水泥混凝土路面设计.doc

水泥混凝土路面一、 确定公路等级初定公路等级为一级公路。由规范可知，一级公路以小客车的远景设计年限平均昼夜交通量。查公路工程技术标准TG-B01-2003知。中型汽车换算成小客车的换算系数为2.0，拖挂车换算成小客车的换算系数为3.0。故本路建成初期每昼夜双向混合交通量换算成小客车交通量为：（200+150+200+150+200+200+100）2+1003+150=2600一级公路的设计年限为20年。预计年平均交通量增长率为10%，故远景设计年限年平均昼夜交通量为：2600=2600=17491查公路工程技术标准JTGB01-2003四车道一级公路应能适应各种汽车折合成小客车的年平均日交通量1500030000辆，17491辆在这个范围内满足要求，所以采用四车道的一级公路。二、 道路横段面设计1、 断面设计 从公路工程设计标准JTG012003公路路基横断面图中选用道路横断面图（如图1）：路基总宽度为24.5m，其中行车道宽23.752=15.00m，硬路肩宽22.5=5.0m，土路肩宽20.75=1.5m，中央分隔带宽2.00m，左侧路缘带宽20. 5=1.0，硬路肩内包含0.5m的右侧路缘带。行车速度为80km/h。 本路从桩号k0+000至桩号k5+000为填方段，横断面形式为路堤（如图2），从桩号k5+000至k10+000为挖方段，横断面形式为路堑（如图3），过渡段横断面形式为半填半挖（如图4）。 2排水设计高速公路的排水设计一般分为路基排水和路面排水。其中路基排水设计由地面排水设计（边沟、截水沟、排水沟、跌水、急流槽、到虹吸和渡水槽等）和地下排水设计（盲沟、渗沟、和渗井等）组成。路面结构排水设计由路面表面排水、中央分隔带排水、路面结构内部排水和桥面铺装体系排水组成。路面横坡采用2%路拱坡度，硬路肩与行车道的横坡相同，土路肩采用3%的横坡。a) 边沟设计挖方路基以及填土高度低于路基设计要求的临界高度的路堤，在路肩外缘均应设置边沟，用来排除路基用地范围内的地面水，包括路面、路肩和边坡的流水。采用土质梯形边沟（如图5）。(1)H=0.5 (2) H=0.5b=0.4 b=0.4 图 5 b) 截水沟设计设置在挖方路基边坡坡顶以外，或山坡路堤的上方的适当位置，用以拦截路基上方流向路基的地面水，减轻边沟的水流负担，保护挖方边坡和填方坡脚不受流水冲刷和损害。截水沟的横断面形式，一般为梯形，沟的边坡坡度，因岩土条件而定，一般采用1：11：1.5。沟底宽度和深度不小于0.5m（如图6、如图7）。 图 6、图 7c) 跌水与急流槽在陡坡地段设置跌水结构物，须用浆砌石块或水泥混凝土砌筑，埋设牢固，可在段距离内降低水流流速、消减水流能量，避免出水口下游的桥涵结构物、自然水道或农田受到冲刷。跌水成台阶式，有单级跌水和多级跌水（如图8）。图 8用于坡度较陡的水流不离开沟底的一种排水构造物，即急流槽，多用于路堤和路堑或边坡平台上从坡顶向下竖向排水流水涵洞或天然水道以及在特殊情况下用于拦截水流流入边沟的场合。d) 倒虹吸与渡水槽当水流需要横跨路基时，可根据流水的需要设置管道和水槽，从路基下部或上空跨过，称为倒虹吸（或渡水槽），多半因配合两侧农田水利而设（如图9）。此种结构为有压管道，一般情况下，管道选用箱形或图形，孔径约0.51.5m，管道两端设竖井，可以竖立或倾斜，要求管道内具有15m/s以上的流速 图9e) 盲沟、渗沟和渗井设在路基边沟下面的暗沟称为盲沟，其目的是拦截或降低地下水。简易盲沟的构造，断面成矩形，亦可成上宽下窄的梯形（边坡陡于1：2）。渗沟也是盲沟的一种特殊形式，按其结构形式可分为盲沟式、沟式、管式。在多层含水的地基上，如果影响路基的地下含水层较薄，且平式渗沟排水不易布置时，可考虑设置立式渗水井，向地下穿过不透水层，将上层含水引入下层渗水层，以利地下水扩散排除。f) 路表排水路面表面排水的主要任务是迅速把降落在路面和路肩表面的降水排走，以免造成路面积水而影响行车安全。为了有利于表面排水，在道路所有横断面上都设置横坡。g) 中央分隔带排水中央分隔带按其缘石形式可分为凸形和凹形，按其表面形式可分为铺面封闭型和无铺面封闭型。针对不同的中央分隔带形式，其排水系统也有不同的特点，分为一般路段中央分隔带和超高路段中央分隔带（其又采取凸形和凹形这两种方式）。h) 路面结构排水路面边缘排水系统是将渗入路面结构内的自由水，先沿路面结构层的层间空隙或某一透水层次横向流入透水材料组成的纵向集水沟，并汇流入沟中的带孔集水管内，再由间隔一定距离布设的横向出水管排引出路基。这种方案常用于基层透水性小的路面，目前高等级公路建设中通常采用的半刚性基层均为透水性小的基层。三、 排水明沟计算以知设计流量1.1/s。沟渠纵坡i=0.005，土为粘性土和沙性土；设边坡坡率m=1.5沟渠粗糙系数n=0.025（养护中等的土渠），用水力最佳断面法术沟渠的端面尺寸并演算水流速度。1） 按式（5.37）计算最佳端面面积系数为K=2=2=3.6=0.345Y=1.5=1.5=0.21最佳断面面积为 =0.892） 按下式计算水流深度 h=0.65m3） 按下式计算沟度宽度 b= -mh=0.89/0.65m-1.50.65m=0.40m4） 按式（5.38）计算水力半径，即 R=h/2=0.65m/2=0.33m5） 按式（5.35）计算流速v=c=30.6=1.24 m/s6） 按式（5.31）计算通过流量，即 Q=0.891.24m/s=1.09/s7） 验算 由于通过流量Q与设计流量相差5%，水流速度在容许范围内，无须加固（无须变动粗糙系数n），故上述计算结果满足规定要求不需要重算。因此该沟渠的尺寸可定为b=0.4，H=h+0.15=0.81m四、 路面结构层组合设计1 、轴载换算解放CA10B东风EQ140:黄河JN150: 长征XD980: =0.23黄河JN253:解放CA50:黄河QD351太脱拉138 合计:Ns=237.25100属于重交通设计年限为30年,已知平均交通量的年平均交通增长率为11%,取轮迹横向分布系数为0.20,计算得到设计年限内标准轴载累计作用次数:2、初拟路面结构:潮湿路段,路基模量: 干燥路段,路基模量: 初拟水泥混凝土面层厚度为24cm,基层采用水泥稳定砂砾，厚度为18cm，垫层厚度潮湿路段厚度为18cm，干燥状态为15cm,板尺寸为宽3.75m，长5.0m；纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆假缝。1） 路面料参数的确定： ， ；， ： 潮湿路段 普通混凝土面层的相对刚度半径r,已知干燥路段2） 荷载疲劳效应 潮湿路段标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为因接缝处为设杆拉缝，接缝传荷能力的应力折减系数考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳系数根据公路等级，考虑偏载和动载等因素对路面的疲劳破坏影响的综合系数 荷载疲劳应力 干燥路段，3） 温度疲劳应力此路段位于2区，温度最大梯度取/m，板长5.0m。潮湿路段l/r=5/0.824=6.07,h=0.24,查表得：最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力温度疲劳应力系数 查得高速公路的安全等级为一级，变异水平等级为低级，相应与目标可靠度为90%，据此查得可靠度系数：干燥路段：l/r=5/0.763=6.55,h=0.24,查表得：温度疲劳应力系数 因而，所选混凝土层厚度为25cm可以承受设计基准期内荷载应力和温度疲劳应力的综合疲劳作用。五、接缝构造水泥混凝土路面应分割成许多块，接缝分为横缝和纵缝；填缝材料见后第八点施工技术要求。七、各结构层材料组成设计普通水泥混凝土的配合设计一级公路路面工程用混凝土，其设计弯拉强度标准值根据其交通等级选用525号水泥样本是标准差s =0.4MPa(n=9),坍落度SL=20mm实测水泥28d抗折强度为8.2MPa，水泥密度中砂：表观密度 细度模数为2.6碎石：540mm ,表观密度(1) 计算配置弯拉强度（）查表，当砼样本数为9时，保证率系数t=0.46取 s=0.4MPa（2）确定水灰比（w/c） 粗集料为碎石根据耐久性校核，w/c=0.44取小值，得w/c=0.41灰水比c/w=2.44（3） 确定砂率（）由砂的细度模数2.6，碎石，取砂率=34%（4） 确定单位用水量由SL=20mm，水灰比w/c=0.41,砂率=34%计算单位用水量 =104.97+0.30920+11.272.44+0.6134=159kg/(5)单位水泥用量（6）计算粗集料用量（）和细集料用量（）解得砂用量 =642kg/ 碎石用量=1247kg/路面混凝土的初步配合比为：=388：159：642：1247八、各结构层的施工技术要求及质量控制标准1、面层板施工分人工摊铺法和机械摊铺法。人工摊铺法施工程序为：安装模板安设传力杆混凝土的拌和与运输混凝的摊铺与振捣接缝筑做修整表面混凝土的养生与填缝。安装模板时尽量采用刚模板，机械摊铺时必须采用刚模板。模板底与基层间局部出现的间隙可用水泥砂浆填塞，以防漏浆。胀缝传力杆的做法是一般在嵌缝上预留圆孔以便传力杆穿过，嵌缝板上设木制或铁制压缝板条，其旁再设一块胀缝模板。在工地制备混合料时，应准确掌握配合比，严格控制用水量，根据天气变化和测得的砂，时的含水量，调整拌制时的实际用水量。搅拌机装料顺序为砂、水泥、碎石，边拌和边加水。拌制时间取决于拌和机的性能和拌和物的和易性，一般为1.5-3.0分钟，可参照施工技术规范确定。混凝土运送时间不宜过长，当运距较远时，采用搅拌运输车运送。混凝土从搅拌机出料至浇筑完毕的允许时间，根据水泥初凝时间和气温确定，夏季不宜超过30-40分钟，冬季不宜超过60-90分钟。高温天气运送时要覆盖，以防水份蒸发。到达运送地点后，如不离析可直接摊铺均匀，如离析经重新拌均匀后再摊铺。其虚高度可高出设计高度约10%。横向缩缝施工采用锯缝法，当混凝土的强度达到设计强度的25%-30 时，用锯缝机切割，不宜过早也不宜过晚。为防止断板要严格控制锯缝时间，宁早不晚，宁深不浅。平缝纵缝施工是在已浇筑混凝土板的缝壁上涂刷沥青，然后在浇筑混凝土板。为保证行车安全、高速，混凝土表面应粗糙，须在抹平后其表面沿垂直路中心方向进行拉毛或压槽，深为1-2mm，其间距要均匀，大小以达到表面粗糙色泽一致为宜。混凝土需湿治养生以防止混凝土板水分蒸发过快而产生缩裂，保证其水化过程的顺利进行。养生在抹面2h后其有相当硬度时开始。一般采用湿麻袋或草袋，或在其上覆盖2-3cm厚的湿砂，每天均匀洒水几次的方法。理想的填缝料应是能长期保持弹性、韧性，热天不会软化挤出，冬天不脆裂，与缝壁粘牢，能适应混凝土板收缩，不溶水，防止水进入缝内的耐久性材料。机械摊铺法有滑模式摊铺机和轨道式摊铺机铺筑混凝土路面。滑模式摊铺机施工要点：1）把握住摊铺面板位置和高程；2）注意解决适合应用滑模式摊铺机施工的水泥混凝土配合比。轨道式摊铺机施工要点：1）严格控制基层强度、平整度和高程；2）轨道模板必须安装牢固，校对高程，在摊铺行使过程中不能出现错位现象；3）摊铺器前用料高度以510cm为宜；4）根据不同的摊铺机的使用性能，进行相适应的配合比设计。2、基层的施工技术要求： 1）滑模摊铺面层的基层宽度应比砼板每侧至少宽650mm与路基同宽。小型机具摊铺机与三锟轴机组摊铺时，每侧至少宽出500mm;2)半刚性基层应具有足够的强度和耐冲刷性，适宜的刚度和防渗性。粒料基层应具有良好的稳固性和透水性，透水基层应具有设计规定的强度、稳固性和渗透系数。3）表面应密实、稳定和均质，并及时进行全面覆盖（洒水）养生及破损防护，基层有破损与施工缺陷必须进行修复，基层质量必须通过验收方可铺筑路面。4）基层厚度应满足设计要求，并保持均匀一致，（上）基层纵横、坡一般应与路面一致，但横坡可略大0.15%0.20%，并且不得小于路面横坡。当基层采用增大横 坡形式时，面板拱中或横坡最高边缘应为实际板厚，最低边缘（行车道外侧）为加厚面板形式，高程应符合要求。5）面层开始摊铺前，应至少提供足够的面层施工机械连续施工10d以上的合格基层。3、垫层的施工技术要求：垫层的宽度应与路基同宽，其最小厚度为15cm一般采用的厚度范围15cm30cm.4、接缝板的技术要求：项目接缝板种类木材类塑料泡沫类纤维类压缩应力Mpa5.020.2 0.20.62.010.0复原率%5590 6.5挤出量mm 5.55.04.0弯曲荷载N100400050540注：其中复原率吸水后不小于不吸水的90%。5、加热施工式填缝料的技术要求： 项目低弹性型高弹性型针入度（mm）59弹性（%）3060流动度（mm）52拉伸量（mm）515 注：低弹性填料适用于公路等级较低的混凝土路面的接缝和公路等级较高的混凝土路面的缩缝；高弹性填料适用于公路等级较高的混凝土路面的胀缝和高速公路混凝土路面的接缝。6、常温施工式填缝料的技术要求： 项目技术要求灌入稠度（s）20失粘时间（h）624弹性（%）75滚动度（mm）0拉伸量（mm）157、水泥混凝土面层：项次项目规定值或允许偏差项次项目规定值或允许偏差1弯拉强度在合格标准之内6中线平面偏位mm202板厚度代表值-57平整度1.5mm极值-10IRI2.5mm3抗滑构造深度mm0.88路面宽度mm+/-204相邻板高差mm29纵段高程mm+/-105纵、横顺直度 mm1