预应力混凝土路面设计与施工简介
发布时间：2010-01-14 共1页
1．预应力混凝土路面简介
预应力混凝土路面是二十世纪四十年代后期发展起来的一种特殊的水泥混凝土路面。最早是在法国使用，后来在美国和欧洲等发达国家先后用于公路路面和机场跑道上。预应力混凝土路面就是充分利用混凝土的抗压强度远大于抗拉强度这一特性，事先在工作截面上施加压应力，以提高混凝土的抗弯拉强度，从而提高承受荷载能力。由于预应力混凝土路面提高了截面的实际抗弯强度，因而在相同的荷载作用下，路面板的厚度比要薄，一般为普通混凝土路面厚度的65%左右。预应力使混凝土路面板长度可大大增大，一般取90～180m。
预应力混凝土路面与普通水泥混凝土路面相比有以下几方面的优势：
(1)路面板厚度是普通混凝土路面板厚的65%左右，因此可以大大节约混凝土数量，对有特殊要求的道路路面非常有利。
(2)预应力混凝土路面由于板较长，接缝数量可大大减少，提高了行车的舒适性。
(3)预应力的存在使路面板整体性较强，大大减少/考//了横向开裂的程度，提高了路面的耐久性。
(4)预应力混凝土路面的用筋量远少于连续配筋的水泥混凝土路面。
(5)预应力混凝土路面几乎20-30年不需大修，养护需求也较少。养护费用与传统混凝土路面的费用比几乎为零，并减少了由于养护所延误的时间以及通行能力降低等因素。
预应力混凝土路面主要缺点在于：
(1)从经济上来看，虽然减薄了路面板的厚度，但施工工艺较复杂，手工操作的工作量大，难以实现机械化、自动化施工，初期投资较大。
(2)由于预应力混凝土路面板做得较长，因此对由路基约束所引起的张拉应力也随之增大，板的位移量也会增大，这对路基摩擦约束要求很严。
(3) 预应力混凝土路面一旦出现裂缝修复困难。
(4)随着时间的长久，钢绞线可能存在腐蚀现象。
2．设计方法
设计预应力混凝土路面的基本方法是根据以下公式：ft＋fp〉fc+w+fF+fL (式2-1)
式中：fp———由预应力引起的混凝土中的压应力；
ft———混凝土的容许弯曲应力；
fc+w———由温度差(弯曲和翘曲)引起的应力；
fF———由路基摩阻引起的临界拉应力；
fL———由交通荷载引起的临界拉应力。
设计预应力路面基本步骤如下：
a. 假定一个适当的路面厚度，可略大于相应的素混凝土路面厚度的65%。
b. 根据现场环境条件选择合适的路面长度，气温高和干燥的气候条件选用较小的长度。
c. 计算由弯曲和翘曲的共同作用产生的临界弯曲应力fc+w。
d. 计算由路基摩阻引起的临界拉应力fF。
e. 计算由交通荷载引起的临界拉应力fL。
f. 确定混凝土的允许弯曲应力ft，选择适当的安全系数，主要公路取2.0，次要公路取1.5。 ft=弯折模量/安全系数
g.检查预应力在路面板中间截面产生的压力是否至少超过计算摩擦拉应力690KPa。
h.用式4-1计算预应力fp，如果大于4485 KPa，则需要增加路面厚度，并重新计算fp。
i．计算单位宽度路面的预应力值，并根据每根钢绞线的设计应力确定钢绞线之间的距离。
3． 材料要求
预应力混凝土路面需要高质量的混凝土(高强度、低收缩和低徐变)。水灰比应尽可能小，以避免由于收缩和徐变引起过大的预应力损失。不宜使用促凝剂或增加混凝土和易性的外加剂。
4．施工方法及注意事项
预应力混凝土路面施工按施加预应力的先后次序可分为先张法和后张法两种，这与房屋、桥梁上的做法相同，在多数情况下通常采用最多的是后张预应力法。
后张预应力法施工时在长预应力混凝土路面板之间预留一个短的施工槽，该施工槽不宜太长，但应保证满足路面板的构造，一般长度为1.8-2.4米。预应力筋一般采用7丝钢绞线按一定间距布置，在路面板两端进行张拉。预应力筋一般布置在1/2板高下，建议采用1/12板厚的偏心距。在混凝土铺筑以后应尽可能早的张拉部分预应力，以防止因收缩和第一个夜晚混凝土的临界降温而出现早期横向裂缝。在施加全部预应力后，应使预留槽保持一定的时间，以允许板本身由于混凝土干燥收缩和徐变能够自由缩短，这样可减小施工缝在混凝土铺筑和硬化后的胀缝宽度。胀缝的设置有“双缝构造”和“单缝构造”。“双缝构造”设在每个施工槽板的连接处，每端设一道，并与长预应力路面板相连。施工槽板一般配置普通钢筋，但不施加预应力，因此，施工槽板的厚度比预应力路面板厚，应按照素混凝土路面设计。双缝构造必须设置传力杆，以保证通过伸缩缝最有效的传递荷载。传力杆的直径和间距与素混凝土路面相同。采用双缝构造可以减小缝的宽度，更重要的是可大大减小由翘曲和弯曲引起预应力板端的挠度。“单缝构造”是先预留施工缝段，然后将张拉力通过施工缝板一直延伸到单工作缝处。该构造必须设计专门的锚具，并且安装要特别仔细，才能满足设计的要求。总之“单缝构造”施工较复杂。因此，工程上多采用“双缝构造”，“单缝构造”路面还处于研究、试验阶段，实际应用不多。通常路面板出现裂缝的危险时期是在浇筑混凝土以后的第一/考//个夜晚，一天之中浇筑较早的混凝土特别容易出现裂缝，因为它经受温度下降的全部过程而没有防止裂缝的应变能力，因此在浇筑完后必须立即养护，可喷撒一层养护膜，此外有时还需覆盖混凝土表面，以减缓混凝土温度下降速度。另外，应尽早对混凝土施加初始预应力。施加的张拉力不允许超过混凝土现场强度。因此预应力路面应采用高标号混凝土，并在路面下铺一层有减小摩擦力作用的薄膜，这有助于克服路面板收缩过程中由于摩擦约束产生的拉应力。
预应力混凝土路面是二十世纪四十年代后期发展起来的一种特殊的水泥混凝土路面。最早是在法国使用，后来在美国和欧洲等发达国家先后用于公路路面和机场跑道上。预应力混凝土路面就是充分利用混凝土的抗压强度远大于抗拉强度这一特性，事先在工作截面上施加压应力，以提高混凝土的抗弯拉强度，从而提高承受荷载能力。由于预应力混凝土路面提高了截面的实际抗弯强度，因而在相同的荷载作用下，路面板的厚度比要薄，一般为普通混凝土路面厚度的65%左右。预应力使混凝土路面板长度可大大增大，一般取90～180m。
预应力混凝土路面与普通水泥混凝土路面相比有以下几方面的优势：
(1)路面板厚度是普通混凝土路面板厚的65%左右，因此可以大大节约混凝土数量，对有特殊要求的道路路面非常有利。
(2)预应力混凝土路面由于板较长，接缝数量可大大减少，提高了行车的舒适性。
(3)预应力的存在使路面板整体性较强，大大减少/考//了横向开裂的程度，提高了路面的耐久性。
(4)预应力混凝土路面的用筋量远少于连续配筋的水泥混凝土路面。
(5)预应力混凝土路面几乎20-30年不需大修，养护需求也较少。养护费用与传统混凝土路面的费用比几乎为零，并减少了由于养护所延误的时间以及通行能力降低等因素。
预应力混凝土路面主要缺点在于：
(1)从经济上来看，虽然减薄了路面板的厚度，但施工工艺较复杂，手工操作的工作量大，难以实现机械化、自动化施工，初期投资较大。
(2)由于预应力混凝土路面板做得较长，因此对由路基约束所引起的张拉应力也随之增大，板的位移量也会增大，这对路基摩擦约束要求很严。
(3) 预应力混凝土路面一旦出现裂缝修复困难。
(4)随着时间的长久，钢绞线可能存在腐蚀现象。
2．设计方法
设计预应力混凝土路面的基本方法是根据以下公式：ft＋fp〉fc+w+fF+fL (式2-1)
式中：fp———由预应力引起的混凝土中的压应力；
ft———混凝土的容许弯曲应力；
fc+w———由温度差(弯曲和翘曲)引起的应力；
fF———由路基摩阻引起的临界拉应力；
fL———由交通荷载引起的临界拉应力。
设计预应力路面基本步骤如下：
a. 假定一个适当的路面厚度，可略大于相应的素混凝土路面厚度的65%。
b. 根据现场环境条件选择合适的路面长度，气温高和干燥的气候条件选用较小的长度。
c. 计算由弯曲和翘曲的共同作用产生的临界弯曲应力fc+w。
d. 计算由路基摩阻引起的临界拉应力fF。
e. 计算由交通荷载引起的临界拉应力fL。
f. 确定混凝土的允许弯曲应力ft，选择适当的安全系数，主要公路取2.0，次要公路取1.5。 ft=弯折模量/安全系数
g.检查预应力在路面板中间截面产生的压力是否至少超过计算摩擦拉应力690KPa。
h.用式4-1计算预应力fp，如果大于4485 KPa，则需要增加路面厚度，并重新计算fp。
i．计算单位宽度路面的预应力值，并根据每根钢绞线的设计应力确定钢绞线之间的距离。
3． 材料要求
预应力混凝土路面需要高质量的混凝土(高强度、低收缩和低徐变)。水灰比应尽可能小，以避免由于收缩和徐变引起过大的预应力损失。不宜使用促凝剂或增加混凝土和易性的外加剂。
4．施工方法及注意事项
预应力混凝土路面施工按施加预应力的先后次序可分为先张法和后张法两种，这与房屋、桥梁上的做法相同，在多数情况下通常采用最多的是后张预应力法。
后张预应力法施工时在长预应力混凝土路面板之间预留一个短的施工槽，该施工槽不宜太长，但应保证满足路面板的构造，一般长度为1.8-2.4米。预应力筋一般采用7丝钢绞线按一定间距布置，在路面板两端进行张拉。预应力筋一般布置在1/2板高下，建议采用1/12板厚的偏心距。在混凝土铺筑以后应尽可能早的张拉部分预应力，以防止因收缩和第一个夜晚混凝土的临界降温而出现早期横向裂缝。在施加全部预应力后，应使预留槽保持一定的时间，以允许板本身由于混凝土干燥收缩和徐变能够自由缩短，这样可减小施工缝在混凝土铺筑和硬化后的胀缝宽度。胀缝的设置有“双缝构造”和“单缝构造”。“双缝构造”设在每个施工槽板的连接处，每端设一道，并与长预应力路面板相连。施工槽板一般配置普通钢筋，但不施加预应力，因此，施工槽板的厚度比预应力路面板厚，应按照素混凝土路面设计。双缝构造必须设置传力杆，以保证通过伸缩缝最有效的传递荷载。传力杆的直径和间距与素混凝土路面相同。采用双缝构造可以减小缝的宽度，更重要的是可大大减小由翘曲和弯曲引起预应力板端的挠度。“单缝构造”是先预留施工缝段，然后将张拉力通过施工缝板一直延伸到单工作缝处。该构造必须设计专门的锚具，并且安装要特别仔细，才能满足设计的要求。总之“单缝构造”施工较复杂。因此，工程上多采用“双缝构造”，“单缝构造”路面还处于研究、试验阶段，实际应用不多。通常路面板出现裂缝的危险时期是在浇筑混凝土以后的第一/考//个夜晚，一天之中浇筑较早的混凝土特别容易出现裂缝，因为它经受温度下降的全部过程而没有防止裂缝的应变能力，因此在浇筑完后必须立即养护，可喷撒一层养护膜，此外有时还需覆盖混凝土表面，以减缓混凝土温度下降速度。另外，应尽早对混凝土施加初始预应力。施加的张拉力不允许超过混凝土现场强度。因此预应力路面应采用高标号混凝土，并在路面下铺一层有减小摩擦力作用的薄膜，这有助于克服路面板收缩过程中由于摩擦约束产生的拉应力。
