工业固体废弃物修筑路面设计施工指引.docx

工业固体废弃物修筑路面设计施工指引.docx

《工业固体废弃物修筑路面设计施工指引.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工业固体废弃物修筑路面设计施工指引.docx（34页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

工业固体废弃物修筑路面设计施工指引

交通编号：

单位编号：

分类号：

U414

西部交通建设科技项目

合同号：

200631800099

密级：

内部

三峡库区固体废弃物修筑

农村公路技术

路面设计施工技术指南

重庆市公路局

重庆大学

重庆交通大学

重庆市智翔铺道技术工程有限公司

重庆市交通规划勘察设计院

2008年12月

上篇

三峡库区固体废弃物修筑农村公路技术路面设计指南

下篇

三峡库区固体废弃物修筑农村公路技术路面施工指南

上篇

三峡库区固体废弃物修筑农村公路技术

路面设计指南

1概述

1.1本指南适用于三峡库区固体废弃物修筑农村公路的路面设计，农村公路设计的目标是“因地制宜，就地取材，晴雨通车”。

1.2部颁《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）、《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）、《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2002）中均未对农村公路等级和技术要求进行规定，本指南在大量调查的基础上，根据其使用任务、功能和适应的交通量，将农村公路交通等级细分，根据典型结构图直接选用路面结构。

1.3路面结构设计可根据当地的经济发展、交通量组成等采取分期修建的方案，但应考虑前期修建的可用性。

1.4路面设计应根据使用要求及气候、水文、地质等自然条件，密切结合当地筑路材料和实践经验，进行路面综合设计。

在满足使用要求的前提下，应遵循因地制宜、合理选材、方便施工、利于养护、节约投资的原则，进行路面设计方案的技术经济比较，所选结构能抵抗自然因素破坏，发挥路面平整、防水、防尘等功能作用，并且经济合理、安全可靠、有利于施工的路面结构方案。

1.5环境保护

农村公路分布面广，总规模大，和广大农（牧）民生产、生活密切相关。

农村公路建设必须重视环境保护，与当地扶贫开发，山、水、林、田综合治理，小城镇建设及资源利用等相结合，做出环境影响及保护说明，坚持可持续发展战略。

1.6本指南中所涉及的路面材料技术指标参照《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）、《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034-2000）、《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTGF30-2003）执行。

1.7路面设计除应符合本指南的规定外，还应符合现行国家和行业有关标准、规范的规定。

2术语、符号与代号

2.1术语

2.1.1PLS胶凝体系是指由“P”——含有大量具有火山灰活性物质的材料、“L”——碱性钙质材料以及“S”——硫酸盐类材料三者按照一定比例与水混合而产生机械强度的胶凝体系。

2.1.2PLS混凝土

由粉煤灰、固硫灰、电石渣、锰渣、磷石膏等废渣与激发剂、水泥、水及集料拌和而成的一种混凝土。

2.1.3PLS混凝土路面

除接缝区和局部范围外面层内均不配筋的PLS混凝土路面，亦称新型混凝土路面。

2.1.4碾压PLS混凝土

采用振动碾压成型的PLS混凝土。

2.1.5设计基准期限

计算路面结构可靠度时，考虑各项基本度量与时间关系所取用的基准时间。

2.1.6压实度

材料压实后的干密度与标准最大干密度之比，以百分率表示。

2.1.7设计年限

路面在规定期限内满足预测累计标准轴次所需服务性能，并允许在营运过程中进行恢复表面功能的养护维修或罩面工程，此期限为设计年限。

2.1.8当量轴次

按弯沉等效或拉应力等效的原则，将不同车型、不同轴载作用次数换算为与标准轴载100kN相当的轴载作用次数称为当量轴次。

2.1.9累计当量轴次

在设计年限内，考虑车道系数后，一个车道上的累计当量轴次总和。

2.1.10最大粒径

最大粒径是指混合料中筛孔通过率为100%的最小标准筛孔尺寸。

2.1.11公称最大粒径

公称最大粒径是指混合料中筛孔通过率为90～100%的最小标准筛孔尺寸。

2.2符号与代号

Ne——设计基准期内标准轴载累计作用次数

Ns——标准轴载的作用次数

P──轴载

Ps──标准轴载

σpr──荷载疲劳应力

σps──标准轴载的应力

σtm──最大温度梯度时的温度翘曲应力

σtr──温度梯度疲劳应力

E0──土基回弹模量

Ec──混凝土层材料回弹模量

Et──基层顶面当量回弹模量

fr──混凝土弯拉强度标准值

frm──混凝土配合比设计强度

──可靠度系数

──结构层厚度

αL──理论弯沉系数

Ne──设计年限内一方向上一个车道的累计当量轴次

N1──路面竣工后第一年双向日平均当量轴次

──设计年限内交通量年平均增长率

t──设计年限

η──车道系数

3交通等级

3.1标准轴载

农村公路路面结构设计参照《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD30-2002）进行，以单轴-双轮组荷载100kN为标准轴载，以BZZ-100表示，标准轴载的计算参数按下表确定。

表3.1标准轴载计算参数

标准轴载

标准轴载P/kN

轮胎接地压强p/MPa

单轮传压面当量圆直径d/cm

两轮中心距/cm

BZZ-100

100

0.70

21.30

1.5d

3.2轴载换算

三峡库区PLS混凝土路面的轴载换算公式根据各级轴载的重复作用次数按等效疲劳断裂的原则换算为标准轴载的作用次数，而后计算此标准轴载的累计疲劳损坏作用，采用（3-1）计算三峡库区PLS混凝土路面的轴载。

（3-1）

单轴单轮时：

单轴双轮时：

现行《公路水泥混凝土路面设计规范》中规定的轴载换算公式：

（3-2）

单轴单轮时：

单轴双轮时：

由比可知，本指南在轴载换算系数中引入板厚这一参数，与规范相比更接近实际情况。

随着板厚的改变，路面结构的力学响应必然会随之变化，因而对路面的损坏程度也不尽相同，导致轴载换算系数的改变。

规范中所规定的轴载换算系数与水泥混凝土面板厚度无关，而这与实际情况并不相符，实际上轴载换算系数与面板厚度有一定关系。

在本指南的轴载换算过程中引入了面板厚度h，使得理论计算更为适应实际路面响应，这与AASHTO水泥混凝土路面轴载换算相符。

3.3累计当量轴次

设计时应按公式（3-3）或（3-4）计算设计年限内一个车道上的累计当量轴次Ne。

（3－3）

（3－4）

式中：

Ne——设计年限内一个车道上的累计当量轴次（次）；

t——设计年限（年）；

N1——路面交工后第一年双向日平均当量轴次（次/日）；

Nt——设计年限末双向日平均当量轴次（次/日）；

r——设计年限内交通量的平均年增长率，应根据实际情况调查，预测交通量增长，经分析确定；

4路基强度确定

在路面结构设计中土基回弹模量是影响路面结构厚度的最敏感因素之一，土基等级划分以土基模量为分级指标，以不同土基等级对路面基层或底基层产生大致相同的效应和相邻等级对其厚度不产生较大的变化为分级原则。

根据设计和施工经验，相邻土基等级对基层和底基层厚度分别产生3cm～4cm左右的影响为宜。

因此本指南参考重庆地区水泥混凝土路面典型结构中土基分级的基础上，并结合库区农村公路的路基特性，对土基强度进行划分。

表4.1土基强度等级

土基回弹模量/MPa

路基干湿类型

说明

30～40

潮湿－中湿

新建路基

40～50

中湿－干燥

新建路基

50～60

干燥或挖石方路基

新建路基、老路基

60以上

干燥或旧路基

旧泥结碎石路面或砂石路面

5路面材料及设计参数

5.1PLS混凝土集料公称最大粒径不应大于31.5mm（碎石）或26.5mm（卵石）。

5.2碾压PLS混凝土面层集料公称最大粒径不宜大于19.0mm。

5.3路面设计参数

交通量是路面结构设计的基本参数，在我国现行规范中，这些参数都与公路等级有关。

目前重庆地区的经济和交通发展水平较为落后，大部分库区远离郊县为经济欠发达地区，交通量较小，交通组成中主要以中、小型货车和客车为主，交通组成简单。

四级以及等外级多属于一些县道、乡道、村道及一些主干道的支线，交通量较小，属于轻交通等级。

其路面结构设计年限一般为5～8年，交通量的年均增长率为5~8％。

典型结构设计时设计年限取为8年，交通量年平均增长率为5%。

路面结构的基层采用重庆地区来源广泛、应用普遍的材料，包括二灰混合料、水泥稳定碎石、石灰煤渣碎石、级配碎石、填隙碎石和片石，基层材料设计参数的确定以室内测试值和规范推荐值为依据，同时考虑材料的变异、施工水平等对各结构层材料强度的影响，典型结构材料参数的取值如表：

表5.1路面结构基层设计参数

材料名称

抗压回弹模量/MPa

全固废PLS混凝土

2000～5000

二灰碎（砾）石

1300～1700

水泥碎（砾）石

1300～1700

石灰碎（砾）石

1000～1400

级配碎石

200～350取280

填隙碎石

200～280取250

片石

200

根据室内外强度试验结果提出PLS混凝土路面材料的设计参数如表5.2所示。

表5.2路面结构面层设计参数

方案

弯拉强度标准/MPa

弯拉弹性模量/GPa

低掺量

2.2

19

高掺量

2.8

22

6路面结构组合设计

路面结构设计的目的是提供一种在预定使用期内同所处环境相适应，能承受预计交通荷载作用的路面结构。

路面结构设计的目标是在设计使用期内能按照规定的可靠度水平承受预期交通荷载的作用，满足预定使用性能的要求。

6.1路面结构组合设计依据

同普通水泥混凝土路面相似PLS混凝土面板在行车荷载和温度变化的反复作用下，内会产生荷载疲劳应力和温度疲劳应力。

当两者之和超过混凝土的弯拉强度时，PLS混凝土路面板将发生断裂而导致结构破坏。

因此，在路面结构设计中，应计算路面的荷载疲劳应力和温度疲劳应力，且两者之和不应超过PLS混凝土的设计弯拉强度确定面层厚度。

6.1.1设计标准

对于PLS混凝土路面结构，设计时以弯曲开裂，即行车荷载作用产生的荷载疲劳应力和温度梯度作用产生的疲劳应力之和

不超过混凝土弯拉强度的设计值

为设计标准。

同时按照现行规范，采用概率型设计方法，即

（6-1）

式中：

—行车荷载疲劳应力，MPa；

—温度疲劳应力，MPa；

—混凝土的弯拉强度标准值；

—可靠度系数，依据所选目标可靠度及变异水平按表（5.4）确定。

不同目标可靠度水平，下符合不同变异水平等级的可靠度系数

见表6.1。

表6.1可靠度系数表

变异水平等级

目标可靠度/％

95

90

85

80

中

1.33～1.50

1.16～1.23

1.08～1.13

1.04～1.07

高

—

1.23～1.33

1.13～1.18

1.07～1.11

表6.2可靠度设计标准

公路技术等级

二级公路

三、四级公路

安全等级

三级

四级

设计基准期（a）

20

20

目标可靠度（%）

85

80

目标可靠指标

1.04

0.84

变异水平等级

中

中～高

6.1.2计算步骤

（1）荷载应力计算

计算标准轴载作用下临界荷位处产生的最大弯拉应力

，确定荷载疲劳应力。

（6-2）

式中：

—标准轴载在混凝土路面临界荷位处产生最大弯拉应力，MPa；

—考虑接缝传荷能力的应力折减系数，低等级公路取1.0

—考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数，

—考虑偏动载等因素对路面疲劳损坏的综合系数，本文取1.1。

（2）温度应力计算

PLS混凝土临界荷位处混凝土基层的温度应力

（6-3）

其中，

为温度疲劳应力系数，其值按下式确定。

（6-4）

、

、

为回归系数，按所在地区的公路自然区划查表确定。

表6.3回归系数

、

和

系数

公路自然区划

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ

Ⅴ

Ⅵ

Ⅶ

0.828

0.855

0.841

0.871

0.837

0.834

0.041

0.041

0.058

0.071

0.038

0.052

1.323

1.355

1.323

1.287

1.382

1.27

综上所述，PLS混凝土路面的结构设计步骤如下所示。

1）环境与交通分析

根据公路所处的自然环境，通过现场调查及查阅相关设计资料得出当地的路基状况和交通量，并确定路面结构的温度梯度。

计算标准轴载日作用次数，由此确定设计年限和轮迹荷载分布系数，并计算设计基准期内标准轴载的累计作用次数。

2）初拟路面结构

进行路面结构组合设计，初拟路面结构各层次的类型和厚度，确定混凝土基层的平面尺寸，并确定路面材料设计参数。

3）确定路面结构

计算PLS混凝土路面的荷载疲劳应力和温度疲劳应力，根据目标可靠度和变异水平等级选定可靠度系数，并检验极限状态是否满足。

如果能满足，则确定初选厚度为混凝土面层的设计厚度。

否则，调整面层厚度，重新计算并验证，直到满足式（6.1）的要求，从而确定最终的路面结构。

6.2路基

6.2.1路基应稳定、密实、均质，对路面结构提供均匀的支承。

6.2.2高液限粘土及含有机质细粒土，不宜用路床填料。

因条件限制而必须采用上述土做填料时，应掺加石灰或水泥等结合料改善。

6.2.3地下水位高时，宜提高路堤设计标高。

在设计标高受限制，应采取相应的处理措施。

6.2.4路基压实度应符合《公路路基设计规范》（JTGD30）的要求。

6.2.5岩石或填石路床顶面应铺设整平层。

整平层可采用未筛分碎石和石屑，其厚度视路床顶面不平整程度而定，一般为50～100mm。

6.3基层

6.3.1基层应具有足够的强度和一定的刚度。

6.3.2根据交通等级基层可选用水泥稳定粒料、石灰粉煤灰稳定粒料或级配粒料等。

6.3.3基层的宽度应比混凝土面层每侧至少宽出300mm。

6.3.4基层的厚度根据受力情况确定，一般厚度120～200mm。

6.3.5当旧路基强度达到基层强度时，也可不设基层。

6.4面层

6.4.1面层应具有足够的强度、耐久性，表面抗滑、耐磨、平整。

6.4.2根据PLS混凝土的路用性能，建议水泥高掺PLS混凝土用于低交通量农村公路路面面层，全固废PLS混凝土、碾压PLS混凝土用于农村公路路面基层。

6.4.3PLS混凝土面层板一般采用矩形。

其纵向和横向接缝应垂直相交，纵缝两侧的横缝不得相互错位。

6.4.4纵向接缝的间距按路面宽度在3.0～4.5m范围内确定。

碾压混凝土面层在全幅摊铺时，可不设纵向缩缝。

6.4.5PLS混凝土面层所需的厚度，可参照表6.4所示参考范围。

6.4.6路面表面构造应采用刻槽、压槽、拉槽或拉毛等方法制作。

构造深度在使用初期应在0.50～0.90mm。

表6.4PLS混凝土路面厚度的参考范围

交通等级

中等

轻

公路等级

二级

三、四级

三、四级

三、四级

变异水平等级

高

中

高

中

高

中

面层厚度/mm

280～260

260～240

250～230

240～220

220～200

基层厚度/mm

250～200

220～200

200～180

180～160

160～150

6.5路肩

6.5.1路肩铺面结构应具有一定的承载能力，其结构导线组合和材料选用应与行车道路面相协调，并保证进入路面结构中的水的排除。

6.5.2路肩可做硬路肩，也可作成土路肩。

6.6路面排水

6.6.1行车道路面应设置双向或单向横坡，坡度为1％～2％。

路肩铺面的横向坡度值宜比行车道路面的横坡值大1％～2％。

6.6.2边沟的纵坡宜与路线纵坡相同，但不得小于0.5%。

7混凝土路面接缝设置

7.1纵向接缝

7.1.1纵向接缝的布设由路面宽度和施工铺筑宽度而定：

一次铺筑宽度小于路面宽度时，应设置纵向施工缝。

纵向施工缝采用平缝形式，上部应锯切槽口，深度为30~40mm，宽度为3~8mm，槽内灌塞填缝料；

一次铺筑宽度大于4.5m时，应设置纵向缩缝。

纵向缩缝采用假缝形式，锯切的槽口深度应大于施工缝的槽口深度。

采用粒料基层时，槽口深度应为板厚的1/3；采用半刚性基层时，槽口深度为板厚的2/5。

7.1.2纵缝应与路线中缝平行。

在路面等宽的路段内或路面变宽路段的等宽部分，纵缝的间距和形式应保持一致。

路面变宽段的加宽部分与等宽部分之间，以纵向施工缝隔开。

加宽板在变宽段起终点处的宽度不应小于1m。

7.1.3有条件时应设置拉杆，拉杆应采用螺纹钢筋，设在板厚中央，并应对拉杆中部100mm范围内进行防锈处理。

拉杆的直径、长度和间距，可参照表7.1选用。

施工布设时，拉杆间距应按横向接缝的实际位置予以调整，最外侧的拉杆距横向接缝的距离不得小于100mm。

表7.1拉杆直径、长度和间距

面层厚度

/mm

拉杆直径/mm

到自由边或未设拉杆纵缝的距离/m

3.00

3.50

3.75

4.50

6.00

7.5

200~250

14

700×900

700×800

700×700

700×600

700×500

700×400

260~300

16

800×900

800×800

800×700

800×600

800×500

800×400

注：

拉杆长度和间距的数字为长度×间距，单位为cm。

7.2横向接缝

7.2.1每日施工结束或因临时原因中断施工时，必须设置横向施工缝，其位置应尽可能选在缩缝或胀缝处。

设在缩缝处的施工缝，应采用加传力杆的平缝形式；设在胀缝处的施工缝，其构造与胀缝相同。

遇有困难需设在缩缝之间时，施工缝采用设拉杆的企口缝形式。

7.2.2横向缩缝可等间距或变间距布置，PLS混凝土路面的缩缝间距可为6~8m，碾压PLS混凝土路面的缩缝间距一般为8～10m，采用假缝形式。

7.2.3横向缩缝顶部应锯切槽口，深度为面层厚度的1/5~1/4，宽度为3~8mm，槽内填塞填缝料。

7.2.3在邻近桥梁或其他固定构造物处或与其他道路相交处应设置横向胀缝。

设置的胀缝条数，视膨胀量大小而定。

低温浇筑混凝土面层时，宜酌情确定是否设置胀缝。

胀缝宽20mm，缝内设置填缝板和可滑动的传力杆。

8典型结构选用方法

通过典型路面结构可以①使PLS混凝土路面结构组合更趋合理，更符合不同的气侯、水文、地质、交通以及材料供应情况，减少路面早期破坏，延长使用寿命；②减少农村公路路面结构设计的计算工作量，并形成农村公路路面设计、施工的系统化技术措施，进一步提高路面的服务水平，因而PLS混凝土路面设计指南主要采用典型路面结构型式选择路面结构。

典型路面选择原则：

1）应考虑农村公路主要是改善沿线人民的出行方便，交通量相对较小，在设计时应综合考虑安全、经济的特点；

2）考虑到农村公路施工工艺、结构层的材料规格等多方面的限制，典型路面结构的层数不宜太多，各结构层厚度应满足现行规范规定的最小厚度；

3）路面结构应考虑到三峡库区大部分地区的气候特点和土质特性；

4）按照路基应稳定的要求，根据材料分布，合理选材，尽量利用当地常用的、能满足要求的材料。

根据路面结构选择原则，结合三峡库区的气候、水文地质、筑路材料和成功经验，制定了三峡库区PLS混凝土公路典型路面结构。

9典型结构

表9.1高掺量PLS废渣混凝土路面典型结构

注：

Ns——设计基准期初期的标准轴载日作用次数；

Ne——标准轴载当量作用次数；

手摆片石层厚度不宜小于25cm。

表9.2低掺量PLS废渣混凝土路面典型结构

注：

Ns——设计基准期初期的标准轴载日作用次数；

Ne——标准轴载当量作用次数；

手摆片石层厚度不宜小于25cm。

表9.3全固废PLS废渣混凝土路面典型结构

注：

Ns——设计基准期初期的标准轴载日作用次数；

Ne——标准轴载当量作用次数；

手摆片石层厚度不宜小于25cm。

下篇

三峡库区固体废弃物修筑农村公路技术

路面施工指南

1概述

本指南是三峡库区固体废弃物修筑农村公路技术课题组在研究和实体工程经验的基础上，参照了国内外有关规范、规程及一些研究成果，编制的适合农村公路的施工技术指南，以便在应用固体废弃物修筑农村公路施工时使用，提高路面施工质量。

PLS混凝土路面施工除应符合本指南的规定外，还应符合现行国家和行业有关标准、规范的规定。

2原材料质量要求

2.1燃煤灰渣

粉煤灰等级可以为Ⅲ级，粉煤灰的性能是否满足要求可通过抗压强度比实验来判断，若其活性指数大于65%。

并且可以使用湿排粉煤灰，但考虑降低施工拌合的难度，要求其含水量应不大于30%；当使用循环流化床锅炉的固硫灰时，同样可进行抗压强度比试验，要求其活性指数大于70%，同时考虑某些固硫灰中SO3含量可高达15%以上可能使体系体积安定性不良，因此要求固硫灰中SO3含量不超过7%，同样考虑施工的便利要求其含水量不大于30%。

2.2碱性钙质材料

碱性钙质材料可选择电石渣、石灰（生石灰和熟石灰均可）。

要求这些材料总有效CaO含量不低于60%，若为电石渣含水量宜为35%～45%。

考虑电石渣中含大量Ca（OH）2，容易在大气环境中CO2的作用下发生化学反应变成CaCO3，因此施工现场堆放的应为新鲜电石渣，一般电石渣在现场堆放的时间不宜超过7天，当遇高温炎热气候时，电石渣的在料场的堆放时间不得超过3天。

2.3硫酸盐类废弃物

硫酸盐类废弃物可选用电厂脱硫石膏，磷肥厂磷石膏以及电解锰渣。

其中脱硫石膏和磷石膏要求含水率不大于30%；当使用电解锰渣时，要求其硫酸盐含量不低于10%，其中可溶性硫酸盐不低于总硫酸盐的55%，含水率不大于30%。

2.4水泥

路面采用普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥；碾压PLS混凝土和全固废PLS混凝土、水泥低掺PLS混凝土用做基层时，可使用各种硅酸盐类水泥。

低温天气施工或有提前开放交通要求的路段，可采用R型水泥。

水泥进场时每批应附有化学成分、物理、力学指标合格的检验证明。

具体技术要求参照《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTGF30—2003）的中、轻交通路面标准。

2.5粗集料

粗集料应使用质地坚硬、耐久、洁净的碎石、卵碎石和卵石，以其和易性、均匀性、强度等要求作为综合考虑，最大颗粒尺寸不能超过路面板厚的1/4~1/3，应按最大公称粒径的不同采用2~4个粒级的集料进行掺配。

具体技术要求参照《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTGF30—2003）的Ⅱ级和Ⅲ级。

2.6细集料

细集料应采用质地坚硬、耐久、洁净的天然砂、机制砂或混合砂，宜为中砂，同一配合比用砂的细度模数变化范围不应超过0.3，否则，应分别堆放，并调整配合比中的砂率后使用。

具体技术要求参照《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTGF30—2003）。

2.7水

一般的生活饮用自来水、河水、井水及洁净的天然水都可作为混凝土用水。

2.8其他材料

在施工中用到的其他材料，参照《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTGF30—2003）的要求。

3施工组织

3.1开工前，建设单位应组织设计、施工单位进行技术交底。

3.2施工单位应根据甲方的设计要求，合同文件、摊铺方式、机械设备、施工条件等确定混凝土路面施工工艺流程、施工