fA2012版水泥混凝土路面宣贯要点

要点宣讲,中华人民共和国行业标准 公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D40-2012),中交路桥技术有限公司,让世界更畅通,宣贯人：刘伯莹,宣讲提纲,一、原规范修订的必要性,根据交通部关于下达2007年度公路工程制修订项目计划的通知（交公路发2007378号），中交公路规划院有限公司承担公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D40-2002）的主编工作，并组织了中交路桥技术有限公司、同济大学、长安大学、重庆交通大学和山西省交通科学研究院作为参编单位，经过4年多（2007.52011.7）时间，共同完成了公路水泥混凝土路面设计规范修订工作。,1.修订依据,一、原规范修订的必要性,原规范主要以上世纪的研究成果和使用经验为基础，未及反应近年来取得的建设经验以及科技项目的最新成果，需及时补充修改以适应发展要求。 存在的主要问题及修订必要性有以下几个方面：,2.修订的必要性,（1）原规范未能反映出公路车辆超载、超限情况 公路车辆超载、超限是导致混凝土路面过早损坏的主要原因之一。原规范没有反映这一状况，本次修订增加超重载设计标准和交通等级，以适应结构分析中考虑超重载影响的需要。,一、原规范修订的必要性,2.修订的必要性,（2）力学模型和温度应力计算方法有待进一步改善,原规范力学计算模型在反算地基模量时，由于荷载作用位置的不同，反算结果相差较大，因此有必要进行完善；,原规范采用查诺模图的方式获取综合温度翘曲应力和内应力的温度应力系数，既不方便，也不精确，本次修订增补了温度应力系数的数值解，进一步完善温度应力分析方法。,一、原规范修订的必要性,2.修订的必要性,（3）旧水泥砼路面评级标准和处治措施需要进一步充实,今后一段时期内，相当数量的水泥混凝土路面面临大、中修和改建。原规范关于旧路面损坏状况评级标准偏低，不利于控制加铺层的时机。因此，需调整这方面的内容，以指导今后的修复和改建设计。,一、原规范修订的必要性,2.修订的必要性,（4）路面材料的试验方法及设计参数需结合近几年的使用经验和研究成果进行验核、调整和完善；,（5）需要吸收和补充近年来积累的实践经验。,宣讲提纲,二、修订的指导原则和工作基础,1.指导原则,能适应对路面耐久性、平整度和抗滑性能等使用性能要求；,吸纳和反映国内外已有的成功经验和研究成果，特别是近年来西部建设交通科技项目取得的成果，使规范具有先进性和指导性；,注意与相关规范的协调，规范的表达形式便于设计人员使用。,二、修订的指导原则和工作基础,2.工作基础,宣讲提纲,三、具体修订内容,本次规范修订继续沿袭了强化结构组合设计和材料组成要求，淡化应力计算和分析的原则。修订后的规范分8 章和5个附录，与原规范相比，主要修订内容有以下几方面：,（1）可靠度设计标准的调整； （2）增加设计标准，以考虑基层和重载交通的影响； （3）增加了极重交通等级及相关的设计轴载规定； （4）改进了力学模型和结构应力计算方法； （5）强化结构组合和材料组成设计； （6）改进了连续配筋混凝土纵向配筋率的设计标准； （7）修改了旧混凝土路面损坏评定标准，增加了加铺方案的选用原则； （8）完善了路面结构层材料设计参数。,三、具体修订内容,原规范内容：公路工程结构可靠度设计统一标准（GB/T 50283）规定的公路工程结构的设计安全等级共为三个等级，路面工程的安全等级仅考虑高速、一级和二级公路的路面，相应的安全等级要求规定为一级、二级和三级。,1.可靠度设计标准的调整,三、具体修订内容,修订变化内容： （1）不再改变公路工程结构可靠度设计统一标准的分级，而是将道路的安全等级适当提高； （2）本次修订还规定二级及二级以下公路（国道、省道等）可根据结构破坏可能产生的很严重后果（如具有政治、经济、国防或抢险救灾等重要作用，即“生命线”工程）提高一级设计安全等级，以提高其抗灾能力，保障“生命线”功能的发挥； （3）三级、四级公路交通量小，通过调研并听取相关方面意见后，调整了三、四级公路水泥混凝土路面的设计基准期。,1.可靠度设计标准的调整,高速公路,一级公路,公路等级,二级公路,三、具体修订内容,1.可靠度设计标准的调整,三级公路,四级公路,原规范标准,安全等级,设计基准期,修订后标准,安全等级,设计基准期,一级,二级,三级,四级,四级,30,30,20,20,20,一级,30,30,20,三、具体修订内容,修订后可靠度设计标准如下：,1.可靠度设计标准的调整,三、具体修订内容,原规范存在的不足之处 （1）仅考虑了行车荷载和温度梯度的综合疲劳作用，未考虑在最重轴载和最大温度梯度的不利组合下，可能出现超出混凝土弯拉强度的极限断裂破坏；,2.设计标准,修订内容 （1）增加了极限断裂破坏的验算，作为一项验核标准，便是为了控制少数超重轴载对面层板的断裂破坏作用；,三、具体修订内容,原规范存在的不足之处 （2）基于现场调查情况，对于刚性基层而言，具有比底基层大得多的刚度，因而会产生较大的层底拉应力，导致疲劳开裂是最常发生的破坏类型。,2.设计标准,修订内容 （2）增补了贫混凝土及碾压混凝土基层的疲劳断裂设计标准，用于基层材料合理选择和厚度设计，使公路水泥混凝土路面的设计指标更加完善。,三、具体修订内容,2.设计标准,路面结构设计时，首先根据式（1）设计路面结构，路面结构满足要求后,应根据交通调研情况，选定路面结构可能出现的特重轴载，按式（2）进行验算,设计的路面结构须同时满足式（1）、式（2）的要求。,对于半刚性基层上的水泥路面,三、具体修订内容,2.设计标准,刚性基础在与混凝土面层组合成分离式双层板进行结构分析时，由于基层经受的温度梯度小，相应的温度翘曲应力可以忽略不计，因此式（3）表达式中没有温度梯度疲劳应力部分,对于刚性基层上的水泥路面,本次修订增补了贫混凝土及碾压混凝土基层的疲劳断裂设计标准，如式（3）所示，用于基层材料合理选择和厚度设计，使公路水泥混凝土路面的设计指标更加完善。,三、具体修订内容,2.设计标准,路面结构设计时，对于贫混凝土或碾压混凝土基层的路面结构，除满足式（1）、式（2）要求外，还应按照式（3）进行基层验算。,对于刚性基层上的水泥路面,三、具体修订内容,3.交通荷载分析,（1）对于极重交通，增加了主导特重车型做为设计荷载,由于水泥混凝土路面的疲劳损伤量对轴重很敏感（与轴重比成16次方的关系），对于特重轴载采用100kN设计轴载进行设计时，基准期内的设计轴载累计作用次数往往会达到天文数字，很容易超过1010次，也难以反映全国不同地区、不同交通状况下面板的实际受力响应。为了避免出现这种情况，对于极重交通的公路，新规范建议选取货车中主导特重车型的轴载（占主要份额）作为设计轴载，以计算其疲劳效应。路面结构设计时，疲劳性能的验算同样采用式（1）进行，但式中应力的计算应按设计荷载进行。,三、具体修订内容,3.交通荷载分析,（1）对于极重交通，增加了主导特重车型作为设计荷载,三、具体修订内容,3.交通荷载分析,（2）补增了极重交通荷载等级,三、具体修订内容,4.力学分析,三、具体修订内容,4.力学分析,（1）荷载应力 计算模型的改变,原规范及前几版规范（JTJ 012-84、JTJ 012-94，JTG D40 2002）中，均采用弹性半空间地基板模型来分析水泥混凝土面板的荷载应力。本次规范修订通过对同济大学室内足尺寸板试验（2004年）数据、美国联邦航空管理局（Federal Aviation Administration，FAA）机场道面试验中心（National Airport Pavement Test Facility，NAPTF）足尺寸板试验数据（1999-2010年）的分析，采用文克勒（Winkler）地基板模型计算面板荷载应力；半空间地基弹性模量E0和地基反应模量k之间可通过应力或弯沉等效进行转换。,三、具体修订内容,4.力学分析,（1）荷载应力 计算模型的改变,计算模型的改变主要基于两点考虑：1）文克勒（Winkler）地基板模型所得荷载应力与实测结果符合很好，结构的本构关系明晰（基层顶面当量模量无需因数据的拟合而修正）；2）避免荷载作用位置不同而反算获得的地基模量相差很大的难题。 设计轴载Ps在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力ps 的计算考虑计算模型，分单层板模型、双层板模型和复合板模型三种，按式(5)计算。,三、具体修订内容,4.力学分析,（1）荷载应力 单层板模型,三、具体修订内容,4.力学分析,（1）荷载应力 双层板模型,三、具体修订内容,4.力学分析,（1）荷载应力 双层板模型,对于最重荷载采用式（2） 计算 最重轴载在面层板临界荷位处产生的最大荷载应力，或在双层板模型中上层板临界荷位处产生的最大荷载应力，可按式（6）计算。,三、具体修订内容,4.力学分析,（1）荷载应力 双层板模型,对于刚性基层采用式（3） 计算基层板的荷载疲劳应力与双层板模型中下层板的应力计算相同，同样采用式（5-7）,三、具体修订内容,4.力学分析,（1）荷载应力 复合板模型,对于复合板模型，面层复合板的荷载疲劳应力和最大荷载应力计算，与单层板或上层板完全相同，只需用面层复合板的截面弯曲刚度和等效厚度 替代单层板或上层板的弯曲刚度Dc和厚度hc即可，板相对刚度半径r或rg需依据面层复合板弯曲刚度重新计算。,三、具体修订内容,4.力学分析,（2）温度应力,对于温度应力的计算，原规范采用查诺模图的方式得到综合温度翘曲应力和内应力的温度应力系数，既不方便也不精确，本次修订给出了温度应力系数的数值解，物理概念清楚，计算精确。,三、具体修订内容,4.力学分析,（2）温度应力 单层板,面层板临界荷位处的温度疲劳应力：,最大温度梯度时混凝土板最大温度应力：,温度应力系数BL：,三、具体修订内容,4.力学分析,（2）温度应力 双层板,面层板临界荷位处的温度疲劳应力：,最大温度梯度时混凝土板最大温度应力：,温度应力系数BL：,与单层板相同,温度翘曲应力系数CL：,下层板无需计算温度疲劳应力,三、具体修订内容,4.力学分析,（2）温度应力 复合板,对于面层复合板，疲劳温度应力、疲劳温度应力系数的计算与单层板的相同。最大温度应力t.max按式（7-9）计算。,三、具体修订内容,5.结构组合设计,本次规范修订强调结构组合设计，设计除考虑公路等级、交通荷载外，还应重点考虑路基条件、当地温度和湿度状况、各相邻结构层的相互作用、层间结合条件和要求、接缝形式和材料、地表水的渗入和冲刷作用等。因此，着重对路基、功能层、面层厚度及接缝的规定进行了修订。,三、具体修订内容,5.结构组合设计,轻交通荷载： E040MPa 中等或重交通荷载：E060MPa 特重或极重交通荷载E080MPa,三、具体修订内容,5.结构组合设计,1.增大混凝土路面结构的阻尼系数，从而降低车辆通过接缝时的振动冲击效应； 2.有利于面层与基层之间的变形协调,1.减缓无机结合料稳定基层顶面遭受面层渗入水的冲刷作用； 2.可降低面层与基层的粘结程度，减小摩阻力,表3 水泥混凝土面层厚度的参考范围,三、具体修订内容,5.结构组合设计,（3）面层厚度,表3 水泥混凝土面层厚度的参考范围,三、具体修订内容,5.结构组合设计,接缝是混凝土路面最薄弱的地方。除了路表水渗入外，接缝处板边弯沉大和温度翘曲变形大是混凝土面层易产生板底脱空和板块断裂的重要因素。,（4）接缝设计,三、具体修订内容,5.结构组合设计,本次修订对传力杆直径进行了三方面调整：根据钢筋等级，取消了35mm的尺寸；根据面层厚度，增加了面层厚30cm以上时的传力杆直径；适当降低面层较厚时的传力杆直径，并给出选择的范围，以方便平整度控制。当面层厚度较薄时，传力杆直径保持不变,（4）接缝设计 传力杆,传力杆尺寸和间距(mm),三、具体修订内容,5.结构组合设计,原规范所提出的技术指标偏低，市场上一些材料，如聚氯乙烯胶泥等，易于满足要求，实际应用效果较差，在高等级公路上已较少采用。近年来，一些高等级水泥混凝土路面接缝材料通常选择硅酮类、聚氨酯类接缝料，通过调研，发现使用效果很好。因此本次修订依据近年公路水泥混凝土路面接缝设计及填缝材料的使用状况和经验，规定高速公路、一级公路宜选用硅酮类、聚氨酯类填缝料；二级及二级以下公路可选用聚氨酯类、橡胶沥青类或改性沥青类填缝料。,（4）接缝设计 填缝料,三、具体修订内容,6.连续配筋混凝土设计标准,按照连续配筋混凝土面层的工作特性及国内外的使用经验和研究成果，并参照美国力学经验法路面设计指南，制定了连续配筋混凝土的3项要求和相应的技术指标。,三、具体修订内容,7.旧混凝土路面评定方法,仍然采用断板率和平均错台量两项指标评定。综合我国公路水泥混凝土路面接缝损坏情况，本次修订提高了混凝土板错台量评级标准：平均错台量对优良、中、次、差四个等级平均下调24mm。,（1）路面损坏状况调查评定,三、具体修订内容,7.旧混凝土路面评定方法,接缝传荷能力是加铺层方案选择的重要依据，本次修订为利于控制旧路加铺层设计后的性能，对接缝传荷能力分级标准中的中、次、差三个等级进行了调整，使评级标准稍有提高。,（2）接缝传荷能力的评定,三、具体修订内容,8.材料设计参数,本次规范修订对材料设计参数进行了较大的修改，其主要原则是考虑材料的环境影响因素，考虑材料试验方法的发展趋势及考虑与沥青路面设计规范的协调和统一。 基层沥青混合料动态模量采用周期加载单轴压缩试验测定； 无机结合料稳定类材料的弹性模量采用单轴压缩试验测定，但考虑到无机结合料类基层和底基层材料，会由于湿度收缩和温度收缩作用而产生微裂隙，使其弹性模量值远低于由室内完整试件测定得到的模量值，建议设计时采用考虑收缩开裂后的有效模量值。 土和粒料的回弹模量采用重复加载三轴压缩试验测定。,三、具体修订内容,8.材料设计参数,湿度调整系数：路基顶面回弹模量的确定应考虑地下水的影响，湿度（含水量）是影响路基回弹模量值的重要因素，本次规范修订为考虑这种影响提出了路基回弹模量湿度调整系数的概念，定义为路基平衡湿度下（路面实际使用状态）模量与最佳状态（最佳含水量和最大干密度）下模量之比。 路基回弹模量湿度调整系数是本次规范修订对原规范的重要补充，使路面结构设计更反映路面的实际使用状态。路面结构设计时，按路床顶距地下水位的距离获取湿度调整系数 ，与室内试验结果 相乘，从而得到用于路面设计所用的路基回弹模量,小结,1、此次修订以局部完善为主，未进行整体性修订； 2、此次修订的主要内容是成熟的、可靠的。 3、修订后的公路水泥混凝土路面设计规范设计方法更趋完善，并保持在国际先进水平的行列。,感谢各位领导、专家！,让世界更畅通,中交路桥技术有限公司,