CN104988823B

CN104988823B - 一种设置连续钢筋的水泥混凝土路面结构

Info

Publication number: CN104988823B
Application number: CN201510265087.XA
Authority: CN
Inventors: 李盛; 刘朝晖; 曹前; 柳力; 王骁帆; 颜燕舞; 刘兴武
Original assignee: Changsha University of Science and Technology
Current assignee: Changsha University of Science and Technology
Priority date: 2015-05-22
Filing date: 2015-05-22
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2035-05-22
Also published as: CN104988823A

Abstract

本发明公开了一种设置连续钢筋的水泥混凝土路面结构，该路面结构包括基层，基层采用碾压混凝土，基层下铺设有碎石垫层，基层上铺设有水泥混凝土面层；水泥混凝土面层分为上面层和下面层，上面层采用橡胶水泥混凝土，在行车方向左侧的上面层边缘设置横向诱导切缝；下面层在行车道及硬路肩1/2宽度（L）范围内的部分设有连续横向钢筋和纵向钢筋以及可滑移支座，硬路肩另外1/2宽度（L）范围的部分为素混凝土，在硬路肩的1/2宽度（L）处设有纵向接缝；基层和面层之间设有沥青混凝土抗冲刷层。本发明的路面结构可以解决现有水泥混凝土路面及连续配筋混凝土路面结构存在的问题，可广泛应用于重载交通条件下的高等级公路、隧道路面等。

Description

一种设置连续钢筋的水泥混凝土路面结构

技术领域

本发明属于道路工程技术领域，涉及一种设置连续钢筋的水泥混凝土路面结构。

背景技术

我国路面的早期损坏较为严重，路面结构的使用寿命经常低于设计使用期，迫切需要提高道路工程的耐久性，促进我国交通运输事业更快更好地发展。

我国20世纪80～90年代修筑了大量的水泥混凝土路面，为解决水泥混凝土硬化过程中的收缩及混凝土面板的热胀冷缩等问题，水泥混凝土路面需设置纵横向接缝，使用过程中，易在接缝处这一薄弱部位先产生脱空、断板等病害，极大影响水泥混凝土路面的使用品质和寿命。为了解决这些问题，道路工作者尝试在国家“五纵七横”主干线之一的京珠高速(现更名为京港澳国家高速)耒阳至宜章段修筑了40km的连续配筋混凝土路面，该路面结构可不设置横向接缝，通过钢筋的拉伸来解决混凝土的变形，但该路面结构在使用8年左右就出现了较严重的病害，并于2013年不得不进行大修处理，其使用寿命约为设计寿命的三分之一。这是连续配筋混凝土路面结构在我国高速公路中的首次大面积应用，但由于该应用并不成功，这也是到目前为止该路面结构在我国高速公路上唯一一次大面积应用。因此，近些年来我国基本没有在高速公路上修筑水泥混凝土路面结构，全国各地均以修筑沥青混凝土路面为主。实际上修筑水泥混凝土路面能充分利用我国相对充足的水泥、粉煤灰、碎石、钢筋等资源，促进当地经济发展并减少对我国相对较缺乏的石油资源的依赖。所以，有必要开发一种新型的设置连续钢筋的水泥混凝土路面结构，该路面结构不仅可不设置横向接缝，也可解决现有水泥混凝土路面结构存在的诸多问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是研发一种设置连续钢筋的水泥混凝土路面结构，这种路面结构不仅可以有效解决现有水泥混凝土路面结构存在的问题，且具有良好的路用性能和社会与经济效益。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种设置连续钢筋的水泥混凝土路面结构，包括基层，所述基层采用碾压混凝土，厚度为20～40cm，基层下铺设有碎石垫层，厚度为20～40cm，基层上铺设有水泥混凝土面层；所述水泥混凝土面层厚度为20～28cm，分为上面层和下面层；所述上面层采用橡胶水泥混凝土，厚度为4～6cm，在行车方向左侧的上面层边缘设置长度50cm、深度2.5cm、间隔1.5m的横向诱导切缝；所述下面层在行车道及硬路肩1/2宽度（L）范围内的部分设有连续横向钢筋和纵向钢筋以及可滑移支座，硬路肩另外1/2宽度（L）范围的部分为素混凝土，在硬路肩的1/2宽度（L）处设有纵向接缝；所述基层和面层之间设有沥青混凝土抗冲刷层。

所述连续横向钢筋和纵向钢筋为表面有抗腐蚀涂层的带肋钢筋；所述横向钢筋与纵向钢筋呈30°～60°角，横向钢筋与纵向钢筋及纵向钢筋与纵向钢筋通过钢丝束绑扎完成连接，形成连续的钢筋网并置于可滑移支座上；所述纵向钢筋的配筋率为0.65%～1.05%，在施工缝处的配筋率增加1倍；所述横向钢筋末端沿垂直于纵向钢筋方向外延20cm，配筋率约为纵向钢筋的1/6。

所述沥青混凝土抗冲刷层采用密级配细型沥青混凝土，厚度为2～3cm，集料最大粒径为9.5mm，粗细集料的分界筛孔为2.36mm，通过2.36mm筛孔的集料质量百分比为60%～80%，空隙率不超过1.2%，沥青采用高黏度、高模量的改性沥青。

本发明的有益效果如下：

本发明提供一种设置连续钢筋的水泥混凝土路面结构，是按照解决水泥混凝土路面缺陷、提高路面结构使用性能的原则进行合理选择与科学设计的，可以解决现有水泥混凝土路面及连续配筋混凝土路面结构存在的接缝处易损坏、易出现断板、行车噪声大、修筑成本高、结构使用寿命短等问题，是一种行车舒适性好、使用寿命长、养护维修费用低的路面结构，且有良好的社会效益和经济效益，可广泛应用于重载交通条件下的高等级公路、隧道路面等。

未来15年，我国还将新建130万公里普通公路，近4万公里国家高速公路和数万公里地方高速公路，且每年还有近万公里高速公路的大中修改造。因此，该路面结构的应用前景广阔，潜在的社会与经济效益显著。

附图说明

图1 为本发明设置连续钢筋的水泥混凝土路面结构的结构示意图。

图2为本发明设置连续钢筋的水泥混凝土路面结构的钢筋设置示意图。

图3为本发明设置连续钢筋的水泥混凝土路面结构的钢筋设置局部示意图。

图4为本发明设置连续钢筋的水泥混凝土路面结构的横向诱导切缝示意图。

图中各元件的附图标记说明如下：

1-橡胶水泥混凝土上面层；2-设置连续钢筋的水泥混凝土下面层；3-沥青混凝土抗冲刷层；4-碾压混凝土基层；5-碎石垫层；6-横向钢筋；7-纵向钢筋；8-纵向接缝；9-钢丝束；

10-可滑移支座；11-横向诱导切缝。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，以下将结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明，所描述的实施例仅用以说明本发明的技术方案，并不用以限制本发明。

如图1至4所示，本发明的设置连续钢筋的水泥混凝土路面结构，包括橡胶水泥混凝土上面层1，设置连续钢筋的水泥混凝土下面层2，沥青混凝土抗冲刷层3，碾压混凝土基层4，碎石垫层5。

其中，橡胶水泥混凝土上面层1，厚度为5cm，弯拉强度标准值为5.0MPa，橡胶粉掺量为20kg/m³，橡胶粉颗粒为60目，并在行车方向左侧的上面层边缘设置长度50cm、深度2.5cm、间隔1.5m的横向诱导切缝11；设置连续钢筋的水泥混凝土下面层2，厚度为20cm，弯拉强度标准值为5.0MPa；沥青混凝土抗冲刷层3采用密级配细型沥青混凝土，通过9.5mm筛孔的集料质量百分比为100%，通过4.75mm筛孔的集料质量百分比为83%，通过2.36mm筛孔的集料质量百分比为70%，通过1.18mm筛孔的集料质量百分比为45%，通过0.6mm筛孔的集料质量百分比为30%，通过0.3mm筛孔的集料质量百分比为19%，通过0.15mm筛孔的集料质量百分比为12%，通过0.075mm筛孔的集料质量百分比为8%，沥青采用改性沥青，60℃的黏度为3800Pa^.s、135℃的黏度为2.5Pa^.s，60℃的复模量为12.58kPa，油石比为7.5%，空隙率为1.0%，厚度为3cm；碾压混凝土基层4，厚度为20cm，水泥用量为194kg/m³，弯拉强度标准值为4.0MPa；碎石垫层5采用未筛分的碎石，厚度为20cm。

设置连续钢筋的水泥混凝土下面层2在行车道及硬路肩1/2宽度（L）范围内的部分设有连续横向钢筋6和纵向钢筋7以及可滑移支座10，硬路肩另外1/2宽度（L）范围的部分为素混凝土，在硬路肩的1/2宽度（L）处设纵向接缝8；横向钢筋6为直径10mm的表面有环氧树脂净浆涂层的热轧带肋钢筋，配筋率为0.12%，末端沿垂直于纵向钢筋方向外延20cm；纵向钢筋7为直径 16mm的表面有环氧树脂净浆涂层的热轧带肋钢筋，配筋率为0.72%；横向钢筋6和纵向钢筋7呈45°角，横向钢筋6和纵向钢筋7及纵向钢筋7与纵向钢筋7通过钢丝束9绑扎完成连接，形成连续的钢筋网并置于可滑移支座10上；可滑移支座10是用直径 6mm的热轧光圆钢筋制作成交叉形支架并焊接在圆形钢板上制成的，每根横向钢筋下均设可滑移支座10，可滑移支座10的横向间距为1m左右。

本发明实施例采用未筛分的碎石垫层、碾压混凝土基层、沥青混凝土抗冲刷层、水泥混凝土面层，更好地实现了路面结构层的强度递增。与实施例相比，目前本领域常用的水泥稳定类基层水泥混凝土路面结构，在经济成本基本同等条件下，水泥稳定类基层的厚度需40cm，根据现行《公路水泥混凝土路面设计规范JTG D40-2011》(以下简称规范)，采用有沥青混凝土夹层的弹性地基双层板力学模型，按规范式(B.2.1)和式(B.3.1)计算相同条件下(标准轴载累计作用次数为4×10⁷次，路床顶综合回弹模量为65MPa)设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳应力，水泥稳定类基层水泥混凝土路面结构为4.042MPa，本实施实例为3.583MPa，所以在不考虑设置钢筋的增强作用下(现行规范无法计算设置钢筋后路面结构的疲劳应力)本实施例与目前常用的水泥稳定类基层水泥混凝土路面结构相比，在一定交通量下综合疲劳应力可减少11.36%，使用寿命可得到较好的提升。

本发明的实施例，钢筋采用环氧树脂净浆涂层处理，与水泥混凝土路面中常用的普通钢筋相比，耐腐蚀性大大提高，可减少钢筋因腐蚀出现有效受力截面减小并最终断裂的现象，与近年来采用的纤维聚合物筋(如玄武岩纤维筋、玻璃纤维筋)相比较有较大的经济优势；将钢筋网置于可滑移支座可减少钢筋的翘曲；横向钢筋和纵向钢筋呈30°～60°角，既可充分发挥横向钢筋和纵向钢筋的作用，又可以更好地避免出现横向裂纹与横向钢筋位置重合这种不利情况；在水泥混凝土路面结构达到使用年限后基本通过加铺沥青面层进行提质改造，根据断裂力学、传热学、弹性层状理论体系等基本理论，运用ABAQUS有限元软件，计算加铺沥青层后，在偏荷载作用下，在硬路肩1/2宽度（L）处设纵向接缝与本领域目前将纵向接缝设在行车道与硬路肩之间的做法相比，纵向接缝处沥青层底部的最大拉应力可减小23%，沥青层底部开裂后裂缝尖端的II型应力强度因子可减小16%，所以本发明的纵向接缝设置方式可以有效延缓沥青加铺层反射裂缝的出现，提高沥青加铺层的使用寿命。

本发明的设置连续钢筋的水泥混凝土路面结构，上面层采用橡胶水泥混凝土有降噪减震作用，与其他水泥混凝土路面结构相比行车舒适性大大提高；设置连续钢筋的水泥混凝土路面结构会产生横向随机裂缝，一般情况裂缝间距很不均匀，控制裂缝间距可减小剥落与冲断破坏发生的可能性，裂缝间距控制在1.5m左右是比较理想的，在行车方向左侧的上面层边缘设置长度50cm、深度2.5cm、间隔1.5m的横向诱导切缝对控制裂缝间距有很好的作用；基层和面层之间设有沥青混凝土抗冲刷层，与本领域常用的水泥稳定类基层相比，可通过室内冲刷试验确定抗冲刷性能的提升程度，试验设备为冲刷试验仪，试件为15cm×15cm 的圆柱形试件，水面高于试件顶面 10mm，动水压力为50kPa，冲刷20000次后，水泥稳定类基层质量损失为25.8g，本实施例的抗冲刷层质量没有任何损失，基层在抗冲刷层的保护下也没有受到冲刷，考虑到水泥混凝土路面在基层冲刷到一定程度后会出现板底脱空，水泥混凝土面层出断板主要是由板底脱空导致，所以本发明的基层和面层之间设有沥青混凝土抗冲刷层，可大幅提高水泥混凝土面层的使用寿命。

本发明在行车道及硬路肩1/2宽度（L）范围内的部分设有连续横向钢筋和纵向钢筋，硬路肩另外1/2宽度（L）范围的部分为素混凝土，以路基宽度28m为例，与已有的连续配筋混凝土路面相比，每公里路面可节约修筑成本25万元左右，每公里路面造价约275万元，配置纤维筋的连续配筋混凝土路面结构每公里路面约420万元。与普通水泥混凝土路面结构相比，本发明的设置连续钢筋的水泥混凝土路面结构前期投资成本略有增加，但能充分满足重载交通条件下路面结构的耐久性要求，使用寿命可以从10年左右提高到30年以上，养护费用可从年平均每公里40万元左右减少到年平均每公里5万元左右，可减少路面损坏对社会和环境造成的不良影响，以及因路面损坏及养护维修对交通流量的影响，年度分摊的改建成本也将得减少，因通行能力增加收费净增额将得到明显提高。

Claims

1.一种设置连续钢筋的水泥混凝土路面结构，包括基层，所述基层采用碾压混凝土，厚度为20～40cm，基层下铺设有碎石垫层，厚度为20～40cm，基层上铺设有水泥混凝土面层；所述水泥混凝土面层厚度为20～28cm，分为上面层和下面层；所述上面层采用橡胶水泥混凝土，厚度为4～6cm，在行车方向左侧的上面层边缘设置长度50cm、深度2.5cm、间隔1.5m的横向诱导切缝；所述下面层在行车道及硬路肩1/2宽度（L）范围内的部分设有连续横向钢筋和纵向钢筋以及可滑移支座，硬路肩另外1/2宽度（L）范围的部分为素混凝土，在硬路肩的1/2宽度（L）处设有纵向接缝；所述基层和面层之间设有沥青混凝土抗冲刷层。

2.根据权利要求1所述的设置连续钢筋的水泥混凝土路面结构，其特征在于，所述连续横向钢筋和纵向钢筋为表面有抗腐蚀涂层的带肋钢筋；所述横向钢筋与纵向钢筋之间的夹角呈30°～60°，横向钢筋与纵向钢筋及纵向钢筋与纵向钢筋通过钢丝束绑扎完成连接，形成连续的钢筋网并置于可滑移支座上；所述纵向钢筋的配筋率为0.65%～1.05%，在施工缝处的配筋率增加1倍；所述横向钢筋末端沿垂直于纵向钢筋方向外延20cm，配筋率为纵向钢筋的1/6；所述沥青混凝土抗冲刷层采用密级配细型沥青混凝土，厚度为2～3cm，集料最大粒径为9.5mm，粗细集料的分界筛孔为2.36mm，通过2.36mm筛孔的集料质量百分比为60%～80%，空隙率不超过1.2%，沥青采用高黏度、高模量的改性沥青。