计划连续配筋混凝土路面设计施工技术及其应用资料

连续配筋混凝土路面设计施工技术及其应用pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT或下载源文件到本机查看。公路2004年6月第6期HIGHWAYJun.2004No.6文章编号:0451-0712(2004)06-0032-04 中图分类号:U416.216.2 文献标识码:B连续配筋混凝土路面设计施工技术及其应用蔡东锋(武汉市公路勘察设计院武汉市430015)摘要:新规范以“概率极限状态设计法”取代原规范的“定值设计法”使路面结构更为符合实际情况。连续配,筋混凝土路面因具有耐久性好、行车舒适平顺、施工进度快和极少养护等优点,现已广泛应用于高等级公路。结合新规范对连续配筋混凝土路面设计及施工技术做一些分析探讨,并介绍连续配筋混凝土路面的应用状况。 关键词:连续配筋混凝土路面;概率极限状态设计法;高速公路;高级路面《公路水泥混凝土路面设计规范》JTGD40(2002)以“概率极限状态设计法”取代原规范的“定值设计法”即在度量路面结构可靠性上由经验方法转,变为运用统计数学的方法,从而使路面结构更为符合实际情况。连续配筋混凝土面层可以提高路面的平整度和行车舒适性,适用于高速公路;沥青混凝土上面层与连续配筋混凝土下面层组成的复合式路面,适用于特重交通的高速公路。连续配筋混凝土路面(ContinuouslyReinforcedConcretePavement,机场道面及现CRCP)现已广泛应用于高等级公路、有道路的加固。同时,有关CRCP各方面的研究也取得了许多成果和经验，本文将结合新规范对CRCP设计及施工技术做一些分析探讨，并介绍CRCP的应用状况。1概率极限状态设计法水泥混凝土等材料本身的非均质性及施工偏差、道路使用年限内的环境和荷载条件的变化,使水泥混凝土路面结构的各项设计参数都具有一定的变异性。路面设计的宗旨是:不管路面材料类型如何,在规定的安全性、舒适性和耐久性条件下使所承担期望交通量的路面费用-效益比最佳。为了满足期收稿日期:2004-02-12望,就必须同时考虑所用路面材料在不同荷载和环境条件下涉及设计因素方面的性能,这些因素通常包括设计寿命、交通量、基层材料、施工质量和时间、材料来源和特性、材料强度以及自然条件等。这些设计参数都有一定幅度的变异,很难选定它们的设计值。因此,将概率方法应用到路面设计中是使原有设计方法变得更趋合理的必要途径。路面结构可靠度可定义为:在规定的时间内,在规定的条件下,路面使用性能满足预定水平要求的概率。路面使用性能包含结构性能和功能2个方面,可以采用断裂、车辙、错台和表面弯沉等结构性指标,或者采用平整度等功能性指标,或者采用服务能力指数等综合指标来表征路面在某一时刻的使用性能,并规定使用期末的要求水平。疲劳准则一直被广泛用作水泥混凝土路面设计指标,水泥混凝土路面结构设计以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态,其表达式为:r(pr+rtr)<fr(1)式中:为可靠度系数,依据所选目标可靠度及变异水平等级确定;pr为行车荷载疲劳应力,MPa;tr为温度梯度疲劳应力,MPa;fr为水泥混凝土弯拉术,为科学地、大规模地工程应用打好基础。参考文献:[1]JTJ057-94,公路工程无机结合料稳定材料试验规程[S].[2]沙庆林.高等级公路半刚性基层沥青混凝土路面[M].人民交通出版社,1998.[3]陈福印,等.沥青混凝土旧路面冷再生基层课题研究[J].天津公路,2000,(2).[4]WirtgenColdRecycling[M].1994.2004年第6期蔡东锋:连续配筋混凝土路面设计施工技术及其应用强度标准值,MPa。新规范对各级水泥混凝土路面结构的设计安全等级及相应的设计基准期、目标可靠度指标和目标可靠度作出了规定,同时对各安全等级的材料性能和结构尺寸参数的变异水平等级也提出了要求。涉及路面设计的每一个参数都有一定的变异性,依据伍石生等人的研究,对设计起决定作用并有显著变异性的参数主要包括水混凝土弯拉强度(MR)、水泥混凝土弯拉弹性模量(Ec)、板厚(h)、板长(L)、基层顶面的当量回弹模量(Et)、板顶面和底面的最大温度梯度(J)和使用初期设计车道标准轴载作用次数(n0)。不同参数的变异性对设计可靠度有不同的敏感性,设计可靠度对参数的敏感性从小到大依次为CV(h)、(MR)、(Ec)、(Et)、(L)、(J)CVCVCVCVCV和CV(n0),为得到较好的设计可靠度,在进行公路水泥混凝土路面设计前,必须对较敏感的参数进行精确测定。2连续配筋混凝土路面的特点水泥混凝土路面具有刚度大、扩散荷载能力强、稳定性好、抗疲劳特性好、使用年限长和施工取材方便等优点,但对超重载反应特别敏感,很容易产生早期破坏或病害,一旦出现破坏,路面修复相当困难。CRCP在纵向配有足够数量的钢筋,以控制混凝土路面板纵向收缩产生的开裂,因此CRCP完全不设胀、缩缝(施工缝及构造所需的胀缝除外)，形成一条完整而平坦的行车表面,改善了汽车行驶的平稳性,同时也增加了路面板的整体强度。CRCP具有耐久性好和行车舒适平顺、施工进度快和极少养护的优点,从长期使用性能来看,CRCP的经济性也很好。3连续配筋混凝土路面的设计连续配筋混凝土面板的厚度计算方法与无筋水泥混凝土板相同,纵向配筋率按允许的裂缝间距、缝隙宽度和钢筋屈服强度确定,横向钢筋的用量参考规范中相关公式计算确定。3.1结构组合设计路基应稳定、密实和均匀,对路面结构提供均匀支承。连续配筋混凝土面层适用于高速公路;沥青混凝土上面层与连续配筋混凝土下面层组成的复合式路面,适用于特重交通的高速公路。对于重交通,可以采用水泥稳定粒料或沥青稳定碎石基层,对于特[1]—33—重交通,可以采用贫混凝土、碾压混凝土或沥青混凝土基层。底基层可以采用级配粒料、水泥稳定粒料和石灰粉煤灰稳定粒料,厚度一般为200mm。路肩铺面结构应具有一定的承载能力,其结构组合和材料选用应与行车道路面相协调,并保证能排除进入路面结构中的水。CRCP由于裂缝间距的随意性,在应力分析时难以确定板块的尺寸,厚度计算近似按普通水泥混凝土面层的各项参数和规定进行。水泥混凝土路面结构设计以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态,其表达式采用式(1)。3.1.1荷载应力分析pr=KrKfKcprpsps(2)式中:为标准轴载Ps在临界荷位处的荷载疲为标准轴载Ps在四边自由板的临劳应力,MPa;界荷位处的荷载应力,MPa;Kr为考虑接逢传荷能力的应力折减系数;Kf为考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数;Kc为考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数。3.1.2温度应力分析tr=Kttm 式中:tr(3)为临界荷位处的温度疲劳应力,MPa;tm为最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力,MPa;Kt 为考虑温度应力累计疲劳作用的疲劳应力系数。式(2)、3)中参数的取值或计算见《(公路水泥混凝土路面设计规范》JTGD40-2002)附录B。(3.2接缝设计连续配筋混凝土面层的纵缝拉杆可由板内横向钢筋延伸穿过接缝代替,连续配筋混凝土面层与其他类型路面或构造物相连接的端部,应设置锚固结构,端部锚固结构可采用钢筋混凝土地梁或宽翼缘工字梁接缝等形式。3.3钢筋配置连续配筋混凝土面层的纵向配筋率按允许的裂缝间距(1.0〜2.5m)、缝隙宽度和钢筋屈服强度确定，通常为0.6%〜0.8%。最小纵向配筋率，冰冻地区为0.7%,一般地区为0.6%。CRCP纵向配筋计算按照《公路水泥混凝土路面设计规范》JTGD40(-2002)附录E的方法进行计算,横向钢筋的用量参考相关公式计算确定。连续配筋混凝土面层的纵向和横向钢筋均应采用螺纹钢筋,其直径为12〜20mm。—34—公路2004年第6期凝土的密实性。另外,为防止水泥混凝土拌和料水分蒸发过多,施工期间气温过高或风力过大时,不得进行水泥混凝土的摊铺。4.5施工缝处理CRCP施工过程中,应尽量避免临时的施工中断。当确实难以避免时,在施工缝位置必须增设50%的纵向钢筋,每隔一根纵向钢筋布置一根补强钢筋,补强钢筋的直径与纵向钢筋相同,且具备足够长度,补强钢筋插入两侧水泥混凝土面板的深度不得小于1m。4.6端部处理由于CRCP取消了横向接缝,在路面与桥梁等结构物、沥青混凝土路面和普通水泥混凝土路面等相接处,因水泥混凝土热胀冷缩会形成纵向位移。为防止产生巨大水平推力而造成路面的损坏或影响构造物的稳定性,必须采取合适的端部处理措施,以约束、调节或消除纵向位移。目前国内外常用的端部处理措施主要有矩形地梁锚固和宽翼缘工字梁接缝2种形式。4.7养生CRCP的养生至关重要,养护剂必须沿各个方向喷洒均匀,保证在水泥混凝土表面形成完全封闭的养护膜,在气温较高或风力较大时宜加盖湿麻袋进行湿法养生。5连续配筋混凝土路面的应用20世纪80年代以来CRCP得到了快速发展,在比利时、法国等欧洲国家已被广泛应用于高速公路。我国先后在江苏盐城、河南许昌等地的旧路补强工程中采用过,在湖南耒宜高速采用了40.1kmCRCP,路面结构为:28cm厚CRCP+18cm厚6%水泥稳定碎石基层+18cm厚4%水泥稳定碎石底基层,采用滑模摊铺施工技术。美国已建造45000多kmCRCP,目前CRCP主要在伊利诺斯州、俄克拉荷马州、俄勒冈州、南达科塔、德克萨斯州和维吉尼亚等地修建。AASHTO2002Guide采用目标可靠度的设计方法，裂缝宽度控制在0.51〜1.02mm,板厚20〜38cm（一般25〜33cm）,路肩采用与路面相同的结构（通常宽3.65m）,水泥混凝土强度采用14d或28d抗压强度作为控制指标,对于集料类型和最大粒径、基层材料和厚度也有不同的规定。在美国纵向配筋率为0.55%〜0.70%,但在欧洲最高达到0.85%。[4][3]4连续配筋混凝土路面的施工水泥混凝土路面工程的施工应保证水泥混凝土路面工程的施工质量及营运的安全可靠性。营运安全性主要体现在路面平整度及抗滑等指标的严格要求上,营运可靠性体现在按不同等级规定的可靠度要求来规范施工全过程。CRCP将主要应用于高速公路建设中,一般采用大型机械化施工技术进行路面工程施工,使路面密实、平整和耐久,并具有良好的抗滑性能。水泥混凝土浇筑的时间、养生方法、施工缝和钢筋的配置等因素影响CRCP的寿命,为了保证CRCP的施工质量,结合湖南省耒宜高速公路[2]CRCP滑模摊铺施工情况提出以下施工要点。4.1钢筋支撑纵横向钢筋的固定措施必须保证钢筋网稳固,以防止滑模施工时被推倒。同时,支架钢筋不得打入基层,以避免支架钢筋阻止面板的自由伸缩,并防止面板伸缩造成支架钢筋破坏基层。4.2纵向钢筋搭接对于滑模施工,由于摊铺速度快,钢筋网必须预先安设,并根据施工进度保证具有足够的长度,以提供滑模摊铺的工作面。纵向钢筋的搭接不宜采用全部焊接的方式,焊接较长的钢筋网因施工时的昼夜温差,容易造成钢筋网端部产生较大的伸缩。由于绑扎连接位置允许钢筋之间有一定的错动,因此纵向钢筋的搭接宜采用绑扎形式，绑扎长度为钢筋直径的30〜50倍，或者每隔30〜50m采用焊接形式，然后10〜20m进行绑扎。4.3侧向布料机滑模施工时,足够长度的钢筋网必须预先安设,所以水泥混凝土运输车无法纵向进料,必须采用侧向进料方式,因此侧向布料机是必备机械。侧向布料机是影响施工工艺的一个重要因素,在CRCP施工中，应选用性能优良、生产效率高且稳定可靠的侧向布料机,以避免施工中断,并防止水泥混凝土拌和料离析。4.4滑模摊铺保证钢筋网上下的水泥混凝土得到振捣密实是CRCP滑模摊铺的关键。由于钢筋网布设在混凝土板厚的1/2处,滑模摊铺时,插入振捣棒应控制在钢筋网以上至少2cm,以防止振捣棒与钢筋网接触造成振捣棒损坏,从而影响水泥混凝土的密实。同时,由于振捣棒无法插入钢筋网以下的水泥混凝土内,振捣棒宜采用高频低幅,以确保钢筋网以下水泥混2004年第6期 蔡东锋:连续配筋混凝土路面设计施工技术及其应用美国目前水泥混凝土路面研究方向主要集中在建设长寿水泥混凝土路面方面。例如,2002年10月伊利诺斯州交通运输协会(IDOT)在克里克70号州际公路上建造了16kmCRCP路面,设计使用年限30年，路面结构为：33cm厚CRCP+15cm沥青混凝土基层+30cm的粒料底基层,同时对混凝土的耐久性、集料的抗冻性以及钢筋的防腐等提出了严格的要求。6结语CRCP因具有耐久性好、 行车舒适平顺、施工进度快和极少养护等优点,在国外及国内得到越来越广泛地应用,同时国外采用沥青混凝土或贫混凝土基层、设置纵向排水系统等技术方法使路面表现出非常卓越的长期使用性能。我们可以从路面结构组合设计、路面排水系统、原材料质量控制和大型机械化施工等方面提高水泥混凝土路面的长期使用性能,充分发挥水泥资源大国的资源优势,增加CRCP参考文献:[5]—35—在我国高速公路建设中的应用。[1]伍石生,武建民.公路水泥混凝土路面的可靠度设计方法[J].公路,2001,(10).[2] 查旭东,等.高速公路连续配筋混凝土路面施工技术研究[J].中外公路,2003,(1).[3] 唐伯民,蒙华,刘志军.欧美水泥混凝土路面设计使用现状综述[J].公路,2003,(10).[4] ERESConsultants.SummaryofCRCPDesignandConstructionPracticesintheU.S..ConcreteReinforcingSteelInstitute,2003.[5]LonglifeConcretePavementsDeliverQualityandDurability.UnitedStatesDepartmentofTransportationFederalHighwayAdministration,2003.[6] JTGD40-2002,公路水泥混凝土路面设计规范[S].[7] JTGF30-2003,公路水泥混凝土路面施工技术规范[S].DesignandConstructionTechnologyofContinuouslyReinforcedConcretePavementandItsApplicationCAIDong-feng(WuhanHighwaySurveyDesignInstitute,Wuhan430015,China)Abstract:“heprobabilitylimitconditiondesignmethods”inthenewspecificationssubstitutesforT“hedefinitevaluedesignmethods ”theoriginalspecificationsandcausesthepavementstructuretocontinformtotheactualsi