混凝土預(yù)制塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法研究

發(fā)布時(shí)間：2015/6/11 18:27:59

　　混凝土預(yù)制塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法研究，目前在國(guó)外高等級(jí)公路中已有應(yīng)用，但在國(guó)內(nèi)高等級(jí)公路中的應(yīng)用還是短板。預(yù)制塊路面力學(xué)行為及破壞模式與水泥路面和瀝青路面有著本質(zhì)不同，以致在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工工藝以及養(yǎng)護(hù)維修等方面存在較大差異，受適用場(chǎng)合及使用規(guī)模的限制，國(guó)內(nèi)缺乏對(duì)這種路面結(jié)構(gòu)較為系統(tǒng)深入地研究，目前尚無(wú)系統(tǒng)完善的混凝土預(yù)制塊路面力學(xué)行為理論和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，對(duì)其施工工藝、排水措施、施工質(zhì)量保證措施、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等也幾乎處于短板，因而嚴(yán)重制約了混凝土預(yù)制塊路面在國(guó)內(nèi)的推廣和應(yīng)用。

　　混凝土預(yù)制塊路面是由單個(gè)小尺寸（平面尺寸通常在30×30cm以下）預(yù)制塊體鋪筑在砂墊層上形成的一種特殊路面結(jié)構(gòu)，可采用人工或小型機(jī)械輔助施工，其施工靈活且受天氣影響小，對(duì)環(huán)境污染少。

　　論文依托云南磨（黑）至思（茅）高速公路建設(shè)，針對(duì)混凝土預(yù)制塊路面力學(xué)行為、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法、路面滲水特性及結(jié)構(gòu)防排水設(shè)計(jì)、路用性能評(píng)價(jià)、路面施工工藝及質(zhì)量保證措施等展開(kāi)系統(tǒng)深入研究。借助室內(nèi)大型足尺環(huán)道試驗(yàn)場(chǎng)，按1:1比例鋪筑不同結(jié)構(gòu)組合的預(yù)制塊路面，試驗(yàn)段考慮了水泥穩(wěn)定碎石和級(jí)配碎石兩種基層型式、考慮了細(xì)砂、水泥+細(xì)砂、乳化瀝青砂漿三種接縫材料和2mm、5mm、8mm、10mm四種接縫寬度、考慮了2cm、4cm、6cm三種砂墊層厚度、塊體尺寸為29cm×19cm×16cm（長(zhǎng)×寬×高），通過(guò)調(diào)整鋪砌方式考慮了16cm、19cm、29cm三種塊體結(jié)構(gòu)層厚度。預(yù)制塊路面是一種可以拆卸的“活路面”，塊體可以重復(fù)利用，且便于就地取材，工程成本及環(huán)境壓力小。因此，預(yù)制塊路面是一種既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保的路面結(jié)構(gòu)型式。

　　論文取得的主要成果如下：

　　1、通過(guò)接縫滲水試驗(yàn)和室內(nèi)模擬降雨試驗(yàn)研究混凝土預(yù)制塊路面接縫的滲水特性，研究了接縫材料、接縫寬度對(duì)滲水系數(shù)的影響，確定了混凝土預(yù)制塊路面接縫的滲水系數(shù)取值范圍，建立了預(yù)制塊路面單位面積（1m2）的滲水量計(jì)算方法；

　　2、通過(guò)承載板試驗(yàn)實(shí)測(cè)不同結(jié)構(gòu)組合下的預(yù)制塊路面荷載-彎沉曲線，研究了塊體平面尺寸、接縫材料類(lèi)型、接縫寬度、砂墊層厚度、基層類(lèi)型等對(duì)預(yù)制塊路面承載力的影響，試驗(yàn)證實(shí)了塊體層“拱效應(yīng)”的存在；在荷載作用下塊體層表現(xiàn)出“變剛度”的承載力特性，終揭示了預(yù)制塊路面承載力機(jī)理；

　　3、提出了適合于高速公路應(yīng)急車(chē)道、服務(wù)區(qū)的預(yù)制塊路面典型結(jié)構(gòu)型式，制定了預(yù)制塊路面施工工藝及質(zhì)量保證措施，基于論文研究成果指導(dǎo)鋪筑了600m混凝土預(yù)制塊路面試驗(yàn)段，獲得了成功。論文研究成果涉及了預(yù)制塊路面結(jié)構(gòu)力學(xué)行為及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法、預(yù)制塊路面結(jié)構(gòu)組合及路用性能評(píng)價(jià)、預(yù)制塊路面排水特性及排水結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)、預(yù)制塊路面施工工藝、質(zhì)量保證措施、質(zhì)量驗(yàn)收方法以及經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)，為推動(dòng)混凝土預(yù)制塊路面的應(yīng)用與發(fā)展提供了技術(shù)儲(chǔ)備。

　　4、通過(guò)室內(nèi)足尺環(huán)道試驗(yàn)測(cè)試了在不同標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)下預(yù)制塊路面平整度和接縫寬度的變化，研究了接縫寬度、砂墊層厚度、塊體厚度以及荷載作用次數(shù)對(duì)預(yù)制塊路面中間變形的影響規(guī)律，建立了混凝土預(yù)制塊路面中間變形預(yù)估模型；

　　5、運(yùn)用ANSYS軟件建立預(yù)制塊路面結(jié)構(gòu)的三維有限元模型，針對(duì)級(jí)配碎石柔性基層和水泥穩(wěn)定碎石半剛性基層，分析計(jì)算了塊體厚度、基層厚度、路基模量等對(duì)于路表彎沉、基層頂面壓應(yīng)力和基層底面拉應(yīng)力的影響。計(jì)算結(jié)果表明路基模量是影響預(yù)制塊鋪面路表彎沉值的主要因素，塊體厚度和基層厚度對(duì)于基層底面拉應(yīng)力有一定影響；

　　6、提出了臨界彎沉、荷載擴(kuò)散系數(shù)、中間變形影響系數(shù)等預(yù)制塊路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)，通過(guò)承載力試驗(yàn)確定了水泥穩(wěn)定碎石和級(jí)配碎石兩種基層條件下，不同塊體尺寸、砂墊層厚度和不同接縫寬度下的預(yù)制塊路面臨界彎沉值、荷載擴(kuò)散系數(shù)取值范圍、中間變形影響系數(shù)取值范圍；

　　7、建立了以路表車(chē)轍深度和基層底面拉應(yīng)力為控制指標(biāo)的基于力學(xué)的混凝土預(yù)制塊路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，提出適用于柔性基層的預(yù)制塊路面車(chē)轍深度計(jì)算方法和適用于半剛性基層的預(yù)制塊路面基層底面拉應(yīng)力計(jì)算方法，并給出了相應(yīng)的軸載換算方法和設(shè)計(jì)指標(biāo)容許值范圍。

行業(yè)動(dòng)態(tài)

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