水泥混凝土路面接缝设计中力学机理分析

截止2018年年度，安徽省水泥混凝土路面已超过15 万km，随着新一轮安徽省“四好农村路”扩面延伸工程建设，安徽省每年水泥混凝土路面以1 万km 递增。水泥混凝土路面的设计、施工和养护显得尤为重要，通过近几期安徽省质量巡检报告，接缝是水泥混凝土路面最易损的部位，是水泥混凝土路面的技术难题之一，加强接缝力学机理分析，优化接缝设计，对广泛推广使用水泥混凝土路面有较高的科学价值。

1 接缝料的理论密度

接缝的宽度即接缝的宽度，接缝料是指防止雨水及砂、石等杂物进入水泥混凝土路面面板各种接缝内部，在其上部灌入的材料，接缝包括伸缩缝、胀缝、结构缝等。接缝的设计宽度在实际工程中适用主要考虑由温差引起位移，还必须考虑接缝施工过程中的允许误差，即：最窄时是否可施工，最宽时接缝是否流坠，接缝理论按理论最大宽度：W=m/f+m1+d1+d2，其中m 为位移，f 为位移系数，m1为最大温差位移，d1、d2为允许误差。

2 接缝力学机理分析

1962 年美国科学埃根思顿发表论文指出在宽而深的接缝中接缝料受力后的表面应力极不相称地大于宽而浅的接缝，假设以下前提：接缝在最窄时密封，接缝是没有同接缝底部粘贴，接缝料不受压缩，当接缝拉开时接缝料截面变小以适应变形，其截面变细的曲线看作是一条二次抛物线。接缝在接伸时形成一个多层的垫合体，最中的一层成水平状，如图1 所示。

图1

图1 表示接缝最窄状态下灌缝表面呈水平状，从图形看，拱形底部的抛物线面积须等同于接缝被拉伸开部分的面积，从而得出公式（1）：H=3d（w－1）/4w，被拉伸的接缝料就像一个多层的叠合体，最中间的一层等同于被拉伸长度而最外层被拉伸的最长，从而应力也最大。

图2 为计算出的深宽比比率图，从图中可以得出深宽比比率大的比比率小的危险性大，深宽比越大，拉伸时接缝料的表面所受应立就越大，因此，接缝设计时应选择底值深宽比。根据目前施工工艺及接缝料的材料性能，水泥混乱图路面宽比一般设计值取0.5～2 之间，最大值不宜超过3。

深宽比理论建立在接缝料截面变化相等的基础上，这样填缝料必须同底部不粘连，因为接缝料在底部粘连受拉时的底部粘接情况很复杂，所以这种分析不是很严密。

图3 表示接缝宽为w 拉伸至2w 的底部粘连的接缝，它上部的空洞的抛物线面积须等于拉伸的增大部门面积，从而得出公式（2）：h=3d（w-1）/2w。

公式（1）和（2）在图3 中也适用，由于公式（2）的h 值比公式一的h值大一倍，所以底部粘接的表层变形量远大于不粘连的情况。

埃根思顿的理论是完全被试验所论证的，而上述推论没有办法用试验来完全论证，但实际施工工程中因忽视底部脱粘面失败而导致密封接缝破坏的许多实例说明了接缝料底部粘连的重要性。因此，为了防止接缝材料同接缝底部粘接而设置一层聚氯乙烯塑料带等。

图2

图3

3 力学机理的运用

根据接缝的深宽比力学机理分析及其推导，结合中华人民共和国交通行业标准《公路水泥混凝土路面接缝材料》（JT/T203-95）的接缝材料性能和技术要求，得出如下运用。

目前水泥混凝土路面切缝机的机械性能要求，水泥混凝土路面切（接）缝宽度一般取值为5mm，根据水泥混凝土路面厚度的构造要求，一般深宽比比率取值取2～3 之间，水泥混凝土路面切缝深度应控制在10～15mm（不含底部胶粘的聚录乙烯带厚度）之间。根据深宽比力学机理分析和推导，接缝料底部须不粘连，因此，在水泥混凝土路面灌缝施工工艺中，必须在接缝料底部设一层聚氯乙烯带以保持接缝料的底部在一条水平面上均匀受力，延长接缝料的使用寿命，延缓水泥混凝土路面的损坏，从而延长水泥混凝土使用性能。

[1]梁育生，蔡报强.水泥混凝土路面常见病害分析及防治措施[J].科技创新导报，2017（23）.

[2]李晶晶，王占锋.接缝水泥混凝土路面错台模型对比分析[J].交通科技与经济，2017（01）.

文章来源：《力学季刊》 网址: http://www.lxjkzz.cn/qikandaodu/2021/0611/587.html