用于施工臨時(shí)道路的裝配式水泥混凝土路面優(yōu)化

孟亞楠，王曉飛，劉 澤

(內(nèi)蒙古科技大學(xué)土木工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

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用于施工臨時(shí)道路的裝配式水泥混凝土路面優(yōu)化

孟亞楠，王曉飛，劉 澤

(內(nèi)蒙古科技大學(xué)土木工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

通過(guò)調(diào)查研究，分析總結(jié)當(dāng)前施工臨時(shí)道路使用中存在的情況，提出用于施工臨時(shí)道路的裝配式水泥混凝土路面使用要求，并對(duì)其技術(shù)方案進(jìn)行擬定。通過(guò)數(shù)值模擬，研究分析裝配式水泥混凝土路面板在不同板塊尺寸、不同接縫下的應(yīng)力特性。根據(jù)分析結(jié)果，提出板塊結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，給出建設(shè)意見(jiàn)。

施工臨時(shí)道路;裝配式;水泥混凝土路面;數(shù)值模擬;優(yōu)化

1 緒 論

裝配式水泥混凝土路面是將預(yù)制好的小型水泥混凝土面板裝配在基層上的路面，具有以下優(yōu)點(diǎn)：板塊生產(chǎn)質(zhì)量易保證；施工進(jìn)度快；可重復(fù)利用；易于拆換修理。裝配式混凝土路面若用于能最大化體現(xiàn)優(yōu)勢(shì)的施工臨時(shí)道路，可快速實(shí)現(xiàn)工地現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)輸，節(jié)省工期；竣工拆除后，進(jìn)行簡(jiǎn)單維護(hù)后可循環(huán)使用，有助于創(chuàng)建綠色工地，符合當(dāng)代發(fā)展理念。

2 調(diào)查與分析

2.1 調(diào)查情況總述

通過(guò)對(duì)泰州市春暉花苑、泰州學(xué)院新校區(qū)師生公寓、舊城改造安置區(qū)等11個(gè)在建工地的實(shí)地調(diào)查分析后，總結(jié)了施工臨時(shí)道路的存在問(wèn)題與調(diào)查分析結(jié)果。本次所調(diào)查的施工臨時(shí)施工道路均為素混凝土路面，板塊劃分以長(zhǎng)為4～6 m，寬為3～5 m為板塊主要?jiǎng)澐殖叽纾搴褚?5 cm和20 cm兩種厚度為主。在接縫的設(shè)置上，除個(gè)別工地未進(jìn)行板塊劃分外，其他工地都只設(shè)置了平縫。關(guān)于臨時(shí)道路后期重復(fù)利用的意向，負(fù)責(zé)人均表示未有過(guò)重復(fù)利用的案例，但在技術(shù)成熟、經(jīng)濟(jì)可行的條件下十分樂(lè)意采用。由此體現(xiàn)了本研究的實(shí)際意義。

2.2 病害分析

施工臨時(shí)道路上多以東風(fēng)龍卡或混凝土攪拌車(chē)等重型車(chē)輛為主要行駛車(chē)輛，承受重載交通。調(diào)查發(fā)現(xiàn)臨時(shí)道路建設(shè)前期的處理情況較簡(jiǎn)單，常見(jiàn)處理方法是路基壓實(shí)后加鋪碎石或建筑垃圾，且路基壓實(shí)不夠充分，從而導(dǎo)致基層強(qiáng)度不足、表面平整度差和路基的不均勻沉降、穩(wěn)定性差；接縫設(shè)置較簡(jiǎn)單，荷載傳遞能力差，在溫度變化的影響下路面板易產(chǎn)生斷裂或拱脹等破壞；排水措施較差，部分道路存在晴天仍然路邊積水的情況，引起水損害的情況較嚴(yán)重。總體看來(lái)，施工臨時(shí)道路的施工大多隨意，且并未按相關(guān)設(shè)計(jì)與施工規(guī)范進(jìn)行建設(shè)，這些情況也直接導(dǎo)致了病害的產(chǎn)生。

2.3 施工臨時(shí)道路的使用要求

根據(jù)上兩節(jié)的施工臨時(shí)道路常見(jiàn)病害的調(diào)查分析，結(jié)合施工臨時(shí)道路通行車(chē)輛行駛速度不高、重載交通居多、工地施工環(huán)境較惡劣等特點(diǎn)，認(rèn)為施工臨時(shí)道路應(yīng)滿(mǎn)足以下要求：足夠的強(qiáng)度和剛度、足夠的穩(wěn)定性、足夠的耐久性等。

3 裝配式水泥混凝土路面優(yōu)化方案擬定

3.1 路面結(jié)構(gòu)組合

(1)面層板

結(jié)合各工地的病害情況、相關(guān)規(guī)范要求以及經(jīng)濟(jì)性等多方面考慮，建議采用臨時(shí)道路中較常見(jiàn)的20 cm厚的混凝土路面板。

(2)基層結(jié)構(gòu)

考慮到為便于工地完工后路面拆除和最大化實(shí)現(xiàn)重復(fù)利用，以及目前大多工地采用建筑垃圾或者碎石作基層的實(shí)際情況，結(jié)合施工臨時(shí)道路重載車(chē)輛居多、通行量不大的特點(diǎn)，認(rèn)為可采用級(jí)配碎石作為基層材料。

(3)路基結(jié)構(gòu)

路基設(shè)計(jì)可參照J(rèn)TG D30-2015進(jìn)行,即路床頂面的綜合回彈模量值不得低于60 MPa，路堤上路床及零填和路塹路床的CBR值不低于6%；路堤下路床不得低于4%。

3.2 板塊尺寸與接縫方案擬定

本文采用FLAC3D對(duì)路面板在荷載作用下板內(nèi)應(yīng)力和接縫傳荷進(jìn)行數(shù)值模擬。建模中，面層材料為混凝土，E取30 000 MPa，μ取0.15；基層材料為級(jí)配碎石，E取300 MPa，μ取0.2；壓實(shí)地基E取50 MPa，μ取0.3。依據(jù)BZZ-100的規(guī)定，取輪胎接觸壓力p=0.7 MPa作為汽車(chē)荷載。將車(chē)輪荷載簡(jiǎn)化為當(dāng)量直徑30 cm的圓形均布荷載，在臨界荷位處進(jìn)行加載。

(1)板塊尺寸優(yōu)化方案

目前具體如何劃分水泥板塊尺寸無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)可循。在對(duì)裝配式水泥混凝土路面進(jìn)行板塊劃分時(shí)，應(yīng)結(jié)合規(guī)范、道路的設(shè)計(jì)寬度、應(yīng)力分析結(jié)果和方便吊裝裝配等多個(gè)因素去考慮。共設(shè)計(jì)了工程中常用的5種邊長(zhǎng)分別為：1.5 m、2 m、2.5 m、3 m、3.5 m正方形板塊模型，對(duì)板塊平面尺寸和板內(nèi)應(yīng)力關(guān)系進(jìn)行分析。

板塊尺寸與板內(nèi)最大X、Y向拉應(yīng)力的相關(guān)性，分別如圖1、2所示。由圖1、2發(fā)現(xiàn)，不同尺寸板塊的板內(nèi)最大X、Y拉應(yīng)力差距明顯，邊長(zhǎng)為3.5 m的板塊的最大X、Y向拉應(yīng)力均為最小。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)工地常見(jiàn)運(yùn)輸車(chē)輛多為載重量大的自卸型汽車(chē)、半掛車(chē)、混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)、混凝土泵車(chē)等。對(duì)上述車(chē)輛的外形尺寸整理匯總發(fā)現(xiàn)，其外形寬度均為2.5 m左右。因此，推薦采用3.5 m×3.5 m的板塊，臨時(shí)道路可建成3.5 m或7 m寬，基本滿(mǎn)足工地運(yùn)輸使用要求。

(2)接縫優(yōu)化方案

提高和保持接縫傳荷能力,是減少混凝土路面病害及提高其整體承載能力的關(guān)鍵，應(yīng)重視接縫的處理。當(dāng)裝配式水凝混凝土路面用于臨時(shí)道路時(shí)，考慮到傳力桿設(shè)置復(fù)雜，處理不當(dāng)會(huì)使路面更易破壞，為方便裝配和重復(fù)利用，本文建議采用未設(shè)拉桿的梯形企口縫形式。

設(shè)計(jì)了9種工程中常用的不同尺寸企口縫，用單因素法分析榫頭長(zhǎng)度b和榫頭坡度i分別對(duì)接縫傳荷能力的影響。對(duì)i進(jìn)行分析時(shí)，固定b為2 cm，i分別為1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6；對(duì)b進(jìn)行分析時(shí)，固定i為1∶4，b分別為：1 cm、2 cm、3 cm、4 cm、5 cm。

發(fā)現(xiàn)接縫企口縫尺寸不同，雙板之間的傳荷效果也不同。將板間應(yīng)力傳遞作為接縫傳荷評(píng)價(jià)依據(jù)，當(dāng)b=2 cm時(shí)，i為1∶3時(shí)的企口縫傳荷效果最好,如圖3所示；當(dāng)i為1∶4時(shí)，b=4 cm時(shí)的企口縫傳荷能力最好，如圖4所示。根據(jù)模擬結(jié)果，當(dāng)企口縫i為1∶4時(shí)，b=4 cm時(shí)，其傳荷系數(shù)為9種企口縫中最大，施工臨時(shí)道路設(shè)計(jì)時(shí)，建議優(yōu)先采用該種尺寸。

圖1 板塊邊長(zhǎng)與板內(nèi)最大X向拉應(yīng)力關(guān)系圖

圖2 板塊邊長(zhǎng)與板內(nèi)最大Y向拉應(yīng)力關(guān)系圖

圖3 榫頭長(zhǎng)度b=2 cm時(shí)，榫頭坡度i與接縫傳荷系數(shù)關(guān)系圖

圖4 榫頭坡度i為1∶4時(shí)，榫頭長(zhǎng)度b與接縫傳荷系數(shù)關(guān)系圖

5 結(jié)束語(yǔ)

(1)路基壓實(shí)度不夠、基層材料不符合規(guī)范要求、排水措施不完善、接縫處理簡(jiǎn)單、施工時(shí)對(duì)臨時(shí)道路不夠重視等是施工臨時(shí)道路路面破壞的主要因素。

(2)本次所研究5種尺寸板塊用于施工臨時(shí)道路時(shí)，建議優(yōu)先選擇的板塊尺寸。

(3)采用梯形企口縫時(shí)，榫頭坡度i為1∶4，榫頭長(zhǎng)度b為是本次模擬中傳荷能力最強(qiáng)的企口縫尺寸，條件允許時(shí)，建議優(yōu)先選用。

[1] 田志昌, 孟亞楠, 韓育民,等. 裝配式水泥混凝土路面板荷載應(yīng)力分析與接縫優(yōu)化[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2016,(7):1642.

[2] 楊泉.農(nóng)村公路水泥混凝土預(yù)制塊路面設(shè)計(jì)[J].黑龍江交通科技,2007, (9):39.

[3] 胡偉. 水泥混凝土路面三維數(shù)值分析及軸載換算[D]. 成都：西南交通大學(xué)，2005.

A dissertation on optimization of prefabricated cement concrete pavement for construction temporary roads

MENG Ya-nan，WANG Xiao-fei，LIU Ze

(College of Civil Engineering,Inner Mongolia University of Science and Technology,Baotou,Ineer Mongolia 014010,China)

Through investigation and study,the existing problems in the use of constructiontemporaryroad at the present are analyzed and summarized,the application requirements of prefabricated cement concrete pavement for construction temporary roads are put forward,and the technical scheme is drawn up.By numerical simulation,the stress characteristics of the prefabricated cement concrete pavement under different plate sizes and different joints are studied and analyzed.According to the analysis results, the optimization scheme of plate structure is put forward, and the construction suggestions are given.

constructiontemporary road; prefabricated; cement concrete pavement; numerical simulation; optimization

2016-09-02

孟亞楠(1993-)，男，江蘇揚(yáng)州人，碩士研究生，研究方向：道路工程、結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制。

U416.216

C

1008-3383(2017)05-0012-02