水泥混凝土路面施工讲义讲稿(图文丰富).ppt

第十五章 水泥混凝土路面 15-1 概述1、水泥混凝土路面的定义：由水泥混凝土面板和基层或底基层所组成的路面，也称刚性路面，包括普通混凝土路面（JPCP）、钢筋混凝土路面（JRCP）、钢纤维混凝土路面（SFCP）、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。2、普通水泥混凝土路面JPCP：由普通混凝土面层板和基层或底基层所组成的路面，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。,3、水泥混凝土路面的特点1）优点强度高，具有较高的抗压、抗弯拉强度及抗磨耗能力。水泥混凝土路面色泽鲜明，能见度好，有利夜间行车。养护费用少、经济效益高：与沥青混凝土相比，养护工作量和养护费用均较少。虽然一次修筑投资大，但使用年限长，故所分摊于每年的工程费用较少。耐久性好：一般能使用2040年，而且它能通行包括履带式车等在内的各种运输工具。稳定性好：受水的浸入和温度等自然因素影响时，引起的强度变化小，不存在沥青路面的老化现象。,2）缺点开放交通较迟：路面铺筑后，一般要经过1520天养生，才能开放交通，如需提前开放交通，则需采取特殊措施。水泥和水的需要量大：修筑0.3m厚、7m宽的混凝土路面，每1000m要耗费水泥400500t和水250t，这对水泥供应不足和缺水地区带来较大困难。有接缝：接缝不但增加施工和养护的复杂性，而且会引起行车跳动，影响行车舒适性。同时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。修复困难：路面破坏后，开挖困难，修补工作量大，且影响交通，这对于有地下管线的城市道路，带来较大困难。,152普通水泥混凝土路面的构造,一、土基和基层1、土基：理论分析表明，刚性路面传到土基压力很小，一般不超过0.05MPa。所以，混凝土路面对土基承载力要求不高；但如果土基稳定性不足，出现局部不均匀沉陷，则在荷载作用下，面板受力不均，局部产生过大弯拉应力，导致破坏。土基不均匀沉陷有以下几个原因：不均匀沉陷土质不均，压实不够。不均匀冻胀季节性冰冻地区，土质不均。膨胀土在过干或过湿时压实；排水不良等导致。,2、混凝土面层下设置基层的目的（1）防唧泥：面层如果直接铺在路基上，由于路基塑性变形量大，细料含量多抗冲刷能力低而极易产生唧泥；（2）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，可以减小路基冰冻深度，从而减轻冰冻危害；（3）减小路基压力，缓和路基不均匀变形对面层影响；（4）防水：在湿软地区，铺筑开级配粒料基层，可以排除从路表渗入面板下的水份以及隔断地下毛细水上升；（5）为面层施工提供方便；,（6）提高路面结构承载力，延长路面使用寿命。3、设置基层的要求（1）除非土基本身就是良好级配的砂砾类土，而且是排水条件良好的轻交通之外，其余情况都要设置基层。（2）基层应具有足够的强度和稳定性，表面平整。理论与试验证明一般采用整体性好，具有较高弹性模量材料修筑基层（如平混凝土、沥青混凝土、石灰粉煤灰稳定碎石、水泥稳定碎石、级配碎石等），可以确保混凝土路面良好使用特性，延长路面使用寿命。因此，基层材料必须符合公路路面基层施工技术规范要求。,（3)基层以20cm左右为宜。研究表明，用增加基层厚度提高承载能力以减薄面板是不经济的；但随着基层减薄，基层底面弯拉应力也随增大，所以基层也不能太小。(4)基层宽度应比混凝土面板每侧各宽出2535cm（小型机具施工）或5060cm（滑模施工）或与路基同宽，以供施工时安装滑模，并防治路面边缘水渗入路基。（5）冰冻深度大于0.5m的地区，为防止路基可能产生不均匀冻胀对面层的影响，路面结构要有足够的厚度，以便将路基冰冻深度约束在有限范围内。冰冻深度如果超出面层和基层总厚度，则设置垫层来补足。,二、混凝土面板1、面板受力位置以及形状：荷载作用在面板中部，路面板最大拉应力约为轮载作用在板边部的2/3，所以面板内应力大小是变化的，与荷载作用位置有关。为了降低工程造价，与荷载应力变化相适应，早期面层板横断面曾采用中间薄两边厚的形式，但变厚度面板施工不便，在厚度变化转折处，易引起板的断裂；所以国内外以边部厚度为设计厚度，设计为等厚度板。2、面板要求：面板要保证表面平整、耐磨、抗滑。最小厚度为18cm。,水泥混凝土路面横断面形式a)等厚式；b)厚边式,1、有接缝的普通混凝土路面,有或无传力杆的横缝,有或无传力杆的横缝,有拉杆的纵缝,2、有接缝的钢筋混凝土路面,钢丝网,连续配筋,3、连续配筋混凝土路面,4、预应力混凝土路面,钢筋丝,3、水泥混凝土面层的几种类型,From D H Chen,4、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,纵缝两侧横缝不得相互错位。5、水泥混凝土路面的材料要求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；硬化后混凝土的强度抗压强度、抗弯拉强度和模量；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；耐久性-混凝土抵抗环境介质作用而保持其形状、质量和适用性能力；,三、排水要求：（1）水产生的有害影响使无粘结粒状材料和地基土强度降低。由于移动车辆产生高动水压力，会使路面基层细颗粒产生唧泥，使面板支撑不均匀或失去支撑。因板底脱空产生错台、开裂和整个路肩破坏。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。水使冻（膨）胀土产生不均匀冻（膨）胀。（2）排水问题的重要性：国外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。,（3）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。,（4）路面排水系统的组成路面表面排水 方式：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。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。路面结构内部排水方式：通过设置排水垫层/基层。,（5）路肩1）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水的排除。2）路肩铺面可选用水泥混凝土面层或沥青面层。3）路肩水泥混凝土面层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15cm,基层应采用开级配粒料。4）路肩沥青面层宜选用密实型沥青混合料，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总厚度不宜超过行车道面层厚度,基层下应选用透水性粒料填筑。,四、水泥砼路面的接缝构造与布置1、水泥混凝土路面接缝设置目的水泥混凝土硬化过程中的收缩；施工过程应设置横向工作缝和纵向工作缝；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。,2、水泥混凝土路面的横向接缝（1）横向接缝：垂直于行车方向的接缝，包括缩缝、胀缝和施工缝。缩缝：保证板因温度和湿度降低而收缩时沿该薄弱断面缩裂，从而避免产生不规则裂缝。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拱胀和折断破坏，同时胀缝也能起到缩缝的作用。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。,（2）横缝的构造与设置胀缝的构造：胀缝是贯通接缝、缝宽达到20mm左右、虽然设置传力杆，但是由于不断的伸长与收缩，再加上荷载作用，是水泥混凝土最薄弱的环节。目前只在结构物位置设置胀逢，胀逢数量与水泥混凝土路面长度没有关系。,缩缝的构造：缩缝间距一般46m，同板长，根据气温状况、地质水文情况选择。如：5m4m的板块，按5m固定间距设置缩缝。,假缝型,假缝+传力杆,企口缝+传力杆,施工缝构造：施工缝一般尽量选择在胀缝、缩缝处设置，构造与重交通缩缝构造相似，或者选用企口缝。,浅槽构造图-施工缝与缩缝,（3）横向接缝间距按面层类型和厚度选定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；碾压混凝土或钢纤维混凝土面层一般6-10m；钢筋混凝土面层一般6-15m,3、水泥混凝土路面的纵向接缝（1）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。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）；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；,（2）纵缝的位置根据路面设计宽度，按34.5m设置，一般等间距。一般选择在车道标线处；靠近中央分隔带内侧车道，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；（3）拉杆的设置拉杆：用于纵缝以保证板块间沿道路横向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。拉杆设置要求：一般纵缝应设拉杆。,（4）纵横缝布置交角：纵缝与横缝一般垂直正交，纵缝两旁横缝一般成一条直线。在交叉口、匝道位置处，尽量使得纵横缝夹角为钝角；横缝间距：4-6m（缩缝），我国缩缝间距一般5m；纵缝间距：3-4.5m，我国车道宽3.253.75m。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。,4、边缘钢筋一般设置在纵向，横向只在胀缝两侧或起终点处设置。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。,5、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的螺纹钢筋，设在板的上部，并离板顶留有5cm以上净距，距板纵横边缘各10cm。当交叉口或斜桥处，出现板块锐角时，应增加双层补强钢筋网，以直径6mm钢筋，10cm间距斜交平行排列，设在距板顶、底5-7cm处。,为什么设在上部？,6、砼路面与桥梁相接的处理（1）一般桥梁：设置桥头搭板，一端放置于桥台上，设置防滑锚固钢筋。（2）斜交桥梁：设置渐变板，斜角大于70o设置一块，45o-70o设置两块，小于45o设置至少三块，并要求渐变板短边不小于5m。长边不大于10m。角隅处要设置钢筋网补强。（3）渐变板和搭板：均应按计算配筋量设置钢筋。,7、水泥砼路面与其它路面相接时的处理一般规定：混凝土路面与固定构造物相衔接胀缝无法设置传力杆时，可在毗邻构造物板端部配置双层钢筋网；或端部增加板厚；混凝土路面与桥梁连接，设置610m的过渡板，或设置23道传力杆胀缝；桥头未设置搭板，应设计钢筋混凝土路面。,设置胀缝并以混凝土预制块过渡，以混凝土平道牙隔断,设置水泥混凝土下埋板，其上设置渐变厚度的联结层。,尖角不利于施工,水泥混凝土路面与沥青混凝土路面相接时的处理,8、水泥砼路面的接缝材料（1）接缝板和填缝料接缝板：耐久性、伸缩弹性（高、低温均佳）；填缝料：要具有良好粘性。（2）接缝板种类：木材板、纤维板、泡沫树脂板等。（3）填缝料加热施工类：沥青橡胶类、沥青玛碲脂类；常温施工类：聚氯乙稀胶泥类、自流平硅胶等；,153普混凝土路面的原材料,一、水泥：水泥作为混凝土的胶结料，是混凝土成份中最重要的部分，一般要求采用42.5级以上的普通硅酸盐水泥。具体要求见相关规范，如书中表15-2与15-3所示。二、粗集料要求1、粗集料（大于4.75mm）宜选用基岩为岩浆岩或未分化沉积岩的碎石、碎卵石和卵石，要求质地坚硬、耐久、洁净。2、高速公路、一级公路、二级公路以及有抗冻、抗腐蚀要求的水泥混凝土，粗集料等级取一级或二级；无抗冻、抗腐蚀要求的三级、四级公路以及贫混凝土基层使用三级集料。3、粗集料有严格颗粒级配组成。其级配范围见表15-5所示。,三、细集料要求1、细集料（小于4.75mm）应采用质地坚硬、耐久、洁净的天然砂、机制砂或混合砂，符合表15-6的规定。2、高速公路、一级公路、二级公路以及有抗冻、抗腐蚀要求的三、四级公路水泥混凝土，细集料等级取一级或二级；无抗冻、抗腐蚀要求的三级、四级公路路面混凝土路面以及碾压混凝土基层使用三级集料。3、细集料要有严格颗粒级配组成。其级配范围见表15-7所示。,四、水的要求1、SO42-含量小于0.0027mg/mm3；2、含盐量不能超过0.005mg/mm3；3、PH值不得小于4。五、外加剂是混凝土的重要组成部分。种类以及要求见表15-8。六、接缝材料1、接缝材料类型与要求：（1）接缝板要能适应面板的膨胀与收缩，且施工时不变形、耐久性好。（2）填缝料要能粘结力强，且材料回弹性能好，能适应混凝土面板的膨胀与收缩，不溶于水、不渗水、高温不溢出、低温时不脆裂和耐久性好。,2、胀缝板：应选用能适应混凝土面板膨胀与收缩，施工时不变形、弹性复原率高、耐久性好的材料。高等级公路宜采用塑胶、橡胶泡沫或沥青纤维板；其他各级公路可采用各种胀缝板。具体技术指标见下表：,3、填缝材料：填缝材料有常温施工式和热施工式两种类型。常温施工式有：聚酯、硅树脂类，氯丁橡胶、沥青橡胶类等；热施工式有：沥青玛蹄脂类，聚氯乙烯胶泥类，改性沥青类等。高等级公路优先选用树脂类、橡胶类或改性沥青类，并宜在填缝料中加入耐老化剂。常温施工式填缝料技术要求 表15-10,热施工式填缝料技术要求 表15-11,第四节 水泥混凝土的材料设计1、路面混凝土的技术要求1）强度要求：以28d龄期的弯拉强度为控制指标。先根据交通量和公路等级确定路用混凝土设计弯拉强度标准值fr，再据此计算配制弯拉强度fc。2）工作性要求：新拌混凝土拌和物，必须具有一定的流动性、均匀不离析、不泌水等性质，以适应运送、灌注、捣实等施工要求。通常用稠度表示。测定稠度的方式有坍落度和维勃稠度两种，由于坍落度试验较为简单、直观，所以工程实践中大多采用坍落度来表征混凝土的稠度。3）耐久性要求：水泥混凝土耐久性要求主要包括4个方面：一是含气量要求，二是最大水灰(胶)比要求、三是最小单位水泥用量要求，四是严寒地区路面混凝土抗冻标号的要求。,2、面层材料组成1）水泥：选用硅酸盐水泥，标号42.5/32.5，各项指标符合国标要求。中等及轻交通的路面，也可采用矿渣硅酸盐水泥。2）主要指标：抗折强度、凝结时间、细度、安定性、氧化镁含量、三氧化硫含量。粗集料主要指标：最大粒径、压碎值、针片状含量、含泥量等；细集料主要指标：细度模数、含泥量；（工程中一般采用细度模数在2.33.2之间的中砂）外加剂主要类型：缓凝剂、膨胀剂、减水剂、引气剂等；,3、水泥砼性能实验混凝土抗折强度实验混凝土抗压强度实验混凝土抗折弹性模量混凝土收缩性能实验混凝土抗冻性能实验,4、影响水泥砼强度的因素（抗折强度）1）水泥类型及性质道路硅酸盐水泥硅酸盐水泥普通水泥矿渣水泥；水泥的安定性、收缩性对混凝土路面的抗折强度有重大影响，应严格控制氧化镁、三氧化硫含量；2）粗集料：滑模摊铺混凝土路面粗集料最大粒径，碎石定为30mm，砾石为20mm。压碎值一般不应大于12%，最大不应大于20%。粗集料针片状含量不大于10%。集料的含土(泥)量和软弱颗粒的影响：土使得抗折强度减小，收缩变大。,3）细集料细度模数的影响：随着砂细度模数增加，抗折强度和抗压强度均略有增大。当砂越来越粗时，砂对于嵌锁力的贡献逐渐增强，而嵌锁力提高必然带来抗折强度的增大。4）单位水泥用量：随着水泥用量的增大，混凝土抗折强度增大。5）水灰比：相同水泥用量时，水灰比增加，抗折强度缓慢下降，抗压强度则下降较快。同时增大单位水泥用量和降低水灰比，抗折强度有较明显提高。6）含气量：含气量增大，抗压强度线性降低，抗折强度先增大，后减小。抗折强度较高的含气量在2%6%，抗折强度可提高10%15%。,1、施工准备工作（1）施工机械选择：摊铺设备、搅拌设备。（2）布置拌和场拌和场布置原则：交通便利、空间足够、水电方便。（3）材料试验与配合比设计：对选定粗、细集料等进行相关试验，验证满足集料技术指标要求，然后进行配合比设计。（4）基层质量的检查与整修：保证水泥混凝土路面基层的平整、坚实，平面尺寸、标高和横坡满足要求。（5）洒水润湿、加铺沥青薄层或防水薄膜：洒水防止水泥混凝土铺筑时下部水份散失，引起干缩裂缝。,第五节 水泥混凝土路面施工,2、混凝土板施工顺序立模安置钢筋网混凝土拌和运输摊铺与振捣设置接缝表面处理养生与填缝,混凝土浇筑,3、施工,路面养护,路面开裂,1、钢筋混凝土路面（1）适用场合：混凝土板块尺寸较大时，或基层易产生不均匀沉降或板下埋有地下设施时。（2）特点：配置纵、横向钢筋网，主要目的是控制裂缝的开展；（3）配筋计算：每延米的配筋量cm2：（4）注意点：钢筋最小间距大于最大粒径两倍以上，搭接长度应为直径的24倍以上，钢筋保护层厚度大于5cm；板长一般10-20m，不超过30m。,第六节 其它类型混凝土路面简介,2、装配式混凝土路面（1）混凝土预制块拼接路面：以砼预制块拼装而成，不受气候影响，施工进度快，不需特殊养护，易维修，但接缝多，整体性差，易颠簸。适用于城市道路/停车场/堆场，不适于公路。形状：矩形、正方形或六角形。（2）混凝土小块铺砌路面：小尺寸（一般小于0.03m2），抗压强度高(60MPa)，在基层上设置3cm左右整平层，然后进行拼装。优点：便于维修，耐压适用场合：城市道路人行道，停车场、堆场等。,3、钢纤维混凝土路面（1）特点：混合料中加入1.0-1.2（体积比）的钢纤维，形成混凝土复合材料。（2）优点：抗弯拉、抗压、抗剪强度显著提升，耐磨、抗裂、抗疲劳和抗冻融能力都有提升。（3）注意点：1）钢纤维掺入比例不宜太高，否则施工和易性降低；2）纤维长度不宜太长，否则拌和不匀，过短则强度增长不多，适宜长度25-60mm，直径0.4-0.7mm，长径比50-70；3）拌和加料顺序：砂、碎石、水泥、钢纤维；4）表面钢纤维要拔出；5）按照一般混凝土路面厚度设计方法设计厚度，然后折减,4、碾压混凝土路面（1）特点：通过碾压达到成型目的，区别于一般震捣。水泥用量7-8，用水量小，施工速度快，养生时间短。（2）适用：二级及以下公路的面层和高等级公路的基层。其耐磨性差于一般混凝土路面。（3）集料要求：集料最大粒径20mm。5、复合式混凝土路面 根据双层混凝土路面上下层板之间结合程度的不同，有结合式、分离式和部分结合式。,6、连续配筋混凝土路面 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。,CRCP具有耐久性好，行车舒适平顺，施工进度快，极少养护等优点。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加固。,