09水泥混凝土路面设计

第九章水泥混凝土路面设计CementConcretePavementDesign主要内容第一节概述第二节水泥混凝土路面的分类与构造第三节弹性地基板经典理论第四节水泥混凝土路面温度应力分析第五节混凝土路面的破坏及设计指标与标准第六节路面结构设计的可靠度理论主要内容第七节水泥混凝土路面结构组合设计第八节水泥混凝土路面厚度设计第九节水泥混凝土路面排水设计第十节特种水泥混凝土路面设计第十一节国外水泥混凝土路面设计方法概述1）水泥混凝土路面的定义是指由水泥混凝土面板和基层或底基层所组成的路面，也称刚性路面，包括普通混凝土路面（JPCP）、钢筋混凝土路面（JRCP）、连续配筋混凝土路面（CRCP）、钢纤维混凝土路面（SFCP）、预应力混凝土路面、装配式混凝土路面等。2）普通水泥混凝土路面（JPCP示意图）由普通混凝土面层板和基层或底基层所组成的路面，是除接缝区和局部范围（边缘及角隅）外，不配置钢筋的混凝土路面。有时也被称为白色路面。第一节概述（JRCP示意图）（CRCP示意图）第一节概述TheAutobahn1930sFromDHChenFromDHChen第一节概述Concrete水泥混凝土路面/Flexible沥青混凝土路面/2%JPCP4%CRCP94%FlexibleFromDHChen3）普通混凝土路面的特点（1）强度高（抗压强度、抗弯拉强度）（2）稳定性好（水稳定性？温度稳定性？）（3）耐久性好（疲劳性能使用20～40年或更长）（4）夜间行车效果好（5）使用初期养护费用少（但是后期比较高）第一节概述4）普通混凝土路面的缺点（1）初期造价高（目前与进口沥青比造价已不高，且沥青路面使用寿命也长，因此单位年费用更低）；（2）对水泥和水需求量大，总体污染（水泥生产）；（3）噪声大、行驶舒适性差（尤其是错台后）；（4）有接缝（受力薄弱、行车舒适性差、易进水）；（5）修筑周期长，开放交通迟（维修交通影响大）；（6）养护维修困难；（7）对路基沉降均匀性要求高。。第一节概述第二节水泥混凝土路面的分类与构造核心内容水泥混凝土路面分类水泥混凝土路面构造水泥混凝土路面设计内容1、水泥混凝土路面分类种类普通混凝土（JPCP）钢筋混凝土（JRCP）连续配筋混凝土（CRCP）钢纤维混凝土预应力混凝土装配式混凝土碾压混凝土水泥混凝土路面路基基层（1）路基性能要求：路基的支承要求主要是保证基层的稳定性（尤其是水稳定性和路基稳定性），特别是不出现不均匀的支承，从而保证水泥混凝土板处于均匀面支承的受力状态。路基要求密实、稳定和均匀，路基处于干燥或中湿状态，沉降稳定（尽可能少的不均匀沉降）；基层要求用水稳定性好的材料（沥青混凝土-水泥稳定材料）。1）路基2、水泥混凝土路面构造（2）引起路基不均匀支承的可能原因1）不均匀沉陷：压实不均匀、填挖结合处理不佳、路基未充分固结（施工期沉降不稳定）；2）不均匀冻胀：含水量在等温面分布不均匀、土质不均匀；特殊土质：膨胀土、湿陷性黄土等，加上含水量变化。（3）处治方法土质掺配均匀、控制压实含水量、排水加固及设垫层2、水泥混凝土路面构造（1）基层的作用①支承路面板提供合适综合模量，提高路面结构的承载能力，延长路面使用寿命。减小路基顶面的压应力，减小路基的不均匀变形，缓和路基不均匀变形对面层的影响。②防唧泥混凝土板如直接放在路基上，会造成路基土塑性变形过大，铺设基层可减轻以至消除唧泥，但未经处治的砂砾基层细料含量和塑性指数不能太高，否则仍会产生唧泥。2）基层2、水泥混凝土路面构造（1）基层的作用③防冰冻在季节性冰冻地区，用对冰冻不敏感的粒状多孔材料铺筑基层，可减少路基的冰冻深度，减轻冰冻的危害作用。④防毛细水对基层的影响在湿软土基上，铺筑开级配粒料基层可排除路表渗入水及隔断地下毛细水。⑤提供施工平台面层施工(如立侧模，运送混凝土混合料等)提供方便。2、水泥混凝土路面构造粒料类（碎石、砂砾等）稳定类（水泥、石灰粉煤灰或沥青稳定粒料）贫混凝土和碾压混凝土等（2）水泥混凝土路面的基层类型2、水泥混凝土路面构造（2）水泥混凝土路面的基层类型2、水泥混凝土路面构造兼起排水作用的粒料基层1-盲沟；2-通过路肩的基层2、水泥混凝土路面构造（3）基层的设计要求（4）基层的厚度要求2、水泥混凝土路面构造1、有接缝的普通混凝土路面有或无传力杆的横缝有或无传力杆的横缝有拉杆的纵缝2、有接缝的钢筋混凝土路面钢丝网连续配筋3、连续配筋混凝土路面4、预应力混凝土路面钢筋丝（1）面层的几种类型3）水泥混凝土面层2、水泥混凝土路面构造FromDHChen2、水泥混凝土路面构造（2）水泥混凝土路面的形状要求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。其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。（3）水泥混凝土路面的材料要求新拌混凝土的施工和易性-易于施工操作的性能→质量均匀、密实成型硬化后混凝土的强度-抗压强度和抗弯拉强度、模量混凝土的变形特性-弹性变形、徐变变形、温度变形、干燥收缩变形耐久性-混凝土抵抗环境介质作用而保持其形状、质量和适用性的能力2、水泥混凝土路面构造4）水泥混凝土路面排水路面排水系统的组成①路面表面排水方式：主要通过设置横坡，迅速排除降雨。行车道路面应设单向或双向横破，坡度1%-2%，路肩宜稍大。②中央分隔带和路肩排水方式：主要采用设置排水盲沟的方式。③路面结构内部排水方式：通过设置排水垫层/基层。2、水泥混凝土路面构造设置目的①水泥混凝土硬化过程中的收缩；②施工过程应设置横向工作缝和纵向工作缝；③混凝土面板的热胀冷缩温度均匀变化时：水平拉伸或水平压缩温度不均匀变化时：白天，板表面温度高于板底温度，水泥砼板中部有向上隆起的趋势，受阻后，顶面受压、板底受拉；夜晚相反，板边有翘起趋势，顶面受拉、板底受压2、水泥混凝土路面构造5）水泥混凝土路面的接缝的设置垂直于行车方向的接缝：包括缩缝、胀缝和工作缝①缩缝：保证板因温度和湿度的降低而收缩时沿该薄弱断面缩裂，从而避免产生不规则的裂缝。②胀缝：保证板在温度升高时能部分伸张，从而避免产生路面板在热天的拱胀和折断破坏，同时胀缝也能起到缩缝的作用。③施工缝：因施工不连续，暂时停止施工时要设置施工缝。常设置在缩缝、胀缝位置处，必须添加传力钢筋，保证纵向整体性。2、水泥混凝土路面构造（1）横向接缝①胀缝的构造胀缝是贯通接缝、缝宽达到20mm左右、虽然设置传力杆，但是由于不断的伸长与收缩，再加上荷载的作用，是水泥混凝土最薄弱的环节。目前只在结构物位置设置胀逢，设置胀逢的数量与水泥混凝土路面长度没有关系。2、水泥混凝土路面构造（2）横缝的构造与设置缩缝间距一般4～6m，同板长，根据气温状况、地质水文情况选择。如：5m×4m的板块，按5m固定间距设置缩缝。2、水泥混凝土路面构造②缩缝的构造假缝型假缝+传力杆企口缝+传力杆施工缝一般尽量选择在胀缝、缩缝处设置，构造与重交通的缩缝构造（b）相似，或者选用企口缝。2、水泥混凝土路面构造③施工缝的构造浅槽构造图-施工缝与缩缝2、水泥混凝土路面构造（3）横向接缝的间距按面层类型和厚度选定普通混凝土面层一般4-6m，面板的长宽比不宜超过1.30，平面尺寸不宜大于25m2；碾压混凝土或钢纤维混凝土面层一般6-10m；钢筋混凝土面层一般6-15m1）纵缝的构造与设置纵缝：平行于行车方向的接缝，用来控制路面板因翘曲应力与荷载应力共同作用下产生不规则的纵向裂缝。原因：①混凝土摊铺机仅能摊铺一个车道宽度，纵缝做成真缝形式（平头缝）②混凝土摊铺机全路幅摊铺，摊铺宽度两侧做成真缝；摊铺宽度范围内按照车道宽度设置纵缝，做成假缝或者企口缝；2、水泥混凝土路面构造（4）水泥混凝土路面的纵向接缝①根据路面设计宽度，按3～4.5m设置，一般等间距。②一般选择在车道标线处；靠近中央分隔带的内侧车道，路缘带与车道间不另设纵缝；外侧车道，纵缝外移路缘带宽度；①拉杆：指用于纵缝，以保证板块间沿道路横向的联系为主要目的设置的钢筋。一般采用长度50-70cm、直径18-20mm、间距1.0-1.5m螺纹筋。②拉杆设置要求：一般纵缝应设拉杆。2、水泥混凝土路面构造2）纵缝的位置3）拉杆的设置分别是什么缝？？？2、水泥混凝土路面构造bac2、水泥混凝土路面构造①交角：纵缝与横缝一般垂直正交，纵缝两旁的横缝一般成一条直线。在交叉口、匝道位置处，尽量使得纵横缝的夹角为钝角；②横缝间距：4-6m（缩缝），我国缩缝间距一般5m；③纵缝间距：3-4.5m，我国车道宽3.25~3.75m，纵缝设置间距?④趋势：胀缝少；缩缝间距不等，按4、4.5、5、5.5和6m的顺序设置；横缝与纵缝交成80度左右的斜角。4）纵横缝的布置6）边缘钢筋一般设置在纵向，横向只在胀缝两侧或起终点处设置。采用两根直径12-16mm的钢筋，用直径6mm的钢筋固定，端部应弯起，放置在板厚下1/4-1/3处，并保证离板边缘5cm的净距。2、水泥混凝土路面构造7）角隅钢筋设置在胀缝两侧板的角隅处，采用两根直径12-14mm，长度2.4m的螺纹钢筋，设在板的上部，并离板顶留有5cm以上净距，距板纵、横边缘各10cm。当交叉口或斜桥处，出现板块锐角时，应增加双层补强钢筋网，以直径6mm钢筋，10cm间距斜交平行排列，设在距板顶、底5-7cm处。2、水泥混凝土路面构造为什么设在上部？①一般桥梁设置桥头搭板，一端放置于桥台上，设置防滑锚固钢筋。②斜交桥梁设置渐变板，斜角大于70o设置一块，45o-70o设置两块，小于45o设置至少三块，并要求渐变板短边不小于5m。长边不大于10m。角隅处要设置钢筋网补强。③渐变板和搭板均应按计算配筋量设置钢筋。2、水泥混凝土路面构造8）砼路面与桥梁相接的处理2、水泥混凝土路面构造③渐变板和搭板2、水泥混凝土路面构造9）水泥砼路面与其它路面相接时的处理一般规定混凝土路面与固定构造物相衔接的胀缝无法设置传力杆时，可在毗邻构造物的板端部配置双层钢筋网；或端部增加板厚；混凝土路面与桥梁连接，设置6－10m的过渡板，或设置2－3道传力杆胀缝；桥头未设置搭板，应设计钢筋混凝土路面。9）水泥砼路面与其它路面相接时的处理设置胀缝并以混凝土预制块过渡，以混凝土平道牙隔断2、水泥混凝土路面构造9）水泥砼路面与其他路面相接时的处理设置水泥混凝土下埋板，其上设置渐变厚度的联结层。2、水泥混凝土路面构造尖角不利于施工2、水泥混凝土路面构造9）水泥砼路面与其他路面相接时的处理水泥混凝土路面与沥青混凝土路面相接时的处理（1）接缝板和填缝料接缝板：耐久性、伸缩弹性（高、低温均佳）；填缝料：要具有良好粘性。（2）接缝板种类木材板、纤维板、泡沫树脂板等。（3）填缝料加热施工类：沥青橡胶类、沥青玛碲脂类；常温施工类：聚氯乙稀胶泥类、自流平硅胶等；2、水泥混凝土路面构造10）水泥砼路面的接缝材料1）路面结构层组合设计；2）混凝土路面板厚度设计；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3、水泥混凝土路面设计内容第三节弹性地基板经典理论核心内容弹性地基板体系理论简介水泥混凝土路面荷载应力分析1）弹性地基上的小挠度薄板模型弹性地基：因为混凝土板下的基层与土基的作用的应力应变很小，不超过材料的弹性区域弹性板：因为板的模量高，应力承受能力强，一般受力不超过弹性比例极限应力；挠度与板厚相比很小。水泥混凝土路面设计理论：弹性地基上的小挠度薄板理论1、弹性地基板体系理论简介完全接触假设：始终接触吻合，且可自由滑动（是在刚度差异大、板平面变形微小情况下的近似），即接触面不脱空且剪应力视为零。没有摩擦假设：板和地基之间没有摩擦，可以自由活动。◆2）板与地基接触的假设2、水泥混凝土路面荷载应力分析◆地基模型假定弹性半空间地基假定；文克勒地基假设。),(),(),(22y