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连续配筋混凝土路面设计施工技术及其应用pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 公路2004 年 6 月第 6 期 HIG HWA Y Jun . 2004N o . 6 文章编号: 0451- 0712( 2004) 06- 0032- 04 中图分类号: U 416. 216. 2 文献标识码: B 连续配筋混凝土路面设计施工技术及其应用 蔡东锋 ( 武汉市公路勘察设计院武汉市430015) 摘要: 新规范以“ 概率极限状 态设计法” 取代原规范的“ 定值设计法” 使 路面结构更为符合 实际情况。连续配 , 筋混凝土路面因具有耐 久性好、 行车 舒适平顺、 施工进度快和极少 养护等优点, 现已广泛应用于高 等级公路。结合新 规范对连续配筋混凝土路面设计及施工技术做一 些分析探讨, 并介绍连续配筋混凝土路面的应用状况 。 关键词: 连续配筋混凝土路面; 概率极限状态设计法; 高速公路; 高级路面 公路水泥混凝土路面设计规范 JT G D40( 2002) 以“ 概率极限状态设计法” 取代原规范的“ 定值 设计法”即在度量路面结构可靠性上由经验方法转 , 变为运用统计数学的方法, 从而使路面结构更为符 合实际情况。连续配筋混凝土面层可以提高路面的 平整度和行车舒适性, 适用于高速公路; 沥青混凝土 上面层与连续配筋混凝土下面层组成的复合式路 面, 适用于特重交通的高速公路。 连续配筋混凝土路 面 ( Co nt inuously Reinfo rced Concret e Pavement , 机场道面及现 CRCP ) 现已广泛应用于高等级公路、 有道路的加固。同时, 有关 CRCP 各方面的研究也 取得了许多成果和经验, 本文将结合新规范对 CRCP 设计及施工技术做一些分析探讨, 并介绍 CRCP 的应用状况。 1概率极限状态设计法 水泥混凝土等材料 本身的非均质性及施工偏 差、 道路使用年限内的环境和荷载条件的变化, 使水 泥混凝土路面结构的各项设计参数都具有一定的变 异性。路面设计的宗旨是: 不管路面材料类型如何, 在规定的安全性、 舒适性和耐久性条件下使所承担 期望交通量的路面费用- 效益比最佳。为了满足期 收稿日期: 2004- 02- 12 望, 就必须同时考虑所用路面材料在不同荷载和环 境条件下涉及设计因素方面的性能, 这些因素通常 包括设计寿命、 交通量、 基层材料、 施工质量和时间、 材料来源和特性、 材料强度以及自然条件等。 这些设 计参数都有一定幅度的变异, 很难选定它们的设计 值。 因此, 将概率方法应用到路面设计中是使原有设 计方法变得更趋合理的必要途径。 路面结构可靠度可定义为: 在规定的时间内, 在 规定的条件下, 路面使用性能满足预定水平要求的 概率。 路面使用性能包含结构性能和功能 2 个方面, 可以采用断裂、 车辙、 错台和表面弯沉等 结构性指 标, 或者采用平整度等功能性指标, 或者采用服务能 力指数等综合指标来表征路面在某一时刻的使用性 能, 并规定使用期末的要求水平。 疲劳准则一直被广泛用作水泥混凝土路面设计 指标, 水泥混凝土路面结构设计以行车荷载和温度 梯度综合作用产生的疲劳断裂作为设计 的极限状 态, 其表达式为: r ( pr + r tr ) f r ( 1) 式中: 为可靠度系数, 依据所选目标可靠度及 变异水平等级确定; p r 为行车荷载疲劳应力, MP a; tr 为温度梯度疲劳应力, MP a ; f r 为水泥混凝土弯拉 术, 为科学地、 大规模地工程应用打好基础。 参考文献: 1 JT J 057- 94, 公路工程无机结合料稳定材料试验规程 S . 2 沙庆林. 高等级公路半刚性基层沥青混凝土路面 M . 人 民交通出版社 , 1998. 3 陈福印 , 等 . 沥青 混凝 土旧 路面 冷再 生基 层课 题研 究 J . 天津 公路, 2000, ( 2) . 4 Wirtg en Cold R ecy cling M . 1994. 2004 年第 6 期 蔡东锋: 连续配筋混凝土路面设计施工技术及其应用 强度标准值, MP a 。 新规范对各级水泥混凝土路面结构的设计安全 等级及相应的设计基准期、 目标可靠度指标和目标 可靠度作出了规定, 同时对各安全等级的材料性能 和结构尺寸参数的变异水平等级也提出了要求。涉 及路面设计的每一个参数都有一定的变异性, 依据 伍石生等人的研究 , 对设计起决定作用并有显著 变异性的参数主要包括水混凝土弯拉强度( M R ) 、 水 泥混凝土弯拉弹性模量( E c ) 、 板厚( h ) 、 板长( L ) 、 基 层顶面的当量回弹模量( E t ) 、 板顶面和底面的最大 温度梯度( J ) 和使用初期设计车道标准轴载作用次 数( n0 ) 。不同参数的变异性对设计可靠度有不同的 敏感性, 设计可靠度对参数的敏感性从小到大依次为 CV ( h) 、 ( M R ) 、 ( E c ) 、 ( E t ) 、 ( L ) 、 ( J ) CV CV CV CV CV 和 CV ( n0 ) , 为得到较好的设计可靠度, 在进行公路 水泥混凝土路面设计前, 必须对较敏感的参数进行 精确测定。 2连续配筋混凝土路面的特点 水泥混凝土路面具有刚度大、 扩散荷载能力强、 稳定性好、 抗疲劳特性好、 使用年限长和施工取材方 便等优点, 但对超重载反应特别敏感, 很容易产生早 期破坏或病害, 一旦出现破坏, 路面修复相当困难。 CRCP 在纵向配有足够数量的钢筋, 以控制混 凝土路面板纵向收缩产生的开裂, 因此 CRCP 完全 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表面, 改善了汽车行驶的平 稳性, 同时也增加了路面板的整体强度。 CRCP 具有 耐久性好和行车舒适平顺、 施工进度快和极少养护 的优点, 从长期使用 性能来看, CRCP 的经 济性也 很好。 3连续配筋混凝土路面的设计 连续配筋混凝土面板的厚度计算方法与无筋水 泥混凝土板相同, 纵向配筋率按允许的裂缝间距、 缝 隙宽度和钢筋屈服强度确定, 横向钢筋的用量参考 规范中相关公式计算确定。 3. 1结构组合设计 路基应稳定、 密实和均匀, 对路面结构提供均匀 支承。 连续配筋混凝土面层适用于高速公路; 沥青混 凝土上面层与连续配筋混凝土下面层组成的复合式 路面, 适用于特重交通的高速公路。对于重交通, 可 以采用水泥稳定粒料或沥青稳定碎石基层, 对于特 1 33 重交通, 可以采用贫混凝土、 碾压混凝土或沥青混凝 土基层。 底基层可以采用级配粒料、 水泥稳定粒料和 石灰粉煤灰稳定粒料, 厚度一般为 200 mm 。路肩铺 面结构应具有一定的承载能力, 其结构组合和材料 选用应与行车道路面相协调, 并保证能排除进入路 面结构中的水。 CRCP 由于裂缝间距的随意性, 在应 力分析时难以确定板块的尺寸, 厚度计算近似按普 通水泥混凝土面层的各项参数和规定进行。 水泥混凝土路面结构设计以行车荷载和温度梯 度综合作用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态, 其表达式采用式( 1) 。 3. 1. 1荷载应力分析 pr = K rK f K c pr ps ps ( 2) 式中: 为标准轴载 P s 在临界荷位处的荷载疲 为标准轴载 P s 在四边自由板的临 劳应力, M Pa; 界荷位处的荷载应力, M Pa ; K r 为考虑接逢传荷能 力的应力折减系数; K f 为考虑设计基准期内荷载应 力累计疲劳作用的疲劳应力系数; K c 为考虑偏载和 动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数。 3. 1. 2温度应力分析 tr = K t tm 式中: tr ( 3) 为临界荷位处的温度疲劳应力, MP a ; tm 为最大 温度梯度 时混凝土 板的温度 翘曲应力, M P a ; K t 为考虑温度应力累计疲劳作用的疲劳应力 系数。 式( 2) 、3) 中参数的取值或计算见 ( 公路水泥混 凝土路面设计规范 JT G D40- 2002) 附录 B。 ( 3. 2接缝设计 连续配筋混凝土面层的纵缝拉杆可由板内横向 钢筋延伸穿过接缝代替, 连续配筋混凝土面层与其 他类型路面或构造物相连接的端部, 应设置锚固结 构, 端部锚固结构可采用钢筋混凝土地梁或宽翼缘 工字梁接缝等形式。 3. 3钢筋配置 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. 5 m ) 、 缝隙宽度和钢筋屈服强度确 定, 通常为 0. 6% 0. 8% 。 最小纵向配筋率, 冰冻地 区为 0. 7% , 一般地区为 0. 6% 。CRCP 纵向配筋计 算按照 公路水泥混凝土路面设计规范 JT G D 40 ( - 2002) 附录 E 的方法进行计算, 横向钢筋的用量 参考相关公式计算确定。连续配筋混凝土面层的纵 向和横向钢筋 均应采用螺纹 钢筋, 其直径 为 12 20 m m。 34 公路 2004 年第 6 期 凝土的密实性。 另外, 为防止水泥混凝土拌和料水分 蒸发过多, 施工期间气温过高或风力过大时, 不得进 行水泥混凝土的摊铺。 4. 5施工缝处理 CRCP 施工过程中, 应尽量避免临时的施工中 断。当 确实 难以避 免时, 在施工 缝位置 必须增 设 50% 的纵向钢筋, 每隔一根纵向钢筋布置一根补强 钢筋, 补强钢筋的直径与纵向钢筋相同, 且具备足够 长度, 补强钢筋插入两侧水泥混凝土面板的深度不 得小于 1 m 。 4. 6端部处理 由于 CRCP 取消了横向接缝, 在路面与桥梁等 结构物、 沥青混凝土路面和普通水泥混凝土路面等 相接处, 因水泥混凝土热胀冷缩会形成纵向位移。 为 防止产生巨大水平推力而造成路面的损坏或影响构 造物的稳定性, 必须采取合适的端部处理措施, 以约 束、 调节或消除纵向位移。 目前国内外常用的端部处 理措施主要有矩形地梁锚固和宽翼缘工字梁接缝 2 种形式。 4. 7养生 CRCP 的养生至关重要, 养护剂必须沿各个方 向喷洒均匀, 保证在水泥混凝土表面形成完全封闭 的养护膜, 在气温较高或风力较大时宜加盖湿麻袋 进行湿法养生。 5连续配筋混凝土路面的应用 20 世纪 80 年代以来 CRCP 得到了快速发展, 在比利时、 法国等欧洲国家已被广泛应用于高速公 路 。 我国先后在江苏盐城、 河南许昌等地的旧路补 强工程中采用过, 在湖南耒宜高速采用了 40. 1 km CRCP , 路面结构为: 28 cm 厚 CRCP + 18 cm 厚 6% 水泥稳定碎石基层+ 18 cm 厚 4% 水泥稳定碎石底 基层, 采用滑模摊铺施工技术。 美国已建造 45 000 多 km CRCP, 目前 CRCP 主 要在伊利诺斯州、 俄克拉荷马州、 俄勒冈州、 南达科 塔、 德克萨斯州和维吉尼亚等地修建 。AASHT O 2002 Guide 采用目标可靠度的设计方法, 裂缝宽度 控制在 0. 511. 02 mm , 板厚 2038 cm ( 一般 25 33 cm) , 路肩采用与路面相同的结构( 通常宽 3. 65 m ) , 水泥混凝土强度采用 14 d 或 28 d 抗压强度作为控 制指标, 对于集料类型和最大粒径、 基层材料和厚度 也有不同的规定。在美国纵向配筋率为 0. 55% 0. 70% , 但在欧洲最高达到 0. 85% 。 4 3 4连续配筋混凝土路面的施工 水泥混凝土路面工程的施工应保证水泥混凝土 路面工程的施工质量及营运的安全可靠性。营运安 全性主要体现在路面平整度及抗滑等指标的严格要 求上, 营运可靠性体现在按不同等级规定的可靠度 要求来规范施工全过程。CRCP 将主要应用于高速 公路建设中, 一般采用大型机械化施工技术进行路 面工程施工, 使路面密实、 平整和耐久, 并具有良好 的抗滑性能。水泥混凝土浇筑的时间、 养生方法、 施 工缝和钢筋的配置等因素影响 CRCP 的寿命, 为了 保证 CRCP 的施工质量, 结合湖南省耒宜高速公路 2 CRCP 滑模摊铺施工情况 提出以下施工要点。 4. 1钢筋支撑 纵横向钢筋的固定措施必须保证钢筋网稳固, 以防止滑模施工时被推倒。 同时, 支架钢筋不得打入 基层, 以避免支架钢筋阻止面板的自由伸缩, 并防止 面板伸缩造成支架钢筋破坏基层。 4. 2纵向钢筋搭接 对于滑模施工, 由于摊铺速度快, 钢筋网必须预 先安设, 并根据施工进度保证具有足够的长度, 以提 供滑模摊铺的工作面。纵向钢筋的搭接不宜采用全 部焊接的方式, 焊接较长的钢筋网因施工时的昼夜 温差, 容易造成钢筋网端部产生较大的伸缩。 由于绑 扎连接位置允许钢筋之间有一定的错动, 因此纵向 钢筋的搭接宜采用绑扎形式, 绑扎长度为钢筋直径 的 3050 倍, 或者每隔 3050 m 采用焊接形式, 然 后 1020 m 进行绑扎。 4. 3侧向布料机 滑模施工时, 足够长度的钢筋网必须预先安设, 所以水泥混凝土运输车无法纵向进料, 必须采用侧 向进料方式, 因此侧向布料机是必备机械。 侧向布料 机是影响施工工艺的一个重要因素, 在 CRCP 施工 中, 应选用性能优良、 生产效率高且稳定可靠的侧向 布料机, 以避免施工中断, 并防止水泥混凝土拌和料 离析。 4. 4滑模摊铺 保证钢筋网上下的水泥混凝土得到振捣密实是 CRCP 滑模摊铺的关键。由于钢筋网布设在混凝土 板厚的 1/ 2 处, 滑模摊铺时, 插入振捣棒应控制在钢 筋网以上至少 2 cm , 以防止振捣棒与钢筋网接触造 成振捣棒损坏, 从而影响水泥混凝土的密实。同时, 由于振捣棒无法插入钢筋网以下的水泥混凝土内, 振捣棒宜采用高频低幅, 以确保钢筋网以下水泥混 2004 年第 6 期 蔡东锋: 连续配筋混凝土路面设计施工技术及其应用 美国目前水泥混凝土路面研究方向主要集中在 建设长寿水泥混凝土路面方面 。例如, 2002 年 10 月伊利诺斯州交通运输协会( IDOT ) 在克里克 70 号 州际公路上建造了 16 km CRCP 路面, 设计使用年 限 30 年, 路面结构为: 33 cm 厚 CRCP + 15 cm 沥青 混凝土基层+ 30 cm 的粒料底基层, 同时对混凝土 的耐久性、 集料的抗冻性以及钢筋的防腐等提出了 严格的要求。 6结语 CRCP 因具有耐久性好、 行车舒适平顺、 施工进 度快和极少养护等优点, 在国外及国内得到越来越 广泛地应用, 同时国外采用沥青混凝土或贫混凝土 基层、 设置纵向排水系统等技术方法使路面表现出 非常卓越的长期使用性能。我们可以从路面结构组 合设计、 路面排水系统、 原材料质量控制和大型机械 化施工等方面提高水泥混凝土路面的长期使用性 能, 充分发挥水泥资源大国的资源优势, 增加 CRCP 参考文献: 5 35 在我国高速公路建设中的应用。 1 伍石生, 武建民. 公路水泥混凝土路面的 可靠度设计方 法 J . 公路, 2001, ( 10) . 2 查旭东, 等. 高速公路连续配筋混凝土路 面施工技术研 究 J . 中外公路, 2003, ( 1) . 3 唐伯民, 蒙华, 刘志军. 欧美水 泥混凝土 路面设 计使用 现状综述 J . 公路, 2003, ( 10) . 4 ERES Consultants . Summar y o f CRCP Desig n and Construction Pr actices in t he U . S . . Co ncr ete R einfor cing Steel Institute, 2003. 5 L ong life Concrete P avements Deliv er Q uality and Durabilit y. U nit ed States Depa rtment of T r anspo rt atio n Federal Hig hw ay A dminist ration , 2003. 6 JT G D 40- 2002, 公路水泥混凝土路面设计规范 S . 7 JT G F 30 - 2003, 公 路 水 泥 混 凝 土 路 面 施 工 技 术 规 范 S . Design and Construction Technology of Continuously Reinforced Concrete Pavement and Its Application CAI Dong-f eng ( W uhan Highw ay S urvey Design Ins tit ut e, W uhan 430015, Ch ina) Abstract: “ he pro bability limit condit io n design m et hods”in t he new specif icat ions substit utes f or T “he def init e value desig n m et hods” t he or ig inal specif icat ions and causes the pav em ent st ruct ure to cont in fo rm t o the act ual sit uat ion . Cont inuo usly Reinf orced Co ncrete Pavement ( CRCP) is an asset for t oday s and t om orro w s heavily t raveled high ty pe highw ay. Wit h t he pot ent ial t o accom modate any lev el of tr aff ic under clim atic ext remes, CRCP has a longer serv ice life t han r oads made of o ther mat erials. Som e analyses and discussions on t he design and const ruct ion t echnol ogy of CRCP , and it s applicat ion condit ion are int roduced in t his paper . Key words: CRCP ; probabilit y limit co ndition design m et hods; expressw ay ; high t y pe pavem ent 37 亿 元 改 造 川 藏 路 国家将投资 37 亿元对川藏公路进行全面改造, 以确保这条西南大动脉的安全畅通。 工程将于 6 月开工, 预计 2005 年完工。 川藏公路东起成都, 经雅安、 甘孜、 昌都等地到拉萨, 全长 2 432 km, 是我国连接西藏与内地的第一条公 路, 于 1954 年正式通车。近年来, 由于交通运力的急剧增长, 加之常年大雪封山、 泥石流和塌方等原因, 使原 有道路不能满足经济发展的需要。此次川藏公路改造重点是提高路面和桥涵的承载能力, 改善行车条件, 提 高通车能力。1