關于農村公路聯鎖塊形式及鋪筑方法研究探討

2010-03-20 08:56:40孫曉紅周奎中

黑龍江交通科技 2010年6期

孫曉紅,王勝,周奎中

(1.黑龍江省公路勘察設計院;2.呼蘭養路總段;3.哈爾濱三榮科技開發有限公司)

1 混凝土聯鎖塊形式分析

1.1 聯鎖塊塊體厚度分析

表1是用有限元方法計算了不同厚度的塊體底部脫空時,在輪載接觸壓力為0.7MPa時,所受到的最大彎拉應力。塊的平面尺寸10cm×20cm,塊厚度分別采用4cm、6cm、8cm、10cm和12cm。

通過上面的計算,可以看到只要塊厚大于和等于 6cm,即使在塊體脫空的狀況下,塊體的最大彎拉應力也很小,足以達到水泥混凝土的抗彎拉強度要求。但在實際在車行道上應用的聯鎖塊,很少有使用6cm的聯鎖塊,這主要是考慮到聯鎖塊制作生產的質量變異性,個別聯鎖塊體的抗彎拉強度達不到要求的混凝土抗彎拉強度。聯鎖塊的生產一般為廠內預制加工,厚度采用 2cm的遞增單位,所以對于農村公路的聯鎖塊路面本文也推薦使用8cm、10cm和12cm厚的聯鎖塊。

表1 不同厚度聯鎖塊底部脫空在標準軸載作用下的最大彎拉應力

1.2 聯鎖塊塊體平面尺寸的分析

為分析不同的塊體尺寸在車輛荷載作用下產生的荷載應力,采用有限元法計算分析了不同平面尺寸的塊體底部脫空時,在標準軸載作用下的最大彎拉應力,如表 2,計算塊體采用矩形塊,厚度10cm。

表2 不同平面尺寸聯鎖塊底部脫空時在標準軸載作用下的最大彎拉應力

圖1 不同平面尺寸聯鎖塊底部脫空時在標準軸載作用下的最大彎拉應力

將表 2中數據繪制成圖 1,從中可以看對于三種寬度類型聯鎖塊,塊體的最大彎拉應力在塊長度小于 20cm時,變化較小,而當塊長度超過 20cm時,最大彎拉應力開始增長。所以塊體長度不宜小于20cm,因為當小于20cm時,塊體的彎拉應力變化很小,但鋪筑相同的面積需要更多的連鎖塊,從加工制作上和施工上都是不經濟的,并且沒有起到減小聯鎖塊內彎拉應力的效果。當然塊體的長度也不宜過大,雖然從上面的計算中可以看出當塊長不超過50cm時,就可以滿足彎拉強度要求,但聯鎖塊的鋪筑還要考慮施工效率的問題,塊體不宜太重,據實際的施工經驗,塊體的重量為 4～6kg的時候聯鎖塊鋪筑的效率最高。聯鎖塊塊體的重量如表 3。

表3 聯鎖塊不同規格重量表

根據表中的數據,可以看出聯鎖塊的平面尺寸在 10cm ×20cm時,重量在4～6kg范圍。同時考慮到采用矩形塊比正方形塊能夠有更有利的鋪筑方式,尤其長寬比為 1∶2時可進行人字式鋪砌,使塊之間的嵌鎖作用更好,路面的整體性提高。而且當采用曲邊的異形塊時,能夠更多的提高聯鎖塊間的嵌鎖作用。

所以認為農村公路聯鎖塊路面使用的塊體應采用平面尺寸為:寬度為 10～12cm,長寬比為1∶2的矩形塊或外輪廓為此尺寸的異形塊。

2 農村公路聯鎖塊路面鋪筑形式

2.1 聯鎖塊塊體形狀選擇

根據對聯鎖塊尺寸的分析,在農村公路聯鎖塊路面中,聯鎖塊的形狀建議采用如表 4中形式。形式 1和 2聯鎖塊為雙面嵌鎖,應優先考慮采用,該形狀的塊體可以采用順塊式和人字式兩種鋪砌方式;形式3和 4聯鎖塊的形式為單面嵌鎖,只能采用順塊式鋪砌的方式,在不具備廠內預制異形塊的條件時,可以在現場制作矩形塊,進行鋪筑。形式 6聯鎖塊實際上是形式 1兩個塊體組合的變體形式,這樣的聯鎖塊形式能夠加快鋪筑速度,路面整體性也較好。在有廠內預制條件的情況下,也建議使用,但這樣的塊體對基層的沉降變形的適應能力較差。

表4 農村公路聯鎖塊塊體形式

2.2 聯鎖塊鋪砌方式

不同的聯鎖塊鋪砌方式對路面結構的性能有一定的影響,澳大利亞發現人字式鋪砌的鋪面,在行車荷載作用下產生的永久變形深度較小,而平行的順塊式鋪砌方式永久變形深度較大,尤其當塊體的長邊與行車方向平行而不是垂直時,永久變形深度更大。可見人字式的鋪砌方式更為有利,并且隨著“人”字的方向不同,鋪面的性能也略有差異;當人字的“人”正對著行車方向如圖 2(a)時,即塊體的長邊與行車方向成 45°角時最為理想。研究發現平行順塊式鋪筑和人字式鋪筑之間也并無顯著的區別,當施加的荷載集度大于0.3MPa時,人字式鋪砌方式表現了略好的荷載擴散能力。