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(dá)國家先后用于公路路面和機(jī)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(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)，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(yuǎn)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(hù)需求也較少。養(yǎng)護(hù)費(fèi)用與傳統(tǒng)混凝土路面的費(fèi)用比幾乎為零，并減少了由于養(yǎng)護(hù)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(jì)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(jī)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(yán)。

　　(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(qiáng)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(jìn)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?！皢慰p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(xì)，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(hù)，可噴撒一層養(yǎng)護(hù)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(qiáng)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。