水泥混凝土路面设计_ppt

1、 水泥混凝土路面设计第一节 设计内容与设计参数第二节 混凝土路面结构层组合设计 第三节 普通混凝土路面板厚计算第四节 水泥混凝土路面的构造第五节 其他混凝土路面简介第一节 设计内容与设计参数一、混凝土路面的设计内容 路基与基（垫）层组合设计 混凝土面板的平面尺寸确定和板厚计算 接缝设计 配筋设计 混凝土材料组成设计二、设计参数（一）标准轴载与轴载换算公式1、标准轴载：BZZ-100kN单轴轴载2、轴载换算1）换算依据：等效疲劳损坏原则2）等效：是指同一路面结构在不同轴载作用下达到相同的疲劳程度3）公路水泥砼路面设计规范：以疲劳断裂作为砼路面的损坏标准。4）轴载换算公式：（二）交通分级 分级标准

2、：按使用初期设计车道每日通过的标准轴载作用次数，将水泥混凝土路面承受的交通进行分级。 表8-1 交通等级 交通等级设计车道标准轴载作用次数Ne(104)初估板厚特重2000高速公路一级公路二级公路262424重1002000高速公路一级公路二级公路272426232522中等3100二级公路三、四级公路24212320轻3三、四级公路1823设计车道内的标准轴载日作用次数(三）设计使用年限与累计轴载作用次数 表8-2 水泥混凝土路面的设计使用年限交通等级设计作用年限（年）交通等级设计作用年限（年）特重30中等20重30轻202、设计使用年限内路面临界荷位上受到的标准轴载累计作用次数： （四）基

3、层顶面的当量回弹模量 1、基层顶面的当量回弹模量：在混凝土路面设计理论中，把混凝土面板下的基层、垫层、土基看做一层，换算成与土基相当的一层，其强度用基层顶面的当量回弹模量来表示。 1）新建公路基层顶面的当量回弹模量Et计算 1）新建公路基层顶面的当量回弹模量Et计算式中：Ex基层和底基层（或垫层）的当量回弹模量 E1、E2基层和底基层（或垫层）的回弹模量 hx基层和底基层（或垫层）的当量厚度 Dx基层和底基层（或垫层）的当量弯曲刚度 h1、h2基层和底基层（或垫层）的厚度 a、b与Ex/E0有关的回归系数（四）基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量2）改建公路基层顶面的当量回弹模量Et计算式中：

4、L0以后轴轴载为100kN的汽车测得的计算回弹弯沉值2、基层顶面的计算回弹模量 式中：n模量经验修正系数，计算荷载应力时，n为下式： 计算温度应力时，n=0.35(五）混凝土设计强度和弯拉弹性模量设计混凝土板厚时：应以弯拉强度为其设计指标。弯拉弹性模量：表8-3 混凝土设计弯拉强度和弹性模量1、温度梯度定义：混凝土面板顶面和底面的温度之差除 以板的厚度，称为温度梯度。 交通等级特重重中等轻设计弯拉强度fcm(MPa)5.05.04.54.0弯拉弹性模量Ec(103MPa)30302827（七）混凝土面板内最大温度梯度第二节 混凝土路面结构层组合设计一、面层类型 普通混凝土、碾压混凝土、钢筋混凝

5、土、连续配筋混凝土、钢纤维混凝土、预应力混凝土普通混凝土：厚度变动于1830之间。面层通常采用整层浇筑，集料最大粒径40。面层厚时，也可采用双层浇筑方式，上层采用较小集料，最大粒径20。面层由纵向和横向接缝划分为矩形板块，其平面尺寸通常不宜超过25。碾压混凝土：采用沥青摊铺机等机械摊铺干硬性混凝土混合料，并使用振动压路机、轮胎压路机碾压密实的水泥混凝土。施工中不必使用模板，可以较早开放交通（7天或14天）。但其表面平整度差，不般不用于上面层。钢筋混凝土：为防止混凝土面层板产生的裂缝缝隙而在板内配置纵向和横向钢筋的混凝土面层。其采用条件：1、板的长度较大，如6m8m以上；2、板下埋有沟、管、线等

6、地下设施或路面可能产生不均匀沉降而使板开裂。3、板的平面形状不规则或板内开设孔口等。连续配筋混凝土：除了在邻近构造物处或与其它路面交接处设置胀缝，以及视施工需要设置施工缝外，在路段长度内不设横缝，而配置纵向钢筋和横向钢筋的混凝土面层。1、 由于不设横缝，面层会产生横向裂缝，但由于纵向钢筋的作用，缝隙的宽度较小。2、钢筋用量大，造价高，仅用于高速公路或交通繁重的道路，或者用于加铺已损坏的旧混凝土路面。 钢纤维混凝土：在混凝土中掺拌钢纤维，以提高混凝土的韧度和强度，减少其收缩量。1、 由于钢纤维混凝土的弯拉强度高于普通混凝土，所需的面层厚度薄于普通混凝土面层。2、钢纤维的造价高，因而主要用于设计标

7、高受到限制的旧混凝土路面上的加铺层，或者用于复合式混凝土面层的上面层。3、其抗裂缝、抗冲击能力较好。一、面层类型 由于混凝土面层的刚度大，板体性强，具有良好的扩散荷载能力，传到土基顶面的荷载应力很小。因此对土基不要求强度高或承载力大。然而，由于混凝土是脆性材料，对土基变形的适应能力较差，因此要求土基提供稳定和均匀的支承。 土基不稳定或不均匀支承，可能出现于下述情况：膨胀性粘土的不均匀收缩和膨胀变形不均匀冻胀软弱地基的不均匀沉降填挖交替或新老填土交替填料不均质，压实不均匀或压实度不足二、土基在下述情况下，须在基层下设置垫层：季节性冰冻地区，路面结构厚度小于路面最小防冻厚度要求时，以垫层厚度补足；

8、地下水位高，排水不良，路基湿软；透水性基层下，需设置反滤层时。 垫层材料的强度不一定要高，但水稳定性、隔热性能要好。垫层材料可选用天然砂或砂砾、碎石、石灰土或二灰土等，季节性冰冻地区，可选用隔温性好的材料。 垫层的最小厚度为15，其宽度应同路床顶面同宽。三、垫层四、基层1、混凝土面层下设置基层的作用：防止或减轻唧泥、错台和断裂病害的出现；改善接缝的传荷能力及其耐久性；缓解土基不均匀冻胀或不均匀体积变形对混凝土面层的不利影响；为面层施工机械提供稳定的行驶面和工作面。 基层应具备足够的刚度和稳定性。2、混凝土面层下基层种类 粒料（碎石、砂砾）、贫混凝土、碾压混凝土、水泥稳定粒料、二灰稳定粒料、级配

9、碎（砾）石、填隙碎石3、基层施工时，其宽度应比混凝土面板每侧宽出2535cm。当采用滑模摊铺机施工时，每侧宽出5060cm。四、基层新建公路基层1、基层厚度不宜小于15，但也不宜太厚；2、基层顶面以下结构的整体强度（即基层顶面当量回弹模量）应大于一定的值。原有柔性路面做基层：当其当量回弹模量值不足时，应设置补强层或整平层。 五、混凝土面板混凝土面板应保证表面平整、耐磨、抗滑。混凝土面板应满足一定的弯拉强度。混凝土面板应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。高速公路和一级公路不应大于3；其他各级公路不应大于5。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。对高速

10、公路和一级公路不应低于0.8，对其他各级公路不应低于0.6。六、路拱与路肩水泥混凝土路面采用路拱形式：直线形、二次抛物线形水泥混凝土路面横向坡度一般采用1%2%，硬路肩的横坡度与路面的横坡度一致，土路肩的横坡度较硬路肩的稍大1%2%。高速公路、一级公路的硬路肩：宜采用沥青混合料或水泥砼面层。其它等级公路的路肩：采用沥青混合料面层或其他材料加固。 第三节 普通混凝土路面板厚计算 一、混凝土面板的尺寸1、在一般路段上，混凝土面板通常采用纵缝同横缝垂直相交的矩形形式。2、纵缝间距通常接车道宽度确定，板宽不得超过4.5m。3、横缝间距宜为46m。板越厚，横缝间距可较大。 二、设计理论与应力分析1、设计

11、理论：采用弹性地基板理论，其基本假定为：1）板为具有弹性模量E和泊松比的等厚体；2）作用于板上的荷载，其施压面的宽度和长度均大于板厚，用薄板弯曲理论进行计算；当施压面很小时，需按厚板理论对它进行修正。3）地基对板有竖向反力，但无摩阻力4）地基模型：地基顶面挠度同反力之间的关系满足两种假说：温克勒地基假说、半空间地基假说。 我国现行水泥混凝土路面设计规范：采用弹性地基板理论，而地基模型则采用以弹性模量和泊松比表征的弹性半无限体地基假说。 二、设计理论与应力分析2、路面厚度的设计方法：经验法、解析法经验法：以试验路为基础，经过长期观测建立起标准轴载作用次数、路面结构厚度和使用性能之间的经验公式，如

12、美国的ASSHO解析法：以结构分析为基础，利用弹性地基板理论来计算荷载应力，并以疲劳开裂作为路面破坏临界状态，如美国的PCA法。我国目前采用解析法计算水泥混凝土路面厚度。3、路面厚度设计标准：以混凝土面板的使用特性在使用期末下降到行车所不允许的程度为标准。以使用年限期末混凝土面板出现疲劳开裂为临界状态做标准 （目前我国采用此种标准） 混凝土路面设计是以荷载应力和温度应力产生的综合疲劳损坏作为设计标准，因而需选用使路面板产生最大综合疲劳损坏的位置作为临界荷位。4、临界荷位的确定纵缝具有较大传荷能力的企口缝加拉杆和横缝不考虑传荷能力的假缝时，临界荷位在横缝边缘中部纵缝边缘中部作为临界荷位。 公路水

13、泥混凝土路面设计规范规定以纵缝边缘中部作为临界荷位。 二、设计理论与应力分析5、荷载应力分析 轴载作用于纵缝边缘中部时，板内产生的最大应力可应用有限元法进行计算。应力大小同轴载大小、面板厚度、混凝土弹性模量和基层顶面回弹模量等因素有关。 标准轴载在临界荷位处产生的荷载疲劳应力为： 式中：ps标准轴载在临界荷位产生的未考虑接缝传荷能力的荷载应力； Kr考虑接缝传荷能力的应力折减系数；当纵缝设拉杆时，取0.920.87;当不设拉杆时，可1.0。 Kf考虑设计使用年限内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数； Kc考虑超载和动载等因素对路面疲劳损坏的综合影响系数。5、荷载应力分析 表8-4 综合影响系数

14、表交通等级特重重中等轻Kc1.451.351.201.05温度梯度作用在板边缘中点产生的温度疲劳应力为： 式中：tm最大温度梯度时混凝土面板的温度应力。 Kt考虑温度应力累计疲劳作用的疲劳应力系数。6、温度应力计算1、初估板厚2、板厚的确定满足上式要求时，则初估板厚可作为设计板厚。7、板厚计算 表8-5 混凝土板的初估厚度交通等级特重重中等轻初估板厚h(cm)252325232521三、混凝土板厚的计算步骤1、收集资料并分析计算相关的设计参数（设计使用年限、标准轴载累计作用次数）2、初拟路面结构和尺寸3、根据混凝土设计弯拉强度，进行混凝土混凝土组成设计4、确定基层顶面计算回弹模量5、计算荷载疲

15、劳应力和温度疲劳应力6、验算所拟路面结构和尺寸是否符合要求，如不符合，应重新进行调整第四节 水泥混凝土路面的构造 一、接缝设置的原因 温度变化引起膨胀和收缩，而导致路面发生拱起或板的断裂。为了避免这些缺陷，需在纵横两个方向设置接缝，把整个路面分割成许多板块。接缝类型：纵缝、横缝1、纵缝：与路线平行的接缝2、横缝：与路线垂直的接缝接缝设计应满足：1、控制收缩应力和翘曲应力所引起的裂缝出现的位置；2、通过接缝提供足够的荷载传递；3、防止坚硬的杂物落入接缝缝隙内。二、纵缝及其构造纵缝分类：纵向缩缝、纵向施工缝纵缝宽度：应为一个车道的宽度，且不得超过4.5m。1、纵向缩缝：当一次铺筑的宽度大于4.5m

16、时，应增设纵向缩缝。纵向缩缝采用型式：假缝加拉杆型。设置拉杆，可以防止板块横向位移使缝隙扩大，拉杆应设置在板厚的1/2处。纵向缩缝的槽口应深些，以保证槽口下的混凝土开裂。基层为粒料时，槽口深度为板厚的1/3;基层为半刚性时，槽口深度为板厚的4/10.槽口宽度根据施工条件，尽可能窄些，为38。二、纵缝及其构造2、纵向施工缝：当一次铺筑宽度小于路面宽度需分两次以上浇筑时，则应设置纵向施工缝。纵向施工缝采用型式：平缝、企口缝 纵向施工缝一般采用平缝，并应在板厚中央设置拉杆。拉杆的尺寸按照相邻板拉住的要求进行设计。三、横缝及其构造横缝分类：横向缩缝、胀缝、横向施工缝（一）胀缝1、胀缝设置目的：为混凝土

17、板的膨胀提供伸长的余地，从而避免产生过大的热压应力，引起路面板在高温季节拱胀和折断。胀缝施工和维护困难，应尽可能少设。2、胀缝构造：在胀缝处混凝土面板完成断开，缝壁必须垂直，下部设弹性填缝板，上部灌填缝料。缝宽为2.02.5，在板厚的中央设置传力杆。（一）胀缝3、胀缝设置：国外资料显示，胀缝处是混凝土路面病害发生得最多的地方，究其原因有：施工时传力杆未能正确定位，封缝不好；胀缝易引起行车跳动，散落的填缝料又未能及时补充或更换，造成雨水、砂石等进入胀缝中，导致胀缝处混凝土破碎、错台、拱胀等病害。 因此，目前世界上很多国家的作法是少设（加大胀缝的间距），或不设胀缝。我国刚性路面规范规定设胀缝条件：

18、在邻近桥梁或其它固定构筑物处；板厚改变处小半径平曲线和竖曲线纵坡变换处；与其它道路相交处低温浇筑混凝土面层或选用膨胀性大的集料时（二）横向缩缝1、横向缩缝设置目的：为了减少混凝土的收缩应力和温度翘曲应力，避免混凝土板出现不规则的裂缝。2、缩缝构造：采用假缝形式，在混凝土浇筑达到一定抗压强度后，用切缝机切割一槽口，以诱导路面板的收缩变形沿缩缝展开，形成规则的接缝。3、缩缝间距：即混凝土板长。素混凝土板一般为4.55.5m，碾压混凝土或钢纤维混凝土板一般为610m，钢筋混凝土板一般为615m。4、缩缝类型：不设传力杆假缝、设传力杆假缝。不设传力杆假缝：有一定的传荷能力，它通过断裂处的嵌锁作用进行荷

19、载的传递，其优点是施工方便，适用于中、轻型交通。设传力杆假缝：加强传荷能力，有效防止错台。（三）横向施工缝 横向施工缝：每天完工或因雨天等原因不能继续施工，必须设置横向施工缝，其位置最好设在缩缝处或胀缝处。设在缩缝处的施工缝：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。三、横缝及其构造 1、纵缝平行于行车方向，横缝一般做成与纵缝垂直，应尽量避免小于70的锐角板，因为板成锐角时，荷载传递装置难以安装，并且会产生比90大得多的应力，角隅部分有可能产生裂缝。如需设置斜交时，则需对锐角部分补强。 2、纵缝两旁的横缝应设置在同一直线上。根据经验如果横缝错开，则与横缝并排的相邻车道上经常

20、产生裂缝。若不得已出现错缝时，与接缝相对的板边应加设防裂钢筋。四、纵、横缝布置1、拉杆：是为防止板块横向位移而设置在纵缝上的异形钢筋。拉杆采用螺纹钢，设在板厚中央。2、传力杆：是为了保证接缝的传荷能力和路面的平整度、防止错台等病害的产生。传力杆主要用于横缝处，采用光圆钢筋。传力杆直径：2438，随面层厚度增加而增加，但不小于厚度的1/8或15。传力杆长度： 3560，埋入混凝土长度大于6倍直径。传力杆间距：通常为30，等间距布置。五、拉杆和传力杆混凝土路面与柔性路面衔接 混凝土路面与柔性路面接头处，易出现沉陷、错台或沥青路面受顶推而拥起等危害。设计时，可在两种路面间设置过渡段。1、高速、一级公路：在沥青路面面层下埋设长度为3m的混凝土板。2、其他等级公路：用混凝土预制块过渡或径相连接。混凝土路面与桥梁衔接1、桥梁正交：桥头设置有混凝土搭板时，砼路面设胀缝与搭板相接，膨胀量大时，应连续设置23条传力杆胀缝。2、桥梁斜交：应设置钢筋混凝土