港口道路与堆场联锁块铺面结构设计分析

(福建省交通规划设计院，福州350000)

港口道路与堆场联锁块铺面结构设计分析

■张燕

(福建省交通规划设计院，福州350000)

本文以海砂回填软路基为工程实例，阐明了联锁铺面损坏的主要成因，结合联锁铺面的设计步骤进行结构设计分析，为同类加固工程提供可靠参考。

联锁块铺面损坏成因设计条件计算分析

0 引言

联锁块面层是由高强精度的水泥混凝土预制块按特定方法紧密排列，块体间接缝用砂填灌而成的路面，其具有易维修、造价相对较低、对地基的不均匀沉降适应性较好等优点，目前已广泛应用于我国码头的道路、堆场工程中。港口堆场是堆存货物主要场所，其行车速度较慢，对地面平整度要求较低，地基残余沉降较大，因而联锁块铺面适应上述特点。下面结合海砂回填软路基，对联锁块铺面的设计进行计算分析。

1 联锁块铺面损坏成因

联锁块本身强度不足。联锁块的生产一般由混凝土生产厂家使用专门设备制造，其原材料和配合比经过厂家多次试验摸索，使联锁块的强度和外观质量达到要求。施工单位自行预制的联锁块则很难达到专业厂家的质量水平。联锁块出厂一般根据强度、尺寸和外观质量水平，分成几个等级，价格因而也不同。所以，选用联锁块应按照工程要求，选择符合设计要求的联锁块，并加强质量检验，把好材料入口关。

集中荷载过大，造成个别块体损坏。联锁块铺面在正常的受力状态下，一定范围内的联锁块相互挤压,产生拱壳作用，共同承受上部荷载，但如局部荷载过大，这种拱壳作用就不明显，而变为单独受力状态，从而使单块块体被压断裂。这种情况常常发生在码头前方作业堆场，这里是堆放船舱盖板的地方，为节省场地盖板常多层叠放，盖板支腿压力过大，容易造成支腿下部联锁块断裂。因此集装箱码头前方作业地带最好采用较厚和强度较高的联锁块铺砌。

联锁块下垫层砂如含有粒径超过1cm的粗颗粒过大或过多，将恶化联锁块的受力环境，也是造成联锁块损坏的一个重要原因。因此，垫层砂必须严格控制粗颗粒含量，必要时应进行筛分处理。

2 面层结构组合

联锁块面层结构可由联锁块、垫砂层、基层和垫层组成(图1)。垫层之下为土基。工程中，基层一般采用水泥稳定碎石层或贫混凝土，垫层一般采用碎石。

图1 面层结构组合

3 设计步骤

我国规范中关于联锁块铺面的设计步骤主要为：标准荷载作用总次数计算和结构组合各结构层厚度计算。进行各结构层厚度计算时，应先初拟各结构层厚度，试算联锁块车辙深度、回弹弯沉值、各基层顶面当量回弹模量、回弹弯沉值，若结果满足规范要求，则初拟结构层厚度可作为设计结构层厚度，否则应改选结构层厚度重新计算，直至满足规范要求。

4 计算实例

4.1 设计条件

集装箱堆场，堆场回填料为海砂，软基已经过强夯及堆载预压等加固处理，工艺拟采用TL45-5正面吊进行作业。正面吊作为堆场的控制荷载，重载时前轮轮压300kN/轮，后轮为100kN/轮，接地面积前轮为0.46m× 0.65m，后轮为0.46m×0.0.22m。流动机械荷载为P5，年运行次数80000次。

4.2 计算结果

4.2.1 标准荷载作用总次数计算

分析TL45-5正面吊荷载，轮压为300kN，接地面积2990cm2，接地压强为1MPa。

考虑流动机械荷载的轮组系数的影响，采用荷载换算系数公式，可得正面吊的荷载换算系数η=1.0。考虑堆场铺面宽度折减系数ηγ2=0.5，使用期20年的堆场标准荷载作用总次数为：

式中，t为设计使用年限(年)；N为流动机械年运行次数(次/年)；η为流动机械非标准荷载与标准荷载的荷载换算系数；ηγ2为铺面宽度折减系数。

4.2.2 结构组合及各结构层厚度设计

考虑流动机械荷载为P5级，初估结构层自上而下为：联锁块厚12cm、中粗砂垫层厚3cm、5%水泥稳定碎石垫层厚40cm、级配碎石垫层厚30cm。

(1)车辙深度计算

根据《港口道路、堆场铺面设计与施工规范》，车辙深度计算公式为：lc=1.90e-0.11hc×Nm0.285×ly。

式中，hc为块体厚度(cm)；ly为流动机械重复荷载作用一次的回弹弯沉值(mm)。

流动机械重复荷载作用一次的回弹弯沉值计算参考《公路设计手册-路面》，根据工程经验，土基顶面的回弹模量取80MPa，碎石垫层顶面的回弹模量取300MPa，5%水泥稳定碎石垫层顶面的回弹模量取1500MPa。通过逐层回弹模量系数比较及各结构层厚度系数比较，从而查表得出流动机械重复荷载作用一次的回弹弯沉值ly为1.587mm＜2mm(容许回弹弯沉值)，满足设计要求。

车辙深度lc=38.62mm，流动机械重复作用的荷载，容许车辙深度为la=40mm，0.95la＜lc＜1.03la，初拟结构层满足要求。

(2)基层底面弯拉应力计算

根据《港口道路、堆场铺面设计与施工规范》，基层底面疲劳容许弯拉应力计算公式为：

式中：σs为基层材料的极限抗弯拉强度MPa；Kd为动荷系数，取1.05～1.10。

参考《公路设计手册-路面》，通过逐层回弹模量系数比较及各结构层厚度系数比较，从而查表得基层底面弯拉应力σr=0.707MPa，0.95σR2＜σr＜1.03σR2，初拟结构层满足要求。

5 结语

根据我国现有规范技术标准，联锁块铺面设计过程较为繁琐，设计中不仅需要套用港口标准，部分数据的计算还需参考公路标准，并且过程中查用了大量的图表，比较容易造成人为误差。本文通过对港口道路、堆场联锁块铺面设计进行分析，为今后港口工程设计提供参考。