道路桥梁工程 水泥混凝土路面

道路桥梁工程水泥混凝土路面第1页/共79页2.水泥混凝土路面的特点(1)优点①强度高，水泥混凝土路面具有较高的抗压、抗弯拉强度及抗磨耗能力。②水泥混凝土路面色泽鲜明，能见度好，对夜间行车有利。③抗滑性能好，水泥混凝土路面粗糙度好，能保证车辆有较高的安全行驶速度，提高车辆行驶的稳定性。第2页/共79页④养护费用少、经济效益高，与沥青混凝土相比，水泥混凝土路面的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。因此，从长远角度来看，选用水泥混凝土路面，其经济效益是显著的。⑤耐久性好，由于水泥混凝土路面强度和稳定性好，因此它经久耐用。一般能使用20～40年，而且它能通行包括履带式车等在内的各种运输工具。⑥稳定性好，水泥混凝土路面受到水的浸入和温度等自然因素影响时，引起的强度变化小，不存在沥青路面的那种老化现象。第3页/共79页(2)缺点①开放交通较迟，水泥混凝土路面铺筑后，一般要经过15～20天的湿治养生，才能开放交通，如需提前开放交通，则需采取特殊措施。②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400～500t和水250t，尚不包括养生用的水在内，这对水泥供应不足和缺水地区带来较大困难。③有接缝，一般水泥混凝土路面要建造许多接缝，这些接缝不但增加施工和养护的复杂性，而且容易引起行车跳动，影响行车的舒适性。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。④修复困难，水泥混凝土路面破坏后，开挖很困难，修补工作量也大，且影响交通，这对于有地下管线的城市道路，带来较大困难。第4页/共79页二、普通水泥混凝土路面的构造(1)土基路基的不均匀支承，可能由下列因素造成：①不均匀沉陷②不均匀冻胀③膨胀土1.土基和基层第5页/共79页(2)基层在混凝土板下面设置基层，可以提高基础的综合回弹模量，轻微减小混凝土板厚度。第6页/共79页

普通水泥混凝土路面板的厚度须根据该路在使用期内的交通性质和交通量设计计算决定，一般最小厚度为18cm。混凝土面板的弯拉强度应满足设计要求，表面平整、耐磨、抗滑。2.混凝土面板第7页/共79页水泥混凝土路面横断面形式a)等厚式；b)厚边式（尺寸单位：cm）第8页/共79页混凝土变形及开裂a)由于温度坡差引起的变形；b)由于温度坡差引起的开裂；c)由于均匀温度下降使板的开裂3.接缝的构造与布置第9页/共79页路面接缝设置1—横缝；2—纵缝第10页/共79页(1)横缝的构造与布置①胀缝②缩缝③横向施工缝(2)纵缝的构造与布置纵缝是指与行车方向平行的接缝。第11页/共79页胀缝构造第12页/共79页横向缩缝构造第13页/共79页横向施工缝构造第14页/共79页第15页/共79页纵向缩缝构造纵向施工缝构造第16页/共79页(3)纵横缝的布置图13-9横缝错开时引起的裂缝第17页/共79页4.特殊部位混凝土路面的处理(1)板边和角隅补强①边缘钢筋②角隅钢筋(2)水泥混凝土路面同沥青路面相接(3)混凝土路面与桥梁相接(4)构造物横穿公路第18页/共79页

交叉口接缝布置1—纵缝；2—胀缝；3—缩缝；4—进水口第19页/共79页边缘和角隅钢筋的布置a)边缘钢筋；b)、c)角隅钢筋第20页/共79页水泥混凝土路面与沥青路面相接的处理第21页/共79页混凝土路面斜交桥梁时的构造示意图第22页/共79页箱状构造物横穿公路的处理第23页/共79页管状构造物横穿公路的处理第24页/共79页5.接缝材料及技术要求接缝材料按使用性能分为接缝板和填缝料两类。第25页/共79页三、面层混凝土材料要求①水泥②粗集料③细集料④水⑤外加剂A.减水剂B.引气剂C.缓凝剂D.早强剂E.防水剂第26页/共79页四、水泥混凝土路面施工工艺与质量控制①选择混凝土拌和场地②材料准备及质量检验③基层的检验与整修④混合料配合比检验与调整⑤施工放样及机械准备1.施工前的准备工作第27页/共79页(1)小型机具施工1)安装模板2)钢筋布设①传力杆的安设②拉杆的布设③边缘钢筋及角隅钢筋的布设3)混凝土混合料的拌制与运输4)混凝土的摊铺和振实2.施工工序第28页/共79页胀缝传力杆的架设（钢筋支架法）1—先浇的混凝土；2—传力杆；3—金属套筒；4—钢筋；5—支架；6—压缝板条；7—嵌缝板；8—胀缝模板第29页/共79页胀缝传力杆的架设（顶头模固定法）1—端头挡板；2—外侧定位模板；3—固定横木第30页/共79页预制定位支架固定传力杆a)缩缝（假缝）；b)施工缝第31页/共79页5)筑做接缝①胀缝先浇筑胀缝一侧混凝土，取去胀缝模板后，再浇筑一侧混凝土，钢筋支架浇在混凝土内。②横向缩缝，即假缝，用下列方法筑做：A.切缝法B.锯缝法C.纵缝6)表面整修与防滑措施7)养生①湿治养生②塑料薄膜养生8)拆模9)填缝第32页/共79页(2)轨模式摊铺机施工第33页/共79页轨道模板（尺寸单位：cm）第34页/共79页振捣机的构造第35页/共79页连续铺筑时施工胀缝a)浇筑；b)表面整修第36页/共79页施工缝端模第37页/共79页施工终了时施工胀缝第38页/共79页滑模式摊铺机摊铺工艺过程图1—螺旋摊铺器；2—刮平器；3—振捣器；4—刮平板；5—振动振平板；6—光面带；7—混凝土(3)滑模式摊铺机施工第39页/共79页3.特殊气候条件下混凝土路面的施工(1)冬季施工采取下述措施：①采用高标号快凝水泥，或掺入早强剂，或增加水泥用量。②加热水或集料。较常用的方法是仅将水加热，一因加热设备简单，水温容易控制；二因水的热容量比粒料热容量大，1kg水升高1℃所吸收的热量比同样重的粒料升高1℃所吸收的热量多4倍左右，因此提高水温的方法最为有效。拌制混凝土时，先用温度超过70℃的水同冷集料相拌和，使混合料在拌和时的温度不超过40℃，摊铺后的温度不低于10（气温为0℃）～20℃（气温为-3℃时）。③混凝土修整完毕后，表面应覆盖蓄热保温材料，必要时还应加盖养生暖棚。在持续寒冷和昼夜平均气温低于-5℃，或混凝土温度在5℃以下时，应停止施工。第40页/共79页(2)夏季施工采取以下措施：①混凝土拌和物在运输中要加以遮盖，及时运至工地；②各道工序应衔接紧凑，尽量缩短施工时间；③在已铺好的路面上，搭设遮光挡风设备，以避免混凝土遭到烈日暴晒并降低吹到混凝土表面的风速，减少水分蒸发。(3)雨季施工①经常与当地气象台联系，了解近期的天气预报，抓紧在不下雨时间施工，一般有雨不施工；②预先搭建一定数量的工作雨篷，保护刚铺筑的混凝土路面，也可利用它继续铺筑，一般在下雨时，应铺筑完正在浇筑的一块板，并停工做施工缝。第41页/共79页4.质量控制和检验第42页/共79页五、水泥混凝土路面设计(1)小挠度弹性薄板的基本假设①垂直于中面方向的应变εz极其微小，可以忽略不计。②垂直于中面的法线，在弯曲变形前后均保持为直线并垂直于中面，因而无横向剪切应变(一)弹性地基板力学分析1.弹性地基板力学分析第43页/共79页③中面上各点无平行于中面的位移，即Uz=0＝Vz=0＝0

由第②、③点假设，应用几何方程可得到应变与竖向位移的关系式(2)板挠曲面微分方程板中心挠曲面的微分方程为第44页/共79页板的应力：第45页/共79页弹性地基板微分单元受力分析第46页/共79页弹性地基板受荷时的弯曲第47页/共79页不同假设地基的表面变形图a）文克勒地基；b）弹性半空间体地基第48页/共79页2.文克勒地基板的荷载应力分析1)荷载作用于板中（荷位①），荷载中心处板底最大弯拉应力2)荷载作用于板边缘中部（荷位②），荷位下板底的最大弯拉应力3)荷载作用于板角隅（荷位③），最大拉应力产生在板的表面离荷载圆中心为x1的分角线上第49页/共79页三种荷载位置第50页/共79页对于外荷载与弹性地基板本身均属于轴对称的情况下3.弹性半空间地基板的荷载应力分析第51页/共79页板内径向弯矩Mr与切向弯矩Mt的表达式第52页/共79页第53页/共79页第54页/共79页对称的多组车轮荷载作用在一块板上的弯矩计图式第55页/共79页1.胀缩应力面板胀缩完全受阻时所产生的应力对于板边缘中部或窄长板，则εx＝0和σy＝0（二）水泥混凝土路面温度应力分析第56页/共79页

板划分为有限尺寸板块后，因收缩而产生的应力很小，可不予考虑。2.翘曲应力对有限尺寸板，沿板长（L）和板宽（B）方向的翘曲应力分别第57页/共79页混凝土面板的翘曲变形a)气温升高时；b)气温降低时第58页/共79页在板边缘中点：第59页/共79页板的刚性半径计算公式板中部板边缘中点第60页/共79页板温度翘曲应力系数值第61页/共79页（三）水泥混凝土路面的破坏形式和设计标准①挤碎②拱起③错台④唧泥1.破坏形式(1)接缝的破坏(2)混凝土板本身的破坏混凝土板的破坏主要是断裂和裂缝。第62页/共79页2.设计标准我国规范采用混凝土面层厚度的设计方法，是按重复荷载产生的荷载应力和温度应力综合作用所产生的疲劳损坏确定混凝土板厚。第63页/共79页（四）水泥混凝土路面板厚确定(1)路面结构组合设计(2)混凝土面板厚度设计(3)混凝土面板的平面尺寸与接缝设计(4)路肩设计(5)普通混凝土路面配筋设计1.设计内容与标准第64页/共79页2.设计参数(1)标准轴载与轴载换算轴载换算公式(2)交通分级、设计使用年限和累计作用次数第65页/共79页标准轴载累计作用次数Ne第66页/共79页(3)基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量1）新建公路基层顶面的当量回弹模量值2）原有柔性路面顶面的当量回弹模量值第67页/共79页双层体系顶面的当量回弹模量Et计算图第68页/共79页3）计算回弹模量Etc4）水泥混凝土的设计强度与弯拉弹性模量设计弯拉强度fcm混凝土的试配强度第69页/共79页第70页/共79页(1)临界荷位(2)荷载疲劳应力计算修正后的荷载疲劳应力临界荷位3.荷载疲劳应力第71页/共79页温度疲劳应力4.温度疲劳应力第72页/共79页①收集并分析交通参数—收集日交通量和轴载组成数据，确定轮载分布系数，计算设计车道标准轴载日作用次数，由此确定道路的交通等级，并进而选定设计年限、选定交通量年平均增长率，计算使用年限内标准轴载的累计作用次数。②初拟路面结构—初选路面结构层次、类型和材料组成；拟定各层的厚度、面层板平面尺寸和接缝构造。③确定材料参数—试验确定混凝土的设计弯拉强度和弹性模量，基层、垫层和路基的回弹模量，基层顶面的当量回弹模量。④计算荷载疲劳应力—由应力计算图或公式得到标准轴载作用下板边缘中部的最大荷载应力；按接缝类型选定接缝传荷系数；按标准轴载累计作用次数计算得到疲劳应力系数；按交通等级选定综合系数；