用于施工临时道路的装配式水泥混凝土路面优化

孟亚楠，王晓飞，刘 泽

(内蒙古科技大学土木工程学院，内蒙古 包头 014010)



用于施工临时道路的装配式水泥混凝土路面优化

孟亚楠，王晓飞，刘 泽

(内蒙古科技大学土木工程学院，内蒙古 包头 014010)

通过调查研究，分析总结当前施工临时道路使用中存在的情况，提出用于施工临时道路的装配式水泥混凝土路面使用要求，并对其技术方案进行拟定。通过数值模拟，研究分析装配式水泥混凝土路面板在不同板块尺寸、不同接缝下的应力特性。根据分析结果，提出板块结构优化方案，给出建设意见。

施工临时道路;装配式;水泥混凝土路面;数值模拟;优化

1 绪 论

装配式水泥混凝土路面是将预制好的小型水泥混凝土面板装配在基层上的路面，具有以下优点：板块生产质量易保证；施工进度快；可重复利用；易于拆换修理。装配式混凝土路面若用于能最大化体现优势的施工临时道路，可快速实现工地现场的运输，节省工期；竣工拆除后，进行简单维护后可循环使用，有助于创建绿色工地，符合当代发展理念。

2 调查与分析

2.1 调查情况总述

通过对泰州市春晖花苑、泰州学院新校区师生公寓、旧城改造安置区等11个在建工地的实地调查分析后，总结了施工临时道路的存在问题与调查分析结果。本次所调查的施工临时施工道路均为素混凝土路面，板块划分以长为4～6 m，宽为3～5 m为板块主要划分尺寸，板厚以25 cm和20 cm两种厚度为主。在接缝的设置上，除个别工地未进行板块划分外，其他工地都只设置了平缝。关于临时道路后期重复利用的意向，负责人均表示未有过重复利用的案例，但在技术成熟、经济可行的条件下十分乐意采用。由此体现了本研究的实际意义。

2.2 病害分析

施工临时道路上多以东风龙卡或混凝土搅拌车等重型车辆为主要行驶车辆，承受重载交通。调查发现临时道路建设前期的处理情况较简单，常见处理方法是路基压实后加铺碎石或建筑垃圾，且路基压实不够充分，从而导致基层强度不足、表面平整度差和路基的不均匀沉降、稳定性差；接缝设置较简单，荷载传递能力差，在温度变化的影响下路面板易产生断裂或拱胀等破坏；排水措施较差，部分道路存在晴天仍然路边积水的情况，引起水损害的情况较严重。总体看来，施工临时道路的施工大多随意，且并未按相关设计与施工规范进行建设，这些情况也直接导致了病害的产生。

2.3 施工临时道路的使用要求

根据上两节的施工临时道路常见病害的调查分析，结合施工临时道路通行车辆行驶速度不高、重载交通居多、工地施工环境较恶劣等特点，认为施工临时道路应满足以下要求：足够的强度和刚度、足够的稳定性、足够的耐久性等。

3 装配式水泥混凝土路面优化方案拟定

3.1 路面结构组合

(1)面层板

结合各工地的病害情况、相关规范要求以及经济性等多方面考虑，建议采用临时道路中较常见的20 cm厚的混凝土路面板。

(2)基层结构

考虑到为便于工地完工后路面拆除和最大化实现重复利用，以及目前大多工地采用建筑垃圾或者碎石作基层的实际情况，结合施工临时道路重载车辆居多、通行量不大的特点，认为可采用级配碎石作为基层材料。

(3)路基结构

路基设计可参照JTG D30-2015进行,即路床顶面的综合回弹模量值不得低于60 MPa，路堤上路床及零填和路堑路床的CBR值不低于6%；路堤下路床不得低于4%。

3.2 板块尺寸与接缝方案拟定

本文采用FLAC3D对路面板在荷载作用下板内应力和接缝传荷进行数值模拟。建模中，面层材料为混凝土，E取30 000 MPa，μ取0.15；基层材料为级配碎石，E取300 MPa，μ取0.2；压实地基E取50 MPa，μ取0.3。依据BZZ-100的规定，取轮胎接触压力p=0.7 MPa作为汽车荷载。将车轮荷载简化为当量直径30 cm的圆形均布荷载，在临界荷位处进行加载。

(1)板块尺寸优化方案

目前具体如何划分水泥板块尺寸无统一标准可循。在对装配式水泥混凝土路面进行板块划分时，应结合规范、道路的设计宽度、应力分析结果和方便吊装装配等多个因素去考虑。共设计了工程中常用的5种边长分别为：1.5 m、2 m、2.5 m、3 m、3.5 m正方形板块模型，对板块平面尺寸和板内应力关系进行分析。

板块尺寸与板内最大X、Y向拉应力的相关性，分别如图1、2所示。由图1、2发现，不同尺寸板块的板内最大X、Y拉应力差距明显，边长为3.5 m的板块的最大X、Y向拉应力均为最小。调查中发现工地常见运输车辆多为载重量大的自卸型汽车、半挂车、混凝土搅拌运输车、混凝土泵车等。对上述车辆的外形尺寸整理汇总发现，其外形宽度均为2.5 m左右。因此，推荐采用3.5 m×3.5 m的板块，临时道路可建成3.5 m或7 m宽，基本满足工地运输使用要求。

(2)接缝优化方案

提高和保持接缝传荷能力,是减少混凝土路面病害及提高其整体承载能力的关键，应重视接缝的处理。当装配式水凝混凝土路面用于临时道路时，考虑到传力杆设置复杂，处理不当会使路面更易破坏，为方便装配和重复利用，本文建议采用未设拉杆的梯形企口缝形式。

设计了9种工程中常用的不同尺寸企口缝，用单因素法分析榫头长度b和榫头坡度i分别对接缝传荷能力的影响。对i进行分析时，固定b为2 cm，i分别为1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6；对b进行分析时，固定i为1∶4，b分别为：1 cm、2 cm、3 cm、4 cm、5 cm。

发现接缝企口缝尺寸不同，双板之间的传荷效果也不同。将板间应力传递作为接缝传荷评价依据，当b=2 cm时，i为1∶3时的企口缝传荷效果最好,如图3所示；当i为1∶4时，b=4 cm时的企口缝传荷能力最好，如图4所示。根据模拟结果，当企口缝i为1∶4时，b=4 cm时，其传荷系数为9种企口缝中最大，施工临时道路设计时，建议优先采用该种尺寸。

图1 板块边长与板内最大X向拉应力关系图

图2 板块边长与板内最大Y向拉应力关系图

图3 榫头长度b=2 cm时，榫头坡度i与接缝传荷系数关系图

图4 榫头坡度i为1∶4时，榫头长度b与接缝传荷系数关系图

5 结束语

(1)路基压实度不够、基层材料不符合规范要求、排水措施不完善、接缝处理简单、施工时对临时道路不够重视等是施工临时道路路面破坏的主要因素。

(2)本次所研究5种尺寸板块用于施工临时道路时，建议优先选择的板块尺寸。

(3)采用梯形企口缝时，榫头坡度i为1∶4，榫头长度b为是本次模拟中传荷能力最强的企口缝尺寸，条件允许时，建议优先选用。

[1] 田志昌, 孟亚楠, 韩育民,等. 装配式水泥混凝土路面板荷载应力分析与接缝优化[J].山东农业大学学报(自然科学版),2016,(7):1642.

[2] 杨泉.农村公路水泥混凝土预制块路面设计[J].黑龙江交通科技,2007, (9):39.

[3] 胡伟. 水泥混凝土路面三维数值分析及轴载换算[D]. 成都：西南交通大学，2005.

A dissertation on optimization of prefabricated cement concrete pavement for construction temporary roads

MENG Ya-nan，WANG Xiao-fei，LIU Ze

(College of Civil Engineering,Inner Mongolia University of Science and Technology,Baotou,Ineer Mongolia 014010,China)

Through investigation and study,the existing problems in the use of constructiontemporaryroad at the present are analyzed and summarized,the application requirements of prefabricated cement concrete pavement for construction temporary roads are put forward,and the technical scheme is drawn up.By numerical simulation,the stress characteristics of the prefabricated cement concrete pavement under different plate sizes and different joints are studied and analyzed.According to the analysis results, the optimization scheme of plate structure is put forward, and the construction suggestions are given.

constructiontemporary road; prefabricated; cement concrete pavement; numerical simulation; optimization

2016-09-02

孟亚楠(1993-)，男，江苏扬州人，硕士研究生，研究方向：道路工程、结构振动控制。

U416.216

C

1008-3383(2017)05-0012-02