基層類型對連續配筋混凝土路面早期性能的影響

宋 柳，劉斌清

(1.廣西建設職業技術學院;2.廣西交通科學研究院;3.廣西道路結構與材料重點實驗室)

0 引 言

連續配筋混凝土路面(CONTINUOUSLY REINFORCED CONCRETE PAVEMENT)在面層縱向連續配有一定數量的鋼筋，用以控制路面板縱向收縮產生的裂縫寬度和數量，橫向鋼筋僅起到構造鋼筋的作用。在施工時不設脹、縮縫(施工縫及構造所需的脹縫除外)，行車舒適，養護費用少，使用壽命長，該結構在高速公路如得到應用，可極大地降低公路的修筑成本和養護成本。

近些年我國CRCP 研究取得了一定進展。但是，在路面實踐中卻很少關注基層頂面和CRCP 面板之間的隔離層等相關問題。CRCP 早期斷裂和錯臺破壞仍很普遍，CRCP 使用壽命還遠沒有達到設計使用壽命要求。目前為提高CRCP 使用性能，大部分研究工作主要集中于CRCP 面層，而忽略了對基層對其早期性能的研究，使得設計理論不能完全反映路面的實際應用狀況。鑒于此，分析不同基層類型對于CRCP 早期性能的影響因子已迫在眉睫。

1 基層類型分析

目前國內外水泥混凝土路面基層主要有三大類型:剛性基層、半剛性基層和柔性基層。雖然規范建議采用瀝青混凝土或瀝青穩定碎石基層，但這種基層類型用于水泥混凝土路面在國內未見報道，其結構和材料組成設計更需進一步的理論研究與實踐檢驗。據美國聯邦公路局在1990年的調查結果發現貧混凝土基層的工作性能一般較差，所以急需研究這種基層在我國的適用性問題。

對CRCP 而言，放在瀝青穩定基層上的CRCP 裂縫模式比較理想，而采用無結合料的碎石作為基層時裂縫間距較大，而在水泥穩定基層上設一層薄的瀝青混凝土層效果比較理想。如果CRCP 直接修筑在水泥穩定碎石或貧混凝土上，基層和面層之間需要使用潤滑劑，以減小層間粘結，防止反射裂縫的產生。基層模量和強度越高，沖斷就越小。基層侵蝕造成的不均勻支撐對CRCP 沖斷也有很大影響。在開級配排水層上的CRCP 容易破壞。南達科他州修建的CRCP過早出現了嚴重的橫向裂縫，將LTPP 數據根據基層類型劃分成幾個子數據庫，則該路的橫向裂縫與粒料基層對應的回歸方程比較吻合。綜合以上情況，說明基層類型對CRCP 的長期性能有較大的影響。

2 試驗路連續配筋路面結構設計

2.1 試驗路介紹

煙威高速公路于2008年進行了全面大修。在工程實施過程中，選擇了其中一段為實驗路段，用來研究在舊混凝土路面上加鋪連續配筋混凝土路面結構的設計及施工技術，為今后設計和施工提供科學依據。原路面結構為24 cmJPCP+12 cm 水泥穩定砂礫+15 cm 水泥穩定砂礫，正常路段路面結構為32 cmJPCP +水泥處治開級配碎石(厚度不小于8 cm)+2 cm 同步碎石封層+原混凝土砸裂。試驗路段以水泥穩定碎石作為基層、并使用AC－13 作為夾層、面層混凝土采用部分粉煤灰作為基本路面結構。基層類型分為3種。4 cm 瀝青混凝土(AC－13)+開級配水泥碎石、密級配瀝青碎石和4 cm 瀝青混凝土(AC－13)+舊水泥混凝土面層。縱向配筋率采用0.7%，鋼筋均布置在距離板頂9 cm 處(可以根據滑模攤鋪機的實際振搗所需深度進行適當調整)，路肩均采用與行車道用拉桿連接的水泥混凝土路肩。基層寬度為路面全寬，路肩為設拉桿的接縫式水泥混凝土路面。縱橫向分別采用φ16 和φ12、φ18 和φ16 螺紋鋼筋。端部可以采用矩形鋼筋混凝土錨固地梁、寬翼緣工字鋼梁兩種形式。不同路段的縱向鋼筋根數相同，通過改變直徑來改變配筋率。

2.2 配合比及原材料設計

基層、底基層的原材料選擇以及配合比設計按照普通水泥混凝土路面相應結構層的要求進行;面層與基層之間的瀝青混凝土的原材料選擇以及配合比設計可以按照《瀝青路面施工規范》的要求進行。見表1。

配合比設計原則:(1)滿足水泥混凝土設計強度的要求;(2)滿足施工工作性的要求;(3)滿足環境耐久性的要求;(4)滿足經濟性的要求。最終推薦一合同段路面混凝土實驗配合比為，水泥∶砂∶碎石∶水∶外加劑=1∶1.85∶3.30∶0.39∶0.014，水泥處治碎石基層最終配合比為，水泥劑量10%，用水量4.5%，19.5 mm∶4.75 mm∶砂=63∶27∶10。二合同段最終實驗配合比為，水泥∶砂∶碎石∶水∶外加劑=1∶1.84∶3.14∶0.38∶0.014，水泥處治碎石基層最終配合比為:水泥劑量10%，用水量4.2%，19.5 mm∶4.75 mm∶砂=60∶30∶10。

表1 原材料及規格

2.3 測試方法及目的

為研究水泥混凝土路面的各種性能，原K157 +972～K158 +913.58 和K160 +880～K161 +430 段調整為連續配筋試驗路段。測試元件埋設在試驗段K158 +150～K158 +350(TLM7)和K158 +400～K158 +600(TLM9)的正常成縫路段。在TLM7 和TLM9 的開級配碎石層、瀝青層和連續配筋混凝土層均埋設溫度計，在連續配筋混凝土層埋設應變計(在裂縫處以及非裂縫處、縱橫向均埋設)。測試內容包括:混凝土溫度、相對濕度、混凝土應變、鋼筋應變。采用元件為:靜態混凝土應變計、動態混凝土應變計、溫度計、與應力無關的應變計和靜態鋼筋計。混凝土應變包括縱橫向的應變。縱向應變造成橫向裂縫，橫向應變造成縱向裂縫。

測試目的:(1)溫度沿著板厚的變化情況;(2)濕度沿著板厚的變化情況;(3)驗證環境荷載作用下路面內部的應力應變分析結果與實測的是否吻合;(4)驗證汽車荷載作用下路面內部的應力應變分析結果與實測的是否吻合;(5)測試裂縫處的應力、應變情況，以便將來進行CRCP 應力分析時可以更好地考慮裂縫處的邊界條件;(6)量測裂縫寬度的變化。

2.4 預成縫技術

對連續配筋混凝土進行預成縫，研究預成縫的時機、間距和適用條件等，從而減少裂縫寬度、剝落、表面損害、不良的裂縫形式，延長路面壽命。

試驗路段采用國外先進軟切縫技術形成預成縫，鋸縫切口深度為3.8 cm，寬度為0.1 mm，鋸縫時間約在初凝和終凝之間，約在澆筑混凝土4 h 以后。見表2。

表2 預成縫形式

后期需要觀測裂縫的數量、裂縫的間距、裂縫的形狀(特別是自然形成的裂縫)、裂縫的寬度和裂縫的傳荷能力(用FWD 測試LTE)等內容。觀測時間可以在施工后3 d、5 d、7 d、10 d、14 d、21 d、30 d、60 d、120 d、180 d 內觀測，而且注意裂縫主要產生在冬天，冬天一定要有觀測的時間。

3 基層類型對面層的影響

基層類型和特征是CRCP 設計的一個關鍵因素，它影響到裂縫間距、板的支撐狀況、沖斷、平整度和建造成本。對于承受重載交通的CRCP，堅實的基層的支撐是非常重要的。現場調查表明，CRCP 基層剛度和摩擦條件的大的變異性會導致裂縫寬度和裂縫間距的變異性。另外，不同基層的抗侵蝕能力和材料特性差別很大。對于承受重交通的CRCP，推薦采用瀝青或水泥穩定基層。

(1)混凝土板與基層之間的粘結影響裂縫的間距。例如，放在瀝青穩定基層上的CRCP 的裂縫模式比較理想。而采用無結合料的碎石作為基層時裂縫間距會較大。在水泥穩定基層上設一層薄的瀝青混凝土層效果比較理想。如果CRC 直接修筑在水泥穩定碎石或貧混凝土上，基層和面層之間需要使用使用潤滑劑，以減小層間粘結，防止反射裂縫的產生。

(2)基層的寬度也很重要，它需要超過CRCP 的邊緣以增加邊緣的支撐和提高抗侵蝕能力。

(3)基層的模量影響混凝土板中的應力。很明顯，基層抗侵蝕能力越高，CRCP 出現板底脫空的可能性就越小。現場調查表明，增加貧混凝土基層的抗壓強度可以減少沖斷的的產生。開級配基層應該慎用，因為它可能會影響路面裂縫模式和結構穩定性。

(4)基層的摩擦性能影響裂縫的發展。人們很早就開始研究地基摩擦對混凝土路面板開裂的影響。研究發現，地基摩擦性能取于基層材料，且差異很大。破壞面并不是在路面板和基層界面上，而是在基層內部，除非在基層面采用了薄層瀝青處理層。因水泥混凝土路面板與基層間的粘結力強于基層材料的抗剪強度，所以地基與路面板之間的摩擦特性與基層材料的抗剪強度有關。在連續式配筋混凝土路面中，當裂縫間距較大時，基層摩擦作用對裂縫發展有很大影響。

4 影響基層類型的因素

(1)基層類型的選擇應該考慮以下因素:板厚、裂縫寬度、混凝土材料性質、裂縫間距、抗侵蝕能力、交通水平和成本。簡單地說，就是用最小的成本修筑的基層使得板底支撐、裂縫間距、裂縫寬度、抵擋侵蝕的能力、平整度等處于可以接受的水平。

(2)基層下面底基層的使用取決于以下眾多因素:路基的類型和剛度、基層的類型(如是粒料型還是穩定型)、是否使用開級配排水層。現場研究表明，對于修筑在穩定基層上的接縫式普通混凝土路面，侵蝕可能發生在基層的下部。對于這種情況，在基層下設粒料底基層對于減少基層的侵蝕和底部的脫空是很重要的。一些機構規定在穩定基層下設置粒料底基層。粒料底基層也可以用于防止軟的細粒土路基對于粒料基層的污染。在開級配的基層下，設置符合一定級配要求的密級配粒料底基層對于阻止細粒土污染開級配基層是非常重要的。在剛度較大的穩定性開級配排水層上修建CRCP 會產生特殊的問題。面層的混凝土進入開級配基層會增加面層的有效厚度，從而影響裂縫間距和寬度。如果在CRCP 中修建排水層，該層應位于瀝青處治基層和粒料底基層(防止路基土污染排水層)的中間。這種設計已經在重交通高速公路上成功應用。

5 結 語

通過關于連續配筋混凝土路面資料的系統整理分析，結合試驗路段的具體情況，對基層類型的重要性、影響因素及對連續配筋面層的影響進行了詳細闡述，希望對面層的設計工作提供一定的借鑒和參考。

［1］周志剛，張起森.連續式配筋混凝土路面研究綜述［J］.長沙交通學院學報，2000，(9).