連續(xù)配筋混凝土路面設計與施工技術(shù)講解

1、1.前言連續(xù)配筋混凝土路面設計與施工技術(shù)水泥混凝土路面配筋設計長安大學張洪亮1.前言 連續(xù)配筋浪凝胳曲(Continuously Reinforced Concrete PavemenCRCP):在路面縱向連續(xù)地配有足夠數(shù)債的鋼筋，以 控制賂面板縱向收縮產(chǎn)生的裂縫寬度和數(shù)最同時，在橫向也配有 一定數(shù)啟的鋼筋來支搏縱向鋼筋.在施工時不設脹、縮縫(施工縫 及構(gòu)造所需的脹縫除外)，形成一條完鞭而平坦的行車平面.CRCP具有以下優(yōu)點：消除了橫向接縫，整體性和平轅度好，行車平順舒適。 CRCP耐久性好，使用壽命長.如果設計、施工得當, 養(yǎng)護費用很少，雖然初期投資較高，但全壽命效益是 經(jīng)濟合理的.在路面內(nèi)

2、增設了縱向和橫向鋼筋，控制了裂縫寬度， 使得裂縫緊密閉合，減少了裂縫剝落，提高了裂縫處 的傳荷能力.1.前言國內(nèi)外應用現(xiàn)狀最早的CRCP于192丄年出現(xiàn)在黃國，當時吳國公路局在華盛頓 區(qū)修建了長60m的試驗路。截止到80年，關國CRCP2.2萬 km；截止到1998年，總里程超過45萬km除美國外，CRCP在加拿大、澳大利亞、日本、法國、比利時、 荷蘭、英國等國家也獲得了廣泛的使用.截止到丄980年，日本 CRCPl.Okm； 1.998年，在比利時全長1650km的高速公 路中，有650km是水泥混凝土路面，其中主要是CRCPCRCP 現(xiàn)已廣泛應用于高速公路和其它重交通道路的新建和補強工程中

3、. 1989年江蘇省在鹽城一級公路上修筑了第一條連續(xù)配筋混凝土 試驗路段.丄996年，西安公路交通大學與銅川公路局在2國道上修建了 一段長335m的CRCP試驗工程. 1997年西安公路交通大學與河南許昌公路局在107國道上修筑 了單幅總長10km的CRCP. 200丄年長沙交通學院與湖南省高速公路公司在京珠高速公路來 宜段修建了長40.1km的CRCP 200丄年，長安大學與山東省公路局在山東濟棗西線水泥混凝土 路面改造中，鋪筑了連續(xù)配筋混凝土加鋪層.1.前言 2003年，長安大學與山東省公路局在濟聊高速公路上 修筑了連續(xù)配筋混凝土（CRC）基層瀝青路面試驗段。 2003年，在國道325線廣

4、東恩平東段一級公路舊水泥 混凝土路面上修筑了總長1.17km的CRCP加鋪層。 2005年，粵贛高速公路試驗段1.574km 20082009年（約），張石高速公路石家莊段 2008年，煙威高速修建了近2km的試驗段2. CRCP設計指標和設計方法2.1國內(nèi)長安大學根據(jù)國家自然科學基金項目連續(xù)鋼筋混凝土 路面設計理論與方法研究的研究成果，并參考了 丄993版的AASHTO規(guī)范，制訂了水泥混凝土路面設 計規(guī)范(JTG D40-2002)中關于CRCP設計的規(guī) 定. CRCP的厚度，可按普通混凝土路面厚度設計的各項設 計參數(shù)及規(guī)定進行.其基(墊)層取厚度和面板厚度均 與普通混凝土路面的相同.2.

5、CRCP設計指標和設計方法連續(xù)配筋混凝土面層的縱向配筋率按允許的裂縫間距 (1.02.5m).縫隙寬度(vlmm)和鋼筋屈服 強度確定，給出了平均裂縫間距計算、裂縫寬度和鋼 筋應力的計算公式。連續(xù)配筋混凝土面層與其它類型路面或構(gòu)造物相連接 的端部，應設置錨固結(jié)構(gòu)端部錨固結(jié)構(gòu)可以采用鋼 筋混凝土地集或?qū)扝it工字鋼梁接縫等形式，并推薦 出兩種端部錨固結(jié)構(gòu)的常用配置和尺寸。2.2國外美國混凝土學會(ACI)、波特蘭水泥工作者協(xié)會 (PCA)和丄993年版的AASHTO板厚設計均采用接縫 式水泥混凝土路面設計方法，只是作了若干修正。 1993年版的AASHTO方法中最小配筋率應滿足下面 兩個條件：混

6、凝土的量大拉應力不大于極限拉應力，及 裂縫處鋼筋的最大拉應力不大于屈服應力德克薩斯州運輸部提出如下的鋼筋用量設計標準：(丄) 平均裂縫間距為09-2.4m；(2)裂縫寬度小于0.64mm,以避免水進入路基；(3)鋼筋應力小于鋼 筋的屈服應力.2. CRCP設計指標和設計方法AASHTO 2002設計指南： CRCP的設計采用鯊證法，即先進行初步設計，根據(jù)交通量選定 板厚和配筋率，然后校核其能否在一定的可靠度水平上滿足性能 的要求. 設計指標：沖斷和平茯度，裂縫寬度作為一個附加指標.沖斷預測程序： (1)列表輸入所需數(shù)據(jù)； (2)處理交通數(shù)據(jù)，計算等效軸載作用次數(shù)； (3)處理路面溫度數(shù)據(jù)，將不

7、同小時沿板厚非線性變 化的溫度轉(zhuǎn)化成等效的線性溫度梯度； (4)確定平均裂縫間距； (5)計算每月內(nèi)平均裂縫寬度和裂縫傳荷系數(shù)(LTE)；2. CRCP設計指標和設計方法沖斷預測程序： (6)計算混凝土板的縱向邊緣支撐的損失； (7)處理每月的相對濕度數(shù)據(jù)，將其零效溫度變化加 到尊效線性溫度變化中； (8)計算板頂面的臨界橫向拉應力； (9)確定橫向裂縫剛度和LTE的衰減； (10)計算疲勞損傷； (11)確定沖斷的數(shù)量。3. CRCP病售調(diào)査和影響因素分析（1）最主要病害一一邊緣沖斷沖斷指兩個間距很?。ㄐ∮?6m）的橫向裂縫與短 的縱向裂縫和路面邊緣（或縱向接縫）所圍成面積.另3. CRCP

8、病售調(diào)査和影響因素分析沖斷產(chǎn)生的機理：新建的路面，由于加筋的作用，裂縫窄.傳荷能力強.板底均勻 支揮，板M拉應力小.隨后，由于復車的反復作用及溫度和濕度波動導致裂縫寬度變化 及局部邊緣支撐喪失，部分橫向裂縫出現(xiàn)剝落現(xiàn)彖.裂縫變寬或 者剝落以后，鹽和水會進入板底。板底的水加劇基層侵蝕、鋼筋 H蝕、19泥，處失去支掙，同時發(fā)縫處的傳荷能力大量律 低.在重車作用下板頊產(chǎn)生較大的橫向拉應力.當車輛荷載反復作用時，便累積疲勞，產(chǎn)生縱向裂縫，進而出現(xiàn) 沖斷.（2）橫向裂縫.調(diào)査發(fā)現(xiàn)裂縫寬度服從Weibull分布，初始的橫向裂 縫由環(huán)境因素產(chǎn)生.調(diào)査了6個州的23條CRCP,并利用了LTPP中83條 CRC

9、P的調(diào)查數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)寬裂縫和沖斷是CRCP的兩大 主要病害.裂縫的變寬主要是由鋼筋銹蝕后有效斷面減小，鋼筋 中的應力達到屈服或斷裂強度引起的。3. CRCP病害調(diào)査和形響因素分析(3)縱向裂縫伊利諾斯州運輸部調(diào)査分析了縱向裂縫產(chǎn)生的原因。發(fā)現(xiàn)縱向裂縫通常伴隨著嵌入的縱向鋼筋，不是由于鋼筋銹蝕.混凝土的 蛻化或不適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)設計引起的，而是與施工時鋼筋在混凝土內(nèi)部下沉有關。3. CRCP病害調(diào)査和形響因素分析CRCP使用性能的影響因素(1) 板厚隨著板厚的塔加，沖斷減少，平整度提高.(2) 橫向裂縫宣度和間距-裂縫寬度非常駆要，它影響裂縫處的傳荷能力，特別是在使用除 冰鹽的地區(qū).將平均裂縫寬度(鋼筋

10、深度處)控制在005 cm可 以將裂縫間距控制在合理的水平?！皼_斷多發(fā)生在較窄的裂縫間距處，約90%的沖祈發(fā)生在橫向裂縫間距為0306 m時，平均裂縫間距和沖斷之間沒有相關性.-沖斷也容易在靠近寬裂縫處產(chǎn)生，沖斷與寬裂縫有關而不是與平 均裂縫寬度有關.3. CRCP病售調(diào)査和影響因素分析（3）混凝土材料混凝土強度越高對路面越有利，模量、干縮系數(shù)和脹 縮系數(shù)越小對路面越有利.溫度脹縮系數(shù)對路面性能影響最大，粗集料類型對溫 度脹縮系數(shù)影響最大.3. CRCP病害調(diào)査和影響因素分析（4）縱向配筋率裂縫間距一般會隨著鋼筋用量的增加而降低。在美（主要是寒冷地區(qū)）06%08%的配筋率會產(chǎn)生較好的裂縫開裂模

11、式和性能。野 外調(diào)査表明，增加鋼筋用量會減少沖斷和提高 平整度。(5)縱向鋼筋的埋置深度”鋼筋越靠近路表，裂縫寬度越小，沖斷也越少, 但是，會造成施工困難。建議在離路表&8 cm到板中這段深度內(nèi)放置鋼筋。-德克薩斯州施工指南中對厚度超過330mm的 混凝土板建議采用雙層配筋。3. CRCP病害調(diào)査和影響因素分析(6)裂縫傳荷能力裂縫傳荷能力對直接造成沖斷的縱向裂縫非常重要，傳荷系數(shù)應在95%以上?；炷谅访嫘阅鼙砻?，基層侵蝕、集料嵌 擠的損失.鋼筋的銹蝕、過寬的裂縫和其它 類型的接縫損壞會減小裂縫剪切剛度。(7)板寬 一般情況下，板寬與車道寬度相同.有少數(shù)工程也使用寬的路面 板以提高路面性能.

12、野外調(diào)査和分析表明.較寬的路面板使得車 輛的軸戟遠離板的自由邊.從而淹少板邊頂面的橫向拉應力.因 而減少邊緣沖斷的產(chǎn)生.(8) 橫向加筋橫向加筋主要是固定縱向鋼筋.但部分研究表明.橫向裂縫經(jīng)常 與橫向鋼筋的位置重合.(9) 縱向接縫處的傳荷能力混凝土板與路肩之間的連接越強，板頂?shù)睦瓚υ叫?沖斷越少.3. CRCP病害調(diào)査和影響因素分析(10)基層混礙上板與基層之間的粘結(jié)影響裂縫的間距.放在瀝 青穩(wěn)定基層上的CRCP的裂縫模式比較理想而采用無 結(jié)合料的碎石作為基層時裂縫間距較大。在水泥穩(wěn)定基層上設一層薄的瀝青混凝土層效果比較 理想。如果CRCH接修筑在水泥穩(wěn)定碎石或貧混凝土 上，基層和面層之間

13、需要使用使用潤滑劑，以減小層 間粘結(jié)，防止反射裂縫的產(chǎn)生.基層模量和強度越高，沖斷就越小.基層侵蝕造成的 不均勻支撐對沖斷也有很大影響。在開級配排水層上 的CRCP容易破壞。4. CRCP結(jié)構(gòu)和調(diào)査4.1國內(nèi)CRCP路面結(jié)構(gòu)和材料(1)耒宜高速公路 該段連續(xù)配筋混凝土路面的結(jié)構(gòu)型式為：18cm的4%水泥穩(wěn)定 碎石底基層+ 18cm的6%水泥穩(wěn)定碎石基層+ lcm瀝青表處 + 28cm水泥混凝丄面層.X 連續(xù)配筋混凝土面層設置單層鋼筋網(wǎng)，縱向鋼筋配筋率為 06丄,采用aisu級鋼筋：橫向鋼筋采用e丄811級鋼筋，間 距為丄00cm- 基層和底基層材料為P.O325水泥和碎石，其水泥摻量分別為 6

14、%和4%面層混凝土材料為：525#普通道路硅酸鹽水泥、 級配碎石、中砂和分煤灰.4. CRCP結(jié)構(gòu)和調(diào)査（3）山西省道孫吳線CRCP試驗段該段連續(xù)配筋混凝土路面的結(jié)構(gòu)型式：20cm天然砂 礫墊層+18cm水泥穩(wěn)定砂礫底基層+18cm水泥穩(wěn)定 砂礫下基層+1cm乳化瀝青封層+20c m貧混凝土基 層+ icm稀漿封層+30c m連續(xù)配筋混凝土路面。雙層配筋路面的縱向配筋率0.98%,橫向配筋率為 0.42%；縱向鋼筋上下層均采用018II級鋼筋、布 設間距分別為15cm. 20cm；上下層橫向鋼筋均采 用616II級鋼筋，布設間距40cm,上下層鋼筋網(wǎng)距 混凝土板頂面分為10cm和20cm4.

15、CRCP結(jié)構(gòu)和調(diào)査單層配筋路面縱向配筋率為0.68%,縱向鋼筋采用 022n級鋼筋，間距為20cm；橫向配筋率為 0.13%,橫向鋼筋采用612II級鋼筋，間距為 30cm；鋼筋網(wǎng)布設在距路面頂面10cm處?！毕啾绕胀ɑ炷谅访媾浜媳冉档土?1926.5mm規(guī)格 碎石的用量，同時相應增加了9.5-19mm的碎石用 量。調(diào)整后配合比為：水泥350kg：砂686 kg：粗 集料(4.7526.5mm) 1167 kg：水丄47 kg： 外加劑385 kg 4. CRCP結(jié)構(gòu)和調(diào)査(7) 國道325 線K1L43+ 000K144+ 170 試 驗路段 路面結(jié)構(gòu)為24cmCRCP+2cmAC 丄0+

16、舊JPCP(8) 國道G325線廣東恩平東段圣堂鎮(zhèn)路段p 為舊路改造.-tt24cmCRCP+2cmAC-10+IBJPCP (經(jīng) 換板壓漿處理)；24cmCRCP+2cmAC-10+20cm 水泥穩(wěn)定碎石(6%水泥)+20cm水泥穩(wěn)定石屑(4%水泥)(9) 110國道改造 32cmCRCP+ 15cm貧混凝土 + 15cm石灰粉煤灰砂礫4. CRCP結(jié)構(gòu)和調(diào)査4.2國外的CRCP結(jié)構(gòu)見word文檔5連續(xù)配筋混凝土原材料要求及配合比設計（1）連續(xù)配筋混凝土 國外JPCP和CRCP的混凝土材料性質(zhì)（如強度、溫度膨脹系數(shù)、 模量等）完全相同，認為這兩種路面所用混凝七要求相同.口 目前連續(xù)配筋浪凝土

17、面層配合比設計方法與國內(nèi)的接縫式水泥浪 凝土路面面層的混凝土相同，強度標準不變，耐久性標準遵照后 者高速公路有抗鹽凍時的要求，塢落度標準增大10-20mm （可選擇增加10mm）,同時考虔溫度脹縮系數(shù)和干縮系數(shù)盡可 能降低（其中溫縮系數(shù)更垂要）5連續(xù)配筋混凝土原材料要求及配合比設計最大公稱粒徑取26.5mm,不能超過 31.5mmo使用引氣劑（含氣量達到5-6%）和高效減水劑（高溫施工宜采用引氣緩凝高效減水劑，最大水灰比控制在0.40）:結(jié)合料中摻入粉煤灰，粗集料采用石灰石，用水量按照規(guī)范要求不大于160kg/m3o水泥用瑩和粉煤灰用址國外粉煤灰對水泥的替代最在20%50%之間. 我國規(guī)范規(guī)定

18、：抗凍（鹽凍）時摻粉煤灰量小單位水泥用最為 280 kg/m3；代替水泥的粉煤灰I型硅酸鹽水泥宜 M30%： r型硅酸鹽水泥宜M25%：道路水泥宜M20%：普通 水泥宜綜合考慮國外的試驗路以及我國規(guī)范的規(guī)定：粉煤灰摻址宜在 丄525%之間（若為普通水泥.包括水泥中的粉煤灰含殳） 或者經(jīng)過配合比試驗，綜合考電強度、干縮、溫編等確定最佳的 粉煤灰攜粉煤灰哥小單位水泥用量為280 kg/m3；不拶粉煤灰時最小 水泥劑量為320kg/m3：為防止出現(xiàn)過董的干編和溫縮，參閱國 外試蜀路資料.結(jié)合料t可以控制在350kg/m3以下.5連續(xù)配筋混凝土原材料要求及配合比設計相對于普通水泥混凝土，降低1926.

19、5mm檔碎石 的用量，增加95丄9檔的用量，砂和減水劑適當增 加口粗集料類型選擇考慮溫度脹縮系數(shù)和粘結(jié)強度。粘結(jié) 強度用混凝土丄d的斷裂韌性（Fracture toughness）和集料的化學組成表示.粗集料分類如 下，盡量采用#1和#2集料.類型粗集料脹縮系數(shù) （微應變）混凝土Id的斷裂韌性（MPa）#131.3#24.0-6.024.3-31.3#36.0-8.017.4-24.3#48.0 3m、3.5m 4m、45m和5m。 （5）分析橫向鋼筋傾斜的影響橫向鋼筋分別與公路前進方向成90和60夾角. （6）分析縱向鋼筋的埋置深度對CRCP性能的影響 鋼筋分別放置在板中和距離板頂面9cm處

20、7 CRCP試驗路研究（7對比不同水泥混凝土面層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鋼纖維水泥 泡凝土三種混凝土類型，而且拶加粉煤灰的劑試分為丄0%和 丄5%兩種。（8）獲取環(huán)境荷載作用下路面內(nèi)部的應力、應變和溫度狀況20cn 開*4&水泥M石T OcmKQf不1Il9190TLM2MfcwCMS心 AC-lJ*20cn 升條匕水泥仲用TOoMtT冷1191190TLM5JOowCRCMUOca 開線M水泥碑WTOotMl牌不II19I90TLM4JOviOOdc AC7J2Oc 開圾配永泥碎用石1n9190TLM5JOciOC畑 AC-l3*20c 開MUfciKJt碎石Oa

21、t何配肝石11IS190TLM630cCXO4c AC-U*20cb 斤阪配水龍眸石*2火頤比伸1I9160TLM710cW*e AC13lc ACUGai 開憑配水死卑石HOcm縱1HI9190TLM930caCRCIOc*.HB 為*TOc*侃出眸石in19190TLMIOJ0crKlC4coAC-I3 舊水KJUI土街屆nr19190TLMI1；0cE IC* 1 e 此僥碎 A 8c 72廉他步停石哦KttAjSiilJPCPV19190C - 4亦更ATLM7 （TLM9）混抵土應變計平而布工圖7 CRCP試驗路研究裸度棟廈繼號d上7c132g251 (AC32a （中14c （下2

22、6A2,5? 紇a T)26 5c (AC)3（2525a (AC)TAr (CTB)”2)10JIDa 20 7c上7f2.5t5)27 5TLM7R元件埋JL潔度7 CRCP試驗路研究7 CRCP試驗路研究FT19: 一 7 CRCP試驗路研究路面病害調(diào)查及彫響因素分析：若10%的水泥用粉煤灰來代替，CRCP的性能會更優(yōu)； 基層和面層之間設瀝青隔離層比石蠟隔離層要好，而 且瀝青隔離層越厚性能越好；病害校嚴重的舊水泥路面上直接設置4cm厚的瀝青混凝 土隔離層使用效果不佳；病害較嚴重的舊水泥路面砸裂壓穩(wěn)，并修筑厚度在8cm 以上的水泥穩(wěn)定碎石后，修筑CRCP技果校好；改變橫向鋼筋與縱向鋼筋傾角，可以有效控制 橫向裂縫及其它病害的發(fā)生；混凝土材料.縱橫向鋼筋的夾角和基層類型對 密集裂縫的彩響大于混