混凝土联锁块路面运用现状研究

卓玉川 徐小华

摘要:结合混凝土联锁块路面的研究现状,对联锁块路面的运用做了一个概述,为以后联锁块路面的使用提供参考。

关键词:联锁块路面;结构;设计方法

中图分类号:TU522.3

文献标识码:A

文章编号:16723198(2009)20030501お

混凝土砌块路面包括普通混凝土砌块、混凝土联锁块。联锁块路面在1950年代首先由欧洲人发明,于1980年代中期传入中国。它具有价格低廉、铺筑方便、施工速度快、抗滑和抗温度变形性能好、维修量少、可重复使用等特点,可应用于人行道、车行道、公园小道、停车场等地方。

1块体材料铺筑路面历史

人类采用块体材料铺筑路面已有悠久的历史。在历史不断演变的过程中,同时期用于制作块体的材料和工艺都不相同。按照材料类型主要有木块、砖块、块石和混凝土块四种。

1.1砖块路面

砖块路面是使用历史最悠久的一种路面,据考证已经有5000多年的历史。砖块没有经过高温釉化处理,耐久性差,容易损坏和磨损。 先是使用天然沥青作为粘结剂,荷兰、美国进行过增强路面强度的尝试,即在接缝处放置纵向和横向钢筋交并用砂浆浇固。砖块路面的有效寿命不到20年。

1.2块石路面

石块路面的使用历史也很长。由于这类路面很不平整,所以到19世纪,开始使用花岗岩、玄武岩或石灰岩铺筑路面。到了20世纪,人们已有通常的方法来填封石块之间的缝隙。最初使用的填缝料是水泥或水泥砂浆,但这种方法需要关闭交通,且会增加行车噪声。

1.3木块路面

从19世纪初叶开始,为了减少石块路面与车辆、马蹄铁的碰撞而产生的噪声,木块就经常被作为石块的代用物而被用于路面铺筑。木块路面虽可降低噪音,但因其吸收水分,易潮湿,并且潮湿后容易滑溜,故这种路面现在已几乎不用了。

1.4混凝土砌块路面

混凝土砌块路面建设成本低、施工操作简单,施工不受季节影响,可即时开放交通,养护成本低,养护方便。

2国外研究情况

国外关于联锁块路面的研究始于1965年,但直到1970年代中期以后才进行了较多的试验工作,其中英国Knapton和澳大利亚Shackel的研究最有代表性。1976-1980年,Knapton等进行了室内、外足尺试验;1977-1982年,Shackel等进行了大量的现场观测,并进行了重车模拟试验和少量的集装箱荷载作用下的破坏试验,评价了基层材料类型对路面性能的影响。此外,荷兰、日本和新西兰等国的研究者也进行了试验研究。这些研究在时间、空间上的跨度差别较大,试验条件各不相同,但仍得出了许多一致的结论,都推动了联锁块铺面的发展。

3联锁块路面的优点

(1) 从行人荷载到集装箱荷载,能承受的荷载范围很大,对水平剪切的抗力强。适用于交通繁重、转弯频繁区域的铺面。

(2) 有利于保护环境。路面铺设采用工厂化生产的预制块,现场铺设,减少施工现场扬尘,有利于保护周边环境,提高施工速度。

(3) 适应自然环境。采用小块铺设,具有联锁功能,块与块之间采用细砂填充,因此具有刚性表面、柔性联接、独特的抗变形功能,尤其适用于变形较大的柔性地基。

(4) 具有呼吸功能。下雨时,路面积水可以迅速渗入地下,保持地下水位,而天气炎热时,又可以蒸发回大气中,使空气保持一定湿度,有利于土壤和植被的保护。

(5) 保障行人与车辆安全。联锁块的毛面具有一定的粗糙度且耐磨耗,具有较理想的摩擦力,能保证行人、行车安全。

(6) 路面不会因车辆滴漏汽油、柴油和润滑油而损坏。

(7) 块型组合可形成丰富多彩的图案,色彩亮丽、典雅、易融于周边环境,使环境更和谐。但是,这种路面在性能上的缺点是表面接缝多,平整度不宜控制,不适应于高速行车。

4联锁块路面的结构形式

联锁块路面的结构层主要由四个层次:联锁块层、垫砂层、基层和路基。其中联锁块层是区别于其它路面的结构的主要层次。铺面是由一块长度一般为200-250mm,宽度200-25mm的混凝土块拼装联锁铺装而成。在块体的形状以及铺筑方式上,国外做了大量的研究表明,异形块的嵌锁性能通常比矩形块好,四边嵌锁的块体,其性能优于两边嵌锁的块体,铺筑方式方面,人字形铺砌的路面性能优于顺块铺砌的铺面。在行车荷载作用下,块体不是单独的承受荷载,而是相互联锁地作为一个整体扩散荷载。典型结构基层和路基与一般沥青路面没有什么区别,沥青路面中所用的基层材料在块料路面中都可以使用。基层下可设垫层,要求同沥青路面。对于联锁块路面的表面特性包括抗滑性能、铺面噪声和铺面的渗水性能的研究。

5联锁块铺面的结构设计方法

5.1CBR设计法

为了简单起见,早期许多机构制定的联锁块路面设计均采用CBR方法,这是对柔性路面CBR设计方法进行了某种程度的修改,使之适用于联锁块路面结构的结果。

5.2基于弹性层理论的设计方法

这种方法基本沿袭了沥青路面的设计方法,只是在面层地力学参数上加以修正。英国Knapton等根据早期关于联锁块室内试验结果分析,认为“联锁块层+垫砂层”的荷载扩散能力与16cm厚的沥青混凝土层相当。因此,在设计时,采用16cm厚的沥青混凝土层代替“联锁块层+垫砂层”。由于联锁块路面的车辙累计规律与沥青路面的规律不同,此后Knapton又提出了新的算法,即将联锁块和垫层的等效模量假设为900Mpa,采用弹性层理论进行分析,并使用经验关系预估路面的永久变形。

澳大利亚 Shaekel认为,联锁块路面的唯一设计指标是车辙,根据试验结果,建立了基层厚度(S)与要求的车辙深度(R)、块体厚度(B)的关系:

log(S)=3.477-0.69log(B)-0.699log(R),该关系式只适用于荷载接触压力为600kpa和路基CBR大于66的场合。

5.3基于有限元分析的设计方法

荷兰将联锁块层看作刚体与接缝的集合体,在进行有限元分析和大量试验的基础上,提出了以车辙深度为指标的联锁块铺面设计方法。考虑到随着荷载作用次数n的增加,面层的荷载扩散能力增强,故采用修正的沥青路面模型进行联锁块路面的永久变形预估。

我国在1985—1986年期间,在同济大学第一次进行了联锁块路面方面的试验研究。作者曾于1984—1985年和1991—1992年进行了两次室内足尺承载板试验和两次现场承载试验,试图弄清铺面的承载特点。根据试验的结果,本文分析块体间接缝的力学特性和联锁块层扩散荷载的原理,提出承载力判别准则和表示方法,为建立联锁块铺面结构的设计方法提供了理论基础。

6结语

凝土砌块路面是从最古老的石块路面发展起来的,与目前使用的其他路面相比,最大优势在于它是一种随时可方便拆卸的“活”路面,是刚性材料做成的柔性路面。联锁块路面使用寿命长,并且路面的寿命主要由路面结构的基层、底基层和路基性能来决定,而不是由块体本身所决定。当路面的需要翻修时,90%-95%的块体可以重新使用,这使得路面的翻修费用大大降低。混凝土砌块路面不需要层层加铺改建建设成本低、施工操作简单,施工不受季节影响,可即时开放交通,养护成本低,养护方便。混凝土砌块路面可就地取材,节约资源,带动地方经济发展。