水泥混凝土路面的结构与构造

水泥混凝土路面的结构与构造第1页/共42页复习思考题1、名词解释：素砼路面；唧泥；错台；拱胀；碾压式砼路面；钢纤维砼路面；连续配筋砼路面；钢筋砼路面。2、简述导致砼面板产生唧泥的原因，怎样防止？3、说明砼路面的横向缩缝、工作缝与胀缝的功能。4、为何一般不考虑锯切缩缝处的传荷设施？5、砼路面纵缝有哪几种构造形式？6、砼路面胀缝间距放长有何理由？当采用长间距胀缝或无胀缝路面结构时，需采取哪些相应的预防措施？7、为什么砼路面最好在高温季节进行施工？又为什么要控制施工时的最低气温大于5℃？8、在温度骤降的情况下，为什么尚未锯缝的砼路面会开裂？如何预防？9、确定胀缝缝隙宽度的影响因素有哪些？10、说明水泥混凝土路面基层的作用。第2页/共42页水泥混凝土路面第3页/共42页1.各类水泥混凝土路面的定义

①水泥混凝土路面cementconcretepavement：以水泥混凝土做面层(配筋或者不配筋)的路面，亦称刚性路面。②普通混凝土路面plainconcretepavement：除接缝区和局部范围外面层内均不配筋的水泥混凝土路面，亦称素混凝土路面。③钢筋混凝土路面jointedreinforcedconcretepavement：面层内配置纵横向钢筋或钢筋网并设接缝的水泥混凝土路面。第4页/共42页④连续配筋混凝土路面continuousreinforcedconcretedpavement：面层内配置纵向连续钢筋和横向钢筋，横向不设缩缝的水泥混凝土路面。⑤钢纤维混凝土路面steelfiberreinforcedconcretepavement：在混凝土面层中掺入钢纤维的水泥混凝土路面。⑥复合式路面compositepavement：面层由两层不同材料类型和力学性质的结构层复合而成的路面。第5页/共42页类型：剪切型钢纤维

规格：0.6×0.7×35第6页/共42页连续配筋水泥砼路面（CRCP）连续配筋混凝土路面（ContinuouslyReinforcedConcretePavement，简称CRCP）在路面纵向配有足够数量的钢筋，控制混凝土路面板纵向收缩产生的开裂。因此CRCP在施工时完全不设胀、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。第7页/共42页CRCP是指在路面纵向连续配置足够数量的钢筋，以控制混凝土路面板纵向收缩产生裂缝的间距和缝隙大小，从而可在路面纵向不设接缝的混凝土路面。第8页/共42页连续配筋水泥砼路面（CRCP）第9页/共42页连续配筋水泥砼路面（CRCP）第10页/共42页CRCP具有耐久性好，行车舒适平顺，施工进度快，极少养护的等优点。从长期使用性能来看，CRCP的经济性也很好，现已广泛地应用于高等级公路，机场道面及现有道路的加固。第11页/共42页⑦水泥混凝土预制块路面concreteblockpavement：面层由水泥混凝土预制块铺砌成的路面。⑧碾压混凝土rollercompactedconcrete：采用震动碾压成型的水泥混凝土路面。⑨贫混凝土leanconcrete：水泥用量较低的水泥混凝土。

第12页/共42页2.水泥混凝土路面的特点

与其他类型路面相比，水泥混凝土路面的特点如下：①强度高混凝土路面具有很高的抗压强度和较高的抗弯拉强度以及抗磨耗能力。②稳定性好混凝土路面的水稳定性，热稳定性均好，特别是它的强度能随着时间的延长而逐渐提高，不存在沥青路面的那种”老化”现象。第13页/共42页③耐久性好由于混凝土路面的强度和稳定性好，所以它经久耐用，一般能使用20-40年，而且它能通行包括履带式车辆在内的各种运输工具。④有利于夜间行车混凝土路面色泽鲜明，能见度好，对夜间行车有利。第14页/共42页混凝土路面的缺点主要有以下几方面：①对水泥和水的需要量大：修筑0.2m厚，7m宽的混凝土路面，每1000m要耗水泥约400-500t和水约250t，尚不包括养生用的水在内。②有接缝：一般混凝土路面要设置伸缩缝、施工缝及胀缝等许多接缝，接缝增加施工和养护的复杂性，还容易引起行车跳动影响行车的舒适性。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。③开放交通较迟：一般混凝土路面完工后，要经过28天的潮湿养生，才能开放交通。④修复困难：混凝土路面破坏后，开挖很困难，修补工作量也大，且影响交通。第15页/共42页

水泥混凝土路面构造由面层、基层、垫层、路基、路肩和排水设施等组成。3.水泥混凝土路面的构造---结构组合设计

第16页/共42页3.1土基--对路面结构提供均匀的支撑

理论分析表明，通过刚性基层和面层传到土基上的压力很小，一般不超过0.05Mpa。由于板的脆性，抗拉和抗弯拉能力低，需要均匀的支撑，实践证明，由于土基不均匀支撑，使面板在受荷时底部产生过大的弯拉应力，导致混凝土路面产生破坏。因此，混凝土路面下的路基必须密实，稳定和均匀。对路面结构提供均匀的支撑，路基设计要求处于干燥或中湿状况，过湿状态或强度与稳定性不符合要求的潮湿状态的路基必须经过处理。第17页/共42页遇有下述情况时，需在基层下设置垫层防冻―――季节性冰冻地区，路面总厚度小于最小防冻厚度要求（表3。0.7）时，其差值应以垫层厚度补足。隔、排水―――水文地质条件不良的土质路堑，路床土湿度较大时，宜设置排水垫层。防路基变形―――路基可能产生不均匀沉降或不均匀变形时，可加设半刚性垫层。

3.2垫层：---为保证路基的水、温稳定性，保护路基而设。第18页/共42页交通等级基层类型特重交通贫混凝土、碾压混凝土或沥青混凝土基层重交通水泥稳定粒料或沥青稳定碎石基层中等或轻交通水泥稳定粒料、石灰粉煤灰稳定粒料或级配粒料基层表1适宜各交通等级的基层类型3.3基层：---为控制或减少路基不均匀冻胀或体积变形对面板的不利影响、减少路基顶面的压应力、防止唧泥等病害而设置。基层应具有足够的抗冲刷能力和一定的刚度。（1）基层类型依据交通条件和湿度状态。基层类型宜依照交通等级按表1选用。第19页/共42页（2）各类基层的厚度适宜范围见表2基层类型厚度适宜的范围（mm）贫混凝土或碾压混凝土基层120~200水泥或石灰粉煤灰稳定粒料基层150~250沥青混凝土基层40~60沥青稳定碎石基层80~100级配粒料基层150~200多空隙水泥稳定碎石排水基层100~140沥青稳定碎石排水基层80~100表2各类基层厚度的适宜范围

第20页/共42页3.4面层水泥混凝土面层（面板）应具有足够的强度、耐久性、表面抗滑、耐磨、平整。(1)面层选择的条件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表3选用。第21页/共42页面层类型适用条件连续配筋混凝土面层高速公路沥青上面层与连续配筋混凝土或接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一下公路、服务区停车场刚纤维混凝土面层标高受限制路段、收费站、混凝土加铺层和桥面铺装矩形或异行混凝土预制面层服务区停车场、二级及二级以下公路桥头引道沉降未稳定段表3其它面层类型选择第22页/共42页(2)板的平面形状与接缝要求面板最大应力，板边的截面上弯拉应力、弯矩是板中应力的2/3，按应力分布应做成边厚中薄的断面形式，施工困难，板厚转折处易折断，因而混凝土面层板一般采用矩形。其纵向和横向接缝垂直相交，纵缝两侧的横缝不得相互错位。(3)板的厚度普通混凝土钢筋混凝土碾压混凝土或连续级配混凝土面层所需的厚度，可参照表4所示参考范围并按荷载和温度疲劳作用计算确定。（4）路面板的表面构造采用刻槽压槽拉槽或拉毛等方法制作。构造深度在使用初期应满足表5的要求。第23页/共42页断板、角隅断裂是常见的结构性病害特征第24页/共42页交通等级特重重公路等级高速一级二级高速一级二级变异水平等级低中低中低中低中面层厚度（mm）>=260>=250>=240270～240260～230250～220交通等级中等轻公路等级二级三四级三四级三四级变异水平等级高中高中高中面层厚度（mm）240～210230～200220～200=<230=<220表4水泥混凝土面层厚度的参考范围

第25页/共42页注：特殊路段——对于高速公路和一级公路系指立交、平交或变速车道等处，对于其他等级公路系指急弯、陡坡、交叉或集镇附近。年降雨量600mm以下的地区，表列数值可适当降低。公路等级高速公路一级公路二三四级公路一般路段0.70～1.100.50～0.90特殊路段0.80～1.200.60～1.00表5各级公路水泥混凝土面层的表面构造深度（mm）要求第26页/共42页3.5路肩

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。路肩铺面可选用水泥混凝土面层或沥青面层。第27页/共42页

水泥混凝土路面排水

1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。2路面排水系统的组成：①路面表面排水方式：主要通过设置横坡，迅速排除降雨。行车道路面应设置单向或双向横破，坡度为1%-2%，路肩宜稍大。②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。③路面结构内部排水方式：通过设置排水垫层/基层。第28页/共42页4.水泥混凝土路面的接缝设计

·水泥混凝土路面的接缝设置目的①水泥混凝土硬化过程中的收缩；②施工过程应设置横向工作缝和纵向工作缝；③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，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29页/共42页a)温度坡差引起的变形b)温度坡差引起板的开裂c)温度均匀下降引起板的断裂图1

温度引起的混凝土板的变形与破坏行车方向垂直行车方向的为横缝平行行车方向的为纵缝

图2

水泥混凝土板的纵横向接缝的定义第30页/共42页从图1可见，由于翘曲而引起的裂缝，则在裂缝发生后被分割的两块板体尚不致完全分离，倘若板体温度均匀下降引起收缩，则将使两块板体被拉开（图1-c），从而失去荷载传递作用。就是因为混凝土板因温度和湿度变化而产生伸缩变形和翘曲变形，板尺寸过大会约束这些变形而产生较大的内应力，使板出现断裂等损坏。而设置缩缝或胀缝的目的就是消减胀、缩应力，控制板块断裂出现的位置，混凝土路面不得不纵横两个方向设置许多接缝，把整个路面分割成许多板块(图2)。第31页/共42页横向接缝是垂直于行车方向的接缝，共有三种：缩缝、胀缝和施工缝。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。另外，混凝土路面每天完工以及因雨天或其它原因不能继续施工时，应尽量做到胀缝处。如不可能，也应做至缩缝处，并做成施工缝的构造形式。纵向接缝是与行车方向平行的接缝，按车道布置。第32页/共42页图3横向缩缝构造图尺寸单位：mma)设传力杆假缝型b)不设传力杆假缝型4.1

横向接缝的类型与布设缩缝间距一般4～6m，同板长，根据气温状况、地质水文情况选择。如：5m×4m的板块，按5m固定间距设置缩缝。第33页/共42页图4横向施工缝构造尺寸单位：mma)设传力杆平缝型b)设拉杆企口缝型第34页/共42页图5浅槽口构造尺寸单位：mm第35页/共42页