《路基路面工程 第12章 水泥混凝土路面结构设计.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《路基路面工程 第12章 水泥混凝土路面结构设计.ppt（68页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第十二章第十二章 水泥混凝土路面结构设计水泥混凝土路面结构设计第十二章第十二章 水泥混凝土路面结构设计水泥混凝土路面结构设计n n第一节 概述n n第二节 损坏模式和设计标准n n第三节 路面结构组合设计n n第四节 接缝构造设计n n第五节 混凝土路面板配筋设计n n第六节 面层板厚度和平面尺寸的设计n n第七节 水泥混凝土路面加铺层设计第一节第一节 概述概述从力学分析来看，水泥混凝土路面结构属于从力学分析来看，水泥混凝土路面结构属于弹性层状弹性层状体系体系 水泥混凝土板的水泥混凝土板的抗弯拉强度抗弯拉强度指标作为设计指标指标作为设计指标 从力学模型考虑，可把水泥混凝土路面结构看作是从力学模
2、型考虑，可把水泥混凝土路面结构看作是弹弹性地基板性地基板，用弹性地基板理论进行分析计算，用弹性地基板理论进行分析计算为使路面能够经受车轮荷载的多次重复作用、抵抗温为使路面能够经受车轮荷载的多次重复作用、抵抗温度翘曲应力、并对地基变形有较强的适应能力，混凝度翘曲应力、并对地基变形有较强的适应能力，混凝土板必须具有足够的土板必须具有足够的抗弯拉强度和厚度抗弯拉强度和厚度一、水泥混凝土路面结构特征二、设计内容水泥混凝土路面结构设计内容：设设设设计计计计内内内内容容容容1、路面结构层组合设计2、混凝土面板厚度设计3、混凝土面板的平面尺寸与接缝设计4、路肩设计5、混凝土路面的钢筋配筋率设计三、设计原则根
3、据使用要求及气候、水文、土质等自然因素，结合根据使用要求及气候、水文、土质等自然因素，结合本地区实践经验，按要求完成设计，首先应保证工程本地区实践经验，按要求完成设计，首先应保证工程的质量与耐久性。的质量与耐久性。遵循因地制宜、合理选材等原则进行混凝土路面设计遵循因地制宜、合理选材等原则进行混凝土路面设计方案的比较方案的比较应结合当地实践基础，积极推广成熟的科研成果应结合当地实践基础，积极推广成熟的科研成果充分考虑沿线环境的保护，自然生态的平衡，有利于充分考虑沿线环境的保护，自然生态的平衡，有利于施工、养护工作人员的健康与安全。施工、养护工作人员的健康与安全。尽可能选择有利于机械化、工厂化施工
4、的设计方案。尽可能选择有利于机械化、工厂化施工的设计方案。对于地处不良地基的路段采取有效措施加快稳定路基对于地处不良地基的路段采取有效措施加快稳定路基沉降。沉降。第二节第二节 设计模式和设计标准设计模式和设计标准n n一、损坏模式一、损坏模式n n水泥混凝土路面，由于混凝土板的刚度高和脆性大，又需设置接缝，水泥混凝土路面，由于混凝土板的刚度高和脆性大，又需设置接缝，在行车和环境因素的综合作用下出现的损坏模式常不同于沥青路面，在行车和环境因素的综合作用下出现的损坏模式常不同于沥青路面，可分为断裂、接缝损坏、变形和表面损坏四类，主要有下列几种，如可分为断裂、接缝损坏、变形和表面损坏四类，主要有下列
5、几种，如下图下图12-112-1所示。所示。uu断裂断裂 破坏板的结构整体性，使板丧失应有的承载能力。破坏板的结构整体性，使板丧失应有的承载能力。因而，断裂可视为水泥混凝土路面结构破坏的临界状因而，断裂可视为水泥混凝土路面结构破坏的临界状态态uu挤碎挤碎 在接缝附近的板因受挤压而碎裂在接缝附近的板因受挤压而碎裂 uu拱起拱起 混凝土路面板在热膨胀受阻时，接缝两侧的板向混凝土路面板在热膨胀受阻时，接缝两侧的板向上拱起上拱起 uu唧泥唧泥 车辆行驶经过接缝或裂缝时，由缝内喷溅出泥浆车辆行驶经过接缝或裂缝时，由缝内喷溅出泥浆的现象，称为唧泥的现象，称为唧泥 uu错台错台 接缝或裂缝两侧路面板端部出现
6、的竖向相对位移接缝或裂缝两侧路面板端部出现的竖向相对位移 二、设计标准n n我国现行的水泥混凝土路面设计方法，以水泥混凝土面层板的我国现行的水泥混凝土路面设计方法，以水泥混凝土面层板的疲劳断疲劳断裂裂作为路面损坏的主要模式作为路面损坏的主要模式n n以控制行车荷载反复作用在板内产生的荷载疲劳应力以控制行车荷载反复作用在板内产生的荷载疲劳应力 prpr与温度梯度反与温度梯度反复作用在板内产生的温度疲劳应力复作用在板内产生的温度疲劳应力 trtr之和与可靠度系数之和与可靠度系数 r r乘积不大于乘积不大于混凝土的弯拉强度标准值混凝土的弯拉强度标准值f fr r，作为确定，作为确定混凝土板厚的设计标
7、准混凝土板厚的设计标准n n路面结构可靠度定义：在规定的时间内，在规定的条件下，路面使用路面结构可靠度定义：在规定的时间内，在规定的条件下，路面使用性能满足预定水平要求的概率。性能满足预定水平要求的概率。n n水泥混凝土路面结构水泥混凝土路面结构可靠度可靠度定义：在规定的设计基准期内，在规定的定义：在规定的设计基准期内，在规定的交通和环境条件下，行车荷载疲劳应力和温度梯度疲劳应力的总和不交通和环境条件下，行车荷载疲劳应力和温度梯度疲劳应力的总和不超过混凝土弯拉强度的概率超过混凝土弯拉强度的概率 第三节第三节 路面结构组合设计路面结构组合设计n n面层类型面层类型 1 1普通混凝土面层普通混凝土
8、面层 2 2钢筋混凝土面层钢筋混凝土面层 3 3连续配筋混凝土面层连续配筋混凝土面层 4 4预应力混凝土预应力混凝土 5 5钢纤维混凝土钢纤维混凝土 6 6混凝土预制块路面混凝土预制块路面一、面层面层一般采用设接缝的普通混凝土；面层板的平面尺寸较大或形状不规面层一般采用设接缝的普通混凝土；面层板的平面尺寸较大或形状不规则；路面结构下埋有地下设施，高填方、软土地基、填挖交界段的路基则；路面结构下埋有地下设施，高填方、软土地基、填挖交界段的路基等有可能产生不均匀沉降时，应采用设置接缝的钢筋混凝土面层。其他等有可能产生不均匀沉降时，应采用设置接缝的钢筋混凝土面层。其他面层类型可根据适用条件按表面层类
9、型可根据适用条件按表12-112-1选用。选用。其他面层类型选择其他面层类型选择 表表12-112-1 面层类型适用条件连续配筋混凝土面层 高速公路和城市快速路沥青上面层与连续配筋混凝土或横缝设传力杆的普通混凝土下面层组成的复合式路面 特重交通的高速公路和城市快速路碾压混凝土面层 二级及二级以下公路和城市次干道及以下城市道路、服务区停车场钢纤维混凝土面层 标高受限制路段、收费站、混凝土加铺层和桥面铺装矩形或异形混凝土预制块面层 服务区停车场、二级及二级以下公路和城市次干道及以下城市道路桥头引道沉降未稳定段n n适用条件 面层一般采用设接缝的普通混凝土；面层板的平面尺面层一般采用设接缝的普通混凝
10、土；面层板的平面尺寸较大或形状不规则，路面结构下埋有地下设施，高填方、寸较大或形状不规则，路面结构下埋有地下设施，高填方、软土地基、填挖交界段的路基等有可能产生不均匀沉降时，软土地基、填挖交界段的路基等有可能产生不均匀沉降时，应采用设置接缝的钢筋混凝土面层。应采用设置接缝的钢筋混凝土面层。n n表面抗滑构造 水泥混凝土面层应具有足够的强度、耐久性，表面水泥混凝土面层应具有足够的强度、耐久性，表面抗滑、耐磨、平整。路面表面构造应采用刻槽、压槽、抗滑、耐磨、平整。路面表面构造应采用刻槽、压槽、拉槽或拉毛等方法制作。拉槽或拉毛等方法制作。普通混凝土、钢筋混凝土、碾压混凝土或连续配筋混凝土面层所需的厚
11、普通混凝土、钢筋混凝土、碾压混凝土或连续配筋混凝土面层所需的厚度，可参照下表度，可参照下表12-212-2所示参考范围并按规定计算确定。所示参考范围并按规定计算确定。交通等级特重重道路等级高速公路及快速路一级公路及主干路二级公路及次干路高速公路及快速路一级公路及主干路二级公路及次干路变异水平等级低中低中低中低中面层厚度260250240270240260230250230交通等级中等轻道路等级二级公路及次干路三、四级公路及支路三、四级公路及支路三、四级公路及支路变异水平等级高中高中高中面层厚度240210230200220200230220n n构造深度在使用初期应满足下表构造深度在使用初期应
12、满足下表12-312-3的要求。的要求。n n各级公路水泥混凝土面层的表面构造深度（各级公路水泥混凝土面层的表面构造深度（mmmm）要求）要求 表表123 123 道路等级高速公路、一级公路和城市快速路、主干道二、三、四级公路和城市次干道、支路一般路段0.701.100.500.90特殊路段0.801.200.601.00二、路基 水泥混凝土路面不要求有强度大或承载力高的路基。但如水泥混凝土路面不要求有强度大或承载力高的路基。但如果路基的稳定性较差，在周围水温变化的影响下出现较大的变果路基的稳定性较差，在周围水温变化的影响下出现较大的变形，特别是不均匀变形，则仍会因不均匀支承而给面层带来损形，
13、特别是不均匀变形，则仍会因不均匀支承而给面层带来损坏。因此，对路基的基本要求是稳定、密实、均质，对路面结坏。因此，对路基的基本要求是稳定、密实、均质，对路面结构提供均匀的支承，在环境和荷载作用下产生的不均匀变形小。构提供均匀的支承，在环境和荷载作用下产生的不均匀变形小。n n对路基的基本要求n n路基产生不均匀支承的原因不均匀沉陷不均匀沉陷不均匀冻胀不均匀冻胀膨胀土膨胀土三、基层和垫层防止或减轻唧泥和错台现象的出现防止或减轻唧泥和错台现象的出现 .有助于控制或减少路基不均匀冻胀或体积变形对混凝土面层的不利影有助于控制或减少路基不均匀冻胀或体积变形对混凝土面层的不利影响响 .为面层施工提供稳定而
14、坚实的工作面为面层施工提供稳定而坚实的工作面 .基层和垫层有粒料类（碎石、砂砾等）、稳定类（水泥、石灰、沥青基层和垫层有粒料类（碎石、砂砾等）、稳定类（水泥、石灰、沥青稳定粒料或土）和贫混凝土（或碾压混凝土）三大类。稳定粒料或土）和贫混凝土（或碾压混凝土）三大类。n n设置基层和垫层的作用1.1.基层基层 基层应具有足够的抗冲刷能力和一定的刚度，并保证基层应具有足够的抗冲刷能力和一定的刚度，并保证具有足够的厚度。具有足够的厚度。基层类型及各类基层厚度的适宜范围应依照交通等级基层类型及各类基层厚度的适宜范围应依照交通等级按表按表124124选择。选择。n n 适宜各交通等级的基层类型及厚度的适宜
15、范围表适宜各交通等级的基层类型及厚度的适宜范围表 表表124124 适宜的交通等级基层类型厚度适宜的范围（mm）特重交通贫混凝土或碾压混凝土基层120200沥青混凝土基层4060重交通水泥稳定粒料150250沥青稳定碎石基层80100中等或轻交通石灰粉煤灰稳定粒料基层150250级配粒料基层150200在交通繁重的道路上，选用水泥或沥青稳定粒料、贫在交通繁重的道路上，选用水泥或沥青稳定粒料、贫混凝土或碾压混凝土作为混凝土路面的基层，可以为混凝土或碾压混凝土作为混凝土路面的基层，可以为混凝土面层提供更为均匀而坚实的支承。混凝土面层提供更为均匀而坚实的支承。增加路面结构的整体刚度，从而减小面层板的
16、挠度。增加路面结构的整体刚度，从而减小面层板的挠度。而挠度量减小可以降低板底的脱空量和增加缩缝传荷而挠度量减小可以降低板底的脱空量和增加缩缝传荷能力的耐久性。能力的耐久性。n n基层的作用基层的作用n图12-2所示为水泥稳定类基层和砾石基层上混凝土面层接缝的传荷能力随荷载作用次数的增加而降低的试验曲线，从中可看出水泥稳定类基层上接缝传荷能力的耐久性明显高于砾石基层。与此同时，还可以减少基层和垫层在重复荷载作用下的固结变形，从而减少板底脱空量，并改善接缝的传荷能力。n图12-3所示为水泥稳定砂砾基层和不同压实度的砂砾基层的塑性变形积累量随荷载重复作用次数而增长的试验曲线，从中可看出，水泥稳定砂砾
17、基层的变形累积量明显小于砂砾基层。因而其板底脱空量将明显低于砂砾基层。此外，还可以增加抗冲刷能力，从而减轻唧泥和错台等损坏的程度，并为侧模和摊铺机械提供坚固的支承。图122基层类型对接缝传荷能力的影响(Ew=2w1/(w1+w2%,w1和w2相应为未受荷 和受荷板的挠度;面层厚22.86cm基层厚15cm,缝隙宽1.65mm)图123重复荷载作用下不同基层的累积变形量(砂砾基层曲线上的数字为压实度)在交通特别繁重、路基湿软或季节性冰冻地区，为在交通特别繁重、路基湿软或季节性冰冻地区，为防止路基可能产生的不均匀冻胀对混凝土面层的不防止路基可能产生的不均匀冻胀对混凝土面层的不利影响，路面结构应有足
18、够的总厚度，以便将路基利影响，路面结构应有足够的总厚度，以便将路基的冰冻深度约束在有限的范围内。超出面层和基层的冰冻深度约束在有限的范围内。超出面层和基层厚度的总厚度部分可用基层下的垫层（防冻层）来厚度的总厚度部分可用基层下的垫层（防冻层）来补足；路面结构的最小总厚度，随冰冻线深度、路补足；路面结构的最小总厚度，随冰冻线深度、路基的潮湿状况和土质而异，其数值可参照下表基的潮湿状况和土质而异，其数值可参照下表12-12-5 5选定。选定。2.垫层n n垫层的设置要求垫层的设置要求水文地质条件不良的土质路堑，路床土湿度较大时，应设置排水垫水文地质条件不良的土质路堑，路床土湿度较大时，应设置排水垫层
19、；层；对路基可能产生不均匀沉降或不均匀变形时，可加设半刚性垫层。对路基可能产生不均匀沉降或不均匀变形时，可加设半刚性垫层。垫层的宽度应与路基同宽，其最小厚度为垫层的宽度应与路基同宽，其最小厚度为150 mm150 mm。水泥混凝土路面结构防冻最小厚度（cm）表12-5 路基干湿类型路基土质设计年限内当地最大冻深（cm）50100101150151200200中湿路段低、中、高液限粘土3050406050706095粉土、粉质低、中液限粘土40605070608570110潮湿路段低、中、高液限粘土40605070609075120粉土、粉质低、中液限粘土457055807010080130第四
20、节第四节 接缝构造设计接缝构造设计水泥混凝土面层需设置各种类型的接缝，把面层划分为较小水泥混凝土面层需设置各种类型的接缝，把面层划分为较小尺寸的板，以减少伸缩变形和挠曲变形受到约束而产生的内尺寸的板，以减少伸缩变形和挠曲变形受到约束而产生的内应力，并满足施工的需要。应力，并满足施工的需要。接缝的设计要能实现以下三方面的要求：接缝的设计要能实现以下三方面的要求：控制温度收缩应力和翘曲应力所引起的裂缝出现的位置；控制温度收缩应力和翘曲应力所引起的裂缝出现的位置；通过接缝能提供一定的荷载传递能力；通过接缝能提供一定的荷载传递能力；防止坚硬的杂物落入接缝缝隙内和路表水的渗入。防止坚硬的杂物落入接缝缝隙
21、内和路表水的渗入。水泥混凝土面层的接缝可分为水泥混凝土面层的接缝可分为横向缩缝、横向施工缝、横向横向缩缝、横向施工缝、横向胀缝和纵缝胀缝和纵缝四种类型。四种类型。一、横缝构造设计横向接缝共有三种：缩缝、胀缝和施工缝。作用：作用：缩缝保证板因温度和湿度的降低而收缩时沿该薄弱断面缩裂，缩缝保证板因温度和湿度的降低而收缩时沿该薄弱断面缩裂，从而避免产生不规则的裂缝。从而避免产生不规则的裂缝。胀缝保证板在温度升高时能部分伸张，从而避免产生路面板在胀缝保证板在温度升高时能部分伸张，从而避免产生路面板在热天的拱胀和折断破坏，同时胀缝也能起到缩缝的作用。热天的拱胀和折断破坏，同时胀缝也能起到缩缝的作用。混凝
22、土路面每天完工以及因雨天或其它原因不能继续施工时，混凝土路面每天完工以及因雨天或其它原因不能继续施工时，应做成施工缝的构造形式。应做成施工缝的构造形式。在邻近桥梁或其它固定构造物处或与其它道路在邻近桥梁或其它固定构造物处或与其它道路相交处应设置横向胀缝。相交处应设置横向胀缝。1.胀缝胀缝构造(尺寸单位:mm)为保证混凝土板之间能有效地传递荷载，防止形成错台，应在胀缝处板厚中央设置为保证混凝土板之间能有效地传递荷载，防止形成错台，应在胀缝处板厚中央设置可滑动的传力杆。传力杆一般应采用光圆钢筋，其尺寸和间距可按下表可滑动的传力杆。传力杆一般应采用光圆钢筋，其尺寸和间距可按下表12-612-6选用。
23、选用。面层厚度（mm）传力杆直径传力杆最小长度传力杆最大间距2202840030024030400300260324503002803545030030038500300缩缝一般采用假缝形式，即只在板的上部设缝隙，当板收缩时将缩缝一般采用假缝形式，即只在板的上部设缝隙，当板收缩时将沿此最簿弱断面有规则地自行断裂。横向缩缝可等间距或变间距布置。沿此最簿弱断面有规则地自行断裂。横向缩缝可等间距或变间距布置。横向缩缝顶部应锯切槽口，宽横向缩缝顶部应锯切槽口，宽38mm38mm，深度约为板厚的，深度约为板厚的1/51/41/51/4，一般为，一般为56cm56cm，槽内填塞填缝料，以防地面水下渗及石砂
24、，槽内填塞填缝料，以防地面水下渗及石砂杂物进入缝内。高速公路的横向缩缝槽口宜加深杂物进入缝内。高速公路的横向缩缝槽口宜加深20mm20mm、宽、宽610mm610mm的浅槽口，其构造如图的浅槽口，其构造如图12-512-5所示。所示。2.缩缝图12-5浅槽口构造(尺寸单位:mm)由于缩缝缝隙下面板断裂面凹凸不平，能起一定的由于缩缝缝隙下面板断裂面凹凸不平，能起一定的传荷作用，一般不必设置传力杆，但对特重和重交传荷作用，一般不必设置传力杆，但对特重和重交通道路、收费广场、地质水文条件不良路段以及邻通道路、收费广场、地质水文条件不良路段以及邻近胀近胀 缝或自由端部的缝或自由端部的3 3条缩缝，应在
25、板厚中条缩缝，应在板厚中央设置传力杆，央设置传力杆，横向缩缝构造横向缩缝构造(尺寸单位尺寸单位:mm):mm)a)a)设传力杆假缝型设传力杆假缝型;b);b)不设传力杆假缝型不设传力杆假缝型每日施工结束或因临时原因中断施工时，必须设置横向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，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，其构造如下图施工缝，应采用加传力杆的平缝形式，其构造如下图a a所示；所示；设在胀缝处的施工缝，其构造与胀缝相同。遇有困难需设在设在胀缝处的施工缝，其构造与胀缝相同。遇有困难需
26、设在缩缝之间时，施工缝采用设拉杆的企口缝形式，其构造如下缩缝之间时，施工缝采用设拉杆的企口缝形式，其构造如下图图b b所示。所示。3.施工缝横向施工缝构造横向施工缝构造(尺寸单位尺寸单位:mm):mm)a)a)设传力杆平缝型设传力杆平缝型;b);b)设拉杆企口缝型设拉杆企口缝型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，可参照教材表12-7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。连续配筋混凝土面层的纵缝拉杆可由板内横向钢筋延伸穿过接缝代替。二、纵缝构造设计纵向接缝的布设应
27、视路面宽度和施工铺筑宽度而定：纵向接缝的布设应视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。构造一次铺筑宽度小于路面宽度时，应设置纵向施工缝。构造如下图如下图a a所示。所示。一次铺筑宽度大于一次铺筑宽度大于4.5m4.5m时，应设置纵向缩缝。其构造如时，应设置纵向缩缝。其构造如下图下图b b所示。所示。纵缝构造纵缝构造(尺寸单位尺寸单位:mm):mm)a)a)纵向施工缝纵向施工缝;b);b)纵向缩缝纵向缩缝三、接缝的设置混凝土路面板的纵缝与横缝一般做成垂直正交，以改善其受力状况。纵向接缝的间距按路面宽度在3.04.5m范围内确定。碾压混凝土、钢纤维混凝土面层在全
28、幅摊铺时，可不设纵向缩缝。横向接缝的间距按面层类型和厚度选定在桥涵两端以及小半径平、竖曲线处应设置胀缝。四、交叉口接缝布设布设交叉口的接缝时，先分清相交道路的主次。而后布设交叉口的接缝时，先分清相交道路的主次。而后考虑次要道路的接缝布设如何与主要道路相协调。考虑次要道路的接缝布设如何与主要道路相协调。两条道路正交时，各条道路直道部分均保持本身纵缝两条道路正交时，各条道路直道部分均保持本身纵缝的连贯。的连贯。两条道路斜交时，主要道路的直道部分保持纵缝的连两条道路斜交时，主要道路的直道部分保持纵缝的连贯，而相交路段内的横缝位置应按次要道路的纵缝间贯，而相交路段内的横缝位置应按次要道路的纵缝间距作相
29、应变动，保证与次要道路的纵缝相连接。距作相应变动，保证与次要道路的纵缝相连接。在次要道路弯道加宽段起终点断面处的横向接缝，应在次要道路弯道加宽段起终点断面处的横向接缝，应采用胀缝形式。采用胀缝形式。五、特殊部位混凝土路面的处理五、特殊部位混凝土路面的处理n n水泥混凝土路面与沥青路面相接时，其间应设置至少水泥混凝土路面与沥青路面相接时，其间应设置至少3m3m长的过渡段。过渡段长的过渡段。过渡段的路面采用两种路面呈阶梯状叠合布置，其下面铺设的变厚度混凝土过渡板的路面采用两种路面呈阶梯状叠合布置，其下面铺设的变厚度混凝土过渡板的厚度不得小于的厚度不得小于200 mm200 mm。如下图。如下图12
30、-912-9所示。所示。n n图图12-912-9混凝土路面与沥青路面相接段的构造布置混凝土路面与沥青路面相接段的构造布置(尺寸单位尺寸单位:mm):mm)六、接缝材料及技术要求接缝材料按使用性能分接缝板和填缝料两类。接接缝材料按使用性能分接缝板和填缝料两类。接缝板要求能适应混凝土面板的膨胀与收缩，且施缝板要求能适应混凝土面板的膨胀与收缩，且施工时不变形、耐久性良好。填缝料要求能与混凝工时不变形、耐久性良好。填缝料要求能与混凝土面板缝壁粘结力强，且材料的回弹性好。土面板缝壁粘结力强，且材料的回弹性好。接缝板可采用杉木板、纤维板、泡沫树脂板等。接缝板可采用杉木板、纤维板、泡沫树脂板等。填缝料按施
31、工温度分加热施工式和常温施工式两填缝料按施工温度分加热施工式和常温施工式两类。类。第五节第五节 混凝土路面板配筋设计混凝土路面板配筋设计 当混凝土面层板纵、横向自由边缘下基础薄弱，有可能产生较大的塑性当混凝土面层板纵、横向自由边缘下基础薄弱，有可能产生较大的塑性变形或接缝为未设传力杆的平缝时，可在面层边缘和角隅（荷载应力较变形或接缝为未设传力杆的平缝时，可在面层边缘和角隅（荷载应力较大）初配置补强钢筋。通常选用大）初配置补强钢筋。通常选用2 2根直径为根直径为1216 mm1216 mm的螺纹钢筋，置的螺纹钢筋，置于面层底面之上于面层底面之上1/41/4厚度处并不小于厚度处并不小于50mm50
32、mm，间距为，间距为100 mm100 mm，钢筋两，钢筋两端向上弯起，如图端向上弯起，如图12-1012-10所示。所示。一、普通混凝土板的补强钢筋图1210边缘钢筋布置(尺寸单位:mm)承受特重交通的胀缝、施工缝和自由边的面层角隅及锐角面承受特重交通的胀缝、施工缝和自由边的面层角隅及锐角面层角隅，宜配置角隅钢筋。通常选用层角隅，宜配置角隅钢筋。通常选用2 2根直径为根直径为1216mm1216mm的的螺纹钢筋并弯成发针形，置于面层上部，距顶面不小于螺纹钢筋并弯成发针形，置于面层上部，距顶面不小于50mm50mm，距边缘为，距边缘为100mm100mm，如图，如图12-1112-11所示。所
33、示。图1211角隅钢筋布置(尺寸单位:mm)二、钢筋混凝土面层配筋设计二、钢筋混凝土面层配筋设计 钢筋混凝土面层配筋数量是为平衡混凝土面层收缩受限钢筋混凝土面层配筋数量是为平衡混凝土面层收缩受限制时产生的拉力。当混凝土面层收缩时其中央两侧向内的摩制时产生的拉力。当混凝土面层收缩时其中央两侧向内的摩阻力为一半面层混凝土的质量乘以其与基层的摩阻系数，这阻力为一半面层混凝土的质量乘以其与基层的摩阻系数，这一摩阻力即为作用于混凝土面层中央的拉力，并假定沿面层一摩阻力即为作用于混凝土面层中央的拉力，并假定沿面层断面平均作用而由钢筋承受。断面平均作用而由钢筋承受。纵向和横向钢筋宜采用相同或相近的直径，其直
34、径差不纵向和横向钢筋宜采用相同或相近的直径，其直径差不应大于应大于4mm4mm。钢筋的最小直径和最大间距，应符合下表。钢筋的最小直径和最大间距，应符合下表12-812-8的的规定。钢筋的最小间距为集料最大粒径的规定。钢筋的最小间距为集料最大粒径的2 2倍。倍。表表128 128 钢筋最小直径和最大间距（钢筋最小直径和最大间距（mmmm）钢筋类型最小直径纵向最大间距横向最大间距光面钢筋8150300螺纹钢筋12350750三、连续配筋混凝土面层配筋设计 确定纵向钢筋用量的控制因素是裂缝的间距（确定纵向钢筋用量的控制因素是裂缝的间距（1.02.5m1.02.5m）、）、缝隙的宽度（缝隙的宽度（1m
35、1m）。通常是根据试验路上的经验数据来确定。）。通常是根据试验路上的经验数据来确定。横向钢筋的主要目的是保持纵向钢筋的间距。其配筋原则和横向钢筋的主要目的是保持纵向钢筋的间距。其配筋原则和要求与钢筋混凝土面层的配筋相同。要求与钢筋混凝土面层的配筋相同。混凝土面层内的钢筋并不是按承受荷载应力进行设计的。因混凝土面层内的钢筋并不是按承受荷载应力进行设计的。因此，连续配筋混凝土面层的厚度可仍采用普通混凝土面层的计算此，连续配筋混凝土面层的厚度可仍采用普通混凝土面层的计算方法确定。方法确定。连续配筋混凝土路面是沿路面板纵向配置连续的钢筋网的混连续配筋混凝土路面是沿路面板纵向配置连续的钢筋网的混凝土路面
36、，除与其他路面交接处、邻近构造物处设置胀缝以及因凝土路面，除与其他路面交接处、邻近构造物处设置胀缝以及因施工需要设置施工缝外，不再设置任何横向接缝。施工缝采用贯施工需要设置施工缝外，不再设置任何横向接缝。施工缝采用贯通纵向钢筋的平缝形式。通纵向钢筋的平缝形式。第六节 面层板厚度和平面尺寸的设计 水泥混凝土面层板的厚度和平面尺寸，主要取决于水泥混凝土面层板的厚度和平面尺寸，主要取决于预定预定使用年限内标准轴载的累计作用次数及其所产生荷载应力的使用年限内标准轴载的累计作用次数及其所产生荷载应力的疲劳损耗、由于板中温度梯度引起翘曲应力的疲劳损耗和混疲劳损耗、由于板中温度梯度引起翘曲应力的疲劳损耗和混
37、凝土疲劳强度之间的关系凝土疲劳强度之间的关系。目前，我国的路面设计规范采用目前，我国的路面设计规范采用弹性半无限地基板理论弹性半无限地基板理论和有限元法和有限元法计算板内弯拉应力，以规定的安全等级和目标可计算板内弯拉应力，以规定的安全等级和目标可靠度，承受预期的交通荷载作用，并同所处的自然环境相适靠度，承受预期的交通荷载作用，并同所处的自然环境相适应，满足预定的使用性能要求为依据，以行车荷载和温度梯应，满足预定的使用性能要求为依据，以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态，并按照等度综合作用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态，并按照等效原则换算为标准轴载的累计次数来考虑荷载的
38、重复作用影效原则换算为标准轴载的累计次数来考虑荷载的重复作用影响。响。一、设计依据与设计参数一、设计依据与设计参数1.1.设计依据设计依据水泥混凝土路面结构的设计安全等级及相应的设计基准水泥混凝土路面结构的设计安全等级及相应的设计基准期、目标可靠指标和目标可靠度，应符合下表的规定。各安期、目标可靠指标和目标可靠度，应符合下表的规定。各安全等级路面的材料性能和结构尺寸参数的变异水平等级，宜全等级路面的材料性能和结构尺寸参数的变异水平等级，宜按下表的建议选用。按下表的建议选用。可靠度设计标准道路技术等级高速公路及城市快速路一级公路及城市主干路二级公路及城市次干路三、四级公路及城市支路安全等级一级二
39、级三级四级设计基准期(a)30302020目标可靠度(%)95908580目标可靠指标1.461.281.040.84变异水平等级低低高中中高 材料性能和结构尺寸参数的变异水平分为低、材料性能和结构尺寸参数的变异水平分为低、中和高三级。各变异水平等级主要设计参数的变异中和高三级。各变异水平等级主要设计参数的变异系数变化范围，应符合下表的规定系数变化范围，应符合下表的规定：变异系数Cv的变化范围表变异水平等级低中高水泥混凝土弯拉强度、弯拉弹性模量Cv0.100.10Cv0.150.15Cv0.20基层顶面当量回弹模量Cv0.250.25Cv0.350.35Cv0.55水泥混凝土面层厚度Cv0.0
40、40.04Cv0.060.06Cv0.08 水泥混凝土路面结构设计以水泥混凝土路面结构设计以行车荷载和温度梯度综合作行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态，其设计表达式如下。作为设计的极限状态，其设计表达式如下。（12-212-2）式中：式中：f fr r水泥混凝土弯拉强度，水泥混凝土弯拉强度，MPaMPa；r r可靠度系数，依据所选目标可靠度及可靠度系数，依据所选目标可靠度及 变异水平等级按表变异水平等级按表12-1112-11确定；确定；prpr行车荷载疲劳应力（行车荷载疲劳应力（MPaMPa），计算方），计算方 法见式（法见式（12-1812-18）；
41、）；trtr温度梯度疲劳应力（温度梯度疲劳应力（MPaMPa），计算方），计算方 法见式（法见式（12-2112-21）；）；n n可靠度系数表可靠度系数表变异水平等级目标可靠度(%)95908580低1.201.331.091.161.041.08-中1.331.501.161.231.081.131.041.07高-1.231.331.131.181.071.11 标准轴载与轴载换算标准轴载与轴载换算 水泥混凝土路面结构设计以水泥混凝土路面结构设计以汽车轴重为汽车轴重为100kN100kN的单轴双轮组荷载的单轴双轮组荷载作为作为标准轴载。对于各种不同汽车轴载的作用次数，可按等效疲劳损坏原则
42、换标准轴载。对于各种不同汽车轴载的作用次数，可按等效疲劳损坏原则换算成标准轴载的作用次数，并根据标准轴的作用次数判断道路的交通繁重算成标准轴载的作用次数，并根据标准轴的作用次数判断道路的交通繁重程度。程度。2.2.设计参数设计参数水泥混凝土路面的轴载换算公式是在混凝土疲劳方程的基础上建立的。公式如下：（123）（124）2交通分级及标准轴载累计作用次数计算 水泥混凝土路面承受的交通，按设计基准期内设计车道所承受的标水泥混凝土路面承受的交通，按设计基准期内设计车道所承受的标准轴载累计作用次数准轴载累计作用次数NeNe划分为四个等级，即划分为四个等级，即特重交通、重交通、中等交特重交通、重交通、中
43、等交通、轻交通通、轻交通。具体分级如下表所示。水泥混凝土路面的设计基准期为路。具体分级如下表所示。水泥混凝土路面的设计基准期为路面达到预定的极限状态时所能使用的年限。面达到预定的极限状态时所能使用的年限。交通分级交通等级特重重中等轻设计车道标准轴载累计作用次数Ne(104)2000100200031003 设计基准期内标准轴载的累计作用次数与第一年的交通量、交设计基准期内标准轴载的累计作用次数与第一年的交通量、交通轴载组成和交通量的预测增长情况等因素有关。可按下式计算通轴载组成和交通量的预测增长情况等因素有关。可按下式计算确定。确定。（127）式中：Ns使用初期设计车道的日标准轴载作用次数；由
44、调查确定的交通量年平均增长率，%；t设计使用年限；车轮轮迹横向分布系数，它为路面横断面上某一宽 度范围内实际受到的轴载作用次数占通过该车道断 面的总轴数的比例。车轮轮迹横向分布系数车轮轮迹横向分布系数 公 路 等 级纵缝边缘处高速、一级公路0.170.22二级、三级、四级公路行车道宽7m0.340.39行车道宽7m0.540.623 3基层顶面的当量回弹模量基层顶面的当量回弹模量 新建公路的基层顶面模量值：在设计新建道路时，基层顶面的当量回弹模量Et，可按式（128）计算确定。（128）3基层顶面的当量回弹模量n n（1）新建公路的基层顶面模量值：n n在设计新建道路时，基层顶面的当量回弹模量
45、Et，可按式（128）及其教材中的式（129）（1213），并参考表（1214）与表（1215）计算确定。n n n n n n （128）（2）原有沥青路面的顶面当量回弹模量值：n n在原有沥青路面上加铺水泥混凝土路面时，应通过承载试验或弯沉测定法确定原有路面顶面的当量回弹模量Et；如用汽车实测路段的回弹弯沉值，可按统计计算的方法确定计算回弹弯沉值后，按下式转换成基层顶面的当量回弹模量Et：4.水泥混凝土的设计强度与弯拉弹性模量 水泥混凝土路面以28d龄期的弯拉强度作为设计控制指标，当混凝土浇筑后90d内不开放交通时，可采用90d龄期的弯拉强度。各交通等级要求的混凝土弯拉强度标准值不得低于下
46、表的规定。混凝土的混凝土的设计设计弯拉弯拉强强度表度表交 通 等 级特重、重中 等轻普通水泥混凝土弯拉强度标准值fr（MPa）5.04.54.0钢纤维混凝土弯拉强度标准值fr（MPa）6.05.54.0二、荷载疲劳应力二、荷载疲劳应力n n轴载在混凝土面层内产生的应力，采用轴载在混凝土面层内产生的应力，采用半无限大地基上弹半无限大地基上弹性小挠度薄板的力学模型和有限元法性小挠度薄板的力学模型和有限元法进行分析计算。对轴进行分析计算。对轴载作用于四边自由的矩形板纵向边缘中部所产生的荷载应载作用于四边自由的矩形板纵向边缘中部所产生的荷载应力，计算公式为：力，计算公式为：式中：P标准轴载，kN；h混
47、凝土板厚度，m；混凝土板的相对刚度半径，m；A，m，n与轴型有关的回归系数，见教材表表12-1812-18以标准轴载Ps=100kN和教材表1218中单轴双轮组的系数值代入式（1215），可得到标准轴载作用下的荷载应力公式：为了简化计算工作，通常选取使面层内产生最大应力或最大疲劳损伤的一个荷载位置作为计算时的临界荷位。在公路水泥混凝土路面设计规范中，是以混凝土板的纵缝边缘中部作为产生最大荷载和温度梯度综合疲劳损坏的临界荷位。荷载疲劳应力为一当量应力，它使混凝土面层产生的疲劳损耗，相当于标准轴载在临界位置上所产生的应力在设计使用期内引起的累计疲劳损耗。可以用计算式（1218）表示为：式中：式中：
48、prpr标准轴标准轴PsPs在临界荷位处产生的荷载在临界荷位处产生的荷载 疲劳应力（疲劳应力（MPaMPa）；）；psps标准轴标准轴PsPs在四边自由板的临界荷位处产生的在四边自由板的临界荷位处产生的 荷载应力（荷载应力（MPaMPa），按式（），按式（12161216）计算定；）计算定；krkr 考虑接缝传荷能力的应力折减系数，即应力传考虑接缝传荷能力的应力折减系数，即应力传 荷系数；纵缝为设拉杆的平缝时荷系数；纵缝为设拉杆的平缝时krkr=0.870.92=0.870.92 （刚性和半刚性基层取低值，柔性基层取值）；（刚性和半刚性基层取低值，柔性基层取值）；纵缝为不设拉杆的平缝或自由边时
49、，纵缝为不设拉杆的平缝或自由边时，krkr=1.0=1.0；纵缝为设拉杆的企口缝时，纵缝为设拉杆的企口缝时，krkr=0.760.84=0.760.84；n nkfkf考虑设计基准期内荷载应力累计作用次数的疲劳应考虑设计基准期内荷载应力累计作用次数的疲劳应力系数，可按下式计算力系数，可按下式计算 n n式中：式中：NeNe设计基准期内标准轴载累计作用次数；设计基准期内标准轴载累计作用次数；与混合料性质有关的指数，普通混凝土、钢筋混与混合料性质有关的指数，普通混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土凝土、连续配筋混凝土 =0.057=0.057；碾压混凝土和贫混凝；碾压混凝土和贫混凝土土 =0.065
50、=0.065；刚纤维混凝土，按下式计算确定。；刚纤维混凝土，按下式计算确定。kckc考虑超载和动荷载等因素对路面疲劳损坏综考虑超载和动荷载等因素对路面疲劳损坏综合影响的系数，随公路等级而异，见下表合影响的系数，随公路等级而异，见下表。道路等级道路等级 高速公路高速公路 一级公路一级公路 二级公路二级公路 三、四级公路三、四级公路 kckc 1.30 1.30 1.251.251.201.201.101.10三、温度疲劳应力三、温度疲劳应力n n温度疲劳应力温度疲劳应力 trtr是一个与不同温度梯度反复作用引是一个与不同温度梯度反复作用引起的累积疲劳损耗等效的应力。经计算分析，在临起的累积疲劳损