道路工程-水泥路面与水泥路面设计课件

1、水泥路面与水泥路面设计中南大学土木工程学院道路工程系主要内容第一节 概 述 第二节 水泥混凝土路面的结构要求第三节 水泥砼路面的接缝构造与布置第四节 水泥路面结构设计 第五节 水泥路面的排水设计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）、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。有时也被称为白色路

2、面。 1、水泥混凝土路面及其特点第一节 概 述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2040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） ；

3、（6）养护维修困难； （7）对路基沉降均匀性要求高。第一节 概 述2、普通水泥混凝土路面的病害类型1）挤碎：出现于横向接缝（主要是胀缝）两侧数十厘米宽度内，表现为板的伸长受阻，板发生剪切挤碎。 2）拱起：混凝土面板在受膨胀而受阻时，某一接缝两侧的板向上拱起，表现为纵向压曲失稳。 3）错台：横向接缝两侧路面板出现的竖向相对位移。 4）唧泥：汽车行经接缝时，由缝内喷溅出稀泥浆的现象。 1）接缝破坏第一节 概 述2）面板破坏（断裂） 表现为面板的断裂和裂缝，主要是面板由于所受内应力超过了混凝土的强度而出现的横向或纵向以及板角的断裂和裂缝。 断裂裂缝可视为混凝土面层结构破坏的临界状态。 3）表面损坏包

4、括起皮、磨损、露骨、磨光等第一节 概 述唧泥第一节 概 述板块断裂、破碎第一节 概 述拱起From D H Chen第一节 概 述裂缝挤碎第一节 概 述表面剥落第一节 概 述横向裂缝局部沉陷局部修补第一节 概 述错台 FaultingFrom D H Chen路面错台Faulting第一节 概 述错台 FaultingFrom D H Chen路面错台Faulting第一节 概 述（1）性能要求：因水泥混凝土路面强度、刚度都很大，传递到土基的应力很小（一般不超过0.05MPa），对土基的强度要求要比沥青路面低。对土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

5、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。因此，要求路基（即土基）密实、稳定和均匀，一般要求基层采用水稳定性好的材料、路基处于干燥或中湿状态，沉降稳定。1、土基第二节 水泥混凝土路面的结构要求（2）引起土基不均匀支承的可能原因 不均匀沉陷：压实不均匀、填挖结合处理不佳、土基未充分固结（施工期沉降不稳定）； 不均匀冻胀：含水量在等温面上分布不均匀、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、排水加固及设垫层第二节 水泥混凝土路面的结构要求（1）基层的作用支承路面板提供合适地基模量，提高路面结构的承载能力，延长路面使用寿

6、命。减小路基（土基）顶面的压应力，减小地基的不均匀变形，缓和路基不均匀变形对面层的影响。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、基层第二节 水泥混凝土路面的结构要求（1）基层的作用防冰冻 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，可以减少路基的冰冻深度，从而减轻冰冻的危害作用。防水 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。施工面层施工(如立侧模，运送混凝土混合料等)提供方便第二节 水泥混凝土路面的结构要求粒料类（碎石、砂砾等）稳定类（水泥、

7、石灰粉煤灰或沥青稳定粒料）贫混凝土和碾压混凝土等 上述基层分别具有不同的刚度、耐冲刷能力和透水性，要根据交通等级、当地条件和经济性因素选用。（2）水泥混凝土路面的基层类型2、基层第二节 水泥混凝土路面的结构要求耐冲刷能力分5级：1级（极耐冲刷）贫混凝土（水泥含量7或8）、碾压混凝土、沥青混凝土2级（耐冲刷）厂拌水泥稳定粒料（水泥含量5）3级（较耐冲刷）厂拌水泥稳定粒料(水泥用量3.5)， 沥青稳定粒料(沥青含量3)4级（较易冲刷）现场拌水泥稳定粒料（水泥含量2.5），粒料5级（易冲刷）混杂的粒料，细粒土（3）基层的抗冲刷性2、基层第二节 水泥混凝土路面的结构要求（4）基层的设计要求2、基层（5

8、）基层的厚度要求第二节 水泥混凝土路面的结构要求最大粒径不超过基层厚度的1/3；小于0.075mm的细料含量不超过7%；粒料可采用开级配或密级配，其级配组成应符合技术规范规定要求，并应采用重型压实标准压实到较高的压实度（98100）。 （6）基层的材料要求2、基层（7）基层的宽度要求第二节 水泥混凝土路面的结构要求水泥混凝土面层应具有足够的强度、耐久性、表面抗滑、耐磨和平整。面层一般采用设接缝的普通混凝土；面层板的平面尺寸较大或形状不规则，路面结构下埋有地下设施，高填方、软土地基、填挖交界段的路基等有可能产生不均匀沉降时,应采用设置接缝的钢筋混凝土面层。其他面层类型可根据适用条件按规范取用。3

9、、水泥混凝土面层第二节 水泥混凝土路面的结构要求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、水泥混凝土面层第二节 水泥混凝土路面的结构要求第二节 水泥混凝土路面的结构要求（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

10、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 第二节 水泥混凝土路面的结构要求（1）水产生的有害影响 使无粘结粒状材料和地基土的强度降低。 由于移动车辆产生高动水压力，会使路面基层的细颗粒产生唧泥，使面板支撑不均匀或失去支撑。 混凝土路面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 国外的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

11、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。 4、水泥混凝土路面排水第二节 水泥混凝土路面的结构要求第二节 水泥混凝土路面的结构要求4）水泥混凝土路面排水路面排水系统的组成路面表面排水方式：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。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。第二节 水泥混凝土路面的结构要求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的水的排除。2）路肩铺面可选用水泥混凝土面层或沥青面层。

12、3）路肩水泥混凝土面层的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150mm, 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的总厚度不宜超过行车道面层的厚度 , 基层下应选用透水性粒料填筑。5、路肩第二节 水泥混凝土路面的结构要求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的趋势，受阻后，

13、顶面受压、板底受拉；夜晚相反，板边有翘起趋势，顶面受拉、板底受压第三节 水泥砼路面的接缝构造与布置1、水泥混凝土路面的接缝的设置目的垂直于行车方向的接缝，包括缩缝、胀缝和工作缝缩缝：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。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。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、水泥混凝土路面的横向接缝（1）横向接缝第三节 水泥砼路面的接缝构造与布置 胀缝的构造 胀缝是贯通接缝、缝宽达到20mm左右

14、、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）横缝的构造与设置第三节 水泥砼路面的接缝构造与布置4-in. CoreLane 2Lane 3Broken #4 Tie BarBase pumped, forming void 3 inches deep by 5 inches wideYellow represents layer of clean coarse aggregate left behind after pumpingFaulted as much as2 in

15、chesDetail at Faulted Joint5 in.3 in.第三节 水泥砼路面的接缝构造与布置缩缝间距一般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。 缩缝的构造假缝型假缝+传力杆企口缝+传力杆第三节 水泥砼路面的接缝构造与布置 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。 施工缝的构造浅槽构造图-施工缝与缩缝第三节 水泥砼路面的接缝构造与布置（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

16、面层一般6-10m ；钢筋混凝土面层一般6-15m第三节 水泥砼路面的接缝构造与布置（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：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；3、水泥混凝土路面的纵向接缝第三节 水泥砼路面的接缝构造与布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；拉杆：指用于纵缝，

17、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。拉杆设置要求：一般纵缝应设拉杆。（2）纵缝的位置（3）拉杆的设置3、水泥混凝土路面的纵向接缝第三节 水泥砼路面的接缝构造与布置分别是什么缝？bac第三节 水泥砼路面的接缝构造与布置交角：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；横缝间距：4-6 m（缩缝），我国缩缝间距一般5 m；纵缝间距：3-4.5 m，我国车道宽3.253.75 m，纵缝设置间距?趋势：胀缝少；缩缝间距不等，按4、4.5、5、5.5和6

18、 m的顺序设置；横缝与纵缝交成80度左右的斜角。 （4）纵横缝的布置第三节 水泥砼路面的接缝构造与布置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。第三节 水泥砼路面的接缝构造与布置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

19、-7cm处。为什么设在上部？第三节 水泥砼路面的接缝构造与布置（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。6、砼路面与桥梁相接的处理第三节 水泥砼路面的接缝构造与布置第四节 水泥路面结构设计 1）水泥路面的力学特征 混凝土的强度及模量远大于基层和土基强度和模量； 水泥混凝土本身的抗压强度远大于抗折强度； 板块厚度相对于平面尺寸较小，板块在荷载作用下的挠度（竖向位移）

20、很小； 混凝土板在自然条件下，存在沿板厚方向的温度梯度，会产生翘曲现象，如受到约束，会在板内产生翘曲应力； 荷载重复作用，温度梯度反复变化，混凝土板出现疲劳破坏。1、水泥混凝土路面的力学及工作特点第四节 水泥路面结构设计 2）水泥混凝土路面的力学模式 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、水泥混凝土路面的力学及工作特点第四节 水泥路面结构设计 1、水泥混凝土路面的力学及工作特点3）水泥混凝

21、土路面的工作及设计特点 抗弯拉强度低于抗压强度，决定路面板厚度的强度设计指标是抗弯拉强度；车轮荷载作用主要的影响是疲劳效应；温度差造成板有内应力，出现翘曲变形及翘曲应力，也有疲劳特性；板的使用还受限于支承条件，不均匀支承及板底脱空对板内应力的分布影响极大。第四节 水泥路面结构设计 2 水泥路面的设计标准 结构承载能力 控制板不出现断裂，要求荷载应力与温度应力的疲劳综合作用满足材料的设计抗拉强度： 即： 行驶舒适性 控制错台量，要求设置传力杆（基层及结构布置满足）稳定耐久性 控制唧泥与拱胀，要求基层水稳定性好，板与基层联结。第四节 水泥路面结构设计 1）路面结构层组合设计 2）混凝土路面板厚度设

22、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、水泥路面结构设计的主要内容4、水泥混凝土路面的荷载疲劳应力分析第四节 水泥路面结构设计 纵缝1）临界荷位概念：最大荷载和温度梯度综合疲劳损坏最大的位置-临界荷位。2）临界荷位位置：混凝土板的纵向边缘中部3）荷载疲劳应力计算考虑接缝传荷能力的应力折减系数，即应力传荷系数；考虑轴载累计作用次数的疲劳应力系数；考虑偏载和动荷载等因素对路面疲劳损坏综合影响的系数；标准轴载在四边自由板的临界荷位处产生的荷载应力。 1）胀缩应力：温度均匀变化时产生2）无限大板的翘曲应力板内任一点在温差影响下的应变： 板中部受到地基摩阻

23、力作用，板中心点不产生平面位移，x=y=0，因此： 板纵向边缘中部或窄长板，x= 0，y=0，因此 ：4、水泥混凝土路面的温度应力分析第四节 水泥路面结构设计 当气温变化较快时，由于混凝土板导热性能差，在板内产生温度差，当气温升高时板中部有隆起趋势，当气温降低时板边缘和角隅有翘起趋势。由于板的自重、地基反力和相邻板的约束作用，使部分翘曲变形受阻，从而使板内产生应力，这种应力即称为水泥混凝土板的翘曲应力。 威斯特卡德对文克勒地基的作进一步假定来计算温度应力：1) 温度沿板断面呈线性变化；2） 板与地基始终保持接触；3）不计板自重。有限尺寸板，沿板长和板宽方向上的翘曲应力解答（板长L，板宽B）：3

24、）有限尺寸板的翘曲应力第四节 水泥路面结构设计 板边中点：弹性半空间体地基时：4）温度线性分布时翘曲应力温度沿板断面呈线性变化第四节 水泥路面结构设计 对于较厚的板，采用温度沿板断面呈直线分布的假设，即按板顶和板底的温度差确定的温度梯度计算的温度翘曲应力，会得到偏大的温度翘曲应力值。为此，应考虑由于温度的非线性分布而引起的内应力。我国规范的温度应力计算： 5）温度非线性分布时翘曲应力计算第四节 水泥路面结构设计 5）温度非线性分布时翘曲应力计算第四节 水泥路面结构设计 6）温度疲劳应力公式第四节 水泥路面结构设计 临界荷位处的温度应力：面层类型适用条件普通混凝土面层各级公路连续配筋混凝土面层高

25、速公路沥青上面层与连续配筋混凝土或横缝设传力杆的普通混凝土下面层组成的复合式路面特重交通的高速公路碾压混凝土面层二级及二级以下公路、服务区停车场钢纤维混凝土面层标高受限路段、收费站、混凝土加铺层和桥面铺装矩形或异形混凝土预制块面层服务区停车场、二级及以下公路桥头引道沉降未稳定段5、水泥路面结构组合设计1）面板要求第四节 水泥路面结构设计 5、水泥路面结构组合设计2）面板厚度要求第四节 水泥路面结构设计 3）面板构造深度要求第四节 水泥路面结构设计 5、水泥路面结构组合设计4）基层要求：刚度和稳定性；厚度要求；基顶当量回弹模量要求5）基层类型要求：第四节 水泥路面结构设计 5、水泥路面结构组合设

26、计6）基层厚度要求第四节 水泥路面结构设计 5、水泥路面结构组合设计土基：1）干湿类型保证；2）填料；3）密实、稳定和均匀7）垫层8）路基第四节 水泥路面结构设计 5、水泥路面结构组合设计School of Transportation Southeast University，China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科第五节 水泥混凝土路面结构排水设计Pumping AC over CTB水泥稳定粒料层的唧泥第五节 水泥混凝土路面结构排水设计School of Transportation Southeast University，China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科Pumping水泥混凝土路面的唧泥第五节 水泥混凝土路面结构排水设计School of Transportation Southeast University，China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科Pumping水泥混凝土路面的唧泥第五节 水泥混凝土路面结构排水设计School of Transportation Southeast University，China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科Faulting水泥混凝土路面的错台第五节 水泥混凝土路面结构排水设计School of Transportation Southeast Univer