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水泥路面设计规范宣贯会201128—唐伯明教授y

'水泥路面设计规范宣贯会201128—唐伯明教授y'
《公路水泥混凝土路面设计规范》宣贯会水泥混凝土路面加铺层结构设计 唐伯明 教授 (重庆交通大学) 主 要 内 容 1.国水泥混凝土路面使用状况2.水泥混凝土路面加铺层设计原则3.旧水泥混凝土路面调查与评定4.加铺方案选择5.加铺层结构设计1.我国水泥混凝土路面使用状况 各高等级公路水泥混凝土路面使用年限统计 公路名称 通车年份 加铺年份 水泥板厚 公路名称 通车年份 加铺年份 水泥板厚 GL高速 1997 2007 24 cm HA高速 1996 2002 24 cm NL高速 1999 2007 24 cm HN高速 1995 2004 24 cm HCW高速 1992 2004 25 cm WH高速 1991 2001 24 cm CQNH高速 1998 2006 25 cm CM高速 1996 2006 24 cm QL高速 1997 2006 24 cm CT高速 1996 2003 25 cm CY高速 1995 2007 24 cm XF高速 2001 2008 26 cm 注:红色标示的高速公路实际使用寿命超过10年1.我国水泥混凝土路面使用状况1.我国水泥混凝土路面使用状况 各高速路主要损坏原因统计 公路代码损坏原因 CQNH GL WH HA HN CT HCW 施工变异性 √ √ √ √ 交通量增长过快 √ √ √ √ √ √ 超载、重载 √ √ √ √ √ √ 排水不良 √ √ √ √ √ √ 修补不及时 √ √ √ √ 接缝设计施工较差 √ √ 基垫层承载力不足或不均 匀 √ √ √ √ 路基不均匀沉降 √ √ √ √ √ √1.我国水泥混凝土路面使用状况 美国水泥混凝土路面 2.水泥混凝土路面加铺层设计原则水泥混凝土路面加铺的目的2.水泥混凝土路面加铺层设计原则2.水泥混凝土路面加铺层设计原则 加铺层设计的主要调查内容 3.旧水泥混凝土路面调查与评定Ø路面损坏状况调查:断板率、平均错台量Ø路面结构状况调查:接缝传荷能力、板底脱空状况Ø路面结构参数调查:旧路面板板厚、旧混凝土弯拉强度及弯拉弹性模量、基层顶面的当量回弹模量3.旧水泥混凝土路面调查与评定旧水泥混凝土路面破损状况评定 p新版《公路水泥混凝土路面设计规范》 等级 优良 中 次 差 断板率(%) ≤5 5~10 10~20 >20 平均错台量(mm) ≤3 3~7 7~12 >12 采用断板率和平均错台量作为旧路面破损状况评价指标,较PCI更为简便,可以更好反映旧混凝土路面结构性损坏状况。3.旧水泥混凝土路面调查与评定旧水泥混凝土路面结构状况评价:l旧混凝土面层板的接缝传荷能力和板底脱空状况采用弯沉测试法调查评定,弯沉测试宜采用FWD。l接缝传荷能力评价: wu k j ? ?100 ( %) wl k j ——接缝传荷系数; wu ——未受荷板接缝边缘处的弯沉值。 wl ——受荷板接缝边缘处的弯沉值。3.旧水泥混凝土路面调查与评定板底脱空状况评价: uFWD :测试多级荷载作用下的弯沉并绘出荷载-弯沉关系曲线 进行判断,综合考虑唧泥和错台发展程度以及接缝传荷能力进行 判别; u雷达:通过剖面图确定脱空位置和范围,并与钻芯等手段进行 标定; 多u种声波手检段测仪互:相敲击印路面证板,,通根过据声音经的频验率综、峰合值判、带别宽等!信 号特征判断路面是否脱空。3.旧水泥混凝土路面调查与评定旧路面结构参数调查: 旧混凝土面层厚度的标准值可根据钻孔芯样的量测高度计算确定。 he ? he ?1.04sh 旧混凝土面层量测厚度的标准值(mm); he —— 旧混凝土面层量测厚度的均值(mm); —he— sh ——旧混凝土面层厚度量测值的标准差(mm)。 3.旧水泥混凝土路面调查与评定 旧路面结构参数调查:旧混凝土面层弯拉强度的标准值可采用钻孔芯样的劈裂试验测定结果计算确定。 0.87 f r ? 1.87 f sp f sp ? f sp ?1.04ssp 旧混凝土弯拉强度标准值(MPa); f r —— 旧混凝土劈裂强度标准值(MPa); f sp —— 旧混凝土劈裂强度测定值的均值(MPa); f sp —— 旧混凝土劈裂强度测定值的标准差(MPa)。 ssp——3.旧水泥混凝土路面调查与评定旧路面结构参数调查: 旧混凝土的弯拉弹性模量标准值可按下式计算确定。 104 E ? c 0.96 0.09 ? fr Ec ——旧混凝土的弯拉强度标准值(MPa)。 f r ——旧混凝土的弯拉弹性模量标准值(MPa); 3.旧水泥混凝土路面调查与评定 旧路面结构参数调查: 旧混凝土路面基层顶面的当量回弹模量标准值,宜采用落锤式弯沉仪量 测板中荷载作用下的弯沉曲线,计算确定。 ?0.057 0.222 (3.60?24.03w0 ?15.63SI ) Et ? 100e w ? w ? w ? w SI ? 0 300 600 900 w0 Et ——基层顶面的当量回弹模量标准值(MPa); SI ——路面结构的荷载扩散系数; 荷载中心处的弯沉值(μm); w0 —— 分别为距离荷载中心300mm、600mm和900mm处的弯沉值(μm)。w300、w600、w900 —— 3.旧水泥混凝土路面调查与评定 旧路面结构参数调查: 当采用落锤式弯沉仪的条件受限时,也可选择在清除断裂混凝土板后的基层顶面进行梁式弯沉测量,而后按下式反算,或者根据基层钻芯的材料组成及性能情况依经验确定。 ?1.04 Et ? 13739w0 w0 ? w ?1.04sw4.加铺方案选择 加铺方案选择流程图4.加铺方案选择 旧水泥混凝土路面加铺改建方案 接缝传荷能力评价等级 优良 中 次 差 路面损坏状况评价等级 优良 其他 中等以上 其他 结合式混凝土加铺 ★ 分离式混凝土加铺 ★ ★ ☆ 加铺改建方式 沥青混凝土加铺 ★ ★ ★ ★ ☆ 破裂稳固改建 ★ ★ 碎石化改建 ★ ★ 挖除改建 ★ 注:★——各等级公路适宜加铺改建方案; ☆——二级及以下公路适宜加铺改建方案,高速、一级公路不宜采用。 若路面的断板率和平均错台量评定等级不一致时,以指 标中较低的评定等级作为该路段的损坏状况评定等级。4.加铺方案选择综合处治旧板ü主要措施:换破碎板,修补和填封裂缝,压浆填封板底脱空,磨平错台,清除旧混凝土面层表面的松散碎屑、油迹或轮胎擦痕,剔除接缝中失效的填缝料和杂物,并重新封缝。ü处治标准:经综合处治后的旧混凝土路面应满足接缝或裂缝处的板边弯沉小于0.20mm,弯沉差小于0.06mm,错台小于5mm后,方可进行水泥混凝土或沥青混凝土结构加铺。在正常的基础支承状态下,弯沉差为0.06mm时所对应的传荷系数为75%。 旧水泥混凝土路面病害处治的好坏将直接影响到加铺后 路面的使用效果!4.加铺方案选择 破碎处治旧板:p 当调查评定的旧混凝土路面的断板率、平均错台量和接缝传荷 能力均处于差级水平,尤其是当旧面层板下出现严重唧泥、脱 空或地基沉降时,对旧混凝土路面进行大面积修复后再铺筑加 铺层已不是一种经济有效的技术措施。 右半幅破碎处治,左半幅维修处治 4.加铺方案选择破碎处治旧板:? 打裂后旧水泥混凝土板的断裂率应在75%以上,相邻裂缝形成 的块状面积为0.4~0.6m2 ,打裂后旧路面顶面的回弹模量一般不 小于300MPa。? 破碎后旧水泥混凝土板的破碎率应在75%以上,旧路面表面最 大尺寸不应超过75mm,中间层不应超过225mm,底部不应超过 375mm的粒径,碎石化后旧路面顶面的回弹模量一般不小于 200MPa。4.加铺方案选择废旧混凝土再利用:ü在挖除改建或更换旧板时,将产生大量的废弃混凝土板块。为减少对环境的不利影响,废旧路面材料应充分利用。ü挖除的水泥混凝土旧板的利用,可分为3类: p再生集料,可用作贫混凝土基层集料、水泥稳定碎石基层集料、 级配碎石垫层集料、路基及台背填筑(填换)碎石 p砌筑工程,即边沟、路肩墙、边坡防护工程等 p填筑路基,即填筑停车坪路基、改线段路基和匝道路基5.加铺层结构设计Ø沥青加铺层Ø分离式水泥混凝土加铺层Ø结合式水泥混凝土加铺层Ø旧沥青路面加铺水泥混凝土路面沥青加铺层沥青加铺层(白改黑)的核心技术问题 p车辙和推移等热稳性病害 p反射裂缝沥青加铺层加铺层厚度: 各高速公路加铺层厚度统计表 结构层厚度/cm 公路名称 面层 补强层 夹层 调平层 总厚度 10 \ 0.8 \ 10.8 高速 CQNH 12 \ \ 2.5 12.5 HN高速 18 \ \ 4 22 HA高速 16 \ \ 2、4 18、20 10 \ 2.5 4 16.5 高速 WH 12、16 \ \ 4 16、20 CT高速 10 18 \ 2.5 30.5 HY高速 10 \ 2.5 4 16.5 要求:高速公路和一级公路的最小厚度宜为100mm,其 他等级公路的最小厚度宜为80mm 。沥青加铺层层间粘结: 因沥青加铺层较薄,层间模量比大,应采取措施提高沥青混合料高温抗剪强度和加强层间结合,防止沥青层剪切、推移与反射裂缝。沥青加铺层与原水泥混凝土面板之间宜撒布同标号热沥青或改性沥青。 沥青加铺层反射裂缝的防治: p增加沥青加铺层的厚度 p提高沥青混合料的抗裂性能 ?采用掺加纤维及橡胶等改性剂 p设置防反射裂缝夹层 ?应力吸收层——STRATA、SAMI、ISAC等; ?土工织物夹层——聚酯玻纤布、土工布等; ?防水卷材——APP油毡等。 p裂缝缓解层 ?大粒径开级配沥青碎石、级配碎石 沥青加铺层 路段编号 夹层类型 面层结构 效果评价 SBS沥青防水卷材 4cm SBS改性AC-13+7cm SBS改性AC-20 通车2年出现大量反射裂缝 1 Trupave聚酯玻纤布 4cm SBS改性AC-13+7cm SBS改性AC-20 通车2年未出现反射裂缝 2 SBS沥青防水卷材 4cm SBS改性AC-13+6cm AC-20 通车2年出现较多反射裂缝 3 STRATA应力吸收层 4cm SUP-13+6cm SUP-19 4年运营观测路况良好 改性沥青应 2cm AC-10 年后出现反射裂缝 4 力吸收层 4cm AC-16+6cm AC-20 1 4~10cm 沥青碎石调平层 5 4cm SMA-16+5cm AC-20+6cm AC-25 通车2年基本未出现反射裂缝 +土工布 6 玻纤格栅 4cm AC-16+6cm AC-20 通车1年出现大量反射裂缝 7 玻纤格栅 4cm SMA-13+5cm AC-20 通车2年未出现反射裂缝 8 土工布 4cm SMA-13+5cm AC-20 通车2年出现反射裂缝 9 土工布 4cm SBS改性KH-13+6cm SBS改性AC-25 通车2年未出现反射裂缝 大粒径沥青碎石 AM-40 年运营未出现反射裂缝 10 裂缝缓解层 3cm AC-13+5cm AC-20 2 11 级配碎石裂缝缓解层 3cm AC-13+5cm AC-16 1年观测未出现反射裂缝反射裂缝防治效果取决于旧路面合理处治以及材料和施工工艺的严格控制!沥青加铺层加铺层典型结构参考图: 3~5cm细粒式沥青混凝土 3~5cm细粒式沥青混凝土 4~6cm中粒式沥青混凝土 4~6cm中粒式沥青混凝土 应力吸收层或土工防反射裂缝层 应力吸收层或土工防反射裂缝层 2~4cm调平层 处治后旧水泥混凝土路面 处治后旧水泥混凝土路面 设置防反射裂缝夹层 3~5cm细粒式沥青混凝土 3~5cm细粒式沥青混凝土 4~6cm中粒式沥青混凝土 4~6cm中粒式沥青混凝土 应力吸收层或土工防反射裂缝层 2~4cm调平层 2~4cm调平层 土工防反射裂缝层 土工防反射裂缝层 处治后旧水泥混凝土路面 处治后旧水泥混凝土路面沥青加铺层加铺层典型结构参考图:设置裂缝缓解层 3~5cm细粒式沥青混凝土 3~5cm细粒式沥青混凝土 4~6cm中粒式沥青混凝土 4~6cm中粒式沥青混凝土 3~5cm细粒式沥青混凝土 6~8cm粗粒式沥青混凝土 / 沥青碎石 4~6cm中粒式沥青混凝土 8~12cm粗粒式沥青混凝土 8~12cm /10~15cm级配碎石 应力吸收层或土工防反射裂缝层 6~8cm粗粒式沥青混凝土 级配碎石 /8~12cm沥青碎石 10~15cm 2~4cm调平层 处治后旧水泥混凝土路面 处治后旧水泥混凝土路面 处治后旧水泥混凝土路面 应依据加铺路段的实际情况和条件,分析出现反射裂缝的可能原因,有针对性地设置相应的预防或减缓措施。分离式混凝土加铺层p在旧混凝土面层与加铺层之间应设置隔离层,保证新旧板之间完全隔离。 ?材料:沥青混凝土,不能采用松散粒料 ?厚度:不宜小于40mmp加铺层接缝位置:与旧面层接缝相互错开1m以上,改善加铺层的受荷条件。p加铺层厚度: ?普通混凝土加铺层 不宜小于 ?钢筋混凝土加铺层 180mm ?连续配筋混凝土加铺层 ?钢纤维混凝土加铺层 不宜小于140mm结合式混凝土加铺层p旧板表面处理: ü清理旧混凝土面层表面的污垢; ü表面粗糙化——抛丸、酸蚀等; ü涂敷粘结剂——乳胶、环氧树脂等高强粘结剂。p加铺层厚度:不宜小于60mm。p接缝设计: ü接缝形式与位置——与旧混凝土面层的接缝完全对应和对齐; ü加铺层接缝可不设拉杆或传力杆旧沥青路面加铺水泥混凝土路面p旧沥青路面处理: ü铣刨较严重的车辙(>5cm)、拥包; ü坑槽和网裂较严重的路段进行结构补强; ü清洗表面; ü设置沥青混凝土调平层。p加铺层厚度: ?普通混凝土加铺层 不宜小于 ?钢筋混凝土加铺层 180mm ?连续配筋混凝土加铺层 ?钢纤维混凝土加铺层——不宜小于140mmp直接加铺: ü可保留5cm以下的车辙; ü不用涂敷粘结剂。超薄水泥混凝土加铺层p目前在美国主要用于路面车辙严重地区:高等级公路的出入口及匝道、城市道路、汽车停车区等。p旧沥青路面处理: ?铣刨——车辙、拥包; ?全厚式修补——坑槽和网裂; ?清洗表面,并涂敷粘结剂。p刨铣后的沥青混凝土面层应 保留80~100mm的 厚度,因为旧路面 仍要承担大部分荷 载作用。超薄水泥混凝土加铺层 p加铺层厚度:80~130mm。 p水泥板平面尺寸:宜为1~2.5m ,通常取面板厚度的10~20倍。 p接缝设计: ü切缝深度为面层板厚的1/4~1/3; ü缝宽3~5 mm,无需封缝 ü纵缝应尽量避免设计在轮迹带处加铺层结构应力分析沥青加铺层 p沥青上面层的作用主要是提供路面的表面使用功能,并有一定承载作用。混凝 土板是主要承载层。 p设计时主要验算有沥青上面层的混凝土板的荷载应力和温度应力。 p有沥青上面层的混凝土下层板应力分析(参见规范-附录C)。 p计算示例:旧混凝土路面上加铺沥青混凝土层设计(参见条文说明-附录C)分离式水泥混凝土加铺层 p加铺层和旧混凝土面层应力分析,按分离式双层板进行。 p弹性地基双层板荷载应力分析(参见规范-附录B.4) p弹性地基双层板温度应力分析(参见规范-附录B.5) 加铺层结构应力分析 结合式水泥混凝土加铺层 p加铺层和旧混凝土板的应力分析,按结合式双层板进行。 p复合板荷载和温度应力分析(参见规范-附录B.6) 旧沥青路面加铺水泥混凝土路面 p旧沥青路面顶面的当量回弹模量可根据弯沉计算确定(参见规范-附录B.2.5) p按照新建水泥混凝土路面进行加铺层设计。 结 语u如果新路面结构设计是力学-经验法,那旧路面加铺层结构设计就是经验-力学法。u旧路面加铺设计的基础是旧路面合理评价与处治。u旧路面加铺工程成败的关键在于严格的材料和施工工艺控制!谢 谢! 唐伯明 重庆交通大学 tbm@netease.com《公路水泥混凝土路面设计规范》宣贯会水泥混凝土路面加铺层结构设计 唐伯明 教授 (重庆交通大学) 主 要 内 容 1.国水泥混凝土路面使用状况2.水泥混凝土路面加铺层设计原则3.旧水泥混凝土路面调查与评定4.加铺方案选择5.加铺层结构设计1.我国水泥混凝土路面使用状况 各高等级公路水泥混凝土路面使用年限统计 公路名称 通车年份 加铺年份 水泥板厚 公路名称 通车年份 加铺年份 水泥板厚 GL高速 1997 2007 24 cm HA高速 1996 2002 24 cm NL高速 1999 2007 24 cm HN高速 1995 2004 24 cm HCW高速 1992 2004 25 cm WH高速 1991 2001 24 cm CQNH高速 1998 2006 25 cm CM高速 1996 2006 24 cm QL高速 1997 2006 24 cm CT高速 1996 2003 25 cm CY高速 1995 2007 24 cm XF高速 2001 2008 26 cm 注:红色标示的高速公路实际使用寿命超过10年1.我国水泥混凝土路面使用状况1.我国水泥混凝土路面使用状况 各高速路主要损坏原因统计 公路代码损坏原因 CQNH GL WH HA HN CT HCW 施工变异性 √ √ √ √ 交通量增长过快 √ √ √ √ √ √ 超载、重载 √ √ √ √ √ √ 排水不良 √ √ √ √ √ √ 修补不及时 √ √ √ √ 接缝设计施工较差 √ √ 基垫层承载力不足或不均 匀 √ √ √ √ 路基不均匀沉降 √ √ √ √ √ √1.我国水泥混凝土路面使用状况 美国水泥混凝土路面 2.水泥混凝土路面加铺层设计原则水泥混凝土路面加铺的目的2.水泥混凝土路面加铺层设计原则2.水泥混凝土路面加铺层设计原则 加铺层设计的主要调查内容 3.旧水泥混凝土路面调查与评定Ø路面损坏状况调查:断板率、平均错台量Ø路面结构状况调查:接缝传荷能力、板底脱空状况Ø路面结构参数调查:旧路面板板厚、旧混凝土弯拉强度及弯拉弹性模量、基层顶面的当量回弹模量3.旧水泥混凝土路面调查与评定旧水泥混凝土路面破损状况评定 p新版《公路水泥混凝土路面设计规范》 等级 优良 中 次 差 断板率(%) ≤5 5~10 10~20 >20 平均错台量(mm) ≤3 3~7 7~12 >12 采用断板率和平均错台量作为旧路面破损状况评价指标,较PCI更为简便,可以更好反映旧混凝土路面结构性损坏状况。3.旧水泥混凝土路面调查与评定旧水泥混凝土路面结构状况评价:l旧混凝土面层板的接缝传荷能力和板底脱空状况采用弯沉测试法调查评定,弯沉测试宜采用FWD。l接缝传荷能力评价: wu k j ? ?100 ( %) wl k j ——接缝传荷系数; wu ——未受荷板接缝边缘处的弯沉值。 wl ——受荷板接缝边缘处的弯沉值。3.旧水泥混凝土路面调查与评定板底脱空状况评价: uFWD :测试多级荷载作用下的弯沉并绘出荷载-弯沉关系曲线 进行判断,综合考虑唧泥和错台发展程度以及接缝传荷能力进行 判别; u雷达:通过剖面图确定脱空位置和范围,并与钻芯等手段进行 标定; 多u种声波手检段测仪互:相敲击印路面证板,,通根过据声音经的频验率综、峰合值判、带别宽等!信 号特征判断路面是否脱空。3.旧水泥混凝土路面调查与评定旧路面结构参数调查: 旧混凝土面层厚度的标准值可根据钻孔芯样的量测高度计算确定。 he ? he ?1.04sh 旧混凝土面层量测厚度的标准值(mm); he —— 旧混凝土面层量测厚度的均值(mm); —he— sh ——旧混凝土面层厚度量测值的标准差(mm)。 3.旧水泥混凝土路面调查与评定 旧路面结构参数调查:旧混凝土面层弯拉强度的标准值可采用钻孔芯样的劈裂试验测定结果计算确定。 0.87 f r ? 1.87 f sp f sp ? f sp ?1.04ssp 旧混凝土弯拉强度标准值(MPa); f r ——
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