第十三章 水泥混凝土路面主要内容u概述 u水泥混凝土路面构造 u水泥混凝土面板厚度设计方法 u水泥混凝土路面的施工工艺 u其它类型混凝土路面简介第一节 概述u水泥混凝土路面及其特点Ø 水泥混凝土路面的定义是指由水泥混凝土面板和基（垫）层所组成的路面，也称刚性路面，包括普通混凝土路面（PCCP）、钢筋混凝土路面（RCP）、钢纤维混凝土路面、预应力混凝土路面、连续配筋混凝土路面（CRCP）、装配式混凝土路面等Ø 普通水泥混凝土路面它是由普通混凝土面层板和基（垫）层所组成的路面， 是除接缝区和局部范围（边缘及角隅）外，不配置钢筋的混 凝土路面由于它表面色泽鲜明，也被称为白色路面Ø普通混凝土路面的优点（1）强度高（2）稳定性好（3）耐久性好（可以使用20～40年或更长）（4）夜间行车效果好（5）使用初期养护费用少，经济效益高？（6）低行驶能耗（行车轮胎变形小，路面能量消耗低 ）？Ø普通混凝土路面的缺点 （1）初期造价高（目前与进口沥青比造价已不高，且 寿命长，单位年费用更低）； （2）对水泥和水需求量大，因此总体污染（水泥生产 过程）； （3）噪声大、行驶舒适性差； （4）有接缝（受力薄弱、行车舒适性差、易进水）； （5）修筑周期长，开放交通迟； （6）养护维修困难。
u水泥混凝土路面的力学特性Ø 水泥路面的力学特征ü混凝土的强度及模量远大于基层和土基强度和模量；ü水泥混凝土本身的抗压强度远大于抗折强度；ü基层表面与路面板间摩擦力及位移较小，滑动较容易；ü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；ü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 ；ü荷载多次重复作用，温度梯度也反复变化，混凝土板有 疲劳现象Ø水泥混凝土路面的力学模式ü弹性地基板模型弹性地基：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水泥混凝土路面设计理论：弹性地基上的小挠度薄板 理论Ø 水泥混凝土路面的工作及设计特点ü①抗弯拉强度低于抗压强度，决定其板块尺寸的设 计强度指标是抗弯拉强度；ü②车轮荷载作用对其有疲劳效应；ü③温度差造成板有内应力，出现翘曲变形及翘曲应 力，且也有疲劳特性；ü④板的使用还受限于支承条件，不均匀支承及板底 脱空对板内应力的分布影响极大u水泥混凝土路面常见破坏形式 Ø接缝破坏 ü挤碎：出现于横向接缝（主要是胀缝）两侧数十厘 米宽度内，表现为板的伸长受阻，板发生剪切挤碎ü拱起：混凝土面板在受膨胀而受阻时，某一接缝两 侧的板向上拱起，表现为纵向压曲失稳。
ü错台：横向接缝两侧路面板出现的竖向相对位移ü 唧泥：汽车行经接缝时，由缝内喷溅出稀泥浆 的现象Ø面板破坏表现为面板的断裂和裂缝，主要是面板由于所受内 应力超过了混凝土的强度而出现的横向或纵向以及 板角的断裂和裂缝断裂裂缝可视为混凝土面层结构破坏的临界状态Ø表面损坏 包括起皮、磨损、露骨、磨光等第二节水泥混凝土路面构造u土基Ø 性能要求：因水泥混凝土路面强度、刚度都很大，传递到土基的应力很 小（一般不超过0.05MPa），对土基的强度要求要比沥青路 面低对土基的支承要求主要是保证基层的稳定性（尤其是 水稳定性和路基稳定性），特别是不出现不均匀的支承，从 而保证水泥混凝土板处于均匀面支承的受力状态因此，要 求路基（即土基）密实、稳定和均匀，一般要求基层采用水 稳定性好的材料、路基处于干燥或中湿状态，沉降稳定Ø引起土基不均匀支承的可能原因不均匀沉陷：压实不均匀、填挖结合处理不佳、土基未 充分固结（施工期沉降不稳定）；不均匀冻胀：含水量在等温面上分布不均匀、土质不均 匀；特殊土质：膨胀土、湿陷性黄土等，加上含水量变化Ø处治方法土质掺配均匀、控制压实含水量、排水加固及设垫层u基层Ø 基层的作用①支承路面板提供合适地基模量，提高路面结构的承载能力，延长路面 使用寿命。
减小路基（土基）顶面的压应力，减小地基的不 均匀变形，缓和路基不均匀变形对面层的影响②防唧泥混凝土板如直接放在路基上，会造成路基土塑性变形过大 ，铺设基层可减轻以至消除唧泥，但未经处治的砂砾基层细 料含量和塑性指数不能太高，否则仍会产生唧泥③防冰冻 在季节性冰冻地区，用对冰冻不敏感的粒状多孔材料铺筑基 层，可以 减少路基的冰冻深度，从而减轻冰冻的危害作用 ④防水 在湿软土基上，铺筑开级配粒料基层可排除路表渗入水及隔 断地下毛细水 ⑤施工 面层施工(如立侧模，运送混凝土混合料等)提供方便Ø水泥混凝土路面的基层类型 •粒料类（碎石、砂砾等） •稳定类（水泥、石灰粉煤灰或沥青稳定粒料） •贫混凝土和碾压混凝土等 上述基层分别具有不同的刚度、耐冲刷能力和透水性，要根据 交通等级、当地条件和经济性因素选用Ø 基层的抗冲刷性 耐冲刷能力分5级： 1级（极耐冲刷）—贫混凝土（水泥含量7％或8％）、碾压混 凝土、沥青混凝土 2级（耐冲刷）—厂拌水泥稳定粒料（水泥含量5％） 3级（较耐冲刷）—厂拌水泥稳定粒料(水泥用量3.5％)， 沥青稳定粒料(沥青含量3％) 4级（较易冲刷）—现场拌水泥稳定粒料（水泥含量2.5％）， 粒料 5级（易冲刷）—混杂的粒料，细粒土Ø 基层的设计要求Ø 基层的厚度要求Ø 基层的材料要求最大粒径不超过基层厚度的1/3；•小于0.075mm的细料含量不超过7%；•粒料可采用开级配或密级配，其级配组成应符合技术规范 规定要求，并应采用重型压实标准压实到较高的压实度（ 98～100％）。
Ø 基层的宽度要求u水泥混凝土面层Ø 水泥混凝土面层应具有足够的强度、耐久性、表面抗滑、耐磨和平整Ø 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规范取用Ø 面层的几种类型Ø 水泥混凝土路面的形状要求普通混凝土、钢筋混凝土、碾压混凝土或钢纤维混凝土面层板一般采用矩形其纵向和横向接缝应垂直相交, 纵缝两侧 的横缝不得相互错位Ø水泥混凝土路面的材料要求ü新拌混凝土的施工和易性-易于施工操作的性能→质量均 匀、密实成型ü硬化后混凝土的强度-抗压强度和抗弯拉强度、模量ü混凝土的变形特性-弹性变形、徐变变形、温度变形、干 燥收缩变形ü耐久性-混凝土抵抗环境介质作用而保持其形状、质量和 适用性的能力u水泥混凝土路面排水 Ø水产生的有害影响⑴使无粘结粒状材料和地基土的强度降低⑵由于移动车辆产生高动水压力，会使路面基层的 细颗粒产生唧泥，使面板支撑不均匀或失去支撑⑶混凝土路面因板底脱空产生错台、开裂和整个路 肩破坏⑷在冰冻深度大于路面厚度的北方地区，高地下水 位会造成冻胀，并在冻融期间降低承载能力。
⑸水使冻（膨）胀土产生不均匀冻（膨）胀Ø 排水问题的重要性Ø 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Ø 排水设计的原则1）要充分利用有利地形和自然水系，排水沟渠宜短不宜长， 就近分流；2）注意与农田水利相配合；3）进行调查研究，全面规划，还应与路基防护加固相配合；4）尽量不破坏天然水系；5）就地取材，讲究经济效益；6）尽量阻止水进入路面结构，并迅速排除路面结构内的水Ø路面排水系统的组成 ü①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 ü②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 ü③路面结构内部排水 方式：通过设置排水垫层/基层u路肩Ø 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Ø 路肩铺面可选用水泥混凝土面层或沥青面层Ø 路肩水泥混凝土面层的厚度通常采用与行车道面层等厚, 其 基层宜与行车道基层相同选用薄面层时, 其厚度不宜小于 150mm, 基层应采用开级配粒料。
Ø 路肩沥青面层宜选用密实型沥青混合料口其基层可选用无机 结合料稳定粒料或级配粒料行车道路面结构不设内部排水 设施时, 沥青面层和不透水基层的总厚度不宜超过行车道面 层的厚度, 基层下应选用透水性粒料填筑u接缝构造和布置Ø 设置接缝的理由①水泥混凝土硬化过程中的收缩；② 施工过程应设置工作缝；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Ø 横向接缝的间距按面层类型和厚度选定ü普通混凝土面层一般4～6m，面板的长宽比不宜超 过1.30，平面尺寸不宜大于25m2；ü碾压混凝土或钢纤维混凝土面层一般 6～10m ；ü钢筋混凝土面层一般 6～15m| 水泥混凝土路面的横向接缝Ø 横向接缝垂直于行车方向的接缝，包括缩缝、胀缝和工作缝①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②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③施工缝：因施工不连续，暂时停止施工时要设置施工缝。
常设置在缩缝、胀缝位置处，必须添加传力钢筋，保证纵向 整体性Ø 横缝的构造与设置①胀缝的构造胀缝是水泥混凝土最薄弱的环节，目前高速公路一般 板厚较大，温度升高产生的热压应力不会造成压屈破 坏，适量的热压应力还有利于提高路面的整体强度， 因此高速公路水泥混凝土路面一般可不设置胀缝（特 殊路段如与其他结构物联接处除外）②缩缝的构造缩缝间距一般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 ③施工缝的构造施工缝一般尽量选择在胀缝、缩缝处设置，构造与 重交通的缩缝构造（b）相似，或者选用企口缝Ø 横向接缝的间距按面层类型和厚度选定ü 普通混凝土面层一般4-6m，面板的长宽比不宜超过1.30，平面尺寸不宜大于25m2；ü 碾压混凝土或钢纤维混凝土面层一般6-10m ；ü 钢筋混凝土面层一般6-15mu水泥混凝土路面的纵向接缝Ø 纵缝的构造与设置 纵缝：平行于行车方向的接缝，用来控制路面板因翘曲 应力与荷载应力共同作用下产生不规则的纵向裂缝 原因：1）混凝土摊铺机仅能摊铺一个车道宽度，纵缝 做成真缝形式（平头缝）2）混凝土摊铺机全路幅摊铺，摊铺宽度两侧做成真缝 ；摊铺宽度范围内按照车道宽度设置纵缝，做成假缝 或者企口缝Ø 纵缝的位置①根据路面设计宽度，按3～4.5m设置，一般等间距 。
②一般选择在车道标线处；靠近中央分隔带的内侧车 道，路缘带与车道间不另设纵缝；外侧车道，纵缝外 移路缘带宽度；Ø 拉杆的设置①拉杆：指用于纵缝，以保证板块间沿道路横向的联 系为主要目的设置的钢筋一般采用长度50-70cm、 直径18-20mm、间距1.0-1.5m螺纹筋 ②拉杆设置要求：一般纵缝应设拉杆Ø 纵横缝的布置①交角：纵缝与横缝一般垂直正交，纵缝两旁的横缝一 般成一条直线在交叉口、匝道位置处，尽量使得纵横 缝的夹角为钝角； ②横缝间距：4-6m（缩缝），我国缩缝间距一般5m； ③纵缝间距：3-4.5m，我国车道宽3.25∼3.75m，纵缝设 置间距? ④趋势：胀缝少；缩缝间距不等，按4、4.5、5、5.5和 6m的顺序设置；横缝与纵缝交成80度左右的斜角u边缘钢筋Ø 一般设置在纵向，横向只在胀缝两侧或起终点处设置 Ø 采用两根直径12-16mm的钢筋，用直径6mm的钢筋固定 ，端部应弯起，放置在板厚下1/4-1/3处，并保证离板 边缘5cm的净距u角隅钢筋设置在胀缝两侧板的角隅处，采用两根直径12-14mm ，长度2.4m的螺纹。