关于农村公路联锁块形式及铺筑方法研究探讨

2010-03-20孙晓红周奎中

黑龙江交通科技 2010年6期

关键词：铺筑块体农村公路

孙晓红,王胜,周奎中

(1.黑龙江省公路勘察设计院;2.呼兰养路总段;3.哈尔滨三荣科技开发有限公司)

1 混凝土联锁块形式分析

1.1 联锁块块体厚度分析

表1是用有限元方法计算了不同厚度的块体底部脱空时,在轮载接触压力为0.7MPa时,所受到的最大弯拉应力。块的平面尺寸10cm×20cm,块厚度分别采用4cm、6cm、8cm、10cm和12cm。

通过上面的计算,可以看到只要块厚大于和等于 6cm,即使在块体脱空的状况下,块体的最大弯拉应力也很小,足以达到水泥混凝土的抗弯拉强度要求。但在实际在车行道上应用的联锁块,很少有使用6cm的联锁块,这主要是考虑到联锁块制作生产的质量变异性,个别联锁块体的抗弯拉强度达不到要求的混凝土抗弯拉强度。联锁块的生产一般为厂内预制加工,厚度采用 2cm的递增单位,所以对于农村公路的联锁块路面本文也推荐使用8cm、10cm和12cm厚的联锁块。

表1 不同厚度联锁块底部脱空在标准轴载作用下的最大弯拉应力

1.2 联锁块块体平面尺寸的分析

为分析不同的块体尺寸在车辆荷载作用下产生的荷载应力,采用有限元法计算分析了不同平面尺寸的块体底部脱空时,在标准轴载作用下的最大弯拉应力,如表 2,计算块体采用矩形块,厚度10cm。

表2 不同平面尺寸联锁块底部脱空时在标准轴载作用下的最大弯拉应力

图1 不同平面尺寸联锁块底部脱空时在标准轴载作用下的最大弯拉应力

将表 2中数据绘制成图 1,从中可以看对于三种宽度类型联锁块,块体的最大弯拉应力在块长度小于 20cm时,变化较小,而当块长度超过 20cm时,最大弯拉应力开始增长。所以块体长度不宜小于20cm,因为当小于20cm时,块体的弯拉应力变化很小,但铺筑相同的面积需要更多的连锁块,从加工制作上和施工上都是不经济的,并且没有起到减小联锁块内弯拉应力的效果。当然块体的长度也不宜过大,虽然从上面的计算中可以看出当块长不超过50cm时,就可以满足弯拉强度要求,但联锁块的铺筑还要考虑施工效率的问题,块体不宜太重,据实际的施工经验,块体的重量为 4～6kg的时候联锁块铺筑的效率最高。联锁块块体的重量如表 3。

表3 联锁块不同规格重量表

根据表中的数据,可以看出联锁块的平面尺寸在 10cm ×20cm时,重量在4～6kg范围。同时考虑到采用矩形块比正方形块能够有更有利的铺筑方式,尤其长宽比为 1∶2时可进行人字式铺砌,使块之间的嵌锁作用更好,路面的整体性提高。而且当采用曲边的异形块时,能够更多的提高联锁块间的嵌锁作用。

所以认为农村公路联锁块路面使用的块体应采用平面尺寸为:宽度为 10～12cm,长宽比为1∶2的矩形块或外轮廓为此尺寸的异形块。

2 农村公路联锁块路面铺筑形式

2.1 联锁块块体形状选择

根据对联锁块尺寸的分析,在农村公路联锁块路面中,联锁块的形状建议采用如表 4中形式。形式 1和 2联锁块为双面嵌锁,应优先考虑采用,该形状的块体可以采用顺块式和人字式两种铺砌方式;形式3和 4联锁块的形式为单面嵌锁,只能采用顺块式铺砌的方式,在不具备厂内预制异形块的条件时,可以在现场制作矩形块,进行铺筑。形式 6联锁块实际上是形式 1两个块体组合的变体形式,这样的联锁块形式能够加快铺筑速度,路面整体性也较好。在有厂内预制条件的情况下,也建议使用,但这样的块体对基层的沉降变形的适应能力较差。

表4 农村公路联锁块块体形式

2.2 联锁块铺砌方式

不同的联锁块铺砌方式对路面结构的性能有一定的影响,澳大利亚发现人字式铺砌的铺面,在行车荷载作用下产生的永久变形深度较小,而平行的顺块式铺砌方式永久变形深度较大,尤其当块体的长边与行车方向平行而不是垂直时,永久变形深度更大。可见人字式的铺砌方式更为有利,并且随着“人”字的方向不同,铺面的性能也略有差异;当人字的“人”正对着行车方向如图 2(a)时,即块体的长边与行车方向成 45°角时最为理想。研究发现平行顺块式铺筑和人字式铺筑之间也并无显著的区别,当施加的荷载集度大于0.3MPa时,人字式铺砌方式表现了略好的荷载扩散能力。