水泥混凝土路面设计计算书

1、水泥混凝土路面设计计算书1 课程设计题目32 课程设计主要内容33 路面厚度计算33.1 交通分析33.2 初拟路面结构53.3 路面材料参数确定73.4 荷载疲劳应力113.5 温度疲劳应力123.6 验算初拟路面结构134 接缝设计144.1 纵向接缝144.2 横向接缝155 混凝土面板钢筋设计165.1 边缘补强钢筋165.2 角隅钢筋166 材料用量计算166.1 面层166.2 基层176.3 垫层187 施工的方案及工艺15泥混凝土路面设计计算书1 课程设计题目水泥混凝土路面设计：此为城市主干道三级公路，路基为粘质土，采用普通混凝土路面，路面宽24m经交通调查得知，设计车道使用初

2、期轴载日作用次数为500。试设计该路面结构。2课程设计主要内容（ 1） 构组合设计；（ 2） ）材料组成设计；（ 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；4路面厚度计算4.1 交通分析根据公路水泥混凝土路面设计规范JTJ01294），不同等级公路的可靠路面结构设计安全等级及相应的设计基准期、度指标和目标可靠度查规范可知：三级公路的设计基准期为30年，安全等级为四级。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7m行车道宽W7m0

3、?340?390?540?62由表4-2知，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取0.35已知交通量设计年限内年增长率：8%NeNs(i gJ -1gr500 (1 。30 i365 0.35=723.59710A4(次)0.08荷载累计作用次数为交通量相轴载大小是路面设计的基本依据随着交通量增大，对路面使用性能和使用寿命的要求相应提高由此，在使用年限内对混凝土强度、面板厚度、基层类型和模量等方面提出了不同的技术要求为了区分各项要求在程度上的差别,按使用初期设计车道每日通过的标准铀载作用次数，将水泥混凝土路面承受的交通划分为特重、重、中等和轻四个等级，标准如下:公路混凝土路面交通分级表4-4交通等

4、级特重重中等轻设计车道标准轴载累计作用次数Ne?。4)>200010020003100V3由表4-4可得该公路属于重交通等级。4.2 初拟路面结构由上表4-1知，安全等级为四级的道路对应的变异水平等级为低级水泥混凝土面层厚度的参考范围表4-5交通等级特重重公路等级高速一级级高速一级级，异水平等级低中低中低中低中面层厚度(mm>260>250>240270240260230250220交通等级中等轻公路等级二级二、四级二、四级二、四级，异水平等级高中高中高中面层厚度(mm240210230200220200<230<220根据三级公路、重交通等级和低级变异水平

5、等级，由表4-5知，初拟普通混凝土面层厚度为220mm各类基层适宜交通等级与适宜厚度的范围层选用低剂量无机结合料稳定土，厚150mm普通混凝土板的表4-6基层类型厚度适宜的范围(mim适宜交通等级贫混凝土或碾压混凝土基层120200特重交文水泥稳定粒料基层150250重父通沥青混凝土基层4060特重交文沥青稳定碎石基层80100重父通石灰粉煤灰稳定粒料、级配粒料基层150200中等或轻交:通多孔隙水泥稳定碎石排水基层100140高速、一级、重交沥青稳定碎石排水基层80100高速、一级、重交如上表4-6,基层可选用水泥稳定粒料类，厚180mm垫平面尺寸宽4.5m、长5.0m;纵缝为设拉杆平缝，横

6、缝为设传力杆的假缝4.3 路面材料参数确定生压应力混凝土面板在行车荷载和温度变化等因素的作用下，将产和弯拉应力。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4-7的规定。当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

7、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。混凝土弯拉强度标准值f表4-7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(MP3钢纤维混凝土的弯拉强度标准值（mp6.06.05.55.0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，直接采用表4-7所列数值，f=5.0MPa。水泥混凝土弯拉弹性模量经验参考值表4-8弯拉强

8、度（MP1.01.52.02.53.0抗压强度（MPa5.07.711.014.919.3弯拉弹性模量（GP$1015182123弯拉强度（MP3.54.04.55.05.5抗压强度（MP®24.219.735.841.848.4弯拉弹性模量（GP®2527293133按表4-8取普通混凝土面层的弯拉弹性模量标准值为Ec二31GPa中湿路基路床顶面回弹模量经验参考值范围表4-9土组公路自然区划口mIVV土质砂26424050395035605060黏质土25453040254530453045粉质土22463254305027433045垫层和基层材料回弹模量经验参考值范围

9、表4-10材料类型回弹模量（MPa）材料类型回弹模量（MPa）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*筛分碎石180220沥青碎石（粗粒式，201C）600800W配碎砾石（垫层）200250沥青混凝土（粗粒式，20A0）8001200W配碎砾石（基层）250350沥青混凝土（中粒式，20乜）10001400石灰土200700多孔隙水泥碎石（水泥剂量130017009.5%?11%石灰粉煤灰土600900多孔隙沥青碎石（209,沥青含量2.5%3.5%）600800按表4-9,路基土回弹模量取Eo=30MPa按表4-10，低剂量无机

10、结合料稳定土垫层回弹模量取E?=600MPa,水泥稳定粒料基层回弹模量取E=1300MPa则有：基层顶面当量回弹模量计算如下时巳h：E13000.1826000.152h2 h;0.182 0.15 21013MPaDx12t 14E1 h E 2 h2.1300 %0.18600 0.15hx =3；12R 3 百 12 2.57 if K310130.312( m ) 0.45=6.22 几 1.5 仆a =6.22 江1 1.51'1300*.45i一 =4.29330-0.55b =1 -1.44!IE。J一 1 1.44/1-0.5510130.792.301 3=4.293

11、 0.312 0.816301013 !=165 MPa3313000.186000.15(0.180.15)12=2.57(MNm)I30J普通混凝土面层的相对刚度半径按下式计算为r二0.537h3E_EA0.5370.22331000165二0.677m4.4 荷载疲劳应力标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为：062062-ps=0.077r.h=0.0770.677.0.22=1.259MPa因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数为Kr=0.870.92，故取Kr=0.87。考虑设计基准期内荷载应力疲劳作用的疲劳应力系数Kf=N;=(9.885106)°057=2.

12、504。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的综合系数。其数值是参照国内外资料确定。表4-11公路等级高速公路一级公路二级公路二、四级公路1.301.251.201.10根据公路等级和表4-11,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心=1.20。则荷载疲劳应力为二pr=KrKfKc二ps=0.872.5041.201.259=3.29MPa4.5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

13、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。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4-12选用。最大温度梯度标准值Tg表4-12公路自然区划口、Vmvn最大温度梯度(P/m)8388909586929398由表4-12,口区最大温度梯度为88(c/m),板长为5mI.r=5.0.677=7.39。则当混凝土板厚度为0.22m时，查下图5-1可得R=0.71:cETgtm图5-1温度应力系数忻310000.2288o.7仁2.13MPa2则有最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力为表4-13回归系数a、b和c系数公路自然区划口mIVVvn

14、a0.8280.8550.8410.8710.8370.834b0.0410.0410.0580.0710.0380.052c1.3231.3551.3231.2871.3821.270温度疲劳应力系数K,按下式计算，根据表4-13知，自然区戈区中）a=0.828,b=0.041,c=1.323，心为frKttm-b5.0X2.130.828X亿13严3“'l0.041<5.0J0.532则温度疲劳应力为GrKGm=0.5322.13=1.13MPa4.6验算初拟路面结构可靠度系数表4-14变异水平目标可靠度（）等级959085801?201?331.091.161?041?08

15、中1.331.501.161.231.081.131.041.07高1.231.331.131.181.071.11由表4-1知，三级公路的安全等级为四级，相应于四级安全等级的变异水平等级为低级，目标可靠度为90%再据查得的目标可靠度和安全等级，由表414知，可靠度系数为r=1.13。则，r（二pr二）=1.13（3.291.13）=4.99MPa乞fr=5.0MPa因而，所选普通混凝土面层厚度（0.22m）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接缝设计为避免混凝土面层因为热胀冷缩而引起的变形计破坏，在纵横两个方向设置许多接缝，且做成垂直正交，把整个路面分割成许多板块。5.1

16、 纵向接缝纵向接缝的布设根原定平面尺寸宽3.75米，长4米，则应在纵向设置施工缝,据路面宽度和施工铺筑宽度而定。本段路面设计按一个车道施工，故采用拉杆平缝形式接缝拉杆采用螺纹钢筋，设置在板厚的中央，并对拉杆中部100mmE围内作防锈处理。拉杆的直径、长度和间距查下表选用14 800 900 。接缝布置如下表5-1所示:面层厚度到自由边或未设拉杆纵缝的距离(m)(mm)3.003.503.754.506.007.5拉杆直径、长度和间距（mm）表5-120025014X700>90014X700>80014>700X70014X700>60014X700>50014X

17、700>40026030016>800>90016>800>80016>800X70016>800>60016>800>0016>800>400注：拉杆直径、长度和间距的数字为直径X长度X间距。缝的上部锯切槽口，深度为60mm宽度为8mm槽内灌塞填缝料5.2 横向接缝每日施工结束或因临时原因中断施工时,必须设置横向施工且由于本路属于重交通横向缩缝采用假缝等60mm宽度为8mm槽内缝，其位置应尽可能选在缩缝或胀缝处。等级，故施工缝采用加传力杆的平缝形式间距设置。缝的上部锯切槽口，深度为灌塞填缝料。传力杆采用光圆钢筋，其尺寸和

18、间距根据表5-2可选用传力杆直径为28mm长度为400mm间距为300mm最外侧传力杆距纵向接缝或自由边的距离为150mm传力杆尺寸和间距（mm）表5-2面层厚度（mm传力杆直径传力杆最小长度传力杆最大间距22028400300240304003002603245030028035450300300385003006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2根16mm勺螺纹钢筋，布置在板的下部，距板底约为板厚的1/4即65mm间距为100mm钢筋两端

19、应向上弯起，钢筋保护层的厚度为50mmo6.2 角隅钢筋角隅补强部分的补强，选用2根直径为14mmi勺螺纹钢，布置在板的上部，距板顶wa,距板边为100mm钢筋保护层的厚度为50mmo7材料用量计算7.1面层面层工程量表主要包括：面板混凝土数量；接缝数量表；接缝钢筋数量角隅等处的钢筋数量，计算结果见表7.1。取长度1000m为计算标准。基层工程数量表表7-1材料普通混凝土面板长度（mm1000宽度（m）20.5厚度（cm）25体积（m3）20.5x1000x0.25=5125混凝土面板数量（m）1000江20.5一4+375=1367接缝数口1里表（个）横缝4幻000子（4+0.008>

20、=998纵缝998*2=499"逢钢，数量（kg）横缝传力杆998x3.75x0.45x3.14x（032）2x7850=354240.32纵缝拉杆4497匚3.14汉（°0!6）2汉二x7850=404820.7边缘补强钢筋0.0162467X3.14X（一八）x4八4X7850=11787.35水泥用量（kg）1000A9107.6687匚-汉1000=9690121000砂和碎石（kg）237.08+131.36x1000A9=3684401000钢筋用量（kg）18853.02+2251.37+11787.35一22891.747.2 基层W/C一般为0.3,水泥用

21、量为220kg/m3。粗集料使用连续级配,集料的最大粒径一般为15mm,细浆料含砂率超过25%利用粉煤灰掺量为30%基层工程数量表涵盖了基层的长度，宽度,厚度等一些基本的数据，为概预算设计作铺垫。基层拟采用小型机具施工，依据规范知基层的宽度应比混凝土面层每侧至少宽出250mm取为0.30m,计算结果见表7.2所示基层工程数量表表7-2材料碾压混凝土基层长度（mm1000宽度（mm10.5+2汉0.30=11.1厚度（m）0.18体积（m3）11.1x1000x0.18=1998水泥用量（kg）1998汉220=439560砂和碎石（kg）025439560江一一=2442001_025_03粉煤灰（kg）439560x0.30/0.45=2930407.3 垫层垫层工程量表的内容和基层差不多，垫层拟采用小型机具施工，垫层的宽度比基层每侧宽出250mm取为0.25m,详细内容见表7.3所示。垫层工程数量表表7-3材料石灰粉煤灰稳定粒料垫层长度（m）1000宽度（m）10.1+2江0.30+27.30=11.6厚度（m）0.15体积（m3）11.6勺000".15=174017946310224338341砂和碎石（kg）粉煤灰（kg）石灰（kg）7.施工的方案及工艺1、基层的准备及放样：将基层上的杂物及浮土清除干净，并