连续配筋混凝土路面设计与施工技术(新)

1、连续配筋混凝土路面设计与施工技术水泥混凝土路面配筋设计长 安 大 学张 洪 亮1. 前言 连续配筋混凝土路面Continuously Reinforced Concrete Pavement,CRCP: 在路面纵向连续地配有足够数量的钢筋，以控制路面板纵向收缩产生的裂缝宽度和数量。同时，在横向也配有一定数量的钢筋来支撑纵向钢筋。在施工时不设胀、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平面。1. 前言 CRCP具有以下优点：消除了横向接缝，整体性和平整度好，行车平顺舒适。CRCP耐久性好，使用寿命长。如果设计、施工得当，养护费用很少，虽然初期投资较高，但全寿命效益是经济合理的。在

2、路面内增设了纵向和横向钢筋，控制了裂缝宽度，使得裂缝紧密闭合，减少了裂缝剥落，提高了裂缝处的传荷能力。1. 前言 国内外应用现状最早的CRCP于1921年出现在美国，当时美国公路局在华盛顿区修建了长60m的试验路。截止到1980年，美国万km；截止到1998年，总里程超过万 km。除美国外，CRCP在加拿大、澳大利亚、日本、法国、比利时、荷兰、英国等国家也获得了广泛的使用。截止到1980年，日本万km；1998年，在比利时全长1650km的高速公路中，有650km是水泥混凝土路面，其中主要是CRCP。CRCP现已广泛应用于高速公路和其它重交通道路的新建和补强工程中。 1. 前言 1989年江苏

3、省在盐城一级公路上修筑了第一条连续配筋混凝土试验路段。1996年，西安公路交通大学与铜川公路局在210国道上修建了一段长335m的CRCP试验工程。1997年西安公路交通大学与河南许昌公路局在107国道上修筑了单幅总长10km的CRCP。2001年长沙交通学院与湖南省高速公路公司在京珠高速公路耒宜段修建了长的CRCP。2001年，长安大学与山东省公路局在山东济枣西线水泥混凝土路面改造中，铺筑了连续配筋混凝土加铺层。1. 前言 2003年，长安大学与山东省公路局在济聊高速公路上修筑了连续配筋混凝土CRC基层沥青路面试验段。2003年，在国道325线广东恩平东段一级公路旧水泥混凝土路面上修筑了总长

4、的CRCP加铺层。2005年，粤赣高速公路 试验段20212021年约，张石高速公路石家庄段2021年，烟威高速修建了近2km的试验段 2. CRCP设计指标和设计方法 2.1 国内长安大学根据国家自然科学基金工程?连续钢筋混凝土路面设计理论与方法研究?的研究成果，并参考了1993版的AASHTO标准，制订了?水泥混凝土路面设计标准?JTG D40-2002中关于CRCP设计的规定。CRCP的厚度，可按普通混凝土路面厚度设计的各项设计参数及规定进行。其基垫层取厚度和面板厚度均与普通混凝土路面的相同。2. CRCP设计指标和设计方法连续配筋混凝土面层的纵向配筋率按允许的裂缝间距、缝隙宽度1mm和

5、钢筋屈服强度确定，给出了平均裂缝间距计算、裂缝宽度和钢筋应力的计算公式。连续配筋混凝土面层与其它类型路面或构造物相连接的端部，应设置锚固结构。端部锚固结构可以采用钢筋混凝土地梁或宽翼缘工字钢梁接缝等形式，并推荐出两种端部锚固结构的常用配置和尺寸。 2. CRCP设计指标和设计方法 2.2 国外美国混凝土学会ACI、波特兰水泥工作者协会PCA和1993年版的AASHTO板厚设计均采用接缝式水泥混凝土路面设计方法，只是作了假设干修正。1993年版的AASHTO 方法中最小配筋率应满足下面两个条件：混凝土的最大拉应力不大于极限拉应力，及裂缝处钢筋的最大拉应力不大于屈服应力。德克萨斯州运输部提出如下的

6、钢筋用量设计标准：1平均裂缝间距为；2裂缝宽度小于，以防止水进入路基；3钢筋应力小于钢筋的屈服应力。 2. CRCP设计指标和设计方法AASHTO 2002设计指南:CRCP的设计采用验证法，即先进行初步设计，根据交通量选定板厚和配筋率，然后校核其能否在一定的可靠度水平上满足性能的要求。设计指标：冲断和平整度，裂缝宽度作为一个附加指标。 2. CRCP设计指标和设计方法 冲断预测程序：1列表输入所需数据；2处理交通数据，计算等效轴载作用次数；3处理路面温度数据，将不同小时沿板厚非线性变化的温度转化成等效的线性温度梯度；4确定平均裂缝间距；5计算每月内平均裂缝宽度和裂缝传荷系数LTE；2. CR

7、CP设计指标和设计方法 冲断预测程序：6计算混凝土板的纵向边缘支撑的损失；7处理每月的相对湿度数据，将其等效温度变化加到等效线性温度变化中；8计算板顶面的临界横向拉应力；9确定横向裂缝刚度和LTE的衰减；10计算疲劳损伤；11确定冲断的数量。3. CRCP病害调查和影响因素分析1最主要病害边缘冲断 冲断指两个间距很小小于的横向裂缝与短的纵向裂缝和路面边缘或纵向接缝所围成面积。另外，它还包括剥落、破碎等严重的“Y型裂缝。3. CRCP病害调查和影响因素分析 冲断产生的机理：新建的路面，由于加筋的作用，裂缝窄，传荷能力强，板底均匀支撑，板顶拉应力小。随后，由于重车的反复作用及温度和湿度波动导致裂缝

8、宽度变化及局部边缘支撑丧失，局部横向裂缝出现剥落现象。裂缝变宽或者剥落以后，盐和水会进入板底。板底的水加剧基层侵蚀、钢筋腐蚀、唧泥，最终板底失去支撑，同时接缝处的传荷能力大量降低。在重车作用下板顶产生较大的横向拉应力。当车辆荷载反复作用时，便累积疲劳，产生纵向裂缝，进而出现冲断。 3. CRCP病害调查和影响因素分析 2横向裂缝。调查发现裂缝宽度服从Weibull分布，初始的横向裂缝由环境因素产生。调查了6个州的23条CRCP，并利用了LTPP中83条CRCP的调查数据，发现宽裂缝和冲断是CRCP的两大主要病害。裂缝的变宽主要是由钢筋锈蚀后有效断面减小，钢筋中的应力到达屈服或断裂强度引起的。

9、3. CRCP病害调查和影响因素分析 3纵向裂缝 伊利诺斯州运输部调查分析了纵向裂缝产生的原因。发现纵向裂缝通常伴随着嵌入的纵向钢筋，不是由于钢筋锈蚀、混凝土的蜕化或不适当的结构设计引起的，而是与施工时钢筋在混凝土内部下沉有关。 3. CRCP病害调查和影响因素分析 CRCP使用性能的影响因素 1板厚 随着板厚的增加，冲断减少，平整度提高。 2横向裂缝宽度和间距裂缝宽度非常重要，它影响裂缝处的传荷能力，特别是在使用除冰盐的地区。将平均裂缝宽度钢筋深度处控制在0.05 cm可以将裂缝间距控制在合理的水平。冲断多发生在较窄的裂缝间距处，约90%的冲断发生在横向裂缝间距为0.30.6 m时，平均裂缝

10、间距和冲断之间没有相关性。冲断也容易在靠近宽裂缝处产生，冲断与宽裂缝有关而不是与平均裂缝宽度有关。3. CRCP病害调查和影响因素分析3混凝土材料混凝土强度越高对路面越有利，模量、干缩系数和胀缩系数越小对路面越有利。温度胀缩系数对路面性能影响最大，粗集料类型对温度胀缩系数影响最大。3. CRCP病害调查和影响因素分析 4纵向配筋率 裂缝间距一般会随着钢筋用量的增加而降低。在美国主要是寒冷地区0.6%0.8%的配筋率会产生较好的裂缝开裂模式和性能。野外调查说明，增加钢筋用量会减少冲断和提高平整度。3. CRCP病害调查和影响因素分析 5纵向钢筋的埋置深度 钢筋越靠近路表，裂缝宽度越小，冲断也越少

11、，但是，会造成施工困难。建议在离路表8.8 cm 到板中这段深度内放置钢筋。 德克萨斯州施工指南中对厚度超过330mm的混凝土板建议采用双层配筋。 3. CRCP病害调查和影响因素分析 6裂缝传荷能力 裂缝传荷能力对直接造成冲断的纵向裂缝非常重要，传荷系数应在95%以上。 混凝土路面性能说明，基层侵蚀、集料嵌挤的损失、钢筋的锈蚀、过宽的裂缝和其它类型的接缝损坏会减小裂缝剪切刚度。 3. CRCP病害调查和影响因素分析 7板宽一般情况下，板宽与车道宽度相同。有少数工程也使用宽的路面板以提高路面性能。野外调查和分析说明，较宽的路面板使得车辆的轴载远离板的自由边，从而减少板边顶面的横向拉应力，因而减

12、少边缘冲断的产生。 8横向加筋横向加筋主要是固定纵向钢筋。但局部研究说明，横向裂缝经常与横向钢筋的位置重合。 9纵向接缝处的传荷能力混凝土板与路肩之间的连接越强，板顶的拉应力越小，冲断越少。 3. CRCP病害调查和影响因素分析 10基层混凝土板与基层之间的粘结影响裂缝的间距。放在沥青稳定基层上的CRCP的裂缝模式比较理想。而采用无结合料的碎石作为基层时裂缝间距较大。在水泥稳定基层上设一层薄的沥青混凝土层效果比较理想。如果CRC直接修筑在水泥稳定碎石或贫混凝土上，基层和面层之间需要使用使用润滑剂，以减小层间粘结，防止反射裂缝的产生。基层模量和强度越高，冲断就越小。基层侵蚀造成的不均匀支撑对冲断

13、也有很大影响。在开级配排水层上的CRCP容易破坏。4. CRCP结构和调查 4.1 国内CRCP路面结构和材料 1耒宜高速公路 该段连续配筋混凝土路面的结构型式为：18cm的4%水泥稳定碎石底基层+18cm的6%水泥稳定碎石基层+1cm沥青表处+28cm水泥混凝土面层。 连续配筋混凝土面层设置单层钢筋网，纵向钢筋配筋率为0.61%，采用18级钢筋；横向钢筋采用18级钢筋，间距为100cm。 基层和底基层材料为水泥和碎石，其水泥掺量分别为6%和4%。面层混凝土材料为：525#普通道路硅酸盐水泥、级配碎石、中砂和分煤灰。 4. CRCP结构和调查 2210国道铜川段CRCP试验路 路面结构：22c

14、mCRCP + 15cm碎石灰土+ 30cm石灰稳定土底基层。配筋率为0.79% , 纵横钢筋均采用20级螺纹钢筋, 纵筋间距18 cm , 横筋间距80cm。确定的配合比为水泥碎石砂水，水泥为525#普通硅酸盐水泥，用量为360kg/m3，砂率为34%，施工配合比混凝土的实际抗压强度大于，抗弯拉强度那么在以上。 4. CRCP结构和调查 3山西省道孙吴线CRCP试验段该段连续配筋混凝土路面的结构型式：20cm天然砂砾垫层+18cm水泥稳定砂砾底基层+18cm水泥稳定砂砾下基层+1cm乳化沥青封层+20cm贫混凝土基层+1cm稀浆封层+30cm连续配筋混凝土路面。双层配筋路面的纵向配筋率0.9

15、8%，横向配筋率为0.42%；纵向钢筋上下层均采用18级钢筋、布设间距分别为15cm、 20cm；上下层横向钢筋均采用16级钢筋，布设间距40cm，上下层钢筋网距混凝土板顶面分为10cm和20cm。 4. CRCP结构和调查 4粤赣高速CRCP试验段路面结构为：连续配筋混凝土28cm+热沥青瓜米石滑动封层+5%水泥稳定级配碎石基层20cm +3.5%水泥稳定粒料底基层20cm +未筛分碎石垫层+土质路基。双层配筋路面的纵向配筋率1.06%，纵向钢筋上层采用18级钢筋、布设间距为15cm，下层采用22级钢筋、布设间距为30cm；横向配筋率为0.27%，上下两层横向钢筋均采用12级钢筋，布设间距3

16、0cm；钢筋网分别布设在距路面顶面和底面8cm的位置。4. CRCP结构和调查单层配筋路面纵向配筋率为0.68%，纵向钢筋采用22级钢筋，间距为20cm；横向配筋率为0.13%，横向钢筋采用12级钢筋，间距为30cm；钢筋网布设在距路面顶面10cm处。相比普通混凝土路面配合比降低了规格碎石的用量，同时相应增加了9.519mm的碎石用量。调整后配合比为：水泥350kg：砂686 kg：粗集料1167 kg：水147 kg：外加剂3.85 kg。 4. CRCP结构和调查 5许昌试验路路面结构为24cmCRCP+2cm沥青砂浆+24cm旧JPCP。配筋率为0.7% , 纵横钢筋直径均为 12 螺纹

17、钢筋, 纵筋间距13.4 cm , 横筋间距70cm , 并与纵筋绑扎。混凝土配合比为: 水泥碎石砂水= 13.631.870.48, 水泥为525 号普通硅酸盐水泥, 用量为360 kg/m 3, 砂率为34% , 混凝土的实际抗压强度大于40.25M Pa, 抗弯拉强度那么在5.75M Pa 以上。 6沪宁路改建26cmCRCP + 20cm水泥稳定粒料 + 19cm二灰土 4. CRCP结构和调查 7 国道325 线K143+ 000 K144+ 170 试验路段 路面结构为24cmCRCP+2cmAC-10+旧JPCP。 8国道G325 线广东恩平东段圣堂镇路段 为旧路改造。一种为24

18、cmCRCP+2cmAC-10+旧JPCP经换板压浆处理；另一种为24cmCRCP+2cmAC-10+20cm水泥稳定碎石6%水泥+20cm水泥稳定石屑(4%水泥) 9110 国道改造32cmCRCP+15cm贫混凝土+15cm石灰粉煤灰砂砾 4. CRCP结构和调查 4.2 国外的CRCP结构见word文档5 连续配筋混凝土原材料要求及配合比设计1连续配筋混凝土 国外JPCP和CRCP的混凝土材料性质如强度、温度膨胀系数、模量等完全相同，认为这两种路面所用混凝土要求相同。 目前连续配筋混凝土面层配合比设计方法与国内的接缝式水泥混凝土路面面层的混凝土相同，强度标准不变，耐久性标准遵照后者高速公

19、路有抗盐冻时的要求，塌落度标准增大1020mm可选择增加10mm，同时考虑温度胀缩系数和干缩系数尽可能降低其中温缩系数更重要。5 连续配筋混凝土原材料要求及配合比设计最大公称粒径取，不能超过。使用引气剂含气量到达56%和高效减水剂高温施工宜采用引气缓凝高效减水剂，最大水灰比控制在；结合料中掺入粉煤灰，粗集料采用石灰石，用水量按照标准要求不大于160kg/m3。5 连续配筋混凝土原材料要求及配合比设计 水泥用量和粉煤灰用量国外粉煤灰对水泥的替代量在20%50%之间。我国标准规定：抗冻盐冻时掺粉煤灰最小单位水泥用量为280 kg/m3；代替水泥的粉煤灰掺量：I型硅酸盐水泥宜30%；II型硅酸盐水泥

20、宜25%；道路水泥宜20%；普通水泥宜15%。综合考虑国外的试验路以及我国标准的规定：粉煤灰掺量宜在1525%之间假设为普通水泥，包括水泥中的粉煤灰含量。或者经过配合比试验，综合考虑强度、干缩、温缩等确定最正确的粉煤灰掺量。掺粉煤灰最小单位水泥用量为280 kg/m3；不掺粉煤灰时最小水泥剂量为320kg/m3；为防止出现过量的干缩和温缩，参阅国外试验路资料，结合料重量可以控制在350kg/m3以下。5 连续配筋混凝土原材料要求及配合比设计相对于普通水泥混凝土，降低19档碎石的用量，增加19档的用量，砂和减水剂适当增加。 粗集料类型选择考虑温度胀缩系数和粘结强度。粘结强度用混凝土1d的断裂韧性

21、Fracture toughness和集料的化学组成表示。粗集料分类如下，尽量采用#1和#2集料。 5 连续配筋混凝土原材料要求及配合比设计类型粗集料胀缩系数（微应变）混凝土1d的断裂韧性（MPa）#14.031.3#24.06.024.331.3#36.08.017.424.3#48.017.45 连续配筋混凝土原材料要求及配合比设计混凝土配合比设计指标：国内现在的标准性能指标是28d弯拉强度、工作性塌落度、振动粘度系数和耐久性含气量、最大水灰比、最小单位水泥用量等；CRCP的混凝土可以增加温度膨胀系数和极限干缩应变作为配合比设计的控制性能指标。 6. CRCP的施工 6.1 施工工序 6.

22、 CRCP的施工 6.2 钢筋网制作 采用钢筋支架垫支法稳定纵横向钢筋网。施工时将横向钢筋点焊在支架上,并摆放到基层上,然后将纵向钢筋安设在横向钢筋之上,从而形成稳固支撑的钢筋网。要求完成的钢筋网纵筋顺直,横筋端正, 平面如水。 同时, 支架钢筋不得打入基层, 以防止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. 6. CRCP的施工 纵向钢筋的搭接不宜采用全部焊接的方式。纵向钢筋的搭接宜采用绑扎形式,并应按100m 的段落提前绑扎, 在浇注混凝土前再焊接、绑扎成连续网片。绑扎长度为钢筋直径的5070 倍。也可以每隔3050 m 采用焊接形式,然后在浇注混凝土前对1020

23、m 进行绑扎。6. CRCP的施工 6.3 混凝土施工 混凝土施工中应严格保证施工质量的稳定性, 减小由于施工因素引起的参数变异性。必须采用侧向进料方式,因此侧向布料机是必备机械。保证钢筋网上下的混凝土得到充分振捣密实是连续配筋混凝土路面摊铺的关键。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而造成振捣棒损坏,从而影响混凝土的密实。同时,由于振捣棒无法插入到钢筋网下的混凝土内,振捣棒宜采用高频低幅,以确保钢筋网下混凝土的密实性。6. CRCP的施工 施工期间气温过高或风力过大时,不得进行混凝土的摊铺。气温较高或风力较大时摊铺混凝土必须加以重视,防止混凝土水分蒸发过多。当气

24、温较高时，应采取温度控制措施，控制混凝土不能超过33。 为降低水泥温度，工地水泥棚用白色反光材料涂刷，棚顶装有喷水设备以冷却外表温度，有些棚内配有空气流动设备。同时，要提前从生产厂家把水泥运来，存放在水泥棚内。蓄水池用锌棚遮挡阳关，防止阳关直射，并安装制冷设备降低拌和用水的温度，可以降低水温13左右。集料放在阴凉地方，并安装喷水设备向集料喷水，通过水分蒸发冷却集料。6. CRCP的施工 混凝土在运输过程中也要使用遮蔽措施, 或夜间施工。CRCP 路面混凝土浇筑完成后, 外表宜覆盖一定的保温材料如活动罩棚, 以减小混凝土内外温差, 防止混凝土水份的迅速挥发。掺用减水剂, 可节约水泥, 减少用水量

25、, 增加早期混凝土的塑性, 减少早期裂缝。选用低热高强水泥, 并可考虑掺入一定剂量的粉煤灰。 6. CRCP的施工 施工缝处理横向施工缝采用平缝，在横向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, 补强钢筋插入两侧混凝土面板的深度不得小于1 m。纵向钢筋应在横缝处连续, 不可中断。6. CRCP的施工 端部处理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，还有毛勒缝。当CRCP的端部构造采用钢筋混凝土矩形地锚梁形式时, 端部矩形锚固地梁钢筋网可在钢筋制作场地加工成钢筋骨架片。应按设计位置和尺寸开挖地槽, 并应尽量防止扰动和超挖两侧基层、垫层

26、及路基。按设计位置安装钢筋骨架并固定牢固, 然后进行水泥混凝土的浇筑和养生。地锚梁钢筋应与路面钢筋相焊接, 地锚梁混凝土采用振捣棒分层振实, 并应与面板浇筑成整体。6. CRCP的施工 6.6 行车道与路肩的连接路肩与路面板的连接可以采用将局部横向钢筋伸长的方式或增加传力杆的方式进行。 6.7 抗滑构造施工微观抗滑构造采用粗麻布拖毛，拖毛时间经现场摊铺试验确定，在摊铺机摊铺过后3045mm为拖毛最正确时间。宏观抗滑构造采用软拉毛处理，减少CRCP裂缝处的局部破损。6. CRCP的施工 6.8 养生连续配筋混凝土路面的养生至关重要, 先喷洒养生剂，然后覆盖保湿膜、土工毡、土工布、麻袋、草袋、草帘

27、等，最后洒水保湿养生。养生一定要及时，养生时间一般1421d。最少采用14d。 6. CRCP的施工 6.10 施工控制要点 1调整配合比 相对于普通水泥混凝土，降低19档碎石的用量，增加19档的用量，砂和减水剂适当增加。 2施工塌落度控制 使用滑模摊铺机时：在拌合楼出料时控制在3040mm，摊铺时控制在1530mm。使用其它设备时，在现行施工标准规定的塌落度的根底上增加10mm。 6. CRCP的施工 3确保振捣密实，同时振捣棒距离钢筋网2cm以上。 4掌握好养生的时机，养生一定要标准。 5确保水泥混凝土匀质性的要求 在整个施工过程中材料性质不能发生变化，碎石、砂等材料分别堆放，严格按照配合

28、比进行配料。6. CRCP的施工 6水泥混凝土温度控制 首先控制水泥进场温度必须在55以下，然后控砂、石原材料的温度，采取搭棚覆盖或洒水降温措施。尽量选取在低温下施工，水泥混凝土温度控制在33以下。 7施工缝要处理好 增加施工缝处纵向钢筋的用量50%，长度不小于1m；同时钢筋上部混凝土要切割，钢筋下部混凝土也要去除干净。 7 CRCP试验路研究 7 CRCP试验路研究 在烟威高速公路修建了11个CRCP试验段. 7 CRCP试验路研究 7.1 试验路修筑目的1研究CRCP的施工技术 裂缝主动控制技术、混凝土性能变异性控制技术、环氧树脂防锈技术。2比照不同基层类型CRCP的性能 密级配沥青碎石基

29、层ATB和水泥稳定碎石基层CTB，其中CTB顶面加一层厚加润滑剂。3比照不同钢筋类型的抗腐蚀性能 采用普通HRB335螺纹钢筋和HRB335环氧树脂涂层钢筋。7 CRCP试验路研究 4比照裂缝主动控制对于CRCP性能的影响 本试验路分为自然成缝局部和主动控制裂缝局部。主动控制裂缝的间距分别为1m、2m、3m、4m、和5m。5分析横向钢筋倾斜的影响 横向钢筋分别与公路前进方向成90和60夹角。6分析纵向钢筋的埋置深度对CRCP性能的影响 钢筋分别放置在板中和距离板顶面9cm处7 CRCP试验路研究 7比照不同水泥混凝土面层的效果 不加粉煤灰的水泥混凝土、加粉煤灰的水泥混凝土和钢纤维水泥混凝土三种混凝土类型，而且掺加粉煤灰的剂量分为10%和15%两种。8获取环境荷载作用下路面内部的应力、应变和温度状况9进行车辆荷载和温度梯度作用下CRCP应力的现场测试10分阶段观测横向裂缝数量、间距、形状、缝宽和裂缝传荷能力 的变化情况11测试不同龄期混凝土的强度及模量12观测施工时的气候及养护状况，并分析对CRCP性能的影响7 CRC