)熱系數(shù)1.5W/（m·K）、比熱容0.980KJ/Kg°C；基層厚度h2=20cm、模量E2=1800GPa、泊松比μ2=0.20；底基層厚度h3=16cm、模量E3=1600GPa、泊松比μ3=0.20；墊層厚度h4=15cm、E4=500GPa、泊松比μ4=0.25；土基模量E5=100MPa、泊松比μ5=0.28；縱向鋼筋：配筋率0.7%、直徑d1=20mm、間距a1=20.5cm模量E6=210GPa、泊松比μ6=0.10；橫向鋼筋：直徑d2=12mm；間距a2=70cm、模量E7=210GPa、泊松比μ7=0.10；鋼筋采用HPB335螺紋鋼筋；荷載類型選用BZZ-100單軸雙輪組標(biāo)準(zhǔn)荷載，調(diào)查資料計(jì)算累計(jì)軸載次數(shù)為5.4×107次，依據(jù)規(guī)范可知屬于特重交通，荷載作用最不利荷位處，調(diào)查表明裂縫間距L=5m，裂縫寬度l=5mm；溫度應(yīng)力計(jì)算時(shí)最大溫度梯度值取Tg=90（°C/m）。

由表1計(jì)算結(jié)果可知，依據(jù)公路水泥混凝土路面規(guī)范在行車荷載和溫度梯度綜合作用下，不產(chǎn)生疲勞斷裂作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下組合路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力值臨近路面疲勞破壞的臨界值。在超載20%軸載作用下，路面結(jié)構(gòu)結(jié)合應(yīng)力值超過(guò)路面疲勞破壞的臨界值，路面結(jié)構(gòu)可能發(fā)生破壞。調(diào)查資料顯示銀英公路作用英德市主要干道之一，其交通量大且屬于遞增狀態(tài)，超載情況也存在，路面在使用年限內(nèi)，可能發(fā)生破壞，進(jìn)行路面設(shè)計(jì)時(shí)路面結(jié)構(gòu)應(yīng)有一定的強(qiáng)度儲(chǔ)備，主要從路面結(jié)構(gòu)組合及配筋方面進(jìn)行優(yōu)化。

2.2.2 配筋方案設(shè)計(jì)

合理的配筋設(shè)計(jì)，能夠有效的提高使路面結(jié)構(gòu)形成整體，提高路面受力性能，同時(shí)能夠抑制路面前期裂縫的擴(kuò)展及運(yùn)營(yíng)中新裂縫的產(chǎn)生，使路面行車舒適。銀英公路CRCP路面配筋設(shè)計(jì)依據(jù)公路水泥混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范以裂縫間距及寬度為作為配筋設(shè)計(jì)指標(biāo)，計(jì)算得到其配筋方案：縱向鋼筋配筋率0.7%、直徑d1=20mm，a1=20.5cm；橫向鋼筋直徑d2=12mm、間距a2=70cm；鋼筋采用HPB335螺紋鋼筋；依據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果，對(duì)銀英公路CRCP路面配筋設(shè)計(jì)作如下討論：

（1）依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)軸載及超載20%軸載作用下CRCP路面結(jié)構(gòu)疲勞應(yīng)力計(jì)算結(jié)果可知，在路面使用年限內(nèi)，路面結(jié)構(gòu)可能發(fā)生破壞。除路面結(jié)構(gòu)組合進(jìn)行優(yōu)化外，配筋設(shè)計(jì)優(yōu)化也是重要方面之一。

（2）銀英公路縱向鋼筋直徑采用20mm，且配筋率為0.7%，計(jì)算其鋼筋間距為20.5cm，而橫向鋼筋直徑采用12mm，鋼筋間距為0.7cm；依據(jù)前述結(jié)論，縱、橫向鋼筋形成的鋼筋網(wǎng)間距過(guò)大，減少了鋼筋與混凝土之間的握裹面積，減弱了鋼筋對(duì)混凝土的約束。不利于結(jié)構(gòu)受力。研究表明橫向鋼筋除起支撐作用外，還參與結(jié)構(gòu)受力，橫向鋼筋直徑與縱向鋼筋直徑差距較大，在荷載反復(fù)作用下鋼筋可能會(huì)受力不均勻，在縱、橫鋼筋搭接處會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，易產(chǎn)生新裂縫及擴(kuò)展。

（3）施工資料顯示：CRCP路面施工時(shí)進(jìn)行了預(yù)留切縫，裂縫寬度較大，預(yù)留切縫的處理尤為重要，鋼筋施工時(shí)應(yīng)進(jìn)行防銹處理減少因鋼筋及混凝土的腐蝕，而導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)破壞。

3 結(jié)束語(yǔ)

水泥混凝土路面具有強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、耐久性好等特點(diǎn)。同時(shí)在交通量大、軸載加重及路基不穩(wěn)定等外界不利因素的作用下，水泥混凝土路面板易發(fā)生脆性破壞；銀英公路采用CRCP路段，經(jīng)過(guò)五年多運(yùn)營(yíng)，路面狀況良好。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：劉靜爽（1982，4-），女，廣東普寧人，工程師，研究方向?yàn)楣肪€形設(shè)計(jì)。