连续配筋混凝土路面发展及特性

唐彬 史勤

随着我国经济持续快速增长，交通基础设施建设突飞猛进。到2010年年底，全国高速公路已突破7.5万km。然而，随着交通量的增长和车辆组成结构的变化，超载车对道路造成的损害越来越严重，高等级公路必须具有高品质与高性能的路面以适应公路运输重型化、大型化和大交通量的特点。

1 配筋混凝土路面的发展与应用

美国在20世纪20年代修筑了第一条CRCP试验路，其目的是为了克服普通混凝土路面由于接缝而产生的唧泥、错台、拱起等病害。1925年在伊利斯(Illinois州)泥炭沼地上修筑了一条800 m长的连续配筋混凝土路面。1938年在印第安纳州修建了试验路，其横缝间距为61 m～400 m不等，并且直接铺筑在易于发生唧泥的路基上。1972年对这些试验路进行了研究和修筑工作。

然而，CRCP在我国的应用很少。1989年9月在江苏盐城修建了长500 m的CRCP试验路。1997年，河南107国道许昌段修建了半幅10 km的CRCP。2002年湖南省耒宜高速公路建设有限公司在京珠主干线湖南耒阳—宜章段修筑了44 km的连续配筋混凝土路面。随着我国高等级公路的建设发展及对路面使用性能要求的提高，CRCP在我国高等级公路上必将得到推广使用。

2 配筋混凝土路面的机理

连续配筋混凝土路面是在面层内设置连续的纵向和横向钢筋而不设横向缩缝的水泥混凝土路面，它克服了普通水泥混凝土路面横缝过多的缺陷，减少了构造上导致病害发生的因素，是利用普通水泥混凝土的良好抗压性能、充分发挥钢筋的抗拉性能，来提高路面结构整体抗弯拉强度的原理进行设计的。但连续配筋混凝土路面并非真正没有裂缝，只是由于混凝土的收缩变形为钢筋所约束。收缩应力为钢筋所承担，因此裂缝分散在更多的部位，通常1.5 m～4.0 m即有一微小裂缝，这种微小的裂缝不至于破坏路面的整体连续性能和行车的平稳性，路面表面雨水也不易渗入，从而确保了基层的强度与稳定性;同时裂缝也不会延伸到钢筋表面，路面结构钢筋不会受到锈蚀，面层强度不会降低，因此路面使用寿命会延长且使用性能不会改变。

连续配筋混凝土路面的厚度与普通水泥混凝土板相同。配筋率按容许裂缝宽度计算，纵向配筋率一般控制在0.6%～0.8%;与JCP一样，CRCP在季节性温度变化下将产生周期性移动，由于连续配置的钢筋对温度荷载有一定的传递作用，且横缝较普通混凝土路面大为减少，在板中由于受到路基的约束而无位移，若两端没有任何约束措施，在温度变化下，CRCP的两端在一定长度范围内将会产生很大的位移，必须采取一定的措施加以限制，以避免混凝土板被挤压破坏，严重影响路面的使用性能，避免对与之相连的其他路面或桥梁、通道、涵洞等构造物产生危害，因此必须对端部进行处理。处理措施有矩形钢筋混凝土地梁锚固、混凝土灌注桩锚固、宽翼缘工字钢梁连续设置胀缝等。

3 路面的受力变形特性

若给定设计条件(如板厚、基层支承刚度)，则CRCP的受力特性在很大程度上是轮载、横向裂缝间距及其宽度的函数。裂缝宽度与横向裂缝间距有关，因此CRCP的受力特性主要依赖于横向裂缝间距。因为路面破损是路面的极限反应或破坏，通过研究可以找到路面破损与横向裂缝间距的关系。在CRCP中，温度变化和干缩引起的拉应力会因横向裂缝的形成而得到释放;轮载产生的附加应力将加剧横向裂缝的产生，即产生附加裂缝。如果这些裂缝间距合适，并不会不利于路面使用性能。事实上，间距均匀合适的横向裂缝分布，是设计者追求的理想状态。CRCP病害大多数与不规则的裂缝分布(裂缝间距过短或过长)有关。

CRCP中横向裂缝的形成有两种机理。一种是路面板体积变化受到约束而产生横向裂缝;另一种是外部的轮载对板产生的弯拉效应。第一种机理在CRCP早期起主要作用。路面开放交通后，两种机理共同作用，引起路面进一步开裂。然而，第二种机理取决于第一种机理作用的结果，因为轮载产生的应力部分取决于裂缝间距和宽度。

3.1 钢筋特性

钢筋不存在干缩的问题，在温度和湿度变化下不会发生像混凝土那么大的体积变形量。钢筋具有很高屈服强度、抗拉强度以及体积变形率低的特性，这就有可能保证CRCP的连续性。影响CRCP受力变形性质的钢筋参数有:纵向钢筋配筋率，钢筋尺寸，纵向钢筋在板内的垂直位置。

野外调查发现，当钢筋配筋率高于某一数值后，CRCP横向裂缝间距几乎不再发生变化，而低于1%时，其影响显著。配筋率也影响着横向裂缝的宽度。CRCP中混凝土板的大部分应力是由裂缝处纵向钢筋通过应力传递的。这一应力传递取决于纵向钢筋表面积及其体表形状。对于相同的纵向钢筋配筋率，尺寸小的钢筋将具有较高的体表面积，在总量上传递给混凝土更多的应力。纵向钢筋在混凝土路面板内的垂直位置对横向裂缝间距有显著的影响。如果将纵向钢筋靠近板中性面设置，对板产生明显的约束作用，从而产生更多的横向裂缝。

3.2 路面结构

水泥混凝土路面板的厚度对交通荷载应力有较大影响。增加路面板厚度可降低交通荷载应力，其裂缝间距较大。较厚的路面板在交通荷载作用下，其弯沉值较低，可降低裂缝面上骨料咬合作用散失的可能性。而良好的骨料咬合作用有助于保证路面板的连续性，进一步降低交通荷载应力，延缓路面性能的衰退。人们很早就开始研究地基摩擦对混凝土路面板开裂的影响。研究发现，地基摩擦性能取决于基层材料，且差异很大。破坏面并不是在路面板和基层界面上，而是在基层内部，除非在基层面采用了薄层沥青处理层。因水泥混凝土路面板与基层间的粘结力强于基层材料的抗剪强度，所以地基与路面板之间的摩擦特性与基层材料的抗剪强度有关。在连续式配筋混凝土路面中，除了具有很高的摩擦阻力峰值的水泥稳定基层外，当裂缝间距较大时，这种摩擦作用主要影响早期开裂。因此，基层摩擦作用对裂缝发展有影响，一旦裂缝稳定后，基层的摩擦作用可忽略不计。

4 路面的破坏形式

连续配筋混凝土路面也存在一些缺点，主要有以下几个方面:

CRCP破坏形式主要有:剥落、折断、钢筋断裂、局部开裂等。剥落就是裂缝处混凝土的散失。折断是混凝土板被纵横缝分隔成不连续的小块，在交通荷载反复作用下使混凝土脱落，在横向裂缝间距较小时，较容易发生破坏。当横向裂缝宽度发展为0.5 mm～0.6 mm时，钢筋应力超过其抗拉强度就产生钢筋折断，这些破坏都跟裂缝的宽度和间距有联系。实际上，连续配筋混凝土路面并非真正没有裂缝，只是由于混凝土的收缩变形被钢筋所约束，部分收缩应力被钢筋所承担，使得裂缝分散在更多的位置，裂缝宽度也很小。连续配筋混凝土路面裂缝类型有D形裂缝，纵向裂缝，横向裂缝。横向裂缝主要垂直于路面的中线，在正常使用的连续配筋混凝土路面横向裂缝的出现很正常，在中车道上横向裂缝与想象中的纵向线交叉，从路面的边缘起产生的横缝应当以单个裂缝计算。CRCP开裂的原因是由于CRCP水泥混凝土的干缩和温缩作用受到钢筋和地基的约束，CRCP必然产生横向开裂，所以横向开裂是CRCP本身性质所决定而无法避免的。通常CRCP的前期裂缝由降温与干缩变形引起，而使用后期的裂缝主要是因行车荷载重复作用引起的板底疲劳开裂，混凝土的变形可以分为两个阶段:第一阶段从路面摊铺开始至养护结束后开放交通。这一阶段混凝土的变形主要包括浇筑初期(终凝前)的凝缩变形、硬化混凝土的干燥收缩变形、温度下降引起的冷缩变形等。第二阶段为开放交通之后。该阶段板内应力以车辆荷载引起的应力和混凝土翘曲应力为主，这一阶段路面行为主要表现为原有裂缝的宽度增加和少量新裂缝的产生。

5 结语

鉴于连续配筋混凝土路面的优良性能，应在国内大力推广。连续配筋混凝土路面早期横向开裂主要是因为温缩和干缩引起的变形受到了钢筋和地基的约束，导致内部拉应力的发展，超过其抗拉强度，就产生裂缝。由于混凝土的干缩系数，温缩系数以及强度和刚度等又随着龄期而变化。在前期，温缩、干缩发展较快，而此时混凝土的强度还未形成，裂缝增长迅速。随着时间的推移，混凝土的强度逐渐形成，干缩发展稳定，环境因素只存在温缩的影响，因此，一般横向开裂经过一段时间的发展才基本趋于稳定。所以，要消灭混凝土路面开裂这一质量通病，延长水泥混凝土路面的使用周期，提高投资效益，需要设计、施工、养护管理各方主体各负其责，分头把关，按照行业规范标准，结合工程实际，严格履行各自职能，相信这一顽疾一定会得到根治。

CRCP抗冲断和碎裂的能力与裂缝间距和宽度有关。现有的CRCP设计和施工方法采用的是被动裂缝控制方法，也就是说，裂缝是自然发展的。许多研究者发现冲断和碎裂破坏发生于聚集裂缝、Y形裂缝和分割裂缝上。研究表明:相对于自然开裂段来说，诱导式裂缝控制方法得到贯穿的横向裂缝更快、更直、间距更均匀。18个月后，自然开裂段出现了数条弯曲裂缝、聚集裂缝、Y形裂缝和分割裂缝。采用主动裂缝控制的CRCP优于采用被动裂缝控制的CRCP，因为它能产生更均匀、更直、发展更早的横向裂缝。

[1]黄晓明，邓学钧.路面设计原理与方法[M］.第2版.北京:人民交通出版社，2007:1.

[2]邓学钧.路基路面工程[M］.第3版.北京:人民交通出版社，2009:12.

[3]长 顺，曹东伟.连续配筋混凝土路面设计理论与方法研究.国家自然科学基金项目研究报告[R］.西安:西安公路交通大学，2000.

[4]胡长顺，李成才，景彦平，等.连续配筋混凝土路面试验路研究.国家自然科学基金项目研究报告[R］.西安:西安公路交通大学，2001.

[5]王 虎，胡长顺.连续配筋混凝土路面在横向荷载作用下的解析解[J］.西安公路交通大学学报，1999(8):9-20.