預(yù)應(yīng)力混凝土路面設(shè)計與施工簡介

　　1.預(yù)應(yīng)力混凝土路面簡介

　　預(yù)應(yīng)力混凝土路面是二十世紀(jì)四十年代后期發(fā)展起來的一種特殊的水泥混凝土路面。最早是在法國使用，后來在美國和歐洲等發(fā)達國家先后用于公路路面和機場跑道上。預(yù)應(yīng)力混凝土路面就是充分利用混凝土的抗壓強度遠大于抗拉強度這一特性，事先在工作截面上施加壓應(yīng)力，以提高混凝土的抗彎拉強度，從而提高承受荷載能力。由于預(yù)應(yīng)力混凝土路面提高了截面的實際抗彎強度，因而在相同的荷載作用下，路面板的厚度比要薄，一般為普通混凝土路面厚度的65%左右。預(yù)應(yīng)力使混凝土路面板長度可大大增大，一般取90～180m。

　　預(yù)應(yīng)力混凝土路面與普通水泥混凝土路面相比有以下幾方面的優(yōu)勢：

　　(1)路面板厚度是普通混凝土路面板厚的65%左右，因此可以大大節(jié)約混凝土數(shù)量，對有特殊要求的道路路面非常有利。

　　(2)預(yù)應(yīng)力混凝土路面由于板較長，接縫數(shù)量可大大減少，提高了行車的舒適性。

　　(3)預(yù)應(yīng)力的存在使路面板整體性較強，大大減少了橫向開裂的程度，提高了路面的耐久性。

　　(4)預(yù)應(yīng)力混凝土路面的用筋量遠少于連續(xù)配筋的水泥混凝土路面。

　　(5)預(yù)應(yīng)力混凝土路面幾乎20-30年不需大修，養(yǎng)護需求也較少。養(yǎng)護費用與傳統(tǒng)混凝土路面的費用比幾乎為零，并減少了由于養(yǎng)護所延誤的時間以及通行能力降低等因素。

　　預(yù)應(yīng)力混凝土路面主要缺點在于：

　　(1)從經(jīng)濟上來看，雖然減薄了路面板的厚度，但施工工藝較復(fù)雜，手工操作的工作量大，難以實現(xiàn)機械化、自動化施工，初期投資較大。

　　(2)由于預(yù)應(yīng)力混凝土路面板做得較長，因此對由路基約束所引起的張拉應(yīng)力也隨之增大，板的位移量也會增大，這對路基摩擦約束要求很嚴。

　　(3) 預(yù)應(yīng)力混凝土路面一旦出現(xiàn)裂縫修復(fù)困難。

　　(4)隨著時間的長久，鋼絞線可能存在腐蝕現(xiàn)象。

　　2.設(shè)計方法

　　設(shè)計預(yù)應(yīng)力混凝土路面的基本方法是根據(jù)以下公式：ft+fp〉fc+w+fF+fL (式2-1)

　　式中：fp―――由預(yù)應(yīng)力引起的混凝土中的壓應(yīng)力;

　　ft―――混凝土的容許彎曲應(yīng)力;

　　fc+w―――由溫度差(彎曲和翹曲)引起的應(yīng)力;

　　fF―――由路基摩阻引起的臨界拉應(yīng)力;

　　fL―――由交通荷載引起的臨界拉應(yīng)力。 

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　　設(shè)計預(yù)應(yīng)力路面基本步驟如下：

　　a. 假定一個適當(dāng)?shù)穆访婧穸?，可略大于相?yīng)的素混凝土路面厚度的65%。

　　b. 根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境條件選擇合適的路面長度，氣溫高和干燥的氣候條件選用較小的長度。

　　c. 計算由彎曲和翹曲的共同作用產(chǎn)生的臨界彎曲應(yīng)力fc+w。

　　d. 計算由路基摩阻引起的臨界拉應(yīng)力fF。

　　e. 計算由交通荷載引起的臨界拉應(yīng)力fL。

　　f. 確定混凝土的允許彎曲應(yīng)力ft，選擇適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)，主要公路取2.0，次要公路取1.5。 ft=彎折模量/安全系數(shù)

　　g.檢查預(yù)應(yīng)力在路面板中間截面產(chǎn)生的壓力是否至少超過計算摩擦拉應(yīng)力690KPa。

　　h.用式4-1計算預(yù)應(yīng)力fp，如果大于4485 KPa，則需要增加路面厚度，并重新計算fp。

　　i.計算單位寬度路面的預(yù)應(yīng)力值，并根據(jù)每根鋼絞線的設(shè)計應(yīng)力確定鋼絞線之間的距離。

　　3. 材料要求

　　預(yù)應(yīng)力混凝土路面需要高質(zhì)量的混凝土(高強度、低收縮和低徐變)。水灰比應(yīng)盡可能小，以避免由于收縮和徐變引起過大的預(yù)應(yīng)力損失。不宜使用促凝劑或增加混凝土和易性的外加劑。

　　4.施工方法及注意事項

　　預(yù)應(yīng)力混凝土路面施工按施加預(yù)應(yīng)力的先后次序可分為先張法和后張法兩種，這與房屋、橋梁上的做法相同，在多數(shù)情況下通常采用最多的是后張預(yù)應(yīng)力法。

　　后張預(yù)應(yīng)力法施工時在長預(yù)應(yīng)力混凝土路面板之間預(yù)留一個短的施工槽，該施工槽不宜太長，但應(yīng)保證滿足路面板的構(gòu)造，一般長度為1.8-2.4米。預(yù)應(yīng)力筋一般采用7絲鋼絞線按一定間距布置，在路面板兩端進行張拉。預(yù)應(yīng)力筋一般布置在1/2板高下，建議采用1/12板厚的偏心距。在混凝土鋪筑以后應(yīng)盡可能早的張拉部分預(yù)應(yīng)力，以防止因收縮和第一個夜晚混凝土的臨界降溫而出現(xiàn)早期橫向裂縫。在施加全部預(yù)應(yīng)力后，應(yīng)使預(yù)留槽保持一定的時間，以允許板本身由于混凝土干燥收縮和徐變能夠自由縮短，這樣可減小施工縫在混凝土鋪筑和硬化后的脹縫寬度。脹縫的設(shè)置有“雙縫構(gòu)造”和“單縫構(gòu)造”?！半p縫構(gòu)造”設(shè)在每個施工槽板的連接處，每端設(shè)一道，并與長預(yù)應(yīng)力路面板相連。施工槽板一般配置普通鋼筋，但不施加預(yù)應(yīng)力，因此，施工槽板的厚度比預(yù)應(yīng)力路面板厚，應(yīng)按照素混凝土路面設(shè)計。雙縫構(gòu)造必須設(shè)置傳力桿，以保證通過伸縮縫最有效的傳遞荷載。傳力桿的直徑和間距與素混凝土路面相同。采用雙縫構(gòu)造可以減小縫的寬度，更重要的是可大大減小由翹曲和彎曲引起預(yù)應(yīng)力板端的撓度。“單縫構(gòu)造”是先預(yù)留施工縫段，然后將張拉力通過施工縫板一直延伸到單工作縫處。該構(gòu)造必須設(shè)計專門的錨具，并且安裝要特別仔細，才能滿足設(shè)計的要求?？傊皢慰p構(gòu)造”施工較復(fù)雜。因此，工程上多采用“雙縫構(gòu)造”，“單縫構(gòu)造”路面還處于研究、試驗階段，實際應(yīng)用不多。通常路面板出現(xiàn)裂縫的危險時期是在澆筑混凝土以后的第一個夜晚，一天之中澆筑較早的混凝土特別容易出現(xiàn)裂縫，因為它經(jīng)受溫度下降的全部過程而沒有防止裂縫的應(yīng)變能力，因此在澆筑完后必須立即養(yǎng)護，可噴撒一層養(yǎng)護膜，此外有時還需覆蓋混凝土表面，以減緩混凝土溫度下降速度。另外，應(yīng)盡早對混凝土施加初始預(yù)應(yīng)力。施加的張拉力不允許超過混凝土現(xiàn)場強度。因此預(yù)應(yīng)力路面應(yīng)采用高標(biāo)號混凝土，并在路面下鋪一層有減小摩擦力作用的薄膜，這有助于克服路面板收縮過程中由于摩擦約束產(chǎn)生的拉應(yīng)力。