溫度對機(jī)場水泥道面接縫傳荷能力的影響實(shí)測分析

楊愛軍，朱立國

（1.上海華東民航機(jī)場建設(shè)監(jiān)理有限公司，上海市 200335；2.中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京市 102600）

0 引言

為了減小溫度或濕度變化在水泥道面結(jié)構(gòu)內(nèi)引起的收縮或翹曲應(yīng)力，以及便于道面鋪筑施工，需要用縱向和橫向的各種形式接縫將道面分割為規(guī)則形狀的混凝土板[1]。但接縫削弱了道面的整體性，使得接縫位置處成為了水泥道面結(jié)構(gòu)受荷最為薄弱的部位，因此接縫傳荷能力成為水泥道面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能評價的關(guān)鍵問題之一[2]。

當(dāng)前，我國機(jī)場水泥道面接縫形式主要包括縱向施工縫、橫向縮縫、脹縫和橫向施工縫等[3]，其中尤以縱向施工縫和橫向縮縫最為常見。實(shí)踐中，縱向施工縫采用企口縫，橫向縮縫采用假縫，在不設(shè)置傳力桿或者拉桿的情況下，該類接縫主要通過相鄰板塊接觸面間的集料嵌鎖作用傳遞荷載[2]。而在溫度作用下，道面板脹縮變形使得相鄰板塊接觸面間的間距發(fā)生變化，進(jìn)而改變了集料的嵌鎖作用，嚴(yán)重影響接縫傳荷能力[4]。該問題引起了國內(nèi)外機(jī)場工程人員的廣泛關(guān)注，就此美國聯(lián)邦航空局(Federal Aviation Administration，F(xiàn)AA)開展了大量研究工作[4-5]，而國內(nèi)相關(guān)研究較少。鑒于中美機(jī)場道面結(jié)構(gòu)和接縫設(shè)置差異，有必要針對我國機(jī)場水泥道面接縫傳荷能力開展溫度影響研究。

本文在借鑒FAA研究成果的基礎(chǔ)上，針對企口縫（無拉桿）和假縫（無傳力桿），以接縫兩側(cè)的彎沉比來表征道面接縫傳荷能力指標(biāo)（LTEδ）[2]，在華東某機(jī)場開展了不同溫度狀況下的水泥道面接縫傳荷能力的實(shí)地測量，成果為認(rèn)識我國水泥道面接縫傳荷能力受溫度影響的規(guī)律提供參考。

1 測試現(xiàn)場概括和方法

為便于長期測量，本文選擇華東某機(jī)場停機(jī)坪滑行道作為測試場地。該道面使用近6 a，結(jié)構(gòu)見圖1（a），板塊間的橫縫縮縫采用不設(shè)傳力桿的假縫，縱縫采用不設(shè)拉桿的企口縫，道面板尺寸為5 m×5 m，具體見圖 1（b）。

圖1 現(xiàn)場測試道面結(jié)構(gòu)和平面圖

本文以接縫兩側(cè)的彎沉比來表征道面接縫傳荷能力指標(biāo)（LTEδ），用重錘式落錘彎沉儀（Heavy Weight Deflectometer,HWD）測試接縫兩側(cè)彎沉，其荷載盤和傳感器布局見圖2（a）。

圖2 測試用重型式落錘彎沉儀（單位：cm）

本文結(jié)合測試場地狀況，針對企口縫（不設(shè)拉桿）和縮縫（不設(shè)傳力桿），對企口縫和假縫開展跟蹤測試，具體的測試方案布局見圖3，考慮HWD傳感器布局，接縫傳荷能力的計(jì)算見式（1），其中為比較接縫傳荷的方向性，每類接縫有兩種測試方法，見圖3。此外，本文選擇了全年四個不同季節(jié)典型的兩天開展彎沉跟蹤測試，具體日期見表1。另外，為避免溫度梯度的影響，本文參考已有研究[1]，確定了一天中溫度梯度近似為零的時間，見表1，每個時間段內(nèi)間隔20 min測試一次彎沉，同時測試道面表面溫度，近似作為道面板的平均溫度。需要說明的是，測試期間天氣均為晴天，可認(rèn)為濕度對接縫傳荷的影響基本可以忽略。

圖3 現(xiàn)場測試布局

表1 測試日期和時間

2 結(jié)果及分析

根據(jù)測試結(jié)果，計(jì)算每個時間段內(nèi)三次測試結(jié)果的平均值作為該時間段內(nèi)的代表值，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖4～圖7。

圖4 假縫測試一結(jié)果

圖5 假縫測試二結(jié)果

圖6 企口縫測試一結(jié)果

圖4和圖5可知，溫度從7℃變化到55℃，假縫的傳荷能力在兩個方向上分別增大了106.7%和90.45%，這表明溫度對假縫傳荷能力有顯著影響；另外，回歸分析發(fā)現(xiàn)假縫的傳荷能力在兩個方向均與溫度呈現(xiàn)出良好的二次相關(guān)關(guān)系；并且隨著溫度的增大，溫度對假縫傳荷能力的影響越來越小，這是由于相鄰板在假縫處的接觸界面間的嵌鎖力逐漸趨于穩(wěn)定。此外，比較圖4和圖5假縫兩種布局測試結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)假縫傳荷具有明顯的方向差異性，在相同溫度轉(zhuǎn)況下相差2%～8%，這是由假縫形成過程中相鄰板在假縫接觸界面的集料相對摩擦狀況不同造成的。

圖7 企口縫測試二結(jié)果

圖6和圖7可知，溫度從7℃變化到55℃，企口縫的傳荷能力在兩個方向上分別增大了33.1%和36.3%，這表明溫度對企口縫傳荷能力也有一定程度的影響，但相比較而言，這種影響較假縫小。與假縫相同，回歸分析發(fā)現(xiàn)企口縫的傳荷能力在兩個方向均與溫度呈現(xiàn)出良好的二次相關(guān)關(guān)系；并且隨著溫度的增大，溫度對企口縫的傳荷能力的影響越來越小，這也是由于相鄰板在企口縫處的接觸界面間的嵌鎖力逐漸趨于穩(wěn)定。此外，比較圖6和圖7企口縫兩種布局測試結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)企口縫接縫傳荷能力的方向性差異較小，在相同溫度轉(zhuǎn)況下相差0.1%～2%，這是由于企口縫為施工縫，其相鄰板間接觸面由后期施工形成，摩擦狀況差異不大。

3 結(jié)論

（1）溫度對假縫（無傳力桿）的傳荷能力影響顯著，對企口縫（無拉桿）的傳荷能力有一定影響，但隨著溫度增大，溫度對傳荷能力的影響越來越??；

（2）假縫（無傳力桿）和企口縫（無拉桿）的傳荷能力與溫度均呈現(xiàn)良好的二次相關(guān)關(guān)系，且隨著溫度增大，接縫傳荷能力不斷增大；

（3）假縫（無傳力桿）的傳荷能力具有顯著的方向性，而企口縫（無拉桿）的傳荷能力方向性差異較小。