水泥路面基础知识

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第十二章 水泥混凝土路面设计,12.1 概述,一、水泥混凝土路面结构特征,力学分析上，水泥混凝土路面结构属于弹性层状体系。,特点：,混凝土路面板的弹性模量及力学强度大大高于基层和土基的相应模量和强度；,混凝土的抗弯拉强度远小于抗压强度，约为其1/71/6，取水泥混凝土板的抗弯拉强度指标作为设计指标；,混凝土板与基层或土基之间的摩阻力一般不大，从力学模型考虑，可把水泥混凝土路面结构看作是弹性地基板，用弹性地基板理论进行分析计算。,要求：为使路面能够经受车轮荷载的多次重复作用、抵抗温度翘曲应力、并对地基变形有较强的适应能力，混凝土板必须具有足够的抗弯拉强度和厚度。,二、混凝土路面结构设计内容,1路面结构层组合设计,根据该路的交通繁重程度，结合当地环境条件和材料供应情况，选择安排混凝土路面的结构层层次，包括土基、垫层、基层和面层的结构层位，各层的路面结构类型、弹性模量和厚度。,技术先进、工程经济合理的路面结构组合设计方案，应能保证混凝土面板在设计使用期内能承受预期交通的作用、提供良好的路用品质。,2混凝土面板厚度设计,3混凝土面板的平面尺寸与接缝设计,4路肩设计,5混凝土路面的钢筋配筋率设计,三、混凝土路面结构设计原则,应根据使用要求及气候、水文、土质等自然因素，密切结合本地区实践经验，将混凝土路面板按重要工程结构的要求完成。保证工程的质量与耐久性；基层、底基层、垫层设计在满足设计要求的前提之下，尽可使用当地材料修建。,遵循因地制宜、合理选材、方便施工、利于养护、节约投资的原则进行路面设计方案的比较，选择技术先进、经济合理、安全可靠的方案。,结合当地实践基础，积极推广成熟的科研成果。,充分考虑沿线环境的保护，自然生态的平衡，有利于施工、养护工作人员的健康与安全。,尽可能选择有利于机械化、工厂化施工的设计方案。,地处不良地基的路段，应采取有效措施加快稳定路基沉降。,12.2,破坏模式和设计标准,一、破坏模式,破坏类型与影响因素,断裂；,唧泥,拱起、错台,接缝挤碎等。,影响因素：轮载、温度、水分、基层、接缝构造、材料以及施工和养护情况等。,从保证路面结构承载能力的角度，混凝土路面结构设计应以防止面层板断裂为主要设计标准；从保证汽车行驶性能的角度，应严格控制接缝两侧的错台量。断裂、错台等的成因是多方面的，因此，混凝土路面设计必须从多方面采取措施来保证它的使用寿命。,混凝土路面板的疲劳破坏不仅与荷载重复次数有关，而且与温度周期性变化产生的温度翘曲应力重复作用有关。路面板为防止两种因素综合作用产生的疲劳开裂，必须使荷载疲劳应力与温度疲劳翘曲应力之和不超过混凝土的抗弯拉强度。,二、混凝土路面结构设计理论与方法,目前世界各国的混凝土路面设计方法都是以弹性地基板的荷载应力、温度应力分析方法为基本理论，以混凝土路面板的弯拉应力作为极限状态和设计控制指标。,引入可靠度的设计方法：,路面结构可靠度：在规定的时间内，在规定的条件下，路面使用性能满足预定水平的概率。,以面板的疲劳断裂作为路面损坏的主要模式。,规范列出的设计方法以弹性半空间地基有限大矩形板模型为基础，以100kN单轴双轮标准轴载作用于矩形板纵向边缘中部产生的最大荷载应力控制设计。采用可靠度设计方法，以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态。,12.3 水泥混凝土路面结构组合设计,一、面层混凝土板,要求：应具有足够的强度、耐久性、表面抗滑、耐磨、平整等良好的路用性能。,类型：面层一般采用设接缝、不配筋的普通混凝土路面板。对于不同等级公路承受不同交通等级的道路，也可采用其他类型混凝土面板。,平面尺寸：普通混凝土、钢筋混凝土、碾压混凝土或钢纤维混凝土面层板一般采用矩形，用纵横接缝分隔，纵向和横向接缝应垂直相交，纵缝两侧的横缝不得相互错位。纵缝间距按路面宽度在3.04.5m范围内确定。普通混凝土面层板的横缝间距一般为46m，长宽比不宜超过1.50，平面尺寸不宜大于25m,2,；碾压混凝土或钢纤维混凝土面层板的横缝间距一般为610m，钢筋混凝土面层板一般为615m。,厚度：混凝土面层板的厚度决定于公路和交通等级，对于普通混凝土，钢筋混凝土、碾压混凝土或连续配筋混凝土面层板所需的厚度可参考表12-2所示的范围初步选定。钢纤维混凝土面层板的厚度一般为普通混凝土路面厚度的0.650.75倍，特重或重交通时，最小厚度为160mm；中等或轻交通时，最小厚度为140mm。复合式路面沥青上面层的厚度一般为2580mm。,轮载作用于板中部时，板所产生的最大应力约为轮载作用与板边部时的2/3。因此，面层板应该采用,中间薄两边厚,的型式，以适应荷载变化。一般,边部厚度约比中部大25%,，是从路面最外侧板的边部，在宽度范围内逐渐加厚。但对土基和基层施工带来不便，且厚度变化转折处，易引起板断裂，因此一般采用,等厚式断面,。,表面构造：为保证行车安全，路面混凝土板表面构造应采用刻槽、压槽、拉槽或拉毛等方法制作。构造深度在使用初期应满足表12-3的要求。,二、土基,土基稳定性不足，在水温变化影响下出现较大变形，特别是不均匀沉陷，会给混凝土面板带来不利影响。由于土基不均匀支承，使面板在受荷时底部产生过大的弯拉应力，导致混凝土路面产生破坏。所以，路基必须密实、稳定和均匀，并要求处于干燥或中湿状态。,不均匀支承产生的原因,：,（1）不均匀沉陷湿软地基未充分固结；土质不均匀，压实不充分，填挖结合部以及新老路基交接处处理不当。,（2）不均匀冻胀季节性冻土地区，土质不均匀，路基潮湿条件变化。,（3）膨胀土过干或过湿时压实；排水设施不良等。,控制不均匀支承产生的办法,：,（1）把不均匀的土掺成均匀的土；,（2）控制压实时接近最佳含水量，保证压实度；,（3）加强路基排水设施，对湿软路基应采用加固措施；,（4）加设垫层，以缓和可能产生的不均匀变形对面层的不利影响。,三、基层和垫层,要求：应具备足够的抗冲刷能力和一定的刚度。,基层设置目的：,（1）防唧泥混凝土面层如直接放在路基上，会由于路基塑性变形量大，细料含量多和抗冲刷能力低而极易产生唧泥。未经处理的沙砾基层，其细料含量和塑性指数不能太高，否则仍会产生唧泥。,（2）防冰冻在季节性冰冻区，用对冰冻不敏感的粒状多孔材料铺筑基层，可以减少路基的冰冻深度，从而减轻冰冻危害。,（,3）减小路基顶面的压应力，并缓和路基不均匀变形对面层的影响。,（4）防水在湿软路基上，铺筑开级配粒料基层，可以排除从路表面渗入面层板下的水分以及隔断地下毛细水上升。,（5）为面层施工提供方便。,（6）提高路面机构的承载能力，延长路面的使用寿命。,基层应具有足够的强度和稳定性，且断面正确，表面平整。采用整体性好的材料（具有较高的弹性模量如贫混凝土、沥青混凝土、水泥稳定碎石、石灰粉煤灰稳定碎石、级配碎石等）修筑基层，可以确保路面的使用性能和延长使用寿命。无机结合料稳定类基层为混凝土路面最适用的基层。如果因条件限制使用未经处治的粒料基层时，必须严格控制细料含量并保证压实度。,1。基层类型与适宜厚度：湿润和多雨地区，路基为低透水性细粒土的高速公路和一级公路或者承受特重交通或重交通的二级公路，宜采用排水基层。各类基层的适宜交通等级与适宜厚度范围见表12-4所列。,宽度：宽度应比混凝土面板每侧宽出300650mm。路肩采用混凝土面层，其厚度与行车道面层板相同时，基层宽度宜与路基同宽。,碾压混凝土作基层时，应设置与混凝土面层板相对应的纵、横接缝。采用贫混凝土基层时，若弯拉应力超过1.8MPa，应设置与混凝土面层板相对应的横向接缝；一次摊铺宽度大于7.5m，还应设置纵向缩缝。,排水基层下应设置由水泥稳定粒料或密级配粒料组成的不透水底基层，厚度一般为200mm。底基层顶面应铺设沥青封层或防水土工织物。,在基层下若未设置垫层，而上路床土质为细粒土、粘土质砂或级配不良砂（承受特重或重交通时），或者上路床土质为细粒土（承受中等交通时），均应在基层下设置底基层。底基层可采用级配粒料、水泥稳定粒料或石灰粉煤灰稳定粒料，厚度可取200mm。,2。垫层,垫层结构一般是为应对路基的特殊需求而设置，分为防冻垫层、排水垫层与加固垫层三类。,在季节性冰冻地区修筑混凝土路面，当路面结构总厚度不能满足最小防冻要求时，应设置防冻垫层，保证总厚度满足最小防冻厚度的要求。,对于水文地质条件不良的土质路堑，路床土的湿度较大时，为防止地下水对路面结构的侵蚀，应设置排水垫层。,当路基土特别软弱，经加固后，仍有可能出现不均匀沉降、变形时，应设置加固垫层以增强路床的承载能力。,有时以上三种情况兼而有之。选择垫层结构材料时也应兼顾，具备多种功能。一般情况，垫层多数选用当地廉价材料修筑，或取当地材料掺少量无机结合料处治后使用，如砂、砂砾料、低剂量无机结合料稳定粒料等。垫层厚度一般为150mm。,12.4,接缝构造设计,接缝：横向接缝（胀缝、缩缝、施工缝），纵缝。,1横向接缝,横向胀缝只在邻近桥梁或其他固定构造物处或与其他道路相交处设置。胀缝设置条数视膨胀量大小而定。低温浇筑混凝土面层或选用膨胀性高的集料时，根据具体情况决定胀缝的设置。,传力杆采用光面钢筋。其尺寸和间距按表12-6选用。最外侧传力杆距纵向接缝或自由边的距离150250mm。,横向缩缝可等间距设置，采用假缝形式。特重和重交通公路、收费广场及邻近胀缝或自由端部的三条最靠近的缩缝，均应采用设传力杆假缝形式。其他情况可采用不设传力杆的假缝形式。,每日施工结束或临时中断施工时，必须设置横向施工缝，其位置应尽可能设在横向缩缝或胀缝处。施工缝应采用设传力杆的平缝形式。,横向施工缝构造（尺寸单位：mm）,a）设传力杆平缝型；b）设拉杆企口缝型,横向缩缝构造（尺寸单位：mm）,a）设传力杆假缝型；b）不设传力杆假缝型,2,纵向接缝,纵向接缝的布设应根据路面宽度和施工铺筑宽度而定。,一次铺筑宽度小于路面宽度时，应设置纵向施工缝，纵向施工缝采用平缝形式；一次铺筑宽度大于4.5m时，应设置纵向缩缝，纵向缩缝采用假缝形式。,拉杆应采用螺纹钢筋，设在板厚的中央，并对拉杆中部10cm范围内作防锈处理。拉杆的直径、长度和间距，可参照表12-7选用。,连续配筋混凝土路面的纵缝拉杆可由板内横向钢筋延伸穿过接缝代替拉杆。,纵缝构造（尺寸单位：mm）,a）纵向施工缝；b）纵向缩缝,三、接缝的布置,横缝的布置：间距一般为46m（即板长），在昼夜温差大的地区，或地基水文情况不良地段，应取低限值，反之取高限。,在桥涵两端以及小半径平、坚曲线处应设置胀缝。近年来国内外修筑的混凝土路面均有减少胀缝的趋势。我国现行规范规定，胀缝应尽量少设或不设；但在邻近桥梁或固定建筑物处，或与其它类型路面相连接处、板厚变化处、隧道口、小半径曲线和纵坡变换处，均应设置胀缝。在其它位置，当板厚等于或大于20cm并在夏季施工时，也可不设胀缝。,纵缝是指平行与混凝土路面行车方向的那些接缝。纵缝间距一般按34.5m设置。当双车道路面按全幅宽度施工时，纵缝可做成假缝形式。可设直径小于传力杆的拉杆，间距1.0m左右，锚固在混凝土内，以保证两侧板不致被拉开而失掉下部颗粒的嵌锁作用。按单车道施工时，可做成平头缝.,为利于传递荷载，也可做成企口缝。缝壁应涂沥青，缝上部留68mm的缝隙，内浇灌填缝料。对于多车道，应每隔34个车道设一条纵向胀缝，其构造与横向胀缝相同。当路旁有路缘石时，路缘石与路面板之间也要设胀缝，但不必设传力杆或垫枕。,纵横缝的布置,纵缝与横缝一般做成垂直正交，使混凝土板具有90的角隅。纵缝两旁的横缝一般成一条直线。实践证明，如横缝在纵缝两旁错开，将导致板产生从横缝延伸出来的裂缝。,横缝错开时,在交叉口范围内，为了避免形成较锐的角并使板的长边与行车方向一致，大多采用辐射式的接缝布置形式。,五、特殊部位混凝土路面处理,混凝土路面同柔性路面相接处，为避免沉陷和错台，或柔性路面受顶推而拥起，宜按图1处理，或将混凝土板埋入柔性路面内。,六、接缝材料,接缝材料按使用性能分接缝板和填缝料