連續(xù)配筋混凝土道面研究現(xiàn)狀綜述

王春光 王建武 劉翔翔

（空軍勤務學院， 江蘇 徐州 221000）

連續(xù)配筋混凝土道面研究現(xiàn)狀綜述

王春光 王建武 劉翔翔

（空軍勤務學院， 江蘇 徐州 221000）

介紹了連續(xù)配筋混凝土道面的作用機理，連續(xù)配筋混凝土道面國內(nèi)外應用現(xiàn)狀，從裂縫、面層厚度設計、鋼筋設計三個方面總結(jié)了國內(nèi)外連續(xù)配筋混凝土道面研究現(xiàn)狀，對連續(xù)配筋混凝土道面在國內(nèi)的應用前景進行了展望。

0 引言

目前我國國內(nèi)的大部分機場采用的是傳統(tǒng)的水泥混凝土道面，由于傳統(tǒng)的水泥混凝土道面易受溫度變化的影響，容易出現(xiàn)裂縫。有些水泥混凝土道面設置了接縫。雖然接縫能夠緩解由于溫度變化產(chǎn)生的應力，但這給機場后期的管理和維護帶來了諸多的問題。在混凝土道面中添加連續(xù)的鋼筋為解決這種問題提出了一種新的思路。

1 連續(xù)配筋混凝土道面的作用機理

連續(xù)配筋混凝土道面是指在面層的縱向方向上添加連續(xù)分布的鋼筋，來約束道面混凝土由于收縮而出現(xiàn)的橫向裂縫，并且在面層的橫向方向上布置連續(xù)的鋼筋對結(jié)構起到支撐作用。在道面的使用過程中，由于混凝土自身的特性以及鋼筋限制溫縮引起的體積變化，道面的面層會不可避免的出現(xiàn)裂縫，而鋼筋能有效的約束混凝土體積的變化，并承擔由于體積變化產(chǎn)生的應力。由于鋼筋的約束，道面各個裂縫的寬度較小而不會破壞道面的整體性，使得道面具有較高的使用壽命。

2 國內(nèi)外連續(xù)配筋混凝土道面研究現(xiàn)狀

國外對連續(xù)配筋混凝土道面的研究主要是美國居多，研究人員對連續(xù)配筋混凝土道面做了深入細致地研究，分析研究在外界荷載和環(huán)境作用下道面的破壞機理，得到了諸多關于結(jié)構設計、面層厚度設計、裂縫控制、應力分析及配筋設計等理論成果。國內(nèi)目前主要采用有限元分析、理論分析并結(jié)合相關試驗路調(diào)查研究的方法，對溫度應力、荷載應力、面層結(jié)構、裂縫的開裂以及發(fā)展、道面使用壽命評價方法、配筋方式以及鋼筋防護以及道面檢測維修等方面進行研究。

2.1 裂縫研究現(xiàn)狀

連續(xù)配筋混凝土道面由于混凝土自身的干縮、溫縮以及縱向鋼筋的約束作用，道面面層中會不可避免地產(chǎn)生橫向裂縫。B.F.McCullough觀測發(fā)現(xiàn)面層早期出現(xiàn)的裂縫寬度要大于投入使用后產(chǎn)生的裂縫，這在一定程度上提高了裂縫寬度的變異性。Kohler通過整理多年調(diào)查數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)裂縫寬度服從威布爾（Weibull）分布。Zollinger則指出道面在投入使用前產(chǎn)生的橫向裂縫主要是因為外界環(huán)境的不斷變化而產(chǎn)生的。Zollinger也發(fā)現(xiàn)部分縱向鋼筋銹蝕使其有效截面縮小，鋼筋應力大于屈服強度引起鋼筋斷裂，這樣會使橫向裂縫寬度增大。

連續(xù)配筋混凝土道面中配置的縱向配筋約束面層混凝土的變形，控制裂縫的開裂發(fā)展，并把裂縫寬度限定在1mm以內(nèi)，并且保證了其傳荷系數(shù)達到95%以上。但是，隨后由于混凝土自身的干縮應力、溫度變化引起的溫度應力、車輛飛機的荷載應力以及外界環(huán)境的波動影響，使裂縫寬度得不到有效控制，裂縫處的混凝土開始出現(xiàn)剝落現(xiàn)象。裂縫寬度變大以及出現(xiàn)剝落以后，隨之也會產(chǎn)生滲水破壞面層下方的基層和土基，從而產(chǎn)生脫空造成板底受力不均勻，在荷載應力循環(huán)往復作用下，尤其在重載交通情況下，道面的橫向拉應力逐漸變大，于是會出現(xiàn)縱向裂縫，最終道面發(fā)生沖斷破壞。因此，道面產(chǎn)生縱向裂縫是引起沖斷破壞的最直接原因，而沖斷破壞是連續(xù)配筋混凝土道面較為普遍的破壞形式。另外，Roesler等研究人員長期跟蹤研究伊利諾伊州的連續(xù)配筋混凝土道面，并分析縱向裂縫產(chǎn)生的原因，發(fā)現(xiàn)縱向裂縫的產(chǎn)生往往是沿著面層內(nèi)部的縱向鋼筋，經(jīng)過進一步現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這主要是由工人在施工時候不恰當做法導致了鋼筋在面層內(nèi)下沉，而并不是因為鋼筋銹蝕達到屈服強度斷裂或結(jié)構設計不合理造成的。

2.2 面層厚度設計研究現(xiàn)狀

對于面層厚度設計，國外早期的設計認為道面面層內(nèi)縱向鋼筋承擔了車輛、飛機對道面作用而引起的部分荷載，因此在設計時減小了板的厚度。但是通過對已建連續(xù)配筋混凝土道面長期的觀察發(fā)現(xiàn)，在部分交通路段尤其是重交通路段道面損壞比較嚴重。B.F.McCullough通過研究認為在進行板厚設計時應采取與普通接縫式水泥混凝土道面相同的計算原則，唯一存在的差別在于相比普通水泥混凝土道面，連續(xù)配筋混凝土道面在進行設計時允許采用較小的傳荷系數(shù)。La Coureiere等研究人員認為較大的板厚可以降低沖斷破壞，提高道面的整體平整度。美國的《力學-經(jīng)驗法公路設計指南》中板厚設計的準確與否需要依賴于地質(zhì)情況、交通量的大小、施工條件和其它的設計因素。

國內(nèi)板厚設計依據(jù)我國設計規(guī)范(JTG D40-2011)所規(guī)定進行設計，規(guī)范認為板厚設計可以參考一般的混凝土道面設計方式，即板厚的確定是指在荷載應力和溫度梯度應力循環(huán)作用下，板底開始出現(xiàn)疲勞斷裂作為設計標準。通過建立了連續(xù)配筋混凝土路面ANSYS有限元模型，分析裂縫開展狀態(tài)、鋼筋配筋率、面板尺寸等結(jié)構參數(shù)對道面荷載應力和翹曲應力的影響，以此為基礎對面層混凝土進行配合比設計。

2.3 鋼筋設計研究現(xiàn)狀

鋼筋的配置主要目的就是控制裂縫的產(chǎn)生及發(fā)展，而面層中的鋼筋并不起到承擔荷載的作用。美國現(xiàn)行的連續(xù)配筋混凝土道面設計主要依據(jù)AASHTO2002設計規(guī)范，該規(guī)范的主要設計指標包括：平整度、沖斷破壞以及裂縫開展。鋼筋的設計則由裂縫的間距與寬度和鋼筋的屈服強度所決定，在規(guī)范中配筋計算公式是通過理論分析并且結(jié)合試驗路段調(diào)查研究得出的經(jīng)驗公式，由該公式可以得出裂縫寬度是裂縫間距的函數(shù)，裂縫寬度與鋼筋應力之間成線性關系。

國內(nèi)現(xiàn)行的設計規(guī)范（JTG D40-2011）中給出了鋼筋應力的計算公式，在配筋設計應該遵循以下4個要求：

（1）裂縫間距：一方面為了減少剝落，裂縫間距不能大于2.4米，另一方面降低沖斷破壞的產(chǎn)生，間距最小為1.1米，所以在設計中裂縫間距理想的控制范圍是1.1～2.4米；

（2）裂縫寬度：主要是防止剝落和滲水，最理想的寬度大約是0.5～0.7毫米，但是最大不宜大于1毫米；

（3）鋼筋應力：極限應力一般取值鋼筋的極限拉伸強度75%左右。

（4）縱向鋼筋：選材一般采用螺紋鋼筋，直徑控制在 12～20毫米范圍內(nèi)，同時為了不影響施工，相鄰鋼筋距離一般在100～250毫米范圍內(nèi)，在配筋時在方便施工的前提下采取小直徑多根數(shù)的原則。

3 結(jié)語

普通混凝土道面在技術、施工、使用上存在許多問題，為了解決這些問題，連續(xù)配筋混凝土道面必然會在機場道面以及公路建設中得到更加廣泛的應用。對比國內(nèi)外配筋設計方法發(fā)現(xiàn)：目前國內(nèi)的設計規(guī)范主要考慮了裂縫的間距、寬度和鋼筋應力，沒有考慮到各路面參數(shù)隨著道面使用時間增長而引起的變化，也沒有充分考慮施工工藝對路面使用性能的影響。因此，研究路面參數(shù)隨時間增長的變化規(guī)律以及如何改進施工工藝，是需要我們研究的重點。

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王春光，中國人民解放軍空軍勤務學院，碩士研究生