配筋路面結構優化設計研究

摘 要：以銀英公路這一重載交通較大的省道為工程實例，對部分路基強度不足路段路面結構優化進行了設計，分析了路面設計方案，對其路面結構進行了討論，得出配筋方案設計。

關鍵詞：連續配筋混凝土路面；路面結構優化設計；配筋方案設計

1 工程概況

銀英公路設計標準為省道主干線，為改擴建道路，是英德市主要干道之一，其建成后對于其經濟發展非常重要。道路主要技術指標：（1）道路等級：四車道二級公路；（2）計算行車速度：40公里/小時；（3）路基、路面寬度：路基寬度17米，路面寬度14米；（4）路面等級：連續配筋混凝土高級路面；（5）設計荷載及參數；自然區劃：Ⅳ7；設計標準軸載：BZZ-100；設計基準期：30年；標準軸載累計作用次數：5.0×107。

2 路面結構優化設計

2.1 路面設計方案

我國規范規定：連續配筋混凝土路面的縱向配筋設計要求符合下面三項設計標準：

（1）混凝土面層橫向裂縫的平均間距為1.0～2.5m；（2）裂縫最大寬度為1mm；（3）鋼筋的最大拉應力不超過鋼筋的屈服強度。

擬建道路采用強夯法地基處理后采用連續配筋混凝土路面（簡稱CRCP）路面方案，路面結構組合：28cm連續配筋混凝土面層+0.05cm瀝青下封層、基層采用20cm 6.0%水泥穩定砂礫基層+16cm 5.5%水泥穩定砂礫底基層+15cm級配碎石墊層+處理路基。配筋方案：布設單層鋼筋網：縱、橫鋼筋均采用HPB335；縱向鋼筋直徑采用20mm，縱向配筋率采用0.7%；橫向鋼筋直徑采用12mm，鋼筋間距采用70cm；鋼筋采用HPB335螺紋鋼筋；端部采用地梁錨固結構形式。路面結構預留5m的橫向切縫，切縫寬度達到3～5mm。

2.2 路面結構優化設計

2.2.1 路面結構優化設計

針對銀英公路路面結構建立有限元模型分析路面結構組合的受力情況，依據設計資料路面結構分為四層，各結構層層間連續。ABAQUS建模參數：混凝土面板厚度h1=0.28cm，模量E1=30GPa、泊松比μ1=0.15、密度2400kg/m3、導熱系數1.5W/（m·K）、比熱容0.980KJ/Kg°C；基層厚度h2=20cm、模量E2=1800GPa、泊松比μ2=0.20；底基層厚度h3=16cm、模量E3=1600GPa、泊松比μ3=0.20；墊層厚度h4=15cm、E4=500GPa、泊松比μ4=0.25；土基模量E5=100MPa、泊松比μ5=0.28；縱向鋼筋：配筋率0.7%、直徑d1=20mm、間距a1=20.5cm模量E6=210GPa、泊松比μ6=0.10；橫向鋼筋：直徑d2=12mm；間距a2=70cm、模量E7=210GPa、泊松比μ7=0.10；鋼筋采用HPB335螺紋鋼筋；荷載類型選用BZZ-100單軸雙輪組標準荷載，調查資料計算累計軸載次數為5.4×107次，依據規范可知屬于特重交通，荷載作用最不利荷位處，調查表明裂縫間距L=5m，裂縫寬度l=5mm；溫度應力計算時最大溫度梯度值取Tg=90（°C/m）。

由表1計算結果可知，依據公路水泥混凝土路面規范在行車荷載和溫度梯度綜合作用下，不產生疲勞斷裂作為設計標準，在標準軸載作用下組合路面結構應力值臨近路面疲勞破壞的臨界值。在超載20%軸載作用下，路面結構結合應力值超過路面疲勞破壞的臨界值，路面結構可能發生破壞。調查資料顯示銀英公路作用英德市主要干道之一，其交通量大且屬于遞增狀態，超載情況也存在，路面在使用年限內，可能發生破壞，進行路面設計時路面結構應有一定的強度儲備，主要從路面結構組合及配筋方面進行優化。

2.2.2 配筋方案設計

合理的配筋設計，能夠有效的提高使路面結構形成整體，提高路面受力性能，同時能夠抑制路面前期裂縫的擴展及運營中新裂縫的產生，使路面行車舒適。銀英公路CRCP路面配筋設計依據公路水泥混凝土設計規范以裂縫間距及寬度為作為配筋設計指標，計算得到其配筋方案：縱向鋼筋配筋率0.7%、直徑d1=20mm，a1=20.5cm；橫向鋼筋直徑d2=12mm、間距a2=70cm；鋼筋采用HPB335螺紋鋼筋；依據有限元計算結果，對銀英公路CRCP路面配筋設計作如下討論：

（1）依據標準軸載及超載20%軸載作用下CRCP路面結構疲勞應力計算結果可知，在路面使用年限內，路面結構可能發生破壞。除路面結構組合進行優化外，配筋設計優化也是重要方面之一。

（2）銀英公路縱向鋼筋直徑采用20mm，且配筋率為0.7%，計算其鋼筋間距為20.5cm，而橫向鋼筋直徑采用12mm，鋼筋間距為0.7cm；依據前述結論，縱、橫向鋼筋形成的鋼筋網間距過大，減少了鋼筋與混凝土之間的握裹面積，減弱了鋼筋對混凝土的約束。不利于結構受力。研究表明橫向鋼筋除起支撐作用外，還參與結構受力，橫向鋼筋直徑與縱向鋼筋直徑差距較大，在荷載反復作用下鋼筋可能會受力不均勻，在縱、橫鋼筋搭接處會產生應力集中，易產生新裂縫及擴展。

（3）施工資料顯示：CRCP路面施工時進行了預留切縫，裂縫寬度較大，預留切縫的處理尤為重要，鋼筋施工時應進行防銹處理減少因鋼筋及混凝土的腐蝕，而導致路面結構破壞。

3 結束語

水泥混凝土路面具有強度高、穩定性好、耐久性好等特點。同時在交通量大、軸載加重及路基不穩定等外界不利因素的作用下，水泥混凝土路面板易發生脆性破壞；銀英公路采用CRCP路段，經過五年多運營，路面狀況良好。

參考文獻

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作者簡介：劉靜爽（1982，4-），女，廣東普寧人，工程師，研究方向為公路線形設計。