隧道水泥路面多孔混凝土基层设计与性能研究

作     者：梁富强 

作者单位：长沙理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：冯新军;刘世武

授予年度：2013年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：隧道路面 水损害 多孔混凝土基层 强度 有效孔隙率 正交试验设计 路用性能 施工控制技术 

摘      要：隧道内湿度大、地下水丰富，地下水向地表和水泥路面结构内渗透非常严重，进入路面结构内部的水，会降低基底和水泥路面的强度及刚度，在车辆荷载作用下还会产生冲刷，造成路面裂缝、凹陷、断板和断角等水损害问题。设置多孔混凝土排水基层，可以将进入隧道水泥路面结构内的自由水迅速排除，是防治隧道水泥路面水损害的有效途径。目前国内外对隧道路面采用多孔混凝土基层的研究较少，有很多问题需要进一步的研究和探索，如多孔混凝土基层水泥混凝土路面结构设计、多孔混凝土基层的配合比设计、路用性能研究以及施工工艺和施工质量控制技术等。 本文首先对依托工程隧道内工作环境（温度、湿度等）、荷载条件、基岩状况、水文地质进行全面调查分析，为隧道水泥路面结构计算提供依据。参考最新的水泥路面设计规范，对隧道多孔混凝土作为基层水泥混凝土路面的结构进行力学计算和分析，确定了多孔混凝土基层的厚度。在此基础上，进行了多孔混凝土基层的温度应力进行计算，确定了多孔混凝土基层的缩缝间距。通过对比多孔混凝土基层的抗折强度和抗压强度、渗透系数和有效孔隙率两组变量的之间的关系，最终选定以抗压强度和有效孔隙率作为设计控制指标。采用正交试验设计方法对粗集料级配进行松装密度和干捣密度试验设计，采用极差分析方法分析每个因素对粗集料主骨架空隙率的影响，提出优化的粗集料级配。结合国内外已有的研究成果，选取水泥用量、水灰比和砂率三个影响因素，采用三因素四水平的正交试验设计法，进行多孔混凝土基层配合比设计，最终确定了一个合理有效的多孔混凝土基层配合比，并验证了这个配合比的准确性和可用性。根据确定的多孔混凝土基层的设计配合比，对多孔混凝土基层进行了一系列路用性能试验研究，如用MTS疲劳试验机测定其疲劳性能、用自制的渗水测定仪测其排水性能等。 以多孔混凝土基层配合比设计和路用性能试验结果为基础，依托广东省博深高速潼湖隧道路面工程，总结了多孔混凝土基层的施工工艺，包括排水设施的设置，摊铺压实方法和步骤等，提出了相应的施工质量控制技术，并对多孔混凝土基层进行了路面性能检测，检测结果均符合设计要求。