直接式双层水泥混凝土道面盖被层厚度设计

□□ 王建武，王鹏飞，童云罡

(1.空军勤务学院，江苏 徐州 221000；2.空后机营部，北京 100720；3.空后直供部 机场营房处，北京 100350)

建筑设计

直接式双层水泥混凝土道面盖被层厚度设计

□□ 王建武1，王鹏飞2，童云罡3

(1.空军勤务学院，江苏 徐州 221000；2.空后机营部，北京 100720；3.空后直供部 机场营房处，北京 100350)

对已不能满足当前使用要求的机场道面进行加厚补强处理，以更好地满足其使用要求。对当前常用的3种盖被方式进行了分析与比较，最终决定选用直接式的盖被层，并对直接式盖被层的厚度进行了设计。

机场道面；盖被层；直接式；厚度设计

引言

机场道面在机轮荷载及自然因素等的长期综合作用下，开始出现较为严重的损坏。此外，由于某些机场道面使用寿命已到，抑或是由于机型的变化致使原来的道面已不能满足新机型的使用要求等因素，需要对原机场道面进行加厚处理。按照加厚施工方案，有隔离式、结合式以及直接式3种不同的道面结构加厚形式，本文就重载交通下直接式盖被层的厚度进行设计研究。

1 盖被方式的选择

众所周知，当前机场道面盖被工程以直接式盖被为主，仅凭借着较为单薄的理论基础以及施工经验进行施工。经广泛查阅资料发现，这方面尚未有较为深入的理论研究和探索。而分离式盖被层目前在国内外均有较为深入的理论研究和工程实例，在此不再赘述。结合式的层间结合方式存在着很多弊端。首先，为保证盖被层与原面层之间的充分粘结，在盖被施工之前，需先对原面层进行凿毛处理，然后及时清洗并涂以适当的粘结剂，再浇筑水泥混凝土。因施工时需凿毛并涂以粘结剂，从而增大了工程量，致使人机费用增加，成本升高。其次，由于对原面层进行凿毛处理，致使原面层表面凹凸不平，在浇筑混凝土过程中使得砂浆下渗，凝结后形成一个较为薄弱的过渡层。该过渡层的作用是使新旧面层充分粘结、咬合，进而形成一个整体，从而提高道面的承载能力。由于在使用前期混凝土的收缩应力远远大于其温度应力，应及时对盖被层进行切缝处理。但因应力较为集中，一旦切缝，将会在缝端出现裂纹，且裂纹将继续向下延伸，直到贯穿板厚，盖被层将产生回复力致使其发生收缩，而该收缩过程必然会受到已粘结为一体的原面层的限制，造成过渡层中剪力的出现。原已粘结为一体的整体在剪力的作用下彼此将分开，直至新旧面层完全分离。两面层一旦分离，分离界面凹凸不平，在机轮荷载、温度应力及其他自然因素的综合作用下，极易造成板底脱空、唧泥、板块碎裂甚至板块断裂。由此可见，该过渡层的出现只是在前期发挥了作用，但随着后期的使用，其存在反而加剧了新旧面层的损坏，起到了相反的作用。这也是当前道面盖被工程中很少使用结合式盖被层进行道面加厚补强处理的原因。

直接式盖被层则是在清洗干净的旧道面上直接浇筑水泥混凝土，无需其他处理。与其他两种方式相比，这种盖被方式最为简单，工程造价最低，新旧面层间的受力状态良好。综合力学分析、工程量以及工程造价分析可知，采用直接式盖被方式进行道面加厚补强处理最为科学、合理。

2 直接式盖被道面结构

直接式双层水泥混凝土道面是在原面层的基础上进行盖被、加厚处理，以满足机场当前的使用要求，其层状结构如图1所示，自下而上依次为天然土基、压实土基、垫层(酌情设置)、基层、原面层和盖被层。盖被层施工时，需对原面层出现的一些功能性损坏部分进行修补，并对整个道面进行清洗处理，清除异物，保持道面清洁。直接式盖被层的厚度应≮0.12 m。

图1 机场双层道面横向结构剖面

3 直接式盖被层厚度设计

目前，机场道面盖被层的厚度设计主要以飞机机轮荷载产生的荷载疲劳断裂为设计指标与标准，鲜有涉及到温度疲劳应力的影响。在机轮荷载作用下，机轮产生的荷载应力远大于常规机场的对应值，此时，温度疲劳应力的影响已不容忽视。故本文在借鉴参考机场道面直接式盖被层厚度设计方案的基础上，考虑温度荷载疲劳应力的影响，给出机场道面直接式盖被层厚度的设计方法，具体的设计流程如图2所示。

图2 机场盖被层厚度设计流程图

3.1 直接式双层板荷载疲劳应力计算

基于直接式双层水泥混凝土道面板等抗弯刚度的当量单层板的厚度为hp，其计算公式为：

hp=γph2

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：E1，E2———分别为旧面层和新面层的弯拉弹性模量，MPa；h1，h2———分别为旧面层和新面层水泥混凝土的厚度，m；K———层间结合系数。

直接式双层板中的控制总弯矩Mk的计算公式为：

(5)

式中：σp———临界荷位处的板底最大拉应力，MPa。

将(5)式代入(6)式和(7)式，可计算出旧面层和新面层的板底拉应力σp1、σp2。

(6)

(7)

式中：σp1，σp2———分别为下层板底和上层板底的弯拉应力，MPa。

将(6)式、(7)式分别代入(8)式，分别计算出旧面层、新面层的荷载疲劳应力σpr1、σpr2。

(8)

σprx=kfσpx

3.2 直接式双层板温度疲劳应力计算

水泥混凝土道面双层板的温度疲劳应力σtr按(9)式进行计算。

(9)

σtr=ktσtm

(10)

式中：fr———水泥混凝土弯拉强度标准值，对于综合保障基地，该值取5．0MPa；a，b———回归系数，由所在地区的自然区划决定，具体值参照表1。

表1 回归系数a、b

最大温度翘曲应力的计算公式为：

(11)

BX1=ζ1BX

(12)

(13)

式中：BX1———温度翘曲应力系数；BX———温度应力系数，可由温度应力系数图查出。

3.3 校核

采用直接式盖被进行道面加厚补强处理的效果按(14)式校核：

(14)

式中：γr———可靠度系数，依据表2确定；其中：σpr=σpr1+σpr2。

表2 可靠度系数γr

4 结语

本文介绍了机场道面加厚补强常用的3种盖被方式，并对这3种方式进行了对比，最终确定选用直接式盖被进行道面的加厚补强处理。指出了传统的直接式盖被方式的不足，并给出了考虑温度应力的直接式盖被层厚度的设计流程，可为类似工程的设计提供参考。

(编辑 芋艳梅)

Thickness Design of Double-Layer Direct-Type Cover of Cement Concrete Pavement

WANG Jian-wu1，WANG Peng-fei2，TONG Yun-gang3

(1.Air Force Service College，Xuzhou，Jiangsu，221000，China；2.The Airport Barracks Department of Air Force Service，Beijing，100720，China；3.The Airport Barracks Department of the Supply Ministry of Air Force Service，Beijing，100350，China)

It is necessary to conduct thickened reinforcing treatment to the airport road surface unable to meet the current requirements.This paper compares the present three types of covering and selects the direct-type one and designs the thickness.

airport road surface；cover；direct-type；thickness design

1009-9441(2015)05-0006-03

U 418.6

A

王建武(1990-)，男，江苏徐州人，硕士研究生，研究方向为机场防灾减灾与防护工程。

2015-09-11