预制预应力路面板使用中存在问题分析

　　摘要：预制预应力路面板作为施工工地临时道路有其独特优点，可以解决当前施工临时道路的主要问题（如不经济，不环保），但在工地现场应用中发现路面板易断板，出现板角断裂的现象，在使用一段时间后，会出现脱空的现象。论文分析了预制预应力路面板产生上述问题的原因，并提出解决问题的措施。 

　　关键词：预应力混凝土路面板；损伤；分析； 

　　措施 

　　临时道路一直是困扰施工单位的难题，目前一般采用的方式有混凝土现浇或者铺设钢板，上述方式存在着承载力难于确定，路面不平整，扬尘大，经济性差，不能多次周转等缺点，且费用昂贵（图1，2），在此情况下，预应力路面板由于其独特的优点被广泛关注。 

　　研究工作表明，使用预制预应力混凝土路面板可以实现作为施工场地临时道路有以下几方面的优势：1）养护条件好，预制板的预制质量易得到保证，预制板的强度，整体性强，承载力高；2）现场施工速度快，施工完毕后就可以开放交通，大大缩短工期时间：3）拆装方便，便于多次周转，经济效益好。4）能很好的减轻扬尘对周围环境的影响。 

　　1.预制预应力路面板存在问题及原因分析 

　　但在路面板的现场试验中，发现试验板出现断板，板角开裂等的现象，在使用一段时间后试验板与基层出现脱空的现象。下文分析出现这两者现象的具体原因。 

　　1.1断板及板角断裂 

　　由纵向、横向、斜向裂缝发展而产生的已完全折断成两块以上的水泥混凝土路面板，称为断板。其特征是裂缝贯通全厚和板面。但斜向裂缝虽垂直通底，而其从角隅到断裂面断板两端的距离等于或小于板边长度一半的称为板角断裂。混凝土路面板浇筑完成后，未完全硬化和开放交通就出现的断板称为早期断板或施工断板。混凝土路面开放交通后出现的断板称为使用期断板或后期断板。如图3、4所示。 

　　1.2路面板脱空 

　　水泥混凝土路面板底脱空的现象较为普遍，其后果是非常严重的，在脱空产生和发展机理方面，现有研究成果均认为水泥混凝土板底下基层是导致板底脱空发展扩大的根本原因，影响因素包括水的存在、水自板下挤出的速率、底基层材料的易冲刷性、重复荷载的大小和作用次数等。国外不少学者和研究机构曾建立了多种冲刷卿泥的板底脱空演化模型，但理论模型者隋所缺陷，所得结果只具有定性方面的意义。国内学者和研究机构在脱空演化模型方面有都有所研究，也取得了相当的成果。 

　　1.3原因分析 

　　1.3.1断板及板角断裂原因分析 

　　在外部荷载作用下，混凝土内部微裂缝的产生演化发展。在混凝土硬化过程中，未与水泥颗粒发生水化反应的水分陆续蒸发，因此在水泥胶体中留下大量的气孔：同时水泥硬化过程中自身的干缩也造成了混凝土基体中初始微裂纹的产生。在荷载作用下，初始缺陷附近出现应力集中，进而导致微缺陷和微裂缝的发展，这一过程使得混凝土的应力应变关系偏离了线弹性路径，进入非线性阶段。当微裂缝的扩展和汇集到一定程度，就会导致宏观裂缝的产生，混凝土的力学行为逐渐由强转软，应力应变关系从而进入下降段。从分析大量试验中所观察到的混凝土典型非线性行为发现：强度软化和刚度退化都源自混凝土中裂缝的发展：单边效应来自于裂缝的张开和闭合：受拉受压强度迥异来源于混凝土对于受拉裂缝与受剪裂缝的抗力不同：残余应变主要来源于裂缝的不完全闭合。总之，混凝土的非线性受力特征均与混凝土中的微裂缝密切相关。 

　　预制预应力路面板在工厂施工完成后，运输，安装，使用过程中，无法避免碰撞，从而加速了路面板内的微裂缝的发展，容易在板角，构造薄弱处，出现裂缝，进而断裂的现象。 

　　1.3.2路面板脱空原因分析 

　　（1）行车荷载作用下造成预应力板与基层弯沉，而造成脱空。当车辆行驶在水泥混凝土面层板上时，路面板受行车荷载作用会产生弯沉变形，同时基层和基础也会产生弹性和塑性应变，而塑性应变属于不可完全恢复变形，虽然在行车荷载每次作用时基层产生的不可恢复塑性应变量值极小，但经过数十万次累积作用后的叠加值可以达到一定数量级，从而造成路面板与基层之间的分离，形成板底脱空。 

　　（2）温度荷载作用使路面板发生变形造成脱空 

　　路面处于自然环境中，经受着气温变化的影响，由于路面材料导热系数的影响，路面结构内部温度分布不同，形成温度梯度。路面板在温度梯度作用下可发生两种形式的变形，一种是正温度梯度作用下，路面板四周下凹、中心凸起，另一种是负温度梯度作用下，路面板四角上翘、中部下凹。而后一种变形造成路面板角部位与基层之间的分离，形成板底脱空。 

　　（3）水的冲刷作用造成基层与板面脱空 

　　在自然环境下，水渗入到水泥混凝土路面板底因行车和温度荷载作用而形成的局部脱空部分是不可避免的，随着路面板底水的积滞，基层材料逐渐趋于自由水饱和状态。当重载车辆通过路面板时，板底脱空部分积水因板体变形挤压作用而发生流动，且这种高速流动产生的动水冲刷力可达10kP3以上。基层材料中的细集料受冲刷作用与积水形成泥浆，并沿面板接缝缝隙处喷溅出来，导致板底脱空的进一步发展。 

　　车辆荷载是路面板底积滞自由水产生冲刷运动的直接原因，车辆荷载的大小、车辆行驶速度、车辆轮胎的类型、车辆的加速度和轴载的作用位置等因素对动水冲刷力均有影响，其中荷载大小和行驶速度是最主要的影响因素。 

　　水泥混凝土路面板脱空状态下的受力状态改变（见图5），在行车荷载作用下会产生过量的挠曲变形和拉应力，使得路面板的疲劳寿命大大下降，被迫过早的进行维修和重建，板底脱空后，水泥路面板错台和断裂等病害会相继出现，造成水泥混凝土路面行驶质量不佳，车辆损耗严重，运输成本增加，有些适合甚至会诱发严重的交通安全事故。因此，解决脱空问题，能提高预制预应力混凝土路面板的使用性能，延长路面结构的使用寿命，减少养护维修的工作量和费用，具有重大的价值。 

　　2.解决问题的措施 

　　对于上述造成路面板板面开裂，以及板角断裂的现象，有如下解决措施： 

　　1）加强施工预制时的技术手段，如在板角加放射筋。 

　　2）在运输安装时注意对敏感部位的关注与保护。 

　　3）预先处理好地基，选用耐冲刷的基层。 

　　4）在使用过程中做好监测与保护。 

　　5）完善相关体系，能够形成相关的施工及使用规范。 

　　3.结语 

　　目前我国建筑行业正向着绿色建筑和建筑产业现代化发展转型，政府大力发展装配式建筑。国务院在《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》中也提出力争用lO年左右时间使装配式建筑占新建建筑的比例达30%。预制预应力路面板有其特有的优点，在解决了上述两个问题后，能得到广泛的应用。