软土地基水泥混凝土路面足尺板的静载试验

水泥混凝土路面结构对软土地基的不均匀沉降非常敏感，选用那种路面结构形式来改善路面板的工作状态、延长其使用寿命，是必须认真研究的一个重要问题。本文在对连云港新墟一级公路上路面足尺板进行静载试验研究的基础上，得到了有益的数据和结论。公路通过软土地区如何选择合理的路面结构?应当采取何种技术措施随着我国交通运输事业的发展，这一问题近年来已得到较为广泛的研究，并取得了一些成果。软土地区路面结构的主要病害是由于软基的沉降所引起的，目前对软土地基进行处理以减少其工后沉降的工程措施已有不少，但不论采用何种措施进行处理，软土地基的工后沉降仍然是客观存在的。因此，选择软土地基上路面结构形式的原则，应是在经济合理的前提下选择能降低沉降敏感性的结构。由于水泥混凝土路面结构对路基的不均匀沉降尤为敏感，因此目前在软土地区高等级公路上多不采用。本文尝试结合连云港新墟一级公路上路面足尺板静载试验的研究，对软土地区水泥混凝土路面结构进行一些探讨。1试验路基本情况1.1路基概况连云港新墟一级公路大部分处于软土地区，根据路线设计，均为填方路基。试验路选择在K0+500附近，是考虑其填筑高度、估算沉降量均适中，对软土地基不进行特殊处理，有一定代表性。根据地质资料，该地区硬壳层厚度为2m，软土层厚度为10m，估算总沉降量约为50cm。通过对埋设的沉降标观测，从路基施工开始至路面施工，间隔4个月，地面沉降平均为5cm，为总量的10%。1.2路面结构型式为了进行对比研究，根据国内外工程实践经验，试验路选择了两种结构型式，见图1所示。图1试验路路面结构型式(1)多层地基结构(即普通结构)。选择若干层次，其弹性模量自下而上逐层提高，以达到分层吸收不均匀沉降的目的。(2)夹层板结构，在路基之上铺筑贫混凝土板，板上加铺基层材料，顶层铺筑混凝土面板，这种路面结构下的地基不均匀沉降，首先由下层板体吸收，再传至上层面板，其影响程度可大为削弱。试验路选择两种结构同时试验，将夹层结构称为Ⅰ型，多层结构称为Ⅱ型。路面结构的材料，根据当地条件进行选择。Ⅱ型结构厚度依据部颁规范进行计算，总厚度为65cm(25cm水泥混凝土板+25cm碎石二灰土+15cm泥灰结碎石)。Ⅰ型结构厚度无标准方法计算，仍按总厚65cm采用(25cm水泥混凝土板+20cm碎石二灰土+20cm贫混凝土底板)。1.3试验路的平面布置试验路段全长40m，路面宽8m，按5×4m板块划分成二排共计16个板块。为测试方便，分为A和B二区，分别采用Ⅰ型和Ⅱ型路面结构。试验路平面布置见图2。图2

试验路平面布置、剖面图1.4路面各结构层的实测数据1.4.1泥灰结碎石结构实测泥灰结碎石垫层湿容重2.374t/m3，干容重2.230t/m3，含水量6.46%，压实度符合有关规范要求。施工完成一个半月内，多次进行弯沉和承载板试验，并推算垫层顶面当量回弹模量Et和垫层回弹模量E，Et为73.80～98.57MPa，E为252.15～349.94MPa。数据表明，垫层的强度有一个随时间递增的过程。1.4.2贫混凝土底板贫混凝土底板采用一次性整块浇筑，平面尺寸为850×2050cm，终凝后切割分为8块，每块平面尺寸为425×512.5cm。施工时同步制作标准试件，7d和28d抗压强度分别为8.1MPa和11.9MPa，弯拉强度分别为1.24MPa，和1.6MPa。由经验公式推算弯拉弹性模量EW=1.8×104MPa。1.4.3碎石二灰土基层碎石二灰土基层经取样实测，压实度均满足规范要求。经弯沉和承载板试验，推算基层回弹模量E，E值随龄期增长明显，7d龄期为174.1MPa，35d龄期为277.25MPa，96d龄期为397.2MPa。表明设计提出的350MPa约需3个月的龄期。1.4.4水泥混凝土面板由于静载试验需要板块独立，所以全部接缝均采用1.0cm的薄木板。根据标准试件测试，获得28d平均抗压强度32.6MPa，平均弯拉强度5.14MPa，根据经验公式推算弯拉弹性模量EW=3.05×104MPa。2路面结构静载试验2.1试验板的选择为了比较Ⅰ、Ⅱ型两种路面结构的受力特性，在试验路段进行足尺板静载试验。在已经施工完成的16块试验路面板中挑选Ⅰ型、Ⅱ型各两块试验路面板进行测试，选择的主要依据是施工质量良好，无损坏迹象等。选定的路面板如图3所示。图3静载试验板块编号2.2挠度测点及应变片布置试验板顶面布置挠度测点及应变片如图4所示，Ⅰ型结构(夹层结构)的下卧混凝土底板在板中亦布置挠度测点及应变片。图4试验板块挠度测点及应变片布置图注：┻23为应变测点，。为挠度测点2.3加荷设备、荷载位置与级位试验路加载设备采用“解放”平板半挂车作为反力架，通过油压千斤顶施加荷载。平板半挂车轴距6.5m，满载总重为200kN，加载装置如图5所示。图5静载加荷装置示意图歉加荷必位置一律域取板中加哑荷，通常决板中加荷涉时挠度、碎应变都比货较稳定，育不同结构顽之间的比阔较可以突枣出其差别缓。加荷级纷位及顺序既：炼滨0-10脖k刮N险预久蚀0-10丙-0-2系5-0-请40-0幻-55-摧0k乌N跪幻碍娃0-70婶-0-8崭5-0-刚100-温0-11榜5-0k剂N僚矛路面泪足尺板静丑载试验伤分兼4所d属完袜成万(高每日一块窑板屡)属，均在后出半夜进行匆，以避免拉另半幅路失面白天车谱辆通过时紧产生干扰龄。测定时议，每一级堤荷载均记岛录挠度及经应变值。形3辜试验结惩果的分析品与讨论芬3.纤1违两种结例构的比较港为了窄比较多层灰地基板与眨夹层板结须构的应力勇、应变与唤挠度，取炼其中部分潜数据作分侦析，难图推6往所示为走Ⅰ兆号姜板斧(班Ⅱ饮型三)功与膨Ⅳ识号畜板骂(划Ⅰ改型坛)溪在中心荷具载朵为危100k璃N劲时，对角于线方向挠私度分布曲笑线的比较息。担图盗7侨为茶Ⅰ精号疾板涝(世Ⅱ租型脉)鞭、停Ⅲ滑号刻板依(刑Ⅰ堵型湖)酸、惯Ⅳ乐号脾板灾(磨Ⅰ糕型谨)广在中心荷拨载宿为翼100k盒N任时，短轴吨方向最大赤应膛变酒ε动沿中心线渗的分布曲程线。贡图府8壶为躺Ⅰ较号字板锤(何Ⅱ米型俘)宰与灵Ⅲ鸽号诚板禁(富Ⅰ判型肥)重最妇大婆X鼓方向应仓变益ε换X汉与最充大哭Y丛方向应株变跪ε植Y磨随板中心怠荷载值而松变化的分称布曲线。图6图7以由歪图葬6锤所示挠度烤曲线的比征较可以看芹出，对于凭中心挠度堪两者比较装接近，而再角隅挠度天Ⅰ葡号板上翘袭的量大于肤Ⅳ或号板，而怪沿对角线服方向二者株的曲率相著差较多，稀若以坡度距表示，则俭Ⅰ耽号板较愧Ⅳ厘号板旨大挥30令%艰。这充分跃表明，夹壁层结构下拾卧底板扩凶大了地基损压力的分今布范围，杠使上层面寇板的反力句分布适当芳分散，减早少了坡度凡差，明显互改善其应冤力状态与乐挠度坡差殿。巾肥由眼图溜7构可以明显丙地看出，雅在相同荷梢载作用之曲下，在中恋心挠度很胆接近的情川况桨下渐(钳见供图肺6景)段，多层地芽基的面层魄应变值明棕显大于夹禾层结构的仙对应点应盯变值，将寄Ⅰ要号、凭Ⅲ贪号板的应踪变值列表枣比较如山表哥1眨所示。图8奸两种结构抱在众100K亭N功作用下应客变的比走较私(锄μ叠ε帜)锋吹表鸟1气板误尝号秘类备妖型纸离荷载中亩心距俗离钻(稠kN)董200翁100贸0歪100沈200版Ⅰ毙Ⅱ惰9.0斥13.0院40.0岸16.0堵11.0恒Ⅲ点Ⅰ拆6.5元9.0执25.0张9.0致3.0捐ε臂Ⅱ争/昨ε竞Ⅰ咏1.38翅1.44济1.60伍1.77氏3.67笛由咏表跑1践所列结果邻可见，首Ⅰ铲型结每构酬(敢夹层结基构琴)姜与煌Ⅱ谢型结剑构打(仔多层结垫构伴)窃相比，后循者的应变牺值较前者罩增咸大两38暮%治～暗60予%挥，明显地客表示出下志卧层底板声对降低面歼板混凝土轻对抗弯曲切变形的敏肥感性。浇图典8道所示为两排种结构在碌不等量的已中心荷载钞作用下，桑同一测点压位置处最笨大应变值尼的变化。够曲线表明诞，不论荷水载等级增四大或减小县，不哗论暴X童方向应变曾或江Y喂方向应变简，客Ⅰ慢型结构总痒是明显地援小于色Ⅱ挠型结构。涨两种结构秧在不同荷题载作用下更最大应变罚比较见朴表洞2食。木联由持表圈2兼可以看出牛，不论荷喂载增大或踏减小，筋Ⅱ最型结构的坟最大应变偷与诸Ⅰ锣型结构的摸对应测点录相比，全坐部增暖大家40腹%构～跃60阅%药。乏两种结构法在不同荷贿载作用下攻最大应变粮比蛛较票(搏μ典ε速)窃乡表每2忍板埋秃号仰类界沙型挺中心荷载润值双(迟kN)拨55筑85挣115伍ε沸X碎ε永Y滋ε俘X础ε古Y妖ε续X浆ε慎Y游Ⅰ哭Ⅱ脊10滴20饥14爽33愤20型47雁Ⅲ滋Ⅰ糕5斗14京10以22努14开29善ε妥Ⅱ蓝/轻ε稼Ⅰ匹2.00斑1.42湖1.40砌1.50科1.42付1.62柔3.侨2族夹层结犹构底层板昨与上层面羡板的比较透在同吓一荷载作丝用之下，焦量测下卧肯底层板与田上层面板说的应力、脂应变、挠外度，分析虫其受力状涉态与工作啄状态。盾图滨9县为汪Ⅳ宁号板上层听与下层板叮挠度的比宰较。颜图朋1聋0值为导Ⅳ菜号板上层携与下层板柿在不同荷聋载作用之事下息X类方向拥与垮Y境方向最大盏应变的分邪布曲线。仰图煎9职图骄10崭由盾图闷9泡可见，在辅各级荷载凑作用下，母下层板的都中心挠度膜约为面板赛中心挠度殖的耕40锄%次左右，表至明二层板请之间的夹昼层材料有窗一种缓冲翁作用，车缝轮荷载自父上而下传雀递，缓冲球层可以减婚少底层板凤的挠度，诊而地基不少均匀沉降步差自下而虑上传递也吼必然会减泳小对面板坡的影响，呆且这种缓合冲作用在毫一定的荷极载级位范泉围内或沉团降差范围走内保持相榜对稳定的季关系。此怠外，由茂图查1术0其可以看出喊，在一定凉的荷载级地位范围内扰，底层板畜的应变量笛极其微小图，几乎为悲零，主要离由面层板拾承担，因商此底层对棚面层板只怒起着扩大模分布面达烧到均匀支钢承的作用厌，很少分伸担车载应净力。由此蓬推理，夹解层结构