《刚性路面》PPT课件.ppt

第十一章 刚性路面,111 刚性路面的特点与损坏现象 112 水泥混凝土路面结构组合设计 113 混凝土路面板厚设计 114 水泥混凝土路面板平面尺寸确定 115 接缝设计与局部钢筋补强 116 水泥混凝土路面施工工艺,刚性路面主要指水泥混凝土路面，包括素混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土、预应力混凝土、装配式混凝土、钢纤维混凝土等面层板与基层组成的路面。 本章主要介绍素混凝土路面，即除接缝处及边角外不配钢筋的混凝土路面。 内容包括路面特点、损坏现象、结构组合、板厚设计、接缝设计、补强设计、材料组成与配比设计、施工工艺及质量控制。,水泥混凝土路面的分类 水泥混凝土路面是以水泥与水合成的水泥浆为结合料，以碎（砾）石、砂为集料，加适当的掺合料及外加剂，拌合成水泥混凝土混合料铺筑而成的高等级路面。经过一段时间的养护，能达到很高的强度与耐久性。 水泥混凝土路面属于刚性路面，它由混凝土面板和基层、垫层组成。根据材料的要求、组成及施工工艺的不同，水泥混凝土路面包括普通混凝土、碾压混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土、钢纤维混凝土等。,（）普通混凝土 目前采用最广泛的是就地浇筑的普通混凝土路面。普通混凝土又称有接缝素混凝土，是指仅在接缝处和一些局部范围（如角隅、边缘）内配置钢筋的水泥混凝土面层。这是目前应用最为广泛的一种面层类型。混凝土面层通常采用等厚断面，其厚度多变动于1830cm，视轴载大小和作用次数以及混凝土强度而定。面层通常采用整体（整层）式浇筑；面层较厚时，也可采用双层浇筑方式。面层由纵向和横向接缝划分为矩形板块。 （）碾压混凝土 这是一种采用不同方法施工的普通混凝土。它不是在混合料内部振捣密实成型，而是采用类似于水泥稳定粒料基层的施工方法铺筑，通过路碾压实成型。这类面层具有不需专用的混凝土铺面机械施工，完工后可以较早地开放交通 （如7或14），还可以采用粉煤灰掺代水泥而降低造价。碾压混凝土面层目前主要用于行车速度不太高的道路、停车场或停机坪的面层；或者用作下面层，在其上面铺筑高强的普通混凝土、钢纤维混凝土或沥青混凝土薄面层，而形成复合式面层。,（）钢筋混凝土 这是一种为防止混凝土面层板产生的裂缝缝隙张开而在板内配置纵向和横向钢筋的混凝土面层。通常，它仅在下述情况下采用：板的长度较大，如6 以上；板下埋有沟、管、线等地下设施或者路基可能产生不均匀沉降而使板开裂；板的平面形状不规则或板内开设孔口等。钢筋混凝土路面由于板的长度大，接缝缝隙宽，因而在横缝内应设置传力杆以提供相邻板的传荷能力。 （）连续配筋混凝土 除了在邻近构造物处或与其他路面交接处设置胀缝，以及视施工需要设置施工缝外，在路段长度内不设横缝，并配置纵向连续钢筋和横向钢筋。连续配筋混凝土面层的厚度为普通混凝土面层厚度的0.80.9倍。这类面层由于钢筋用量大，造价高，一般仅用于高速公路或交通繁重的道路，或者用于加铺已损坏的旧混凝土路面。 （）钢纤维混凝土 在混凝土中掺拌钢纤维，可以提高混凝土的韧度和强度，减少其收缩量。钢纤维可以采用不同方式制造，如钢丝截断法、薄钢板剪切法、熔抽法和钢坯铣削法，由此得到不同形状和横截面的纤维。由于钢纤维混凝土的造价高，因而这类面层主要用于设计标高受到限制的旧混凝土路面上的加铺层，或者用作复合式混凝土面层的上面层。,111 刚性路面的特点与损坏现象,一、刚性路面的特点 1、强度高、耐久性好；稳定性好；平整度与粗糙度好；养护费用低；利于夜间行车。 2、造价高，水泥和水的需求量大；有接缝；维修困难；开放交通较迟；白天行车不利；施工复杂，速度慢。 适用于交通繁重的工矿道路、机场跑道、干线公路、隧道等特殊路段。,二、刚性路面的损坏现象 1、断裂 2、碎裂 3、唧呢 4、错台 5、拱起 6、剥落、缝隙拉宽、填缝料脱落,112 水泥混凝土路面结构组合设计,一、面层 水泥混凝土面层板主要考虑弯拉应力与温度翘曲应力。两力叠加不应超过混凝土的抗折强度，否则面层板将破坏。 特殊面层材料不再赘述。 面层通常采用等厚式，分成小块。 面层板厚度视交通量大小而定，最小厚度18cm。,混凝土面板： 板边受力大于板中 厚边式面板 等厚式断面板+板边配筋 混凝土面板性能要求： 弯拉强度 表面平整 耐磨 抗滑,二、基层与垫层 因面层板强度较高，基层不主要起承重作用，主要目的是防唧呢、防冰冻、防水、防错台，同时为施工提供方便。 设置基层的主要作用：混凝土面板提供均匀稳定的支撑防止唧泥和冻胀的不良影响保证路面整体强度和有较好的平整度便于混凝土面层支模板施工提高基础的综合回弹模量，减小混凝土面板拉应力，延长混凝土板的使用寿命。 基层顶面当量回弹模量应满足规定要求。,采用非整体性材料做基层，在行车荷载反复作用下，易产生较大的塑性累计变形，而且不均匀，从而导致面层板的弯拉应力加大而破坏。 特重交通道路宜采用贫混凝土、碾压混凝土或沥青混凝土做基层；重交通道路采用水泥稳定粒料或沥青稳定碎石基层；中等和较轻交通的公路，可采用水泥稳定粒料、石灰粉煤灰稳定粒料类或级配粒料类、水硬性工业废渣稳定类基层。 实践证明：采用无机结合料稳定类和工业废渣类作基层效果较好。厚度一般在15cm以上，每侧比面层应宽2530cm。,在水文不良路段（湿软地区），设置垫层以起排水的作用。 在冰冻深度大于0.5m的季节性冰冻地区，为防止路基可能产生的不均匀冻胀对混凝土面层的不利影响，路面结构应有足够的总厚度，否则应加垫层。,水泥混凝土路面最小抗冻层厚度,三、土基 通过刚性面层和基层传到路基上的压应力很小，一般不超过0.05Mpa。然而如果路基的稳定性不足，在水、温度等自然因素的变化影响下，路基将出现较大的变形，造成不均匀沉陷，导致对面层板的不均匀支撑，使面层板在荷载作用下底部产生过大的弯拉应力而破坏。 对路基的要求首先要保证足够的稳定性和强度，与路面紧密接触，不致因承受荷载、气候及其它因素的影响而改变形状、降低强度等。 土基应密实、均匀、稳定，并具有良好的湿度。强度不小于20MPa,防止产生不均匀支承。 通常将基（垫）层和土基合称为地基，其顶面当量回弹模量应符合相应交通等级的要求。,113 水泥混凝土路面板厚度计算,水泥混凝土板的厚度，主要取决于预定的使用年限、荷载大小和交通量。厚度计算所依据的设计标准是：以使用年限末期混凝土板出现疲劳开裂为临界状态，即板的厚度要满足车辆荷载产生的应力p不超过混凝土材料在设计年限末期的疲劳强度f。并满足,一、混凝土板的计算荷载应力p,计算荷载应力p的确定是以半无限地基上的弹性薄板理论为基础，求得汽车荷载作用下混凝土板产生的最大应力，并考虑各种影响因素综合确定。 pKdKc max (Mpa) 其中： Kd， Kc为动荷系数与综合系数； max为轴载作用下的最大应力，与 h,P,Es,Ec有关。,1、标准轴载与计算荷位 混凝土板厚度设计以BZZ-100为标准轴载。 计算荷位如图。 根据有限元分析结果，得到在汽车荷载作用下板内产生最大应力的位置。其中1、2为纵横缝边缘中间，适用于不设传力杆的情况；3为板中临界荷位，适用于设传力杆的情况。,x,y,（b）板中临界荷位,计算轮,（3）,2、荷载应力max的计算 道路设计应用半无限地基上矩形板的有限元程序，对矩形板在不同荷载作用下的应力状况予以分析，并根据板边、板中不同计算荷位，分别绘制了应力计算诺谟图。,查图方法示意图,板中荷位时荷载应力计算诺谟图,板边荷位时荷载应力计算诺谟图,3、考虑各影响因素对max 的影响 1）动荷系数：考虑路面不平整、车辆自振等因素； 2）综合系数：考虑汽车超载、偏载、路面结构不均等因素。 各交通等级对应的系数见表。,二、混凝土的抗弯拉疲劳强度f,混凝土材料承受汽车荷载重复作用时，会在低于静载一次作用下的极限应力值时出现破坏，这种强度降低的现象即为疲劳现象。出现疲劳现象的重复应力大小，即称为疲劳强度f。实践经验证明： f与混凝土的设计强度（抗折强度）fm、汽车荷载重复作用次数Ne有关。通过室内小梁疲劳试验得到疲劳方程计算式： f fm（0.085-0.063lg Ne),三、混凝土板厚设计步骤,1、轴载换算（40KN) 其中：n为后轴数系数，考虑单、双后轴，是否设传力杆，Ec/Es值等按规范确定。,2、根据Nli=Ncin,确定交通等级与设计年限 3、确定各计算参数。包括Kd、Kc、fcm、Ec、Et 4、计算设计年限内设计车道上标准轴载累计作用次数 5、计算混凝土抗弯拉疲劳强度 f fm（0.085-0.063lg Ne),6、计算基层顶面的计算回弹模量ES=nEt 7、初估板厚，按交通等级取中值 、计算荷载应力pKdKc max 、验算并确定板厚,混凝土板平面尺寸的确定,平行于道路中心线的纵缝之间的宽度为板宽，一般为，最大不超过；垂直于道路中心线的横缝间距为板长，一般为，最大不超过。 混凝土板具体布置形式可灵活多样。,混凝土板之所以设缝分成若干矩形板，是因为混凝土板受温度影响将产生翘曲变形和收缩变形，板的尺寸初定以后，还应进温度翘曲应力的验算。使混凝土板中或板边计算荷位处，因计算荷载与温度所产生的综合应力不超过混凝土计算抗折强度 fm 。即 ,接缝设计与局部钢筋补强,纵缝、横缝 胀缝、缩缝、施工缝 交叉口接缝布置 板边补强 角隅补强 混凝土板同构造物相接处的处理,混凝土路面接缝设置及变形开裂,一、纵缝,纵缝位置与间距 纵向缩缝与纵向施工缝：当一次铺筑宽度大于4.5m时，应增设纵向缩缝，纵向缩缝采用假缝形式，应设置拉杆。 一次铺筑宽度小于路面宽度时，应设置纵向施工缝，施工缝采用平缝形式，并应设置拉杆。 纵缝构造（平缝、企口缝） 拉杆尺寸、数量、间距、钢筋类型,纵向施工缝,纵向缩缝,二、横缝,（一）胀缝 设置目的：为混凝土板膨胀伸长提供余地，避免产生过大的热压应力。 设置条件： 、夏季施工，板厚CM，可不设； 、其它季节，以为宜； 、混凝土板与桥梁或其它构造物、交叉口相接处、板厚变化处、小半径平曲线、竖曲线处；混凝土路面端部二或三条横缝均应设为胀缝。,胀缝构造,不设传力杆型 设传力杆型 厚边型 边缘钢筋型,缺陷：薄弱环节；施工不便；传力杆设置不当（未能正确定位）使胀缝处的混凝土碎裂；渗水；砂石进入胀缝后，造成胀缝处板边挤碎、拱胀；引起行车跳动；填缝料又要经常补充或更换。 我国现行公路水泥混凝土路面设计规范规定，胀缝应尽量少设或不设。 减少胀缝措施：增大基层表面的摩阻力；在气温较高时施工,（二）缩缝,缩缝一般为假缝，根据交通等级考虑是否设传力杆。传力杆采用级光圆钢筋，一端涂沥青。 由于缩缝缝隙下面板断裂面凹凸不平，能起一定的传荷作用，一般不必设置传力杆，但特重和重交通的道路，横向缩缝应加传力杆；其它各级交通的公路上，在邻近胀缝或路面自由端部的3条缩缝内，均宜加设传力杆。,（三）施工缝,施工缝尽量做在胀缝或缩缝处，其构造同胀缝与缩缝构造相同。 设在胀缝处的施工缝，其构造与胀缝相同；设在缩缝处的施工缝应采用平缝加传力杆型。需设在缩缝之间时，采用设拉杆的企口缝形式。,接缝材料接缝板和填缝料 接缝板能适应混凝土面板的膨胀收缩，且施工时不变形、耐久性良好的材料。 填缝料能与混凝土面板缝壁粘结力强、回弹性好、能适应混凝土面板收缩和膨胀、不溶于水和不渗水、高温时不溢出、低温时不脆裂和耐久性好。,三、交叉口接缝布置,纵缝与横缝一般作成垂直正交，使混凝土板具有90度的角隅。纵缝两旁的横缝一般成一条直线。,目前国外流行一种新的混凝土接缝布置形式，即胀缝甚少，缩缝间距不等，按4、4.5、5、5.5、6m的顺序设置，而且横缝与纵缝交成80左右的斜角。 如设传力杆，则传力杆与路线平行，其目的是使一辆车只有一个后轮横越接缝，减轻由于共振作用所引起的行车跳动的幅度，同时也可缓和板伸张时的顶推作用。,字路口 接缝设置,TY交叉口 接缝设置,四、板边与角隅补强,边缘钢筋：设置在纵、横自由边下部（1/4）h处，螺纹钢筋。 角隅钢筋：设置在砼板上部距板顶不小于，螺纹钢筋。,边圆钢筋、角隅钢筋布置,五、混凝土与构造物相接处的处理,混凝土路面与柔性路面相接,尺寸单位：mm,与桥梁相接,构造物横穿道路处理 与雨水口及检查井相接,11-6 水泥混凝土路面施工工艺,一、施工准备 、原材料质量检测 、混凝土配合比设计与试验 、混凝土拌和场地选择 、施工设备检查 、基层检查与整修 、施工放样 7、试验路段 8、开工申请,面层混凝土必须具有较高的抗弯拉强度和耐磨性，良好的抗冻性以及尽可能低的膨胀系数和弹性模量。此外，混合料还应有适当的施工和易性。 水泥 一般水泥的强度等级不得低于42.5，特重交通道路的路面不宜低于52.5。水泥用量不得小于300kg/m3（非冰冻地区）或320kg/m3（冰冻地区）。 粗集料 指粒径大于5mm的碎（砾）石，应质地坚硬、耐久、洁净，颗粒应接近立方体，表面粗糙，空隙率和比表面积大，最大粒径不应超过40mm。最好不用石灰岩碎石，因为它易被磨光，导致路面表面过滑。符合使用要求的砾石也可采用，但在使用时宜掺加占总量1/31/2以上的轧碎砾石。砾石混凝土一般用于双层式混凝土路面板的下层。采用连续级配的集料，混凝土的和易性和均匀性较好；采用间断级配的集料则强度较高。,细集料 混合料中小于5mm的细集料可采用天然砂、人工砂或石屑。细集料颗粒要求坚硬耐磨，具有良好的级配，表面粗糙而有棱角，清洁和有害杂质少，细度模数在2.5以上。 水 清洗集料、拌和混凝土及养生所用的水，不应含有影响混凝土质量的油、酸、碱、盐类、有机物等。一般以饮用水为宜；非饮用水，经化验合格也可使用。 外加剂: A减水剂 、 B引气剂、 C缓凝剂、D早强剂、 E防水剂,其他施工前的准备工作： 选择混凝土拌和场地 运送混合料的运距最短、接近水源和电源、堆放砂石材料和搭建水泥库房。 材料准备及质量检验 施工前应分批备好所需的各种材料，并在使用前进行核对、调整，各种材料应符合规定的质量要求。 基层的检验与整修 混凝土路面板下基层的宽度、路拱与标高、表面平整度和压实度。 混合料配合比检验与调整 进行配合比设计及检验，选用水泥用量最省、强度符合要求的最佳配合比。 施工放样及机械准备 首先根据设计图纸恢复路中心线和混凝土路面边线，在中心线上每隔20m设一中桩，同时布设曲线主点桩及纵坡变坡点、路面板胀缝等施工控制点，并在路边设置相应的边桩，重要的中心桩要进行拴桩。施工前必须做好各种机械的检修工作，在保证主导机械发挥最大效率的前提下，选用的配套机械应尽可能的少。,二、模板安装 木模、钢模，宜支宜拆。 安装应平顺、牢固，衔接良好；高程一致、不得错位。 模板内侧涂刷润滑剂，以利于脱模。,三、混合料的拌制与运输 自落式拌合机、强制式拌合机 计量要准确 严格拌和时间及加水量 检测塌落度、制作抗折（压）试件 运输中防止离析、漏浆和污染,混凝土拌合物运输注意事项 （1）运输混凝土的车辆装料前，应清洁车厢（罐），洒水润壁，排干积水。装料时，自卸车应挪动车位，防止离析。搅拌楼卸料落差不应大于2m。 （2）混凝土运输过程中应防止漏浆、漏料和污染路面，途中不得随意耽搁。自卸车运输应减小颠簸，防止拌合物离析。车辆起步和停车应平稳。 （3）超过表9-14规定摊铺允许最长时间的混凝土不得用于路面摊铺。混凝土一旦在车内停留超过初凝时间，应采取紧急措施处置，严禁混凝土硬化在车厢（罐）内。 （4）烈日、大风、雨天和低温天远距离运输时，自卸车应遮盖混凝土，罐车宜加保温隔热套。 （5）使用自卸车运输混凝土最远运输半径不宜超过20km。 （6） 运输车辆在模板或导线区调头或错车时，严禁碰撞模板或基准线，一旦碰撞，应告知测量人员重新测量纠偏。 （7） 车辆倒车及卸料时，应有专人指挥。卸料应到位，严禁碰撞摊铺机和前场施工设备及测量仪器。卸料完毕，车辆应迅速离开。 （8）碾压混凝土卸料时，车辆应在前一辆车离开后立即倒向摊辅机，并在机前1030cm处停住，不得撞击摊铺机械，然后换成空挡，并迅速升起料斗卸料，靠摊铺机推动前进。,四、混合料的摊铺与振捣 摊铺均匀，防止离析，控制松铺系数。 先用插入式振捣器振捣，再用振动梁振捣， 最后用滚杠滚压提浆。 可采用真空吸水工艺，既增大水灰比易于施工，又能提高早期强度。,五、接缝施工 、纵缝：按施工方法需要设置。 、缩缝：切缝法和压缝法。 、胀缝；顶头木模固定法、钢筋支架固定法。 、接缝封填：能与混凝土面板缝壁粘结力强、回弹性好、能适应混凝土面板收缩和膨胀、不溶于水和不渗水、高温时不溢出、低温时不脆裂和耐久性好。,六、表面修整与拆模养生 抹面可用圆盘抹平机，或用铁（木）抹子人工抹平。 抹平后应拉毛或刻槽以防滑。 拆模时间视温度而定，应仔细小心。 可喷洒薄膜养生剂养生、或洒水养生，一般天。,养生方式及时间 混凝土板抗滑构造软拉制作完毕后应立即养生。滑模摊铺水泥混凝土路面宜采用喷洒养生剂及保湿覆盖的方式养生。在雨季或养生用水充足的情况下，也可采用覆盖砂、旧麻袋、草袋、草帘、稻草等洒水湿养生方式。不宜使用围水养生方式。昼夜温差大的地区，路面摊铺后3d内宜采取覆盖保温措施防止发生裂缝和断板。 养生时间应根据混凝土弯拉强度增长情况而定，当大于等于设计弯拉强度的80时，可停止养生。一般养生天数宜为1421d，不应少于14d。掺粉煤灰的水泥混凝土路面，最短养生时间不宜少于28d。 养生期保护 混凝土板在养生期间和填缝前，严禁人、畜、车辆通行，在达到设计强度40，撤除养生覆盖物后，行人方可通行。在确需行人、车辆横穿平面道口时，在路面养生期间，应搭建临时便桥。,水泥混凝土施工方法,小型机具施工工序 1）安装模板 2）钢筋布设 传力杆拉杆边缘钢筋及角隅钢筋 3）混凝土的拌制与运输 4）混凝土的摊铺和振实 5）筑做接缝 胀缝横向缩缝纵缝 6）表面整修与防滑措施 7）养生 湿治养生塑料薄膜养生 8）拆模 9）填缝,轨模式摊铺机施工工序 1）混凝土的拌制与运输 2）混凝土的摊铺和振实 安装轨模摊铺振捣 3）表面整修 表面整平精光及纹理制作 4）接缝施工 胀缝缩缝 6）表面整修与防滑措施 7）养生 湿治养生塑料薄膜养生 8）拆模 9）填缝,滑模式摊铺机施工工序 1）测量放样，悬挂基准线 2）混凝土的搅拌和运输 3）混合料的卸料、布料 4）混凝土的摊铺、振捣 4）接缝施工 胀缝缩缝 6）表面整修与防滑措施 7）养生 湿治养生塑料薄膜养生 8）填缝,七、冬季、夏季、雨季施工,（1）冬季施工 混凝土路面应尽可能在气温高于5时施工。必须在低温条件下（昼夜平均气温低于5和最低气温低于3）施工时应采取下述措施： 采用高强度等级快凝水泥，或掺入早强剂，或增加水泥用量。 加热水或集料。较常用的方法是仅将水加热。 混凝土修整完毕后，应覆盖蓄热保温材料，必要时还应加盖养生暖棚。,（2）夏季施工 混凝土拌和物在运输中要加以遮盖，及时运至工地； 各道工序应衔接紧凑，尽量缩短施工时间； 在已铺好的路面上，搭设遮光挡风设备，以避免混凝土遭到烈日暴晒并降低吹到混凝土表面的风速，减少水分蒸发。 （3）雨季施工 经常与当地气象台联系，了解近期的天气预报，抓紧在不下雨时间施工，一般有雨不施工； 预先搭建一定数量的工作雨篷，保护刚铺筑的混凝土路面，也可利用它继续铺筑，一般在下雨时，应铺筑完正在浇筑的一块板，并停工做施工缝。,八、质量控制与检查 （一）施工准备阶段 检查原材料质量（水泥、碎石、砂、水、外掺剂以及钢筋） 、混合料配比试验；施工机械、施工