斜向无粘结预应力无缝水泥混凝土路面(长沙理工大学教授)

1、斜向预应力水泥混凝土路面斜向预应力水泥混凝土路面 主要内容主要内容233前期科研及工作基础44 1斜向预应力混凝土路面简介 项目应用前景及经济社会效益斜向预应力混凝土路面实体工程应用 目前我国高速公路通车总里程目前我国高速公路通车总里程9 9万多公里，沥青路面占万多公里，沥青路面占8585左右，左右，水泥路面占水泥路面占1515左右，大部分高左右，大部分高速公路与等级公路都采用沥青路速公路与等级公路都采用沥青路面。面。 15%水泥路面85%沥青路面一、斜向预应力混凝土路面简介一、斜向预应力混凝土路面简介 我国沥青资源相对匮乏，沥青价格是水泥价格的我国沥青资源相对匮乏，沥青价格是水泥价格的102

2、0倍左右，高速公路沥青路面的造价已经高于水泥混凝土路倍左右，高速公路沥青路面的造价已经高于水泥混凝土路面的工程造价。面的工程造价。沥青路面的造价沥青路面的造价水泥混凝土路面的造价水泥混凝土路面的造价一、斜向预应力混凝土路面简介一、斜向预应力混凝土路面简介 另外，沥青路面属于柔性路面结构，路面使另外，沥青路面属于柔性路面结构，路面使用状态已经难以适应多轴超载的交通荷载，容易用状态已经难以适应多轴超载的交通荷载，容易出现出现裂缝、车辙、水损害、泛油、松散裂缝、车辙、水损害、泛油、松散等病害。等病害。裂裂 缝缝 车车 辙辙水损害水损害 松松 散散 泛泛 油油一、斜向预应力混凝土路面简介一、斜向预应力

3、混凝土路面简介 水泥混凝土路面水泥混凝土路面强度高，强度高， 耐久性好，表面不产生车辙，耐久性好，表面不产生车辙，在很多在很多场合被优先选用。但由于存在胀缩缝，使混凝土路面常发生场合被优先选用。但由于存在胀缩缝，使混凝土路面常发生错台错台、唧泥唧泥、挤碎挤碎、拱起拱起等病害，从而影响路面的行车质量。等病害，从而影响路面的行车质量。混凝土路面常见病害错 台挤 碎唧 泥 拱 起一、斜向预应力混凝土路面简介一、斜向预应力混凝土路面简介 以上的缺点与不足都限制了水泥混凝土路面在高等级以上的缺点与不足都限制了水泥混凝土路面在高等级公路中的大量推广应用。为改善传统水泥混凝土路面的不公路中的大量推广应用。为

4、改善传统水泥混凝土路面的不足，适应交通运输的发展，足，适应交通运输的发展，开展无缝水泥混凝土路面研究开展无缝水泥混凝土路面研究十分必要十分必要。一、斜向预应力混凝土路面简介一、斜向预应力混凝土路面简介解决路面接缝的方法解决路面接缝的方法解决路面接缝的方法一、斜向预应力混凝土路面简介一、斜向预应力混凝土路面简介连续配筋混凝土路面连续配筋混凝土路面 连续钢筋混凝土路面一般允许出现裂缝，尽连续钢筋混凝土路面一般允许出现裂缝，尽管在路面结构中配有大量的纵向钢筋使这些裂管在路面结构中配有大量的纵向钢筋使这些裂缝挨的很紧，但随时间的推移，如果在裂缝宽缝挨的很紧，但随时间的推移，如果在裂缝宽度发展到比较宽的

5、情况下，仍会出现破碎，有度发展到比较宽的情况下，仍会出现破碎，有时甚至出现错台，因此会影响路面行车的舒适时甚至出现错台，因此会影响路面行车的舒适性。性。 一、斜向预应力混凝土路面简介一、斜向预应力混凝土路面简介解决路面接缝的方法解决路面接缝的方法 预应力混凝土路面是在车辆荷载作用前，沿路面纵向被施加永久的压预应力混凝土路面是在车辆荷载作用前，沿路面纵向被施加永久的压应力，应力， 使水泥混凝土路面的受拉区预先承受压应力，使水泥混凝土路面的受拉区预先承受压应力， 当车辆荷载和温度当车辆荷载和温度作用时，预压应力抵消了一部分拉应力，混凝土抗拉强度偏低的缺点得到作用时，预压应力抵消了一部分拉应力，混凝

6、土抗拉强度偏低的缺点得到弥补，使混凝土抗压强度充分利用，从而提高路面的抗弯拉强度和路面承弥补，使混凝土抗压强度充分利用，从而提高路面的抗弯拉强度和路面承载力。载力。预应力混凝土路面预应力混凝土路面 预加应力单独作用下预压区 行车荷载作用下受拉区一、斜向预应力混凝土路面简介一、斜向预应力混凝土路面简介解决路面接缝的方法解决路面接缝的方法预应力路面的优越性由于采用预应力技由于采用预应力技术，使路面的板块术，使路面的板块长度加长，因长度加长，因而路面的接缝大大而路面的接缝大大减少，改善了行车减少，改善了行车的平稳性。的平稳性。2413由于预应力的存在由于预应力的存在使路面板整体性较使路面板整体性较强

7、，大大减少了边强，大大减少了边角破坏和横向开裂角破坏和横向开裂的可能性，提高了的可能性，提高了路面的耐久性。路面的耐久性。相关资料记载，在相相关资料记载，在相同荷载作用下，路面同荷载作用下，路面板厚度只需传统混凝板厚度只需传统混凝土板厚的土板厚的40%40%60%60%，就能提供很高的承载就能提供很高的承载力和较高的抗变形力和较高的抗变形能力。能力。预应力混凝土路面预应力混凝土路面可长时间提供优良可长时间提供优良的使用性能，且由的使用性能，且由于少缝，水损害减于少缝，水损害减少，养护投资相应少，养护投资相应减少。减少。一、斜向预应力混凝土路面简介一、斜向预应力混凝土路面简介预应力路面优越性预应

8、力路面优越性 混凝土面板混凝土面板后浇带后浇带张拉端所需空间张拉端所需空间受力特点：受力特点：只沿路面板纵向施加预应力，提高路面的纵向承载能力。只沿路面板纵向施加预应力，提高路面的纵向承载能力。施工特点：施工特点：预应力筋张拉时是沿路面板两端，所以要预留后浇带。预应力筋张拉时是沿路面板两端，所以要预留后浇带。一、斜向预应力混凝土路面简介一、斜向预应力混凝土路面简介纵向预应力路面简介纵向预应力路面简介纵向预应力混凝土路面缺点：纵向预应力混凝土路面缺点： 由于纵向预应力混凝土路面是在路面端部张拉，所以施工时要预留后浇带预留后浇带，满足钢绞线张拉所需空间。 只是沿路面板纵向受力，对于较宽路面可能产生

9、纵向裂缝对于较宽路面可能产生纵向裂缝。 无粘结预应力筋的有效张拉长度一般不超过60m， 因此要铺筑100200m的预应力路面，就必须用连接器必须用连接器将预应力筋连接起来，以使预应力传递连续。从施工工艺上纵向预应力技术很难适应混凝土路面大面积铺筑很难适应混凝土路面大面积铺筑。 纵向预应力混凝土路面还不能连续施工不能连续施工。一、斜向预应力混凝土路面简介一、斜向预应力混凝土路面简介纵向预应力路面简介纵向预应力路面简介一、斜向预应力混凝土路面简介一、斜向预应力混凝土路面简介 斜向预应力无缝水泥混凝土路面。即对路面施加斜向预应力施加斜向预应力，使路面既可以产生纵向预应力，也可以产生横向预应力，克服路

10、面各方向力的影响，使路面在较长范围内不设置缩缝，这样可以解决水泥混凝土路面由于接缝产生的损害现象，可以有效地延长水泥混凝土路面的使用寿命。斜向预应力无缝混凝土路面示意图斜向预应力无缝混凝土路面示意图v斜向预应力无缝水泥混凝土路面介绍斜向预应力无缝水泥混凝土路面介绍二、前期科研及工作基础二、前期科研及工作基础室内试验研究室内试验研究试验路研究试验路研究理论分析理论分析1、确定张拉顺序、确定张拉顺序2、计算出张拉时混凝土板的应力分布、计算出张拉时混凝土板的应力分布1、试验路设计、试验路设计2、试验路铺筑、试验路铺筑1、足尺试验模型制作、足尺试验模型制作2、试验模型应力测试、试验模型应力测试 200

11、8年，交通运输部行业联合科技攻关项目年，交通运输部行业联合科技攻关项目“融冰抗滑少缝预应力融冰抗滑少缝预应力水泥混凝土路面研究水泥混凝土路面研究”立项，开始立项，开始对斜向预应力水泥混凝土路面进行研对斜向预应力水泥混凝土路面进行研究：究：调研分析调研分析1、国内外研究现状调查、国内外研究现状调查 研究课题于研究课题于2013年年4月通过交通部西部交通建设科技项目管理中心月通过交通部西部交通建设科技项目管理中心成果鉴定，其中斜向预应力路面研究技术水平达成果鉴定，其中斜向预应力路面研究技术水平达国际领先国际领先。二、前期科研及工作基础二、前期科研及工作基础 2010年，交通部西部交通科技项目年，交

12、通部西部交通科技项目“斜向无粘结预应力无缝水泥斜向无粘结预应力无缝水泥混凝土路面技术研究混凝土路面技术研究”立项，对斜向预应力混凝土路面技术进行更为立项，对斜向预应力混凝土路面技术进行更为系统、深入的研究。系统、深入的研究。二、前期科研及工作基础二、前期科研及工作基础v取得的研究成果取得的研究成果在国内外核心期刊发表论文在国内外核心期刊发表论文4篇，篇，其中其中1篇篇EI检索。检索。1.1.论文：论文：（1 1）斜张法双向预应力混凝土试验路的施工）斜张法双向预应力混凝土试验路的施工. . 第五届全国公路科技创新高层论第五届全国公路科技创新高层论坛论文集坛论文集. . 人民交通出版社，人民交通出

13、版社，2010.2010.（2 2）斜张法双向预应力水泥混凝土路面关键设计参数研究）斜张法双向预应力水泥混凝土路面关键设计参数研究. . 公路，公路，20102010（1111）. .（3 3）斜向预应力无缝水泥混凝土路面研究）斜向预应力无缝水泥混凝土路面研究J. J. 山西建筑山西建筑. 2011. 2011（1313）. .（4）Research on the Design Method of Diagonal Post-Tensioned Prestressed Jointless Cement Concrete Pavement. Organization Council of the

14、 11th International Conference of Chinese Transportation Professionals (ICCTP 2011) EI检索检索二、前期科研及工作基础二、前期科研及工作基础已申请国家专利已申请国家专利2项，已受理专利项，已受理专利2项。项。v取得的研究成果取得的研究成果2.2.专利：专利：1. 发明专利发明专利“一种斜张法预应力混凝土路面施工方法一种斜张法预应力混凝土路面施工方法”（ZL201010104142.4）；2. 实用新型专利实用新型专利“斜张法预应力混凝土路面锚固区用局部受压装置斜张法预应力混凝土路面锚固区用局部受压装置”（ZL2

15、01020111354.0）3. 已受理发明专利已受理发明专利“一种混凝土路面滑动层摩擦系数测试装置一种混凝土路面滑动层摩擦系数测试装置” 201210054954.1；4. 已受理发明专利已受理发明专利“一种斜向预应力水泥混凝土路面施工模板装置一种斜向预应力水泥混凝土路面施工模板装置” 201220096980.6；二、前期科研及工作基础二、前期科研及工作基础v取得的研究成果取得的研究成果3.3.用户报告：用户报告：二、前期科研及工作基础二、前期科研及工作基础 斜向预应力混凝土路面在全国已先后铺筑试验段斜向预应力混凝土路面在全国已先后铺筑试验段九九处，铺筑面处，铺筑面积累计达到积累计达到60

16、000m2，施工工艺日趋完善，施工技术日趋成熟。目前，施工工艺日趋完善，施工技术日趋成熟。目前，已经形成斜向预应力混凝土路面一整套设计、施工技术标准，为施工已经形成斜向预应力混凝土路面一整套设计、施工技术标准，为施工进度和施工质量提供技术保障。进度和施工质量提供技术保障。三、斜向预应力混凝土路面实体工程应用三、斜向预应力混凝土路面实体工程应用序号序号项目名称项目名称铺筑面积（铺筑面积（m2）1G210南山峁隧道改建工程南山峁隧道改建工程9002陕西省府（谷）陕西省府（谷）店（塔）一级公路路面大中修整治工程店（塔）一级公路路面大中修整治工程23223陕西省汉中城（固）陕西省汉中城（固）熊（家山）

17、路面改建工程熊（家山）路面改建工程42004陕西省神（木）陕西省神（木）府（谷）高速公路石马川收费广场府（谷）高速公路石马川收费广场51005陕西省榆（林）陕西省榆（林）绥（德）高速公路建设工程（复合路面）绥（德）高速公路建设工程（复合路面）56886陕西省榆（林）陕西省榆（林）绥（德）高速公路四十里铺收费广场绥（德）高速公路四十里铺收费广场52007陕西省榆（林）陕西省榆（林）绥（德）高速公路鱼河收费广场绥（德）高速公路鱼河收费广场54308陕西省店烈二级公路路面改建工程陕西省店烈二级公路路面改建工程153009陕西省铜川耀旬二级公路建设工程陕西省铜川耀旬二级公路建设工程12168已已完完成

18、成的的推推广广应应用用项项目目试验段位于试验段位于G210国道南山峁隧道国道南山峁隧道外，试验路面宽外，试验路面宽9m，长，长100m，分两，分两幅施工。这是斜向预应力混凝土路面幅施工。这是斜向预应力混凝土路面首次首次应用，经过近五年的观测，试验应用，经过近五年的观测，试验路使用情况良好。路使用情况良好。三、斜向预应力混凝土路面实体工程应用三、斜向预应力混凝土路面实体工程应用v G210南山峁隧道试验路研究南山峁隧道试验路研究已已完完成成的的推推广广应应用用项项目目府店一级公路试验段府店一级公路试验段 2010年年7月，为了验证斜向预应力月，为了验证斜向预应力路面的使用效果，选择府店一级公路面

19、的使用效果，选择府店一级公路为试验路，此处大多为大型运煤路为试验路，此处大多为大型运煤车辆，交通量密集，车辆，交通量密集，超限超载现象超限超载现象严重严重。试验路面宽。试验路面宽9m，长，长258m，分，分两段铺筑两段铺筑 。三、斜向预应力混凝土路面实体工程应用三、斜向预应力混凝土路面实体工程应用v 陕西省府（谷）陕西省府（谷）店（塔）一级公路孤山超限站试验路店（塔）一级公路孤山超限站试验路通车一年，同期铺筑的钢纤维水泥混凝土路面裂缝较多；而斜向预应力水泥通车一年，同期铺筑的钢纤维水泥混凝土路面裂缝较多；而斜向预应力水泥混凝土路面试验段未出现任何裂缝等病害，行车舒适性好、噪音小。混凝土路面试验

20、段未出现任何裂缝等病害，行车舒适性好、噪音小。钢纤维路面钢纤维路面预应力路面预应力路面三、斜向预应力混凝土路面实体工程应用三、斜向预应力混凝土路面实体工程应用v 府店一级公路孤山超限站试验路府店一级公路孤山超限站试验路已已完完成成的的推推广广应应用用项项目目汉中城熊路试验段汉中城熊路试验段2010年年9月将斜向预应力水泥混凝土路面加铺在旧水泥混凝土路面板月将斜向预应力水泥混凝土路面加铺在旧水泥混凝土路面板上，为了上，为了预防路面的反射裂缝预防路面的反射裂缝，试验路面宽，试验路面宽7m，长，长600m，与原挖除路面，与原挖除路面设计方案相比，节约资金设计方案相比，节约资金20%以上，而且解决了废

21、弃路面垃圾的倾倒问以上，而且解决了废弃路面垃圾的倾倒问题，以利于环境保护，通过两年多的观察，路面无裂缝，未出现病害。题，以利于环境保护，通过两年多的观察，路面无裂缝，未出现病害。三、斜向预应力混凝土路面实体工程应用三、斜向预应力混凝土路面实体工程应用v 汉中市城熊公路试验路汉中市城熊公路试验路已已完完成成的的推推广广应应用用项项目目神府高速公路试验段神府高速公路试验段首次将斜向预应力混凝土路面应首次将斜向预应力混凝土路面应用于用于公路收费站公路收费站，以解决收费站水，以解决收费站水泥路面断板和错台问题，铺筑面积泥路面断板和错台问题，铺筑面积达达5100m2。三、斜向预应力混凝土路面实体工程应用

22、三、斜向预应力混凝土路面实体工程应用v 神府高速石马川收费广场试验路神府高速石马川收费广场试验路已已完完成成的的推推广广应应用用项项目目斜向预应力混凝土路面首次应用于斜向预应力混凝土路面首次应用于高速公路复合式路面高速公路复合式路面，宽，宽12m，长，长237m，以解决桥梁与桥梁之间沥青路面基层压实不均匀和错台后跳车问题，阻止基，以解决桥梁与桥梁之间沥青路面基层压实不均匀和错台后跳车问题，阻止基层反射裂缝，并降低沥青路面的造价，减少成本，应用前景广阔。层反射裂缝，并降低沥青路面的造价，减少成本，应用前景广阔。有效阻止反射裂缝有效阻止反射裂缝三、斜向预应力混凝土路面实体工程应用三、斜向预应力混凝

23、土路面实体工程应用v 榆绥高速公路复合路面试验路榆绥高速公路复合路面试验路研究研究已已完完成成的的推推广广应应用用项项目目铜川耀旬二级公路试验段路面宽铜川耀旬二级公路试验段路面宽6.5m，长，长770m，斜向预应力混凝土路面采，斜向预应力混凝土路面采用用全幅一次铺筑全幅一次铺筑，取消中缝使路面板整体性提高。，取消中缝使路面板整体性提高。三、斜向预应力混凝土路面实体工程应用三、斜向预应力混凝土路面实体工程应用v 铜川耀旬二级公路照金连接线试验路铜川耀旬二级公路照金连接线试验路已已完完成成的的推推广广应应用用项项目目河北南石线二级公路试验段为了测量张拉过程中的锚固区应力损失，路河北南石线二级公路试

24、验段为了测量张拉过程中的锚固区应力损失，路面宽面宽12m，长，长300m，斜向预应力混凝土路面采取半幅施工方式，目前已施，斜向预应力混凝土路面采取半幅施工方式，目前已施工完成，正在进一步观测中。工完成，正在进一步观测中。三、斜向预应力混凝土路面实体工程应用三、斜向预应力混凝土路面实体工程应用v 河北邢台南石线二级公路预应力路面试验路河北邢台南石线二级公路预应力路面试验路 1斜向无粘结预应力无缝水泥混凝土路面继承了纵向预应斜向无粘结预应力无缝水泥混凝土路面继承了纵向预应力混凝土路面的优点，克服了传统水泥混凝土路面预留力混凝土路面的优点，克服了传统水泥混凝土路面预留伸缩缝多，路面易错台、断裂、行车

25、不舒适等不足伸缩缝多，路面易错台、断裂、行车不舒适等不足 ； 2斜向无粘结预应力无缝水泥混凝土路面抗折强度高、斜向无粘结预应力无缝水泥混凝土路面抗折强度高、抗弯拉性能强、抗疲劳性能好、抗剥落和盐腐蚀性高、抗弯拉性能强、抗疲劳性能好、抗剥落和盐腐蚀性高、不产生车辙与水损害、耐久性好、周期成本效益高。不产生车辙与水损害、耐久性好、周期成本效益高。 该项目的研究，将对水泥混凝土路面在公路和高速公路中的使用起到该项目的研究，将对水泥混凝土路面在公路和高速公路中的使用起到巨大的推动作用，其市场应用前景非常广阔。巨大的推动作用，其市场应用前景非常广阔。四、项目应用前景及经济社会效益四、项目应用前景及经济社

26、会效益v 斜向预应力混凝土路面应用前景斜向预应力混凝土路面应用前景降低沥青路面在修筑降低沥青路面在修筑和养护过程中的碳排和养护过程中的碳排放和废弃污染物的排放和废弃污染物的排放量，促进绿色环保放量，促进绿色环保公路事业的发展公路事业的发展有助于混凝土路面的推广应用，有助于混凝土路面的推广应用，促进地方水泥工业发展，带动地促进地方水泥工业发展，带动地区经济的发展区经济的发展15432提高路面使用性提高路面使用性能，解决由于接能，解决由于接缝产生的行车不缝产生的行车不舒适和路面损害舒适和路面损害现象现象降低路面养护费用降低路面养护费用，提高路面的全寿，提高路面的全寿命周期效益命周期效益改变沥青路面

27、几乎一统改变沥青路面几乎一统高速公路的现状高速公路的现状四、项目应用前景及经济社会效益四、项目应用前景及经济社会效益v 斜向预应力混凝土路面应用前景斜向预应力混凝土路面应用前景编号编号工料机名称工料机名称单位单位单价单价数量数量金额（元）金额（元）1碎石碎石吨吨100264.726465 2中砂中砂吨吨904.0362 3水泥水泥吨吨30090.327097 4减水剂减水剂吨吨58000.724191 总计总计58115元元100m普通混凝土路面材料费 编号编号工料机名称工料机名称单位单位单价单价数量数量金额（元）金额（元）1碎石碎石吨吨100264.65426465 2中砂中砂吨吨904.017362 3水泥水泥吨吨30090.32427097 4减水剂减水剂吨吨58000.7225924191 7 16纵向钢筋纵向钢筋吨吨450014.2263990912横向钢筋横向钢筋吨吨45001.67200总计总计129305.2100m连续配筋混凝土路面材料费 四、项目应用前景及经济社会效益四、项目应用前景及经济社会效益v 斜向预应力混凝土路面效益分析斜向预应力混凝土路面效益分析编号编号工料机名称工料机名称单位单位单价单价数量数量