水泥混凝土路面施工讲义讲稿(图文丰富).ppt

第十五章 水泥混凝土路面 15-1 概述 1、水泥混凝土路面的定义：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）、钢纤维混凝土路面（sfcp）、预应力混凝土路面、连续配筋混凝土路面（crcp）、装配式混凝土路面等。 2、普通水泥混凝土路面jpcp：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。,3、水泥混凝土路面的特点 1）优点 强度高，具有较高的抗压、抗弯拉强度及抗磨耗能力。 水泥混凝土路面色泽鲜明，能见度好，有利夜间行车。 养护费用少、经济效益高：与沥青混凝土相比，养护工作量和养护费用均较少。虽然一次修筑投资大，但使用年限长，故所分摊于每年的工程费用较少。 耐久性好：一般能使用2040年，而且它能通行包括履带式车等在内的各种运输工具。 稳定性好：受水的浸入和温度等自然因素影响时，引起的强度变化小，不存在沥青路面的老化现象。,2）缺点 开放交通较迟：路面铺筑后，一般要经过1520天养生，才能开放交通，如需提前开放交通，则需采取特殊措施。 水泥和水的需要量大：修筑0.3m厚、7m宽的混凝土路面，每1000m要耗费水泥400500t和水250t，这对水泥供应不足和缺水地区带来较大困难。 有接缝：接缝不但增加施工和养护的复杂性，而且会引起行车跳动，影响行车舒适性。同时接缝又是路面的薄弱点，如处理不当，将导致路面板边和板角处破坏。 修复困难：路面破坏后，开挖困难，修补工作量大，且影响交通，这对于有地下管线的城市道路，带来较大困难。,152普通水泥混凝土路面的构造,一、土基和基层 1、土基：理论分析表明，刚性路面传到土基压力很小，一般不超过0.05mpa。所以，混凝土路面对土基承载力要求不高；但如果土基稳定性不足，出现局部不均匀沉陷，则在荷载作用下，面板受力不均，局部产生过大弯拉应力，导致破坏。 土基不均匀沉陷有以下几个原因： 不均匀沉陷土质不均，压实不够。 不均匀冻胀季节性冰冻地区，土质不均。 膨胀土在过干或过湿时压实；排水不良等导致。,2、混凝土面层下设置基层的目的 （1）防唧泥：面层如果直接铺在路基上，由于路基塑性变形量大，细料含量多抗冲刷能力低而极易产生唧泥； （2）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，可以减小路基冰冻深度，从而减轻冰冻危害； （3）减小路基压力，缓和路基不均匀变形对面层影响； （4）防水：在湿软地区，铺筑开级配粒料基层，可以排除从路表渗入面板下的水份以及隔断地下毛细水上升； （5）为面层施工提供方便；,（6）提高路面结构承载力，延长路面使用寿命。 3、设置基层的要求 （1）除非土基本身就是良好级配的砂砾类土，而且是排水条件良好的轻交通之外，其余情况都要设置基层。 （2）基层应具有足够的强度和稳定性，表面平整。理论与试验证明一般采用整体性好，具有较高弹性模量材料修筑基层（如平混凝土、沥青混凝土、石灰粉煤灰稳定碎石、水泥稳定碎石、级配碎石等），可以确保混凝土路面良好使用特性，延长路面使用寿命。因此，基层材料必须符合公路路面基层施工技术规范要求。,（3)基层以20cm左右为宜。研究表明，用增加基层厚度提高承载能力以减薄面板是不经济的；但随着基层减薄，基层底面弯拉应力也随增大，所以基层也不能太小。 (4)基层宽度应比混凝土面板每侧各宽出2535cm（小型机具施工）或5060cm（滑模施工）或与路基同宽，以供施工时安装滑模，并防治路面边缘水渗入路基。 （5）冰冻深度大于0.5m的地区，为防止路基可能产生不均匀冻胀对面层的影响，路面结构要有足够的厚度，以便将路基冰冻深度约束在有限范围内。冰冻深度如果超出面层和基层总厚度，则设置垫层来补足。,二、混凝土面板 1、面板受力位置以及形状：荷载作用在面板中部，路面板最大拉应力约为轮载作用在板边部的2/3，所以面板内应力大小是变化的，与荷载作用位置有关。为了降低工程造价，与荷载应力变化相适应，早期面层板横断面曾采用中间薄两边厚的形式，但变厚度面板施工不便，在厚度变化转折处，易引起板的断裂；所以国内外以边部厚度为设计厚度，设计为等厚度板。 2、面板要求：面板要保证表面平整、耐磨、抗滑。最小厚度为18cm。,水泥混凝土路面横断面形式a)等厚式；b)厚边式,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,3、水泥混凝土面层的几种类型,from d h chen,4、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 , 纵缝两侧横缝不得相互错位。 5、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、抗弯拉强度和模量； 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、质量和适用性能力；,三、排水要求： （1）水产生的有害影响 使无粘结粒状材料和地基土强度降低。 由于移动车辆产生高动水压力，会使路面基层细颗粒产生唧泥，使面板支撑不均匀或失去支撑。 因板底脱空产生错台、开裂和整个路肩破坏。 在冰冻深度大于路面厚度的北方地区，高地下水位会造成冻胀，并在冻融期间降低承载能力。 水使冻（膨）胀土产生不均匀冻（膨）胀。 （2）排水问题的重要性：国外一些对比分析和试验路段观察结果表明，设置完善路面排水设施的路面，其使用寿命要比未设的提高30%（沥青混凝土路面）和50%（水泥混凝土路面）左右。,（3）排水设计的原则 1）要充分利用有利地形和自然水系，排水沟渠宜短不宜长，就近分流； 2）注意与农田水利相配合； 3）进行调查研究，全面规划，还应与路基防护加固相配合； 4）尽量不破坏天然水系； 5）就地取材，讲究经济效益； 6）尽量阻止水进入路面结构，并迅速排除路面结构内的水。,（4）路面排水系统的组成 路面表面排水 方式：通过设置横坡，迅速排除降雨。 行车道路面应设置单向或双向横破，坡度为1%-2%，路肩宜稍大。 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。 路面结构内部排水 方式：通过设置排水垫层/基层。,（5）路肩 1）路肩铺面结构应具有一定的承载能力 , 其结构层组合和材料选用应与行车道路面相协调, 并保证进入路面结构中水的排除。 2）路肩铺面可选用水泥混凝土面层或沥青面层。 3）路肩水泥混凝土面层厚度通常采用与行车道面层等厚，其基层宜与行车道基层相同。选用薄面层时, 其厚度不宜小于15cm, 基层应采用开级配粒料。 4）路肩沥青面层宜选用密实型沥青混合料，基层可选用无机结合料稳定粒料或级配粒料。行车道路面结构不设内部排水设施时, 沥青面层和不透水基层总厚度不宜超过行车道面层厚度, 基层下应选用透水性粒料填筑。,四、水泥砼路面的接缝构造与布置 1、水泥混凝土路面接缝设置目的 水泥混凝土硬化过程中的收缩； 施工过程应设置横向工作缝和纵向工作缝； 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、水泥混凝土路面的横向接缝 （1）横向接缝：垂直于行车方向的接缝，包括缩缝、胀缝和施工缝。 缩缝：保证板因温度和湿度降低而收缩时沿该薄弱断面缩裂，从而避免产生不规则裂缝。 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拱胀和折断破坏，同时胀缝也能起到缩缝的作用。 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）横缝的构造与设置 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，胀逢数量与水泥混凝土路面长度没有关系。,缩缝的构造：缩缝间距一般46m，同板长，根据气温状况、地质水文情况选择。如：5m4m的板块，按5m固定间距设置缩缝。,假缝型,假缝+传力杆,企口缝+传力杆,施工缝构造：施工缝一般尽量选择在胀缝、缩缝处设置，构造与重交通缩缝构造相似，或者选用企口缝。,浅槽构造图-施工缝与缩缝,（3）横向接缝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,3、水泥混凝土路面的纵向接缝 （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。 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）； 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）纵缝的位置 根据路面设计宽度，按34.5m设置，一般等间距。 一般选择在车道标线处；靠近中央分隔带内侧车道，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； （3）拉杆的设置 拉杆：用于纵缝以保证板块间沿道路横向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。 拉杆设置要求：一般纵缝应设拉杆。,（4）纵横缝布置 交角：纵缝与横缝一般垂直正交，纵缝两旁横缝一般成一条直线。在交叉口、匝道位置处，尽量使得纵横缝夹角为钝角； 横缝间距：4-6m（缩缝），我国缩缝间距一般5m； 纵缝间距：3-4.5m，我国车道宽3.253.75m。 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、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。,5、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。,为什么设在上部？,6、砼路面与桥梁相接的处理 （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。,7、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胀缝无法设置传力杆时，可在毗邻构造物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610m的过渡板，或设置23道传力杆胀缝； 桥头未设置搭板，应设计钢筋混凝土路面。,设置胀缝并以混凝土预制块过渡，以混凝土平道牙隔断,设置水泥混凝土下埋板，其上设置渐变厚度的联结层。,尖角不利于施工,水泥混凝土路面与沥青混凝土路面相接时的处理,8、水泥砼路面的接缝材料 （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；,153普混凝土路面的原材料,一、水泥：水泥作为混凝土的胶结料，是混凝土成份中最重要的部分，一般要求采用42.5级以上的普通硅酸盐水泥。具体要求见相关规范，如书中表15-2与15-3所示。 二、粗集料要求 1、粗集料（大于4.75mm）宜选用基岩为岩浆岩或未分化沉积岩的碎石、碎卵石和卵石，要求质地坚硬、耐久、洁净。 2、高速公路、一级公路、二级公路以及有抗冻、抗腐蚀要求的水泥混凝土，粗集料等级取一级或二级；无抗冻、抗腐蚀要求的三级、四级公路以及贫混凝土基层使用三级集料。 3、粗集料有严格颗粒级配组成。其级配范围见表15-5所示。,三、细集料要求 1、细集料（小于4.75mm）应采用质地坚硬、耐久、洁净的天然砂、机制砂或混合砂，符合表15-6的规定。 2、高速公路、一级公路、二级公路以及有抗冻、抗腐蚀要求的三、四级公路水泥混凝土，细集料等级取一级或二级；无抗冻、抗腐蚀要求的三级、四级公路路面混凝土路面以及碾压混凝土基层使用三级集料。 3、细集料要有严格颗粒级配组成。其级配范围见表15-7所示。,四、水的要求 1、so42-含量小于0.0027mg/mm3； 2、含盐量不能超过0.005mg/mm3； 3、ph值不得小于4。 五、外加剂 是混凝土的重要组成部分。种类以及要求见表15-8。 六、接缝材料 1、接缝材料类型与要求： （1）接缝板要能适应面板的膨胀与收缩，且施工时不变形、耐久性好。 （2）填缝料要能粘结力强，且材料回弹性能好，能适应混凝土面板的膨胀与收缩，不溶于水、不渗水、高温不溢出、低温时不脆裂和耐久性好。,2、胀缝板：应选用能适应混凝土面板膨胀与收缩，施工时不变形、弹性复原率高、耐久性好的材料。高等级公路宜采用塑胶、橡胶泡沫或沥青纤维板；其他各级公路可采用各种胀缝板。具体技术指标见下表：,3、填缝材料：填缝材料有常温施工式和热施工式两种类型。常温施工式有：聚酯、硅树脂类，氯丁橡胶、沥青橡胶类等；热施工式有：沥青玛蹄脂类，聚氯乙烯胶泥类，改性沥青类等。高等级公路优先选用树脂类、橡胶类或改性沥青类，并宜在填缝料中加入耐老化剂。 常温施工式填缝料技术要求 表15-10,热施工式填缝料技术要求 表15-11,第四节 水泥混凝土的材料设计 1、路面混凝土的技术要求 1）强度要求：以28d龄期的弯拉强度为控制指标。先根据交通量和公路等级确定路用混凝土设计弯拉强度标准值fr，再据此计算配制弯拉强度fc 。 2）工作性要求：新拌混凝土拌和物，必须具有一定的流动性、均匀不离析、不泌水等性质，以适应运送、灌注、捣实等施工要求。通常用稠度表示。测定稠度的方式有坍落度和维勃稠度两种，由于坍落度试验较为简单、直观，所以工程实践中大多采用坍落度来表征混凝土的稠度。 3）耐久性要求：水泥混凝土耐久性要求主要包括4个方面：一是含气量要求，二是最大水灰(胶)比要求、三是最小单位水泥用量要求，四是严寒地区路面混凝土抗冻标号的要求。,2、面层材料组成 1）水泥：选用硅酸盐水泥，标号42.5/32.5，各项指标符合国标要求。中等及轻交通的路面，也可采用矿渣硅酸盐水泥。 2）主要指标：抗折强度、凝结时间、细度、安定性、氧化镁含量、三氧化硫含量。粗集料主要指标：最大粒径、压碎值、针片状含量、含泥量等；细集料主要指标：细度模数、含泥量；（工程中一般采用细度模数在2.33.2之间的中砂 ）外加剂主要类型：缓凝剂、膨胀剂、减水剂、引气剂等；,3、水泥砼性能实验 混凝土抗折强度实验 混凝土抗压强度实验 混凝土抗折弹性模量 混凝土收缩性能实验 混凝土抗冻性能实验,4、影响水泥砼强度的因素（抗折强度） 1）水泥类型及性质 道路硅酸盐水泥硅酸盐水泥普通水泥矿渣水泥； 水泥的安定性、收缩性对混凝土路面的抗折强度有重大影 响，应严格控制氧化镁、三氧化硫含量； 2）粗集料：滑模摊铺混凝土路面粗集料最大粒径，碎石定为30mm，砾石为20mm。压碎值一般不应大于12%，最大不应大于20%。粗集料针片状含量不大于10%。集料的含土(泥)量和软弱颗粒的影响：土使得抗折强度减小，收缩变大。,3）细集料细度模数的影响：随着砂细度模数增加，抗折强度和抗压强度均略有增大。当砂越来越粗时，砂对于嵌锁力的贡献逐渐增强，而嵌锁力提高必然带来抗折强度的增大。 4）单位水泥用量：随着水泥用量的增大，混凝土抗折强度增大。 5）水灰比：相同水泥用量时，水灰比增加，抗折强度缓慢下降，抗压强度则下降较快。同时增大单位水泥用量和降低水灰比，抗折强度有较明显提高。 6）含气量：含气量增大，抗压强度线性降低，抗折强度先增大，后减小。抗折强度较高的含气量在2%6%，抗折强度可提高10%15%。,1、施工准备工作 （1）施工机械选择：摊铺设备、搅拌设备。 （2）布置拌和场拌和场布置原则：交通便利、空间足够、水电方便。 （3）材料试验与配合比设计：对选定粗、细集料等进行相关试验，验证满足集料技术指标要求，然后进行配合比设计。 （4）基层质量的检查与整修：保证水泥混凝土路面基层的平整、坚实，平面尺寸、标高和横坡满足要求。 （5）洒水润湿、加铺沥青薄层或防水薄膜：洒水防止水泥混凝土铺筑时下部水份散失，引起干缩裂缝。,第五节 水泥混凝土路面施工,2、混凝土板施工顺序 立模 安置钢筋网 混凝土拌和运输 摊铺与振捣 设置接缝 表面处理 养生与填缝,混凝土浇筑,3、施工,路面养护,路面开裂,1、钢筋混凝土路面 （1）适用场合：混凝土板块尺寸较大时，或基层易产生不均匀沉降或板下埋有地下设施时。 （2）特点：配置纵、横向钢筋网，主要目的是控制裂缝的开展； （3）配筋计算：每延米的配筋量cm2 ： （4）注意点： 钢筋最小间距大于最大粒径两倍以上，搭接长度应为直径的24倍以上，钢筋保护层厚度大于5cm； 板长一般10-20m，不超过3