斜向預(yù)應(yīng)力混凝土復(fù)合式路面預(yù)防橋頭跳車技術(shù)

韓 微 微

(西安公路研究院,陜西 西安 710065)

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斜向預(yù)應(yīng)力混凝土復(fù)合式路面預(yù)防橋頭跳車技術(shù)

韓 微 微

(西安公路研究院,陜西 西安 710065)

介紹了斜向預(yù)應(yīng)力混凝土路面基層的技術(shù)優(yōu)勢，并結(jié)合工程實(shí)例，闡述了斜向預(yù)應(yīng)力混凝土復(fù)合式路面設(shè)計(jì)方案，指出采用該路面能使橋梁與路面之間形成剛性過渡，緩解由于差異沉降引起的橋頭跳車問題。

斜向預(yù)應(yīng)力，復(fù)合式路面，橋頭跳車，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，公路修建里程不斷增加，道路等級不斷提高，橋梁、涵洞、通道、隧道、立交等公路構(gòu)造物所占的比重也越來越大，從目前已投入使用的高等級公路來看，存在一些不盡如人意之處，例如間距只有數(shù)十米甚至更短的橋梁構(gòu)造物之間的段落，若按照設(shè)計(jì)鋪筑上、中、下面層，往往在分層壓實(shí)時(shí)會造成壓路機(jī)距橋臺過近，造成壓實(shí)度不足等問題，從而導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)耐久性差，達(dá)不到設(shè)計(jì)使用壽命。因此，復(fù)合式路面在這個(gè)背景下應(yīng)運(yùn)而生。但是根據(jù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀來看，普通水泥混凝土—瀝青混凝土復(fù)合式路面(PCC-AC)和碾壓混凝土—瀝青混凝土復(fù)合式路面(RCC-AC)由于水泥板有切縫，引起表面瀝青層反射裂縫較多；其次，普通水泥混凝土路或碾壓混凝土路面與橋梁的銜接處一般設(shè)置橋頭搭板，但是短路基兩端差異沉降由于較普通路段大，橋頭搭板緩解能力有限。因此，我們提出了一種斜向預(yù)應(yīng)力混凝土復(fù)合式路面預(yù)防橋頭跳車的新技術(shù)。

1 斜向預(yù)應(yīng)力混凝土路面基層的技術(shù)優(yōu)勢

斜向預(yù)應(yīng)力混凝土路面是在水泥混凝土路面內(nèi)對稱布置“兩層斜向預(yù)應(yīng)力筋”，斜向布筋是指將預(yù)應(yīng)力筋沿路面縱向旋轉(zhuǎn)一個(gè)傾角布置，使其在路面長度和寬度方向均產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，路面在較長范圍內(nèi)不設(shè)置接縫，這樣可以解決普通水泥混凝土路面由于接縫產(chǎn)生的損害現(xiàn)象，提高路面使用性能、有效延長水泥混凝土路面的使用壽命，如圖1所示。

與水泥穩(wěn)定碎石、二灰穩(wěn)定碎石等半剛性基層相比，斜向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)層存在以下優(yōu)勢：

1)混凝土不需要壓實(shí)，對于施工條件要求不高，可減少由于基層壓實(shí)不足或不均勻?qū)е碌牟町惓两底冃危约坝纱艘鹈鎸邮芰Σ痪a(chǎn)生的損壞現(xiàn)象；

2)斜向預(yù)應(yīng)力混凝土剛度大，可與路基兩端的橋梁等結(jié)構(gòu)物良好銜接，起到類似“橋頭搭板”的作用；

3)斜向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)層承載力高，耐久性好，對路基、底基層等結(jié)構(gòu)層的要求相對較低。

因此，斜向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)層適宜代替普通半剛性基層，作為短路基路面的主要承重層。

2 斜向預(yù)應(yīng)力混凝土復(fù)合式路面設(shè)計(jì)方案

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

本次試驗(yàn)路段是將斜向預(yù)應(yīng)力水泥混凝土路面應(yīng)用于咸陽至淳化至旬邑高速公路復(fù)合路面，該路段原設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)形式為：

上面層：4 cm AC-13(SBS改性瀝青)細(xì)粒式瀝青混凝土;中面層：6 cm AC-20(SBS改性瀝青)中粒式瀝青混凝土;下面層：12 cm粗粒式瀝青碎石ATB-30;封層：SBS改性熱瀝青碎石封層(不計(jì)厚度);基層：36 cm水泥穩(wěn)定碎石;底基層：18 cm二灰碎石。

結(jié)合原路面的設(shè)計(jì)方案，在保持路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總厚度不變的基礎(chǔ)上，通過對斜向預(yù)應(yīng)力混凝土路面進(jìn)行ANSYS有限元建模，對荷載應(yīng)力、溫度應(yīng)力等進(jìn)行分析，如圖2,圖3所示。

通過ANSYS有限元力學(xué)分析，最終確定各結(jié)構(gòu)層類型及厚度如下所示：

上面層：4 cm AC-13(SBS改性瀝青)細(xì)粒式瀝青混凝土;中面層：6 cm AC-20(SBS改性瀝青)中粒式瀝青混凝土;面層：20 cm斜向無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力水泥混凝土路面;滑動層：細(xì)砂+聚乙烯薄膜(不計(jì)厚度);基層：28 cm貧水泥混凝土;底基層：18 cm二灰碎石。

試驗(yàn)路將斜向預(yù)應(yīng)力混凝土直接作為基層，替代瀝青下面層及部分上基層，厚度為24 cm，寬度10.83 m。試驗(yàn)段樁號為K44+370～K44+397.5,K44+370～K44+408.5,K76+738～K76+843,K74+198～K74+520.5共4段，長度分別為27.5 m,38.5 m,105 m,322.5 m。前三個(gè)長度的推廣試驗(yàn)段作為橋梁之間的短路基基層，主要為了預(yù)防高速公路路面短路基基層反射裂縫，避免瀝青混凝土路面出現(xiàn)車轍和橋頭跳車現(xiàn)象，提高瀝青路面的使用性能，同時(shí)可以提高路面承載力，延長路面的使用壽命。322.5 m長度的推廣試驗(yàn)段除了與短路基的共同作用外還主要考慮到盡量減少結(jié)構(gòu)物之間高填方路段的病害，也是斜向預(yù)應(yīng)力水泥混凝土路面作為較長基層的首次試驗(yàn)嘗試。試驗(yàn)路施工照片如圖4所示。

2.2 斜向預(yù)應(yīng)力混凝土路面與橋梁銜接設(shè)計(jì)方案

斜向預(yù)應(yīng)力混凝土基層位于兩個(gè)剛性結(jié)構(gòu)物之間，其板端處將原設(shè)計(jì)的橋頭搭板去掉，將斜向預(yù)應(yīng)力混凝土基層設(shè)置于背墻上或與背墻通過植筋的方式相連，目的是為了使斜向預(yù)應(yīng)力混凝土基層與墻背形成一個(gè)整體，減少差異性沉降的影響。設(shè)置方式有兩種。

1)對于墻標(biāo)高高于混凝土基層，與瀝青路面中面層的底標(biāo)高一致，應(yīng)在向短路基一側(cè)的背墻上每隔30 cm距離植入25的圓鋼，布置于中部。圓鋼長度為40 cm，伸入到背墻中15 cm，預(yù)留在斜向預(yù)應(yīng)力混凝土基層里長度為25 cm，如圖5a)所示，并且應(yīng)用PVC管將預(yù)留在斜向預(yù)應(yīng)力混凝土基層中的圓鋼套住，防止斜向預(yù)應(yīng)力混凝土將背墻拉裂。

2)對于背墻還未做好的情況下，可將斜向預(yù)應(yīng)力混凝土基層直接伸長到背墻上，如圖5b)所示，使斜向預(yù)應(yīng)力基層與橋梁共用一條伸縮縫，取消了基層與背墻之間的接縫，既能更好起到過渡的作用，又能減少由于接縫存在而產(chǎn)生的次生病害。

3 結(jié)語

從咸旬高速公路應(yīng)用效果來看，斜向預(yù)應(yīng)力混凝土復(fù)合式路面使用效果良好，路面尚未出現(xiàn)明顯裂縫病害。采用斜向預(yù)應(yīng)力混凝土復(fù)合式路面能使橋梁與路面之間形成剛性過渡，從而緩解由于差異沉降引起的橋頭跳車，同時(shí)又能防止基層裂縫反射到瀝青面層上，大幅度提高橋頭行車安全性和舒適性。

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Research on the technology of composite pavement structure with inclined prestressed concrete to prevent bumping at bridge head

Han Weiwei

(Xi’anHighwayResearchInstitute,Xi’an710065,China)

This paper introduced the technical advantages of oblique pre-stressed concrete pavement layer, and combining with the engineering examples, elaborated the design scheme of oblique pre-stressed concrete composite pavement, pointed out using the pavement could produce rigid transition between bridge and pavement, alleviated the bridge bump problems caused by differential settlement.

oblique pre-stress, composite pavement, bridge bump, structural design

1009-6825(2017)10-0147-03

2017-01-21

韓微微(1984- )，女，碩士，工程師

U416.2

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