預應力混凝土路面設計與施工簡介
發布時間：2010-01-14 共1頁
1．預應力混凝土路面簡介
預應力混凝土路面是二十世紀四十年代后期發展起來的一種特殊的水泥混凝土路面。最早是在法國使用，后來在美國和歐洲等發達國家先后用于公路路面和機場跑道上。預應力混凝土路面就是充分利用混凝土的抗壓強度遠大于抗拉強度這一特性，事先在工作截面上施加壓應力，以提高混凝土的抗彎拉強度，從而提高承受荷載能力。由于預應力混凝土路面提高了截面的實際抗彎強度，因而在相同的荷載作用下，路面板的厚度比要薄，一般為普通混凝土路面厚度的65%左右。預應力使混凝土路面板長度可大大增大，一般取90～180m。
預應力混凝土路面與普通水泥混凝土路面相比有以下幾方面的優勢：
(1)路面板厚度是普通混凝土路面板厚的65%左右，因此可以大大節約混凝土數量，對有特殊要求的道路路面非常有利。
(2)預應力混凝土路面由于板較長，接縫數量可大大減少，提高了行車的舒適性。
(3)預應力的存在使路面板整體性較強，大大減少/考//了橫向開裂的程度，提高了路面的耐久性。
(4)預應力混凝土路面的用筋量遠少于連續配筋的水泥混凝土路面。
(5)預應力混凝土路面幾乎20-30年不需大修，養護需求也較少。養護費用與傳統混凝土路面的費用比幾乎為零，并減少了由于養護所延誤的時間以及通行能力降低等因素。
預應力混凝土路面主要缺點在于：
(1)從經濟上來看，雖然減薄了路面板的厚度，但施工工藝較復雜，手工操作的工作量大，難以實現機械化、自動化施工，初期投資較大。
(2)由于預應力混凝土路面板做得較長，因此對由路基約束所引起的張拉應力也隨之增大，板的位移量也會增大，這對路基摩擦約束要求很嚴。
(3) 預應力混凝土路面一旦出現裂縫修復困難。
(4)隨著時間的長久，鋼絞線可能存在腐蝕現象。
2．設計方法
設計預應力混凝土路面的基本方法是根據以下公式：ft＋fp〉fc+w+fF+fL (式2-1)
式中：fp———由預應力引起的混凝土中的壓應力；
ft———混凝土的容許彎曲應力；
fc+w———由溫度差(彎曲和翹曲)引起的應力；
fF———由路基摩阻引起的臨界拉應力；
fL———由交通荷載引起的臨界拉應力。
設計預應力路面基本步驟如下：
a. 假定一個適當的路面厚度，可略大于相應的素混凝土路面厚度的65%。
b. 根據現場環境條件選擇合適的路面長度，氣溫高和干燥的氣候條件選用較小的長度。
c. 計算由彎曲和翹曲的共同作用產生的臨界彎曲應力fc+w。
d. 計算由路基摩阻引起的臨界拉應力fF。
e. 計算由交通荷載引起的臨界拉應力fL。
f. 確定混凝土的允許彎曲應力ft，選擇適當的安全系數，主要公路取2.0，次要公路取1.5。 ft=彎折模量/安全系數
g.檢查預應力在路面板中間截面產生的壓力是否至少超過計算摩擦拉應力690KPa。
h.用式4-1計算預應力fp，如果大于4485 KPa，則需要增加路面厚度，并重新計算fp。
i．計算單位寬度路面的預應力值，并根據每根鋼絞線的設計應力確定鋼絞線之間的距離。
3． 材料要求
預應力混凝土路面需要高質量的混凝土(高強度、低收縮和低徐變)。水灰比應盡可能小，以避免由于收縮和徐變引起過大的預應力損失。不宜使用促凝劑或增加混凝土和易性的外加劑。
4．施工方法及注意事項
預應力混凝土路面施工按施加預應力的先后次序可分為先張法和后張法兩種，這與房屋、橋梁上的做法相同，在多數情況下通常采用最多的是后張預應力法。
后張預應力法施工時在長預應力混凝土路面板之間預留一個短的施工槽，該施工槽不宜太長，但應保證滿足路面板的構造，一般長度為1.8-2.4米。預應力筋一般采用7絲鋼絞線按一定間距布置，在路面板兩端進行張拉。預應力筋一般布置在1/2板高下，建議采用1/12板厚的偏心距。在混凝土鋪筑以后應盡可能早的張拉部分預應力，以防止因收縮和第一個夜晚混凝土的臨界降溫而出現早期橫向裂縫。在施加全部預應力后，應使預留槽保持一定的時間，以允許板本身由于混凝土干燥收縮和徐變能夠自由縮短，這樣可減小施工縫在混凝土鋪筑和硬化后的脹縫寬度。脹縫的設置有“雙縫構造”和“單縫構造”。“雙縫構造”設在每個施工槽板的連接處，每端設一道，并與長預應力路面板相連。施工槽板一般配置普通鋼筋，但不施加預應力，因此，施工槽板的厚度比預應力路面板厚，應按照素混凝土路面設計。雙縫構造必須設置傳力桿，以保證通過伸縮縫最有效的傳遞荷載。傳力桿的直徑和間距與素混凝土路面相同。采用雙縫構造可以減小縫的寬度，更重要的是可大大減小由翹曲和彎曲引起預應力板端的撓度。“單縫構造”是先預留施工縫段，然后將張拉力通過施工縫板一直延伸到單工作縫處。該構造必須設計專門的錨具，并且安裝要特別仔細，才能滿足設計的要求。總之“單縫構造”施工較復雜。因此，工程上多采用“雙縫構造”，“單縫構造”路面還處于研究、試驗階段，實際應用不多。通常路面板出現裂縫的危險時期是在澆筑混凝土以后的第一/考//個夜晚，一天之中澆筑較早的混凝土特別容易出現裂縫，因為它經受溫度下降的全部過程而沒有防止裂縫的應變能力，因此在澆筑完后必須立即養護，可噴撒一層養護膜，此外有時還需覆蓋混凝土表面，以減緩混凝土溫度下降速度。另外，應盡早對混凝土施加初始預應力。施加的張拉力不允許超過混凝土現場強度。因此預應力路面應采用高標號混凝土，并在路面下鋪一層有減小摩擦力作用的薄膜，這有助于克服路面板收縮過程中由于摩擦約束產生的拉應力。
預應力混凝土路面是二十世紀四十年代后期發展起來的一種特殊的水泥混凝土路面。最早是在法國使用，后來在美國和歐洲等發達國家先后用于公路路面和機場跑道上。預應力混凝土路面就是充分利用混凝土的抗壓強度遠大于抗拉強度這一特性，事先在工作截面上施加壓應力，以提高混凝土的抗彎拉強度，從而提高承受荷載能力。由于預應力混凝土路面提高了截面的實際抗彎強度，因而在相同的荷載作用下，路面板的厚度比要薄，一般為普通混凝土路面厚度的65%左右。預應力使混凝土路面板長度可大大增大，一般取90～180m。
預應力混凝土路面與普通水泥混凝土路面相比有以下幾方面的優勢：
(1)路面板厚度是普通混凝土路面板厚的65%左右，因此可以大大節約混凝土數量，對有特殊要求的道路路面非常有利。
(2)預應力混凝土路面由于板較長，接縫數量可大大減少，提高了行車的舒適性。
(3)預應力的存在使路面板整體性較強，大大減少/考//了橫向開裂的程度，提高了路面的耐久性。
(4)預應力混凝土路面的用筋量遠少于連續配筋的水泥混凝土路面。
(5)預應力混凝土路面幾乎20-30年不需大修，養護需求也較少。養護費用與傳統混凝土路面的費用比幾乎為零，并減少了由于養護所延誤的時間以及通行能力降低等因素。
預應力混凝土路面主要缺點在于：
(1)從經濟上來看，雖然減薄了路面板的厚度，但施工工藝較復雜，手工操作的工作量大，難以實現機械化、自動化施工，初期投資較大。
(2)由于預應力混凝土路面板做得較長，因此對由路基約束所引起的張拉應力也隨之增大，板的位移量也會增大，這對路基摩擦約束要求很嚴。
(3) 預應力混凝土路面一旦出現裂縫修復困難。
(4)隨著時間的長久，鋼絞線可能存在腐蝕現象。
2．設計方法
設計預應力混凝土路面的基本方法是根據以下公式：ft＋fp〉fc+w+fF+fL (式2-1)
式中：fp———由預應力引起的混凝土中的壓應力；
ft———混凝土的容許彎曲應力；
fc+w———由溫度差(彎曲和翹曲)引起的應力；
fF———由路基摩阻引起的臨界拉應力；
fL———由交通荷載引起的臨界拉應力。
設計預應力路面基本步驟如下：
a. 假定一個適當的路面厚度，可略大于相應的素混凝土路面厚度的65%。
b. 根據現場環境條件選擇合適的路面長度，氣溫高和干燥的氣候條件選用較小的長度。
c. 計算由彎曲和翹曲的共同作用產生的臨界彎曲應力fc+w。
d. 計算由路基摩阻引起的臨界拉應力fF。
e. 計算由交通荷載引起的臨界拉應力fL。
f. 確定混凝土的允許彎曲應力ft，選擇適當的安全系數，主要公路取2.0，次要公路取1.5。 ft=彎折模量/安全系數
g.檢查預應力在路面板中間截面產生的壓力是否至少超過計算摩擦拉應力690KPa。
h.用式4-1計算預應力fp，如果大于4485 KPa，則需要增加路面厚度，并重新計算fp。
i．計算單位寬度路面的預應力值，并根據每根鋼絞線的設計應力確定鋼絞線之間的距離。
3． 材料要求
預應力混凝土路面需要高質量的混凝土(高強度、低收縮和低徐變)。水灰比應盡可能小，以避免由于收縮和徐變引起過大的預應力損失。不宜使用促凝劑或增加混凝土和易性的外加劑。
4．施工方法及注意事項
預應力混凝土路面施工按施加預應力的先后次序可分為先張法和后張法兩種，這與房屋、橋梁上的做法相同，在多數情況下通常采用最多的是后張預應力法。
后張預應力法施工時在長預應力混凝土路面板之間預留一個短的施工槽，該施工槽不宜太長，但應保證滿足路面板的構造，一般長度為1.8-2.4米。預應力筋一般采用7絲鋼絞線按一定間距布置，在路面板兩端進行張拉。預應力筋一般布置在1/2板高下，建議采用1/12板厚的偏心距。在混凝土鋪筑以后應盡可能早的張拉部分預應力，以防止因收縮和第一個夜晚混凝土的臨界降溫而出現早期橫向裂縫。在施加全部預應力后，應使預留槽保持一定的時間，以允許板本身由于混凝土干燥收縮和徐變能夠自由縮短，這樣可減小施工縫在混凝土鋪筑和硬化后的脹縫寬度。脹縫的設置有“雙縫構造”和“單縫構造”。“雙縫構造”設在每個施工槽板的連接處，每端設一道，并與長預應力路面板相連。施工槽板一般配置普通鋼筋，但不施加預應力，因此，施工槽板的厚度比預應力路面板厚，應按照素混凝土路面設計。雙縫構造必須設置傳力桿，以保證通過伸縮縫最有效的傳遞荷載。傳力桿的直徑和間距與素混凝土路面相同。采用雙縫構造可以減小縫的寬度，更重要的是可大大減小由翹曲和彎曲引起預應力板端的撓度。“單縫構造”是先預留施工縫段，然后將張拉力通過施工縫板一直延伸到單工作縫處。該構造必須設計專門的錨具，并且安裝要特別仔細，才能滿足設計的要求。總之“單縫構造”施工較復雜。因此，工程上多采用“雙縫構造”，“單縫構造”路面還處于研究、試驗階段，實際應用不多。通常路面板出現裂縫的危險時期是在澆筑混凝土以后的第一/考//個夜晚，一天之中澆筑較早的混凝土特別容易出現裂縫，因為它經受溫度下降的全部過程而沒有防止裂縫的應變能力，因此在澆筑完后必須立即養護，可噴撒一層養護膜，此外有時還需覆蓋混凝土表面，以減緩混凝土溫度下降速度。另外，應盡早對混凝土施加初始預應力。施加的張拉力不允許超過混凝土現場強度。因此預應力路面應采用高標號混凝土，并在路面下鋪一層有減小摩擦力作用的薄膜，這有助于克服路面板收縮過程中由于摩擦約束產生的拉應力。
