道桥工程设计与施工2-7

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1、第九章 水泥混凝土路面,一 水泥混凝土路面的发展及特点 二 水泥混凝土路面的损坏模式 三 水泥混凝土路面结构组合 四 水泥混凝土路面设计方法 五 水泥混凝土路面 施工 六 施工机械,一、水泥混凝土路面的发展及特点,1.特点,优点: 1.具有较高强度,稳定性好,使用寿命长(2030年); 2.路面粗糙,抗滑性好,抗磨耗能力强; 3.经常性维修和养护费用少;,缺点: 1.水泥用量大(每方砼需水泥330kg); 2.混凝土需要湿治养生开放交通较迟; 3.接缝是路面的薄弱部分,行车引起车辆振动,易导致路面破坏; 4.混凝土板破坏后,修复困难、影响交通。,二、水泥混凝土路面的损坏模式,水泥混凝土路面破坏

2、原因:车轮反复作用下的破坏,混凝土温度的变化,温度应力的破坏。 断裂、挤碎 拱起 错台 唧泥,水泥混凝土的力学强度和弹性模量较高,水泥混凝土承载力大部分由路面板提供,从而使混凝土路面板在轮载作用下产生的应力成为路面板厚度设计的主要控制指标。,三、水泥混凝土路面结构组合,1.混凝土路面板 采用等厚式断面设计,板厚和平面尺寸符合设计要求;,水泥混凝土面板厚度,水泥混凝土面板最小厚度为18cm。 板的平面尺寸为:矩形纵向小于4.5m,横向45m。,2.基层和垫层,基层 作用:修筑在土基上,混凝土面板下,给混凝土板提供均匀稳定的支承,以防出现唧泥和冻胀或板底脱空和错台现象,保证混凝土路面的整体稳定。

3、要求:采用整体性半刚性基层,整体性强,稳定性好,抗冻性; 新建公路的混凝土基层顶面的当量回弹模量Et不低于下表,基层顶面的当量回弹模量,垫层:改善土基的水温情况,3.土基,土基是混凝土路面的基础,要求有足够的强度和稳定性,加强排水。,控制方法: 加强路基排水设施,对于湿软地基,应采取加固措施。 加设垫层,以缓和可能产生的不均匀变形对面层的不利影响。 把不均匀的土掺配成均匀的土。 控制压实时的含水量接近于最佳含水量,并保证压实度达到要求。,4.接缝和填缝料,(1)接缝 作用:防止温度变化引起过大的胀缩应力;防止温差使板产生过大的翘曲应力;防止不均匀的土基沉陷引起板开裂。 分类: 按平面位置分:横

4、缝1;纵缝2(平行道路中线而设置的接缝)。,胀缝:伸缝,垂直贯穿全板断面。板体升温时自由伸张。设置在:桥梁或其它固定的构造物处;与柔性路面的接触处;板厚改变处;小半径平曲线和凹型竖曲线纵坡变换处。,按功能分:胀缝;缩缝;施工缝。,缩缝:为减小混凝土收缩应力和温度翘曲应力。分为横向缩缝和纵向缩缝。均为假缝。,施工缝:在一次铺筑宽度小于路面宽度时,设置纵 向施工缝。,说明: 传力杆:作用是将板边轮载传递一部分至另一块板上。采用光面钢筋。传力杆尺寸和间距见表2-9-2。 拉杆:作用是防止由于砼的收缩产生接缝变宽和板的横向位移。采用螺纹钢筋。,混凝土路面同柔性路面相接处,应按照以下方式处理。,特殊部位

5、混凝土路面的处理,1端部边缘钢筋;2胀缝;3基层;4混合砂浆卧层;5混凝土平道牙,特殊部位混凝土路面的处理,混凝土板埋入柔性路面的连接方法,(2)填缝料接缝料:要求选用能适应砼板胀缩和耐久性良好的材料。如杉木板、纤维板、泡沫橡胶板、泡沫树脂版等 填缝料:应选用与砼板粘接力强、回弹性好、耐疲劳、不渗水和不溶于水的材料。如沥青橡胶、聚氯乙烯胶泥、沥青玛蹄脂等加热施工型;还有常温施工型:氯丁橡胶、乳化沥青橡胶等。,四、水泥混凝土路面设计方法,1.水泥混凝土路面板设计考虑因素 路面的使用年限和使用特征; 交通量、交通组成; 临界荷位及有关荷载系数; 混凝土强度与疲劳损坏; 土基基层即地基的刚度; 荷载

6、应力的计算方法。,2.设计参数,(1)标准轴载换算和累计作用次数我国公路与城市道路水泥混凝士路面设计以汽车后轴重为100kN的单轴轴载作为设计标准轴载。 各级轴载Pi的作用次数Ni换算为标准轴载Ns:,式中 Pi各级轴载单轴重或双轴总重;KN;轴载系数;单轴:为1;双轴时:,累计作用次数,t设计年限;,设计年限内一个车道上的累计当量轴次(次);,Ns路面竣工后的第一年双向平均当量轴次(次/日),设计年限内交通量的增长率(%),车轮轮迹横向分布系数。,水泥混凝土路面承受的交通,按使用初期设计车道每日通过的标准轴载作用次数分为四级,水泥混凝士路面的设计使用年限为路面达到预定损坏标准(如大修或加铺)

7、时所能使用的年限。我国现行规范规定的设计使用年限如下表所示。,(2)交通量分级、设计年限,基层顶面的当量回弹模量: 新建路:,(3)基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量,返回 幻灯片 31,L0:100KN的车辆测地的计算回弹弯沉值;,旧路:,基层顶面的计算回弹模量:,n:模量修正系数;,计算温度应力:n=0.35,计算荷载应力:,Ec:水泥混凝土弯拉弹性模量,MPa。,(4)混凝土设计强度和弯拉弹性模量,混凝土设计强度以28天弯拉强度为标准。混凝土的弯拉弹性模量由试验确定,见下表:,(5)混凝土板内最大温度梯度,温度梯度概念:混凝土顶面和底面温度差/板厚,混凝土板内的温度状况主要受气温和太阳

8、辐射热等大气因素的影响。所以按不同的自然区划采用下表的数值:,返回,3水泥混凝土板的平面尺寸与厚度设计,(1)板的平面尺寸及临界荷位,平面尺寸:采用矩形,宽:4.5m,长:45m。 临界荷位: 为简化计算工作,选取使路面板产生最大应力、最大挠度或最大损坏的一个轴载作用位置作为临界荷位。 位置:设计荷载在板中产生最大综合疲劳损害的临界荷位在板的纵缝边缘中部。,水泥混凝土面板初拟厚度,水泥混凝土面板最小厚度为18cm。,(2)水泥混凝土板厚设计,思路:初估厚度;荷载应力、温度应力计算;作用应力总和与板的容许应力比较;满足规定,初估板厚即为设计板厚,否则,改变板厚,继续验算。,荷载应力计算,标准轴载

9、在临界荷位 产生的荷载疲劳应力:,标准轴载在临界荷位处产生的未考虑接缝传荷能力的荷载应力;,返回,考虑设计使用年限内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数;,超载和动载对路面疲劳损坏的综合影响系数,与交通等级有关。,温度应力计算,在混凝土板边缘中点处由于温度梯度作用产生的温度应力按下式计算 :,返回,返回,板厚的确定,荷载和温度应力作用在混凝土路面上的应力总和为:,混凝土板的设计弯拉强度为,则初估厚度可作为设计板厚,否则改选板厚,平面尺寸,重新验算应力,直到满足要求为止。,计算设计使用年限内的标准轴载累计作用次数; 初拟路面结构断面,包括结构层次、类型和厚度; 确定基层顶面的当量回弹模量、基层顶面

10、的计算回弹模量; 设计混凝土混合料组成,确定相应的混凝土弹性模量; 计算荷载疲劳应力; 计算温度疲劳应力; 检验荷载疲劳应力+温度疲劳应力是否满足要求。,(3)板厚设计步骤,例:浙江某地一级公路拟建水泥混凝土路面,由交通调查和预测知,设计车道在使用初期的标准轴载作用次数为850n/d,取路基的回弹模量为20MPa,试确定混凝土面板的平面尺寸和所需厚度。,4.举例,(1)交通分析,此路面属重交通,设计年限为30年,取交通量的年平均增长率为5,取车轮轮迹横向分布系数为0.20,则计算设计年限内标准轴载的累计作用次数为:,(2)初拟路面厚度和平面尺寸。 由交通等级为重交通,初拟路面厚度为2325cm

11、,取h1=24cm。各结构层次及参数见下表:,纵缝为设拉杆的平缝,横缝为不设传力杆的缩缝。,板平面尺寸选用:宽3.75m,长5.0m。,(3) 基层模量值的确定,基层顶面的当量回弹模量,见图幻灯片 15,见表,基层顶面的计算回弹模量,计算温度应力时:,(4) 荷载疲劳应力,见图,(5) 温度疲劳应力,浙江属区,取Tg=0.86/cm,见图,见表,自然区划:,(6) 检验初拟厚度,所以所选板厚(24cm)可以承受荷载应力和温度应力的综合疲劳作用,设计符合要求。,见图,五、水泥混凝土路面 施工,1.概念水泥混凝土路面的面层是用水泥混凝士混合料铺筑而成的.,2.材料要求 具有较高的抗弯拉强度;良好的

12、抗冻性和耐磨性;良好的施工性能 . 粗集料 5mm 细集料 5mm 水泥 水 填加剂:缓凝减水剂。,3.施工准备工作,选择混凝土拌和场地:运距、水源、电源、堆料场地、水泥库房。 进行材料试验和混凝土配合比设计。 基层的检查与整修,基层的宽度、路拱与标高、表面平整度和压实度,均应检查。 摊铺前洒水。,4.水泥混凝土路面的主要施工工序,(1) 放样清底;(2) 安装模板(3) 安装传力杆(4) 拌制和运送混凝土(5) 摊铺振捣(6) 表面整修与防滑(7) 养生(8) 锯缝和填缝,5.施工的质量控制和检查验收,施工质量检查内容; (1)水泥混凝土混合料的组成材料的技术性能、配合比设计及其强度; (2

13、)基层的强度、密实度、平整度、施工厚度; (3)面层的强度、密实度、平整度、施工厚度(标高); (4)及时测定7d试件强度,检查是否达到28d强度的70%; (5)施工气温、机械、劳力和工作进度,水泥混凝土路面质量验收标准见表.,六 施工机械,清障车,多功能装载机,稳定土拌和机,压路机和沥青混凝土摊铺机,沥青混凝土大型搅拌设备,水泥混凝土滑模式摊铺机,七 其他类型混凝土路面简介,钢筋混凝土路面指为防止可能产生的裂缝缝隙张开,在板内配置有纵、横向钢筋(或钢丝)网的混凝土路面。北京首条钢筋混凝土路面,110国道延庆段03年11月5日通车。 连续配筋混凝土路面特点:沿纵向配置连续的钢筋,除了在与其他路面交接处或临近构造物附近设置胀缝以及根据施工需要设置施工缝外,一般不设横缝的混凝土面层。一般适用于高速公路或者一级公路和机场混凝土路面。,装配式混凝土路面是在工厂中把混凝土预制成板块,然后运至工地现场拼装而成。优点:质量好、进度快、通车早、易维护缺点:接缝多、整体性弱、舒适性差 组合式混凝土路面结合式分离式部分结合式,纤维混凝土路面在混凝土中掺入一些低碳钢,不锈钢纤维或其他纤维(如塑料纤维、纤维网等),即成为一种均匀而多向配筋的混凝土。 混凝土小块铺砌路面块料由高强的水泥混凝土材料预制而成。 碾压混凝土路面是一种含水量低,通过碾压施工工艺达到高密度,高强度的水泥混凝土。,此讲结束,谢谢,

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