混凝土路基路面设计

1、目 录1.课程设计题目22.课程设计目的23.课程设计主要内容24.结构组合设计34.1 交通分析34.2初拟路面结构34.3路面材料参数确定44.4 荷载疲劳应力64.5温度疲劳应力65.接缝设计75.1 纵向接缝85.2横向接缝86.混凝土面板钢筋设计96.1 边缘补强钢筋96.2 角隅钢筋97施工要求说明108. 材料用量计算108.1 面层118.2 基层118.3 垫层111.课程设计题目 水泥混凝土路面设计2.课程设计目的 通过课程设计，巩固和加深所学的专业知识，熟悉相关的设计规范和施工规范，掌握实际工程结构设计的全过程。使学生将所学的专业基础和专业课知识在课程设计过程中有机的联系

2、在一起，为进行实际的过程设计奠定基础。要求学生课程设计之后对相关的设计规范，施工和试验规范等有比较系统和全面的了解，并能综合解决沥青路面和水泥混凝土路面结构设计中的实际问题，深入理解沥青路面和水泥混凝土路面的设计理论，掌握设计方法。3.课程设计主要内容 水泥混凝土路面设计：公路自然区划区拟建一条一级公路，路基为粘质土，采用普通混凝土路面，路面宽9米。经交通调查得知，设计车道使用初期轴载日作用次数为4500。试设计该路面结构。（1）、结构组合设计（2）、材料组合设计（3）混凝土板厚的确定（4）板的平面尺寸确定（5）接缝设计（6）配筋设计（7）材料用量计算（8）施工要求说明4.结构组合设计4.1

3、交通分析 可靠度设计标准 表4-1公路技术等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路安全等级一级二级三级四级设计基准期30302020目标可靠度（%）95908580目标可靠指标1.641.281.040.84变异水平等级低低中中中高混凝土路面临界荷位车辆轮迹横向分部系数 表4-2公 路 等 级纵 缝 边 缘 处高速公路、一级公路、二级公路0.170.22二级及二级以下公路行车道宽7m0.340.390.540.62行车道宽7m 公路混凝土路面交通分级 表4-3交通等级特重重中等轻设计车道标准轴载累计作用次数2000100200031003由表4-1知，一级公路的设计基准期为30年，安全等级为二

4、级。由表4-2知，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取0.17。取交通量年平均增长率为。则设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为： （次）<（次）由表4-3可得该公路属于重交通等级。 4.2初拟路面结构 水泥混凝土面层厚度的参考范围 表4-4交通等级特重重公路等级高速一级二级高速一级二级变异水平等级低中低中低中低中面层厚度（mm）260250240270240260230250220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）240210230200220200230220由表4-1知，安全等级为一级的道路对应的变异水平等级为中级。根据一级

5、公路、重交通等级和中级变异水平等级，由表4-4知，初拟普通混凝土面层厚度为。基层选用水泥稳定粒料（水泥用量），厚。垫层为低剂量无机结合料。普通混凝土板的平面尺寸长为5m、宽；纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝. 4.3路面材料参数确定混凝土面板在行车荷载和温度变化等因素的作用下，将产生压应力和弯拉应力。混凝土面板所受的压应力与混凝土的抗压强度相比很小，而所受的弯拉应力与抗弯拉强度相比则大得多，可能导致混凝土面板开裂破坏。因此，在设计混凝土面板厚度时，应以弯拉强度为其设计标准。 混凝土的强度随龄期而增长，通常以28日龄期的强度为标准。各级交通要求的混凝土设计弯拉强度不得低于表4-5的规定。当

6、90日内不开放交通时，则可采用90日龄期的强度(为28日强度的1.1倍)。混凝土的强度对路面的使用寿命有重大影响，强度的变化同路面容许的标准铀载作用次数的对数成正比。增加混凝土的强度，可以大大延长路面的使用寿命，取得十分显著的经济效益。因而，应尽可能提高混凝土的强度。结合我国的材料情况和施工工艺水平，公路水泥混凝土路面设计规范(JTJ01294)规定了设计强度的最低值。条件许可时，应尽量采用高值，尤其是对于特重交通的公路。 混凝土弯拉弹性模量的测试工作，很费时而又不易准确，且其数值的变化对荷载应力计算结果的影响不大。因而，在无条件测试时，可直接采用表4-5所列数值 混凝土弯拉强度标准值 表4-

7、5交通等级特重重中等轻水泥混凝土的弯拉强度标准值（）5.05.04.54.0钢纤维混凝土的弯拉强度标准值（）6.06.05.55.0 水泥混凝土弯拉弹性模量经验参考值 表4-6弯拉强度（）1.01.52.02.53.0抗压强度（）5.07.711.014.919.3弯拉弹性模量（）1015182123弯拉强度（）3.54.04.55.05.5抗压强度（）24.219.735.841.848.4弯拉弹性模量（）2527293133 稳定粒料基层和土基弯拉强度和抗压回弹模量 表4-7项目抗弯拉强度（）抗压回弹模量（）水泥稳定粒料1.013001600二灰稳定粒料1.013001600土基3080垫

8、层和基层材料回弹模量经验参考值范围 表4-8材料类型回弹模量（）材料类型回弹模量（）中、粗砂80100石灰粉煤灰稳定粒料13001700天然砂砾150200水泥稳定粒料13001700未筛分碎石180220沥青碎石（粗粒式，）600800极配碎砾石（垫层）200250沥青混凝土（粗粒式，）8001200极配碎砾石（基层）250350沥青混凝土（中粒式，）10001400石灰土200700多孔隙水泥碎石（水泥剂量9.5%11%）13001700石灰粉煤灰土600900多孔隙沥青碎石（，沥青含量2.5%3.5%）600800按表4-5和表4-2，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为，相应弯拉弹性模量

9、标准值为。按表4-7，路基土回弹模量取。按表4-8，低剂量无机结合料垫层回弹模量取，水泥稳定粒料基层回弹模量取则有：基层顶面当量回弹模量计算如下： 普通混凝土面层的相对刚度半径按下式计算为 4.4 荷载疲劳应力综合影响系数考虑了由于超过额定载重和载重在各侧车轮上分配的不均匀性；在行驶过程中因路表不平整和车辆自振所引起的变动，以及路面结构厚度和材料性质的变异等因素对路面疲劳损坏的影响，它实际上是荷载应力安全系数。其数值是参照国内外资料确定的 综合系数 表4-9公路等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路1.301.251.201.10 标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为：因纵缝为设拉杆平缝

10、，按缝传荷能力的应力折减系数。考虑设计基准期内荷载应力疲劳作用的疲劳应力系数。根据公路等级和表4-9，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数为。则荷载疲劳应力为4.5温度疲劳应力混凝土面板顶面和底面的温度之差除以板的厚度，即为板的温度梯度。在晴天，混凝土面板的温度梯度经历了由零经正最大(板顶高于板底)到零，再经负最大(板顶低于板底)后回到零的周期性变化。同时，在一年内是呈现周期性变化的，最大值出现在57月份，最小值出现在12月份。混凝土面板的最大温度梯度计算值Tg，可根据公路所在地的公路自然区划按表4-10选用。 最大温度梯度标准值 表4-10公路自然区划、最大温度梯度（）83889

11、09586929398由表4-10，区最大温度梯度为85（），板长为，则易知当混凝土板厚度为时，。则有最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力为 回归系数、和 表4-11系数公路自然区划0.8280.8550.8410.8710.8370.8340.0410.0410.0580.0710.0380.0521.3231.3551.3231.2871.3821.270温度疲劳应力系数，按下式计算，根据表4-11知，自然区划区中，为则温度疲劳应力为 可靠度系数 表4-12变异水平等级目标可靠度（）95908580低1.201.331.091.161.041.08中1.331.501.161.231.08

12、1.131.041.07高1.231.331.131.181.071.11由表4-1知，一级公路的安全等级为二级，相应于二级安全等级的变异水平等级为中级，目标可靠度为。再据查得的目标可靠度和安全等级，由表4-12知，可靠度系数为。则，因而，所选普通混凝土面层厚度（）可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。5.接缝设计混凝上面层是由一定厚度的混凝土面板组成的，具有热胀冷缩的性质。由于一年四季气温的变化，混凝土板会产生不同程度的膨胀和收缩。而在一昼夜户，白天气温升高，混凝土板顶面温度较底面为高，这种湿度坡差会造成面板的中部突起。夜间气温降低，混凝土板顶面温度较底面为低，会使板的周围和

13、角隅翘起。这些变形会受到面板与基础之间的摩阻力和粘结力，以及板自重和车轮荷载等的约束。致使板内产生过大的应力，造成板的断裂或拱胀破坏。由于翘曲而引起的裂缝，则在在裂缝发生后被分割的两块板体尚不致完全分离，还具有传递荷载的能力，倘若板体温度均匀下降引起收缩，则将使两块板拉开，从而失去传递荷载的能力。为了避免这些缺陷，水泥混凝土路面不得不在纵横两个方向设置许多接缝把整个路面分割成为许多板块。水泥混凝土路面的接缝可分为纵缝和横缝两大类。与路线中线平行的接缝称为纵缝，与路线垂直的接缝称为横缝。接缝设计应能：控制收缩应力和翘曲应力所引起的裂缝出现的位置；通过接缝提供足够的荷载传递；防止坚硬的杂物落入接缝

14、缝隙内。5.1 纵向接缝纵向接缝的布设根据路面宽度和施工铺筑宽度而定。本段路面设计一次铺筑宽度为4m，与单幅路面宽度相等，故采用平缝形式。纵向接缝的拉杆采用螺纹钢筋，设在板厚的中央，并对拉杆中部100mm范围内刷防锈漆作防锈处理。拉杆的直径，长度和间距根据表5-1可选用。 拉杆直径，长度和间距 表5-1面层厚度（mm）到自由边或未设拉杆纵缝的距离（m）3.003.503.754.506.007.5020025014×700×90014×700×90014×700×90014×700×90014×700&#

15、215;90014×700×90026030014×700×90014×700×90014×700×90014×700×90014×700×90014×700×900上部锯切槽口，深度为，宽度为，槽内灌塞填缝料，构造如下图所示： 图5-1 纵缝构造图5.2横向接缝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。且由于本路属于重交通等级，故施工缝采用加传力杆的平缝形式。横向缩缝采用假缝等间距设置。传力杆采用光圆钢筋。其

16、尺寸和间距根据表5-2可选用。 传力杆尺寸和间距（mm） 表8-2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横向接缝的细部构造见下图： 图5-2 横向接缝构造图（a.假缝型：b.假缝加传力杆型）6.混凝土面板钢筋设计 混凝土面板纵横自由边边缘下的基础，当有可能产生较大的塑性变形时，宜在板边缘加设边缘补强钢筋，角隅加设发针形钢筋或钢筋网。6.1 边缘补强钢筋 混凝土面板边缘部分的补强，选用根的螺纹钢筋，布置在板的下部，距板底约为板厚的即65mm，间距为，钢筋两端应向上弯起，如

17、下图所示。6.2 角隅钢筋角隅补强部分的补强，选用根直径为的螺纹钢，布置在板的上部，距板顶，距板边为，如下图所示。 图6-1 混凝土面板钢筋布置7施工要求说明级公路修建水泥混凝土路面，对平整度要求高，由于工程量大，要保证施工进度和工程质量，适宜采用机械化施工。次一级公路路面采用轨道式摊铺机施工。施工要点：（1）施工准备内容：原材料的选用与质量检验，配合比的优化，基层的验收与修整，轨模安装；（2）施工机械的选型配套：摊铺机的选型，配套设备选型；（3）混凝土的拌合、运输和卸料：混凝土拌合要均匀，运输时控制好运输时间，卸料时应将一车料分卸成几小堆，利于布料和减小离析。（4）混合料的摊铺：把倾卸在基层

18、上或摊铺机箱内的混合料，按摊铺松浦厚度均匀的填满模板范围内；（5）混凝土的振捣：混凝土振捣机紧跟在摊铺机后面，对混凝土进行再一次整平和振捣；通过人工辅助振捣和调整用料的措施，使混凝土板全宽的密实度和平整度达到要求；（6）混凝土表面的修整：振捣密实的混凝土必须进一步整平、抹光，以获得平整光洁的表面，混凝土的表面修整采用修面抹光机；（7）混凝土路面的纹理制作：压纹、拉槽的深度一般为，纹宽，间距为，纹理走向与路面前进方向垂直，横向相邻板的纹理互相沟通以利于排水，纹理制作应保证平整度要求；（8）养生和接缝处理：养生采取洒水湿养，用湿草帘或麻袋片等覆盖表面，每天洒水次。养生期不少于。填缝材料为聚氨酯沥青

19、类，采用填缝机填8. 材料用量计算材料用量均按每Km用量计算。8.1 面层混凝土面板直接承受行车荷载和自然因素的作用，并直接体现使用功能的好坏，同时又是混凝土路面的承重结构。混凝土面板应保证表面平整、耐磨、抗滑。应满足以下要求。 （1）混凝土的弯拉强度应满足表4-5的要求。 （2）有足够的表面平整度。混凝土路面的平整度以3m直尺量测为准，3m直尺与路面表面之间的最大间隙，高速公路和级公路不应大于3mm；其他各级公路不应大于5mm；混凝土路面的平整度也可用平整度仪测定。 （3）有足够的抗滑性。混凝土路面的抗滑性以构造深度(TD)为指标。其竣工验收值，对高速公路和一级公路不应低于0.8mm，对其他

20、各级公路不应低于0.6mm，对年降雨量在500mm以下的地区，可适当降低。混凝土面板的横断面一般采用等厚式，其厚度和平面尺寸应符合公路水泥混凝土路面设计规范(JTJ012一94)的有关规定。本段路面混凝土选用C30普通混凝土， 查定额可得 面层材料统计表 表8-132.5级水泥中（粗）砂碎石（4cm）16螺纹钢筋6光圆钢筋用量865.197t1055.61立方1905.03立方4.833t5.409t8.2 基层混凝土面板下设置基层，不仅为混凝土面板提供均匀而稳定的支承，且能防止唧泥、错台、冻胀等病害，从而保证路面的整体性，延长路面的使用寿命。因此，除非土基本身就是有良好级配的砂砾类土，而且是有良好排水条件的轻交通之外，都应设置基层。同时，基层应具有足够的刚度和稳定性，且断面正确，表面平整。理论计算和实践都已证明，采用整体性好，具有较高的弹性模量的材料修筑基层，可以确保混凝土路面良好的使用特性和延长路面的使用寿命。基层材料应根据交通等级，当地条件和经济性等因素选用贫混凝土、沥青混合料、水泥稳定土、石灰稳定工业废渣、级配碎(砾)石、填跟碎石等。由于石灰稳定土的强度较低，在特重和重交通的公路上，或冰冻地区潮湿路段及其他地区的过湿路段上，不