1、水泥混凝土路面设计,主要内容,第一节 水泥路面设计概述第二节 水泥路面弹性地基板理论第三节 水泥路面的应力分析第四节 路面结构的可靠度第五节 水泥路面的设计参数第六节 水泥路面结构组合设计第七节 我国水泥路面设计方法第八节 路面养护与评价方法,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）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、温度梯度反复变化，混凝土板将出现疲劳破坏。,1、水泥混凝土路面的力学特征,第一节 水泥路面设计2、概述,1）水泥路面的主要破坏类型断裂唧泥错台拱起接缝挤碎,2、水泥路面的主要破坏类型与设计标准,第一节 水泥路面设计概述,第一节 水泥路面设计概述,2）水泥路面的荷载作用重载作用,第一节 水泥路面设计概述,2）水泥路面的荷载作用重载作用,3）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。,第一节 水泥路面设计概述,1）路面结构层组合设计；2）混凝土路面板厚度设计；3）混凝土面板的平面尺寸与接缝设计 4）路3、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,第一节 水泥路面设计概述,1）水泥路面的标准轴载及轴载换算,4、水泥路面的轴载换算与交通分级,第一节 水泥路面设计概述,单轴双轮组100kN,第一节 水泥路面设计概述,2）水泥路面的交通等级划分及设计基准期,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,第二节 水泥路面弹性地基板理论,1、水泥混凝土路面的设计基本理论,完全接触假4、设：始终接触吻合，且可自由滑动（是在刚度差异大、板平面变形微小情况下的近似），即接触面不脱空且剪应力视为零。没有摩擦假设：板和地基之间没有摩擦，可以自由活动。,2、板与地基接触的假设,第二节 水泥路面弹性地基板理论,3、地基模型假定,弹性半空间地基假定；文克勒地基假设。,一个方程，两个未知数，要求解方程，必须建立地基反力与薄板挠度间的关系，因此，必须对地基变形进行假设。,砼路面薄板的弹性曲面微分方程,第二节 水泥路面弹性地基板理论,4、弹性曲面的微分方程,写出z方向的力的平衡方程，简化以后，略去微量，得到：,1）文克勒地基 以反应模量K表征的弹性地基，它假设地基上任一点的反力仅同该点的挠度成正5、比，而与其他点无关，即地基相当于由互不相联系的弹簧组成，它因首先由捷克工程师文克勒提出而得名，也称为K地基、弹簧地基。,第三节 水泥路面的应力分析,1、文克勒地基板荷载应力分析（威氏公式）了解,2）三个车轮荷位,3）最大弯拉应力位置,第三节 水泥路面的应力分析,荷载中心处板底；荷位下板底；板表面距板角点x1的分角线上,板中荷位：,板边荷位,板角荷位,第三节 水泥路面的应力分析,4）威斯特卡德早期应力计算公式,角隅修正,威氏公式是理论推导得来的，与实际情况有出入。美国1930年在阿灵顿进行了试验路，对公式进行了修正。,板体与地基紧密接触时，不修正，理论值近似于实测值；板底脱空时，实测比计算大306、%50%，需修正，Kelly提出板角修正式:,板边修正,板与地基保持接触时，不修正；而与地基脱空时，Kelly修正式：,第三节 水泥路面的应力分析,5）威斯特卡德公式的试验修正公式,板中修正,实测板中应力小于理论值，说明地基不完全符合文克勒地基的假定；,文克勒地基计算结果与地基的承载能力的取值有关,应力表达通式,第三节 水泥路面的应力分析,5）威斯特卡德公式的试验修正公式,1）弹性半空间地基 是以弹性模量和泊松比表征的弹性地基，假设地基为一各向同性的弹性半无限体，在荷载作用下其顶面上任一点的挠度不仅同该点的压力有关，也同其它各点的压力有关。,根据Hogg理论：无限大圆板上作用轴对称竖向荷载q(7、r)时，竖向位移表达式：,第三节 水泥路面的应力分析,2、弹性半空间体地基板的荷载应力分析*了解,1）水泥混凝土路面荷载应力的有限元分析特点,第三节 水泥路面的应力分析,3、水泥路面板的荷载应力有限元分析,可以按板块的实际大小求解有限尺寸板，从而消除无限大半的假设所带来的误差；可以考虑各种荷载状况（包括荷载组合和荷载位置）；可以考虑板的实际边界条件，如接缝的传荷能力、板和地基的脱空。可以得到整个板体的应力和位移场，从而全面了解板的受力。,第三节 水泥路面的应力分析,2）水泥混凝土路面荷载应力的有限元分析结果,1）上下层完全分离,2）上下层完全结合,第三节 水泥路面的应力分析,4、弹性地基双层板8、的荷载应力分析,1）胀缩应力：温度均匀变化时产生-胀缝、缩缝来解决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：,第三节 水泥路面的应力分析,5、水泥混凝土路面的温度应力分析,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：9、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）：,第三节 水泥路面的应力分析,3）有限尺寸板的翘曲应力,板边中点：,弹性半空间体地基时：,第三节 水泥路面的应力分析,4）温度线性分布时翘曲应力,温度沿板断面呈线性变化,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：,第三节 水泥路面的应力分析,5）温度非线性分布时翘曲应力计算,第三节 水泥路面的应力分析,10、5）温度非线性分布时翘曲应力计算,第四节 路面结构的可靠度了解,1、结构的极限状态整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。2、结构的极限状态分类（1）承载力极限状态：结构或结构构件达到最大承载力，出现疲劳破坏或不适于继续承载的变形。（2）正常使用极限状态：结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。,第四节 路面结构的可靠度,3、结构可靠性的含义结构可靠性是结构在规定时间(设计基准期)内、规定条件(正常设计、正常施工、正常使用和维护)完成预定功能的能力。其功能要求为:(1)安全性；(2)适用性；(3)耐久性。当结构或构件超11、过承载能力极限状态，就可能产生以下后果（1）由于材料强度不够而破坏，或因疲劳而破坏；（2）产生过大的塑性变形而不能继续承载，结构或构件丧失稳定；（3）结构转变为机动体系。超过这一极限状态，结构或其构件就不能满足其预定的安全性要求。,结构的功能要求,第四节 路面结构的可靠度,能够满足功能要求,不能满足功能要求,特定状态,结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形时的状态,结构或结构构件达到正常使用或耐久性的某项规定限值时的状态,第四节 路面结构的可靠度,第四节 路面结构的可靠度,4、正态分布概率密度曲线有三个数字特征1）平均值 2）标准差3）变异系数,第四节 路面结构的可靠度,4）正态12、分布的概念正态分布的概率密度函数：越大，曲线越扁平，随机变量分布越分散。,5、结构上的“作用”,使结构或构件产生效应(内力、变形等)的各种原因的总称,直接作用,间接作用,是指直接以力的不同集结形式（集中力或均布力）施加在结构上的作用，通常也称为荷载。,是指能够引起结构外加变形和约束变形，从而产生内力效应的各种原因。,第四节 路面结构的可靠度,6、结构可靠性,引入结构的功能函数,则也服从正态分布，并有以下计算式子成立：,失效概率（用表示）,第四节 路面结构的可靠度,第四节 路面结构的可靠度,7、水泥混凝土路面可靠度的定义定义：在规定的设计使用年限内，在环境条件和荷载作用下，路面能够发挥其预期功能13、的概率。我国水泥混凝土路面设计方法：路面板的车辆荷载疲劳应力及温度疲劳应力之和小于混凝土的极限抗折强度。公式左边三项分别代表：可靠度系数、荷载疲劳应力和温度疲劳应力；右边是水泥混凝土面板材料的极限抗折强度。,第四节 路面结构的可靠度,8、水泥混凝土路面可靠度的概念,第五节 水泥路面的设计参数,1、设计基准期、目标可靠度和目标可靠度指标,2、面板与基层间的摩阻系数,第五节 水泥路面的设计参数,3、材料参数与结构参数的变异性范围,4、轮迹横向分布系数,第五节 水泥路面的设计参数,5、对应于目标可靠度的可靠度系数,第五节 水泥路面的设计参数,6、交通分级指标,7、混凝土材料要求,第五节 水泥路面的设14、计参数,8、垫层要求,第五节 水泥路面的设计参数,9、温度梯度,10、水泥混凝土参数,第六节 水泥路面结构组合设计,1、水泥混凝土板,1）面板要求,第六节 水泥路面结构组合设计,1、水泥混凝土板,2）厚度要求,第六节 水泥路面结构组合设计,1、水泥混凝土板,3）面板构造深度要求,1）基层要求：刚度和稳定性；厚度要求；基顶当量回弹模量要求,第六节 水泥路面结构组合设计,2、基层,2）基层类型要求：,3）基层厚度要求,第六节 水泥路面结构组合设计,2、基层,土基：1）干湿类型保证；2）填料；3）密实、稳定和均匀,第六节 水泥路面结构组合设计,3、垫层,4、路基,1、设计流程,第七节 我国水泥路面设15、计方法,2、荷载疲劳应力分析,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,第七节 我国水泥路面设计方法,第七节 我国水泥路面设计方法,接缝传荷能力,各类接缝的传荷系数及规范取值,各类接缝的传荷系数及规范取值,第七节 我国水泥路面设计方法,第七节 我国水泥路面设计方法,考虑轴载累计作用次数的疲劳应力系数,第七节 我国水泥路面设计方法,标准轴载在四边自由板的临界荷位处产生的荷载应力,第七节 我国水泥路面设计方法,标准轴载在四边自由板的临界荷位处产生的荷载应力,第七节 我国水泥路面设计方法,综合系数kc,最重荷16、载应力计算,1）新建公路,第七节 我国水泥路面设计方法,3、基层顶面当量回弹模量和计算回弹模量,第七节 我国水泥路面设计方法,3、基层顶面当量回弹模量和计算回弹模量,2）旧路加铺,第七节 我国水泥路面设计方法,3）路基和结构层参数,第七节 我国水泥路面设计方法,3）路基和结构层参数,第七节 我国水泥路面设计方法,3）路基和结构层参数,4、温度疲劳应力,第七节 我国水泥路面设计方法,临界荷位处的温度应力：,4、温度疲劳应力,第七节 我国水泥路面设计方法,临界荷位处的温度应力：,第七节 我国水泥路面设计方法,5、设计标准,第七节 我国水泥路面设计方法,6、板的平面尺寸 纵缝间距板块过宽易产生纵向断17、裂，特别是在旧路加宽或半填半挖的路段上，要求在3-4.5m，一般不超过4.5m。纵缝间距通常按车道宽度确定。带有路缘带的高速公路和一级公路，板宽可按车道和路缘带的宽度确定。横缝间距 横缝间距大小直接影响板内温度应力、接缝缝隙宽度和接缝传荷能力。一般取46m，长宽比不超过1.35，面积小于25m2。板越厚、基层顶面的回弹模量越小，横缝间距可较大。,第七节 我国水泥路面设计方法,6、板的平面尺寸 其他类型的板 碾压混凝土或纤维混凝土一般为6-10m；钢筋混凝土6-15m，长宽比不超过2.5，面积小于45m2。7、接缝设计 水泥混凝土路面板的接缝分为：横向缩缝、胀缝、横向施工缝和纵缝四种。接缝设计主18、要内容是确定接缝的结构、布置、间距。,第七节 我国水泥路面设计方法,公路自然区划区拟新建一条二级公路，路基为粘质土，采用普通混凝土路面，路面宽9m，经交通调查得知，设计车道使用初期标准轴载日作用次数为2606次，试设计该路面的厚度。,6、设计示例,交通分析,二级公路的设计基准期查表为20年，其可靠度设计标准的安全等级查表为三级。临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数查表查表取0.34。取交通量年增长率为15.2。设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数按公式计算。,第七节 我国水泥路面设计方法,初拟路面结构,相应于安全等级三级的变异水平等级为中级。根据二级公路、重交通等级和中级变异水平，初拟普通混凝19、土面层厚度为0.25m。基层选用碾压混凝土，厚0.18m。平面尺寸宽4.5m，长5.0m，底基层为0.15m低剂量无机结合料稳定土。普通混凝土板的平面尺寸为宽4.5m，长5m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为不设传力杆的假缝。,路面材料参数确定,取重交通等级的普通混凝土面层弯拉强度标准值查表为5.0MPa，相应弯拉弹性模量标准值查参考值表为31GP。级配碎石基层回弹模量为300MPa。根据低液限粘土路基回弹模量，取路基回弹模量为80MPa，假设路床顶距地下水位的距离为1.2m。取距地下水位1.2m时的湿度调整系数为0.75，由此得到路床顶综合回弹模量为80*0.75=60MPa。,第七节 我国水泥路面20、设计方法,计算基层顶面当量回弹模量,板底地基当量回弹模量取为116MPa,普通混凝土面层的弯曲刚度Dc、相对刚度半径r按下式计算,1）荷载应力,第七节 我国水泥路面设计方法,荷载疲劳应力,2）修正系数确定,取=0.87 Kc=1.05,3）修正的荷载疲劳应力,区最大温度梯度查表取88（/m）：,计算温度疲劳应力系数,计算温度疲劳应力,温度疲劳应力参数,第七节 我国水泥路面设计方法,判断结构是否满足要求,因而，所选普通混凝土面层厚度（0.25m）可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。,可靠度系数,第七节 我国水泥路面设计方法,二级公路可靠度系数取1.04,8、配筋设计,9、加铺层21、结构设计,第七节 我国水泥路面设计方法,10、国外水泥路面设计方法,AASHTO设计方法美国波特兰水泥协会（PCA）设计方法,8、混凝土面层配筋设计,8.1 特殊部位配筋8.2 钢筋混凝土面层配筋8.3 连续配筋混凝土面层配筋,8、混凝土面层配筋设计,8.1 特殊部位配筋 8.1.1 凝土面层自由边缘下基础薄弱或接缝为未设传力杆的平缝时，可在面层边缘的下部配置钢筋。通常选用2根直径为1216mm的螺纹钢筋，置于面层底面之上l4厚度处并不小于50mm，间距为100mm，钢筋两端向上弯起，如图6.1.1所示。,8、混凝土面层配筋设计,8.1 特殊部位配筋 8.1.2 对于承受极重、特重或重交通的胀22、缝、施工缝和自由边的面层角隅以及承受极重交通的缩缝面层角隅，宜配置角隅钢筋。通常选用2根直径为1216mm的螺纹钢筋，置于面层上部，距顶面不小于50mm，距边缘为100mm，如图6.1.2所示。,8、混凝土面层配筋设计,8.1 特殊部位配筋 8.1.3 混凝土面层下有箱形构造物横向穿越，其顶面至面层底面的距离小于800mm时，在构造物顶宽及两侧各1.5（H+1）且不小于4m的范围内，混凝土面层内应布设双层钢筋网，上下层钢筋网各距面层顶面和底面1/41/3厚度处，如图6.1.3-1所示。,8、混凝土面层配筋设计,构造物顶面至面层底面的距离在8001600mm时，则在上述长度范围内的混凝土面层中应23、布设单层钢筋网。钢筋网设在距顶面1/41/3厚度处，如图6.1.3-2所示。钢筋直径12mm，纵向钢筋间距100mm，横向钢筋间距200mm。配筋混凝土面层与相邻混凝土面层之间设置传力杆缩缝。,8、混凝土面层配筋设计,8.1 特殊部位配筋 8.1.4 混凝土面层下有圆形管状构造物横向穿越，其顶面至面层底面的距离小于1200mm时，在构造物两侧各1.5（H+1），且不小于4m的范围内，混凝土面层内应布设单层钢筋网，钢筋网设在距面层顶面1/41/3厚度处，如图6.1.4所示。钢筋尺寸和间距及传力杆接缝设置与6.1.3条相同。,8、混凝土面层配筋设计,8.2 钢筋混凝土面层配筋 8.2.1 钢筋混凝24、土面层的配筋量按式（6.2.1）确定。（6.2.1）As每延米混凝土面层宽（或长）所需的钢筋面积（mm2）；Ls纵向钢筋时，为横缝间距（m）；横向钢筋时，为无拉杆的纵缝或自由边之间的距离（m）；h面层厚度（mm）；面层与基层之间的摩阻系数，按附录表E.3.3选用；fsy钢筋的屈服强度（MPa），按附录表E.4选用。,s为钢筋的容许应力，可取为0.75倍屈服强度；取24kN/m3。,8、混凝土面层配筋设计,8.2 钢筋混凝土面层配筋 8.2.2 纵向和横向钢筋宜采用相同或相近的直径，其直径差不应大于4mm。钢筋的最小直径和最大间距，应符合表6.2.2的规定。钢筋的最小间距为集料最大粒径的2倍。,25、8、混凝土面层配筋设计,8.2 钢筋混凝土面层配筋8.2.3 钢筋布置应符合下列要求：1 纵向钢筋设在面层顶面下1/31/2厚度范围内，在不影响施工的情况下宜设在接近面层顶面下1/3厚度处；2 横向钢筋位于纵向钢筋之下；3 纵向钢筋的搭接长度一般不小于35倍钢筋直径，搭接位置应错开，各搭接端连线与纵向钢筋的夹角应小于60；4 边缘钢筋至纵缝或自由边的距离一般为100150mm。,8、混凝土面层配筋设计,8.3 连续配筋混凝土面层配筋8.3.1 连续配筋混凝土面层的纵向配筋量按下述要求确定：1 纵向钢筋埋置深度处的裂缝缝隙平均宽度不大于0.5mm；2 横向裂缝的平均间距不大于1.8m；3 钢筋所26、承受的拉应力不超过其屈服强度。满足上述要求所需的纵向配筋率，一般为0.6%0.7%（中等交通）、0.7%0.8%（重交通）、0.8%0.9%（特重交通）或0.9%1.0%（极重交通）。冰冻地区路面的配筋率宜高于一般地区0.1%。所需配筋率的具体计算方法参见附录D。横向钢筋的用量可按6.2.1条计算确定，并应满足施工时能固定并保持纵向钢筋位置的要求。,8、混凝土面层配筋设计,8.3 连续配筋混凝土面层配筋 8.3.2 连续配筋混凝土用于复合式面层的下面层时，其纵向配筋率可降低0.1%。,8、混凝土面层配筋设计,8.3 连续配筋混凝土面层配筋 8.3.3 连续配筋混凝土面层的纵向和横向钢筋均应采用27、螺纹钢筋，其直径为1220mm。当钢筋可能受到较严重腐蚀时，宜在钢筋外涂环氧树脂等防腐材料。,8、混凝土面层配筋设计,8.3 连续配筋混凝土面层配筋8.3.4钢筋布置应符合下列要求：1 纵向钢筋距面层顶面的最小距离为90mm，最大深度为1/2面层厚度，在不影响施工的情况下宜接近90mm；2 纵向钢筋的间距不大于250mm，不小于集料最大粒径的2.5倍；3 纵向钢筋的焊接长度一般不小于10倍（单面焊）或5倍（双面焊）钢筋直径，焊接位置应错开，各焊接端连线与纵向钢筋的夹角应小于60；4 边缘钢筋至纵缝或自由边的距离一般为100150mm；,5 横向钢筋位于纵向钢筋之下；横向钢筋间距一般为3006028、0mm，直径大时取大值；6 横向钢筋宜斜向设置，其与纵向钢筋的夹角可取60；7 相邻车道之间或车道与硬路肩之间的纵向接缝内，必须设置拉杆，该拉杆可用加长的横向钢筋代替。,8.4 连续配筋混凝土路面设计,连续配筋混凝土路面（Continuously Reinforced Concrete Pavement,CRCP）:在路面纵向连续地配有足够数量的钢筋，以控制路面板纵向收缩产生的裂缝宽度和数量。同时，在横向也配有一定数量的钢筋来支撑纵向钢筋。在施工时不设胀、缩缝（施工缝及构造所需的胀缝除外），形成一条完整而平坦的行车平面。,CRCP具有以下优点：消除了横向接缝，整体性和平整度好，行车平顺舒适。C29、RCP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。,国内外应用现状最早的CRCP于1921年出现在美国，当时美国公路局在华盛顿区修建了长60m的试验路。截止到1980年，美国CRCP2.2万km；截止到1998年，总里程超过4.5万 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1980年，日本CRCP1.0万km；1998年，在比利时全长1650km的高速公路中，有650km30、是水泥混凝土路面，其中主要是CRCP。CRCP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。,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。1996年，西安公路交通大学与铜川公路局在210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。2001年长沙交通学院与湖南省高速公路公司在京珠高速公路耒宜段修建了长40.lkm的CRCP。2001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。,2003年，长安大学与山东省公路局在济聊高速公路31、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1.574km20082009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,8.4.1 CRCP设计指标和设计方法,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1993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32、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。,8.4.1 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（1mm）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梁或宽翼缘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。,8.4.1 CRCP设计指标和设计方法,2 国外美国混凝土学会（ACI）、波特兰水泥工作者协会（PCA）和1993年版的AASHTO板厚设计均采用接缝式水泥混凝土33、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：混凝土的最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：（1）平均裂缝间距为0.92.4m；（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。,8.4.1 CRCP设计指标和设计方法,AASHTO 2002设计指南:CRCP的设计采用验证法，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：冲断和平整度，裂缝宽度作为一个附加指标。,8.4.1 CR34、CP设计指标和设计方法,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）；,8.4.1 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，将其等效温度变化加到等效线性温度变化中；（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。,8.4.2 CRCP病害调查和影响因素分析,（1）35、最主要病害边缘冲断 冲断指两个间距很小（小于0.6m）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。另外，它还包括剥落、破碎等严重的“Y”型裂缝。,8.4.2 CRCP病害调查和影响因素分析,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，板底均匀支撑，板顶拉应力小。随后，由于重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撑丧失，部分横向裂缝出现剥落现象。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、钢筋腐蚀、唧泥，最终板底失去支撑，同时接缝处的传荷能力大量降低。在重车作用下板顶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36、生纵向裂缝，进而出现冲断。,8.4.2 CRCP病害调查和影响因素分析,（2）横向裂缝。调查发现裂缝宽度服从Weibull分布，初始的横向裂缝由环境因素产生。调查了6个州的23条CRCP，并利用了LTPP中83条CRCP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。,8.4.2 CRCP病害调查和影响因素分析,（3）纵向裂缝 伊利诺斯州运输部调查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。,8.37、4.2 CRCP病害调查和影响因素分析,CRCP使用性能的影响因素（1）板厚 随着板厚的增加，冲断减少，平整度提高。（2）横向裂缝宽度和间距裂缝宽度非常重要，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（钢筋深度处）控制在0.05 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%的冲断发生在横向裂缝间距为0.30.6 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。,8.4.2 CRCP病害调查和影响因素分析,（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38、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。,8.4.2 CRCP病害调查和影响因素分析,（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。在美国（主要是寒冷地区）0.6%0.8%的配筋率会产生较好的裂缝开裂模式和性能。野外调查表明，增加钢筋用量会减少冲断和提高平整度。,8.4.2 CRCP病害调查和影响因素分析,（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8.8 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。,8.4.2 CRCP病害调查和影39、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。,8.4.2 CRCP病害调查和影响因素分析,（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。野外调查和分析表明，较宽的路面板使得车辆的轴载远离板的自由边，从而减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40、强，板顶的拉应力越小，冲断越少。,8.4.2 CRCP病害调查和影响因素分析,（10）基层混凝土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CRC直接修筑在水泥稳定碎石或贫混凝土上，基层和面层之间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。,8.4.3 CRCP结构和调查,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41、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+1cm沥青表处+28cm水泥混凝土面层。连续配筋混凝土面层设置单层钢筋网，纵向钢筋配筋率为0.61%，采用18级钢筋；横向钢筋采用18级钢筋，间距为100cm。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%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。,8.4.3 CRCP结构和调查,（2）210国道铜川段CRCP试验路 路面结构：22cmCRCP+15cm碎石灰土+30cm石灰稳定土底基层。配筋率为0.79%,纵横钢筋均采用20级螺纹钢筋,纵筋间距18 cm42、,横筋间距80cm。确定的配合比为水泥碎石砂水=13.631.870.48，水泥为525#普通硅酸盐水泥，用量为360kg/m3，砂率为34%，施工配合比混凝土的实际抗压强度大于40.25MPa，抗弯拉强度则在5.75MPa以上。,8.4.3 CRCP结构和调查,（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+20cm贫混凝土基层+1cm稀浆封层+30cm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18级钢筋、布设间距分别43、为15cm、20cm；上下层横向钢筋均采用16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20cm。,8.4.3 CRCP结构和调查,（4）粤赣高速CRCP试验段路面结构为：连续配筋混凝土28cm+热沥青瓜米石滑动封层+5%水泥稳定级配碎石基层20cm+3.5%水泥稳定粒料底基层20cm+未筛分碎石垫层+土质路基。双层配筋路面的纵向配筋率1.06%，纵向钢筋上层采用18级钢筋、布设间距为15cm，下层采用22级钢筋、布设间距为30cm；横向配筋率为0.27%，上下两层横向钢筋均采用12级钢筋，布设间距30cm；钢筋网分别布设在距路面顶面和底面8cm的位置。,8.4.3 C44、RCP结构和调查,单层配筋路面纵向配筋率为0.68%，纵向钢筋采用22级钢筋，间距为20cm；横向配筋率为0.13%，横向钢筋采用12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9.519mm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147 kg：外加剂3.85 kg。,8.4.3 CRCP结构和调查,（5）许昌试验路路面结构为24cmCRCP+2cm沥青砂浆+24cm旧JPCP。配筋率为0.7%,纵横钢筋直径均为 12 螺纹钢筋,纵筋间距45、13.4 cm,横筋间距70cm,并与纵筋绑扎。混凝土配合比为:水泥碎石砂水=13.631.870.48,水泥为525 号普通硅酸盐水泥,用量为360 kg/m 3,砂率为34%,混凝土的实际抗压强度大于40.25M Pa,抗弯拉强度则在5.75M Pa 以上。（6）沪宁路改建26cmCRCP+20cm水泥稳定粒料+19cm二灰土,8.4.3 CRCP结构和调查,（7）国道325 线K143+000 K144+170 试验路段 路面结构为24cmCRCP+2cmAC-10+旧JPCP。（8）国道G325 线广东恩平东段圣堂镇路段 为旧路改造。一种为24cmCRCP+2cmAC-10+旧JPCP46、（经换板压浆处理）；另一种为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,8.4.3 CRCP结构和调查,2 国外的CRCP结构见word文档,8.4.4 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土要求相同。目前连续配筋混凝土面层配合比设计方法与国内的接缝式水泥混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47、的要求，塌落度标准增大1020mm（可选择增加10mm），同时考虑温度胀缩系数和干缩系数尽可能降低（其中温缩系数更重要）。,8.4.4 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31.5mm。使用引气剂（含气量达到56%）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/m3。,8.4.4 连续配筋混凝土原材料要求及配合比设计,水泥用量和粉煤灰用量国外粉煤灰对水泥的替代量在20%50%之间。我国规范规定：抗冻（盐冻）时掺粉煤灰最小单位水泥用量为280 kg/m3；48、代替水泥的粉煤灰掺量：I型硅酸盐水泥宜30%；II型硅酸盐水泥宜25%；道路水泥宜20%；普通水泥宜15%。综合考虑国外的试验路以及我国规范的规定：粉煤灰掺量宜在1525%之间（若为普通水泥，包括水泥中的粉煤灰含量）。或者经过配合比试验，综合考虑强度、干缩、温缩等确定最佳的粉煤灰掺量。掺粉煤灰最小单位水泥用量为280 kg/m3；不掺粉煤灰时最小水泥剂量为320kg/m3；为防止出现过量的干缩和温缩，参阅国外试验路资料，结合料重量可以控制在350kg/m3以下。,8.4.4 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1926.5mm档碎石的用量，增加9.519档的用量，砂49、和减水剂适当增加。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1d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。,8.4.4 连续配筋混凝土原材料要求及配合比设计,8.4.4 连续配筋混凝土原材料要求及配合比设计,混凝土配合比设计指标：国内现在的规范性能指标是28d弯拉强度、工作性（塌落度、振动粘度系数）和耐久性（含气量、最大水灰比、最小单位水泥用量等）；CRCP的混凝土可以增加温度膨胀系数和极限干缩应变作为配合比设计的控制性能指标。,附录D、连续配筋混凝土面层纵向配筋计算,附录D、连续配筋混凝土面层纵向配筋计算,50、D.1 横向裂缝平均间距按式（D.1-1）计算确定。（D.1-1）（D.1-2）（D.1-3）（D.1-4）（D.1-5）（D.1-6）,附录D、连续配筋混凝土面层纵向配筋计算,（D.1-7）（D.1-8）（D.1-9）横向裂缝平均间距（m）；混凝土抗拉强度（MPa），可按表E.3.1选用。混凝土抗压强度（MPa），可按表E.3.1选用。钢筋埋置深度（m）；hc混凝土面层厚度（m）；c混凝土容重（MN/m3），一般可取为0.024MN/m3；混凝土面层与基层间的摩阻系数，可按表E.3.3选用。,附录D、连续配筋混凝土面层纵向配筋计算,纵向钢筋直径（m）；纵向钢筋配筋率，为钢筋断面面积 与混凝土51、断面面积 的比值，以百分数计；温度和湿度变形完全受约束时的翘曲应力，按式（D.1-2）计算；混凝土弹性模量（MPa），可按表E.3.1选用。混凝土泊松比，一般可取为0.150.18；无约束时混凝土面层顶面与底面间的最大当量应变差，按式（D.1-3）计算；,混凝土线膨胀系数（1/），可按表E.3.2选用；混凝土面层顶面与底面间的最大负温度梯度（/m），可参照 该地区最大正温度梯度（查表4.0.10）的1/41/3取用；混凝土面层厚度大于或小于0.22m时的温度梯度厚度修正系数，按式（D.1-4）计算；无约束条件下混凝土的最大干缩应变，可近似按式（D.1-5）计算；a1养生条件系数，水中或盖麻布养52、生时，a1=1.0，采用养生剂养生时，a1=1.2；w0混凝土单位用水量（N/m3）；k1与气候区和最小空气湿度有关的系数，道路位于公路自然区划II、IV和V区，k1=0.4；位于III、VI和VII区，k1=0.68；,附录D、连续配筋混凝土面层纵向配筋计算,C翘曲应力系数，按附录B式（B.3.3-2）计算，采用t=1.29/r计算确定；r面层板的相对刚性半径（m）；混凝土与钢筋间的最大粘结应力，可近似按式（D.1-6）计算；混凝土和钢筋之间的粘结-滑移系数，按式（D.1-7）计算，由于式中含有未知量Ld，计算需采用迭代方式进行，先假设Ld=Lds，计算出 和相应的Ld，如果，计算结束；否则53、，令，重复计算，直到满足相近的要求为止；钢筋埋置深度处的混凝土最大总应变，按式（D.1-8）计算；钢筋埋置深度处混凝土温度与硬化时温度的最大温差（C），可近似取为路面施工月份日最高气温的月平均值与一年中最冷月份日最低气温的月平均值之差。无约束条件下钢筋埋置深度处混凝土干缩应变，可近似按式（D.1-9）计算；年平均空气相对湿度（以百分数计）。,附录D、连续配筋混凝土面层纵向配筋计算,D.2 纵向钢筋埋置深度处的横向裂缝缝隙平均宽度按式（D.2-1）计算确定。（D.2-1）（D.2-2）（D.2-3）（D.2-4）（D.2-5）钢筋埋置深度处的横向裂缝缝隙平均宽度（mm）；c2与混凝土和钢筋之间的54、粘结-滑移特性有关的系数，按式（D.2-2）计算；其它参数的含义与计算裂缝间距时相同。,附录D、连续配筋混凝土面层纵向配筋计算,D.3 纵向钢筋应力按式（D.3-1）计算确定。（D.3-1）裂缝处钢筋应力（MPa）；钢筋弹性模量（MPa）；钢筋的线膨胀系数（1/C），通常/C；,附录D、连续配筋混凝土面层纵向配筋计算,D.4 纵向配筋率计算步骤 1初拟配筋率，按式（D.1-1）计算横向裂缝平均间距Ld。当Ld1.8m时，应增大配筋率，重复上述计算至符合要求。2按式（D.2-1）计算裂缝缝隙平均宽度bj。当bj0.5mm时，满足要求；否则应增大配筋率，重复上述计算至符合要求。3按式（D.3-1）55、计算钢筋应力。当 不大于钢筋屈服强度时，满足要求；否则应增大配筋率，重复上述计算至符合要求。4综合上述3项计算结果，最终确定配筋率，并进一步确定钢筋根数。在满足纵向钢筋间距要求的条件下，宜选用直径较小的钢筋。,附录D、连续配筋混凝土面层纵向配筋计算,计算实例 公路自然区划III区新建一条一级公路，重交通荷载等级，选用连续配筋混凝土面层厚0.26m。路基土为粘土，基层采用厚0.18m的水泥稳定碎石。,附录D、连续配筋混凝土面层纵向配筋计算,1）计算参数 混凝土弯拉强度为5.0MPa，查表E.3.1，混凝土抗压强度fc=42MPa,混凝土抗拉强度 ft=3.22MPa。混凝土泊松比，混凝土容重 M56、N/m3，混凝土线膨胀系数/。查表E.3.3，混凝土面层与基层间摩阻系数。由表4.0.10，取公路自然区划III区的最大正温度梯度为92/m，最大负温度梯度按1/3正温度梯度取值，/m。公路自然区划III区，k1=0.68。年平均空气相对湿度%，钢筋埋置处混凝土温度与硬化时温度的最大温差=35C。,附录D、连续配筋混凝土面层纵向配筋计算,混凝土水灰比，混凝土用水量 N/m3。采用盖麻布养生，a1=1.0。纵向钢筋选用HRB335钢筋，设配筋率，钢筋的埋置深度 m，钢筋直径 mm，钢筋的线膨胀系数/。按附录E.4，取钢筋的弹性模量 MPa，钢筋屈服强度fsy=335MPa。,附录D、连续配筋混凝57、土面层纵向配筋计算,2）计算横向裂缝间距,附录D、连续配筋混凝土面层纵向配筋计算,附录D、连续配筋混凝土面层纵向配筋计算,混凝土板相对刚度半径r=0.870 m，由式（B.3.3-2）计算得到翘曲应力系数C=0.494。设平均裂缝间距初始值为0.7 m，经迭代计算得到，根据式（D.1-1）计算得到Ld=0.722 m0.72m（小于裂缝平均间距1.80m的要求）。,附录D、连续配筋混凝土面层纵向配筋计算,计算横向裂缝平均缝隙宽度,附录D、连续配筋混凝土面层纵向配筋计算,（小于缝隙平宽度0.50mm的要求）,附录D、连续配筋混凝土面层纵向配筋计算,3）计算裂缝处纵向钢筋应力 MPa（小于钢筋屈服58、强度335MPa）计算结果满足裂缝宽度、裂缝间距和裂缝处钢筋的应力三方面的要求，因此初拟的纵向钢筋配筋率是合适的。,附录D、连续配筋混凝土面层纵向配筋计算,4）钢筋间距或根数计算 钢筋间距为 或每延米纵向钢筋根数为,附录E、材料设计参数经验参考值,E.1 路基回弹模量经验参考值E.2 基层和底基层材料弹性（回弹）模量经验参考值E.3 水泥混凝土设计参数经验参考值E.4 钢筋强度和弹性模量经验参考值,附录E、材料设计参数经验参考值,E.1 路基回弹模量经验参考值,附录E、材料设计参数经验参考值,附录E、材料设计参数经验参考值,E.2 基层和底基层材料弹性（回弹）模量经验参考值,附录E、材料设计参59、数经验参考值,附录E、材料设计参数经验参考值,附录E、材料设计参数经验参考值,E.3 水泥混凝土设计参数经验参考值,附录E、材料设计参数经验参考值,附录E、材料设计参数经验参考值,E.4 钢筋强度和弹性模量经验参考值,1、旧水泥混凝土路面状况检测及评价、加铺前旧水泥混凝土路面病害处治、水泥路面和沥青路面层间结合、防治旧水泥混凝土路面反射裂缝的措施、沥青加铺层厚度的确定,9 加铺层结构设计9.1 技术关键,1、加铺前旧水泥混凝土路面状况检测及评价,路面破损情况,结构承载能力,行驶质量,抗滑能力,采用目测及仪具量测,优良中次差,采用无破损和破损相结合的方法（FWD或贝克曼梁）,优良中次差,断面类或60、反应类设备,优良中次差,摆式仪,优良中次差,、加铺前旧水泥混凝土路面病害处治,、加铺前旧水泥混凝土路面病害处治,加铺沥青层前如果不对旧水泥混凝土路面进行表面处理，会导致层间粘结不够，加铺后不久就产生早期破坏。,、水泥路面和沥青路面层间结合,、防治旧水泥混凝土路面反射裂缝的措施,加铺维修改造技术最大的难点是防止或减少水泥混凝土旧路面的反射裂缝。,、防治旧水泥混凝土路面反射裂缝的措施,反射裂缝是由于原有的旧水泥混凝土路面的裂缝在荷载和温度的作用下会扩展到沥青面层，而形成的一种裂缝。反射裂缝在许多寒冷国家或地区如北美、加拿大、日本、俄罗斯、北欧以及我国北方地区非常普遍。,、防治旧水泥混凝土路面反射裂61、缝的措施,反射裂缝的存在会极大地影响沥青加铺层的使用寿命，不仅影响行车舒适性，而且导致路面水下浸，影响到路基的强度与稳定性。更为重要的是，在行车荷载反复作用和周期性变化环境温度的影响下，常常使得裂缝迅速向四周扩展，大大缩短了罩面层的使用寿命。反射裂缝是水泥路面加铺沥青层面临的一大技术难题。,、防治旧水泥混凝土路面反射裂缝的措施,目前国内外对减少反射裂缝的主要方法有：（）使用防裂效果更好的面层；（）增加沥青面层厚度；（）从结构本身入手防止和减少反射裂缝(如采用碎石化技术)；（）设置应力吸收层等。,上述方法中有的造价偏高，有的在设计上难度较大。而应力吸收层是一种造价适中，阻裂效果良好的方法。,、防62、治旧水泥混凝土路面反射裂缝的措施,应力吸收层在路面结构中能依靠自身的塑性变形来吸收应力。根据断裂力学的理论，低弹性模量，高韧性的应力吸收层，可以缓解裂缝尖端的应力集中现象，因而能起到较明显的防裂作用。国内外对此类防裂措施开展了不少试验研究，并取得了一定的研究成果。,常用措施,碎石封层应力吸收层施工示意图,高性能应力吸收层技术指标,采用SBS等聚合物改性沥青软化点7585车辙试验动稳定度 DS2000次/mm小梁弯曲试验最大破坏应变max3500u混合料级配需专门设计，其中矿粉用量大于8%，油石比8%。,高性能应力吸收层,由于应力吸收层沥青混合料细集料多、沥青用量多等特点，在配合比设计方法上与普63、通HMA存在较多不同之处。除应满足普通HMA的相关要求外，还应注意以下几点:（）既能满足抵抗重复车辆荷载作用的疲劳性能的要求，又能满足该层抵抗永久变形的抗车辙要求；（）能够防止水渗入到路面结构内部；（）施工方便，易于生产、拌和以及摊铺压实。,9.2 加铺设计过程,1.路面损坏状况调查及评定2.旧水泥混凝土路面的修复设计3.最小加铺厚度的计算4.道路纵断面设计5.沥青混凝土加铺层结构设计,在车辆荷载与温度应力作用下，旧水泥混凝土板接缝处，会产生垂直相对位移与水平相对位移，从而导致沥青加铺层内产生较大的拉应力与剪应力，引发反射裂缝。设计控制的指标为因旧路面板的移动产生的拉应变和因接缝两侧不同的竖向64、位移造成的剪应变。该方法力学概念简单清楚，易于接受和应用，但由于该分析方法中作了一些粗糙的假定，从而并不能准确的分析沥青加铺层中应力分布状况，无法考虑接缝或裂缝处的应力集中对罩面层反射裂缝的影响。,ARE(Austin Research Engineers)法,9.3 加铺层设计方法,该法是一种经验法，认为沥青加铺层的破坏原因是行车荷载所引起的接缝处的竖向弯沉差。设计参数主要考虑水泥混凝土板长、接缝宽度和层间处置措施。层间处置可设置土工织物、应力吸收薄膜层、排水下封层或对旧水泥混凝土板进行破碎与稳定处理。,AI(美国沥青学会)法,该法以弯沉差为控制指标，给出了简单的图表来确定罩面层的厚度，虽然65、考虑了防反措施在减薄罩面层厚度方面的影响，但没有给出定量的关系。,9.3 加铺层设计方法,AASHTO法,AASHTO设计法是迄今为止较完善的经验设计方法，是基于等效结构数来确定沥青加铺层的厚度，具体内容包括可行性研究、旧水泥混凝土板的处理、防反措施的选择和厚度计算等。AASHTO经验设计法是以新建水泥混凝土路面设计方程为基础，考虑旧路面的剩余寿命，对影响路面使用性能的其他因素也作了较全面的考虑，并引入了可靠度的概念。此法设计概念明确，易于操作，但它没有考虑防反措施对路面使用性能和罩面层厚度的影响。,9.3 加铺层设计方法,工程案例,原路面结构示意图,随着周边道路网络的不断完善，人民生活水平的66、提高，乘客对于行车舒适性的要求越来越强烈，水泥路面舒适性差的弊端逐渐体现，为了满足乘客舒适性的要求，同时提高高速公路的服务质量，对原路段进行加铺沥青混凝土改造设计。,一、工程概况,二、设计依据,（一）交通调查与分析,三、原路面状况及总体评价,交通流及交通组成,轴重超载状况,（一）交通调查与分析,在过去5年，交通量持续增长，在全部车辆中，一类车、四类车、五类车增长速度较快。2006年至2011年，五类车年平均增长速度达到31.9%，远远超过国内一般地方公路交通量增长速度。,交通量预测,（一）交通调查与分析,根据方案设计中的车型分类及超载比例，利用AASHTO中的轴载换算系数对各类车辆进行轴载换算67、，得到设计基准期10年的累计标准轴载作用次数为4327.2万次。,（二）路况评估,评价指标,路面行驶质量评价,从上述数据可以看出，RQI评定为“优”等级的占3%，评定为“良”的占59%，评定为“中”的占33%，评定为“次”的占5%，评定为“差”的无。因此，路面状况多处于优良状态。,平整度指数,从以上图表可以看出，主车道国际平整度百米均值主要集中在2-5(m/km)之间，部分路段3.5(m/km)，其中优、良比例占50%，中次差比例占50%。,路面破损情况,破碎板,微细网状裂缝,路面破损情况,横向裂缝,纵向裂缝,路面破损情况,角隅断裂,错台,路面破损情况,接缝料脱落,超高路段唧浆,通过现场采用贝68、克曼梁对超车道的砼板角进行脱空检测，共检测了2170块，板角弯沉值达到20(0.01mm)的共194块，占检测数量的6.1%。由于贝克曼梁弯沉检测是抽查，每三块板检测一块板，由于对病害板不进行检测，因此实际脱空比例应该加上病害板，计算得到的脱空比例为16.6%。,路面结构情况,基层顶面当量回弹模量（MPa）,通过钻芯及FWD弯沉检测，得如下检测结果。,A线方向共检测100块板，基层顶面当量回弹模量平均值为397MPa，最大值为1082MPa，最小值为117MPa，标准差为160MPa；B线共检测100块板，基层顶面当量回弹模量平均值为440MPa，最大值为854MPa，最小值为108MPa，标69、准差为155MPa；从抽检测结果来看，A、B线错台、横缝、填缝料缺损、纵裂病害砼板的基层顶面当量回弹模量均值低于平均值。,主要结论及原因,1、勘测结论,(1)加铺路段水泥混凝土路面各结构层的厚度、强度均能满足设计要求，路面结构承载力按照标准轴载可满足设计年限的使用要求。(2)路面平整度优良率比率较小，仅占50%，通过加铺沥青混凝土可以有效改善其平整度。(3)路面病害板较多，断板及重裂缝板总数为615块，主要病害类型为破碎板、横向裂缝板，有少部分的纵向裂缝板、角隅板；同时轻裂缝板发展速度较快。根据脱空检测资料，考虑病害板为脱空板后，板底脱空率为16.6%。,主要结论及原因,2、破损原因,(1)一70、般路段路面破损。根据检测资料，比较严重的纵横裂缝板的基层当量回弹模量均较低，因此，接缝料脱落及张开，排水系统的堵塞造成唧泥脱空，在水和重车的作用下发生断裂破坏。(2)超载严重，通过测量超载车的轴重可知，部分车辆严重超载，超载达到了4.77倍，超载的存在对路面正常使用产生严重的影响。(3)交通量增长较快，通过计算，年增长率在15%以上，繁重的交通量对路面带来了严重考验。(4)加铺路段处于山岭重丘区，雨季跨度时间长，雨量充沛，雨水是造成路面损坏的主要原因。,根据理论分析及使用经验，加铺段路面结构选用2cm Novachip+5cmAC20，大桥加铺2cm Novachip超薄磨耗层，现对其进行结构71、计算，所取参数如下：,四、加铺层结构设计,一般路基段加铺结构设计,加铺层结构计算参数,根据上述参数，计算得到加铺5cmAC-20后，水泥混凝土板的综合弯拉应力为4.1MPa，小于4.63MPa，满足要求。,四、加铺层结构设计,一般路基段加铺结构设计,桥梁验算交与原设计单位进行，大桥加铺2cm Novichip超薄磨耗层，中小桥加铺2cm Novachip+5cmAC-20。,四、加铺层结构设计,桥梁结构验算,由于原水泥混凝土路面是加铺沥青混凝土的基础，其稳定性及耐久性是加铺沥青混凝土路面是否成功的前提，因此，无论采用多好的沥青混凝土材料及加铺结构，都必须做好路基路面处治工作。,五、加铺前旧路处72、治,(1)对破碎板和重裂缝板块进行更换；(2)对一般路基路面加铺路段的轻裂缝板块进行植筋、灌缝、压浆；(3)对加铺过渡段及裂缝板块、接缝张开、唧泥位置及脱空板块进行压浆稳定。,处治措施,处治措施,根据已有的加铺经验，粘结层选用高粘度改性沥青防水粘结层，采用全自动高智能沥青洒布车施工，先喷洒高粘度改性沥青1.8kg/m3，然后撒S12(筛除4.75mm以下部分)的预拌沥青碎石，用量由试验确定，尽量少用碎石，约为3.5kg/m3，覆盖率占30%，以施工不粘轮为宜，局部撒布过多的石料一定要人工清除。,层间粘接及表面处理,层间粘接措施比较表,接缝是水泥混凝土路面的薄弱环节，更是水泥混凝土路面加铺沥青结73、构防止反射裂缝的重要位置。,接缝处理,压缝带 浸油土工布 玻纤格栅 开槽后填沥青混合料 根据已有经验，对一般路基段纵横向缩缝进行清缝及热改性沥青灌缝（新换接缝除外），跨缝设置lm宽玻纤格栅，对错台位置采用混凝土打磨机磨平。,10、国外水泥路面设计方法,主要汇报内容,美国加州公路与运输工作者协会（AASHTO)设计法简介美国波兰特水泥协会（PCA）设计法简介NCHRP 1-37A设计法简介（略）,简介,混凝土路面主要可分为：有接缝混凝土路面（JPCP）有接缝钢筋混凝土路面（JRCP）连续配筋混凝土路面（CRCP）,AASHTO设计法简介,1986版AASHTO刚性路面设计指南的编制是根据AASH74、TO道路试验和进一步按理论和经验修正的经验方程来进行的。,AASHTO设计法简介,设计方程式回归方程式：,AASHTO设计法简介,修正方程式：,AASHTO设计法简介,地基反映模量设底基层：不设底基层浅浅埋式刚性垫层,AASHTO设计法简介,AASHTO设计法简介,AASHTO设计法简介,有效地基反应模量有效地基反映模量为一当量模量，它所产生的损伤与一年中采用季节性模量所产生的损伤相同,AASHTO设计法简介,AASHTO设计法简介,AASHTO设计法简介,土基支撑减弱,AASHTO设计法简介,设计变量混凝土弹性模量混凝土抗弯拉强度（28d后三分点加载试验确定均值）传荷系数,AASHTO设计法75、简介,排水系数,PCA设计法简介,1984年波兰特水泥混凝土协会公路与城市道路混凝土路面厚度设计方法，以替代1966年的版本。该方法适用于JPCP、JRCP、CRCP的路面板厚度设计。该方法运用JSLAB计算机程序计算不利应力和挠度，然后连同其他一些设计准则制定了设计用表。设计准则是根据一般路面设计经验、使用性能和研究成果确定的。路面设计可以采用表和图来完成，或者用PCA提供的计算机程序进行计算。,PCA设计法简介,设计准则该设计方法的设计准则除了疲劳分析之外，还增加了冲刷分析。疲劳分析认为路面的破坏是由于混凝土路面在车轮荷载作用下产生的疲劳应力所造成的，二冲刷分析认为路面的破坏是由于路面受板76、下水的影响，形成唧泥、冲刷和接缝错台所造成。,PCA设计法简介,疲劳分析疲劳分析是根据右图所示荷载位于最不利位置时，横缝之间板边中部的应力进行分析。,疲劳分析不利荷载位置,PCA设计法简介,其中疲劳分析采用累计损伤概念。,PCA设计法简介,当量应力系数与路边货车百分数的关系曲线,PCA设计法简介,冲刷分析 唧泥、地地基冲刷和接缝错台等路面损坏与路面的挠度的关系比弯拉应力更直接。当量载位位于接缝的角隅附近，如右图所示，路面极限挠度发生在板角。,冲刷分析不利荷载位置,PCA设计法简介,PCA设计法简介,PCA设计法简介,设计因素混凝土弯折模量（抗弯拉强度）土基和底基层支撑（地基反映模量k）设计年限77、交通 轴载分布 荷载安全系数,PCA设计法简介,设计方法 设计用表和图 评价疲劳损伤和冲刷损伤，分别采用两套不同的图表。采用如下参数：,PCA设计法简介,疲劳损伤 疲劳损伤是以板边应力为依据。首先根据路肩状况，查表确定当量应力。然后，当量应力确定后，可以用当量应力除以设计弯拉强度，算出应力比，查表可以得出允许荷载重复作用次数。,PCA设计法简介,PCA设计法简介,PCA设计法简介,PCA设计法简介,冲刷损伤由于冲刷损伤发生在板角，而且受接缝类型的影响，所以将有传力杆的接缝和集料嵌锁行的接缝分开，采用不同的表格。首先，查冲刷系数。然后，根据冲刷系数，查允许荷载重复作用次数。,PCA设计法简介,P78、CA设计法简介,PCA设计法简介,1、公路技术状况评定公路技术状况用公路技术状况指数MQI和相应的分项系数表示，其值为0100；公路技术状况评定标准,第八节 路面养护与评价方法,2、路基路面损坏类型沥青路面 11类21项龟裂、块状裂缝、纵向裂缝、横向裂缝、坑槽、松散、沉陷、车辙、破浪拥包、泛油、修补。水泥混凝土路面 11类20项破碎板、裂缝、板角断裂、错台、唧泥、边角剥落、接缝料损坏、坑洞、拱起、露骨、修补。,第八节 路面养护与评价方法,2、路基路面损坏类型路基损坏类型8类路基边沟不洁、路肩损坏、边坡崩塌、水毁冲沟、路基构造物损坏、路缘石缺损、路基沉降、排水系统淤塞砂石路面6类路拱不适、沉陷、79、波浪搓板、车辙、坑槽、露骨,第八节 路面养护与评价方法,3、公路技术状况评价MQI评价系统如图,第八节 路面养护与评价方法,MQI评价系统说明,第八节 路面养护与评价方法,4、路面破损检测,第八节 路面养护与评价方法,5、路面平整度检测,第八节 路面养护与评价方法,6、路面其它监测,第八节 路面养护与评价方法,7、检测频率和要求,第八节 路面养护与评价方法,8、公路技术状况评定,第八节 路面养护与评价方法,8、公路技术状况评定,第八节 路面养护与评价方法,8、公路技术状况评定,第八节 路面养护与评价方法,8、公路技术状况评定,第八节 路面养护与评价方法,8、公路技术状况评定,第八节 路面养护与80、评价方法,8、公路技术状况评定,第八节 路面养护与评价方法,8、公路技术状况评定,第八节 路面养护与评价方法,8、公路技术状况评定,第八节 路面养护与评价方法,8、公路技术状况评定,第八节 路面养护与评价方法,8、公路技术状况评定,第八节 路面养护与评价方法,8、公路技术状况评定,第八节 路面养护与评价方法,水泥混凝土路面碎石化1）破碎工艺体系：Crack and Seat（打裂压稳）(JPCP)Break and Seat（打碎压稳）(JRCP)Rubblization(多头式破碎设备、共振式破碎设备）(JPCP,JRCP,CRCP)2）工艺特点：破碎程度不同（碎石化破碎程度最高）；适应的路81、况不同（碎石化能适应病害更严重的路况）；消除反射裂缝可能性的程度不同（碎石化能更大程度上消除反射裂缝可能性）。,第八节 路面养护与评价方法,第八节 路面养护与评价方法,MHB类设备兰派设备共振式设备共振式碎石化设备破碎程度较高，破碎后颗粒粒径更小，从而板块强度损失程度也较大，需要加铺的路面结构要求更高。,第八节 路面养护与评价方法,第八节 路面养护与评价方法,水泥混凝土路面碎石化,第八节 路面养护与评价方法,水泥混凝土路面碎石化,第八节 路面养护与评价方法,水泥混凝土路面碎石化,第八节 路面养护与评价方法,水泥混凝土路面破碎,第八节 路面养护与评价方法,板块单点弯沉控制指标(单位0.01mm)82、为：直接加铺沥青层(1)单点实测弯沉值Lr14,不予处理；(2)单点实测弯沉值14Lr40,钻孔压浆处理；(3)单点实测弯沉值Lr40,则按脱空板处理，整板破碎，处理基层，新浇混凝土板块。(4)灌浆后两相邻板间弯沉差控制在0.06mm以内。,水泥混凝土路面的沥青加铺层,第八节 路面养护与评价方法,中国厚度设计-加铺补强层结构设计1）在稳定的原水泥混凝土板上加铺沥青层时，对高速公路、一级公路(或中等及中等以上交通)最小厚度不宜小于100mm，其他公路不宜小于70mm。2）在原水泥混凝土路面上加铺沥青层时宜用热沥青或改性乳化沥青、改性沥青做粘层。为防止渗水、减缓反射裂缝及加强层间结合，宜设置2025mm厚的聚合物改性沥青应力吸收层、应力吸收膜，或铺设长纤维无纺聚酯类土工织物等。,1、怎样理解“弹性地基上的小挠度弹性薄板”的概念？2、威斯特卡德计算理论关于地基假说及典型荷位是如何论述的？3、何为砼面板的温度翘曲应力？计算其目的何在？4、我国现行水泥路面设计方法中的临界荷位是如何确定的？5、水泥路面的荷载疲劳应力是如何确定的？温度疲劳应力又是如何确定的？6、旧水泥混凝土路面加铺为什么要做路面调查与评价？如何进行？7、进行旧水泥混凝土路面加铺有哪些方案可供选择？各有何有缺点？8、复合式混凝土路面如何考虑其应力计算？,复习思考题,