温度对机场水泥道面接缝传荷能力的影响实测分析

2018-12-27杨爱军朱立国

城市道桥与防洪 2018年12期

杨爱军，朱立国

（1.上海华东民航机场建设监理有限公司，上海市 200335；2.中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京市 102600）

0 引言

为了减小温度或湿度变化在水泥道面结构内引起的收缩或翘曲应力，以及便于道面铺筑施工，需要用纵向和横向的各种形式接缝将道面分割为规则形状的混凝土板[1]。但接缝削弱了道面的整体性，使得接缝位置处成为了水泥道面结构受荷最为薄弱的部位，因此接缝传荷能力成为水泥道面结构设计和性能评价的关键问题之一[2]。

当前，我国机场水泥道面接缝形式主要包括纵向施工缝、横向缩缝、胀缝和横向施工缝等[3]，其中尤以纵向施工缝和横向缩缝最为常见。实践中，纵向施工缝采用企口缝，横向缩缝采用假缝，在不设置传力杆或者拉杆的情况下，该类接缝主要通过相邻板块接触面间的集料嵌锁作用传递荷载[2]。而在温度作用下，道面板胀缩变形使得相邻板块接触面间的间距发生变化，进而改变了集料的嵌锁作用，严重影响接缝传荷能力[4]。该问题引起了国内外机场工程人员的广泛关注，就此美国联邦航空局(Federal Aviation Administration，FAA)开展了大量研究工作[4-5]，而国内相关研究较少。鉴于中美机场道面结构和接缝设置差异，有必要针对我国机场水泥道面接缝传荷能力开展温度影响研究。

本文在借鉴FAA研究成果的基础上，针对企口缝（无拉杆）和假缝（无传力杆），以接缝两侧的弯沉比来表征道面接缝传荷能力指标（LTEδ）[2]，在华东某机场开展了不同温度状况下的水泥道面接缝传荷能力的实地测量，成果为认识我国水泥道面接缝传荷能力受温度影响的规律提供参考。

1 测试现场概括和方法

为便于长期测量，本文选择华东某机场停机坪滑行道作为测试场地。该道面使用近6 a，结构见图1（a），板块间的横缝缩缝采用不设传力杆的假缝，纵缝采用不设拉杆的企口缝，道面板尺寸为5 m×5 m，具体见图 1（b）。

图1 现场测试道面结构和平面图

本文以接缝两侧的弯沉比来表征道面接缝传荷能力指标（LTEδ），用重锤式落锤弯沉仪（Heavy Weight Deflectometer,HWD）测试接缝两侧弯沉，其荷载盘和传感器布局见图2（a）。

图2 测试用重型式落锤弯沉仪（单位：cm）

本文结合测试场地状况，针对企口缝（不设拉杆）和缩缝（不设传力杆），对企口缝和假缝开展跟踪测试，具体的测试方案布局见图3，考虑HWD传感器布局，接缝传荷能力的计算见式（1），其中为比较接缝传荷的方向性，每类接缝有两种测试方法，见图3。此外，本文选择了全年四个不同季节典型的两天开展弯沉跟踪测试，具体日期见表1。另外，为避免温度梯度的影响，本文参考已有研究[1]，确定了一天中温度梯度近似为零的时间，见表1，每个时间段内间隔20 min测试一次弯沉，同时测试道面表面温度，近似作为道面板的平均温度。需要说明的是，测试期间天气均为晴天，可认为湿度对接缝传荷的影响基本可以忽略。

图3 现场测试布局

表1 测试日期和时间

2 结果及分析

根据测试结果，计算每个时间段内三次测试结果的平均值作为该时间段内的代表值，统计结果见图4～图7。

图4 假缝测试一结果

图5 假缝测试二结果

图6 企口缝测试一结果

图4和图5可知，温度从7℃变化到55℃，假缝的传荷能力在两个方向上分别增大了106.7%和90.45%，这表明温度对假缝传荷能力有显著影响；另外，回归分析发现假缝的传荷能力在两个方向均与温度呈现出良好的二次相关关系；并且随着温度的增大，温度对假缝传荷能力的影响越来越小，这是由于相邻板在假缝处的接触界面间的嵌锁力逐渐趋于稳定。此外，比较图4和图5假缝两种布局测试结果，可以发现假缝传荷具有明显的方向差异性，在相同温度转况下相差2%～8%，这是由假缝形成过程中相邻板在假缝接触界面的集料相对摩擦状况不同造成的。

图7 企口缝测试二结果

图6和图7可知，温度从7℃变化到55℃，企口缝的传荷能力在两个方向上分别增大了33.1%和36.3%，这表明温度对企口缝传荷能力也有一定程度的影响，但相比较而言，这种影响较假缝小。与假缝相同，回归分析发现企口缝的传荷能力在两个方向均与温度呈现出良好的二次相关关系；并且随着温度的增大，温度对企口缝的传荷能力的影响越来越小，这也是由于相邻板在企口缝处的接触界面间的嵌锁力逐渐趋于稳定。此外，比较图6和图7企口缝两种布局测试结果，可以发现企口缝接缝传荷能力的方向性差异较小，在相同温度转况下相差0.1%～2%，这是由于企口缝为施工缝，其相邻板间接触面由后期施工形成，摩擦状况差异不大。