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1、公路水泥混凝土路面设计规范宣贯会,水泥混凝土路面加铺层结构设计,唐伯明 教授 （重庆交通大学）,主 要 内 容,1.国水泥混凝土路面使用状况 2.水泥混凝土路面加铺层设计原则 3.旧水泥混凝土路面调查与评定 4.加铺方案选择 5.加铺层结构设计,设计寿命： 30 年 实际寿命：8 10 年,各高等级公路水泥混凝土路面使用年限统计,注：红色标示的高速公路实际使用寿命超过10年,1.我国水泥混凝土路面使用状况,1.我国水泥混凝土路面使用状况,各高速路主要损坏原因统计,1.我国水泥混凝土路面使用状况,1.我国水泥混凝土路面使用状况,美国水泥混凝土路面,路面大中修 延长路面使用寿命 改善行车舒适性,水
2、泥混凝土路面加铺的目的,2.水泥混凝土路面加铺层设计原则,2.水泥混凝土路面加铺层设计原则,调查为先； 对症下药； 因地制宜； 注重排水； 废材利用。,加铺层设计的主要调查内容,1 公路修建和养护技术资料； 2 路面损坏状况； 3 路面结构强度； 4 已承受的交通荷载及预计的交通需求； 5 环境条件； 6 桥隧净空。,2.水泥混凝土路面加铺层设计原则,3.旧水泥混凝土路面调查与评定,路面损坏状况调查：断板率、平均错台量 路面结构状况调查：接缝传荷能力、板底脱空状况 路面结构参数调查：旧路面板板厚、旧混凝土弯拉强度及弯拉弹性模量、基层顶面的当量回弹模量,3.旧水泥混凝土路面调查与评定,旧水泥混凝
3、土路面破损状况评定 新版公路水泥混凝土路面设计规范,采用断板率和平均错台量作为旧路面破损状况评价指标，较PCI更为简便，可以更好反映旧混凝土路面结构性损坏状况。,3.旧水泥混凝土路面调查与评定,旧水泥混凝土路面结构状况评价： 旧混凝土面层板的接缝传荷能力和板底脱空状况采用弯沉测试法调查评定，弯沉测试宜采用FWD。 接缝传荷能力评价：,接缝传荷系数；,受荷板接缝边缘处的弯沉值。,未受荷板接缝边缘处的弯沉值。,3.旧水泥混凝土路面调查与评定,板底脱空状况评价： FWD ：测试多级荷载作用下的弯沉并绘出荷载-弯沉关系曲线进行判断，综合考虑唧泥和错台发展程度以及接缝传荷能力进行判别； 雷达：通过剖面图
4、确定脱空位置和范围，并与钻芯等手段进行标定； 声波检测仪：敲击路面板，通过声音的频率、峰值、带宽等信号特征判断路面是否脱空。,多种手段互相印证，根据经验综合判别！,3.旧水泥混凝土路面调查与评定,旧路面结构参数调查：,旧混凝土面层厚度的标准值可根据钻孔芯样的量测高度计算确定。,旧混凝土面层量测厚度的标准值（mm）；,旧混凝土面层量测厚度的均值（mm）；,旧混凝土面层厚度量测值的标准差（mm）。,3.旧水泥混凝土路面调查与评定,旧路面结构参数调查：,旧混凝土面层弯拉强度的标准值可采用钻孔芯样的劈裂试验测定结果计算确定。,旧混凝土弯拉强度标准值（MPa）；,旧混凝土劈裂强度标准值（MPa）；,旧混
5、凝土劈裂强度测定值的均值（MPa）；,旧混凝土劈裂强度测定值的标准差（MPa）。,3.旧水泥混凝土路面调查与评定,旧路面结构参数调查：,旧混凝土的弯拉弹性模量标准值可按下式计算确定。,旧混凝土的弯拉弹性模量标准值（MPa）；,旧混凝土的弯拉强度标准值（MPa）。,3.旧水泥混凝土路面调查与评定,旧路面结构参数调查：,旧混凝土路面基层顶面的当量回弹模量标准值，宜采用落锤式弯沉仪量测板中荷载作用下的弯沉曲线，计算确定。,基层顶面的当量回弹模量标准值（MPa）；,路面结构的荷载扩散系数；,荷载中心处的弯沉值（m）； 分别为距离荷载中心300mm、600mm和900mm处的弯沉值（m）。,w300、w
6、600、w900,3.旧水泥混凝土路面调查与评定,旧路面结构参数调查：,当采用落锤式弯沉仪的条件受限时，也可选择在清除断裂混凝土板后的基层顶面进行梁式弯沉测量，而后按下式反算，或者根据基层钻芯的材料组成及性能情况依经验确定。,4.加铺方案选择,加铺方案选择流程图,4.加铺方案选择,旧水泥混凝土路面加铺改建方案,注：各等级公路适宜加铺改建方案； 二级及以下公路适宜加铺改建方案，高速、一级公路不宜采用。,若路面的断板率和平均错台量评定等级不一致时，以指标中较低的评定等级作为该路段的损坏状况评定等级。,4.加铺方案选择,综合处治旧板 主要措施：换破碎板，修补和填封裂缝，压浆填封板底脱空，磨平错台，清
7、除旧混凝土面层表面的松散碎屑、油迹或轮胎擦痕，剔除接缝中失效的填缝料和杂物，并重新封缝。 处治标准：经综合处治后的旧混凝土路面应满足接缝或裂缝处的板边弯沉小于0.20mm，弯沉差小于0.06mm，错台小于5mm后，方可进行水泥混凝土或沥青混凝土结构加铺。在正常的基础支承状态下，弯沉差为0.06mm时所对应的传荷系数为75%。,旧水泥混凝土路面病害处治的好坏将直接影响到加铺后路面的使用效果！,4.加铺方案选择,破碎处治旧板： 当调查评定的旧混凝土路面的断板率、平均错台量和接缝传荷能力均处于差级水平，尤其是当旧面层板下出现严重唧泥、脱空或地基沉降时，对旧混凝土路面进行大面积修复后再铺筑加铺层已不是
8、一种经济有效的技术措施。,右半幅破碎处治，左半幅维修处治,4.加铺方案选择,破碎处治旧板： 打裂后旧水泥混凝土板的断裂率应在75%以上，相邻裂缝形成的块状面积为0.40.6m2 ，打裂后旧路面顶面的回弹模量一般不小于300MPa。 破碎后旧水泥混凝土板的破碎率应在75%以上，旧路面表面最大尺寸不应超过75mm，中间层不应超过225mm，底部不应超过375mm的粒径，碎石化后旧路面顶面的回弹模量一般不小于200MPa。,4.加铺方案选择,废旧混凝土再利用： 在挖除改建或更换旧板时，将产生大量的废弃混凝土板块。为减少对环境的不利影响，废旧路面材料应充分利用。 挖除的水泥混凝土旧板的利用，可分为3类
9、： 再生集料，可用作贫混凝土基层集料、水泥稳定碎石基层集料、级配碎石垫层集料、路基及台背填筑（填换）碎石 砌筑工程，即边沟、路肩墙、边坡防护工程等 填筑路基，即填筑停车坪路基、改线段路基和匝道路基,5.加铺层结构设计,沥青加铺层 分离式水泥混凝土加铺层 结合式水泥混凝土加铺层 旧沥青路面加铺水泥混凝土路面,沥青加铺层,沥青加铺层（白改黑）的核心技术问题,车辙和推移等热稳性病害 反射裂缝,沥青加铺层,加铺层厚度：,各高速公路加铺层厚度统计表,要求：高速公路和一级公路的最小厚度宜为100mm，其 他等级公路的最小厚度宜为80mm 。,沥青加铺层,层间粘结：,因沥青加铺层较薄，层间模量比大，应采取措
10、施提高沥青混合料高温抗剪强度和加强层间结合，防止沥青层剪切、推移与反射裂缝。沥青加铺层与原水泥混凝土面板之间宜撒布同标号热沥青或改性沥青。,沥青加铺层,反射裂缝的防治： 增加沥青加铺层的厚度 提高沥青混合料的抗裂性能 采用掺加纤维及橡胶等改性剂 设置防反射裂缝夹层 应力吸收层STRATA、SAMI、ISAC等； 土工织物夹层聚酯玻纤布、土工布等； 防水卷材APP油毡等。 裂缝缓解层 大粒径开级配沥青碎石、级配碎石,沥青加铺层,反射裂缝防治效果取决于旧路面合理处治以及材料和施工工艺的严格控制！,沥青加铺层,加铺层典型结构参考图：,设置防反射裂缝夹层,沥青加铺层,加铺层典型结构参考图：,设置裂缝缓
11、解层,应依据加铺路段的实际情况和条件，分析出现反射裂缝的可能原因，有针对性地设置相应的预防或减缓措施。,分离式混凝土加铺层,在旧混凝土面层与加铺层之间应设置隔离层，保证新旧板之间完全隔离。 材料：沥青混凝土，不能采用松散粒料 厚度：不宜小于40mm 加铺层接缝位置：与旧面层接缝相互错开1m以上，改善加铺层的受荷条件。 加铺层厚度： 普通混凝土加铺层 不宜小于 钢筋混凝土加铺层 180mm 连续配筋混凝土加铺层 钢纤维混凝土加铺层 不宜小于140mm,结合式混凝土加铺层,旧板表面处理： 清理旧混凝土面层表面的污垢； 表面粗糙化抛丸、酸蚀等； 涂敷粘结剂乳胶、环氧树脂等高强粘结剂。 加铺层厚度：不
12、宜小于60mm。 接缝设计： 接缝形式与位置与旧混凝土面层的接缝完全对应和对齐； 加铺层接缝可不设拉杆或传力杆,旧沥青路面加铺水泥混凝土路面,旧沥青路面处理： 铣刨较严重的车辙（5cm）、拥包； 坑槽和网裂较严重的路段进行结构补强； 清洗表面； 设置沥青混凝土调平层。 加铺层厚度： 普通混凝土加铺层 不宜小于 钢筋混凝土加铺层 180mm 连续配筋混凝土加铺层 钢纤维混凝土加铺层不宜小于140mm 直接加铺： 可保留5cm以下的车辙； 不用涂敷粘结剂。,超薄水泥混凝土加铺层,目前在美国主要用于路面车辙严重地区：高等级公路的出入口及匝道、城市道路、汽车停车区等。 旧沥青路面处理： 铣刨车辙、拥包
13、； 全厚式修补坑槽和网裂； 清洗表面，并涂敷粘结剂。 刨铣后的沥青混凝土面层应 保留80100mm的 厚度，因为旧路面 仍要承担大部分荷 载作用。,超薄水泥混凝土加铺层,加铺层厚度：80130mm。 水泥板平面尺寸：宜为12.5m ，通常取面板厚度的1020倍。 接缝设计： 切缝深度为面层板厚的1/41/3； 缝宽35 mm，无需封缝 纵缝应尽量避免设计在轮迹带处,加铺层结构应力分析,沥青上面层的作用主要是提供路面的表面使用功能，并有一定承载作用。混凝土板是主要承载层。 设计时主要验算有沥青上面层的混凝土板的荷载应力和温度应力。 有沥青上面层的混凝土下层板应力分析（参见规范-附录C）。 计算示
14、例：旧混凝土路面上加铺沥青混凝土层设计（参见条文说明-附录C）,沥青加铺层,加铺层和旧混凝土面层应力分析，按分离式双层板进行。 弹性地基双层板荷载应力分析（参见规范-附录B.4） 弹性地基双层板温度应力分析（参见规范-附录B.5）,分离式水泥混凝土加铺层,加铺层结构应力分析,旧沥青路面顶面的当量回弹模量可根据弯沉计算确定（参见规范-附录B.2.5） 按照新建水泥混凝土路面进行加铺层设计。,旧沥青路面加铺水泥混凝土路面,加铺层和旧混凝土板的应力分析，按结合式双层板进行。 复合板荷载和温度应力分析（参见规范-附录B.6）,结合式水泥混凝土加铺层,结 语,如果新路面结构设计是力学-经验法，那旧路面加铺层结构设计就是经验-力学法。 旧路面加铺设计的基础是旧路面合理评价与处治。 旧路面加铺工程成败的关键在于严格的材料和施工工艺控制！,谢 谢！,唐伯明 重庆交通大学 ,
