儘管預應力的原理被廣泛地套用於房屋、橋樑等結構領域,但在道路上的套用卻很有限。眾所周知,混凝土的主要特性就是抗壓強度遠大於抗拉強度。預應力混凝土路面就是充分利用這一特性,事先在工作截面上施加壓應力,以提高它的抗彎拉強度,提高承受荷載能力。國外對預應力混凝土路面做了較多的研究,國內尚未開展此項研究工作。由於預應力混凝土路面提高了截面的實際抗彎強度,因而在相同的荷載作用下,路面板的厚度比普通混凝土路面要薄,一般為10~15cm.如果再薄會使路面板產生過大的撓度,對路面板的耐久性和地基的穩定性都不利,另外,也增大了施工難度。預應力使混凝土路面板長可大大增大,一般取90~120m,國外也有長達150~300m.
簡介
預應力混凝土路面是二十世紀四十年代後期發展起來的一種特殊的水泥混凝土路面。最早是在法國使用,後來在英國和其它歐洲國家先後用於道路路面或機場道面上。美國、日本和前蘇聯等國家也都修建了一定數量的預應力混凝土路面和機場道面。據載世界上第一條預應力混凝土路面出現在法國的Luzancy的一座橋樑的引路上。但直到1947年,聞名於世的orly跑道的建成才使預應力混凝土路面完全確立。當時,該跑道為了滿足現代飛行的需要而設定的。全長409.5m,由帶橫向鋼絲索和台座的三角形面板組成。1953年,在同一地點,在連續的矩形板上採用了開口式千斤頂和橫向鋼絲索,其它工程諸如:在Luzancy和Esbly使用了斜向鋼絲索,而在長295.2m的Bourg-Servas路段上採用了開口式千斤頂和墩座的“連續型”板(即無膨脹縫、連續的混凝土板)。其中,一條試驗路是板邊薄於板中,其他都是平均約15cm厚的等截面。法國除在Bourg-Servas路上使用了5.18MPa的初始預應力外,對板所施加的縱向預應力在數量級上與其他國家都相同。法國工程師不贊成橫向施加預應力。英國是自1950年的Crawley道路才開始預應力混凝土路面研究的。該路主要是為了調查預應力混凝土在道路建設中的使用情況,在該路上對一些設計因素和施工方法(採用了Freysinnet型鋼絲索和錨具,24.6m長的鋼索在2.25m中心處形成了一個菱形圖案)進行了研究。其後又先後修建了倫敦機場的停機坪、Essex道路、Port TaLbot道路、Catwick停機坪等。英國的預應力混凝土路面板絕大多數都是“單獨型”的,即有鋼絲索和分隔的膨脹縫。因為它們認為,“單獨型”板要好於“連續型”。在英國,廣泛地使用15cm等厚板,除在倫敦機場上用的三角形板為16.25cm外。它曾使用的最大截面是25cm等厚板,而一塊採用開口式千斤頂的板卻為10cm厚。英國的縱向預應力一般為:1.575MPa(公路),3.15MPa(機場),1.925MPa(斜向鋼絲束);橫向預應力一般少於0.35MPa,除三角形板外。
優缺點
許多研究工作表明預應力混凝土路面有以下幾方面的優勢:(1)路面板厚度只需傳統混凝土路面板厚的40%~60%,就能提供很高的承載力和較高的抗變形能力,對減薄機場道面的厚度非常有利。(2)預應力混凝土路面由於板較長,接縫數量可大大減少,改善了行車的平穩性。(3)預應力的存在使路面板體性較強,邊角軟弱部分得以改善,大大減少了橫向開裂的可能性,提高了路面的耐久性。(4)預應力混凝土路面的用筋量少於除貧混凝土外其他路面。據國外研究指出,用於正常預應力設計所需的鋼筋量約為2.7125km/m2,這遠少於連續配筋路面(在一些情況下可達1/5的用量)。(5)從國外已建路面的使用狀況來看,預應力混凝土路面幾乎30年不需大修,養護需求也較少。對於較長使用年限的主要問題就是來自胎紋的磨耗,但預應力混凝土路面要比傳統混凝土路較來看,初期投資高,但養護面的磨耗要小。就其費用與傳統混凝土路面的比費用幾乎為零,並且減少了由於養護所延誤的時間等因素其主要缺點在於:(1)從經濟觀點來看,雖減薄了路面板的厚度,但需大量的預應力筋腱,施工工藝較複雜,手工操作的工作量大,難以實現機械化、自動化施工,初期投資較大。(2)雖然預應力混凝土路面板可以做得較長,但隨長度的增加,由路基約束所引起的張拉應力也隨之增大,另外,板的位移量也會增大,這對橫向接縫的設計要求很嚴,同時對路基摩擦約束要儘可能小。(3)對施工隊伍人員素質要求較高,並需進行嚴格的質量控制。