連續(xù)配筋混凝土路面設(shè)計施工技術(shù)及其應(yīng)用

1、 本文由木木貢獻 pdf文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機查看。 公路2004 年 6 月第 6 期 HIG HWA Y Jun . 2004N o . 6 文章編號: 0451- 0712( 2004) 06- 0032- 04 中圖分類號: U 416. 216. 2 文獻標(biāo)識碼: B 連續(xù)配筋混凝土路面設(shè)計施工技術(shù)及其應(yīng)用 蔡東鋒 ( 武漢市公路勘察設(shè)計院武漢市430015) 摘要: 新規(guī)范以“ 概率極限狀 態(tài)設(shè)計法” 取代原規(guī)范的“ 定值設(shè)計法” 使 路面結(jié)構(gòu)更為符合 實際情況。連續(xù)配 , 筋混凝土路面因具有耐 久性好、 行車 舒適平順、 施工進度

2、快和極少 養(yǎng)護等優(yōu)點, 現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于高 等級公路。結(jié)合新 規(guī)范對連續(xù)配筋混凝土路面設(shè)計及施工技術(shù)做一 些分析探討, 并介紹連續(xù)配筋混凝土路面的應(yīng)用狀況 。 關(guān)鍵詞: 連續(xù)配筋混凝土路面; 概率極限狀態(tài)設(shè)計法; 高速公路; 高級路面 公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范 JT G D40( 2002) 以“ 概率極限狀態(tài)設(shè)計法” 取代原規(guī)范的“ 定值 設(shè)計法”即在度量路面結(jié)構(gòu)可靠性上由經(jīng)驗方法轉(zhuǎn) , 變?yōu)檫\用統(tǒng)計數(shù)學(xué)的方法, 從而使路面結(jié)構(gòu)更為符 合實際情況。連續(xù)配筋混凝土面層可以提高路面的 平整度和行車舒適性, 適用于高速公路; 瀝青混凝土 上面層與連續(xù)配筋混凝土下面層組成的復(fù)合式路 面, 適用于特重

3、交通的高速公路。 連續(xù)配筋混凝土路 面 ( Co nt inuously Reinfo rced Concret e Pavement , 機場道面及現(xiàn) CRCP ) 現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于高等級公路、 有道路的加固。同時, 有關(guān) CRCP 各方面的研究也 取得了許多成果和經(jīng)驗, 本文將結(jié)合新規(guī)范對 CRCP 設(shè)計及施工技術(shù)做一些分析探討, 并介紹 CRCP 的應(yīng)用狀況。 1概率極限狀態(tài)設(shè)計法 水泥混凝土等材料 本身的非均質(zhì)性及施工偏 差、 道路使用年限內(nèi)的環(huán)境和荷載條件的變化, 使水 泥混凝土路面結(jié)構(gòu)的各項設(shè)計參數(shù)都具有一定的變 異性。路面設(shè)計的宗旨是: 不管路面材料類型如何, 在規(guī)定的安全性、 舒

4、適性和耐久性條件下使所承擔(dān) 期望交通量的路面費用- 效益比最佳。為了滿足期 收稿日期: 2004- 02- 12 望, 就必須同時考慮所用路面材料在不同荷載和環(huán) 境條件下涉及設(shè)計因素方面的性能, 這些因素通常 包括設(shè)計壽命、 交通量、 基層材料、 施工質(zhì)量和時間、 材料來源和特性、 材料強度以及自然條件等。 這些設(shè) 計參數(shù)都有一定幅度的變異, 很難選定它們的設(shè)計 值。 因此, 將概率方法應(yīng)用到路面設(shè)計中是使原有設(shè) 計方法變得更趨合理的必要途徑。 路面結(jié)構(gòu)可靠度可定義為: 在規(guī)定的時間內(nèi), 在 規(guī)定的條件下, 路面使用性能滿足預(yù)定水平要求的 概率。 路面使用性能包含結(jié)構(gòu)性能和功能 2 個方面,

5、可以采用斷裂、 車轍、 錯臺和表面彎沉等 結(jié)構(gòu)性指 標(biāo), 或者采用平整度等功能性指標(biāo), 或者采用服務(wù)能 力指數(shù)等綜合指標(biāo)來表征路面在某一時刻的使用性 能, 并規(guī)定使用期末的要求水平。 疲勞準(zhǔn)則一直被廣泛用作水泥混凝土路面設(shè)計 指標(biāo), 水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計以行車荷載和溫度 梯度綜合作用產(chǎn)生的疲勞斷裂作為設(shè)計 的極限狀 態(tài), 其表達式為: r ( pr + r tr ) f r ( 1) 式中: 為可靠度系數(shù), 依據(jù)所選目標(biāo)可靠度及 變異水平等級確定; p r 為行車荷載疲勞應(yīng)力, MP a; tr 為溫度梯度疲勞應(yīng)力, MP a ; f r 為水泥混凝土彎拉 術(shù), 為科學(xué)地、 大規(guī)模地工程應(yīng)用

6、打好基礎(chǔ)。 參考文獻: 1 JT J 057- 94, 公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程 S . 2 沙慶林. 高等級公路半剛性基層瀝青混凝土路面 M . 人 民交通出版社 , 1998. 3 陳福印 , 等 . 瀝青 混凝 土舊 路面 冷再 生基 層課 題研 究 J . 天津 公路, 2000, ( 2) . 4 Wirtg en Cold R ecy cling M . 1994. 2004 年第 6 期 蔡東鋒: 連續(xù)配筋混凝土路面設(shè)計施工技術(shù)及其應(yīng)用 強度標(biāo)準(zhǔn)值, MP a 。 新規(guī)范對各級水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計安全 等級及相應(yīng)的設(shè)計基準(zhǔn)期、 目標(biāo)可靠度指標(biāo)和目標(biāo) 可靠度作出了規(guī)定

7、, 同時對各安全等級的材料性能 和結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)的變異水平等級也提出了要求。涉 及路面設(shè)計的每一個參數(shù)都有一定的變異性, 依據(jù) 伍石生等人的研究 , 對設(shè)計起決定作用并有顯著 變異性的參數(shù)主要包括水混凝土彎拉強度( M R ) 、 水 泥混凝土彎拉彈性模量( E c ) 、 板厚( h ) 、 板長( L ) 、 基 層頂面的當(dāng)量回彈模量( E t ) 、 板頂面和底面的最大 溫度梯度( J ) 和使用初期設(shè)計車道標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次 數(shù)( n0 ) 。不同參數(shù)的變異性對設(shè)計可靠度有不同的 敏感性, 設(shè)計可靠度對參數(shù)的敏感性從小到大依次為 CV ( h) 、 ( M R ) 、 ( E c ) 、 (

8、 E t ) 、 ( L ) 、 ( J ) CV CV CV CV CV 和 CV ( n0 ) , 為得到較好的設(shè)計可靠度, 在進行公路 水泥混凝土路面設(shè)計前, 必須對較敏感的參數(shù)進行 精確測定。 2連續(xù)配筋混凝土路面的特點 水泥混凝土路面具有剛度大、 擴散荷載能力強、 穩(wěn)定性好、 抗疲勞特性好、 使用年限長和施工取材方 便等優(yōu)點, 但對超重載反應(yīng)特別敏感, 很容易產(chǎn)生早 期破壞或病害, 一旦出現(xiàn)破壞, 路面修復(fù)相當(dāng)困難。 CRCP 在縱向配有足夠數(shù)量的鋼筋, 以控制混 凝土路面板縱向收縮產(chǎn)生的開裂, 因此 CRCP 完全 不設(shè)脹、 縮縫( 施工縫及構(gòu)造所需的脹縫除外) , 形成 一條完整

9、而平坦的行車表面, 改善了汽車行駛的平 穩(wěn)性, 同時也增加了路面板的整體強度。 CRCP 具有 耐久性好和行車舒適平順、 施工進度快和極少養(yǎng)護 的優(yōu)點, 從長期使用 性能來看, CRCP 的經(jīng) 濟性也 很好。 3連續(xù)配筋混凝土路面的設(shè)計 連續(xù)配筋混凝土面板的厚度計算方法與無筋水 泥混凝土板相同, 縱向配筋率按允許的裂縫間距、 縫 隙寬度和鋼筋屈服強度確定, 橫向鋼筋的用量參考 規(guī)范中相關(guān)公式計算確定。 3. 1結(jié)構(gòu)組合設(shè)計 路基應(yīng)穩(wěn)定、 密實和均勻, 對路面結(jié)構(gòu)提供均勻 支承。 連續(xù)配筋混凝土面層適用于高速公路; 瀝青混 凝土上面層與連續(xù)配筋混凝土下面層組成的復(fù)合式 路面, 適用于特重交通的高

10、速公路。對于重交通, 可 以采用水泥穩(wěn)定粒料或瀝青穩(wěn)定碎石基層, 對于特 1 33 重交通, 可以采用貧混凝土、 碾壓混凝土或瀝青混凝 土基層。 底基層可以采用級配粒料、 水泥穩(wěn)定粒料和 石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料, 厚度一般為 200 mm 。路肩鋪 面結(jié)構(gòu)應(yīng)具有一定的承載能力, 其結(jié)構(gòu)組合和材料 選用應(yīng)與行車道路面相協(xié)調(diào), 并保證能排除進入路 面結(jié)構(gòu)中的水。 CRCP 由于裂縫間距的隨意性, 在應(yīng) 力分析時難以確定板塊的尺寸, 厚度計算近似按普 通水泥混凝土面層的各項參數(shù)和規(guī)定進行。 水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計以行車荷載和溫度梯 度綜合作用產(chǎn)生的疲勞斷裂作為設(shè)計的極限狀態(tài), 其表達式采用式( 1) 。

11、 3. 1. 1荷載應(yīng)力分析 pr = K rK f K c pr ps ps ( 2) 式中: 為標(biāo)準(zhǔn)軸載 P s 在臨界荷位處的荷載疲 為標(biāo)準(zhǔn)軸載 P s 在四邊自由板的臨 勞應(yīng)力, M Pa; 界荷位處的荷載應(yīng)力, M Pa ; K r 為考慮接逢傳荷能 力的應(yīng)力折減系數(shù); K f 為考慮設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng) 力累計疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù); K c 為考慮偏載和 動載等因素對路面疲勞損壞影響的綜合系數(shù)。 3. 1. 2溫度應(yīng)力分析 tr = K t tm 式中: tr ( 3) 為臨界荷位處的溫度疲勞應(yīng)力, MP a ; tm 為最大 溫度梯度 時混凝土 板的溫度 翹曲應(yīng)力, M P a

12、; K t 為考慮溫度應(yīng)力累計疲勞作用的疲勞應(yīng)力 系數(shù)。 式( 2) 、3) 中參數(shù)的取值或計算見 ( 公路水泥混 凝土路面設(shè)計規(guī)范 JT G D40- 2002) 附錄 B。 ( 3. 2接縫設(shè)計 連續(xù)配筋混凝土面層的縱縫拉桿可由板內(nèi)橫向 鋼筋延伸穿過接縫代替, 連續(xù)配筋混凝土面層與其 他類型路面或構(gòu)造物相連接的端部, 應(yīng)設(shè)置錨固結(jié) 構(gòu), 端部錨固結(jié)構(gòu)可采用鋼筋混凝土地梁或?qū)捯砭?工字梁接縫等形式。 3. 3鋼筋配置 連續(xù)配筋混凝土面層的縱向配筋率按允許的裂 縫間距( 1. 02. 5 m ) 、 縫隙寬度和鋼筋屈服強度確 定, 通常為 0. 6% 0. 8% 。 最小縱向配筋率, 冰凍地

13、區(qū)為 0. 7% , 一般地區(qū)為 0. 6% 。CRCP 縱向配筋計 算按照 公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范 JT G D 40 ( - 2002) 附錄 E 的方法進行計算, 橫向鋼筋的用量 參考相關(guān)公式計算確定。連續(xù)配筋混凝土面層的縱 向和橫向鋼筋 均應(yīng)采用螺紋 鋼筋, 其直徑 為 12 20 m m。 34 公路 2004 年第 6 期 凝土的密實性。 另外, 為防止水泥混凝土拌和料水分 蒸發(fā)過多, 施工期間氣溫過高或風(fēng)力過大時, 不得進 行水泥混凝土的攤鋪。 4. 5施工縫處理 CRCP 施工過程中, 應(yīng)盡量避免臨時的施工中 斷。當(dāng) 確實 難以避 免時, 在施工 縫位置 必須增 設(shè) 50%

14、 的縱向鋼筋, 每隔一根縱向鋼筋布置一根補強 鋼筋, 補強鋼筋的直徑與縱向鋼筋相同, 且具備足夠 長度, 補強鋼筋插入兩側(cè)水泥混凝土面板的深度不 得小于 1 m 。 4. 6端部處理 由于 CRCP 取消了橫向接縫, 在路面與橋梁等 結(jié)構(gòu)物、 瀝青混凝土路面和普通水泥混凝土路面等 相接處, 因水泥混凝土熱脹冷縮會形成縱向位移。 為 防止產(chǎn)生巨大水平推力而造成路面的損壞或影響構(gòu) 造物的穩(wěn)定性, 必須采取合適的端部處理措施, 以約 束、 調(diào)節(jié)或消除縱向位移。 目前國內(nèi)外常用的端部處 理措施主要有矩形地梁錨固和寬翼緣工字梁接縫 2 種形式。 4. 7養(yǎng)生 CRCP 的養(yǎng)生至關(guān)重要, 養(yǎng)護劑必須沿各個

15、方 向噴灑均勻, 保證在水泥混凝土表面形成完全封閉 的養(yǎng)護膜, 在氣溫較高或風(fēng)力較大時宜加蓋濕麻袋 進行濕法養(yǎng)生。 5連續(xù)配筋混凝土路面的應(yīng)用 20 世紀(jì) 80 年代以來 CRCP 得到了快速發(fā)展, 在比利時、 法國等歐洲國家已被廣泛應(yīng)用于高速公 路 。 我國先后在江蘇鹽城、 河南許昌等地的舊路補 強工程中采用過, 在湖南耒宜高速采用了 40. 1 km CRCP , 路面結(jié)構(gòu)為: 28 cm 厚 CRCP + 18 cm 厚 6% 水泥穩(wěn)定碎石基層+ 18 cm 厚 4% 水泥穩(wěn)定碎石底 基層, 采用滑模攤鋪施工技術(shù)。 美國已建造 45 000 多 km CRCP, 目前 CRCP 主 要在

16、伊利諾斯州、 俄克拉荷馬州、 俄勒岡州、 南達科 塔、 德克薩斯州和維吉尼亞等地修建 。AASHT O 2002 Guide 采用目標(biāo)可靠度的設(shè)計方法, 裂縫寬度 控制在 0. 511. 02 mm , 板厚 2038 cm ( 一般 25 33 cm) , 路肩采用與路面相同的結(jié)構(gòu)( 通常寬 3. 65 m ) , 水泥混凝土強度采用 14 d 或 28 d 抗壓強度作為控 制指標(biāo), 對于集料類型和最大粒徑、 基層材料和厚度 也有不同的規(guī)定。在美國縱向配筋率為 0. 55% 0. 70% , 但在歐洲最高達到 0. 85% 。 4 3 4連續(xù)配筋混凝土路面的施工 水泥混凝土路面工程的施工應(yīng)保

17、證水泥混凝土 路面工程的施工質(zhì)量及營運的安全可靠性。營運安 全性主要體現(xiàn)在路面平整度及抗滑等指標(biāo)的嚴(yán)格要 求上, 營運可靠性體現(xiàn)在按不同等級規(guī)定的可靠度 要求來規(guī)范施工全過程。CRCP 將主要應(yīng)用于高速 公路建設(shè)中, 一般采用大型機械化施工技術(shù)進行路 面工程施工, 使路面密實、 平整和耐久, 并具有良好 的抗滑性能。水泥混凝土澆筑的時間、 養(yǎng)生方法、 施 工縫和鋼筋的配置等因素影響 CRCP 的壽命, 為了 保證 CRCP 的施工質(zhì)量, 結(jié)合湖南省耒宜高速公路 2 CRCP 滑模攤鋪施工情況 提出以下施工要點。 4. 1鋼筋支撐 縱橫向鋼筋的固定措施必須保證鋼筋網(wǎng)穩(wěn)固, 以防止滑模施工時被推倒

18、。 同時, 支架鋼筋不得打入 基層, 以避免支架鋼筋阻止面板的自由伸縮, 并防止 面板伸縮造成支架鋼筋破壞基層。 4. 2縱向鋼筋搭接 對于滑模施工, 由于攤鋪速度快, 鋼筋網(wǎng)必須預(yù) 先安設(shè), 并根據(jù)施工進度保證具有足夠的長度, 以提 供滑模攤鋪的工作面?？v向鋼筋的搭接不宜采用全 部焊接的方式, 焊接較長的鋼筋網(wǎng)因施工時的晝夜 溫差, 容易造成鋼筋網(wǎng)端部產(chǎn)生較大的伸縮。 由于綁 扎連接位置允許鋼筋之間有一定的錯動, 因此縱向 鋼筋的搭接宜采用綁扎形式, 綁扎長度為鋼筋直徑 的 3050 倍, 或者每隔 3050 m 采用焊接形式, 然 后 1020 m 進行綁扎。 4. 3側(cè)向布料機 滑模施工

19、時, 足夠長度的鋼筋網(wǎng)必須預(yù)先安設(shè), 所以水泥混凝土運輸車無法縱向進料, 必須采用側(cè) 向進料方式, 因此側(cè)向布料機是必備機械。 側(cè)向布料 機是影響施工工藝的一個重要因素, 在 CRCP 施工 中, 應(yīng)選用性能優(yōu)良、 生產(chǎn)效率高且穩(wěn)定可靠的側(cè)向 布料機, 以避免施工中斷, 并防止水泥混凝土拌和料 離析。 4. 4滑模攤鋪 保證鋼筋網(wǎng)上下的水泥混凝土得到振搗密實是 CRCP 滑模攤鋪的關(guān)鍵。由于鋼筋網(wǎng)布設(shè)在混凝土 板厚的 1/ 2 處, 滑模攤鋪時, 插入振搗棒應(yīng)控制在鋼 筋網(wǎng)以上至少 2 cm , 以防止振搗棒與鋼筋網(wǎng)接觸造 成振搗棒損壞, 從而影響水泥混凝土的密實。同時, 由于振搗棒無法插入鋼

20、筋網(wǎng)以下的水泥混凝土內(nèi), 振搗棒宜采用高頻低幅, 以確保鋼筋網(wǎng)以下水泥混 2004 年第 6 期 蔡東鋒: 連續(xù)配筋混凝土路面設(shè)計施工技術(shù)及其應(yīng)用 美國目前水泥混凝土路面研究方向主要集中在 建設(shè)長壽水泥混凝土路面方面 。例如, 2002 年 10 月伊利諾斯州交通運輸協(xié)會( IDOT ) 在克里克 70 號 州際公路上建造了 16 km CRCP 路面, 設(shè)計使用年 限 30 年, 路面結(jié)構(gòu)為: 33 cm 厚 CRCP + 15 cm 瀝青 混凝土基層+ 30 cm 的粒料底基層, 同時對混凝土 的耐久性、 集料的抗凍性以及鋼筋的防腐等提出了 嚴(yán)格的要求。 6結(jié)語 CRCP 因具有耐久性好、

21、 行車舒適平順、 施工進 度快和極少養(yǎng)護等優(yōu)點, 在國外及國內(nèi)得到越來越 廣泛地應(yīng)用, 同時國外采用瀝青混凝土或貧混凝土 基層、 設(shè)置縱向排水系統(tǒng)等技術(shù)方法使路面表現(xiàn)出 非常卓越的長期使用性能。我們可以從路面結(jié)構(gòu)組 合設(shè)計、 路面排水系統(tǒng)、 原材料質(zhì)量控制和大型機械 化施工等方面提高水泥混凝土路面的長期使用性 能, 充分發(fā)揮水泥資源大國的資源優(yōu)勢, 增加 CRCP 參考文獻: 5 35 在我國高速公路建設(shè)中的應(yīng)用。 1 伍石生, 武建民. 公路水泥混凝土路面的 可靠度設(shè)計方 法 J . 公路, 2001, ( 10) . 2 查旭東, 等. 高速公路連續(xù)配筋混凝土路 面施工技術(shù)研 究 J .

22、中外公路, 2003, ( 1) . 3 唐伯民, 蒙華, 劉志軍. 歐美水 泥混凝土 路面設(shè) 計使用 現(xiàn)狀綜述 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 Sta

23、tes 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設(shè)計規(guī)范 S . 7 JT G F 30 - 2003, 公 路 水 泥 混 凝 土 路 面 施 工 技 術(shù) 規(guī) 范 S . Design and Construction Technology of Continuously Reinforced Concrete Pavement and Its Application CAI Dong-f eng ( W uhan Hig

24、hw 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 in