CN115198589A - 一种基于超高韧性水泥基复合材料的超薄路面结构及实施工艺 - Google Patents
一种基于超高韧性水泥基复合材料的超薄路面结构及实施工艺 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115198589A CN115198589A CN202210548123.3A CN202210548123A CN115198589A CN 115198589 A CN115198589 A CN 115198589A CN 202210548123 A CN202210548123 A CN 202210548123A CN 115198589 A CN115198589 A CN 115198589A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- ultra
- composite material
- based composite
- cement
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004568 cement Substances 0.000 title claims abstract description 71
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 54
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 11
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 claims abstract description 56
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 194
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 31
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 25
- 239000004567 concrete Substances 0.000 claims description 18
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 18
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 18
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 16
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 13
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 13
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 11
- 230000007480 spreading Effects 0.000 claims description 11
- 238000003892 spreading Methods 0.000 claims description 11
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 claims description 8
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 4
- 239000011083 cement mortar Substances 0.000 claims description 3
- 238000005056 compaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000008602 contraction Effects 0.000 claims description 3
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 3
- 238000005336 cracking Methods 0.000 abstract description 16
- 238000005452 bending Methods 0.000 abstract description 7
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 5
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 2
- 230000031068 symbiosis, encompassing mutualism through parasitism Effects 0.000 abstract description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 22
- 239000011384 asphalt concrete Substances 0.000 description 14
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 12
- 230000009471 action Effects 0.000 description 5
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 5
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 4
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 4
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 4
- 239000012615 aggregate Substances 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000009991 scouring Methods 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 239000011178 precast concrete Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
- E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
- E01C7/00—Coherent pavings made in situ
- E01C7/08—Coherent pavings made in situ made of road-metal and binders
- E01C7/32—Coherent pavings made in situ made of road-metal and binders of courses of different kind made in situ
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
- E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
- E01C11/00—Details of pavings
- E01C11/02—Arrangement or construction of joints; Methods of making joints; Packing for joints
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
- E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
- E01C11/00—Details of pavings
- E01C11/02—Arrangement or construction of joints; Methods of making joints; Packing for joints
- E01C11/04—Arrangement or construction of joints; Methods of making joints; Packing for joints for cement concrete paving
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
- E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
- E01C11/00—Details of pavings
- E01C11/02—Arrangement or construction of joints; Methods of making joints; Packing for joints
- E01C11/04—Arrangement or construction of joints; Methods of making joints; Packing for joints for cement concrete paving
- E01C11/14—Dowel assembly ; Design or construction of reinforcements in the area of joints
Abstract
本发明涉及一种基于超高韧性水泥基复合材料的超薄路面结构及实施工艺,属于交通工程运输技术领域。结构包括行车道和路肩,行车道两侧分别设置有路肩,行车道包括自上而下依次设置的磨耗层、承重层和基层,其中,磨耗层与承重层之间设置有粘层,承重层与基层之间设置有隔离层。本发明采用具有超强抗弯拉变形能力与细密稳态开裂性能的工程水泥基复合材料作为路面主要承力层,大幅减薄路面厚度,提高路面结构的抗弯拉强度和抗变形能力,有效解决沥青路面反射裂缝和早期损坏等问题,减少能源消耗,降低经济成本,实现生态、资源与发展的共生。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于超高韧性水泥基复合材料的超薄路面结构及实施工艺,属于交通工程运输技术领域。
背景技术
沥青路面是我国高等级公路和城市道路广泛采用的路面结构形式,半刚性基层是沥青路面主要的基层类型。然而,由于半刚性基层材料的抗拉强度较低且材料本身具有较大的收缩特性,在循环车辆荷载与复杂服役环境作用下容易出现开裂,导致基层承载力降低,并引发沥青面层的反射裂缝。
裂缝的出现不仅影响了行车舒适性,还降低了路面结构的强度和耐久性,大大缩短了道路的使用寿命。为了提高基层的承载力,防止路面发生疲劳开裂和损坏,延长路面使用寿命,沥青路面结构层不断增厚,目前常用的沥青路面结构厚度已经高达60cm~80cm。路面结构层厚度的增加虽然一定程度上可以提高路面的承载能力、减缓疲劳开裂,但因半刚性材料固有的收缩性能,路面的反射裂缝仍难避免,且过厚的路面结构对沥青和水泥的需求量增大,尤其是大大增加了砂石等集料的用量,不仅会显著增加路面的铺筑费用,而且会造成大量的资源及能源消耗,对环境产生了严重的污染,与我国生态环境保护战略的矛盾日益突出。
中国专利CN105926401A公开了一种抑制路面反射裂缝的薄层沥青混凝土结构及铺装方法,其自下而上地包括有旧水泥混凝土路面、防裂层、橡胶改性沥青纤维碎石封层和特种级配改性沥青混合料面层,所述防裂层包括若干防裂贴,所述橡胶改性沥青纤维碎石封层由橡胶改性沥青、集料和纤维混合制成,覆盖在防裂层及整个路面上,所述特种级配改性沥青混合料面层由高粘度改性沥青、集料、填料和纤维稳定剂混合制成高粘度沥青混合料摊薄而成,覆盖在所述橡胶改性沥青纤维碎石封层上。该结构通过增加防裂层来抑制反射裂缝的产生和展延,主体材料仍然是沥青,仍然会增加路面铺筑费用,造成资源和能源消耗。
为此,针对半刚性基层沥青路面结构层厚度过大和容易出现反射裂缝等问题,提出本发明。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种基于超高韧性水泥基复合材料的超薄路面结构及实施工艺,采用具有超强抗弯拉变形能力与细密稳态开裂性能的工程水泥基复合材料作为路面主要承力层,大幅减薄路面厚度,提高路面结构的抗弯拉强度和抗变形能力,有效解决沥青路面反射裂缝和早期损坏等问题,减少能源消耗,降低经济成本,实现生态、资源与发展的共生。
本发明的技术方案如下:
一种基于超高韧性水泥基复合材料的超薄路面结构,包括行车道和路肩,行车道两侧分别设置有路肩,行车道包括自上而下依次设置的磨耗层、承重层和基层,其中,磨耗层与承重层之间设置有粘层,承重层与基层之间设置有隔离层。
优选的,所述磨耗层厚度为4cm~6cm,磨耗层材质为沥青混合料,具有抗滑耐磨、高温抗车辙、低温抗开裂等优点;
所述承重层材料为超高韧性水泥基复合材料,厚度为9cm~15cm,作为路面结构的主要承重层,弹性模量为18000-22000MPa,具有超强的弯曲变形能力及超高韧性;
所述基层材料为水泥稳定碎石,厚度为10cm~20cm,弹性模量为6000-8000MPa,充分发挥基层的承载能力与抗冲刷性能,同时其中混合料有良好的滤水性,可减少路基积水,改善路基承载力。
优选的,所述粘层采用PA-3乳化沥青,洒布量为0.3-0.6L/m2,用于增强磨耗层和承重层之间的粘结力,增强荷载传递的同时避免磨耗层发生推移、拥包等危害现象。
优选的,所述隔离层采用EVA土工膜,厚度为1-3mm,EVA土工膜质地柔软、表面平整且具有强韧性,可保证超高韧性水泥基复合材料的正常浇筑,并阻止承重层浇筑时浆体下渗,从而消除基层对承重层底的约束,使承重层通过自身变形承担车辆荷载及温度荷载,充分发挥其受力特性并保证承重层的裂缝更好地进行无害化分散。
优选的,所述承重层内间隔40-60m均匀设置横向施工缝,横向施工缝间隔距离根据超高韧性水泥基复合材料的干缩特性(28天800-1000μ应变)设定,横向施工缝包括地梁和聚氨酯弹性胶涂层,地梁为拼接式构件,地梁两侧设置有聚氨酯弹性胶涂层,地梁贯穿行车道区域,与路肩和行车道间的纵向接缝相接,聚氨酯弹性胶涂层为承重层膨胀提供变形的空间,防止温度荷载作用下承重层膨胀产生拱胀或翘曲。
进一步优选的,聚氨酯弹性胶涂层厚度为10-20mm。
优选的,路肩包括自上而下依次设置有磨耗层、粘层、承重层和基层,路肩的磨耗层、粘层和基层材质厚度均与行车道相同,路肩承重层选用C15水泥混凝土铺筑,路肩承重层厚度与行车道承重层厚度相同。
进一步优选的,路肩承重层与行车道承重层纵缝处设置切槽口,切槽口宽度为3-8mm,深度为30mm~40mm,切槽口内灌塞聚氨酯填缝胶,防止水分的渗入和杂质的嵌入。
优选的,路肩承重层与行车道承重层之间纵缝设置有横向拉杆,横向拉杆采用B14螺纹钢筋,长度为700mm,铺设间距为900mm,横向拉杆与横向施工缝间距大于100mm,通过横向拉杆增强横向施工缝传荷能力,利于行车道与路肩协同受力,同时减少横向施工缝两侧位移差,防止车道与路肩产生脱离损坏。
上述基于超高韧性水泥基复合材料的超薄路面结构的实施工艺,步骤如下:
(1)采用摊铺机铺筑水泥稳定碎石基层,摊铺范围为行车道和路肩,压实后洒水养护至7天;
(2)在路肩内外边缘支模板,在与行车道纵向连接缝处插入拉杆,浇筑路肩混凝土承重层,洒水养护2-3天后,每隔4m使用道路切割机设置一道横向缩缝,深度为路肩混凝土承重层厚度的1/3,继续洒水养护至七天,然后在行车道范围铺设EVA土工膜隔离层;
(3)按设计平面位置和高程在行车道内侧支模板,以路肩混凝土作为外侧模板,采用三辊轴整平机摊铺超高韧性水泥基复合材料,摊铺速度在1~2.5m/min之间,材料具有自密实性,无需进行振捣;
(4)待水泥基复合材料养护7天后,铺筑粘层;
(5)待粘层水分蒸发完后铺设沥青混合料磨耗层,摊铺范围为行车道和路肩,完成路面施工。
优选的,步骤(3)中,超高韧性水泥基复合材料摊铺前需要安装地梁,具体实施步骤为:
①预制剪力键结构型式的地梁构件,在构件内预埋横穿地梁的螺纹钢筋,连接两侧超高韧性水泥基复合材料;
②按设计的伸缩缝间距要求,在已铺筑的水泥稳定碎石基层上按照设计深度和宽度开挖横向沟槽;
③在沟槽内安装地梁构件,沿道路横向拼接成整体,使用水泥砂浆灌缝;
④在地梁两侧灌注聚氨酯弹性胶涂层,然后铺筑所述超高韧性水泥基复合材料至与地梁顶面齐平。
进一步优选的,步骤(1)中,单块地梁长度为1m,单块地梁内每间隔200mm设置1根螺纹钢筋,螺纹钢筋采用B14钢筋。
本发明的有益效果在于:
1、本发明提供一种新型超薄复合路面结构形式,自上而下由4~6cm磨耗层、9~15cm承重层和10~20cm基层组成,与同等设计寿命的传统高等级沥青路面相比,厚度降低了30cm~50cm,大大减少了资源与能源消耗、降低了经济成本。
2、本发明所述路面结构的磨耗层采用沥青混合料,具有抗滑耐磨、高温抗车辙、低温抗开裂等优点;所述承重层采用超高韧性水泥基复合材料,具有超高韧性和超强的抗弯拉及抗变形能力,可以提高路面结构承载能力,提升公路的服务水平和使用寿命;所述基层保证各结构层之间的模量比均处于合理范围,充分发挥承重层的高韧性与高承载能力,且可快速排出地下水,改善路基承载力。
3、本发明提供一种隐形横向施工缝,由带螺纹钢筋的预制地梁块组成,保证施工缝处荷载的正常传递,使超高韧性水泥基复合材料承重层连接顺畅,限制其收缩变形并防止其产生温度翘曲,使得沥青混合料面层表面平整,无反射裂缝。
4、本发明采用预制混凝土地梁,通过剪力键方式连接,优化了施工工艺,有效缩短施工工期;同时减轻了单块预制件自重,便于吊装施工。
5、本发明提供所述路面结构与路肩的连接方式,采用水泥混凝土作为路肩承重层,为行车道超高韧性水泥基复合材料的浇筑提供模板,采用拉杆将超高韧性水泥基复合材料与路肩混凝土联系起来,保证了承重层的平整度,路肩基层和磨耗层采用与行车道相同的材料类型同时铺筑。
附图说明
图1为本发明结构示意图;
图2为实施例1与沥青混凝土路面结构对比示意图;
图3为本发明的横向施工缝结构示意图;
图4为本发明的地梁结构示意图;
图5为本发明的行车道与路肩的连接方式示意图。
其中:1、磨耗层;2、粘层;3、承重层;4、隔离层;5、基层;6、沥青混凝土上面层;7、沥青混凝土中面层;8、沥青混凝土下面层;9、水泥稳定碎石基层;10、地梁;11、聚氨酯弹性胶涂层;12、螺纹钢筋;13、横向拉杆;14、切槽口。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明,但不限于此。
实施例1:
如图1-5所示,本实施例提供一种基于超高韧性水泥基复合材料的超薄路面结构,包括行车道和路肩,行车道两侧分别设置有路肩,行车道包括自上而下依次设置的磨耗层1、承重层3和基层5,其中,磨耗层1与承重层3之间设置有粘层2,承重层3与基层5之间设置有隔离层4。
所述磨耗层1厚度为4cm,磨耗层材质为沥青混合料,具有抗滑耐磨、高温抗车辙、低温抗开裂等优点;
所述承重层3材料为超高韧性水泥基复合材料,厚度为10cm,作为路面结构的主要承重层,具有超强的弯曲变形能力及超高韧性;
所述基层5材料为水泥稳定碎石,厚度为18cm,弹性模量为7000MPa,充分发挥基层的承载能力与抗冲刷性能,同时其中混合料有良好的透水性,可减少路基积水,改善路基承载力。
所述粘层2采用PA-3乳化沥青,洒布量为0.3L/m2,用于增强磨耗层和承重层之间的粘结力,增强荷载传递的同时避免磨耗层发生推移、拥包等危害现象。
所述隔离层4采用EVA土工膜,厚度为1mm,EVA土工膜质地柔软、表面平整且具有强韧性,可保证超高韧性水泥基复合材料的正常浇筑,并阻止承重层浇筑时浆体下渗,从而消除基层对承重层底的约束,使承重层通过自身变形承担车辆荷载及温度荷载,充分发挥其受力特性并保证承重层的裂缝更好地进行无害化分散。
所述承重层内间隔40m均匀设置横向施工缝,横向施工缝间隔距离根据超高韧性水泥基复合材料的干缩特性(28天800-1000μ应变)设定,横向施工缝包括地梁10和聚氨酯弹性胶涂层11,地梁为拼接式构件,地梁两侧设置有聚氨酯弹性胶涂层,地梁贯穿行车道区域,与路肩和行车道间的纵向接缝相接,聚氨酯弹性胶涂层为承重层膨胀提供变形的空间,防止温度荷载作用下承重层膨胀产生拱胀或翘曲。
聚氨酯弹性胶涂层11厚度为10-20mm。
路肩包括自上而下依次设置有磨耗层、粘层、承重层和基层,路肩的磨耗层、粘层和基层材质厚度均与行车道相同,路肩承重层选用C15水泥混凝土铺筑,路肩承重层厚度与行车道承重层厚度相同。
路肩承重层与行车道承重层之间纵缝设置有横向拉杆13,拉杆13采用B14螺纹钢筋,长度为700mm,设置间距为900mm,横向拉杆与横向施工缝间距大于100mm,通过横向拉杆增强横向施工缝传荷能力,利于行车道与路肩协同受力,同时减少横向施工缝两侧位移差,防止车道与路肩产生脱离损坏。
上述基于超高韧性水泥基复合材料的超薄路面结构的实施工艺,步骤如下:
(1)采用摊铺机铺筑水泥稳定碎石基层,摊铺范围为行车道和路肩,洒水养护至7天;
(2)压实后在路肩内外边缘支模板,在与行车道纵向连接缝处插入拉杆,浇筑路肩混凝土承重层,洒水养护2-3天后,每隔4m使用道路切割机设置一道横向缩缝,深度为路肩混凝土承重层厚度的1/3,继续洒水养护至七天,然后在行车道范围铺设EVA土工膜隔离层;
(3)按设计平面位置和高程在行车道内侧支模板,以路肩混凝土作为外侧模板,采用三辊轴整平机摊铺超高韧性水泥基复合材料,摊铺速度在1~2.5m/min之间,材料具有自密实性,无需进行振捣;
(4)待水泥基复合材料养护7天后,铺筑粘层;
(5)待粘层水分蒸发完后铺设沥青混合料磨耗层,摊铺范围为行车道和路肩,完成路面施工。
步骤(3)中,超高韧性水泥基复合材料摊铺前需要安装地梁,具体实施步骤为:
①预制剪力键结构型式的地梁构件,在构件内预埋横穿地梁的螺纹钢筋,连接两侧超高韧性水泥基复合材料;
②按设计的伸缩缝间距要求,在已铺筑的水泥稳定碎石基层上按照设计深度和宽度开挖横向沟槽;
③在沟槽内安装地梁构件,沿道路横向拼接成整体,使用水泥砂浆灌缝;
④在地梁两侧灌注聚氨酯弹性胶涂层,然后铺筑所述超高韧性水泥基复合材料至与地梁顶面齐平。
步骤(1)中,单块地梁10长度为1m,单块地梁内每间隔200mm设置1根螺纹钢筋12,螺纹钢筋采用B14钢筋。
本实施例应用于公路自然区划Ⅲ的一条新建高速公路,经交通调查分析得知,设计轴载=100kN,最重轴载=220kN,断面大型客车和货车交通量为12358辆/日。根据交通历史数据可确定该设计路的车辆类型以及各类车辆的非满载和满载比例。
(1)交通分析
路面设计基准期设为15年。查水混规范表A.2.4,临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取0.22。交通量年均增长率为4.2%,可分别计算出对于沥青层疲劳寿命和无机结合料层疲劳寿命的当量设计轴载累计作用次数:
(2)路面结构参数
沥青混合料层厚0.04m,ECC(水泥基复合材料)层厚0.10m,基层厚0.18m;
沥青混合料层弹性模量7500MPa,泊松比0.25,热膨胀系数2.1×10-5/℃;基层弹性模量7000MPa,泊松比0.2,热膨胀系数1×10-5/℃。ECC材料弯拉强度为13MPa,抗压强度为40MPa;ECC层弹性模量20000MPa,泊松比0.27,热膨胀系数1×10-5/℃。
(3)路面结构验算
1)基于超高韧性水泥基复合材料的超薄路面结构验算
A.ECC层疲劳验算
a)荷载疲劳应力计算
根据前述分析得到的ECC板荷载疲劳应力计算公式,采用ABAQUS有限元模型运算得到的设计轴载在临界荷位处产生的荷载应力σp以及极限荷载在临界荷位处产生的荷载应力σpm,代入疲劳应力计算公式得:
σpr=krkfkcσps=1.5799MPa
σp,max=krkcσpm=1.3436MPa
其中kr为考虑接缝传荷能力的应力折减系数;kc为综合系数;kf为疲劳应力系数。
b)温度疲劳应力计算
根据前述分析得到的ECC板温度疲劳应力计算公式,采用ABAQUS有限元模型运算得到的最大温度翘曲应力,根据所在地区为公路自然区划Ⅲ确定回归系数,代入疲劳应力计算公式得:
σtr=ktσt,max=0.1758MPa
其中kt为温度疲劳应力系数。
c)ECC板极限状态校核
参照《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40-2011)中条文说明表3-1,按综合疲劳应力计算公式校核路面结构是否满足要求:
γr(σpr+σtr)=1.20×(1.5799+0.1758)=2.106MPa≤fr=13MPa
γr(σp,max+σtm)=1.20×(1.3436+0.1758)=1.8233MPa≤fr=13MPa
因此,路面结构形式满足设计要求,不仅可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用,也可以承受最重轴载在最大温度梯度时的一次作用。
B.沥青混合料层永久变形量验算
根据《沥青路面设计规范》(JTG D50—2017)B.3.1规定,分别计算各层的永久变形量。首先对综合修正系数kRi进行计算:
其次,对沥青混合料各层的永久变形量进行计算,得到沥青混合料各分层永久变形量如下:
计算沥青混合料层永久变形量:
验算所得的沥青混合料层永久变形量Ra=4.1509mm小于《沥青路面设计规范》(JTG D50—2017)中规定的高速公路沥青混合料层容许永久变形量15mm,满足设计要求。
C.无机结合料层(基层)疲劳开裂验算
根据《沥青路面设计规范》(JTG D50—2017)中表3.0.1,表B.2.1-1对无机结合料层疲劳开裂寿命公式中的各个参数进行取值,将上述取值代入无机结合料层疲劳开裂公式中得:
无机结合料层的疲劳开裂寿命Nf2=1.97×1010轴次>Ne2=4.12×109轴次,说明本路面结构设计方案满足设计使用寿命至少为15年的要求。
而现有的沥青混凝土路面结构如图2(b)所示,包括自上而下设置的沥青混凝土上面层6、沥青混凝土中面层7、沥青混凝土下面层8和水泥稳定碎石基层9,对现有沥青混凝土路面结构验算如下:
路面结构参数:沥青混凝土上面层、沥青混凝土中面层、沥青混凝土下面层累计厚度为0.18m,水泥稳定碎石基层厚0.54m;
沥青混合料层弹性模量7500MPa,泊松比0.25,热膨胀系数2.1×10-5/℃;基层弹性模量7000MPa,泊松比0.2,热膨胀系数1×10-5/℃。
A.沥青混合料层永久变形量验算
根据《沥青路面设计规范》(JTG D50—2017)B.3.1规定,将沥青混合料层分为七个分层:
首先对综合修正系数kRi进行计算:
各分层修正系数kRi计算结果
k<sub>R1</sub> | k<sub>R2</sub> | k<sub>R3</sub> | k<sub>R4</sub> | k<sub>R5</sub> | k<sub>R6</sub> | k<sub>R7</sub> |
3.82 | 5.12 | 7.17 | 7.38 | 6.23 | 4.75 | 1.94 |
其次,对沥青混合料各层的永久变形量进行计算,各个参数根据《沥青路面设计规范》(JTG D50—2017)进行取值,将各参数及沥青混合料各分层层顶压应力代入公式,得到沥青混合料各分层永久变形量如下:
可得沥青混合料层永久变形量:
验算所得的沥青混合料层永久变形量Ra=6.99mm小于《沥青路面设计规范》(JTGD50—2017)中规定的高速公路沥青混合料层容许永久变形量15mm,满足设计要求。
B.无机结合料层(水泥稳定碎石基层)疲劳开裂验算
根据《沥青路面设计规范》(JTG D50—2017)中表3.0.1,表B.2.1-1对无机结合料层疲劳开裂寿命公式中的各个参数进行取值,代入无机结合料层疲劳开裂公式中得:
无机结合料层的疲劳开裂寿命Nf2=5.16×109轴次>Ne1=4.12×109轴次,满足路面性能设计要求,说明本路面结构设计方案满足设计使用寿命至少为15年的要求。
本实施例基于超高韧性水泥基复合材料的超薄路面结构与上述沥青混凝土路面结构相比,在满足相同设计寿命的同时减少了40cm路面厚度。
实施例2:
一种基于超高韧性水泥基复合材料的超薄路面结构,结构如实施例1所述,不同之处在于,所述磨耗层厚度为6cm,所述承重层厚度为9cm,所述基层厚度为10cm,弹性模量为6000MPa,所述粘层洒布量为0.6L/m2,所述隔离层厚度为3mm,承重层内间隔60m均匀设置横向施工缝。
实施例3:
一种基于超高韧性水泥基复合材料的超薄路面结构,结构如实施例1所述,所述承重层厚度为15cm,所述基层厚度为20cm,弹性模量为8000MPa;
路肩承重层与行车道承重层之间纵缝处设置切槽口14,切槽口14宽度为3-8mm,深度为30mm~40mm,切槽口内灌塞聚氨酯填缝胶,防止水分的渗入和杂质的嵌入。
Claims (10)
1.一种基于超高韧性水泥基复合材料的超薄路面结构,其特征在于,包括行车道和路肩,行车道两侧分别设置有路肩,行车道包括自上而下依次设置的磨耗层、承重层和基层,其中,磨耗层与承重层之间设置有粘层,承重层与基层之间设置有隔离层。
2.如权利要求1所述的基于超高韧性水泥基复合材料的超薄路面结构,其特征在于,所述磨耗层厚度为4cm~6cm,磨耗层材质为沥青混合料;
所述承重层材料为超高韧性水泥基复合材料,厚度为9cm~15cm,弹性模量为18000-22000MPa;
所述基层材料为水泥稳定碎石,厚度为10cm~20cm,弹性模量为6000-8000MPa。
3.如权利要求2所述的基于超高韧性水泥基复合材料的超薄路面结构,其特征在于,所述粘层采用PA-3乳化沥青,洒布量为0.3-0.6L/m2;
所述隔离层采用EVA土工膜,厚度为1-3mm。
4.如权利要求3所述的基于超高韧性水泥基复合材料的超薄路面结构,其特征在于,所述承重层内间隔40-60m均匀设置横向施工缝,横向施工缝包括地梁和聚氨酯弹性胶涂层,地梁两侧设置有聚氨酯弹性胶涂层;
优选的,聚氨酯弹性胶涂层厚度为10-20mm。
5.如权利要求4所述的基于超高韧性水泥基复合材料的超薄路面结构,其特征在于,路肩包括自上而下依次设置有磨耗层、粘层、承重层和基层,路肩的磨耗层、粘层和基层材质厚度均与行车道相同,路肩承重层选用C15水泥混凝土铺筑,路肩承重层厚度与行车道承重层厚度相同。
6.如权利要求5所述的基于超高韧性水泥基复合材料的超薄路面结构,其特征在于,路肩承重层与行车道承重层之间纵缝设置切槽口,切槽口宽度为3-8mm,深度为30mm~40mm,切槽口内灌塞聚氨酯填缝胶。
7.如权利要求5所述的基于超高韧性水泥基复合材料的超薄路面结构,其特征在于,路肩承重层与行车道承重层之间纵缝设置有横向拉杆,横向拉杆采用B14螺纹钢筋,长度为700mm,铺设间距为900mm,横向拉杆与横向施工缝间距大于100mm。
8.一种如权利要求7所述的基于超高韧性水泥基复合材料的超薄路面结构的实施工艺,其特征在于,步骤如下:
(1)采用摊铺机铺筑水泥稳定碎石基层,摊铺范围为行车道和路肩,洒水养护至7天;
(2)压实后在路肩内外边缘支模板,在与行车道纵向连接缝处插入拉杆,浇筑路肩混凝土承重层,洒水养护2-3天后,每隔4m使用道路切割机设置一道横向缩缝,深度为路肩混凝土承重层厚度的1/3,继续洒水养护至七天,然后在行车道范围铺设EVA土工膜隔离层;
(3)按设计平面位置和高程在行车道内侧支模板,以路肩混凝土作为外侧模板,采用三辊轴整平机摊铺超高韧性水泥基复合材料,摊铺速度在1~2.5m/min之间,材料具有自密实性,无需进行振捣;
(4)待水泥基复合材料养护7天后,铺筑粘层;
(5)待粘层水分蒸发完后铺设沥青混合料磨耗层,摊铺范围为行车道和路肩,完成路面施工。
9.如权利要求8所述的基于超高韧性水泥基复合材料的超薄路面结构的实施工艺,其特征在于,步骤(1)中,单块地梁长度为1m,单块地梁内每间隔200mm设置1根螺纹钢筋,螺纹钢筋采用B14钢筋。
10.如权利要求8所述的基于超高韧性水泥基复合材料的超薄路面结构的实施工艺,其特征在于,步骤(3)中,超高韧性水泥基复合材料摊铺前需要安装地梁,具体实施步骤为:
①预制剪力键结构型式的地梁构件,在构件内预埋横穿地梁的螺纹钢筋,连接两侧超高韧性水泥基复合材料;
②按设计的伸缩缝间距要求,在已铺筑的水泥稳定碎石基层上按照设计深度和宽度开挖横向沟槽;
③在沟槽内安装地梁构件,沿道路横向拼接成整体,使用水泥砂浆灌缝;
④在地梁两侧灌注聚氨酯弹性胶涂层,然后铺筑所述超高韧性水泥基复合材料至与地梁顶面齐平。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210548123.3A CN115198589A (zh) | 2022-05-18 | 2022-05-18 | 一种基于超高韧性水泥基复合材料的超薄路面结构及实施工艺 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210548123.3A CN115198589A (zh) | 2022-05-18 | 2022-05-18 | 一种基于超高韧性水泥基复合材料的超薄路面结构及实施工艺 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN115198589A true CN115198589A (zh) | 2022-10-18 |
Family
ID=83574415
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210548123.3A Pending CN115198589A (zh) | 2022-05-18 | 2022-05-18 | 一种基于超高韧性水泥基复合材料的超薄路面结构及实施工艺 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN115198589A (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116312883A (zh) * | 2023-02-20 | 2023-06-23 | 山东省交通科学研究院 | 一种聚氨酯路面结构设计方法 |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008121374A (ja) * | 2006-11-15 | 2008-05-29 | Juichi Yamauchi | 道路橋における伸縮継手の埋設構造 |
KR100916973B1 (ko) * | 2009-04-08 | 2009-09-14 | (주)삼우아이엠씨 | 프리스트레스트 콘크리트 포장의 시공 방법 및 그 구조 |
CN102051848A (zh) * | 2010-12-16 | 2011-05-11 | 河南省新开元路桥工程咨询有限公司 | Hma/cc复合式路面结构及其建造方法 |
CN207267954U (zh) * | 2017-05-31 | 2018-04-24 | 南昌大学 | 一种装配式预应力建筑垃圾再生骨料道路 |
CN110106785A (zh) * | 2019-04-08 | 2019-08-09 | 浙江工业大学 | 一种钢-pva纤维韧性混凝土组合桥面结构及施工方法 |
CN111979865A (zh) * | 2020-07-29 | 2020-11-24 | 宁波市政工程建设集团股份有限公司 | 一种复合式沥青路面施工方法 |
CN113047137A (zh) * | 2021-04-19 | 2021-06-29 | 中铁五局集团有限公司 | 一种道路土路肩的分层滑模摊铺施工方法 |
CN113322771A (zh) * | 2021-06-18 | 2021-08-31 | 山东大学 | 一种基于超高韧性水泥基复合材料的无缝桥梁结构及施工方法 |
CN215210504U (zh) * | 2021-01-25 | 2021-12-17 | 吴巨军 | 一种基于剪力键的超高韧性混凝土钢桥面铺装体系 |
CN113957761A (zh) * | 2021-11-02 | 2022-01-21 | 张靖 | 一种高等级公路超薄沥青路面 |
-
2022
- 2022-05-18 CN CN202210548123.3A patent/CN115198589A/zh active Pending
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008121374A (ja) * | 2006-11-15 | 2008-05-29 | Juichi Yamauchi | 道路橋における伸縮継手の埋設構造 |
KR100916973B1 (ko) * | 2009-04-08 | 2009-09-14 | (주)삼우아이엠씨 | 프리스트레스트 콘크리트 포장의 시공 방법 및 그 구조 |
CN102051848A (zh) * | 2010-12-16 | 2011-05-11 | 河南省新开元路桥工程咨询有限公司 | Hma/cc复合式路面结构及其建造方法 |
CN207267954U (zh) * | 2017-05-31 | 2018-04-24 | 南昌大学 | 一种装配式预应力建筑垃圾再生骨料道路 |
CN110106785A (zh) * | 2019-04-08 | 2019-08-09 | 浙江工业大学 | 一种钢-pva纤维韧性混凝土组合桥面结构及施工方法 |
CN111979865A (zh) * | 2020-07-29 | 2020-11-24 | 宁波市政工程建设集团股份有限公司 | 一种复合式沥青路面施工方法 |
CN215210504U (zh) * | 2021-01-25 | 2021-12-17 | 吴巨军 | 一种基于剪力键的超高韧性混凝土钢桥面铺装体系 |
CN113047137A (zh) * | 2021-04-19 | 2021-06-29 | 中铁五局集团有限公司 | 一种道路土路肩的分层滑模摊铺施工方法 |
CN113322771A (zh) * | 2021-06-18 | 2021-08-31 | 山东大学 | 一种基于超高韧性水泥基复合材料的无缝桥梁结构及施工方法 |
CN113957761A (zh) * | 2021-11-02 | 2022-01-21 | 张靖 | 一种高等级公路超薄沥青路面 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
张宏超: "路面分析与结构设计", 同济大学出版社, pages: 306 - 308 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116312883A (zh) * | 2023-02-20 | 2023-06-23 | 山东省交通科学研究院 | 一种聚氨酯路面结构设计方法 |
CN116312883B (zh) * | 2023-02-20 | 2023-09-29 | 山东省交通科学研究院 | 一种聚氨酯路面结构设计方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Harrington et al. | Guide for roller-compacted concrete pavements | |
US3932051A (en) | Highway construction | |
CN202787044U (zh) | 一种沥青混凝土路面纵向裂缝处治结构 | |
CN111074715A (zh) | 一种抗裂路基路面结构及其施工方法 | |
CN104988823A (zh) | 一种设置连续钢筋的水泥混凝土路面结构 | |
CN111962350A (zh) | 土工格室加筋水泥混凝土路面结构及面层板厚度计算方法 | |
CN113215907B (zh) | 一种城市道路平交口旧砼路面沥青加铺结构及其施工方法 | |
CN206512547U (zh) | 一种修复型沥青路面 | |
CN102051848B (zh) | Hma/cc复合式路面结构及其建造方法 | |
CN107700299B (zh) | 一种高架桥梁下层地面道路结构及其施工方法 | |
Fang et al. | Precast system and assembly connection of cement concrete slabs for road pavement: a review | |
CN201296895Y (zh) | 一种纵向裂缝破损路面修复结构 | |
CN104631268B (zh) | 一种混凝土道路路面结构 | |
CN111455768A (zh) | 一种柔性路基沥青混凝土结构及其施工方法 | |
CN115198589A (zh) | 一种基于超高韧性水泥基复合材料的超薄路面结构及实施工艺 | |
CN210916843U (zh) | 一种公路路面结构 | |
CN212000440U (zh) | 一种城市交叉路口及公交停靠站的排水路面结构 | |
CN114351529A (zh) | 一种采用温拌超薄层罩面的路面结构及其施工方法 | |
CN101096837A (zh) | 半柔性复合路面结构及其构筑方法 | |
CN108301276A (zh) | 一种长寿命新型纤维混凝土路面结构及施工方法 | |
CN216663672U (zh) | 一种可减少反射裂缝病害的道路结构 | |
CN107558324B (zh) | 一种有轨电车与道路平交口的钢纤维砼路面及其施工工艺 | |
CN103255695B (zh) | 由有机混合料桁架构成的砌体拼装成耐久道路结构的方法 | |
CN105603846A (zh) | 一种适用于城市道路的双层玻璃纤维筋混凝土路面结构 | |
CN212533589U (zh) | 一种抗裂路基路面结构 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |