关于沥青封层上机场水泥混凝土道面“宽假缝”问题


点击浏览“机场工程人家”微信公众号原文:关于沥青封层上机场水泥混凝土道面“宽假缝”问题。

编者按:2023年6月9日、15日、16日、17日、18日、19日“机场工程人家”微信公众号先后发表了六篇文章,围绕机场水泥混凝土道面与基层之间是否设置沥青封层(隔离层)问题进行了研讨,今天发表第七篇文章,着重就沥青封层上机场水泥混凝土道面出现 “宽假缝”问题进行探讨。欢迎大家本着客观、透明、理性的原则和求真务实的科学态度,继续参与讨论,发表真知灼见。


图1《民用机场水泥混凝土道面设计规范》(MH /T5004-2010)中的横向缩缝

在半刚性基层上沥青封层的混凝土施工过程中,混凝土板通常会出现“宽假缝”现象。在2023年6月15日“机场工程人家”微信公众号发表的“关于在机场水泥混凝土道面与基层之间设置沥青基隔离层的探讨”(以下简称该文)一文中,对“宽假缝”现象是这样论述的:“在实体工程施工中,与直接在水泥稳定碎石基层上或者在土工布上浇筑水泥混凝土道面的工程相比,在沥青基隔离层上浇筑沥青混凝土道面的工程会出现断裂假缝的间隔相对较长的现象(传统假缝断裂的距离一般为3~4块板,在沥青基隔离层上浇筑混凝土板块使假缝断裂的距离达到了5~6块板)。表现出的现象是出现断裂的假缝宽较宽(实际观测数据是 10~15 mm)。”形成了“假缝位置缝宽异常”现象。

这种假缝宽度异常现象,自身会导致接缝传荷能力的下降。但这种接缝传荷能力会“因为水泥混凝土道面结构组合采用水泥稳定碎石这一半刚性基层后,主要的接缝传荷机制并不是由接缝位置的集料嵌锁作用产生的,而是由半刚性基层(刚度大,具有显著的板体行为特征)的基层传荷作用产生的,据理论分析,对于弯沉传荷,半刚性基层的基层传荷能力达到了总的接缝传荷系统的80%以上,对于应力传荷,半刚性基层的基层传荷能力达到了总的接缝传荷系统的70%以上,这一结论在假缝缝宽较大位置的HWD现场实测数据中也得到了充分的验证。”

该文的观点认为假缝的接缝传荷能力主要不是靠“集料嵌锁机制”形成的,而是由基层的刚度(即半刚性基层)决定,并且这种“宽假缝”的宽度会随着“缝位置缝宽异常(较宽)的接缝在服役期间反复的热胀冷缩过程中,缝宽会逐渐与其他板块接缝的缝宽趋同(这一现象已在多地机场中实际观测到),即在服役期间,假缝能够正常发挥由于其集料嵌锁机制产生的接缝传荷功能。”

图2《民用机场水泥混凝土道面设计规范》(MH /T5004-2010)条文说明

我国《民用机场水泥混凝土道面设计规范》(MH /T5004-2010)中明确规定了各种类型接缝的应力折减系数(即接缝传荷能力),见图3。


图3 应力折减系数

从图3中,各种类型接缝的应力折减系数只与接缝的形式(即企口缝、假缝及传力杆缝)有关,并没有说明与基层的类型有关。即认为采用不同类型的基层,其道面接缝的应力折减系数(即接缝传荷能力)是相同的。FAA的水泥混凝土道面设计方法中将荷载位于板边缘应力(考虑到接缝载荷传递,减少25%)作为设计应力,也是认为接缝的传荷能力与基层无关。无论是国内规范或者是FAA,没有规定不同类型的基层其应力折减系数是不同的。说明了接缝传荷能力与基层的类型无关。

而在“关于在机场水泥混凝土道面与基层之间设置沥青基隔离层的探讨”(简称该文)一文中, “对于弯沉传荷,半刚性基层的基层传荷能力达到了总的接缝传荷系统的80%以上,对于应力传荷,半刚性基层的基层传荷能力达到了总的接缝传荷系统的70%以上,这一结论在假缝缝宽较大位置的HWD现场实测数据中也得到了充分的验证。”根据这个观点,可以认为接缝的传荷能力主要是由基层类型决定的,接缝的形式则是次要的。这与现有规范中有关规定是相违背的。是规范规定错了还是该文的观点不正确?无论是国内的规范还是FAA,或者是规范的修订和版本的更新,有关接缝传荷能力与基层类型无关的规定一直没有发生过变化,接缝传荷能力只与接缝的形式有关。我国《公路水泥混凝土路面设计规范》有关路面板应力计算时应力折减系数的规定见图2。

图4 公路规范的应力折减系数

从图4可知,应力折减系数只与路肩的类型有关,与基层的类型没有关系。这也再次证明接缝传荷能力与基层类型无关。无论是基层是何种类型,接缝的传荷能力是一样的,只与接缝的构造类型有关。

图5 传力杆传力示意图

当假缝的宽度达到一定宽度后,就会失去集料嵌锁作用,导致相邻板之间脱离了联系,即它们之间不存在约束(见图6)。由于沥青类材料是水泥混凝土的隔离材料,使得在沥青封层与混凝土在竖向是不能结合在一起的,处于分离状态。在飞机荷载作用下,受荷板首先产生变形,引起半刚性基层的变形。由于半刚性基层的整体性,会产生一个连续性的变形,导致相邻板的基层也产生变形,引起相邻板的脱空,使得相邻板形成类似悬臂梁结构。在相邻板的自重作用下,相邻板也产生了相应的变形。这种变形不是板间约束产生的,它对受荷板的应力状态没有影响,此时受荷板的边界等同于自由边。随着飞机荷载的增大,半刚性基层的变形范围会增大,导致相邻板脱空范围也增大,其变形也随之增大。

所以,当用HWD现场实测时,可以实测出受荷板与相邻板的弯沉,但相邻板的弯沉数据不是受荷板变形传递过去的,是其基层的变形引起的脱空,由它自身的重力作用而产生的。无论这个接缝有多宽,用HWD实测时都可以测得相邻板的弯沉,即得到所谓的接缝传荷系数。所以,用HWD测得的弯沉来计算接缝传荷能力存在着误区,即会有伪数据存在。为了解决HWD测得的弯沉计算接缝传荷能力带来的问题,应对照规范的要求,即接缝传荷能力表现为应力折减系数,用测定受荷板边缘应力折减的数值来确定应力折减系数。

图6 假缝失去作料嵌锁作用

通过上面的分析后,半刚性基层与其它类型基层的作用一样并不能传递假缝接缝传荷能力。半刚性基层上沥青封层的混凝土施工过程中,混凝土板通常会出现“宽假缝”现象最终会导致假缝的接缝传荷能力下降(即应力折减系数的减小)。这种“宽假缝”形成不是该文中所说的“据现场实测数据,服役阶段的机场水泥混凝土板块日平均水平位置的伸缩量大致在0.5mm~2.0mm,所以假缝位置缝宽异常(较宽)的接缝在服役期间反复的热胀冷缩过程中,缝宽会逐渐与其他板块接缝的缝宽趋同(这一现象已在多地机场中实际观测到),即在服役期间,假缝能够正常发挥由于其集料嵌锁机制产生的接缝传荷功能。对于假缝缝宽“过宽”(实际观测数据是 10~15 mm)造成接缝传荷能力下降的顾虑,在我国民用机场采用水泥稳定碎石基层的情况下,基本可以忽略。”那样。

事实上,所有机场水泥混凝土道面在使用过程中都会出现道面长度增大的现象。少则几十厘米,多则达几十米。某机场3200米长的跑道,在使用期内约增长了二十多米。原因是跑道两端是自由端,约束力小。混凝土的热胀使得跑道长度增大,而冷缩时,各种约束的限制,不能够回到原来的位置。随着温度不断循环变化,日复一日,年复一年,道面的长度不断地增大。道面的长度增大实则就是接缝(主要是假缝)宽度的增大。随着时间的增长接缝宽度越来越宽。不可能出现“宽假缝”最终“缝宽会逐渐与其他板块接缝的缝宽趋同”的现象。若有可能相同,也只能是接缝宽度在更宽层面上的趋同。

所以,“宽假缝”实则上是假缝的接缝传荷能力的下降,造成与其它部位的假缝传荷能力不一致,形成了道面在“宽假缝”位置是受力的薄弱部位,使得该处的接缝传荷能力不能满足设计要求(即应力折减系数小于0.25),最终导致道面的使用寿命达不到设计的要求。


注:红颜色的内容为引用“关于在机场水泥混凝土道面与基层之间设置沥青隔离层的探讨”一文的内容,黑色为本文作者的叙述。


机场工程人家交流机场建设的工作思考、工程范例、项目进展、趣味故事、过往经历、有关信息。67篇原创内容

公众号

  • 版权声明:关于沥青封层上机场水泥混凝土道面“宽假缝”问题 内容由互联网用户自发贡献,该文观点仅代表作者本人。
  • 本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。
  • 如发现本站有涉嫌抄袭侵权/违法违规的内容,请联系 删除。
  • 本文地址:https://www.jx027.com/article/666571.html

猜你喜欢

深度学习发展史和26个神经网络模型

深度学习发展史和26个神经网络模型

本文首先从4个方面(张量、生成模型、序列学习、深度强化学习)追踪深度学习几十年的发展史,然后再介绍主流的26个深度学习模型。1.深...

深度学习僧 2022年11月17日
华为新专利公开,谁再窥屏,我有证据

华为新专利公开,谁再窥屏,我有证据

随着通信技术的发展,尤其是诸如智能手机等终端的普及,终端的功能也日益增多,比如,用户可以通过终端实现与其他用户之间的数据交互、转...

SeenPat新专利 2022年11月17日