連續(xù)配筋混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計實例研究

康棟東

（申都設(shè)計集團有限公司，上海市 200433）

0 引言

連續(xù)配筋混凝土路面是在縱向連續(xù)配置足夠數(shù)量的鋼筋，連續(xù)澆筑不設(shè)接縫的一種高性能混凝土路面結(jié)構(gòu)，具有承載能力突出、平整性連續(xù)、行車較舒適、使用壽命久、養(yǎng)護少、維修方便等特點，非常適合重載交通的特殊路段設(shè)計采用。

本文結(jié)合上海市工程實例“市重大工程渣土應(yīng)急消納交通保障配套項目”進行論述，該項目包括兩個工程，其一為浦東機場3＃圍區(qū)南側(cè)運輸通道應(yīng)急加固工程；其二為南匯東灘N1庫區(qū)外圍運輸通道應(yīng)急加固工程。浦東機場3＃圍區(qū)與南匯東灘N1庫區(qū)自2016年9月以來開始承擔(dān)本市軌道交通、市政路橋等重大工程渣土消納工作，預(yù)計今后消納總量將達4 000萬m3。與之配套需要開辟土方車進入3#圍區(qū)與N1庫區(qū)的運輸通道，通過S32-兩港大道-拱極東路-穿越滄海桑田進入3#圍區(qū)與N1庫區(qū)。

3＃圍區(qū)與N1庫區(qū)運輸通道涉及拱極東路、滄海桑田園區(qū)道路、園區(qū)通大堤道路等三個路段，交通主要以工程土方車為主，土方車滿載重量一般為60 t/輛，超載重量為80 t/輛，超載情況較多也應(yīng)在設(shè)計中考慮，交通量按照1 000輛/d計，屬于特重交通，原路面結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足這種重載交通需求，需進行加固設(shè)計，擬采用加鋪連續(xù)配筋混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，項目地理位置見圖1。

圖1 地理位置圖

拱極東路是浦東新區(qū)內(nèi)一條東西向規(guī)劃二級公路，目前兩港公路以東段只建南側(cè)半幅，道路寬度8.5 m（車行道寬度7.5 m，兩側(cè)土路肩寬度各0.5 m），改造長度約3 km，采用單向直線型路拱，車行道橫坡為2.0%，原設(shè)計為瀝青混凝土路面，車輛雙向通行。拱極東路兩側(cè)多為企業(yè)、園區(qū)和農(nóng)田。

滄海桑田園區(qū)道路為園區(qū)內(nèi)部非等級道路，道路寬度9 m，改造長度約5 km，采用雙向直線型路拱，車行道橫坡為2.0%，現(xiàn)狀為瀝青混凝土路面，車輛雙向通行。園區(qū)道路兩側(cè)多為農(nóng)田、水塘。

滄海桑田園區(qū)通大堤道路為園區(qū)內(nèi)部非等級道路，高填土鋪筑，同時起到防浪堤作用，現(xiàn)狀道路寬度5~7 m（南側(cè)砌石擋墻寬0.5 m，北側(cè)土路肩寬度0.5 m），采用單向直線型路拱，車行道橫坡為2%，瀝青混凝土路面，車輛雙向通行。改造長度約1.1 km，擬拓寬至9 m。園區(qū)通大堤道路兩側(cè)多為農(nóng)田、水塘。

1 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 設(shè)計原則

本工程三個路段平縱橫均按照三級公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，設(shè)計速度為30 km/h，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)軸載采用BZZ-100，路面設(shè)計使用年限為15 a。設(shè)計原則：拱極東路、園區(qū)道路平面、橫斷面設(shè)計維持原狀，對園區(qū)通大堤道路拓寬；道路縱斷面線形達到相應(yīng)等級要求；加鋪連續(xù)配筋混凝土路面，路面結(jié)構(gòu)按照二級公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，提高承載能力，以適應(yīng)重載交通需求；對路緣石、防撞護欄等附屬設(shè)施同步整治。

連續(xù)配筋混凝土路面具有以下主要設(shè)計特點：

（1）路面連續(xù)配筋，設(shè)縱向以及橫向鋼筋結(jié)成雙層鋼筋網(wǎng)片，以控制裂縫寬度，按不大于0.5 mm裂縫寬度標(biāo)準(zhǔn)進行配筋設(shè)計。

（2）路面縱向連續(xù)，可每100~200 m設(shè)一道橫向脹縫，使路面具有較高的平整性，車輛行駛時更加舒適。

（3）在橋臺、坡腳、交叉口等部位進行脹縫布置或錨固段設(shè)計，以控制連續(xù)配筋混凝土路面因溫度變化等原因收縮或膨脹對這些部位的影響。

（4）以抗彎拉強度不低于5 MPa作為水泥混凝土主要控制指標(biāo)。

（5）原路面結(jié)構(gòu)作為基層結(jié)構(gòu)，應(yīng)進行鉆芯取樣和彎沉檢驗，并制定合理的處治方案，一般采用基層補強或增加結(jié)構(gòu)層方案，以達到設(shè)計要求。

1.2 原路面結(jié)構(gòu)及處治

原路面主要包括五種狀況：

（1）拱極東路部分路段原路面結(jié)構(gòu)

40 cm粉煤灰三渣或水穩(wěn)基層

15 cm級配碎石

（2）拱極東路其余路段原路面結(jié)構(gòu)

8 cm AC-25C粗粒式瀝青混合料

0.6 cm稀漿封層

40 cm粉煤灰三渣或水穩(wěn)基層

15 cm級配碎石

（3）滄海桑田園區(qū)道路原路面結(jié)構(gòu)

4 cm AC-13C細粒式瀝青混合料

8 cm AC-25C粗粒式瀝青混合料

20 cm C30混凝土

10~20 cm碎石墊層

對于以上三種情況，如果已經(jīng)鋪設(shè)的結(jié)構(gòu)層狀況較好，則保留利用。如果局部結(jié)構(gòu)層損壞，則進行基礎(chǔ)補強，翻挖原有路面20 cm結(jié)構(gòu)后，采用20 cmC30混凝土補強。處治后加鋪連續(xù)配筋混凝土路面。

（4）滄海桑田園區(qū)通大堤原道路路面結(jié)構(gòu)（5~7 m寬）

4 cm AC-13C細粒式瀝青混合料

8 cm AC-25C粗粒式瀝青混合料

45 cm渣石

對該路段整體作為基層利用。

（5）滄海桑田園區(qū)通大堤道路9m路幅除去5~7 m瀝青路面外，其余寬度為土路肩和林木種植地。

對該路段拓寬路基至9 m寬。為了減少沉降，拓寬道路路基采用100 cm現(xiàn)澆增強型泡沫輕質(zhì)土，抗壓強度不小于1 MPa，每50 cm一層錯臺澆筑，下挖基底如出現(xiàn)淤泥，做40 cm級配碎石+拋石處理，為保證現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土的整體性，在距輕質(zhì)土路床頂面20 cm范圍內(nèi)設(shè)置一道鍍鋅鐵絲網(wǎng)，在泡沫輕質(zhì)土頂部設(shè)置一道鋼塑土工格柵，泡沫輕質(zhì)土采用防滲土工膜整體包裹，填筑到設(shè)計標(biāo)高。

考慮到滄海桑田園區(qū)通大堤道路是軟土地基與高填土鋪筑的情況，為保證基層強度，對9 m路寬整體增加一層基層結(jié)構(gòu)層，采用20 cm C30混凝土（縱向切縫間距10 m），然后加鋪連續(xù)配筋混凝土路面。

1.3 加鋪連續(xù)配筋混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

本工程加固路面設(shè)計采用26 cm連續(xù)配筋混凝土路面，混凝土抗彎拉強度不小于5MPa，采用HRB400級鋼筋，設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)片，縱向Φ16間距200 mm，橫向Φ12間距300 mm，見圖2（配筋率0.75%，裂縫控制寬度不大于0.5 mm）。

圖2 鋼筋網(wǎng)橫向剖面圖（單位：mm）

連續(xù)配筋混凝土路面取消了橫向接縫，在橋臺、縱坡坡腳、交叉口等部位會因混凝土熱脹冷縮形成縱向位移及水平推力傳導(dǎo)，影響到這些部位的穩(wěn)定，必須設(shè)置合適的脹縫或地梁錨固段，以消解或控制水平推力傳導(dǎo)，實際應(yīng)用中一般路段可每100~200 m設(shè)一道橫向脹縫，在縱坡坡腳、交叉口等部位增設(shè)1-2道脹縫，在橋臺等部位設(shè)3~4道地梁。

2 運輸通道水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計計算書

根據(jù)《公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》（JTG D40-2011）附錄B、附錄D進行計算，計算書所引表格、公式、條例等與規(guī)范對應(yīng)。

2.1 交通分析

按疲勞斷裂設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進行結(jié)構(gòu)分析時，以100 kN單輪-雙輪組荷載作為設(shè)計軸載（P s=100 kN），對特重交通荷載等級的水泥混凝土路面，選用重車中占主要份額特重車型的軸載作為設(shè)計軸載，運輸通道通行的土方車交通量1 000輛/d，經(jīng)計算，設(shè)計車道2017年使用初期標(biāo)準(zhǔn)軸載日作用次數(shù)為5 500。

運輸通道道路等級：三級公路標(biāo)準(zhǔn)；設(shè)計速度：30 km/h，水泥混凝土路面設(shè)計年限為15 a。

考慮到運輸通道交通繁重、超載車輛較多的特殊情況，在混凝土路面結(jié)構(gòu)計算時宜選用二級公路對應(yīng)的較高指標(biāo)。

公路自然區(qū)劃IV區(qū)，二級公路，路基為粘質(zhì)土，采用普通混凝土路面，路面寬7.5 m或9 m。

由表3.0.1，二級公路的安全等級為二級。由表A.2.4，臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)取0.39（行車道寬大于7 m取值）。取交通量年平均增長率為2%。按式（A.2.4）計算得到設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計車道標(biāo)準(zhǔn)荷載累計作用次數(shù)為：

有一天，老公下班回家看到我正和鄰居大媽說這些，把這情景偷偷攝了下來。晚上，他拿出視頻給我看?？粗曨l里的自己，我覺得好陌生。他說：“我一直覺得你知書達理，現(xiàn)在怎么會變成這樣？”我自己也呆住了。

標(biāo)準(zhǔn)軸載累計作用次數(shù)

15 a累計標(biāo)準(zhǔn)軸作用次數(shù)Ne=1 354×104次，應(yīng)按照特重交通計算水泥混凝土面層厚度。查表3.0.8水泥混凝土彎拉強度標(biāo)準(zhǔn)值不小于5.0 MPa（極重、特重交通都取此值）。

2.2 初擬路面結(jié)構(gòu)

首先選擇40 cm三渣或水穩(wěn)基層結(jié)構(gòu)進行計算。由3.0.2，相應(yīng)于安全等級二級的變異水平等級為中級。根據(jù)二級公路、特重交通等級和中級變異水平等級，查表4.3，初擬普通混凝土面層厚度hc=0.26 m，三渣或水穩(wěn)基層厚hd=0.4 m，級配碎石墊層厚h=0.15 m。普通混凝土板的平面尺寸為寬3.75 m或4.5 m，長5.0 m?？v縫為設(shè)拉桿平縫，橫縫為設(shè)傳力桿的假縫。

2.3 路面材料參數(shù)確定

按表3.0.8和附錄E.0.3，取普通混凝土面層的拉彎強度標(biāo)準(zhǔn)值為fr=5.0 MPa，相應(yīng)彎拉彈性模量與泊松比為Ec=31 GPa、Vc=0.15。礫石粗集料混凝土的線膨脹系數(shù)αc=11×10-6/℃。取距地下水位1.0 m時的濕度調(diào)整系數(shù)為0.80。由此，路床頂綜合回彈模量取為E0=100×0.80=80 MPa。三渣或水泥穩(wěn)定粒料基層的彈性模量取Eb=1 300 MPa，泊松比vb=0.20，級配碎石底基層回彈模量取220 MPa，泊松比取0.35。

板地基綜合回彈模量計算如下：

板底地基綜合回彈模量Et取115 Pa。

混凝土面層板的彎曲剛度

路面結(jié)構(gòu)總相對剛度半徑

2.4 荷載疲勞應(yīng)力計算

按照最重軸載Pm=180 kN計算，標(biāo)準(zhǔn)軸載和極限荷載在臨界位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力為：

按式（B.2.1）計算面層荷載疲勞應(yīng)力

按式（B.2.6）計算面層最大荷載應(yīng)力

其中，接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)kr=0.87（B.2.1條）。

累積疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)

綜合系數(shù)kc=1.05。

2.5 溫度疲勞應(yīng)力計算

由表3.0.10，Ⅱ區(qū)最大溫度梯度取88（℃／m）。

按B.3.3和B.5.2計算綜合溫度翹曲應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力的溫度系數(shù)BL。

按式（B.3.2）計算面層最大溫度應(yīng)力：

按式（B.3.4）計算溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)kt

式中：at，bt，ct是公路自然區(qū)劃的回歸系數(shù)，按所在地區(qū)自然區(qū)劃查表B.3.4確定。

按式（B.3.1）計算溫度疲勞應(yīng)力：

2.6 結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)校核

查表3.1一級安全等級，低變異水平條件下，可靠度系數(shù)γr=1.13。按式（3.0.4-1）和式（3.0.4-2）校核路面結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)是否滿足要求：

擬定的由計算厚度0.26 m的鋼筋混凝土面層和厚度0.40 m的三渣或水泥穩(wěn)定粒料基層組成的路面結(jié)構(gòu)滿足要求，可以承受設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力和穩(wěn)定應(yīng)力的綜合疲勞作用，以及最重軸載在最大溫度梯度時的一次作用。

2.7 連續(xù)配筋混凝土面層縱向配筋計算

連續(xù)配筋混凝土路面厚度設(shè)計方法和流程與普通混凝土路面相同，其面層縱向鋼筋率確定方法以橫向裂縫平均間距、橫向裂縫縫隙平均寬度以及鋼筋屈服強度作為控制標(biāo)準(zhǔn)。

運輸通道道路采用連續(xù)配筋混凝土路面，面層厚度hc=0.26 m。

（1）計算參數(shù)

混凝土彎拉強度為5.0 MPa，查表E.0.3-1，混凝土抗壓強度fc=42 MPa，混凝土抗拉強度ft=3.22 MPa，混凝土彈性模量 Ec=31 000 MPa，混凝土泊松比vc=0.15，混凝土重度γc=24 kN/m3，混凝土線膨脹系數(shù)αc=1.1×10-5/℃。查表E.0.3-3，混凝土面層與基層間摩阻系數(shù)μ=8.9。

由表3.0.10，取公路自然區(qū)劃IV區(qū)，最大正溫度梯度為92℃/m，最大負溫度梯度按1/3正溫度梯度取值，Tg=92/3=30.7℃/m。公路自然區(qū)劃IV區(qū)，k1=0.4，相對濕度φa=60%，鋼筋埋置處混凝土溫度與硬化時溫度的最大溫差ΔTζ=35℃。

混凝土水灰比W/C=0.4，混凝土用水量w0=1 400 N/m3。采用蓋麻布養(yǎng)生，a1=1.0。

縱向鋼筋選用HRB400螺紋鋼筋，設(shè)配筋率ρ=0.75%，鋼筋的埋置深度ζ=0.09m，直徑ds=16mm，鋼筋的線膨脹系數(shù)αs=9×10-6/℃。按查附錄E.0．4，取鋼筋的彈性模量 Es=200 000 Ma，屈服強度fsy=400 MPa。

（2）計算橫向裂縫間距

混凝土板相對剛度半徑r=0.939 m，參見本章節(jié)3.5計算得到翹曲系數(shù)C=0.782。

設(shè)平均裂縫間距初始值為0.5 m，經(jīng)迭代計算得到 c1=1.054，計算得到 Ld=0.582 m≈0.58 m（小于裂縫平均間距1.80 m的要求）。

（3）計算橫向裂縫平均縫隙寬度

（4）計算裂縫處縱向鋼筋應(yīng)力

=290.766 MPa（小于鋼筋屈服強度400 MPa）

計算結(jié)果滿足裂縫寬度、裂縫間距和裂縫處鋼筋的應(yīng)力三方面的要求，因此初擬的縱向鋼筋配筋率是合適的。

（5）鋼筋間距或根數(shù)計算

或每延米縱向鋼筋根數(shù)為：1/0.103=9.7≈10根。按照雙層鋼筋網(wǎng)片間距@200 mm布置上下各5根。

對于基層結(jié)構(gòu)為0.2 m C30混凝土或瀝青路面等其它情況，較之40 cm三渣或水穩(wěn)基層結(jié)構(gòu)更為有利，同理經(jīng)計算滿足要求。

4 結(jié)語

運輸通道應(yīng)急加固工程于2017年5月建成，投入使用以來效果良好，承載能力突出、穩(wěn)定性好、行車較舒適、養(yǎng)護少，很好地滿足了重載及超載車輛的交通需求，在此總結(jié)其設(shè)計方案及經(jīng)驗，希望能為類似工程提供一定的借鑒。