第二十二讲第二十二讲 水泥混凝土路面的结构与构造水泥混凝土路面的结构与构造水泥混凝土路面的优缺点及各类水泥混凝土水泥混凝土路面的优缺点及各类水泥混凝土路面的定义；路面的定义；水泥混凝土路面的平面尺寸是如何确定的？水泥混凝土路面的平面尺寸是如何确定的？水泥混凝土路面为什么要分缝？有几种类型水泥混凝土路面为什么要分缝？有几种类型的逢？的逢？水泥混凝土路面各结构层的功能要求是什么水泥混凝土路面各结构层的功能要求是什么？四个问题四个问题复习思考题复习思考题n1、名词解释：素砼路面；唧泥；错台；拱胀；碾压式砼路面；钢纤维砼、名词解释：素砼路面；唧泥；错台；拱胀；碾压式砼路面；钢纤维砼路面；连续配筋砼路面；钢筋砼路面。路面；连续配筋砼路面；钢筋砼路面。n2、简述导致砼面板产生唧泥的原因，怎样防止？、简述导致砼面板产生唧泥的原因，怎样防止？n3、说明砼路面的横向缩缝、工作缝与胀缝的功能。、说明砼路面的横向缩缝、工作缝与胀缝的功能。n4、为何一般不考虑锯切缩缝处的传荷设施？、为何一般不考虑锯切缩缝处的传荷设施？n5、砼路面纵缝有哪几种构造形式？、砼路面纵缝有哪几种构造形式？n6、砼路面胀缝间距放长有何理由？当采用长间距胀缝或无胀缝路面结构、砼路面胀缝间距放长有何理由？当采用长间距胀缝或无胀缝路面结构时，需采取哪些相应的预防措施？时，需采取哪些相应的预防措施？n7、为什么砼路面最好在高温季节进行施工？又为什么要控制施工时的最、为什么砼路面最好在高温季节进行施工？又为什么要控制施工时的最低气温大于低气温大于5？n8、在温度骤降的情况下，为什么尚未锯缝的砼路面会开裂？如何预防？、在温度骤降的情况下，为什么尚未锯缝的砼路面会开裂？如何预防？n9、确定胀缝缝隙宽度的影响因素有哪些？、确定胀缝缝隙宽度的影响因素有哪些？n10、说明水泥混凝土路面基层的作用。、说明水泥混凝土路面基层的作用。水泥混凝土路面水泥混凝土路面1.各类水泥混凝土路面的定义各类水泥混凝土路面的定义 水泥混凝土路面 cement concrete pavement： 以水泥混凝土做面层(配筋或者不配筋)的路面，亦称刚性路面。普通混凝土路面 plain concrete pavement： 除接缝区和局部范围外面层内均不配筋的水泥混凝土路面，亦称素混凝土路面。钢筋混凝土路面 jointed reinforced concrete pavement： 面层内配置纵横向钢筋或钢筋网并设接缝的水泥混凝土路面。连续配筋混凝土路面 continuous reinforced concreted pavement： 面层内配置纵向连续钢筋和横向钢筋，横向不设缩缝的水泥混凝土路面。钢纤维混凝土路面 steel fiber reinforced concrete pavement： 在混凝土面层中掺入钢纤维的水泥混凝土路面。复合式路面 composite pavement： 面层由两层不同材料类型和力学性质的结构层复合而成的路面。类型：剪切型钢纤维类型：剪切型钢纤维规格：规格： 0.60.735连续配筋水泥砼路面（连续配筋水泥砼路面（CRCP）连连 续续 配配 筋筋 混混 凝凝 土土 路路 面面 （ Continuously Reinforced Concrete Pavement，简简称称CRCP）在在路路面面纵纵向向配配有有足足够够数量的数量的钢筋，控制混凝土路面板钢筋，控制混凝土路面板纵向收缩产生的开裂纵向收缩产生的开裂。因因此此CRCP在在施施工工时时完完全全不不设设胀胀、缩缩缝缝(施施工工缝缝及及构构造造所所需需的的胀胀缝缝除除外外)，形形成成一一条条完完整整而而平平坦坦的的行行车车表表面面，改改善善了了汽车行驶的平稳性，同时也增加了路面板的整体强度。汽车行驶的平稳性，同时也增加了路面板的整体强度。CRCP是指在路面纵向连续配置足够数量的钢筋，以控是指在路面纵向连续配置足够数量的钢筋，以控制混凝土路面板纵向收缩产生裂缝的间距和缝隙大小，制混凝土路面板纵向收缩产生裂缝的间距和缝隙大小，从而可在路面纵向不设接缝的混凝土路面。从而可在路面纵向不设接缝的混凝土路面。u连续配筋水泥砼路面（连续配筋水泥砼路面（CRCP）连续配筋水泥砼路面（连续配筋水泥砼路面（CRCP）CRCP具有具有耐久性好，行车舒适平顺，施工进度快，耐久性好，行车舒适平顺，施工进度快，极少养护极少养护的等优点。从长期使用性能来看，的等优点。从长期使用性能来看，CRCP的的经济性也很好，现已广泛地应用于高等级公路，机场经济性也很好，现已广泛地应用于高等级公路，机场道面及现有道路的加固。道面及现有道路的加固。水泥混凝土预制块路面 concrete block pavement： 面层由水泥混凝土预制块铺砌成的路面。碾压混凝土 roller compacted concrete： 采用震动碾压成型的水泥混凝土路面。贫混凝土 lean concrete： 水泥用量较低的水泥混凝土。 2.水泥混凝土路面的特点水泥混凝土路面的特点 n n与其他类型路面相比，水泥混凝土路面的特点如下：与其他类型路面相比，水泥混凝土路面的特点如下：与其他类型路面相比，水泥混凝土路面的特点如下：与其他类型路面相比，水泥混凝土路面的特点如下：n n强度高强度高强度高强度高 混凝土路面具有很高的抗压强度和较高的抗弯拉混凝土路面具有很高的抗压强度和较高的抗弯拉混凝土路面具有很高的抗压强度和较高的抗弯拉混凝土路面具有很高的抗压强度和较高的抗弯拉强度以及抗磨耗能力。强度以及抗磨耗能力。强度以及抗磨耗能力。强度以及抗磨耗能力。n n稳定性好稳定性好稳定性好稳定性好 混凝土路面的水稳定性，热稳定性均好，特别是混凝土路面的水稳定性，热稳定性均好，特别是混凝土路面的水稳定性，热稳定性均好，特别是混凝土路面的水稳定性，热稳定性均好，特别是它的强度能随着时间的延长而逐渐提高，不存在沥青它的强度能随着时间的延长而逐渐提高，不存在沥青它的强度能随着时间的延长而逐渐提高，不存在沥青它的强度能随着时间的延长而逐渐提高，不存在沥青路面的那种路面的那种路面的那种路面的那种” ”老化老化老化老化” ”现象。现象。现象。现象。n n耐久性好耐久性好耐久性好耐久性好 由于混凝土路面的强度和稳定性好，所以它经由于混凝土路面的强度和稳定性好，所以它经由于混凝土路面的强度和稳定性好，所以它经由于混凝土路面的强度和稳定性好，所以它经久耐用，一般能使用久耐用，一般能使用久耐用，一般能使用久耐用，一般能使用20-4020-40年，而且它能通行包括履年，而且它能通行包括履年，而且它能通行包括履年，而且它能通行包括履带式车辆在内的各种运输工具。带式车辆在内的各种运输工具。带式车辆在内的各种运输工具。带式车辆在内的各种运输工具。n n有利于夜间行车有利于夜间行车有利于夜间行车有利于夜间行车 混凝土路面色泽鲜明，能见度好，对夜间行车混凝土路面色泽鲜明，能见度好，对夜间行车混凝土路面色泽鲜明，能见度好，对夜间行车混凝土路面色泽鲜明，能见度好，对夜间行车有利。有利。有利。有利。混凝土路面的缺点主要有以下几方面：混凝土路面的缺点主要有以下几方面：对水泥和水的需要量大：对水泥和水的需要量大： 修筑修筑0.2m厚，厚，7m宽的混凝土路面，每宽的混凝土路面，每1000m要耗水泥约要耗水泥约400-500t和水约和水约250t，尚不包括养生用的水在内。，尚不包括养生用的水在内。有接缝：有接缝： 一般混凝土路面要设置伸缩缝、施工缝及胀缝等许多接一般混凝土路面要设置伸缩缝、施工缝及胀缝等许多接缝，接缝增加施工和养护的复杂性，还容易引起行车跳动影缝，接缝增加施工和养护的复杂性，还容易引起行车跳动影响行车的舒适性。接缝又是路面的薄弱点，如处理不当，将响行车的舒适性。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。导致路面板边和板角处破坏。开放交通较迟：开放交通较迟： 一般混凝土路面完工后，要经过一般混凝土路面完工后，要经过28天的潮湿养生，才能天的潮湿养生，才能开放交通。开放交通。修复困难：修复困难： 混凝土路面破坏后，开挖很困难，修补工作量也大，且混凝土路面破坏后，开挖很困难，修补工作量也大，且影响交通影响交通 。 水泥混凝土路面构造由面层、基层、水泥混凝土路面构造由面层、基层、垫层、路基、路肩和排水设施等组成。垫层、路基、路肩和排水设施等组成。3.水泥混凝土路面的构造水泥混凝土路面的构造-结构组合设计结构组合设计 3.1 土基土基-对路面结构提供均匀的支撑l理论分析表明，通过刚性基层和面层传到土基上理论分析表明，通过刚性基层和面层传到土基上的压力很小，一般不超过的压力很小，一般不超过0.05Mpa0.05Mpa。由于板的脆性，。由于板的脆性，抗拉和抗弯拉能力低，需要均匀的支撑，实践证抗拉和抗弯拉能力低，需要均匀的支撑，实践证明，由于土基不均匀支撑，使面板在受荷时底部明，由于土基不均匀支撑，使面板在受荷时底部产生过大的弯拉应力，导致混凝土路面产生破坏。产生过大的弯拉应力，导致混凝土路面产生破坏。因此，因此，混凝土路面下的路基必须密实，稳定和均混凝土路面下的路基必须密实，稳定和均匀。对路面结构提供均匀的支撑，匀。对路面结构提供均匀的支撑，路基设计要求路基设计要求处于干燥或中湿状况，过湿状态或强度与稳定性处于干燥或中湿状况，过湿状态或强度与稳定性不符合要求的潮湿状态的路基必须经过处理。不符合要求的潮湿状态的路基必须经过处理。遇有下述情况时，需在基层下设置垫层遇有下述情况时，需在基层下设置垫层 防冻季节性冰冻地区，路面总厚度小于最小防冻厚度要求（表3。0.7）时，其差值应以垫层厚度补足。 隔、排水 水文地质条件不良的土质路堑，路床土湿度较大时，宜设置排水垫层。 防路基变形路基可能产生不均匀沉降或不均匀变形时，可加设半刚性垫层。 3.2 垫层：垫层：-为保证路基的水、温稳定性，保为保证路基的水、温稳定性，保护路基而设。护路基而设。交通等交通等级级基基层类层类型型特重交通特重交通贫贫混凝土、碾混凝土、碾压压混凝土或混凝土或沥沥青混凝土基青混凝土基层层重交通重交通水泥水泥稳稳定粒料或定粒料或沥沥青青稳稳定碎石基定碎石基层层中等或中等或轻轻交通交通水泥水泥稳稳定粒料、石灰粉煤灰定粒料、石灰粉煤灰稳稳定粒料或定粒料或级级配粒配粒料基料基层层表表1 适宜各交通等级的基层类型适宜各交通等级的基层类型3.3 3.3 基层：基层：-为控制或减少路基不均匀冻胀或体积为控制或减少路基不均匀冻胀或体积变形对面板的不利影响、减少路基顶面的压应力、变形对面板的不利影响、减少路基顶面的压应力、防止唧泥等病害而设置。防止唧泥等病害而设置。基层应具有足够的抗冲刷基层应具有足够的抗冲刷能力和一定的刚度。能力和一定的刚度。（1 1）基层类型依据交通条件和湿度状态。基层类型）基层类型依据交通条件和湿度状态。基层类型宜依照交通等级按表宜依照交通等级按表1 1选用。选用。l（2）各类基层的厚度适宜范围见表2基层类型厚度适宜的范围（mm）贫混凝土或碾压混凝土基层120200水泥或石灰粉煤灰稳定粒料基层150250沥青混凝土基层4060沥青稳定碎石基层80100级配粒料基层150200多空隙水泥稳定碎石排水基层100140沥青稳定碎石排水基层80100表2 各类基层厚度的适宜范围 3.4 面层面层 水泥混凝土面层（面板）应具有足够的强度、耐水泥混凝土面层（面板）应具有足够的强度、耐久性、表面抗滑、耐磨、平整。久性、表面抗滑、耐磨、平整。(1) 面层选择的条件面层选择的条件 面层一般采用设接缝的普通混凝土；面层板的平面层一般采用设接缝的普通混凝土；面层板的平面尺寸较大或形状不规则，路面结构下埋有地下设面尺寸较大或形状不规则，路面结构下埋有地下设施，高填方、软土地基、填挖交界段的路基等有可施，高填方、软土地基、填挖交界段的路基等有可能产生不均匀沉降时，应采用设置接缝的钢筋混凝能产生不均匀沉降时，应采用设置接缝的钢筋混凝土面层。其他面层类型可根据适用条件按表土面层。其他面层类型可根据适用条件按表3选用。选用。面层类型适用条件连续配筋混凝土面层高速公路沥青上面层与连续配筋混凝土或接缝设传力杆的普通混凝土下面层组成的复合式路面特重交通的高速公路碾压混凝土面层二级及二级一下公路、服务区停车场刚纤维混凝土面层标高受限制路段、收费站、混凝土加铺层和桥面铺装矩形或异行混凝土预制面层服务区停车场、二级及二级以下公路桥头引道沉降未稳定段表表3 其它面层类型选择其它面层类型选择n(2)板的平面形状与接缝要求板的平面形状与接缝要求 面板最大应力，面板最大应力，板边的截面上弯拉应力、弯矩是板中应力的板边的截面上弯拉应力、弯矩是板中应力的2/3，按应力分布应做成边厚中薄的断面形式，施工困难，板，按应力分布应做成边厚中薄的断面形式，施工困难，板厚转折处易折断，因而混凝土面层板一般采用矩形。其纵向厚转折处易折断，因而混凝土面层板一般采用矩形。其纵向和横向接缝垂直相交，纵缝两侧的横缝不得相互错位。和横向接缝垂直相交，纵缝两侧的横缝不得相互错位。n(3)板的厚度板的厚度 普通混凝土钢筋混凝土碾压混凝土或连续级配混凝土面层所普通混凝土钢筋混凝土碾压混凝土或连续级配混凝土面层所需的厚度，可参照表需的厚度，可参照表4所示参考范围并按荷载和温度疲劳作所示参考范围并按荷载和温度疲劳作用计算确定。用计算确定。n（4）路面板的表面构造）路面板的表面构造 采用刻槽压槽拉槽或拉毛等方法制作。构造深度在使用初采用刻槽压槽拉槽或拉毛等方法制作。构造深度在使用初期应满足表期应满足表5的要求。的要求。断板、角隅断裂是常见的断板、角隅断裂是常见的结构性病害特征结构性病害特征交通等级特重重公路等级高速一级二级高速一级二级变异水平等级低中低中低中低中面层厚度（mm）=260=250=240270240260230250220交通等级中等轻公路等级二级三四级三四级三四级变异水平等级高中高中高中面层厚度（mm）240210230200220200=230=220表表4 水泥混凝土面层厚度的参考范围水泥混凝土面层厚度的参考范围 n注：注：特殊路段特殊路段对于高速公路和一级公路系指立交、平对于高速公路和一级公路系指立交、平交或变速车道等处，对于其他等级公路系指急弯、陡坡、交交或变速车道等处，对于其他等级公路系指急弯、陡坡、交叉或集镇附近。叉或集镇附近。 年降雨量年降雨量600mm以下的地区，表列数值可适当降低。以下的地区，表列数值可适当降低。 公路等公路等级高速公路一高速公路一级公路公路二三四二三四级公路公路一般路段一般路段0.701.100.500.90特殊路段特殊路段0.801.200.601.00表表5 各级公路水泥混凝土面层的表面构造深度（各级公路水泥混凝土面层的表面构造深度（mm）要求）要求 3.5 路肩路肩 路肩铺面结构应具有一定的承载能力，其结路肩铺面结构应具有一定的承载能力，其结构层组合和材料选用应与行车道路面相协调，构层组合和材料选用应与行车道路面相协调，并保证进入路面结构中的水的排除。路肩铺并保证进入路面结构中的水的排除。路肩铺面可选用水泥混凝土面层或沥青面层。面可选用水泥混凝土面层或沥青面层。 水泥混凝土路面排水水泥混凝土路面排水 1 排水问题的重要性：排水问题的重要性： 国外的一些对比分析和试验路段观察结果表明，设置完善国外的一些对比分析和试验路段观察结果表明，设置完善路面排水设施的路面，其使用寿命要比未设的提高路面排水设施的路面，其使用寿命要比未设的提高30%（沥青混凝土路面）和（沥青混凝土路面）和50%（水泥混凝土路面）左右。（水泥混凝土路面）左右。2 路面排水系统的组成：路面排水系统的组成：路面表面排水路面表面排水 方式：主要通过设置横坡，迅速排除降雨。方式：主要通过设置横坡，迅速排除降雨。 行车道路面应设置单向或双向横破，坡度为行车道路面应设置单向或双向横破，坡度为1%-2%，路肩，路肩宜稍大。宜稍大。中央分隔带和路肩排水中央分隔带和路肩排水 方式：主要采用设置排水盲沟的方式。方式：主要采用设置排水盲沟的方式。 路面结构内部排水路面结构内部排水 方式：通过设置排水垫层方式：通过设置排水垫层/基层。基层。4.水泥混凝土路面的接缝设计水泥混凝土路面的接缝设计 水泥混凝土路面的接缝设置目的水泥混凝土路面的接缝设置目的水泥混凝土硬化过程中的收缩；水泥混凝土硬化过程中的收缩；施工过程应设置横向工作缝和纵向工作缝；施工过程应设置横向工作缝和纵向工作缝；混凝土面板的热胀冷缩混凝土面板的热胀冷缩温度均匀变化时：水平拉伸、或水平压缩温度均匀变化时：水平拉伸、或水平压缩温度不均匀变化时：白天，板表面温度高于板底温温度不均匀变化时：白天，板表面温度高于板底温度，水泥砼板中部有向上隆起的趋势，受阻后，顶度，水泥砼板中部有向上隆起的趋势，受阻后，顶面受压、板底受拉；夜晚相反，板边有翘起趋势，面受压、板底受拉；夜晚相反，板边有翘起趋势，顶面受拉、板底受压顶面受拉、板底受压图图1 温度引起的混凝土板的变形与破坏温度引起的混凝土板的变形与破坏 图图2 水泥混凝土板的纵横向接缝的定义水泥混凝土板的纵横向接缝的定义从图从图1可见，由于翘曲而引起的裂缝，则在裂缝发生可见，由于翘曲而引起的裂缝，则在裂缝发生后被分割的两块板体尚不致完全分离，倘若板体温后被分割的两块板体尚不致完全分离，倘若板体温度均匀下降引起收缩，则将使两块板体被拉开（图度均匀下降引起收缩，则将使两块板体被拉开（图1-c），从而失去荷载传递作用。），从而失去荷载传递作用。就是因为混凝土板因温度和湿度变化而产生伸缩变就是因为混凝土板因温度和湿度变化而产生伸缩变形和翘曲变形，板尺寸过大会约束这些变形而产生形和翘曲变形，板尺寸过大会约束这些变形而产生较大的内应力，使板出现断裂等损坏。而设置缩缝较大的内应力，使板出现断裂等损坏。而设置缩缝或胀缝的目的就是消减胀、缩应力，控制板块断裂或胀缝的目的就是消减胀、缩应力，控制板块断裂出现的位置，混凝土路面不得不纵横两个方向设置出现的位置，混凝土路面不得不纵横两个方向设置许多接缝，把整个路面分割成许多板块许多接缝，把整个路面分割成许多板块(图图2)。横向接缝是垂直于行车方向的接缝，共有三种：缩横向接缝是垂直于行车方向的接缝，共有三种：缩缝、胀缝和施工缝。缩缝保证板因温度和湿度的降缝、胀缝和施工缝。缩缝保证板因温度和湿度的降低而收缩时沿该薄弱断面缩裂，从而避免产生不规低而收缩时沿该薄弱断面缩裂，从而避免产生不规则的裂缝。胀缝保证板在温度升高时能部分伸张，则的裂缝。胀缝保证板在温度升高时能部分伸张，从而避免产生路面板在热天的拱胀和折断破坏，同从而避免产生路面板在热天的拱胀和折断破坏，同时胀缝也能起到缩缝的作用。时胀缝也能起到缩缝的作用。另外，混凝土路面每另外，混凝土路面每天完工以及因雨天或其它原因不能继续施工时，应天完工以及因雨天或其它原因不能继续施工时，应尽量做到胀缝处。如不可能，也应做至缩缝处，并尽量做到胀缝处。如不可能，也应做至缩缝处，并做成施工缝的构造形式。做成施工缝的构造形式。纵向接缝是与行车方向平行的接缝，按车道布置。纵向接缝是与行车方向平行的接缝，按车道布置。图图3 横向缩缝构造图横向缩缝构造图 尺寸单位：尺寸单位：mm a)设传力杆假缝型设传力杆假缝型 b) 不设传力杆假缝型不设传力杆假缝型4.1 横向接缝的类型与布设横向接缝的类型与布设缩缝间距一般缩缝间距一般4 46m6m，同板长，同板长，根据气温状况、根据气温状况、地质水文情况地质水文情况选择。如：选择。如：5m5m4m4m的板块，的板块，按按5m5m固定间距固定间距设置缩缝。设置缩缝。图图4 横向施工缝构造横向施工缝构造 尺寸单位：尺寸单位：mm a)设传力杆平缝型设传力杆平缝型 b)设拉杆企口缝型设拉杆企口缝型图图5 浅槽口构造浅槽口构造 尺寸单位：尺寸单位：mm图图6 胀缝构造胀缝构造 尺寸单位：尺寸单位：mm 4.2 纵向接缝的构造 图图7 纵缝构造图纵缝构造图 尺寸单位：尺寸单位：mm a)纵缝施工缝纵缝施工缝 b)纵缝缩缝纵缝缩缝分别是什么缝？分别是什么缝？水泥混凝土的材料设计水泥混凝土的材料设计（自学要求）（自学要求）n路面混凝土的技术要求：路面混凝土的技术要求： 1 1） 强度要求：我国水泥混凝土路面的配合比设计，强度要求：我国水泥混凝土路面的配合比设计，以以28d 28d 龄期的弯拉强度为控制指标。先根据交通量龄期的弯拉强度为控制指标。先根据交通量和公路等级确定路用混凝土的设计弯拉强度标准值和公路等级确定路用混凝土的设计弯拉强度标准值frfr，再据此计算配制弯拉强度，再据此计算配制弯拉强度fc fc 。 2）工作性要求：）工作性要求：2）工作性要求）工作性要求n新拌混凝土拌和物，必须具有一定的流动性、新拌混凝土拌和物，必须具有一定的流动性、均匀不离析、不泌水、容易抹平等性质，以适均匀不离析、不泌水、容易抹平等性质，以适应运送、灌注、捣实等施工要求。这些性质总应运送、灌注、捣实等施工要求。这些性质总称为混凝土的工作性称为混凝土的工作性(或和易性或和易性)，通常用稠度，通常用稠度表示。表示。n测定稠度的方式有坍落度和维勃稠度两种，由测定稠度的方式有坍落度和维勃稠度两种，由于坍落度试验较为简单、直观，所以工程实践于坍落度试验较为简单、直观，所以工程实践中大多采用坍落度来表征混凝土的稠度，即工中大多采用坍落度来表征混凝土的稠度，即工作性。作性。3）耐久性要求耐久性要求 水泥混凝土耐久性的要求主要包括水泥混凝土耐久性的要求主要包括4个方面：个方面： 1 含气量要求；含气量要求； 2 最大水灰最大水灰(胶胶)比要求；比要求； 3 最小单位水泥用量要求；最小单位水泥用量要求； 4 严寒地区路面混凝土抗冻标号的要求严寒地区路面混凝土抗冻标号的要求。