日本水泥混凝土路面结构设计施工解析.docx

1、日本水泥混凝土路面结构设计施工解析内部参考资料日 本水泥混凝土路面设计、施工技术规范（虞文景译自日本道路协会2006年版铺装设计便览、铺装施工便览）山西省交通科学研究院黄土地区公路建设与养护技术交通行业重点实验室2011年.日本水泥混凝土路面设计技术规范（译自铺装设计便览第6章 水泥混凝土路面结构设计）.日本水泥混凝土路面施工技术规范（译自铺装施工便览第8章 水泥混凝土路面施工）第6章 水泥混凝土路面结构设计6-1 概述有关水泥混凝土路面结构设计的基本内容，虽在本手册“第2章 设计原则”和“第3章 设计条件”述及，但本章列述了基于经验法和理论法的两种水泥混凝土路面的具体设计方法。本章内容与其他

2、章节和附录的关系如图-6.1.1所示。6-4 水泥混凝土路面构造细目图-6.1.1 第6章内容和其他章节关系图水泥混凝土路面的种类有普通混凝土、连续配筋混凝土和碾压混凝土，其特征如表-6.1.1所列。原来水泥混凝土路面的设计年限为20年，这是基于经验法采用的设计年限，采用理论法设计时，设计年限可任意设定。在结构设计中考虑可靠度时，有必要充分依据技术基准同解说和本便览“2-4-3 可靠度”中相应规定。表-6.1.1 水泥混凝土路面的种类和特征种类普通水泥混凝土路面连续配筋水泥混凝土路面碾压混凝土路面结构特征混凝土板中预设接缝诱导板面开裂。接缝为结构薄弱点，易产生行车震动。接缝设传力杆传递荷载板面

3、不设横缝，面板的横向开裂采用纵向钢筋分散。裂缝宽度小，用钢筋和开裂处骨料的嵌挤作用保持路面连续性。面板设置预切缝诱导路面开裂。接缝为结构薄弱点，易产生行车震动。一般接缝不设传荷装置。养生时间现场养生试件强度至3.5MPa，通常采用硅酸盐水泥时，普通混凝土、连续配筋混凝土养生2周，碾压混凝土养生3天。维修需作板角修补和接缝填料补填需作板端起、终点接缝填料补填需作板角修补和接缝填料补填6-2 经验设计方法经验设计法的结构设计要求依据交通条件、路基条件和环境条件，分别确定路面基层和水泥混凝土面板厚度。一般为确保基层满足要求承载力首先确定基层厚度，然后按路面设计交通量确定混凝土面板厚度、决定路面结构。

4、结构设计流程如图-6.2.1所示。选定水泥混凝土路面种类图-6.2.1 水泥混凝土路面结构设计顺序图补充：承载力系数K= (MN/m3或MPa/m) 一般用30cm承载板试验，作出荷载下沉量曲线，下沉量沥青混凝土路面取2.5mm；水泥混凝土路面取1.25mm。 K75 = K30 （公路）K75 = K30 （机场） CBR与K75关系图*1kgf/cm3=9.8MN/m3 6-2-1 普通道路的结构设计（1）结构设计条件1）交通条件交通条件是决定路面结构的首要条件。设计中采用的交通量参照本便览“3-2-2 路面设计交通量”。 表-3.2.2 疲劳破坏轮数标准值（普通道路轮荷载49kN） （译

5、补）交通量区分路面设计交通量（单位：辆/日方向）疲劳破坏轮数（单位：次/10年）N73 00035 000 000N61 0003 0007 000 000N525010001 000 000N4100250150 000N34010030 000N215407 000N1151 5002）路基条件路基条件与交通条件同为决定路面结构的决定条件，包含路床和原地基（路床厚度以1m为准）的设计承载力系数（K值）或设计CBR。关于路基条件的规定可参照本便览“3-4-2 地基条件”。 表-3.4.2 路基条件和选用设计方法关系表 （译补）路基条件与选用设计方法的关系设计CBR经验法设计沥青路面和水泥路面

6、作为路基条件使用设计承载力系数经验法设计水泥路面作为路基条件使用各点CBR平均值理论法设计的沥青路面和水泥路面考虑可靠度的路基条件使用；填筑路床的分析使用各点承载力系数平均值理论法设计水泥路面考虑可靠度的路基条件使用各点弹性模量和泊松比理论法设计沥青路面和水泥路面考虑可靠度的路基条件使用3）环境条件气温数据是本设计方法结构设计必要的环境条件，用以求算寒冷地域的冻结深度。参照本便览“5-2-1 （2）3 防冻层”设计所需防冻层厚度。（2）结构设计经验法水泥路面结构设计的主要程序为依据路基的设计承载力系数或设计CBR，先可得到基层表面要求的承载力系数，据以设计基层厚度。再由路面设计交通量和相应的水

7、泥混凝土的设计弯拉强度确定混凝土面板厚度。水泥混凝土路面各层所用材料质量标准如表-6.2.1所列。表-6.2.1 水泥混凝土路面各结构层材料质量标准表使用层位材料工艺质量标准混凝土面板水泥混凝土设计弯拉强度：普通混凝土面板4.4MPa（路面全部设计交通量）3.9MPa（设计日交通量250，按4.4 MPa要求水泥用量显著增加时）连续配筋混凝土路面4.4MPa（路面全部设计交通量）碾压混凝土路面4.4MPa（设计日交通量1 000）4.9MPa（因施工原因制约板厚，设计日交通量1 0003 000）上基层级配碎石级配矿渣水硬性级配矿渣修正CBR80，PI4（不适用炼铁钢渣）（试验路确认基层承载力

8、修正CBR40）水泥稳定处理抗压强度（7d） 2.0 MPa石灰稳定处理抗压强度（10d） 0.98 MPa密级配沥青混合料混合料性能符合表-5.2.8（沥青中间层使用）底基层粒料修正CBR20，PI6水泥稳定处理抗压强度（7d） 0.98 MPa石灰稳定处理抗压强度（10d） 0.5 MPa1）路床评价路床根据平板荷载试验结果求设计承载力系数，或按CBR试验结果求设计CBR，作为路面设计时的路基设计条件。设计承载力系数和设计CBR计算方法如下：设计承载力系数设计承载力系数是在材料大体相同的路床区间，按3个以上路段的平板荷载试验（一般用直径30cm的承载板）实测值，按下式求算：设计承载力系数各

9、点承载力系数平均值各点承载力系数的标准差（n-1）设计CBR设计CBR的算法，参照本便览沥青路面的结构设计“5-2-1（2）1） 路床评价”。译补：“5-2-1（2）1） 路床评价”根据预先调查和CBR试验，区间CBR和设计CBR按以下方法确定：路床在深度方向存在几个不同层次时，该点CBR按路床表面以下各层的CBR，按式（5.2.4）计算CBRm，路床厚度一般用100cm，这时h=100。 CBRm （5.2.4）式中：CBRm：m点的CBRCBR1、CBR2CBRn：m点各层的CBRh1、h2hn:m点各层的厚度（cm）h1+h2+hn=h决定相同厚度路面的施工区间，除去该区间中CBRm的极

10、端值，用（5.2.5）式求该区间的CBR:区间的CBR各点的CBR平均值各点的CBR标准差（n-1） （5.2.5）由各区间的CBR按表-5.2.3求设计CBR表-5.2.3 区间CBR和设计CBR区间的CBR设计CBR区间的CBR设计CBR（23）344668（2）34681212202081220注：（）换填工程中原路床设计CBR为2，适用于填筑路床困难地段。2)基层厚度设计按路床的设计承载力系数或设计CBR进行基层厚度设计，基层较厚时一般可分为上基层和底基层。寒冷地区需设置防冻层时，可将其作为路床的一部分。当防冻层厚度20cm以上时，有必要调整路基设计承载力系数或设计CBR值。以下列述一

11、般常用的基层材料类型和按设计承载力系数或设计CBR设计基层厚度的方法。基层材料类型基层中所用材料类型和适用范围如表-6.2.2所列。表-6.2.2 一般基层材料种类及适用例表材料底基层单层或上基层粒料未筛碎石参照注2砂砾砂矿渣级配碎石级配矿渣水硬性级配矿渣稳定处理基层材料水泥稳定处理石灰稳定处理参照注3沥青稳定处理密级配沥青混合料（13）沥青中间层注1. 通常采用材料，使用较少材料。沥青中间层用作改善基层耐水性和耐久性。2.修正CBR80、0.4mm PI4时可用3.可将沥青中间层作为上基层的一部分使用。4.级配碎石和各种稳定处理的拌和方式有路拌和厂拌两种。按承载力系数设计基层厚度方法按路床承

12、载力系数求基层厚度时，基层表面要求承载力系数如表-6.2.3所列，用图-6.2.2设计曲线确定基层厚度，查得的基层厚度以5cm为单位取整后作为设计厚度，不足15cm时，设计厚度取15cm。表-6.2.3 水泥混凝土路面类别和要求的基层承载力系数项目交通量区分路面设计交通量（辆/日方向）水泥路面类别 基层表面要求承载力系数（K30）N1N4N5N7T250T250普通水泥混凝土路面连续配筋水泥混凝土路面150MPa/m200MPa/m碾压混凝土路面200MPa/m200MPa/m注1. 承载力系数测定方法，参照铺装试验法便览“1-4-2 平板荷载试验方法”。2. 承载力系数K30为用直径30cm

13、承载板测定值。3. 采用直径75cm承载板测定的承载力系数用式K75=K30/2.2换算为K30。此外，按承载力系数设计基层厚度的方法中，还有按基层试验路资料推定的方法。图-6.2.2 基层厚度设计曲线（直径30cm承载板）以下举例说明基层厚度具体计算方法。i)单层基层厚度设计测得某路段6个点的路床承载力系数分别为96、121、113、89、66和87MPa/m，按路面设计交通量该路基层承载力系数采用200MPa/m。路床设计承载力系数75 MPa/m，可知：2.7若采用未筛碎石作基层，则从图-6.2.3的K1/K22.7的点作垂线与未筛碎石线相交，由该交点作水平线与图的纵轴相交，求得相应的未

14、筛碎石基层厚度为52cm。若采用级配碎石作基层，采用同样方法可求得级配碎石厚度为29cm。再将求得的基层厚度按5cm取整，则两种基层的设计厚度分别应为55cm和30cm.图-6.2.3 基层厚度设计例（直径30cm承载板）ii)双层基层厚度设计路床的设计承载力系数为57 MPa/m，下基层采用未筛碎石，厚度20cm，K1取200 MPa/m，上基层若采用级配碎石基层，厚度应为多少？因为：3.5从图-6.2.4中纵轴20cm处作水平线与未筛碎石曲线相交，从相交点作级配碎石线的平行线，从K1/K23.5处作垂线与该线相交，求得基层总厚度51cm。（上基层）+（下基层）51cm。底基层20cm上基层

15、51-2031cm35cm。K1/K图-6.2.4 双层（下基层和上基层）设计例 （直径30cm承载板）计算求得级配碎石基层厚度为35cm。此例为双层基层设计时先假定下层厚度，可按 顺序求得上基层厚度。计算的基层厚度小于15cm时，按15cm设计。iii) 三层基层厚度设计路床承载力系数40 MPa/m，三层基层材料自下而上分别采用未筛碎石、级配碎石、水泥稳定处理材料，未筛碎石厚度15cm，级配碎石厚度采用20cm，求水泥稳定基层所需厚度。5.0首先从图-6.2.4的纵轴15cm处作水平线，与未筛碎石曲线交点为，从点作级配碎石曲线的平行线，在平行线上取点相当于20cm厚级配碎石层厚度（从纵轴厚

16、度15+2035cm处作水平线与该平行线相交得点）。从点作水泥稳定处理曲线的平行线和K1/K25的垂线相交与点，从点作水平线与纵轴相交，求得基层总厚度59cm，因此水泥稳定处理基层厚度为59-20-1524cm取25cm。计算得到基层厚度不足15cm时按15cm厚度设计。采用沥青中间层时，沥青中间层厚度采用4cm，这时结构层中的级配碎石基层厚度可相应减少10cm；水泥稳定处理基层厚度可减薄5cm，但减薄后的基层厚度不足15cm时，希望采用15cm厚基层，上面再设置4cm沥青中间层。按设计CBR确定基层厚度方法按路床的设计CBR，可用表-6.2.4值确定基层厚度。表-6.2.4 设计CBR和基层

17、厚度关系表 （cm）路床设计CBR路面设计交通量交通量区分（辆/日方向）（2）345812N1N4T250（50）3525201515N5N7T250（60）4535252015注1.表中基层厚度为级配碎石厚度；2.普通混凝土路面和连续配筋混凝土路面设计CBR3或碾压混凝土设计CBR4的路段应分析路床结构的合理性； 3.碾压混凝土路面即使N1N9时，也采用表中N5N7的的基层厚度； 4.（ ）内值适用于因工程条件制约，修筑路床困难的路段。岩石路床上的基层挖方段落路基为岩磐时，一般可通过铺设水泥混凝土整平层保证道路具有相同承载力的方法。虽然这时混凝土可以采用平均厚度10cm，但在岩石路基长度小于

18、60m路段，开挖深度较设计标高低10cm以上时，采用一般的基层往往是经济的。在采用一般混凝土整平层时不设接缝，表面撒布石粉类材料。有的岩磐容易风化，在设计、施工中要充分注意采用相应措施。有涌水路段，应设置排水设施。隧道内的基层隧道内的基层设计，原则上采用或方法，路床为岩磐时按法。在设置仰拱的路段，可将回填的未筛碎石视为路床，可考虑在其上面设置15cm厚基层。由于隧道内往往容易受到涌水的影响，在采取有效排水措施的同时，基层有必要采用水稳定性较好的水泥稳定处理结构。3）确定水泥混凝土面板厚度水泥混凝土面板厚度依据作为交通条件的路面设计交通量、选用的混凝土面板类型及混凝土设计弯拉强度确定。混凝土面板

19、的接缝构造和使用的钢筋网、边缘补强钢筋等，参照本便览“6-4 混凝土路面结构细目”。4）按路床设计CBR和路面设计交通量决定路面结构的方法如上述1）3），对水泥混凝土路面结构设计相关事项的基本内容虽已列述，这里具体说明依据作为路基条件的设计CBR和作为交通条件的路面设计交通量决定路面结构的具体方法。表中汇总了各种混凝土路面的基层厚度和混凝土面板厚度的标准值，设计年限原则上采用20年。 决定基层厚度普通混凝土路面和连续配筋混凝土路面按表-6.2.5、碾压混凝土路面按表-6.2.6决定基层类型和设计厚度。表-6.2.5 基层厚度表（普通混凝土、连续配筋混凝土路面）交通量区分路面设计交通量（辆/日方

20、向）路床设计CBR沥青中间层(cm)级配碎石(cm)未筛分碎石(cm)N1N4T250（2）025(20)40(30)3020(15)25(20)4025(15)06020(15)08015(15)012015(15)0N5250T1 000（2）035（20）45（45）3030（20）30（25）4020（20）25（0）6025（15）08020（15）012015（15）0N6、N7T1 000（2）4（0）25（20）45（45）34（0）20（20）30（25）44（0）20（20）25（0）64（0）15（15）084（0）15（15）0124（0）15（15）0注1. 级配碎石

21、栏中（ ）内的值为水泥稳定处理基层厚度。2.未筛碎石栏中（ ）内为上基层使用水泥稳定处理基层的值。3.路床（原路基）的设计CBR 2时，需设置隔离层并分析路床结构。4.计算CBR时路床厚度1m为准，若分析所受压应力很小时，可不受此限。表-6.2.6 基层厚度表（碾压混凝土路面）交通量区分路面设计交通量（辆/日方向）路床设计CBR设计弯拉强度4.4MPa设计弯拉强度4.9MPaA结 构B结 构A结 构B结 构水泥稳定（cm）沥青中间层（cm）级配碎石（cm）未筛碎石（cm）水泥稳定（cm）沥青中间层（cm）级配碎石（cm）未筛碎石（cm）N1N3T1004204（0）10（20）25（25）61

22、54（0）15（25）0（0）8154（0）15（20）0（0）N4100T2504204（0）10（20）25（25）204（0）10（20）25（25）6154（0）15（25）0（0）154（0）15（25）0（0）8154（0）15（20）0（0）154（0）15（20）0（0）N5250T1 00042041025204102561541501541508154150154150N6T1 0003 0004204102561541508154150注1. 基层及结构（ ）内值用于不设沥青中间层的结构。2.路基承载力设计CBR4采用相应的路床结构。3.计算设计CBR时路床厚度1m为准，

23、但若分析所受压应力很小时，可不受此限。4选择基层结构时，N5 和N6交通量原则上应选用水泥稳定基层或设沥青中间层结构，N1 N4时希望采用水泥稳定处理基层。 决定混凝土面板厚度混凝土面板厚度中，普通混凝土板结构按表-6.2.7确定；连续配筋面板结构按表-6.2.8确定；碾压混凝土面板结构按表-6.2.9确定。表6.2.7 普通混凝土面板结构表交通量区分路面设计交通量（辆/日方向）混凝土面板设计缩缝间距拉杆传力杆弯拉强度板厚钢筋网N1N3T1004.4MPa(3.9MPa)15cm(20cm)一般用量3kg/m28m不用钢筋网5m原则使用N4100T2504.4MPa(3.9MPa)20cm(2

24、5cm)N5250T1 0004.4MPa25cm10mN61 000T3 0004.4MPa28cmN7T3 0004.4MPa30cm注1. 表中板厚栏（ ）内值为混凝土弯拉强度3.9MPa值。2.N5N7不设钢筋网时，缩缝间距6m。表-6.2.8 连续配筋混凝土面板结构表交通量区分路面设计交通量（辆/日方向）混凝土面板设计钢筋纵向横向弯拉强度板厚（cm）直径（mm）间隔（cm）直径（mm）间隔（cm）N1N5T1 0004.4MPa201615136013101030N6N7T1 0004.4MPa251612.513601381030注1.纵、横向钢筋尺寸和间距，根据板厚不同分别列于表

25、中。2.纵缝为平接缝时采用螺栓拉杆。表-6.2.9 碾压混凝土面板结构表交通量区分路面设计交通量（辆/日方向）混凝土面板设计缝距钢筋网拉杆传力杆设计弯拉强度板厚设计弯拉强度板厚（cm）N1N3T1004.4MPa15 cm横缝间距原则5m一般不设N4100T2504.4MPa20 cm4.9MPa18cmN5250T1 0004.4MPa25 cm4.9MPa22cmN61 000T3 0004.9MPa25 cm注1.碾压混凝土板厚最厚25cm,为施工原因限制板厚时适用。2. N7时可考虑将碾压混凝土作为基层使用。6-2-2 普通道路维修的结构设计随着混凝土路面使用性能的降低，有必要对应破损

26、状况进行必要的维修。维修工艺多种多样，其中对路面结构性破损采用的维修工艺，要选择适当的路面断面，评价修补路面的状况，进行相应的结构设计。（1） 路面破损状况调查维修工艺和结构设计，应基于原路面路况调查和评价结果，判断维修的必要性，并依据破损状况进行结构设计和选择施工工艺。表-6.2.10中列述了不同病害项目的简易调查、路面定量调查和破损原因调查内容。表-6.2.10 水泥混凝土路面调查项目例调查项目简易调查路面定量调查破损原因调查水准1水准2开裂（抗疲劳）目测开裂程度开裂位置裂缝宽度钻芯样（裂缝深度）非破坏调查开挖调查平整度磨耗车辙目测走行感觉车辙量钻芯样平整度目测走行感觉平整度检测值钻芯样开挖调查错台目测走行感觉错台量透水目测透水试验钻芯样测空隙率测透水系数防滑目测摩擦系数噪音听感噪音值（轮胎噪音、沿线环境噪音）钻芯样测空隙率接缝破损目测接缝破损状态开挖调查注调查水准1：进行比较简单的调查，包含钻芯取样和芯样试验。调查水准2：更大规模调查，包含非破坏调查和开挖调查等。 （2） 原路面结构评