
淺析混凝土路面的承載力
水泥混凝土(素混凝土)路面是山東地區加油站選用的主要硬化地面形式之一,由于公司部分加油站臨近煤礦區或物流區,且車輛超載運輸現象也較為普遍和嚴重,因此很多路面在使用初期就發生了嚴重的結構損壞,路面的使用壽命大大縮短,嚴重影響了加油站的經營銷售、通行能力、行車安全和投資效益。因此,為解決大載重車輛地區的混凝土地面易破損問題,需要在施工開展前分析此地段的極限車輛荷載與混凝土地面的設計方法。
本文主要從混凝土地面承載力的主要影響因素入手,重點分析各因素對地面造成破壞的原因并根據破壞原因進行簡單的數據測算,最后針對各破壞因素的極限值進行承載力比對,確定固定厚度的混凝土路面的極限承載力。
目的是簡單清晰的確定混凝土的豎向承載力與混凝土厚度的比例關系。
混凝土地面承載力主要有四個影響因素,分別為:基礎承載力,混凝土標號,混凝土厚度,及設計形式。
基礎承載力(計算目標值):由于重點分析混凝土路面的承載力情況,且設計院設計的三
元結構(15CM黃土墊層、15CM砂石墊層)一般情況下符合基礎要求,因此計算中的基礎一律按無限寬(剛性)基礎進行考慮(根據厚度進行求解)。
混凝土標號:混凝土中的標號與剛度是成正比的即標號越大,混凝土的剛度越大,因此路面選擇過低標號的混凝土會導致整體路面的網裂,而選擇過高標號的混凝土會導致整體路面的剛度過大,呈現脆性即易整體開裂,因此標號的正確選擇也是混凝土路面能否長期保持良好情況的重要因素,所以本文中的混凝土標號一律選用設計院設計的C30標號。
混凝土厚度(一般為18CM-30CM):根據公式分別代入25CM、28CM、30 CM。以25CM厚的C30混凝土為例,C30軸心抗壓是20.1Mpa=20.1N/mm2=20.1×1000000N/m2,相當于20.1×100000千克(五個零,除以10,重力加速度),也就是20.1×100噸,2010噸,即2010噸/m2,因為是25CM厚混凝土,所以需要乘以0.25,因此推算每立方米的,25CM厚的C30混凝土的設計抗壓能力約為502.5噸/m3。(初略計算,C30,厚25cm,最大只能承受63.245噸)
設計形式:由于上述影響因素均對混凝土的抗壓進行考慮(即垂直地面方向),因此均按設計院提供的素混凝土方案,未進行配筋處理。
根據上述分析可以看出,素混凝土路面的抗壓承載力主要取決于混凝土厚度,因此需要根據已知厚度可以通過公式計算出極限承載力。
Fcd=0.7·βh·Ftd·Um·H
Fcd——混凝土最大集中返力;
βh——對于厚度小于300mm時,取1;
Ftd——軸心抗拉應力(C30取1.39mpa);
Um——高度換算比=2·(a+b)+4H,a=20cm,b=60cm(a,b分別為輪跡寬、長);
H ——厚度。
帶入數值即對應關系:
C30混凝土 25CM 極限車輛承載力:63.245噸;
C30混凝土 28CM 極限車輛承載力:74.104噸;
C30混凝土 30CM 極限車輛承載力:81.732噸。
以上計算式只能計算出素混凝土路面在垂直方向上的極限承載力,但實際路面在對大車進行承重的過程中不僅僅垂直方向收到力的作用,水平方向也存在相當大的剪力,尤其是在汽車剎車與啟動頻繁地段的剪力,因此為了避免混凝土在橫向上被拉碎,對于大荷載的地區或車輛頻繁的地區需要考慮進行配筋處理,一般情況均為距離混凝土上表面4-5CM(保護層厚度)進行鋼筋配制。
因此若需在混凝土地面中增設鋼筋,鋼筋配比的設計須由設計院根據汽車的極限荷載進行相關計算,并考慮實際造價問題出具切實可行的配比方案。
在現實中,除了以上因素對混凝土有很大影響外,還需要注意施工中的保養,一定要待混凝土達到齡期后才可以進行承重,否則過早的承重會導致整體結構提前破壞,造成后期檢修的不良影響。
養生方式:混凝土板制作完畢后應立即養生,并噴灑養生劑及保濕覆蓋的方式養生。在雨季或養生用水充足的情況下,也可采用覆蓋砂、舊麻袋、草袋、草簾、稻草等灑水濕養生
方式。不宜使用圍水養生方式。晝夜溫差大的地區,路面攤鋪后3d內宜采取覆蓋保溫措施防止發生裂縫和斷板。
養生時間應根據混凝土彎拉強度增長情況而定,當大于等于設計彎拉強度的80%時,可停止養生。一般養生天數宜為14~21d,不應少于14d。摻粉煤灰的水泥混凝土路面,最短養生時間不宜少于28d。養生期保護,混凝土板在養生期間和填縫前,嚴禁人、畜、車輛通行,在達到設計強度40%,撤除養生覆蓋物后,行人方可通行。在確需行人、車輛橫穿平面道口時,在路面養生期間,應搭建臨時便橋。
以上就是對影響混凝土承載力的主要因素進行的分析,通過確定部分計算量,最終得出混凝土路面的極限承載力,由此可以作為前期進行混凝土方案的設計依據,盡量在設計階段規避混凝土路面不符合現實承載力的弊端,盡可能規避由于考慮不足而導致后期的反復維修與停業整頓。
不過以上的計算均為粗略考慮,部分數據為已擬定的固定數據,且本計算式中考慮因素較為單一,因此所算數值僅能起到參考作用,更為精確的數值需要與設計院進行對接,確定最終方案。
為施工基礎提供保障。