道路设计之路面工程设计与施工(二)
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3.设计标准
沥青路面使用性能设计控制指标有以下五个:
(1)沥青混合料层的疲劳开裂寿命>设计使用年限内设计车道的当量设计轴载累计作用次数;
(2)无机结合料稳定层的疲劳开裂寿命>设计使用年限内设计车道的当量设计轴载累计作用次数;
(3)沥青混合料层永久变形量<容许永久变形量;
(4)路基顶面竖向压应变<容许值;
(5)季节性冻土地区的沥青面层低温开裂指数<规定值。
4.设计理论与材料设计参数
路面结构力学指标计算采用双圆均布垂直荷载作用下的弹性层状连续体系理论。
路面结构验算需要无机结合料稳定类材料基层和底基层的弯拉强度和弹性模量,弯拉强度可采用三分点加压的实验方法获得。
弹性模量可采用中间段法单轴压缩模量试验测定。
测试时水泥稳定类、水泥粉煤灰稳定类材料试件的龄期应为90d,石灰稳定类、石灰粉煤灰稳定类材料试件的龄期应为180d。
既有路面损坏状况的评定应符合现行《公路技术状况评定标准》(JTG 5210)和《公路养护技术规范》(JTG H10)的有关规定,可结合路面损坏特点采用路面横向裂缝间距、纵向裂缝率、网裂面积率和修补面积率等指标进行补充评价。
路基顶面弯沉值计算:
lg=176pr/E0
lg——路基顶面验收弯沉值(0.01mm)
p——落锤式弯沉仪承载板施加荷载(Mpa)
r——落锤式弯沉仪承载板半径(mm)
E0——平衡湿度状态下路基顶面回弹模量(Mpa)
宜采用落锤式弯沉仪行进行路基验收,落锤式弯沉仪荷载为50kN,荷载板半径应为150mm。
路表验收弯沉值la根据设计路面结构,采用弹性层状体系理论计算得到;
路面交(竣)工时应对路表弯沉进行检测。
5.水泥混凝土路面设计
(1)结构特点:
①水泥混凝土路面时用水泥混凝土作面层与各类基层和垫层组成的路面结构,强度高,稳定性和耐久性好,但是,修复困难、有接缝,增加了施工复杂性,行车舒适度不如沥青路面。
②普通水泥混凝土路面有纵向接缝和横向接缝。纵向接缝分为施工缝和缩缝,横向接缝分为横向施工缝、横向缩缝、横向胀缝。
③横向施工缝一般采用加传力杆的平缝形式;横向缩缝采用假缝形式,必要时采用设传力杆的假缝形式;横缝胀缝内应设置填缝板和可滑动的传力杆,传力杆应采用光圆钢筋。
(2)标准轴载与交通荷载等级
水泥混凝土路面设计以100kN单轴-双轮组轴载作为标准轴载,一般分为:轻、中、重、特重、极重五个等级。
(3)设计标准
水泥混凝土路面结构设计以面层板在设计基准期内,在行车荷载额温度梯度综合作用下,不产生疲劳断裂作为设计标准
水泥混凝土的设计强度采用28d弯拉强度。
(4)设计理论与材料设计参数
水泥混凝土路面结构分析采用弹性地基板理论
三、沥青混合料路面施工
原材料
沥青混合料由以下材料组成:沥青、粗集料、细集料和矿粉组成。
2.混合料
沥青混合料的矿料级配应符合工程设计规定的级配范围。最佳沥青用量的确定采用马歇尔试验配合比设计方法,沥青混合料技术要求应符合击实试验次数(双面)、试件尺寸。孔隙率(vv)、稳定度(MS)、流值(FL)、矿料间隙率(VMA)、沥青饱和度(VFA)、析漏损失、肯特堡飞散损失等技术指标规定。为了检验沥青混合料的高温稳定性,还必须进行车辙试验,应达到要求的动稳定度。
3.施工与质量控制
沥青混合料路面施工主要有混合料的拌制、运输、摊铺、碾压等环节。
热拌沥青混合料路面应待摊铺层完全自然冷却,混合料表面温度低于50℃后,方可开放交通。
普通沥青结合料的施工温度宜通过在135℃及175℃条件下测点给黏度(表观黏度、运动黏度、赛波特黏度)-温度曲线确定
热拌沥青混合料的施工温度控制包括:沥青加热温度、矿料加热温度、沥青混合料出料温度、混合料储料仓储存温度、混合料废弃温度、运输到现场温度、混合料摊铺温度、开始碾压温度、碾压终了的表面温度、开放交通的路表温度。
四、水泥混凝土路面施工
原材料
原材料包括:水泥、粗集料、细集料、水及外加剂组成的混合料和接缝材料。
粗集料要求:质地坚硬、耐久、干净的碎石、破碎卵石或卵石。
细集料要求:质地坚硬、耐久、洁净的天然砂或机制砂。
饮用水可直接作为混凝土搅拌的养生用水。非饮用水应进行水质检验,达标后方可使用。
2.混合料
检验方法:正交试验法、经验公式法
公路面层水泥混凝土的配合比设计应满足弯拉强度、工作性、耐久性要求,兼顾经济性,采用正交试验法或经验公式法,确定混凝土的水泥用量、集料用量、水灰(胶)比、外加剂掺量。
3.施工与质量控制
水泥混凝土路面的施工过程主要包括混凝土包合物搅拌与运输、混凝土面层铺筑和面层接缝施工、抗滑构造施工与养生等环节。
混凝土面层铺筑有滑膜摊铺机摊铺、三辊轴机组摊铺和小型机具摊铺三种方式,后两种方式需要假设模板。
当面层粗集料的磨光值(PSV)大于42时,可使用落石抗滑构造。
实测混凝土强度大于设计强度80%后,可停止养生。
面层达到设计弯拉强度后,方可开放交通。
五、基层与底基层材料施工
1.无机结合料稳定类基层和底基层(半刚性基层)
(1)分类
①水泥稳定类;②石灰稳定类;③石灰粉煤灰稳定类;④水泥粉煤灰稳定类。
(2)原材料要求
所有水泥初凝时间应大于3h,终凝时间应大于6h且小于10h
(3)混合料组成设计(重型击实法和振动压实法)
无机结合料稳定类材料混合料组成设计采用7d无侧限抗压强度作为控制指标,应根据公路等级、交通荷载等级、结构层位、结合料类型的不同确定相应的混合料强度标准,选择级配范围,制备结合料的剂量或比例不同的混合料,采用重型击实法或振动压实法试验确定混合料的最佳含水率与最大干密度后,再按现场压实度标准采用静压法成型试件,进行7d无侧限抗压强度试验,确定满足强度标准配合比,基层材料还应检验其抗冲刷和抗裂性能。
(4)施工
施工工序:拌合→摊铺→碾压→养生(养生期不少于7d)
7d无侧限抗压强度是无机结合料稳定类材料配合比质量施工质量控制和检验的主要指标;
弯沉检测试件:养生7~10d内进行。
2.粒料类基层和底基层(柔性基层)
(1)分类
①级配碎石;②为筛分碎石;③级配砾石;④天然砂砾;⑤填细碎石
(2)混合料组成设计
用于不同公路等级、交通荷载和结构层位的级配碎石,CBR强度应满足相应的要求,混合料配合比应采用重型击实或振动成型试验方法,确定最佳含水率和最大干密度;应按试验确定的级配和最佳含水率,以及现场施工的压实标准成型标准试件,进行CBR强度试验和模量试验,应选择CBR强度最高的级配作为工程使用的目标级配。
(3)施工
施工工序:拌和→摊铺→碾压
主要检测项目:压实度、弯沉值、颗粒组成。
3.贫混凝土基层
水泥剂量宜不大于13%,配合比设计应满足7d无侧限。
4.沥青稳定碎石基层(柔性基层)
常用设计孔隙率为3%~6%的密级配沥青稳定碎石混合料(ATB)作为基层。
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