表2 张拉控制应力允许值［σcon］ | 钢筋种类 | 后张预应力 | | 碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线 | 0.75 fptk | | 冷拔低碳钢丝、热处理钢筋 | 0.7 fptk | | 冷拉钢筋 | 0.9 fpyk |
注：表中fptk及fpyk表示预应力钢筋的强度标准值。 3 试验路的初步设计 试验路的概况前面已经介绍，该路段如果按照普通混凝土路面设计，板厚需24 cm。为了安全考虑(板如很薄，在使用期间会产生过大的挠度，在施加预应力时可能会产生过大反拱，并且不利于施工)，板厚取保守值20 cm，板长100 m。在板厚确定的情况下，设计的主要问题就是确定施加预应力的大小。
试验路的设计参数：单轴荷载 P=100 kN，混凝土弯拉强度 fcm=5.0 Mpa，混凝土弯拉弹性模量Ec=3×104 Mpa，轮胎压力p=0.7 Mpa，路面板长L=100 m，路面板厚 h=20 cm，地基反应模量 K=2.21 Mpa，摩擦系数μ=0.8(有细砂层)。根据《规范》［1］知，板内最大温度梯度 Tg=0.9 ℃/cm(南京地区)，混凝土的容重ρ=0.002 4 kg/cm3，混凝土的线膨胀系数αc=1×10-5/℃，混凝土的泊松比v=0.15，预应力筋(采用Uφj15)标准强度 Rby=1 860 Mpa，公称截面面积Ap=140 mm2。 3.1 纵向预应力筋设计 根据以上设计原理，可计算该路段所需最小的预应力。取强度安全系数为1.2，则混凝土的容许弯拉应力ft=4.17 Mpa，温度应力fΔT=3.18 Mpa，路基摩阻引起的应力fF=0.96 Mpa，荷载应力fL=1.89 Mpa。混凝土所需最小预压应力fp=fΔT fF fL-ft=1.86 Mpa。
对于在一般气候环境下使用的预应力混凝土结构采用后张法预应力总损失为20%［4］。采用后张拉，张拉的控制应力为σcon=0.75×Rby=1 395 Mpa。
考虑混凝土板内部的预应力损失后，有效预应力为fs=0.8×1 395=1 116 Mpa 
实际取dis=285 mm，纵向共需配置25根无粘结预应力钢绞线Uφj15(28.5×24 2×18=720 cm)。 3.2 横向配筋设计 在此试验中，不设横向预应力，仅配置足够的钢筋，其配筋设计参考连续配筋混凝土路面的配筋设计。
采用φ12的Ⅱ级螺纹钢筋为横向钢筋，Es=200 000MPa，fsy=335 Mpa，则有β=0.008 95，于是横向钢筋数量最少应为198根，在此取为200根，间距为50 cm（(200-1)×50 2×25=10 000 cm)。 3.3 板的端部设计 (1)为防止板在端部发生局部承压破坏，因此，在板端设置由间距20 cm的φ10钢筋组成的6m×7 m的双层双向钢筋网。另外，在板端(包括伸缩缝)处设置有2 m×7.2 m的钢筋混凝土枕梁，以加固基层，防止板端和接缝处发生破坏。
(2)对于100 m长的预应力混凝土路面，伸缩缝的设计就显得非常重要。由于板底设置了滑动层，其摩擦系数较小(μ=0.8)，又因其板很长，所以季节性温度变化将引起板端较大的位移。假定预应力对温度引起的位移影响可忽略，按照素混凝土板较小初步计算，在年温差最大(与路面合拢温度T=20℃相比)ΔT=40℃时，板端位移可计算如下：滑动区长度 ，取L=50 m,则Δ=19.2 mm；经综合比较，采用GQF-C-80型伸缩缝(伸缩范围为14～94 mm)足以满足要求。
(3)预应力混凝土路面与普通混凝土路面之间设置4 m×7.2 m的后浇带(包括后浇混凝土封锚、伸缩缝的预留位置、后浇混凝土路面)，以便有充分的空间放置预应力筋的张拉设备。预应力混凝土路面与伸缩缝、伸缩缝与后浇混凝土路面之间均应设置连接钢筋，从而使伸缩缝能正常工作。 3.4 试验路用材料 基于高效混凝土的要求，并从减少预应力损失角度考虑，采用以下材料：
(1)水泥混凝土标号为C40，要求采用525号普通硅酸盐水泥。
(2)细集料。采用细度模数Mx=2.6的中砂，砂的含泥量<3%，不得混有石灰、煤渣、草根等杂物。
(3)粗集料。粗集料的最大粒径不得超过40 mm，范围为5～31.5 mm，石料强度≥3级，针片状含量≤10%，含泥量≤1%，采用连续集配，集配范围符合有关规范规定。
(4)减水剂。掺加缓凝型高效减水剂BC-1，掺量为0.3%，减水率为37%，以降低水灰比、增加施工和易性并保证混凝土拌和物摊铺振捣时间。
(5)路用混凝土。由于工程较大，工期较紧，采用泵送水泥混凝土，水灰比为0.46，水、水泥、砂与碎石的配合比为W∶C∶S∶G=220∶478∶630∶1 072，并掺加减水剂。经测试，强度可达到48.6 Mpa，初始塌落度为180～200 mm，满足设计与施工要求。
(6)锚具。结合工程的要求，无粘结筋承受长期的振动荷载及疲劳荷载，所以必须采用Ⅰ类锚具。经综合对比，采用TBM-1型夹片锚具，锚夹具分批进行外观检查，不得有裂纹、伤痕、锈蚀，尺寸不得超过允许偏差。
(7)为减少路基摩阻引起的预应力损失，采用CEF-200型土工布。 3.5 试验路的观测 在进行预应力筋张拉、汽车荷载作用及连续观测中，测得的板底土压力盒的变化图如图1所示。限于篇幅，这里只给出断面1(距板端125 mm)处的土压力盒变化图，其它断面基本类似。 
图1 断面1处的压力盒变化图 测试点A、D是对称布置，各距板边为0.6 m；B、C两点对称布置，各距板边2.6 m。从图1可见，两组曲线反应相同规律，说明该断面的测试结果比较理想。易知：如果整块板施工符合设计要求，预应力筋的张拉以及温度效应不会导致路面板底出现脱空或局部压力分布不均现象。从图中容易看出，此次荷载试验比较失败，未能反映实际受力状态，主要原因是汽车荷载太小，采用东风-140，总重约有1.0×104 kg左右。从图2中可见，B、D截面沿板长的测试规律基本一致，而且与有限元程序计算值的趋势也相同(采用温克勒地基，Ek=2 Mpa/cm，混凝土容重为24 kN/m3，板底摩阻系数取0.8)，说明设计方法是可行的。截面A的土压力变化比较奇特，按理应与其相对称的D截面变化趋势相同，这主要是施工造成的(基层顶面各断面的标高不同，或预应力筋跑位等)。
图2 土压力盒沿板长的变化图 本次荷载试验采用东风-140，满载渣土，采用千斤顶大致标磅，约有1.0×104 kg左右，但经测试发现影响很小，说明汽车荷载不够大。 4 结 语 笔者研究了预应力混凝土路面的设计方法，提出纵向预应力设计、横向配筋设计、板端部设计的设计程序及路用材料选用。本文的研究内容可为新编中国刚性路面设计规范提供参考。另外，介绍了预应力混凝土试验路的结构设计，分析了试验路的一些测试结果。测试及实用结果表明本文的设计方法是可行且有效的。
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