连续配筋混凝土路面设计与施工技术讲解

1、1.前言连续配筋混凝土路面设计与施工技术水泥混凝土路面配筋设计长安大学张洪亮1.前言 连续配筋浪凝胳曲(Continuously Reinforced Concrete PavemenCRCP):在路面纵向连续地配有足够数債的钢筋，以 控制賂面板纵向收缩产生的裂缝宽度和数最同时，在横向也配有 一定数啟的钢筋来支搏纵向钢筋.在施工时不设胀、缩缝(施工缝 及构造所需的胀缝除外)，形成一条完鞭而平坦的行车平面.CRCP具有以下优点：消除了横向接缝，整体性和平轅度好，行车平顺舒适。 CRCP耐久性好，使用寿命长.如果设计、施工得当, 养护费用很少，虽然初期投资较高，但全寿命效益是 经济合理的.在路面内

2、增设了纵向和横向钢筋，控制了裂缝宽度， 使得裂缝紧密闭合，减少了裂缝剥落，提高了裂缝处 的传荷能力.1.前言国内外应用现状最早的CRCP于192丄年出现在黄国，当时吳国公路局在华盛顿 区修建了长60m的试验路。截止到80年，关国CRCP2.2万 km；截止到1998年，总里程超过45万km除美国外，CRCP在加拿大、澳大利亚、日本、法国、比利时、 荷兰、英国等国家也获得了广泛的使用.截止到丄980年，日本 CRCPl.Okm； 1.998年，在比利时全长1650km的高速公 路中，有650km是水泥混凝土路面，其中主要是CRCPCRCP 现已广泛应用于高速公路和其它重交通道路的新建和补强工程中

3、. 1989年江苏省在盐城一级公路上修筑了第一条连续配筋混凝土 试验路段.丄996年，西安公路交通大学与铜川公路局在2国道上修建了 一段长335m的CRCP试验工程. 1997年西安公路交通大学与河南许昌公路局在107国道上修筑 了单幅总长10km的CRCP. 200丄年长沙交通学院与湖南省高速公路公司在京珠高速公路来 宜段修建了长40.1km的CRCP 200丄年，长安大学与山东省公路局在山东济枣西线水泥混凝土 路面改造中，铺筑了连续配筋混凝土加铺层.1.前言 2003年，长安大学与山东省公路局在济聊高速公路上 修筑了连续配筋混凝土（CRC）基层沥青路面试验段。 2003年，在国道325线广

4、东恩平东段一级公路旧水泥 混凝土路面上修筑了总长1.17km的CRCP加铺层。 2005年，粤赣高速公路试验段1.574km 20082009年（约），张石高速公路石家庄段 2008年，烟威高速修建了近2km的试验段2. CRCP设计指标和设计方法2.1国内长安大学根据国家自然科学基金项目连续钢筋混凝土 路面设计理论与方法研究的研究成果，并参考了 丄993版的AASHTO规范，制订了水泥混凝土路面设 计规范(JTG D40-2002)中关于CRCP设计的规 定. CRCP的厚度，可按普通混凝土路面厚度设计的各项设 计参数及规定进行.其基(垫)层取厚度和面板厚度均 与普通混凝土路面的相同.2.

5、CRCP设计指标和设计方法连续配筋混凝土面层的纵向配筋率按允许的裂缝间距 (1.02.5m).缝隙宽度(vlmm)和钢筋屈服 强度确定，给出了平均裂缝间距计算、裂缝宽度和钢 筋应力的计算公式。连续配筋混凝土面层与其它类型路面或构造物相连接 的端部，应设置锚固结构端部锚固结构可以采用钢 筋混凝土地集或宽Hit工字钢梁接缝等形式，并推荐 出两种端部锚固结构的常用配置和尺寸。2.2国外美国混凝土学会(ACI)、波特兰水泥工作者协会 (PCA)和丄993年版的AASHTO板厚设计均采用接缝 式水泥混凝土路面设计方法，只是作了若干修正。 1993年版的AASHTO方法中最小配筋率应满足下面 两个条件：混

6、凝土的量大拉应力不大于极限拉应力，及 裂缝处钢筋的最大拉应力不大于屈服应力德克萨斯州运输部提出如下的钢筋用量设计标准：(丄) 平均裂缝间距为09-2.4m；(2)裂缝宽度小于0.64mm,以避免水进入路基；(3)钢筋应力小于钢 筋的屈服应力.2. CRCP设计指标和设计方法AASHTO 2002设计指南： CRCP的设计采用鲨证法，即先进行初步设计，根据交通量选定 板厚和配筋率，然后校核其能否在一定的可靠度水平上满足性能 的要求. 设计指标：冲斷和平茯度，裂缝宽度作为一个附加指标.冲断预测程序： (1)列表输入所需数据； (2)处理交通数据，计算等效轴载作用次数； (3)处理路面温度数据，将不

7、同小时沿板厚非线性变 化的温度转化成等效的线性温度梯度； (4)确定平均裂缝间距； (5)计算每月内平均裂缝宽度和裂缝传荷系数(LTE)；2. CRCP设计指标和设计方法冲断预测程序： (6)计算混凝土板的纵向边缘支撑的损失； (7)处理每月的相对湿度数据，将其零效温度变化加 到尊效线性温度变化中； (8)计算板顶面的临界横向拉应力； (9)确定横向裂缝刚度和LTE的衰减； (10)计算疲劳损伤； (11)确定冲断的数量。3. CRCP病售调査和影响因素分析（1）最主要病害一一边缘冲断冲断指两个间距很小（小于06m）的横向裂缝与短 的纵向裂缝和路面边缘（或纵向接缝）所围成面积.另3. CRCP

8、病售调査和影响因素分析冲断产生的机理：新建的路面，由于加筋的作用，裂缝窄.传荷能力强.板底均匀 支挥，板M拉应力小.随后，由于复车的反复作用及温度和湿度波动导致裂缝宽度变化 及局部边缘支撐丧失，部分横向裂缝出现剥落现彖.裂缝变宽或 者剥落以后，盐和水会进入板底。板底的水加剧基层侵蚀、钢筋 H蚀、19泥，處失去支挣，同时發縫处的传荷能力大量律 低.在重车作用下板顼产生较大的横向拉应力.当车辆荷载反复作用时，便累积疲劳，产生纵向裂缝，进而出现 冲断.（2）横向裂缝.调査发现裂缝宽度服从Weibull分布，初始的横向裂 缝由环境因素产生.调査了6个州的23条CRCP,并利用了LTPP中83条 CRC

9、P的调查数据，发现宽裂缝和冲断是CRCP的两大 主要病害.裂缝的变宽主要是由钢筋锈蚀后有效断面减小，钢筋 中的应力达到屈服或断裂强度引起的。3. CRCP病害调査和形响因素分析(3)纵向裂缝伊利诺斯州运输部调査分析了纵向裂缝产生的原因。发现纵向裂缝通常伴随着嵌入的纵向钢筋，不是由于钢筋锈蚀.混凝土的 蜕化或不适当的结构设计引起的，而是与施工时钢筋在混凝土内部下沉有关。3. CRCP病害调査和形响因素分析CRCP使用性能的影响因素(1) 板厚随着板厚的塔加，冲断减少，平整度提高.(2) 横向裂缝宣度和间距-裂缝宽度非常駆要，它影响裂缝处的传荷能力，特别是在使用除 冰盐的地区.将平均裂缝宽度(钢筋

10、深度处)控制在005 cm可 以将裂缝间距控制在合理的水平。“冲断多发生在较窄的裂缝间距处，约90%的冲祈发生在横向裂缝间距为0306 m时，平均裂缝间距和冲断之间没有相关性.-冲断也容易在靠近宽裂缝处产生，冲断与宽裂缝有关而不是与平 均裂缝宽度有关.3. CRCP病售调査和影响因素分析（3）混凝土材料混凝土强度越高对路面越有利，模量、干缩系数和胀 缩系数越小对路面越有利.温度胀缩系数对路面性能影响最大，粗集料类型对温 度胀缩系数影响最大.3. CRCP病害调査和影响因素分析（4）纵向配筋率裂缝间距一般会随着钢筋用量的增加而降低。在美（主要是寒冷地区）06%08%的配筋率会产生较好的裂缝开裂模

11、式和性能。野 外调査表明，增加钢筋用量会减少冲断和提高 平整度。(5)纵向钢筋的埋置深度”钢筋越靠近路表，裂缝宽度越小，冲断也越少, 但是，会造成施工困难。建议在离路表&8 cm到板中这段深度内放置钢筋。-德克萨斯州施工指南中对厚度超过330mm的 混凝土板建议采用双层配筋。3. CRCP病害调査和影响因素分析(6)裂缝传荷能力裂缝传荷能力对直接造成冲断的纵向裂缝非常重要，传荷系数应在95%以上。混凝土路面性能表明，基层侵蚀、集料嵌 挤的损失.钢筋的锈蚀、过宽的裂缝和其它 类型的接缝损坏会减小裂缝剪切刚度。(7)板宽 一般情况下，板宽与车道宽度相同.有少数工程也使用宽的路面 板以提高路面性能.

12、野外调査和分析表明.较宽的路面板使得车 辆的轴戟远离板的自由边.从而淹少板边顶面的横向拉应力.因 而减少边缘冲断的产生.(8) 横向加筋横向加筋主要是固定纵向钢筋.但部分研究表明.横向裂缝经常 与横向钢筋的位置重合.(9) 纵向接缝处的传荷能力混凝土板与路肩之间的连接越强，板顶的拉应力越小.冲断越少.3. CRCP病害调査和影响因素分析(10)基层混礙上板与基层之间的粘结影响裂缝的间距.放在沥 青稳定基层上的CRCP的裂缝模式比较理想而采用无 结合料的碎石作为基层时裂缝间距较大。在水泥稳定基层上设一层薄的沥青混凝土层效果比较 理想。如果CRCH接修筑在水泥稳定碎石或贫混凝土 上，基层和面层之间

13、需要使用使用润滑剂，以减小层 间粘结，防止反射裂缝的产生.基层模量和强度越高，冲断就越小.基层侵蚀造成的 不均匀支撑对冲断也有很大影响。在开级配排水层上 的CRCP容易破坏。4. CRCP结构和调査4.1国内CRCP路面结构和材料(1)耒宜高速公路 该段连续配筋混凝土路面的结构型式为：18cm的4%水泥稳定 碎石底基层+ 18cm的6%水泥稳定碎石基层+ lcm沥青表处 + 28cm水泥混凝丄面层.X 连续配筋混凝土面层设置单层钢筋网，纵向钢筋配筋率为 06丄,采用aisu级钢筋：横向钢筋采用e丄811级钢筋，间 距为丄00cm- 基层和底基层材料为P.O325水泥和碎石，其水泥掺量分别为 6

14、%和4%面层混凝土材料为：525#普通道路硅酸盐水泥、 级配碎石、中砂和分煤灰.4. CRCP结构和调査（3）山西省道孙吴线CRCP试验段该段连续配筋混凝土路面的结构型式：20cm天然砂 砾垫层+18cm水泥稳定砂砾底基层+18cm水泥稳定 砂砾下基层+1cm乳化沥青封层+20c m贫混凝土基 层+ icm稀浆封层+30c m连续配筋混凝土路面。双层配筋路面的纵向配筋率0.98%,横向配筋率为 0.42%；纵向钢筋上下层均采用018II级钢筋、布 设间距分别为15cm. 20cm；上下层横向钢筋均采 用616II级钢筋，布设间距40cm,上下层钢筋网距 混凝土板顶面分为10cm和20cm4.

15、CRCP结构和调査单层配筋路面纵向配筋率为0.68%,纵向钢筋采用 022n级钢筋，间距为20cm；横向配筋率为 0.13%,横向钢筋采用612II级钢筋，间距为 30cm；钢筋网布设在距路面顶面10cm处。”相比普通混凝土路面配合比降低了 1926.5mm规格 碎石的用量，同时相应增加了9.5-19mm的碎石用 量。调整后配合比为：水泥350kg：砂686 kg：粗 集料(4.7526.5mm) 1167 kg：水丄47 kg： 外加剂385 kg 4. CRCP结构和调査(7) 国道325 线K1L43+ 000K144+ 170 试 验路段 路面结构为24cmCRCP+2cmAC 丄0+

16、旧JPCP(8) 国道G325线广东恩平东段圣堂镇路段p 为旧路改造.-tt24cmCRCP+2cmAC-10+IBJPCP (经 换板压浆处理)；24cmCRCP+2cmAC-10+20cm 水泥稳定碎石(6%水泥)+20cm水泥稳定石屑(4%水泥)(9) 110国道改造 32cmCRCP+ 15cm贫混凝土 + 15cm石灰粉煤灰砂砾4. CRCP结构和调査4.2国外的CRCP结构见word文档5连续配筋混凝土原材料要求及配合比设计（1）连续配筋混凝土 国外JPCP和CRCP的混凝土材料性质（如强度、温度膨胀系数、 模量等）完全相同，认为这两种路面所用混凝七要求相同.口 目前连续配筋浪凝土

17、面层配合比设计方法与国内的接缝式水泥浪 凝土路面面层的混凝土相同，强度标准不变，耐久性标准遵照后 者高速公路有抗盐冻时的要求，塢落度标准增大10-20mm （可选择增加10mm）,同时考虔温度胀缩系数和干缩系数尽可 能降低（其中温缩系数更垂要）5连续配筋混凝土原材料要求及配合比设计最大公称粒径取26.5mm,不能超过 31.5mmo使用引气剂（含气量达到5-6%）和高效减水剂（高温施工宜采用引气缓凝高效减水剂，最大水灰比控制在0.40）:结合料中掺入粉煤灰，粗集料采用石灰石，用水量按照规范要求不大于160kg/m3o水泥用莹和粉煤灰用址国外粉煤灰对水泥的替代最在20%50%之间. 我国规范规定

18、：抗冻（盐冻）时掺粉煤灰量小单位水泥用最为 280 kg/m3；代替水泥的粉煤灰I型硅酸盐水泥宜 M30%： r型硅酸盐水泥宜M25%：道路水泥宜M20%：普通 水泥宜综合考虑国外的试验路以及我国规范的规定：粉煤灰掺址宜在 丄525%之间（若为普通水泥.包括水泥中的粉煤灰含殳） 或者经过配合比试验，综合考电强度、干缩、温编等确定最佳的 粉煤灰携粉煤灰哥小单位水泥用量为280 kg/m3；不拶粉煤灰时最小 水泥剂量为320kg/m3：为防止出现过董的干编和温缩，参阅国 外试蜀路资料.结合料t可以控制在350kg/m3以下.5连续配筋混凝土原材料要求及配合比设计相对于普通水泥混凝土，降低1926.

19、5mm档碎石 的用量，增加95丄9档的用量，砂和减水剂适当增 加口粗集料类型选择考虑温度胀缩系数和粘结强度。粘结 强度用混凝土丄d的断裂韧性（Fracture toughness）和集料的化学组成表示.粗集料分类如 下，尽量采用#1和#2集料.类型粗集料胀缩系数 （微应变）混凝土Id的断裂韧性（MPa）#131.3#24.0-6.024.3-31.3#36.0-8.017.4-24.3#48.0 3m、3.5m 4m、45m和5m。 （5）分析横向钢筋倾斜的影响横向钢筋分别与公路前进方向成90和60夹角. （6）分析纵向钢筋的埋置深度对CRCP性能的影响 钢筋分别放置在板中和距离板顶面9cm处

20、7 CRCP试验路研究（7对比不同水泥混凝土面层的效果不加粉煤灰的水泥混凝土、加粉煤灰的水泥混凝土和钢纤维水泥 泡凝土三种混凝土类型，而且拶加粉煤灰的剂试分为丄0%和 丄5%两种。（8）获取环境荷载作用下路面内部的应力、应变和温度状况20cn 开*4&水泥M石T OcmKQf不1Il9190TLM2MfcwCMS心 AC-lJ*20cn 升條匕水泥仲用TOoMtT冷1191190TLM5JOowCRCMUOca 开线M水泥碑WTOotMl牌不II19I90TLM4JOviOOdc AC7J2Oc 开圾配永泥碎用石1n9190TLM5JOciOC畑 AC-l3*20c 开MUfciKJt碎石Oa

21、t何配肝石11IS190TLM630cCXO4c AC-U*20cb 斤阪配水龙眸石*2火颐比伸1I9160TLM710cW*e AC13lc ACUGai 开凭配水死卑石HOcm纵1HI9190TLM930caCRCIOc*.HB 为*TOc*侃出眸石in19190TLMIOJ0crKlC4coAC-I3 旧水KJUI土街屆nr19190TLMI1；0cE IC* 1 e 此侥碎 A 8c 72廉他步停石哦KttAjSiilJPCPV19190C - 4亦更ATLM7 （TLM9）混抵土应变计平而布工图7 CRCP试验路研究裸度栋厦繼号d上7c132g251 (AC32a （中14c （下2

22、6A2,5? 紇a T)26 5c (AC)3（2525a (AC)TAr (CTB)”2)10JIDa 20 7c上7f2.5t5)27 5TLM7R元件埋JL潔度7 CRCP试验路研究7 CRCP试验路研究FT19: 一 7 CRCP试验路研究路面病害调查及彫响因素分析：若10%的水泥用粉煤灰来代替，CRCP的性能会更优； 基层和面层之间设沥青隔离层比石蜡隔离层要好，而 且沥青隔离层越厚性能越好；病害校严重的旧水泥路面上直接设置4cm厚的沥青混凝 土隔离层使用效果不佳；病害较严重的旧水泥路面砸裂压稳，并修筑厚度在8cm 以上的水泥稳定碎石后，修筑CRCP技果校好；改变横向钢筋与纵向钢筋倾角，可以有效控制 横向裂缝及其它病害的发生；混凝土材料.纵横向钢筋的夹角和基层类型对 密集裂缝的彩响大于混