基于CRCP路用性能参数的连续配筋砼设计控制指标

摘要:连续配筋混凝土路面（CRCP）相比普通水泥混凝土路面（JPCP）有较大优势。但目前各个国包括我国均没有针对连续配筋砼设计提出相应的控制指标，仅是按照JPCP的混凝土控制指标进行设计。本文基于NCHRP 1-37A法砼材料参数对CRCP路用性能的影响分析从而提出合理的针对连续配筋砼设计控制指标。

关键词:CRCP 路用性能混凝土控制指标

1引言

1.1研究背景

水泥砼路面由于具有明显的资源和造价优势，在我国发展迅猛，但由于重、超载交通及普通砼路面（JPCP）自身缺陷—为减小温缩和干缩引起破坏设置的横、纵向接缝，造成接缝处传荷能力低、平整度差，易产生渗水、唧泥、错台、断板等病害，成为JPCP严重病害的隐患。

连续配筋砼路面（CRCP）是在路面纵向连续的布设足够数量的钢筋，以控制路面板纵向收缩产生的裂缝宽度和数量。同时在横向也配有一定数量的钢筋。在施工时不设胀、缩缝，形成一条完整而平坦的行车平面。国外经过近九十年的工程实践，认为其具有以下优点：①消除了横向接缝，整体性较好，行车平顺舒适；②耐久性好，使用寿命长，养护费低；③控制了裂缝宽度，使其紧密闭合，减少了裂缝处剥落，提高了裂缝处的传荷能力。由于以上良好的使用性能，从上世纪80年代以来其得到了较快的发展，如美国、日本、法国等都相继采用这种路面形式，美国有35个以上的州修建了CRCP，经多年使用、观测，性能良好。

我国CRCP应用试验及研究起步较晚，从1989年盐城一级公路修筑的CRCP试验段至今发展仅有20多年历史。随着我国交通运输日益呈现车辆大型化、重型化的趋势，对路面的承载能力等提出了更高要求。交通部2007年对“CRCP设计施工技术”立项进行研究[1]。随着其设计和施工技术的成熟，必将在我国得到较大规模的发展和应用。

1.2研究的必要性

CRCP虽然已经在许多国家应用，甚至大面积使用，但目前各个国包括我国均没有针对连续配筋砼配合比设计提出相应的控制指标，仅是按照普通水泥砼路面(JPCP)配合比设计的方法和控制指标进行设计。但CRCP的设计指标，特别AASHTO2002设计指南中提出新的设计指标后，与普通水泥砼路面设计存在很大的差异，而且其主要病害也不尽相同，因此提出合理的针对连续配筋砼配合比设计控制指标是必要的。

2 CRCP路用性能参数敏感性分析

2.1 CRCP路用性能

JPCP配合比方法主要以抗弯拉强度和工作性为控制指标，以水灰比为控制参数。针对JPCP路用性能从配合比设计方面主要是指砼的强度、工作性能、耐久性包括抗渗透、抗冻、耐磨等性能。水泥砼路面结构设计以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态。CRCP的厚度设计同样按照普通砼路面进行。CRCP面层的纵向配筋率按允许的裂缝间距(1.0～2.5 m)、缝隙宽度(小于1mm)和钢筋屈服强度计算确定【1】。

与JPCP相比CRCP有其共性，但又有其自身的特点，美国联邦公路局、德克萨斯州运输部等调查发现CRCP最主要病害是边缘冲断引起【3-4】。宽裂缝也是CRCP的两大主要病害之一，裂缝的变宽主要是由钢筋锈蚀后有效断面减小，钢筋中的应力达到屈服或断裂强度引起的【5-6】，裂缝宽度服从Weibul1分布【7】。通过国内调查也同样发现冲断和宽裂缝是影响CRCP 行车的最主要病害形式,冲断通常发生在密集裂缝处【8】。从以上分析可以看出，CRCP砼仅依靠JPCP配合比设计的以强度为控制指标的配比设计方法是不可行的，因此有必要针对CRCP进行材料参数敏感性分析。

2.2基于NCHRP 1-37A法砼材料参数对CRCP路用性能的影响分析

2.2.1．MEPDG分析软件简要介绍

力学—经验路面设计指南是美国运输委员会（TRB）公路合作研究计划（NCHRP 1-37A）耗资700万美元，历史6年的研究成果，FHWA（路面指南推广小组）负责将研究成果转化成实用技术以及推广。MEPDG分析软件，是在过去传统的经验路面设计基础上结合力学设计，用数字模型来确定相关临界应变与破坏，通过输入交通、材料、气候的准确值，通过系统进行多重计算，制定我们所需的破坏标准而获得厚度。其软件最大的优点是不但改进了交通特性，还有能力处理变化的交通类型。MEPDG分析软件确实可以提供更佳的结构设计方案，但前提是必须能进行交通、材料、气候的数据采集【9】【10】。针对CRCP设计，主要输入参数包括：基本的设计信息、交通、气候、结构层组成。主要输出的结果包括设计年限内的冲断、裂缝宽度、平整度和传荷系数。

2.2.2．敏感性分析计算

分别单独改变砼材料的强度、干缩、温缩系数，从计算结果中分析各个材料参数对CRCP路用性能的影响，从确定混凝土的主要控制指标。

计算的路面结构组成为：30cmCRCP+4cm沥青层+20cm水泥稳定碎石+20cm级配碎石，配筋率为6%钢筋设置位置为CRCP面板中部，路面设计年限为20年，设计交通量为2000，交通增长率为4%。分别计算预估更多内容请访问久久建筑网
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5、20年的冲断、平整度和裂缝宽度。

(1)改变砼材料温缩系数对CRCP路用性能的影响

改变砼材料的温缩系数，具体改变范围从2.1~10(BTU/hr-ft-FO)，预估其更多内容请访问久久建筑网
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5、20年的冲断、平整度和裂缝宽度。

从图2~4中可以看出随着砼材料温缩系数的增加，每英里冲断数目、裂缝宽度、每英里路面平整度指标IRI均成正比增加，且冲断数目增加最为明显。以公路铺筑后第10年预估结果为例，热膨胀系数从2.1增加到10时：平均每英里冲断数目从0.011个增至0.395个，热膨胀系数的增加对冲断贡献显著平均裂缝宽度从5.89mil增加到9.34mil，增加了将近一倍；平整度指标IRI从6.3inch/mil增至6.38inch/mil。

(2)改变砼材料干缩对CRCP路用性能的影响

改变砼材料的干缩值，具体改变范围从300~1000(10-6inch)，预估其更多内容请访问久久建筑网
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5、20年的冲断、平整度和裂缝宽度。

从图5~7中，可以看出随着砼干缩值的增加，公路铺筑后第更多内容请访问久久建筑网
5、10、15年每英里冲断数目和路面平整度指标IRI均增加不明显，裂缝宽度增加较前两者明显；第20年，每英里冲断数目、裂缝宽度、平整度指标IRI增加均比较明显，其中以冲断数目增加最为显著。干缩300变为1000时：公路铺筑后第更多内容请访问久久建筑网
5、10、15年，冲断数目增加比较微弱，但在20年时增加趋势比较明显从0.211处增至2.994处每英里；以公路铺筑后第10年预估结果为例，平均裂缝宽度从4.5mil增加到14.91mil，增加了将近三倍多；公路铺筑后第更多内容请访问久久建筑网
5、10、15年预估结果，平整度指标IRI增加并不明显，第20年时平整度指标改变明显，从63.5(inch/mile)增加到68.9(inch/mile)。

(3)改变强度对CRCP路用性能的影响

改变砼材料的抗压强度值，具体改变范围从3000~8000(psi)，预估其更多内容请访问久久建筑网
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5、20年的冲断、平整度和裂缝宽度。

从图8~10中，可以看出随着砼干缩值的增加，公路每英里冲断数目、路面平整度指标IRI、裂缝宽度均明显减小，其中以冲断数目增加最为显著。以公路铺筑后第10年预估结果为例，强度从3000增至8000时：冲断数目从4.697处减少至0.074处每英里；平均裂缝宽度从7.83mil增加到6.02mil；平整度指标IRI增加并不明显，从72.2(inch/mile)增加到63.3(inch/mile)。

图2改变温缩系数对冲断的影响图3改变温缩系数裂缝宽度

图4改变温缩系数对平整度的影响图5改变干缩值对冲断的影响

图6改变干缩值对裂缝宽度的影响图7改变干缩对平整度的影响