第一章概述 水泥混凝土路面——刚性路面( rigid pavement) 第一章概述 §1.1概述 国、内外水泥路面发展的基本概况 1.水泥路面发展简史 最早 a公元前1世纪,罗马人采用火山灰作胶凝剂,砾石为集料修筑建筑、水利、港口等工程 b.秦汉,中国人开始用熟糯米浆和石灰作胶凝材料,修筑地坪、城墙、墓穴(长城和宋代古 墓的考古发现) c1824年10月17日,英国工匠 leads和 Aspdin取得波特兰水泥( portland cement)发明专 利。 d1865年,英国修筑第一条水泥路面。 e.1914年,德国人 Friedrich修建了水泥路面的汽车专用城市道路 f1924年,法国人 Daniel Boatest在法国43号公路上铺筑l8cm厚,10-20m接缝的碾压混 凝土路面。 g1933年,德国建成世界第一条高速公路,采用水泥混凝土路面。 h.1928年,中国采用日本水泥在浙江奉化溪口修筑第一条水泥路面 发展 国外:美国,60年代之前,占铺面的20%,80年代末,占铺面的53 英国,占铺面的22%;日、加、德、比利时约占铺面的10% 国内:1928年起步,解放前约30km 解放后:1977年以前(摸索起步),53年和66年版的《水泥混凝土路面设计规范》 参考苏联设计方法 1978-1985(技术开发),“六五”“七五”期间科技攻关得到“水泥混凝土 路面设计理论和参数”(1981年鉴定)形成84设计规范和87施工规范,以 小型机具,手工操作配合真空吸水技术,基本上无大型设备(水泥路面里程 不足1万公里) 1986—现在(迅猛反展),95设计规范是84规范的延伸,02设计规范在设 计法和温度应力计算理论方面创新,02施工规范开始在施工方面引入更多 更严格的理论和方法。截至2002年底,建成水泥路面总里程16。7517km, 占当年建成高级路面(沥青十水泥)的58%,其中,高速、一级占25%左右 二级以下占62%。前提是我国石油沥青品质偏低,进口费用昂贵,水泥产 量连续10年世界第一(2002年达到6。3亿顿) 趋势:随着重载交通,超载的发展,修筑高承载力,长寿命的路面结构在经济和技术上更适 应这种要求。 世界性的石油短缺和环保的要求将决定水泥路面的前途比沥青路面更广。 我国应该贯彻“因地制宜、黑白并举”的方针。 二、水泥混凝土路面的特点 1.普通水泥混凝土路面的主要技术特点 优点: (1)刚度大、承载能力强。 第1页共4页
第一章 概述 第 1 页 共 4 页 水泥混凝土路面——刚性路面（rigid pavement） 第一章 概述 §1.1 概述 一、国、内外水泥路面发展的基本概况 1．水泥路面发展简史 最早： a.公元前 1 世纪，罗马人采用火山灰作胶凝剂，砾石为集料修筑建筑、水利、港口等工程。 b.秦汉，中国人开始用熟糯米浆和石灰作胶凝材料，修筑地坪、城墙、墓穴（长城和宋代古 墓的考古发现） c.1824 年 10 月 17 日，英国工匠 leads 和 J.Aspdin 取得波特兰水泥（portland cement）发明专 利。 d.1865 年，英国修筑第一条水泥路面。 e.1914 年，德国人 Friedrich 修建了水泥路面的汽车专用城市道路。 f.1924 年，法国人 Daniel Boatest 在法国 43 号公路上铺筑 18cm 厚，10—20m 接缝的碾压混 凝土路面。 g.1933 年，德国建成世界第一条高速公路，采用水泥混凝土路面。 h.1928 年，中国采用日本水泥在浙江奉化溪口修筑第一条水泥路面 发展： 国外：美国，60 年代之前，占铺面的 20％，80 年代末，占铺面的 53% 英国，占铺面的 22％；日、加、德、比利时约占铺面的 10％ 国内：1928 年起步，解放前约 30km。 解放后：1977 年以前（摸索起步），53 年和 66 年版的《水泥混凝土路面设计规范》 参考苏联设计方法 1978—1985（技术开发），“六五”、“七五”期间科技攻关得到“水泥混凝土 路面设计理论和参数”（1981 年鉴定）形成 84 设计规范和 87 施工规范，以 小型机具，手工操作配合真空吸水技术，基本上无大型设备（水泥路面里程 不足 1 万公里） 1986—现在（迅猛反展），95 设计规范是 84 规范的延伸，02 设计规范在设 计法和温度应力计算理论方面创新，02 施工规范开始在施工方面引入更多、 更严格的理论和方法。截至 2002 年底，建成水泥路面总里程 16。7517km， 占当年建成高级路面(沥青＋水泥)的 58％，其中，高速、一级占 25％左右， 二级以下占 62％。前提是我国石油沥青品质偏低，进口费用昂贵，水泥产 量连续 10 年世界第一（2002 年达到 6。3 亿顿） 趋势：随着重载交通，超载的发展，修筑高承载力，长寿命的路面结构在经济和技术上更适 应这种要求。 世界性的石油短缺和环保的要求将决定水泥路面的前途比沥青路面更广。 我国应该贯彻“因地制宜、黑白并举”的方针。 二、水泥混凝土路面的特点 1． 普通水泥混凝土路面的主要技术特点 优点： （1） 刚度大、承载能力强
第一章概述 混凝土路面板弹性模量在(3-5)ⅹl0Mρa之间,板底分布荷载小,标准1α轴载下, 实测其压应力仅0.03--04Mpa。这使得其对基层的承载力要求相对较低,适应在稳定基层 上的大交通量和重载交通的高速公路、国道、省道、机场、厂矿道路上使用。在土基承载力 小的轻交通量的乡村道路,停车场可直接将水泥混凝土路面铺筑在土基上。 (2)耐水性、耐高温性强 水泥混凝土的耐水性好,能够较好地使用在降雨量较大的地区和在短期浸水的过水路 面上 水泥混凝土路面耐高温性强,不会像沥青路面那样,在持续高温下产生车辙和壅包 进而影响行车质量 (3)弯拉强度高、疲劳寿命长 弯拉强度大于5。5Mpa抗压强度大于大于35Mpa的合格混凝土路面板,能承受500 000万次标准轴的作用 (4)路面的耐候性、耐久性优良 混凝土逐年变硬,只有风化没有老化,水泥石的风化时间约100年 (5)路面的平整度衰减慢、高平整度维持时间长 高平整度维持时间长,前提是:施工平整度好,基层稳定抗冲刷。 (6)集料要求低,容易取得 除非建造裸石路面,其他对集料要求远低于沥青混合料。 (7)比沥青路面更环保 与沥青路面相比,对地下水和周围环境无污染 (⑧8)耐油、耐酸碱腐蚀性强 (9)使用寿命长 路基稳定,基层稳定抗冲刷的水泥路面使用寿命:设计30,现实10年,沥青:设计15, 现实5年 (10)运营油耗低、经济性好 不需要克服柔性路面的较大的弯沉盆,同等速率、同等距离、同平整度,节油15% 20%,刚性路面的运营经济性优于沥青路面 (11)可不设路缘石 (12)水泥路面色度低,色差小,隔热性好 具有比沥青路面更小的阳光反射,热量反射和隔热性能,适用于多年冻土区需要保护 冻土的道路 (13)相对高等级沥青路面其施工工艺较为简单,更适用于施工力量薄弱的地方道路 缺点: (1)同等平整度的水泥路面舒适性较低 有接缝,颠簸、噪音大 (2)板体性强,对基层的抗冲刷性要求高(接缝进水) (3)刚性大,面板不适应大沉降差 不适用于路基变形大、不均匀沉降的软基,山区添挖交界频繁、长期浸水路基,要求 更加稳定的路基和基层支撑条件 (4)对超载和脱空相当敏感。 普通水泥混凝土路面在超载条件下对板厚设计不足、材料强度不高或不均匀、结构内 渗透排水不畅、施工质量不高、基层淘刷和基础支撑不稳定等很敏感,超载运行对水泥路面 极为不利,极其容易引起断板、断边、断角等结构破坏。 (5)眩光疲劳(彩色路面) 第2页共4页
第一章 概述 第 2 页 共 4 页 混凝土路面板弹性模量在（3—5）X104Mpa 之间，板底分布荷载小，标准 10t 轴载下， 实测其压应力仅 0.03----0.04Mpa。这使得其对基层的承载力要求相对较低，适应在稳定基层 上的大交通量和重载交通的高速公路、国道、省道、机场、厂矿道路上使用。在土基承载力 小的轻交通量的乡村道路，停车场可直接将水泥混凝土路面铺筑在土基上。 （2） 耐水性、耐高温性强 水泥混凝土的耐水性好，能够较好地使用在降雨量较大的地区和在短期浸水的过水路 面上。 水泥混凝土路面耐高温性强，不会像沥青路面那样，在持续高温下产生车辙和壅包， 进而影响行车质量 （3） 弯拉强度高、疲劳寿命长 弯拉强度大于 5。5Mpa,抗压强度大于大于 35Mpa 的合格混凝土路面板，能承受 500— 1000 万次标准轴的作用 （4） 路面的耐候性、耐久性优良 混凝土逐年变硬，只有风化没有老化，水泥石的风化时间约 100 年。 （5） 路面的平整度衰减慢、高平整度维持时间长 高平整度维持时间长，前提是：施工平整度好，基层稳定抗冲刷。 （6） 集料要求低，容易取得 除非建造裸石路面，其他对集料要求远低于沥青混合料。 （7） 比沥青路面更环保 与沥青路面相比，对地下水和周围环境无污染 （8） 耐油、耐酸碱腐蚀性强 （9） 使用寿命长 路基稳定，基层稳定抗冲刷的水泥路面使用寿命：设计 30，现实 10 年，沥青：设计 15， 现实 5 年 （10） 运营油耗低、经济性好 不需要克服柔性路面的较大的弯沉盆，同等速率、同等距离、同平整度，节油 15％— 20％，刚性路面的运营经济性优于沥青路面 （11） 可不设路缘石 （12） 水泥路面色度低，色差小，隔热性好 具有比沥青路面更小的阳光反射，热量反射和隔热性能，适用于多年冻土区需要保护 冻土的道路 （13）相对高等级沥青路面其施工工艺较为简单，更适用于施工力量薄弱的地方道路 缺点： （1） 同等平整度的水泥路面舒适性较低。 有接缝，颠簸、噪音大 （2）板体性强，对基层的抗冲刷性要求高（接缝进水） （3）刚性大，面板不适应大沉降差, 不适用于路基变形大、不均匀沉降的软基，山区添挖交界频繁、长期浸水路基，要求 更加稳定的路基和基层支撑条件 （4）对超载和脱空相当敏感。 普通水泥混凝土路面在超载条件下对板厚设计不足、材料强度不高或不均匀、结构内 渗透排水不畅、施工质量不高、基层淘刷和基础支撑不稳定等很敏感，超载运行对水泥路面 极为不利，极其容易引起断板、断边、断角等结构破坏。 （5）眩光疲劳（彩色路面）
第一章概述 (6)开放交通迟,维修难度大 2.普通水泥混凝土路面的技术经济学特点 目前我国水泥产量世界第一,水泥价格250元-400元顿,沥青价格1500元-3800元/顿, 在高等级公路上,水泥路面价格低于沥青路面,在低等级公路上,水泥路面价格高于沥青路 面,但是从技术经济角度,水泥路面(即使设计钢筋混凝土路面)的寿命周期费用基本上都 低于同等级的沥青路面 、水泥路面的分类 普通混凝土路面—— plain concrete pavement,PCP/ joint concrete pavement,JCP 钢筋混凝土路面—— reinforced concrete pavement,RCP 连续配筋混凝土路面—— continuous reinforced concrete pavement,CRCP 预应力混凝土路面—— prestressed concrete pavement,PSCP 装配式混凝土路面—— -block pavement,BP 纤维混凝土路面—— -fiber concrete pavement( steel fiber glass fiber polymer fiber) 碾压混凝土路面—— rolling compacted concrete pavement,RCCP 复合式路面—— combined pavement, CP §1.2水泥混凝土路面的构造 土基( subgrade) 1.土基的作用( function of subgrade)—一稳定而均匀的支撑,形成“弹性地基板” 2.对土基的要求:坚实、稳定、均匀,与其他路面相同 、基层( base course) 1.基层的作用 扩散压力、提高路面承载力、延长寿命、防唧泥、防冰冻、防水、立模方便、 2.对基层的要求 材料——稳定类基层和粒料类基层在重复荷载下的缩性累计变形分析(图1-2) 稳定类基层和粒料类基层抗冲刷性能分析 厚度——20-40cm(过薄抗拉弯能力不足) 宽度一一宽于面层 底基层( subbase,底层)或垫层( bed course)—一土基防冻或土基稳定性不足的要求 混凝土面板( concrete surface course) 1.面板平面形式——分块的有限矩形尺寸板(包含各种接缝),长4~6m,长宽比不大 于1.3 2.面板的横断面—一等厚式和厚边式(边部增厚23%最合理),厚度20cm-28cm 3.面板的表面一—平整度、抗滑性、耐磨 四、排水结构 1.水对混凝土路面的影响 (1)降低基层材料和土基的强度 (2)动水压力引致基层唧泥和脱空, (3)地下水引起冻胀以致翻浆 2.路面排水系统的组成 (1)路面表面排水一一路拱+路肩拦水带/路肩排水沟 (2)路面内部排水一一排水基层排水性土工织物夹层+边缘排水盲沟 隔水层+边缘排水盲沟 排水面层(沥青) 第3页共4页
第一章 概述 第 3 页 共 4 页 （6）开放交通迟，维修难度大 2． 普通水泥混凝土路面的技术经济学特点 目前我国水泥产量世界第一，水泥价格 250 元—400 元/顿，沥青价格 1500 元—3800 元/顿， 在高等级公路上，水泥路面价格低于沥青路面，在低等级公路上，水泥路面价格高于沥青路 面，但是从技术经济角度，水泥路面（即使设计钢筋混凝土路面）的寿命周期费用基本上都 低于同等级的沥青路面。 三、水泥路面的分类 普通混凝土路面——plain concrete pavement,PCP/joint concrete pavement ,JCP 钢筋混凝土路面——reinforced concrete pavement,RCP 连续配筋混凝土路面——continuous reinforced concrete pavement,CRCP 预应力混凝土路面——prestressed concrete pavement ,PSCP 装配式混凝土路面——block pavement,BP 纤维混凝土路面——fiber concrete pavement（steel fiber glass fiber polymer fiber） 碾压混凝土路面——rolling compacted concrete pavement, RCCP 复合式路面——combined pavement ,CP §1.2 水泥混凝土路面的构造 一、土基（subgrade） 1． 土基的作用（function of subgrade）——稳定而均匀的支撑，形成“弹性地基板” 2． 对土基的要求：坚实、稳定、均匀，与其他路面相同 二、基层（base course） 1． 基层的作用 扩散压力、提高路面承载力、延长寿命、防唧泥、防冰冻、防水、立模方便、 2． 对基层的要求 材料——稳定类基层和粒料类基层在重复荷载下的缩性累计变形分析（图 1－2） 稳定类基层和粒料类基层抗冲刷性能分析 厚度——20－40cm（过薄抗拉弯能力不足） 宽度——宽于面层 底基层（subbase，底层）或垫层（bed course）——土基防冻或土基稳定性不足的要求。 三、混凝土面板（concrete surface course） 1． 面板平面形式——分块的有限矩形尺寸板（包含各种接缝），长 4～6m,长宽比不大 于 1.3。 2． 面板的横断面——等厚式和厚边式（边部增厚 23％最合理），厚度 20cm—28cm 3． 面板的表面——平整度、抗滑性、耐磨 四、排水结构 1． 水对混凝土路面的影响 （1）降低基层材料和土基的强度， （2）动水压力引致基层唧泥和脱空， （3）地下水引起冻胀以致翻浆 2． 路面排水系统的组成 （1） 路面表面排水——路拱＋路肩拦水带/路肩排水沟 （2） 路面内部排水——排水基层/排水性土工织物夹层＋边缘排水盲沟 隔水层＋边缘排水盲沟 排水面层（沥青）
第一章概述 (3)中央分隔带排水 第4页共4页
第一章 概述 第 4 页 共 4 页 （3） 中央分隔带排水