四、瀝青路面裝配式基層的接縫體及亞結(jié)構(gòu)

郭高1、郭子碩2、戰(zhàn)宏宇1、遲文仲1

(1.長(zhǎng)春市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，

2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)）

【摘要】裝配式基層是采用預(yù)制塊體與灌漿濕接結(jié)合的成型工藝。預(yù)制塊體四周由接縫體所包裹?；鶎舆€可視為在由作為連接相的接縫體框架圍成的作為分散相的網(wǎng)孔內(nèi)填充現(xiàn)澆混凝土后構(gòu)成的二元結(jié)構(gòu)。接縫體與塊體可互作對(duì)方的澆筑模具。成型工藝的倒置并不改變基層結(jié)構(gòu)的三維嵌擠關(guān)系。基層傳荷板的工作有方向性，為單向板受力狀態(tài)。在塊體側(cè)面增設(shè)橫槽使傳荷板正反面均可發(fā)揮傳遞荷載的作用并使板塊受力由單向板變?yōu)轭愃齐p向板的工作狀態(tài)。

【關(guān)鍵詞】裝配式基層；接縫體； 傳荷板；鍵槽；斜壓桿

1接縫體主結(jié)構(gòu)

??? 裝配式基層是先鋪裝基塊，并在接縫內(nèi)灌漿濕接，最后在基層四周采用混凝土封邊后構(gòu)成的整體結(jié)構(gòu)，其上設(shè)置瀝青混凝土作為面層。由于接縫結(jié)構(gòu)在裝配式基層中構(gòu)造復(fù)雜并承擔(dān)傳荷作用，因此將接縫作為結(jié)構(gòu)件單獨(dú)研究，即接縫體，其更應(yīng)成為裝配式基層的結(jié)受力穩(wěn)定的關(guān)鍵。將接縫作為結(jié)構(gòu)體,依據(jù)材料分類、成型工藝及組成結(jié)構(gòu)的不同階段，可將灌縫料視為在灌縫之前是材料，灌縫過程中是砂漿，砂漿在基塊接縫空隙內(nèi)被塊體塑形凝固形成網(wǎng)架狀。

? ? ?裝配式基層是采用預(yù)制塊體與砂漿濕接結(jié)合的成型工藝，基塊四周由接縫體包裹?；鶎涌梢暈橛煞稚⑾嗯c連接項(xiàng)組成，其中基塊為分散相，凝固的砂漿為連接相。因此，基層可視為由接縫體框架與網(wǎng)孔內(nèi)澆筑混凝土形成的塊體所組成的二元結(jié)構(gòu)。接縫體與基塊互為補(bǔ)集，二者可以互為模具和填充材料，如圖1所示，工序的轉(zhuǎn)變并不改變裝配式基層結(jié)構(gòu)特征。接縫體合縱連橫包裹基塊并利用傾斜的傳荷板發(fā)揮傳荷作用。預(yù)制的結(jié)構(gòu)件不論是基塊還是接縫體，都需要首先發(fā)揮成型模具的塑形的作用，然后在型腔內(nèi)澆筑混凝土之后，才能形成整體結(jié)構(gòu)并用于承擔(dān)荷載。

? ? ?基層的接縫體尺寸的長(zhǎng)及高度與基塊高度相等，厚度約為4cm，宏觀呈縱橫排列的方格網(wǎng)框架，框架側(cè)壁為接縫體主結(jié)構(gòu)——傳荷板。傳荷板在縱橫軸向均交叉排列，軸向投影呈“X”形，如圖2所示。以框架網(wǎng)孔為參照物，在縱橫斷面，在縱斷面有一對(duì)陽(yáng)斜面?zhèn)骱砂澹跈M斷面則有一對(duì)陰斜面?zhèn)骱砂?，圍繞網(wǎng)孔的四片傳荷板組合構(gòu)成三維嵌擠關(guān)系。由于接縫體與網(wǎng)格內(nèi)空腔為互補(bǔ)結(jié)構(gòu)，如先預(yù)制接縫體在按縱橫軸向相互交叉鋪裝并在網(wǎng)格內(nèi)填充混凝土組成的整體，與先預(yù)制三維嵌擠基塊在按編織規(guī)則鋪裝并在接縫灌漿的結(jié)構(gòu)完全一樣。接縫體與塊體均可互為澆筑模具，成型工藝的倒置并不改變基層結(jié)構(gòu)。

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圖1 接縫體立體圖及拼裝成塊體單元大樣圖

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圖2 十字交叉布置圖及鋪裝大樣圖

??? 同一片傳荷板的兩面均為工作面，其陽(yáng)斜面為荷載輸入面，陰斜面為荷載輸出面。接縫體框架內(nèi)有眾多方格網(wǎng)孔，當(dāng)網(wǎng)孔內(nèi)的塊體受到垂直荷載作用時(shí)，只通過塊體四周的兩個(gè)陽(yáng)斜面?zhèn)骱砂鍌鬟f應(yīng)力，因此，傳荷板可分為受力傳荷板與非受力傳荷板，見圖2。

?? ?當(dāng)車輪荷載作用在塊體時(shí)，一部分荷載傳至塊體下的墊層，另一部分荷載通過受力傳荷板將應(yīng)力傳遞到兩則相鄰的塊體。由于接縫體網(wǎng)孔內(nèi)的傳荷板分為受力與非受力傳荷板，且相互交叉分布，荷載壓力跨越傳荷板按“T”形擴(kuò)散路徑傳遞應(yīng)力。因此應(yīng)力在傳遞荷載過程中，以應(yīng)力跨越一次受力傳荷板分為一級(jí)，逐級(jí)傳遞。第一級(jí)有三個(gè)塊體協(xié)同工作，共同承擔(dān)荷載；第二級(jí)有7個(gè)塊體協(xié)同工作；第三級(jí)有13個(gè)塊體協(xié)同工作。當(dāng)發(fā)生第三次傳遞后，路面彎沉值已經(jīng)很小，因此，只統(tǒng)計(jì)分析傳荷板三次傳遞所影響的協(xié)同工作的塊體數(shù)量及分布。由于框架網(wǎng)格內(nèi)各塊體四周的傳荷板的受力具有方向性，且相互呈90°，隨著車輪的前進(jìn)，荷載在塊體側(cè)面第一次傳遞的方向也隨著受力傳荷板呈現(xiàn)出縱橫交替的輸出方式。例如，當(dāng)車輪所在塊體的荷載傳遞方向?yàn)樽笥?，下一個(gè)塊體的荷載傳遞方向則為前后，按此規(guī)則縱橫交替出現(xiàn)。

因此，由13塊組合的“工”字圖形影響面積,如圖3所示，也以正向與橫向交替出現(xiàn)。車輪行駛過程始終有13個(gè)塊體協(xié)同承擔(dān)荷載，類似車輛行駛時(shí)伴隨的影子。但是，不論“工”字圖形正向與橫向如何交替變化，協(xié)同受力影響面積（影子）不會(huì)發(fā)生改變。在縱向，車輪軌跡經(jīng)過的塊體隊(duì)列中，塊體應(yīng)力曲線并非斷崖式變化，而是根據(jù)車輪位置的移動(dòng)，經(jīng)歷空載，增強(qiáng)，極值，減弱，最后消失的五個(gè)階段，其應(yīng)力變化波形長(zhǎng)度覆蓋五個(gè)連續(xù)的塊體尺寸，應(yīng)力值最大的塊體對(duì)應(yīng)路面最大彎沉數(shù)值。

圖3 工字型荷載傳遞

?? 裝配式水泥混凝土路面板接縫形式一般采用傳力桿、企口搭接，集料鑲嵌，直接接觸等方式。

案例1 相比較而言企口搭接法比板塊側(cè)面直接接觸具有更高的傳荷效率，使裝配式路面有很高的整體性。受荷板塊承受的荷載通過梯形企口的傾斜面?zhèn)鬟f到未受荷板上，兩板的接觸面充當(dāng)傳荷媒介[1]。采用企口搭接的板間傳荷效率與企口尺寸有關(guān)，當(dāng)企口深度與厚度均為4厘米時(shí)，傳荷系數(shù)出現(xiàn)98.4%的極大值。因此，一般企口深度為板厚的1/3~1/4，企口厚度一般在2~8厘米，見圖4。

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圖4 企口搭接法

?? ?案例2采用預(yù)應(yīng)力水泥混凝土面板組成鋪面，板尺寸為1.5米×1.5米，板厚0.25米，單方向側(cè)面設(shè)置企口，企口深度占板厚1/3，約8厘米，企口厚度約占企口長(zhǎng)度1/3，約2.5厘米。然后在板塊雙向采用鋼絞線拉伸。該道面施加的雙向預(yù)應(yīng)力使得板塊之間黏合非常緊密，整體性較好，板間接縫傳荷能力主要分為3個(gè)方面：首先為板與板之間的摩擦作用；其次為預(yù)應(yīng)力鋼絞線，最后是企口的作用[2]。當(dāng)板塊之間為直接接觸時(shí)，即便是采用雙向鋼絞線拉伸，由于企口及板塊尺寸的誤差，并非所有企口都能與塊體緊密貼合，因此，企口的作用也是十分有限的，再次證明板塊間緊密黏合的重要性[2]。

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圖5? 板塊雙向鋼絞線拉伸和企口組合

??? 案例3 當(dāng)在單塊為尺寸為3 ×2米，厚度為0.3米，抗壓強(qiáng)度為C30的兩板之間預(yù)留5cm接縫并灌注水泥漿。其接縫傳荷能力已超過99.09%[3]， 進(jìn)一步顯示出，砂漿與板塊緊密黏合的摩擦對(duì)傳遞荷載的關(guān)鍵作用。

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圖6 僅使用砂漿灌縫對(duì)板塊接縫傳荷系數(shù)的影響

??? 案例4 根據(jù)哈工大郭梓爍對(duì)裝配式基層結(jié)構(gòu)計(jì)算成果表明，采用三維嵌擠基塊鋪裝，塊體尺寸為1×1米，厚度為0.3米，接縫寬度4厘米，接縫灌漿?；鶎釉跈M向及縱向的荷載傳遞率如圖7，研究表明其力學(xué)行為與半剛性基層相似。受荷點(diǎn)距彎沉盆邊緣半徑約900毫米。

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圖7 基層在橫向及縱向的荷載傳遞率

??? 四個(gè)案例分別采用企口、企口加雙向鋼絞線、塊體接縫灌漿、斜面嵌擠企口加灌漿的工藝，結(jié)果表明，板塊之間的緊密黏合作用及企口對(duì)傳荷有關(guān)鍵作用。

??? 裝配式基層使用的三維嵌擠基塊的四個(gè)側(cè)面均為企口，四個(gè)企口均以斜面?zhèn)鬟f荷載，其企口的深度為0.3米與基塊厚度一致，企口的厚度為7.5厘米是基塊厚度四分之一。塊體的四個(gè)企口斜面，分別按一陰一陽(yáng)成對(duì)配置成榫卯，兩個(gè)榫卯上下顛倒并在平面交叉分布，這種利用榫卯顛倒并交叉裝配的結(jié)構(gòu)也稱為編塊結(jié)構(gòu)[4]。裝配式基層是采用編塊鋪裝并在接縫灌漿形成的二元結(jié)構(gòu)的單層結(jié)構(gòu)。

?? ?塊體尺寸大，接縫少，減少水泥漿引起的干縮，接縫體占基層總體積約8%，因此可減少基層92%，干縮體積。對(duì)減少干縮裂縫有積極意義。根據(jù)填充式大粒徑水泥穩(wěn)定碎石基層技術(shù)特點(diǎn)，“基層強(qiáng)度主要來源于主骨料間的框架嵌鎖作用，填充料起到穩(wěn)定骨料框架的作用。具有整體呈現(xiàn)柔性特征，并具有良好的承載力”和“提高高速公路瀝青路面基層抗裂性，延長(zhǎng)公路使用壽命” ，“材料具有柔性特征，因此不會(huì)出現(xiàn)如半剛性材料的收縮裂縫[5]。有工程實(shí)踐表明：填充料大于10%，會(huì)影響大粒徑碎石的骨架形成，填充料小于6%會(huì)影響填充料的密實(shí)和骨架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性”，”水泥填充式大粒徑碎石的力學(xué)性質(zhì)介于優(yōu)質(zhì)骨架密實(shí)型級(jí)配碎石和普通水泥穩(wěn)定碎石之間，英雄所見略同，裝配式基層接縫體的體積約8%，恰好在這個(gè)范圍。

2接縫體的亞結(jié)構(gòu)

??? 采用將方格網(wǎng)框架空腔灌漿與企口相結(jié)合的方式，對(duì)提高接縫體荷載傳遞率更加有效和可靠。在傳荷板空腔灌填的混凝土芯體凝固后形成塊體，由于傳荷板的荷載擴(kuò)散過程有嵌擠方向性，使網(wǎng)格內(nèi)的塊體工作時(shí)處于單向板狀態(tài)。為使受力更加合理，在傳荷板兩面設(shè)置有橫向小鍵槽詳見圖8，其斷面為梯形，深高比約為3厘米，鍵槽長(zhǎng)度與傳荷板長(zhǎng)度相等，該小鍵槽可視為傳力桿與斜壓桿的復(fù)合構(gòu)件[6]。兩個(gè)傾斜方向的斜壓桿交叉設(shè)置融合為一體見圖9，其斷面如兩個(gè)下底對(duì)接的梯形。

小鍵槽是多見于建筑墻體在垂直接縫處設(shè)置的抗震連接結(jié)構(gòu)，起到力的傳遞作用。其中傳荷板與平面的傾斜角度按嵌擠度1/4設(shè)置。

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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??圖8 接縫體組合圖

圖9 傳荷板及斜壓桿結(jié)構(gòu)圖

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??a、左側(cè)塊體受力?????????????????? b右側(cè)塊體受力

? 圖10傳荷板兩側(cè)塊體右受垂直荷載時(shí)的應(yīng)力傳遞路徑

?? ?如圖10所示接縫體的傳荷板設(shè)置在左右兩塊體之間，當(dāng)左側(cè)塊體受到垂直荷載作用時(shí)，壓力作用給傳荷板，傳荷板直接將應(yīng)力傳導(dǎo)至右側(cè)塊體。斜壓桿只起到增加傳荷板受荷面積的輔助作用；當(dāng)右側(cè)塊體受到垂直荷載時(shí)，壓力經(jīng)過塊體傳遞到斜壓桿右側(cè)的頂平面，再經(jīng)過斜壓桿跨越接縫傳導(dǎo)至斜壓桿左側(cè)的下端面，實(shí)現(xiàn)跨縫傳遞荷載，作用與水泥路面的傳力桿類似。資料表明傳力桿跨越接縫兩端發(fā)揮抗剪作用，傳力桿直徑由25mm增加到32mm時(shí)，傳荷系數(shù)由91.5%到93.1%，可加大與混凝土的接觸面積，使傳荷能力提高。斜壓桿斷面約為60mm×900mm，應(yīng)有更大的傳荷能力。傳力桿是迄今最可靠和有效的一種接縫傳荷裝置[7]。工程中也可在路面板端部使用現(xiàn)澆或預(yù)制榫卯來替代傳力桿發(fā)揮抗剪功能。斜壓桿即為現(xiàn)澆榫卯式傳力桿，可提供咬合力、摩擦力及銷栓作用[**]，區(qū)別在于傳力桿為道路橫向接縫布置的桿件工作在抗剪狀態(tài)，而所有傳荷板均布置斜壓桿，斜壓桿凸出與傳荷板的兩面?？梢暈榘惭b在相鄰塊體接縫處的桿件，其兩端為鉸接受壓力和扭力作用。構(gòu)成斜壓桿的小鍵槽深度及厚度尺寸的增大，相當(dāng)于傳力桿直徑和長(zhǎng)度增加，對(duì)荷載傳遞有顯著影響。

??? 斜壓桿的存在，不僅使基塊陽(yáng)斜面具備輸出應(yīng)力的能力，而且使陰斜面也具備應(yīng)力輸出能力。因此斜壓桿的設(shè)置使基塊四個(gè)斜面均承擔(dān)垂直荷載呈雙向板工作狀態(tài)?；鶋K的陽(yáng)斜面通過傳荷板傳遞荷載，基塊的陰斜面利用斜壓桿傳遞荷載，即塊體周圍的四片傳荷板，其中的陽(yáng)斜面?zhèn)骱砂謇冒迕鎮(zhèn)骱?，陰斜面?zhèn)骱砂謇面I槽構(gòu)建的斜壓桿傳遞荷載，由此，塊體的受力狀態(tài)也由單向板變?yōu)殡p向板狀態(tài)，使結(jié)構(gòu)受力更均衡。基塊在預(yù)制時(shí)，側(cè)面四周設(shè)置有環(huán)繞一周的橫槽，分布數(shù)量按輕型、標(biāo)準(zhǔn)和重型劃分為1、2、3道**，在灌縫后形成環(huán)繞基塊的（小鍵槽）斜壓桿,基塊整體可視為被傳荷板包裹并用橫、豎加強(qiáng)筋編織的鳥巢。

??? 傳荷板豎向還設(shè)有鍵槽，該鍵槽為薄板狀梯形斷面，傾斜角度與傳荷板相同，深高比約為5，構(gòu)成傳荷板平面卯榫，增加基塊之間水平抗滑能力及與傳荷板的縱橫向聯(lián)鎖作用。

? ??資料表明灌縫料的性能滿足裝配式基層接縫使用要求[8]。接縫體主要工作在受壓狀態(tài)，比單純的集料嵌鎖或傳力桿受剪切更符合水泥基灌漿料的材料性能特點(diǎn)。特別是在灌縫料摻加可再分散膠粉或纖維之后，抗折及耐久性提高。符合關(guān)鍵結(jié)構(gòu)使用材料數(shù)量少，但性能更高的總體統(tǒng)籌規(guī)則。

?? 裝配式基層由接縫體與灌芯體混凝土的結(jié)合，是具有嵌擠功能的，單一粒徑骨架密實(shí)型平面結(jié)構(gòu)。具有與傳統(tǒng)材料使用攤鋪碾壓工藝成型基層相同的整體性。

3結(jié)語

①瀝青路面裝配式接縫體基層是由帶有小鍵槽的傾斜的傳荷板交叉組成網(wǎng)格狀多孔框架。在眾多的網(wǎng)孔內(nèi)澆筑混凝土形成塊體，構(gòu)成的整體結(jié)構(gòu)?；鶎訅K體四周由接縫體包裹，可視為由作為連接相的接縫體框架與作為分散相的網(wǎng)孔內(nèi)填充的混凝土塊體所組成的二元結(jié)構(gòu)；

②裝配式基層采用預(yù)制塊體與澆筑濕接結(jié)合的工藝，接縫體與塊體均可互為澆筑模具，成型工藝的倒置并不改變基層三維嵌擠結(jié)構(gòu)關(guān)系；

③基塊的陽(yáng)斜面通過傳荷板傳遞荷載，基塊的陰斜面利用斜壓桿傳遞荷載，即塊體周圍的四片傳荷板，其中的陽(yáng)斜面?zhèn)骱砂謇冒迕鎮(zhèn)骱?，陰斜面?zhèn)骱砂謇面I槽構(gòu)建的斜壓桿傳遞荷載，由此，塊體的受力狀態(tài)也由單向板變?yōu)殡p向板狀態(tài)，使結(jié)構(gòu)受力更均衡

④工程使用的預(yù)制塊稱為基塊，塊體的四個(gè)側(cè)面均為斜面企口，分別按一陰一陽(yáng)成對(duì)配置成榫卯，兩個(gè)榫卯上下顛倒并在平面交叉分布，這種利用榫卯顛倒并交叉裝配的結(jié)構(gòu)也稱為編塊結(jié)構(gòu)。

參考資料：

[1]王軒. 裝配式基層道路結(jié)構(gòu)接縫荷載應(yīng)力分析[D].湖北工業(yè)大學(xué),2020.

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[8]馬健生,孫大偉,余地, 等.裝配式道路基層結(jié)構(gòu)填縫材料配比設(shè)計(jì)及性能分析[J].公路,2017,62(10):17-21.

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