钢纤维混凝土路面在既有道路改造中的应用

资源类型:pdf 资源大小:559.00KB 文档分类:交通运输 上传者:陈冬霞

相关文档

批量下载下列文档

文档信息

【作者】 张伟康  李南秋 

【关键词】钢纤维混凝土 立交路面 改造 应用 

【出版日期】2005-03-25

【摘要】着重介绍钢纤维混凝土在立交的地基条件差及超载车辆多的情况下的设计与细部处理。

【刊名】铁路工程造价管理

全文阅读

  天津某立交是疏港快速公路与京山铁路及天津塘沽区新胡路交叉的重要互通立交,于 20 世纪 80年代中期建成,承担着天津市区及周边地区通往天津港及天津开发区的主要货运及客运汽车交通,是交通量最大的一个通路。由于交通量及重载车辆的逐年增加,导致立交路面损坏严重,因此,在此次改建设计中,除在道路横断面上扩建适应交通需求外,确保道路路面经久耐用与减少维修量为该立交改建中考虑的重要因素。1 基本情况1.1 地形地貌情况在立交范围内,既有地面高程为 2.1~3.7 m,其中京山铁路以东为2.1~2.8 m,京山铁路以西为2.8~3.7 m,地形总体上呈西高东低状。立交的东北象限内,塘沽区排洪用黑潴河沿京山铁路由南北向左转 90°变成由西向东流,并向沿疏港公路北侧坡脚蜿蜒。东南象限为大件厂、永发经营部等既有建筑。西南象限为绿化用地。西北象限既有道路坡脚外,为企业征用土地。既有疏港公路下穿新胡路及京山铁路净高为5.0 m,路面加铺条件已经受限制。1.2 既有道路路面现状该立交下穿地道引道,既有道路为水泥混凝土路面,双向六车道,混凝土路面铺筑长度为 555 m,混凝土路面板块数为101×6计606 块,经调查两侧最外侧车道由于路面完好,共 202 块,此次不予改造。其余404 块中断板、啃边、脱落两处及两处以上的板块79 块;断板1 处及啃边、脱落一至两处的板块122 块;贯通裂缝3 条以上板块56 块;裂缝1~3条的板块127 块,完好的板块20块。总计病害板块384 块,占总数的 95 %。从现场调查看,两个主行车道路面断板、碎裂率达到 70 %强,特别是在框构两端存在明显沉陷现象。1.3 地基情况现场场地属冲—海积平原,钻探资料显示原路槽路床地层为淤泥质粉性土,灰色、饱和流塑状态,土质不均,局部为粉质黏土沙层,属高压缩性土,土层容许承载力70~120 kPa。2 原因分析根据现场调查及勘察资料结果分析,造成其主行车道路面短期内破坏的主要原因有以下几种情况:(1)超重车辆破坏从现场实际调查情况看,进出天津港的载重货车占混合交通量比例达50 %以上,主行车道破坏较两侧次要车道严重,其超重车辆的破坏应为重要因素之一。根据Tepfers、同济大学及浙江省交通设计院等单位对水泥混凝土路面重载疲劳特性研究,得出轴载效应换算关系式为:N1/N2=α(P2/P1)n/b式中:N1/N2———轴载的作用次数;P1、P2———轴重;α、n/b———随荷载位置及轴数变化的系数,对单后轴车辆而言,α=1,n/b=21.6。可见,当 P2 为超轴重车辆时,与标准轴载 P1的变化关系为21.6次方,即超轴载车辆的作用非常显著,对路面的破坏是巨大的。(2)地基的影响经对现场调查,绝大多数路面板破坏处,特别是路面板角隅断裂处,肉眼可明显看到沉陷存在,特别是重车主车道沥青路面与水泥混凝土路面结合处,存在明显的下沉及板块破碎现象,可以判断,地基土固结仍未完成,存在不均匀沉降现象。因此,路面板断裂的主要原因之一是由于不均匀沉降造成的。(3)小半径凹形竖曲线超重车辆在上下坡运行中,对位于小半径竖曲线水泥混凝土路面板块的冲击,是加速水泥混凝土路面板块破坏的另一个主要原因。在框构两端存在明显沉陷现象。(4)其他因素施工质量及混凝土的粗集料级配,细长及扁平的颗粒含量;集料中含泥量;所用水泥质量不稳定;浇筑过程中未完全振捣密实,蜂窝麻面等。这些因素都将影响混凝土板本身的质量,也是水泥混凝土路面耐久性好坏的关键因素之一。3 设计原则针对现场病害情况及交通流量组成和增长情况,提高水泥混凝土路面的耐久性是改建项目需研究的主要问题,主要设计原则确定如下:(1)加强基层强度根据既有道路施工单位介绍,既有路面下基层仅为15~30 cm石灰土,其下为天然地基,即厚层粘性软土层,其特性是固结过程缓慢,难以保证在非均匀荷载作用下均匀固结沉降。由于受施工周期及维修投资的影响,同时考虑到地基已经多年行车运营,沉降已趋于稳定,因此,设计中首先要考虑提高基层的强度。(2)加强板块强度针对既有交通超重车辆较多及既有水泥混凝土路面破坏的情况,提高路面板板底抗拉强度、板块的抗折强度及抗冲击能力,是设计中应重点考虑的因素。(3)缩短工期由于既有道路交通流量较大,长时间封闭改造影响交通运行,因此设计方案宜采用施工工期较短的方案,尽量缩短工期。(4)完善排水系统经现场调查如果全面改造既有排水系统,既费时又费力,且效果不一定好,因此,以确保既有排水系统功能为原则进行改造。4 设计方案针对既有构筑物净高限制、既有排水系统设置情况及确定的设计原则,设计中采用两个方案进行比较,即20 cm钢纤维混凝土面板+局部单层玻纤维土工格栅+20 cm水泥稳定碎石+20 cm石灰稳定土方案与25 cm双层连续钢筋网水泥混凝土面板+20 cm水泥稳定碎石+20 cm石灰稳定土方案。钢纤维混凝土具有良好的抗弯拉、抗裂、抗疲劳、抗冲击和增强韧性等性能,可提高抗折强度,减薄路面厚度,加长缩缝间距,延长使用寿命,但其单位面积造价要比素混凝土路面及钢筋混凝土路面造价高。另外,钢纤维混凝土还存在易成团,搅拌不易均匀,水泥用量增加等缺点,虽然有不足之处,但由于其优点明显,在地面标高受限制路段的路面及桥面等地得到应用。经经济比较两方案造价相近,钢纤维水泥混凝土方案总造价比连续钢筋网方案多 15.23 万元,但由于连续钢筋网方案,钢筋绑扎工作量大,圬工量较大,工序多,工期长,不能满足既有道路改造工期要求。因此,设计推荐采用钢纤维混凝土方案。5 设计指标及材料参数众所周知,在一般情况下水泥混凝土路面板采用C30混凝土,因其具有 30 MPa 以上压应力的抗压强度,而设计车辆轮胎荷载压应力只有 0.7~0.8MPa,所以水泥混凝土路面板不会因轮胎荷载应力而产生压碎破坏。混凝土设计抗弯拉强度极限为4.0~5.0 MPa,远远小于其抗压强度,因此,混凝土路面板块属于高强脆性材料,其承受弯曲、拉伸、胀缩应力能力较弱。因而,提高混凝土路面板本身的抗弯拉强度是有效改善混凝土路面板受力特性及延长混凝土路面使用年限的有效措施之一。实验与实践同时表明,在混凝土混合料中混入适量的钢纤维并使之搅拌均匀,钢纤维能与混凝土中混合料良好混合与粘着,硬化固化后,能形成质量良好且受力状况不同于素混凝土的钢纤维混凝土。同时,由于钢纤维与水泥中水化凝胶物的较好粘着性能以及与之共同作用受力,能够有效阻止混凝土受外荷作用或环境条件变化时产生的微裂纹,从而达到延长路面寿命的目的。混凝土配合比设计按C30配合比要求办理,由于此处道路交通属于特重交通,因而,要求水泥等级不得低于42.5,同时为使混合料的和易性达到要求,在60 kg/m3 钢纤维参量条件下,应增加砂率3 %。6 特殊部位处理经调查立交既有道路路面破坏情况可知,框构两端附近区域破坏最严重,路段路面与框构底板连接处前后几块路面板基本呈碎裂状。为此,须对此处进行特殊处理。通过收集既有竣工资料、走访原施工单位,了解到原框构两端不仅框构底板两端边线与道路中线呈30°交角,而且,底板下仅有 20 cm厚单层石灰土基层,可以肯定框构内外路面基础承载能力不一致。因此,在改造设计中进行了加强设计,处理方法如下:(1)框构外两块路面板范围开挖后铺设 20 cm素混凝土基层,并用楔形段与路基段水泥稳定碎石良好连接;(2)由于框构边线与道路中线呈30°交角,框构内外板块必有一处锐角,因此,如果按规范要求在此处设置胀缝,锐角将无法处理。为此,在钢纤维混凝土基础上采用连续钢筋网加强,并保证所有钢筋伸入框构内一定距离,使框构内外水泥混凝土板块成为一个整体,共同抵抗外力;(3)在上述措施基础上,取消框构两端胀缝设置;(4)在两端沥青混凝土路面与水泥混凝土路面结合处,除设置连接搭板外,还设置地锚梁;(5)在竖曲线底部一定范围内,为增强水泥混凝土路面板的抗冲击能力与抗弯拉能力,路面基层顶面封层上铺设单层玻璃纤维土工格栅;(6)与既有道路面板纵缝连接,由于原有纵缝间无纵向连接拉杆,采用人工打孔方法,设置纵缝拉杆,从而使路面板共同作用;(7)为保证既有道路面板纵缝处基层压实度,采用C10素混凝土回填,增加纵缝处基层强度。7 结语该改建工程自 2000 年 10 月竣工通车后,经过4 年的行车使用,路面板完好率达100 %,证明设计措施得当,效果良好。此路面设计方案可供类似工程路面设计应用参考。路面方案比较不能仅考虑初期投资大小来确定路面结构,应综合分析初期投资和运营管理费用,最后确定推荐的路面结构形式。钢纤维混凝土路面在既有道路改造中的应用@张伟康$铁道第三勘察设计院公路分院!天津300251 @李南秋$铁道第三勘察设计院公路分院!天津300251钢纤维混凝土;;立交路面;;改造;;应用着重介绍钢纤维混凝土在立交的地基条件差及超载车辆多的情况下的设计与细部处理。[1]JTJ012-94-1994,公路水泥混凝土路面设计规范[S].

1

问答

我要提问