(福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，福州350000)

港口道路與堆場聯(lián)鎖塊鋪面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

■張燕

(福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，福州350000)

本文以海砂回填軟路基為工程實(shí)例，闡明了聯(lián)鎖鋪面損壞的主要成因，結(jié)合聯(lián)鎖鋪面的設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析，為同類加固工程提供可靠參考。

聯(lián)鎖塊鋪面損壞成因設(shè)計(jì)條件計(jì)算分析

0 引言

聯(lián)鎖塊面層是由高強(qiáng)精度的水泥混凝土預(yù)制塊按特定方法緊密排列，塊體間接縫用砂填灌而成的路面，其具有易維修、造價(jià)相對較低、對地基的不均勻沉降適應(yīng)性較好等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于我國碼頭的道路、堆場工程中。港口堆場是堆存貨物主要場所，其行車速度較慢，對地面平整度要求較低，地基殘余沉降較大，因而聯(lián)鎖塊鋪面適應(yīng)上述特點(diǎn)。下面結(jié)合海砂回填軟路基，對聯(lián)鎖塊鋪面的設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算分析。

1 聯(lián)鎖塊鋪面損壞成因

聯(lián)鎖塊本身強(qiáng)度不足。聯(lián)鎖塊的生產(chǎn)一般由混凝土生產(chǎn)廠家使用專門設(shè)備制造，其原材料和配合比經(jīng)過廠家多次試驗(yàn)摸索，使聯(lián)鎖塊的強(qiáng)度和外觀質(zhì)量達(dá)到要求。施工單位自行預(yù)制的聯(lián)鎖塊則很難達(dá)到專業(yè)廠家的質(zhì)量水平。聯(lián)鎖塊出廠一般根據(jù)強(qiáng)度、尺寸和外觀質(zhì)量水平，分成幾個(gè)等級，價(jià)格因而也不同。所以，選用聯(lián)鎖塊應(yīng)按照工程要求，選擇符合設(shè)計(jì)要求的聯(lián)鎖塊，并加強(qiáng)質(zhì)量檢驗(yàn)，把好材料入口關(guān)。

集中荷載過大，造成個(gè)別塊體損壞。聯(lián)鎖塊鋪面在正常的受力狀態(tài)下，一定范圍內(nèi)的聯(lián)鎖塊相互擠壓,產(chǎn)生拱殼作用，共同承受上部荷載，但如局部荷載過大，這種拱殼作用就不明顯，而變?yōu)閱为?dú)受力狀態(tài)，從而使單塊塊體被壓斷裂。這種情況常常發(fā)生在碼頭前方作業(yè)堆場，這里是堆放船艙蓋板的地方，為節(jié)省場地蓋板常多層疊放，蓋板支腿壓力過大，容易造成支腿下部聯(lián)鎖塊斷裂。因此集裝箱碼頭前方作業(yè)地帶最好采用較厚和強(qiáng)度較高的聯(lián)鎖塊鋪砌。

聯(lián)鎖塊下墊層砂如含有粒徑超過1cm的粗顆粒過大或過多，將惡化聯(lián)鎖塊的受力環(huán)境，也是造成聯(lián)鎖塊損壞的一個(gè)重要原因。因此，墊層砂必須嚴(yán)格控制粗顆粒含量，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行篩分處理。

2 面層結(jié)構(gòu)組合

聯(lián)鎖塊面層結(jié)構(gòu)可由聯(lián)鎖塊、墊砂層、基層和墊層組成(圖1)。墊層之下為土基。工程中，基層一般采用水泥穩(wěn)定碎石層或貧混凝土，墊層一般采用碎石。

圖1 面層結(jié)構(gòu)組合

3 設(shè)計(jì)步驟

我國規(guī)范中關(guān)于聯(lián)鎖塊鋪面的設(shè)計(jì)步驟主要為：標(biāo)準(zhǔn)荷載作用總次數(shù)計(jì)算和結(jié)構(gòu)組合各結(jié)構(gòu)層厚度計(jì)算。進(jìn)行各結(jié)構(gòu)層厚度計(jì)算時(shí)，應(yīng)先初擬各結(jié)構(gòu)層厚度，試算聯(lián)鎖塊車轍深度、回彈彎沉值、各基層頂面當(dāng)量回彈模量、回彈彎沉值，若結(jié)果滿足規(guī)范要求，則初擬結(jié)構(gòu)層厚度可作為設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)層厚度，否則應(yīng)改選結(jié)構(gòu)層厚度重新計(jì)算，直至滿足規(guī)范要求。

4 計(jì)算實(shí)例

4.1 設(shè)計(jì)條件

集裝箱堆場，堆場回填料為海砂，軟基已經(jīng)過強(qiáng)夯及堆載預(yù)壓等加固處理，工藝擬采用TL45-5正面吊進(jìn)行作業(yè)。正面吊作為堆場的控制荷載，重載時(shí)前輪輪壓300kN/輪，后輪為100kN/輪，接地面積前輪為0.46m× 0.65m，后輪為0.46m×0.0.22m。流動(dòng)機(jī)械荷載為P5，年運(yùn)行次數(shù)80000次。

4.2 計(jì)算結(jié)果

4.2.1 標(biāo)準(zhǔn)荷載作用總次數(shù)計(jì)算

分析TL45-5正面吊荷載，輪壓為300kN，接地面積2990cm2，接地壓強(qiáng)為1MPa。

考慮流動(dòng)機(jī)械荷載的輪組系數(shù)的影響，采用荷載換算系數(shù)公式，可得正面吊的荷載換算系數(shù)η=1.0?？紤]堆場鋪面寬度折減系數(shù)ηγ2=0.5，使用期20年的堆場標(biāo)準(zhǔn)荷載作用總次數(shù)為：

式中，t為設(shè)計(jì)使用年限(年)；N為流動(dòng)機(jī)械年運(yùn)行次數(shù)(次/年)；η為流動(dòng)機(jī)械非標(biāo)準(zhǔn)荷載與標(biāo)準(zhǔn)荷載的荷載換算系數(shù)；ηγ2為鋪面寬度折減系數(shù)。

4.2.2 結(jié)構(gòu)組合及各結(jié)構(gòu)層厚度設(shè)計(jì)

考慮流動(dòng)機(jī)械荷載為P5級，初估結(jié)構(gòu)層自上而下為：聯(lián)鎖塊厚12cm、中粗砂墊層厚3cm、5%水泥穩(wěn)定碎石墊層厚40cm、級配碎石墊層厚30cm。

(1)車轍深度計(jì)算

根據(jù)《港口道路、堆場鋪面設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》，車轍深度計(jì)算公式為：lc=1.90e-0.11hc×Nm0.285×ly。

式中，hc為塊體厚度(cm)；ly為流動(dòng)機(jī)械重復(fù)荷載作用一次的回彈彎沉值(mm)。

流動(dòng)機(jī)械重復(fù)荷載作用一次的回彈彎沉值計(jì)算參考《公路設(shè)計(jì)手冊-路面》，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，土基頂面的回彈模量取80MPa，碎石墊層頂面的回彈模量取300MPa，5%水泥穩(wěn)定碎石墊層頂面的回彈模量取1500MPa。通過逐層回彈模量系數(shù)比較及各結(jié)構(gòu)層厚度系數(shù)比較，從而查表得出流動(dòng)機(jī)械重復(fù)荷載作用一次的回彈彎沉值ly為1.587mm＜2mm(容許回彈彎沉值)，滿足設(shè)計(jì)要求。

車轍深度lc=38.62mm，流動(dòng)機(jī)械重復(fù)作用的荷載，容許車轍深度為la=40mm，0.95la＜lc＜1.03la，初擬結(jié)構(gòu)層滿足要求。

(2)基層底面彎拉應(yīng)力計(jì)算

根據(jù)《港口道路、堆場鋪面設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》，基層底面疲勞容許彎拉應(yīng)力計(jì)算公式為：

式中：σs為基層材料的極限抗彎拉強(qiáng)度MPa；Kd為動(dòng)荷系數(shù)，取1.05～1.10。

參考《公路設(shè)計(jì)手冊-路面》，通過逐層回彈模量系數(shù)比較及各結(jié)構(gòu)層厚度系數(shù)比較，從而查表得基層底面彎拉應(yīng)力σr=0.707MPa，0.95σR2＜σr＜1.03σR2，初擬結(jié)構(gòu)層滿足要求。

5 結(jié)語

根據(jù)我國現(xiàn)有規(guī)范技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，聯(lián)鎖塊鋪面設(shè)計(jì)過程較為繁瑣，設(shè)計(jì)中不僅需要套用港口標(biāo)準(zhǔn)，部分?jǐn)?shù)據(jù)的計(jì)算還需參考公路標(biāo)準(zhǔn)，并且過程中查用了大量的圖表，比較容易造成人為誤差。本文通過對港口道路、堆場聯(lián)鎖塊鋪面設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，為今后港口工程設(shè)計(jì)提供參考。