斜向预应力混凝土复合式路面预防桥头跳车技术

韩 微 微

(西安公路研究院,陕西 西安 710065)



斜向预应力混凝土复合式路面预防桥头跳车技术

韩 微 微

(西安公路研究院,陕西 西安 710065)

介绍了斜向预应力混凝土路面基层的技术优势，并结合工程实例，阐述了斜向预应力混凝土复合式路面设计方案，指出采用该路面能使桥梁与路面之间形成刚性过渡，缓解由于差异沉降引起的桥头跳车问题。

斜向预应力，复合式路面，桥头跳车，结构设计

随着我国国民经济的快速发展，公路修建里程不断增加，道路等级不断提高，桥梁、涵洞、通道、隧道、立交等公路构造物所占的比重也越来越大，从目前已投入使用的高等级公路来看，存在一些不尽如人意之处，例如间距只有数十米甚至更短的桥梁构造物之间的段落，若按照设计铺筑上、中、下面层，往往在分层压实时会造成压路机距桥台过近，造成压实度不足等问题，从而导致路面结构耐久性差，达不到设计使用寿命。因此，复合式路面在这个背景下应运而生。但是根据国内外研究现状来看，普通水泥混凝土—沥青混凝土复合式路面(PCC-AC)和碾压混凝土—沥青混凝土复合式路面(RCC-AC)由于水泥板有切缝，引起表面沥青层反射裂缝较多；其次，普通水泥混凝土路或碾压混凝土路面与桥梁的衔接处一般设置桥头搭板，但是短路基两端差异沉降由于较普通路段大，桥头搭板缓解能力有限。因此，我们提出了一种斜向预应力混凝土复合式路面预防桥头跳车的新技术。

1 斜向预应力混凝土路面基层的技术优势

斜向预应力混凝土路面是在水泥混凝土路面内对称布置“两层斜向预应力筋”，斜向布筋是指将预应力筋沿路面纵向旋转一个倾角布置，使其在路面长度和宽度方向均产生预应力，路面在较长范围内不设置接缝，这样可以解决普通水泥混凝土路面由于接缝产生的损害现象，提高路面使用性能、有效延长水泥混凝土路面的使用寿命，如图1所示。

与水泥稳定碎石、二灰稳定碎石等半刚性基层相比，斜向预应力混凝土结构层存在以下优势：

1)混凝土不需要压实，对于施工条件要求不高，可减少由于基层压实不足或不均匀导致的差异沉降变形，以及由此引起面层受力不均产生的损坏现象；

2)斜向预应力混凝土刚度大，可与路基两端的桥梁等结构物良好衔接，起到类似“桥头搭板”的作用；

3)斜向预应力混凝土结构层承载力高，耐久性好，对路基、底基层等结构层的要求相对较低。

因此，斜向预应力混凝土结构层适宜代替普通半刚性基层，作为短路基路面的主要承重层。

2 斜向预应力混凝土复合式路面设计方案

2.1 结构设计方案

本次试验路段是将斜向预应力水泥混凝土路面应用于咸阳至淳化至旬邑高速公路复合路面，该路段原设计路面结构形式为：

上面层：4 cm AC-13(SBS改性沥青)细粒式沥青混凝土;中面层：6 cm AC-20(SBS改性沥青)中粒式沥青混凝土;下面层：12 cm粗粒式沥青碎石ATB-30;封层：SBS改性热沥青碎石封层(不计厚度);基层：36 cm水泥稳定碎石;底基层：18 cm二灰碎石。

结合原路面的设计方案，在保持路面结构设计总厚度不变的基础上，通过对斜向预应力混凝土路面进行ANSYS有限元建模，对荷载应力、温度应力等进行分析，如图2,图3所示。

通过ANSYS有限元力学分析，最终确定各结构层类型及厚度如下所示：

上面层：4 cm AC-13(SBS改性沥青)细粒式沥青混凝土;中面层：6 cm AC-20(SBS改性沥青)中粒式沥青混凝土;面层：20 cm斜向无粘结预应力水泥混凝土路面;滑动层：细砂+聚乙烯薄膜(不计厚度);基层：28 cm贫水泥混凝土;底基层：18 cm二灰碎石。

试验路将斜向预应力混凝土直接作为基层，替代沥青下面层及部分上基层，厚度为24 cm，宽度10.83 m。试验段桩号为K44+370～K44+397.5,K44+370～K44+408.5,K76+738～K76+843,K74+198～K74+520.5共4段，长度分别为27.5 m,38.5 m,105 m,322.5 m。前三个长度的推广试验段作为桥梁之间的短路基基层，主要为了预防高速公路路面短路基基层反射裂缝，避免沥青混凝土路面出现车辙和桥头跳车现象，提高沥青路面的使用性能，同时可以提高路面承载力，延长路面的使用寿命。322.5 m长度的推广试验段除了与短路基的共同作用外还主要考虑到尽量减少结构物之间高填方路段的病害，也是斜向预应力水泥混凝土路面作为较长基层的首次试验尝试。试验路施工照片如图4所示。

2.2 斜向预应力混凝土路面与桥梁衔接设计方案

斜向预应力混凝土基层位于两个刚性结构物之间，其板端处将原设计的桥头搭板去掉，将斜向预应力混凝土基层设置于背墙上或与背墙通过植筋的方式相连，目的是为了使斜向预应力混凝土基层与墙背形成一个整体，减少差异性沉降的影响。设置方式有两种。

1)对于墙标高高于混凝土基层，与沥青路面中面层的底标高一致，应在向短路基一侧的背墙上每隔30 cm距离植入25的圆钢，布置于中部。圆钢长度为40 cm，伸入到背墙中15 cm，预留在斜向预应力混凝土基层里长度为25 cm，如图5a)所示，并且应用PVC管将预留在斜向预应力混凝土基层中的圆钢套住，防止斜向预应力混凝土将背墙拉裂。

2)对于背墙还未做好的情况下，可将斜向预应力混凝土基层直接伸长到背墙上，如图5b)所示，使斜向预应力基层与桥梁共用一条伸缩缝，取消了基层与背墙之间的接缝，既能更好起到过渡的作用，又能减少由于接缝存在而产生的次生病害。

3 结语

从咸旬高速公路应用效果来看，斜向预应力混凝土复合式路面使用效果良好，路面尚未出现明显裂缝病害。采用斜向预应力混凝土复合式路面能使桥梁与路面之间形成刚性过渡，从而缓解由于差异沉降引起的桥头跳车，同时又能防止基层裂缝反射到沥青面层上，大幅度提高桥头行车安全性和舒适性。

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Research on the technology of composite pavement structure with inclined prestressed concrete to prevent bumping at bridge head

Han Weiwei

(Xi’anHighwayResearchInstitute,Xi’an710065,China)

This paper introduced the technical advantages of oblique pre-stressed concrete pavement layer, and combining with the engineering examples, elaborated the design scheme of oblique pre-stressed concrete composite pavement, pointed out using the pavement could produce rigid transition between bridge and pavement, alleviated the bridge bump problems caused by differential settlement.

oblique pre-stress, composite pavement, bridge bump, structural design

1009-6825(2017)10-0147-03

2017-01-21

韩微微(1984- )，女，硕士，工程师

U416.2

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