沙特國王港項目鋪面結構脹縫設置優化

霍夢佳 鞏明鑫 吳宏雷

摘 要：混凝土路面脹縫的設計和施工問題至今仍是制約港區建設的重要因素，近年來國內外不斷研究如何取消脹縫或者優化脹縫設置和工藝要求，避免修建和使用過程中出現各類危害及破壞問題。本文就是針對中東地區國王港項目混凝土鋪面結構設計中脹縫設置及存在的問題進行分析探討，成功優化脹縫設置，提高施工便利性和施工效率。

關鍵詞：中東地區;鋪面結構;脹縫設置;優化

中圖分類號：TV523 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1006—7973（2021）07-0139-02

隨著國內外經濟的持續發展，公路運輸和港區建設得以迅速發展。為更好地滿足交通量擴大，超重車載，特重載區的使用要求，鋼筋混凝土鋪面結構已廣泛應用。但在修建和使用過程中，脹縫如果設置不合理，容易增加施工復雜性，施工效率降低，面層鼓起，斷板等一系列問題，對建設進度和后期的運營維護造成障礙[1]。本文就中東地區沙特國王港項目的混凝土鋪面結構設計中的脹縫設置進行研討及優化。

1設計條件及標準

1.1地基

本項目地基由其他承包商負責施工，在合同文件中，對于各鋪面類型下的地基要求如下：

（1）對于類型 1、2、3、4等重型荷載區域的鋪面，其下的地基需在場地回填砂經振沖施工后在地基表面回填一層碎石覆蓋層并壓實;

（2）對于類型 5、9等其它區域的鋪面，其下的地基為回填并壓實的砂基，要求鋪面下1.2米范圍內的CBR不小于20%，壓實度不小于95%。

1.2設計荷載

根據各分區功能、荷載分布，本項目共20種類型鋪面結構，其中類型 2、3A、3B、3C，5、7B、12、13為混凝土鋪面結構。

1.3設計年限

根據合同要求，本項目鋪面結構設計年限為30年。

1.4場地沉降要求

本工程對于鋪面沉降的要求并未統一，荷載大于10噸每平米的區域沉降要求小于25毫米，重載區（350千帕）沉降要求小于75毫米。參考沙特建筑規范（Saudi Building Code），沉降應小于60毫米，最終確定的本工程鋪面結構的沉降要求為均應小于60毫米。

2原鋪面結構脹縫設計方案

對于混凝土鋪面結構類型2、3A、3B、3C，混凝土面層中不設置縮縫，每6米設置一道脹縫;對于混凝土鋪面結構類型5、7B、12、13，混凝土面層中每6米設置一道縮縫，每12米設置一道脹縫。

3脹縫設置的研究及優化

混凝土鋪面中主要有脹縫、縮縫和施工縫。施工縫是因為施工或設計需求分段澆筑形成的接縫;脹縫主要是應對混凝土由于季節性溫差引起的板塊脹縮和釋放溫度壓應力所設置的縫;縮縫是在大面積混凝土板上設置的收縮縫，其作用是使水泥混凝土板在收縮時不致產生不規則的裂縫。

3.1脹縫設置優化

3.1.1板塊溫度應力計算

本工程地處中東區域，考慮現場最極限的溫差情況，溫差50度且假定混凝土面層是在當地最低溫的時候施工的，即使用期升溫最多達到50度，那么熱壓應力計算結果如下：

板塊溫度膨脹變形計算，當脹縫間距是6m時，膨脹變形如下：

當脹縫間距是20m時，膨脹變形如下：

故在最極限情況下，熱壓應力小于混凝土抗壓強度;且當熱壓應力完全釋放時，20米板的膨脹變形為10毫米，小于脹縫寬度20毫米，不會發生溫度應力引起的破壞。

3.1.2國內外對于脹縫布置的研究

根據國內外各類研究表明，脹縫隨時間漸漸閉合，導致附近的縮縫被拉大，致使水和一些不可壓縮物進入到縫中，導致面層鼓起、斷層錯動和大板局部的破壞，考慮到成本、施工復雜性及后續可能引起的性能問題，脹縫應該盡量少設[2，3]。

國內港口工程、道路工程中混凝土鋪面的脹縫間距一般較大，一般設置在緊鄰碼頭結構或其他固定構筑物處，或與其他道路相交處，或按照比較大的間距布置脹縫，冬季施工脹縫間距一般在70米左右，春、秋季施工脹縫間距一般在100～150米之間，夏季施工脹縫間距一般不大于200米，脹縫之間布置縮縫，以避免面層表面出現裂紋。

3.1.3脹縫布置對施工效率的影響

另外，過多設置脹縫會降低施工效率，脹縫相鄰板塊不可同時施工，需棋盤式施工，施工中要裝模板、架傳力桿、裝套管，澆筑混凝土24小時后方可拆模板，在脹縫處安裝填縫板后施工澆筑臨近板塊。

綜上所述，本工程原鋼筋混凝土鋪面結構脹縫設置不夠優化?？紤]到本工程混凝土鋪面面積非常大，若按照原設計的6米×6米或12米×12米進行棋盤式施工，對施工效率、施工工期的影響極大，且對后期混凝土鋪面結構質量會帶來諸多不利影響。經過分析，建議加大各混凝土鋪面結構中的脹縫間距。后與設計單位多輪研討，最后統一意見，混凝土鋪面結構類型2、3A、3B、3C的脹縫間距由6米加大至20米，混凝土鋪面結構類型5、7B、12、13的脹縫間距由12米加大至20米。節約成本的同時，解決了施工復雜性及后續性能問題，成功優化了本項目的鋪面結構設計。

3.2取消脹縫處局部加厚的設計

在原設計方案中，混凝土脹縫兩側300毫米范圍內均做了局部加厚的處理，加厚75毫米。如下圖所示：

這種做法的初衷是加強混凝土板塊的邊緣區域，但是結合原設計中過密的脹縫布置，這種脹縫處局部加厚的設計會增加大量額外的材料費用，且在施工中，需在場地大范圍整平壓實后人工采用小型設備開挖并壓實脹縫區域的地基、基層級配碎石，然后再澆筑面層鋼筋混凝土大板，脹縫區域的地基、基層的壓實度和CBR指標較難得到保障，施工過程復雜、施工效率低、施工質量存在不確定性，與設計單位統一研討后，取消了脹縫處局部加厚的設計。

4結論

經過研究討論，最終優化了脹縫設置，混凝土鋪面結構類型2、3A、3B、3C的脹縫間距由6米加大至20米，混凝土鋪面結構類型5、7B、12、13的脹縫間距由12米加大至20米，并成功取消了脹縫處局部加厚的設計。提高了施工便利性和施工效率，有效地降低了成本。

參考文獻：

[1] 周小保，章國珍.水泥混凝土路面脹縫的設計和施工研究[J].江西建設，2000（1）：41-42.

[2] 戴吉獻.混凝土路面脹縫的處置技術[J].中國公路，2017（7）：104-105.

[3] 張斌.中美規范港區水泥混凝土面板接縫設計對比[J].水運工程，2020（5）：254-257.