港口道路與堆場聯鎖塊鋪面結構設計分析

(福建省交通規劃設計院，福州350000)

港口道路與堆場聯鎖塊鋪面結構設計分析

■張燕

(福建省交通規劃設計院，福州350000)

本文以海砂回填軟路基為工程實例，闡明了聯鎖鋪面損壞的主要成因，結合聯鎖鋪面的設計步驟進行結構設計分析，為同類加固工程提供可靠參考。

聯鎖塊鋪面損壞成因設計條件計算分析

0 引言

聯鎖塊面層是由高強精度的水泥混凝土預制塊按特定方法緊密排列，塊體間接縫用砂填灌而成的路面，其具有易維修、造價相對較低、對地基的不均勻沉降適應性較好等優點，目前已廣泛應用于我國碼頭的道路、堆場工程中。港口堆場是堆存貨物主要場所，其行車速度較慢，對地面平整度要求較低，地基殘余沉降較大，因而聯鎖塊鋪面適應上述特點。下面結合海砂回填軟路基，對聯鎖塊鋪面的設計進行計算分析。

1 聯鎖塊鋪面損壞成因

聯鎖塊本身強度不足。聯鎖塊的生產一般由混凝土生產廠家使用專門設備制造，其原材料和配合比經過廠家多次試驗摸索，使聯鎖塊的強度和外觀質量達到要求。施工單位自行預制的聯鎖塊則很難達到專業廠家的質量水平。聯鎖塊出廠一般根據強度、尺寸和外觀質量水平，分成幾個等級，價格因而也不同。所以，選用聯鎖塊應按照工程要求，選擇符合設計要求的聯鎖塊，并加強質量檢驗，把好材料入口關。

集中荷載過大，造成個別塊體損壞。聯鎖塊鋪面在正常的受力狀態下，一定范圍內的聯鎖塊相互擠壓,產生拱殼作用，共同承受上部荷載，但如局部荷載過大，這種拱殼作用就不明顯，而變為單獨受力狀態，從而使單塊塊體被壓斷裂。這種情況常常發生在碼頭前方作業堆場，這里是堆放船艙蓋板的地方，為節省場地蓋板常多層疊放，蓋板支腿壓力過大，容易造成支腿下部聯鎖塊斷裂。因此集裝箱碼頭前方作業地帶最好采用較厚和強度較高的聯鎖塊鋪砌。

聯鎖塊下墊層砂如含有粒徑超過1cm的粗顆粒過大或過多，將惡化聯鎖塊的受力環境，也是造成聯鎖塊損壞的一個重要原因。因此，墊層砂必須嚴格控制粗顆粒含量，必要時應進行篩分處理。

2 面層結構組合

聯鎖塊面層結構可由聯鎖塊、墊砂層、基層和墊層組成(圖1)。墊層之下為土基。工程中，基層一般采用水泥穩定碎石層或貧混凝土，墊層一般采用碎石。

圖1 面層結構組合

3 設計步驟

我國規范中關于聯鎖塊鋪面的設計步驟主要為：標準荷載作用總次數計算和結構組合各結構層厚度計算。進行各結構層厚度計算時，應先初擬各結構層厚度，試算聯鎖塊車轍深度、回彈彎沉值、各基層頂面當量回彈模量、回彈彎沉值，若結果滿足規范要求，則初擬結構層厚度可作為設計結構層厚度，否則應改選結構層厚度重新計算，直至滿足規范要求。

4 計算實例

4.1 設計條件

集裝箱堆場，堆場回填料為海砂，軟基已經過強夯及堆載預壓等加固處理，工藝擬采用TL45-5正面吊進行作業。正面吊作為堆場的控制荷載，重載時前輪輪壓300kN/輪，后輪為100kN/輪，接地面積前輪為0.46m× 0.65m，后輪為0.46m×0.0.22m。流動機械荷載為P5，年運行次數80000次。

4.2 計算結果

4.2.1 標準荷載作用總次數計算

分析TL45-5正面吊荷載，輪壓為300kN，接地面積2990cm2，接地壓強為1MPa。

考慮流動機械荷載的輪組系數的影響，采用荷載換算系數公式，可得正面吊的荷載換算系數η=1.0。考慮堆場鋪面寬度折減系數ηγ2=0.5，使用期20年的堆場標準荷載作用總次數為：

式中，t為設計使用年限(年)；N為流動機械年運行次數(次/年)；η為流動機械非標準荷載與標準荷載的荷載換算系數；ηγ2為鋪面寬度折減系數。

4.2.2 結構組合及各結構層厚度設計

考慮流動機械荷載為P5級，初估結構層自上而下為：聯鎖塊厚12cm、中粗砂墊層厚3cm、5%水泥穩定碎石墊層厚40cm、級配碎石墊層厚30cm。

(1)車轍深度計算

根據《港口道路、堆場鋪面設計與施工規范》，車轍深度計算公式為：lc=1.90e-0.11hc×Nm0.285×ly。

式中，hc為塊體厚度(cm)；ly為流動機械重復荷載作用一次的回彈彎沉值(mm)。

流動機械重復荷載作用一次的回彈彎沉值計算參考《公路設計手冊-路面》，根據工程經驗，土基頂面的回彈模量取80MPa，碎石墊層頂面的回彈模量取300MPa，5%水泥穩定碎石墊層頂面的回彈模量取1500MPa。通過逐層回彈模量系數比較及各結構層厚度系數比較，從而查表得出流動機械重復荷載作用一次的回彈彎沉值ly為1.587mm＜2mm(容許回彈彎沉值)，滿足設計要求。

車轍深度lc=38.62mm，流動機械重復作用的荷載，容許車轍深度為la=40mm，0.95la＜lc＜1.03la，初擬結構層滿足要求。

(2)基層底面彎拉應力計算

根據《港口道路、堆場鋪面設計與施工規范》，基層底面疲勞容許彎拉應力計算公式為：

式中：σs為基層材料的極限抗彎拉強度MPa；Kd為動荷系數，取1.05～1.10。

參考《公路設計手冊-路面》，通過逐層回彈模量系數比較及各結構層厚度系數比較，從而查表得基層底面彎拉應力σr=0.707MPa，0.95σR2＜σr＜1.03σR2，初擬結構層滿足要求。

5 結語

根據我國現有規范技術標準，聯鎖塊鋪面設計過程較為繁瑣，設計中不僅需要套用港口標準，部分數據的計算還需參考公路標準，并且過程中查用了大量的圖表，比較容易造成人為誤差。本文通過對港口道路、堆場聯鎖塊鋪面設計進行分析，為今后港口工程設計提供參考。