第13章 水泥混凝土路面設(shè)計(jì)

1、16.1 16.1 概述概述 16.2 16.2 彈性地基板體系理論簡(jiǎn)介彈性地基板體系理論簡(jiǎn)介 16.3 16.3 水泥混凝土路面應(yīng)力分析水泥混凝土路面應(yīng)力分析 16.4 16.4 水泥混凝土路面可靠度設(shè)計(jì)水泥混凝土路面可靠度設(shè)計(jì) 16.5 16.5 水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì) 16.6 16.6 我國(guó)水泥混凝土路面設(shè)計(jì)方法我國(guó)水泥混凝土路面設(shè)計(jì)方法 16.7 16.7 外國(guó)混凝土路面設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)介外國(guó)混凝土路面設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)介第十三章 水泥混凝土路面設(shè)計(jì) 水泥混凝土路面力學(xué)特點(diǎn)：水泥混凝土路面力學(xué)特點(diǎn)： 1 1 混凝土的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于基層和土基模量和強(qiáng)度；混凝土的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于基

2、層和土基模量和強(qiáng)度；2 2 水泥混凝土本身的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于水泥混凝土本身的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗折強(qiáng)度抗折強(qiáng)度；3 3 基層表面與路面板間摩擦力較小；基層表面與路面板間摩擦力較??；4 4 板塊厚度相對(duì)與平面尺寸較小，板塊在荷載作用下的撓度板塊厚度相對(duì)與平面尺寸較小，板塊在荷載作用下的撓度（豎向位移）很??；（豎向位移）很??；5 5混凝土板在自然條件下，存在沿板厚方向的混凝土板在自然條件下，存在沿板厚方向的溫度溫度 梯度梯度，會(huì)，會(huì)產(chǎn)生翹曲現(xiàn)象，如果受到約束，會(huì)在板中產(chǎn)生翹曲現(xiàn)象，如果受到約束，會(huì)在板中 產(chǎn)生產(chǎn)生翹曲應(yīng)力翹曲應(yīng)力。 6 6 荷載多次重復(fù)作用，溫度梯度也反復(fù)變化，混凝土板有荷載多次重復(fù)作用

3、，溫度梯度也反復(fù)變化，混凝土板有疲疲勞現(xiàn)象勞現(xiàn)象。第一節(jié) 概 述一、混凝土路面結(jié)構(gòu)特征：一、混凝土路面結(jié)構(gòu)特征： 力學(xué)特點(diǎn)與力學(xué)模型力學(xué)特點(diǎn)與力學(xué)模型混凝土的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于基層和土基的模量和混凝土的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于基層和土基的模量和 強(qiáng)度強(qiáng)度 這就這就決定了決定了基層、土基的模量、強(qiáng)度參基層、土基的模量、強(qiáng)度參 數(shù)變化對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力數(shù)變化對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布情況影響分布情況影響 不大，這時(shí)不大，這時(shí)可以將下層結(jié)構(gòu)看作統(tǒng)一材可以將下層結(jié)構(gòu)看作統(tǒng)一材 料（介質(zhì)）料（介質(zhì)）的彈性體（地基）。的彈性體（地基）。 水泥混凝土本身的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗折水泥混凝土本身的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗折 強(qiáng)度強(qiáng)度 實(shí)際工程中，板塊往

4、往因?yàn)榭拐蹚?qiáng)度不實(shí)際工程中，板塊往往因?yàn)榭拐蹚?qiáng)度不 足，發(fā)生足，發(fā)生斷裂斷裂（而不是壓（而不是壓碎），這與以碎），這與以 上力學(xué)特點(diǎn)相吻合。這同時(shí)上力學(xué)特點(diǎn)相吻合。這同時(shí)確定了水泥確定了水泥 混凝土路面混凝土路面板塊厚度設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)按抗折板塊厚度設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)按抗折 強(qiáng)度作為主要標(biāo)準(zhǔn)。強(qiáng)度作為主要標(biāo)準(zhǔn)。 基層表面與路面板間摩擦力較小基層表面與路面板間摩擦力較小 在力學(xué)模型中，可以在力學(xué)模型中，可以將摩擦力忽略將摩擦力忽略，從，從 而得到了板塊與基層間而得到了板塊與基層間完完全光滑的聯(lián)結(jié)條件全光滑的聯(lián)結(jié)條件。也就是。也就是板塊和彈性地基間只傳遞板塊和彈性地基間只傳遞 豎向應(yīng)力，豎向應(yīng)力，而不傳遞水平面

5、上的應(yīng)力而不傳遞水平面上的應(yīng)力。 板塊厚度相對(duì)與平面尺寸較小，板塊在板塊厚度相對(duì)與平面尺寸較小，板塊在 荷載作用下的撓度（豎向荷載作用下的撓度（豎向位移）很小位移）很小 可以采用小撓度彈性薄板理論可以采用小撓度彈性薄板理論。 荷載多次重復(fù)作用，溫度梯度也反復(fù)變荷載多次重復(fù)作用，溫度梯度也反復(fù)變 化，混凝土板有疲勞現(xiàn)象化，混凝土板有疲勞現(xiàn)象 設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮荷載疲勞應(yīng)力（設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮荷載疲勞應(yīng)力（ p p）和溫度疲）和溫度疲 勞翹曲應(yīng)力（勞翹曲應(yīng)力（ t t）兩種應(yīng)力的綜合兩種應(yīng)力的綜合作用。作用。 混凝土板在自然條件下，存在沿板厚方混凝土板在自然條件下，存在沿板厚方 向的溫度梯度，會(huì)產(chǎn)生翹向的

6、溫度梯度，會(huì)產(chǎn)生翹曲現(xiàn)象，如果曲現(xiàn)象，如果 受到約束，會(huì)在板中產(chǎn)生翹曲應(yīng)力受到約束，會(huì)在板中產(chǎn)生翹曲應(yīng)力。 要考慮溫度翹曲應(yīng)力的影響，某種溫度要考慮溫度翹曲應(yīng)力的影響，某種溫度 梯度下的梯度下的溫度翹曲應(yīng)力最溫度翹曲應(yīng)力最大值應(yīng)出現(xiàn)在大值應(yīng)出現(xiàn)在 板塊變形受到地基摩阻力完全限制的時(shí)板塊變形受到地基摩阻力完全限制的時(shí) 候候。也就是也就是板與地基始終保持接觸時(shí)。板與地基始終保持接觸時(shí)。 二、混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容二、混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容（1 1）路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)）路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì) 根據(jù)該路的交通情況，結(jié)合當(dāng)?shù)丨h(huán)境氣候條件和材根據(jù)該路的交通情況，結(jié)合當(dāng)?shù)丨h(huán)境氣候條件和材料供應(yīng)情況綜合考慮。包括各層

7、的結(jié)構(gòu)類(lèi)型、彈性模料供應(yīng)情況綜合考慮。包括各層的結(jié)構(gòu)類(lèi)型、彈性模量和厚度的確定。量和厚度的確定。（2 2）混凝土面板厚度設(shè)計(jì)）混凝土面板厚度設(shè)計(jì) 混凝土面板厚度設(shè)計(jì)，應(yīng)按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，確混凝土面板厚度設(shè)計(jì)，應(yīng)按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，確定滿(mǎn)足設(shè)計(jì)年限內(nèi)使用要求所需的混凝土面層的厚度。定滿(mǎn)足設(shè)計(jì)年限內(nèi)使用要求所需的混凝土面層的厚度。（3 3）混凝土面板的平面尺寸與接縫設(shè)計(jì)）混凝土面板的平面尺寸與接縫設(shè)計(jì) 根據(jù)混凝土面層板內(nèi)產(chǎn)生的荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力作根據(jù)混凝土面層板內(nèi)產(chǎn)生的荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力作出板的平面尺寸設(shè)計(jì)，布設(shè)各類(lèi)接縫的位置，設(shè)計(jì)接出板的平面尺寸設(shè)計(jì)，布設(shè)各類(lèi)接縫的位置，設(shè)計(jì)接縫的構(gòu)造，并采取

8、有效措施提高接縫的傳荷能力?？p的構(gòu)造，并采取有效措施提高接縫的傳荷能力。（4）路肩設(shè)計(jì)）路肩設(shè)計(jì) 高速公路和一級(jí)公路中間帶的路緣帶和路肩的結(jié)構(gòu)應(yīng)與高速公路和一級(jí)公路中間帶的路緣帶和路肩的結(jié)構(gòu)應(yīng)與行車(chē)道的混凝土路面相同，并與行車(chē)道部分的混凝土面板行車(chē)道的混凝土路面相同，并與行車(chē)道部分的混凝土面板澆筑成整體。路肩可采用水泥混凝土面層或?yàn)r青混合料面澆筑成整體。路肩可采用水泥混凝土面層或?yàn)r青混合料面層，其基（墊）層結(jié)構(gòu)應(yīng)滿(mǎn)足行車(chē)道路面結(jié)構(gòu)和排水的要層，其基（墊）層結(jié)構(gòu)應(yīng)滿(mǎn)足行車(chē)道路面結(jié)構(gòu)和排水的要求。求。（5）普通混凝土路面配筋設(shè)計(jì)）普通混凝土路面配筋設(shè)計(jì) 普通混凝土路面板較長(zhǎng)或交通量較大、地基有不均

9、勻沉普通混凝土路面板較長(zhǎng)或交通量較大、地基有不均勻沉降或板的形狀不規(guī)則時(shí)，可沿板的自由邊緣加設(shè)補(bǔ)強(qiáng)鋼筋，降或板的形狀不規(guī)則時(shí)，可沿板的自由邊緣加設(shè)補(bǔ)強(qiáng)鋼筋，在角隅處加設(shè)發(fā)針形鋼筋或鋼筋網(wǎng)，以阻止可能出現(xiàn)的裂在角隅處加設(shè)發(fā)針形鋼筋或鋼筋網(wǎng)，以阻止可能出現(xiàn)的裂縫縫。三、混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則三、混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則應(yīng)根據(jù)使用要求及氣候、水文、土質(zhì)等自然因素，密切結(jié)應(yīng)根據(jù)使用要求及氣候、水文、土質(zhì)等自然因素，密切結(jié)合本地區(qū)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，將混凝土路面板按重要工程結(jié)構(gòu)的要求合本地區(qū)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，將混凝土路面板按重要工程結(jié)構(gòu)的要求完成。保證工程的質(zhì)量與耐久性；基層、底基層、墊層設(shè)計(jì)完成。保證工程的質(zhì)量與耐久性；

10、基層、底基層、墊層設(shè)計(jì)在滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的前提之下，盡可使用當(dāng)?shù)夭牧闲藿?。在滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的前提之下，盡可使用當(dāng)?shù)夭牧闲藿?。遵循因地制宜、合理選材、方便施工、利于養(yǎng)護(hù)、節(jié)約投遵循因地制宜、合理選材、方便施工、利于養(yǎng)護(hù)、節(jié)約投資的原則進(jìn)行路面設(shè)計(jì)方案的比較，選擇技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合資的原則進(jìn)行路面設(shè)計(jì)方案的比較，選擇技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的方案。理、安全可靠的方案。結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)踐基礎(chǔ)，積極推廣成熟的科研成果。結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)踐基礎(chǔ)，積極推廣成熟的科研成果。充分考慮沿線(xiàn)環(huán)境的保護(hù)，自然生態(tài)的平衡，有利于施工、充分考慮沿線(xiàn)環(huán)境的保護(hù)，自然生態(tài)的平衡，有利于施工、養(yǎng)護(hù)工作人員的健康與安全。養(yǎng)護(hù)工作人員的健康與安全

11、。盡可能選擇有利于機(jī)械化、工廠化施工的設(shè)計(jì)方案。盡可能選擇有利于機(jī)械化、工廠化施工的設(shè)計(jì)方案。地處不良地基的路段，應(yīng)采取有效措施加快穩(wěn)定路基沉降。地處不良地基的路段，應(yīng)采取有效措施加快穩(wěn)定路基沉降。四、混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與方法四、混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與方法目前世界各國(guó)的混凝土路面設(shè)計(jì)方法都是以彈性地基板的目前世界各國(guó)的混凝土路面設(shè)計(jì)方法都是以彈性地基板的荷載應(yīng)力、溫度應(yīng)力分析方法為基本理論，以混凝土路面荷載應(yīng)力、溫度應(yīng)力分析方法為基本理論，以混凝土路面板的彎拉應(yīng)力作為極限狀態(tài)和設(shè)計(jì)控制指標(biāo)。板的彎拉應(yīng)力作為極限狀態(tài)和設(shè)計(jì)控制指標(biāo)。公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范（JT

12、G D40-2002JTG D40-2002）是我）是我國(guó)現(xiàn)行混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范。新規(guī)范列出的設(shè)計(jì)方法以彈國(guó)現(xiàn)行混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范。新規(guī)范列出的設(shè)計(jì)方法以彈性半空間地基有限大矩形板模型為基礎(chǔ)，以性半空間地基有限大矩形板模型為基礎(chǔ)，以100kN100kN單軸雙單軸雙輪標(biāo)準(zhǔn)軸載作用于矩形板縱向邊緣中部產(chǎn)生的最大荷載應(yīng)輪標(biāo)準(zhǔn)軸載作用于矩形板縱向邊緣中部產(chǎn)生的最大荷載應(yīng)力控制設(shè)計(jì)。采用可靠度設(shè)計(jì)方法，以行車(chē)荷載和溫度梯力控制設(shè)計(jì)。采用可靠度設(shè)計(jì)方法，以行車(chē)荷載和溫度梯度綜合作用產(chǎn)生的疲勞斷裂作為設(shè)計(jì)的極限狀態(tài)。度綜合作用產(chǎn)生的疲勞斷裂作為設(shè)計(jì)的極限狀態(tài)。五、混凝土路面交通等級(jí)五、混凝土路面交通等級(jí)u路

13、面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是要求混凝土路面結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是要求混凝土路面結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)滿(mǎn)足預(yù)測(cè)交通量累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載通行時(shí)，具有快速、安全、穩(wěn)滿(mǎn)足預(yù)測(cè)交通量累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載通行時(shí)，具有快速、安全、穩(wěn)定的服務(wù)功能，路面結(jié)構(gòu)具有相應(yīng)的承載能力，路面板的彎定的服務(wù)功能，路面結(jié)構(gòu)具有相應(yīng)的承載能力，路面板的彎拉應(yīng)力滿(mǎn)足疲勞極限應(yīng)力的容許標(biāo)準(zhǔn)。拉應(yīng)力滿(mǎn)足疲勞極限應(yīng)力的容許標(biāo)準(zhǔn)。（1 1）設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期）設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期u路面設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期是計(jì)算路面結(jié)構(gòu)可靠度時(shí)，考慮各項(xiàng)基本度路面設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期是計(jì)算路面結(jié)構(gòu)可靠度時(shí)，考慮各項(xiàng)基本度量與時(shí)間關(guān)系所取用的基準(zhǔn)時(shí)間。也可理解為保證路面結(jié)構(gòu)量與時(shí)間關(guān)系所取用的基準(zhǔn)時(shí)間。也

14、可理解為保證路面結(jié)構(gòu)達(dá)到規(guī)定可靠度指標(biāo)的有效期間。達(dá)到規(guī)定可靠度指標(biāo)的有效期間。u設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期與公路等級(jí)有關(guān)，可根據(jù)公路在路網(wǎng)中的功能定設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期與公路等級(jí)有關(guān)，可根據(jù)公路在路網(wǎng)中的功能定位，當(dāng)?shù)貒?guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求以及投資條件等因素，經(jīng)綜合位，當(dāng)?shù)貒?guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求以及投資條件等因素，經(jīng)綜合論證后確定。論證后確定。（2 2）標(biāo)準(zhǔn)軸載及軸載當(dāng)量換算）標(biāo)準(zhǔn)軸載及軸載當(dāng)量換算u我國(guó)公路水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以我國(guó)公路水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以100KN100KN的單軸的單軸- -雙輪組荷雙輪組荷載作為標(biāo)準(zhǔn)軸載。對(duì)于各種不同汽車(chē)軸載的作用次數(shù)，可按載作為標(biāo)準(zhǔn)軸載。對(duì)于各種不同汽車(chē)軸載的作用次數(shù)，可按等等效

15、疲勞斷裂原則效疲勞斷裂原則換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載的作用次數(shù)，并換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載的作用次數(shù)，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)軸載根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)軸載的作用次數(shù)判斷道路的交通繁重程度的作用次數(shù)判斷道路的交通繁重程度。軸載換算公式為：。軸載換算公式為：（3 3）交通調(diào)查與軸載分析）交通調(diào)查與軸載分析u通過(guò)當(dāng)?shù)亟煌坑^測(cè)站歷年統(tǒng)計(jì)資料進(jìn)行交通調(diào)查，用于分通過(guò)當(dāng)?shù)亟煌坑^測(cè)站歷年統(tǒng)計(jì)資料進(jìn)行交通調(diào)查，用于分析并提出設(shè)計(jì)車(chē)道的年平均日貨車(chē)交通量析并提出設(shè)計(jì)車(chē)道的年平均日貨車(chē)交通量ADTTADTT及設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期及設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的交通量年平均增長(zhǎng)率內(nèi)的交通量年平均增長(zhǎng)率g gr r。u調(diào)查獲得的雙向年平均日貨車(chē)交通量，還應(yīng)乘以方向系數(shù)調(diào)查獲得的雙向年平

16、均日貨車(chē)交通量，還應(yīng)乘以方向系數(shù)（通常為（通常為0.50.5）和車(chē)道分布系數(shù)（表）和車(chē)道分布系數(shù)（表16-216-2），得到設(shè)計(jì)車(chē)道在設(shè)），得到設(shè)計(jì)車(chē)道在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期初期的年平均日貨車(chē)交通量計(jì)基準(zhǔn)期初期的年平均日貨車(chē)交通量ADTTADTT（單向）。（單向）。u設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)交通量的年平均增長(zhǎng)率交通量的年平均增長(zhǎng)率g gr r可通過(guò)交通觀測(cè)點(diǎn)多年的可通過(guò)交通觀測(cè)點(diǎn)多年的交通統(tǒng)計(jì)資料進(jìn)行分析，同時(shí)參考當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)與交通發(fā)展的宏觀交通統(tǒng)計(jì)資料進(jìn)行分析，同時(shí)參考當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)與交通發(fā)展的宏觀形勢(shì)，并根據(jù)公路的等級(jí)及其承擔(dān)的功能，通過(guò)論證后確定。形勢(shì)，并根據(jù)公路的等級(jí)及其承擔(dān)的功能，通過(guò)論證后確定。（4

17、4）標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)當(dāng)量作用次數(shù)）標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)當(dāng)量作用次數(shù)N Ne e式中：式中：N Ne e標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)；標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)； t t設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期；設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期； g gr r交通量年平均增長(zhǎng)率；交通量年平均增長(zhǎng)率； 臨界荷位處的車(chē)輛輪跡橫向分布系數(shù)，按表臨界荷位處的車(chē)輛輪跡橫向分布系數(shù)，按表16-316-3選用。選用。rtrseggNN36511公路等級(jí)縱縫邊緣處高速公路、一級(jí)公路、收費(fèi)站0.170.22二級(jí)及二級(jí)以下公路行車(chē)道寬7m0.340.39行車(chē)道寬7m0.540.62表表16-3 16-3 車(chē)輛輪跡橫向分布系數(shù)車(chē)輛輪跡橫向分布系數(shù)（5 5）混凝土路面交通等級(jí)劃分）混凝土路面交通

18、等級(jí)劃分u水泥混凝土路面所承受的軸載作用，按照設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計(jì)車(chē)水泥混凝土路面所承受的軸載作用，按照設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計(jì)車(chē)道臨界荷位承受的標(biāo)準(zhǔn)軸載當(dāng)量累計(jì)作用次數(shù)分為道臨界荷位承受的標(biāo)準(zhǔn)軸載當(dāng)量累計(jì)作用次數(shù)分為4 4級(jí)。級(jí)。水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)支撐于彈性地基上的小撓度彈性薄板支撐于彈性地基上的小撓度彈性薄板地基模型：地基模型：1. 1.溫克勒（溫克勒（WinklerWinkler）地基模型（稠密液體地基、彈簧地基）地基模型（稠密液體地基、彈簧地基） 地基反地基反應(yīng)模量應(yīng)模量k k。2. 2.彈性固體地基模型（彈性半空間體地基）彈性固體地基模型（彈性半空間體地基）彈性模量彈性模量E

19、E0 0和泊松比和泊松比 0 03. 3.巴斯特納克（巴斯特納克（PasternakPasternak）地基模型）地基模型地基反應(yīng)模量地基反應(yīng)模量k k和剪切模量和剪切模量G G 介于介于WinklerWinkler地基和半空間地基之間的過(guò)渡模型。地基和半空間地基之間的過(guò)渡模型。第二節(jié)第二節(jié) 彈性地基板體系理論簡(jiǎn)介彈性地基板體系理論簡(jiǎn)介一、小撓度彈性薄板基本假定一、小撓度彈性薄板基本假定：（1 1）垂直于中面方向的應(yīng)變）垂直于中面方向的應(yīng)變 z z極其微小，可以忽極其微小，可以忽略不計(jì)。略不計(jì)。（2 2）垂直于中面的法線(xiàn)，在彎曲變形前后均保）垂直于中面的法線(xiàn)，在彎曲變形前后均保持為直線(xiàn)并垂直于

20、中面，因而無(wú)橫向剪切應(yīng)變。持為直線(xiàn)并垂直于中面，因而無(wú)橫向剪切應(yīng)變。（3 3）中面上各點(diǎn)無(wú)平行于中面的位移。）中面上各點(diǎn)無(wú)平行于中面的位移。yxWW,0zyzx000zzVU板與地基的聯(lián)系基本假定板與地基的聯(lián)系基本假定： 1 1）在變形過(guò)程中，板與地基的接觸面始終吻合，即板面與地基表面的豎向）在變形過(guò)程中，板與地基的接觸面始終吻合，即板面與地基表面的豎向位移是相同的。位移是相同的。 2 2）在板與地基的接觸面之間沒(méi)有摩阻力（可以自由滑動(dòng)），即接觸面上的）在板與地基的接觸面之間沒(méi)有摩阻力（可以自由滑動(dòng)），即接觸面上的剪應(yīng)力視為零。剪應(yīng)力視為零。板厚。量和泊松比；分別為板的彈性模，板的撓度；板的彎

21、曲剛度，即；拉普拉斯算子，即式中：hEWhEDDyxqpWDcccc)1 (122322222222 從板上割取長(zhǎng)和寬各為從板上割取長(zhǎng)和寬各為dxdx和和dydy，高為，高為h h的單元，根據(jù)單元的平衡條件的單元，根據(jù)單元的平衡條件（Z=0,Z=0,y=0y=0，x=0 x=0）可導(dǎo)出當(dāng)板表面作用豎向荷載）可導(dǎo)出當(dāng)板表面作用豎向荷載p p，地基對(duì)，地基對(duì)板底面作用豎向反力板底面作用豎向反力q q時(shí)，板中心撓曲面的微分方程為：時(shí)，板中心撓曲面的微分方程為：二、板撓曲面微分方程二、板撓曲面微分方程在求得板的撓度在求得板的撓度WW解后，即可由下式計(jì)算板的應(yīng)力：解后，即可由下式計(jì)算板的應(yīng)力：)414(

22、111222222222222yxWzExWyWzEyWxWzEccxycccycccxyxWDMxWyWDMyWxWDMcxycycx2222222221)514( 有兩個(gè)未知數(shù)，必須建立附加方程。荷載型式不同，地基反力在板有兩個(gè)未知數(shù)，必須建立附加方程。荷載型式不同，地基反力在板底底xyxy平面內(nèi)的分布也不同，根據(jù)不同的地基反力特性定義兩種地基：平面內(nèi)的分布也不同，根據(jù)不同的地基反力特性定義兩種地基：文克勒地基和彈性半空間體地基。文克勒地基和彈性半空間體地基。一、溫克勒地基板的荷載應(yīng)力分析一、溫克勒地基板的荷載應(yīng)力分析yxKWyxq,溫克勒地基溫克勒地基：地基反力與該點(diǎn)的撓度成正比，而與其

23、它：地基反力與該點(diǎn)的撓度成正比，而與其它點(diǎn)的撓度無(wú)關(guān)，公式：點(diǎn)的撓度無(wú)關(guān)，公式：第三節(jié)第三節(jié) 水泥混凝土路面應(yīng)力分析水泥混凝土路面應(yīng)力分析其中其中k k地基反力模量（地基反力模量（MPa/mMPa/m ）1. 1.荷載作用于板中荷載作用于板中( (荷位荷位) )，荷載，荷載中心處板底最大彎拉應(yīng)力：中心處板底最大彎拉應(yīng)力：2. 2.荷載作用于板邊緣中部荷載作用于板邊緣中部( (荷位荷位) )，荷，荷位下板底的最大彎拉應(yīng)力：位下板底的最大彎拉應(yīng)力：3. 3.荷載作用于板角隅荷載作用于板角隅( (荷位荷位) )，最大拉，最大拉應(yīng)力產(chǎn)生在板的表面離荷載圓中心為應(yīng)力產(chǎn)生在板的表面離荷載圓中心為X X1

24、1的分角線(xiàn)上的分角線(xiàn)上: :為板的相對(duì)剛度半徑為板的相對(duì)剛度半徑: :l文克勒地基上板的威斯特卡德解文克勒地基上板的威斯特卡德解三個(gè)臨界荷位時(shí)最大應(yīng)力計(jì)算公式：三個(gè)臨界荷位時(shí)最大應(yīng)力計(jì)算公式： 22673. 0lg)1 ( 1 . 1hPRlci208975.0lg54.01116.2hPRlceRlxhPlRc2,221311126 . 0二、彈性半空間地基板的荷載應(yīng)力分析二、彈性半空間地基板的荷載應(yīng)力分析彈性半空間地基彈性半空間地基：假定地基是各向同性的彈性：假定地基是各向同性的彈性半空間體，這時(shí)地基在荷載作用范圍內(nèi)、外均半空間體，這時(shí)地基在荷載作用范圍內(nèi)、外均產(chǎn)生變形和反力。公式：產(chǎn)生變

25、形和反力。公式：彈性半空間體地基上作用任意豎向軸對(duì)稱(chēng)荷載彈性半空間體地基上作用任意豎向軸對(duì)稱(chēng)荷載q(r)q(r)時(shí)，其表面的撓度為：時(shí)，其表面的撓度為：）（1014,yxWfyxq 彈性半無(wú)限地基的荷載應(yīng)力計(jì)算理論對(duì)于荷載作用于板邊、彈性半無(wú)限地基的荷載應(yīng)力計(jì)算理論對(duì)于荷載作用于板邊、板角隅處，以及有限尺寸的矩形板，在不同組合的輪載作用于板角隅處，以及有限尺寸的矩形板，在不同組合的輪載作用于板上任何位置時(shí)，均無(wú)法解決。板上任何位置時(shí)，均無(wú)法解決。對(duì)于外荷載與彈性地基板本身均屬于軸對(duì)稱(chēng)的情況下：對(duì)于外荷載與彈性地基板本身均屬于軸對(duì)稱(chēng)的情況下：）（）（rWdrddrdrDMrWdrdrdrdDMc

26、tcr22221的表達(dá)式為：與切向彎矩此時(shí)板內(nèi)徑向彎矩trMM四、四、水泥混凝土路面水泥混凝土路面溫度溫度應(yīng)力分析應(yīng)力分析。板溫差，；脹系數(shù)，約為水泥混凝土的線(xiàn)膨；向的溫度應(yīng)力分別為板縱向和橫、向應(yīng)變；分別為板縱向和橫、式中：CtMPatEtEyxyxxyyyxx5101,111. 1.脹縮應(yīng)力脹縮應(yīng)力 當(dāng)氣溫緩慢變化時(shí)，板內(nèi)溫度均勻升降，則面板沿?cái)嗝娴纳町?dāng)氣溫緩慢變化時(shí)，板內(nèi)溫度均勻升降，則面板沿?cái)嗝娴纳疃染鶆蛎浛s。設(shè)度均勻脹縮。設(shè)x x為板的縱軸，為板的縱軸，y y為板的橫軸。如有一平面尺寸很為板的橫軸。如有一平面尺寸很大的板，在溫差影響下板內(nèi)任一點(diǎn)的應(yīng)變?yōu)椋捍蟮陌澹跍夭钣绊懴掳鍍?nèi)任一點(diǎn)

27、的應(yīng)變?yōu)椋?yx1tEyx面板脹縮完全受阻時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)力為：面板脹縮完全受阻時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)力為：在混凝土板內(nèi)設(shè)置接縫后，板被化分為有限尺寸的板塊。這時(shí)因在混凝土板內(nèi)設(shè)置接縫后，板被化分為有限尺寸的板塊。這時(shí)因變形受阻而產(chǎn)生的板內(nèi)最大應(yīng)力出現(xiàn)于板長(zhǎng)的中央，變形受阻而產(chǎn)生的板內(nèi)最大應(yīng)力出現(xiàn)于板長(zhǎng)的中央，其值可近似其值可近似按下式計(jì)算：按下式計(jì)算：。關(guān)，一般為等因素有情況板的位移量和位移反復(fù)擦系數(shù)，同基礎(chǔ)類(lèi)型、板與基礎(chǔ)之間的摩；板長(zhǎng)，；混凝土容重，約為式中：0 . 20 . 1/024. 02/3fmLmMNLft板劃分為有限尺寸板塊后，因收縮而產(chǎn)生的應(yīng)力很小，可不予考慮。板劃分為有限尺寸板塊后，因收

28、縮而產(chǎn)生的應(yīng)力很小，可不予考慮。2. 2.翹曲應(yīng)力翹曲應(yīng)力 由于混凝土板、基層和土基的導(dǎo)熱性能較差，當(dāng)氣溫變化較快時(shí)，由于混凝土板、基層和土基的導(dǎo)熱性能較差，當(dāng)氣溫變化較快時(shí)，板頂面與底面產(chǎn)生溫度差，從而使板頂面與底面的脹縮變形大小也就板頂面與底面產(chǎn)生溫度差，從而使板頂面與底面的脹縮變形大小也就不同。當(dāng)氣溫升高時(shí)，板頂面溫度較其底面高，板頂膨脹變形較板底不同。當(dāng)氣溫升高時(shí)，板頂面溫度較其底面高，板頂膨脹變形較板底的大，則板中部隆起；相反，當(dāng)氣溫下降時(shí)，板頂面溫度較其底面低，的大，則板中部隆起；相反，當(dāng)氣溫下降時(shí)，板頂面溫度較其底面低，板頂收縮變形較板底的大，因而板的邊緣和角隅翹起。由于板的自重

29、、板頂收縮變形較板底的大，因而板的邊緣和角隅翹起。由于板的自重、地基反力和相鄰板的鉗制作用，使部分翹曲變形受阻，從而使板內(nèi)產(chǎn)地基反力和相鄰板的鉗制作用，使部分翹曲變形受阻，從而使板內(nèi)產(chǎn)生翹曲應(yīng)力。由氣溫升高引起的板中部隆起受到限制時(shí)，板底面出現(xiàn)生翹曲應(yīng)力。由氣溫升高引起的板中部隆起受到限制時(shí)，板底面出現(xiàn)拉應(yīng)力；而當(dāng)氣溫降低引起的板四周翹起受阻時(shí)，板頂面出現(xiàn)拉應(yīng)力。拉應(yīng)力；而當(dāng)氣溫降低引起的板四周翹起受阻時(shí)，板頂面出現(xiàn)拉應(yīng)力。板頂面與板底面的板頂面與板底面的溫度差通常表示為板的溫度梯度乘以板厚溫度差通常表示為板的溫度梯度乘以板厚，即，即tt= =T Tg ghh。 212cycxcxCCtE21

30、2cxcycyCCtE有關(guān)的系數(shù)，或與；溫度差，板頂面與板底面的lBlLCCCtyx/, 威斯特卡德對(duì)溫克勒地基板作了如下假設(shè)：溫度沿板斷面呈直威斯特卡德對(duì)溫克勒地基板作了如下假設(shè)：溫度沿板斷面呈直線(xiàn)變化、板和地基始終保持接觸，不計(jì)板自重。對(duì)有限尺寸板，線(xiàn)變化、板和地基始終保持接觸，不計(jì)板自重。對(duì)有限尺寸板，沿板長(zhǎng)（沿板長(zhǎng)（L L）和板寬（）和板寬（B B）方向的翹曲應(yīng)力分別為：）方向的翹曲應(yīng)力分別為：4234112KhEKDllcc，板的相對(duì)剛性半徑板邊中點(diǎn)： 按照文克勒地基板計(jì)算翹曲應(yīng)力的假設(shè)，采用有限元法按照文克勒地基板計(jì)算翹曲應(yīng)力的假設(shè)，采用有限元法來(lái)計(jì)算彈性半空間體地基上板的翹曲應(yīng)力

31、。來(lái)計(jì)算彈性半空間體地基上板的翹曲應(yīng)力。計(jì)算回彈模量（彈性半空間地基的式中：)161322MPaEEEhltcctcsc板的剛性半徑板的剛性半徑 一、面層混凝土板一、面層混凝土板要求要求：應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、耐久性、表面抗滑、耐磨、平應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、耐久性、表面抗滑、耐磨、平整等良好的路用性能整等良好的路用性能類(lèi)型類(lèi)型：面層一般采用設(shè)接縫、不配筋的普通混凝土路面板。面層一般采用設(shè)接縫、不配筋的普通混凝土路面板。對(duì)于不同等級(jí)公路承受不同交通等級(jí)的道路，也可采用其對(duì)于不同等級(jí)公路承受不同交通等級(jí)的道路，也可采用其他類(lèi)型混凝土面板他類(lèi)型混凝土面板第四節(jié) 水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)平面尺寸平面尺寸：普

32、通混凝土、鋼筋混凝土、碾壓混凝土或鋼纖維混普通混凝土、鋼筋混凝土、碾壓混凝土或鋼纖維混凝土面層板一般采用矩形，用縱橫接縫分隔，縱向和橫向接縫凝土面層板一般采用矩形，用縱橫接縫分隔，縱向和橫向接縫應(yīng)垂直相交，縱縫兩側(cè)的橫縫不得相互錯(cuò)位?？v縫間距按路面應(yīng)垂直相交，縱縫兩側(cè)的橫縫不得相互錯(cuò)位?？v縫間距按路面寬度在寬度在3.03.04.5m4.5m范圍內(nèi)確定。普通混凝土面層板的橫縫間距一范圍內(nèi)確定。普通混凝土面層板的橫縫間距一般為般為4 46m6m，長(zhǎng)寬比不宜超過(guò)，長(zhǎng)寬比不宜超過(guò)1.501.50，平面尺寸不宜大于，平面尺寸不宜大于25m25m2 2；碾；碾壓混凝土或鋼纖維混凝土面層板的橫縫間距一般為壓

33、混凝土或鋼纖維混凝土面層板的橫縫間距一般為6 610m10m，鋼，鋼筋混凝土面層板一般為筋混凝土面層板一般為6 615m15m。厚度厚度：混凝土面層板的厚度決定于公路和交通等級(jí)，對(duì)于普通混凝土面層板的厚度決定于公路和交通等級(jí)，對(duì)于普通混凝土、鋼筋混凝土、碾壓混凝土或連續(xù)配筋混凝土面層板所混凝土、鋼筋混凝土、碾壓混凝土或連續(xù)配筋混凝土面層板所需的厚度可參考后表所示的范圍初步選定。鋼纖維混凝土面層需的厚度可參考后表所示的范圍初步選定。鋼纖維混凝土面層板的厚度一般為普通混凝土路面厚度的板的厚度一般為普通混凝土路面厚度的0.650.650.750.75倍。特重或重倍。特重或重交通時(shí)，最小厚度為交通時(shí)，

34、最小厚度為160mm160mm；中等或輕交通時(shí)，最小厚度為；中等或輕交通時(shí)，最小厚度為140mm140mm。復(fù)合式路面瀝青上面層的厚度一般為。復(fù)合式路面瀝青上面層的厚度一般為252580mm80mm。表面構(gòu)造表面構(gòu)造：為保證行車(chē)安全，路面混凝土板表面構(gòu)造應(yīng)采用刻槽、為保證行車(chē)安全，路面混凝土板表面構(gòu)造應(yīng)采用刻槽、壓槽、拉槽或拉毛等方法制作。構(gòu)造深度在使用初期應(yīng)滿(mǎn)足下表的壓槽、拉槽或拉毛等方法制作。構(gòu)造深度在使用初期應(yīng)滿(mǎn)足下表的要求。要求。二、混凝土路面基層結(jié)構(gòu)二、混凝土路面基層結(jié)構(gòu)要求要求：應(yīng)具備足夠的抗沖刷能力和一定的剛度。應(yīng)具備足夠的抗沖刷能力和一定的剛度?；鶎宇?lèi)型與適宜厚度基層類(lèi)型與適宜

35、厚度：濕潤(rùn)和多雨地區(qū)，路基為低透水性細(xì)粒濕潤(rùn)和多雨地區(qū)，路基為低透水性細(xì)粒土的高速公路和一級(jí)公路或者承受特重交通或重交通的二級(jí)公土的高速公路和一級(jí)公路或者承受特重交通或重交通的二級(jí)公路，宜采用排水基層。各類(lèi)基層的適宜交通等級(jí)與適宜厚度范路，宜采用排水基層。各類(lèi)基層的適宜交通等級(jí)與適宜厚度范圍見(jiàn)下表所列：圍見(jiàn)下表所列：寬度寬度：寬度應(yīng)比混凝土面板每側(cè)寬出寬度應(yīng)比混凝土面板每側(cè)寬出300300650mm650mm。路肩采用混凝。路肩采用混凝土面層，其厚度與行車(chē)道面層板相同時(shí)，基層寬度宜與路基同寬。土面層，其厚度與行車(chē)道面層板相同時(shí)，基層寬度宜與路基同寬。u 碾壓混凝土作基層時(shí)，應(yīng)設(shè)置與混凝土面層板

36、相對(duì)應(yīng)的縱、橫碾壓混凝土作基層時(shí)，應(yīng)設(shè)置與混凝土面層板相對(duì)應(yīng)的縱、橫接縫。采用貧混凝土基層時(shí)，若彎拉應(yīng)力超過(guò)接縫。采用貧混凝土基層時(shí)，若彎拉應(yīng)力超過(guò)1.8MPa1.8MPa，應(yīng)設(shè)置與，應(yīng)設(shè)置與混凝土面層板相對(duì)應(yīng)的橫向接縫；一次攤鋪寬度大于混凝土面層板相對(duì)應(yīng)的橫向接縫；一次攤鋪寬度大于7.5m7.5m，還應(yīng)，還應(yīng)設(shè)置縱向縮縫。設(shè)置縱向縮縫。u 排水基層下應(yīng)設(shè)置由水泥穩(wěn)定粒料或密級(jí)配粒料組成的不透水排水基層下應(yīng)設(shè)置由水泥穩(wěn)定粒料或密級(jí)配粒料組成的不透水底基層，厚度一般為底基層，厚度一般為200mm200mm。底基層頂面應(yīng)鋪設(shè)瀝青封層或防水。底基層頂面應(yīng)鋪設(shè)瀝青封層或防水土工織物。土工織物。u 在基

37、層下若未設(shè)置墊層，而上路床土質(zhì)為細(xì)粒土、粘土質(zhì)砂或在基層下若未設(shè)置墊層，而上路床土質(zhì)為細(xì)粒土、粘土質(zhì)砂或級(jí)配不良砂（承受特重或重交通時(shí)），或者上路床土質(zhì)為細(xì)粒土級(jí)配不良砂（承受特重或重交通時(shí)），或者上路床土質(zhì)為細(xì)粒土（承受中等交通時(shí)），均應(yīng)在基層下設(shè)置底基層。底基層可采用（承受中等交通時(shí)），均應(yīng)在基層下設(shè)置底基層。底基層可采用級(jí)配粒料、水泥穩(wěn)定粒料或石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料，厚度可取級(jí)配粒料、水泥穩(wěn)定粒料或石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料，厚度可取200mm200mm。三、混凝土路面墊層結(jié)構(gòu)三、混凝土路面墊層結(jié)構(gòu)墊層結(jié)構(gòu)一般是為應(yīng)對(duì)路基的特殊需求而設(shè)置，分為防凍墊墊層結(jié)構(gòu)一般是為應(yīng)對(duì)路基的特殊需求而設(shè)置，分為防凍

38、墊層、排水墊層與加固墊層三類(lèi)。層、排水墊層與加固墊層三類(lèi)。在季節(jié)性冰凍地區(qū)修筑混凝土路面，當(dāng)路面結(jié)構(gòu)總厚度不能在季節(jié)性冰凍地區(qū)修筑混凝土路面，當(dāng)路面結(jié)構(gòu)總厚度不能滿(mǎn)足最小防凍要求時(shí)，應(yīng)設(shè)置防凍墊層，保證總厚度滿(mǎn)足最小滿(mǎn)足最小防凍要求時(shí)，應(yīng)設(shè)置防凍墊層，保證總厚度滿(mǎn)足最小防凍厚度的要求。防凍厚度的要求。對(duì)于水文地質(zhì)條件不良的土質(zhì)路塹，路床土的濕度較大時(shí)，對(duì)于水文地質(zhì)條件不良的土質(zhì)路塹，路床土的濕度較大時(shí)，為防止地下水對(duì)路面結(jié)構(gòu)的侵蝕，應(yīng)設(shè)置排水墊層。為防止地下水對(duì)路面結(jié)構(gòu)的侵蝕，應(yīng)設(shè)置排水墊層。當(dāng)路基土特別軟弱，經(jīng)加固后，仍有可能出現(xiàn)不均勻沉降、當(dāng)路基土特別軟弱，經(jīng)加固后，仍有可能出現(xiàn)不均勻沉降

39、、變形時(shí)，應(yīng)設(shè)置加固墊層以增強(qiáng)路床的承載能力。變形時(shí)，應(yīng)設(shè)置加固墊層以增強(qiáng)路床的承載能力。有時(shí)以上三種情況兼而有之。選擇墊層結(jié)構(gòu)材料時(shí)也應(yīng)兼顧，有時(shí)以上三種情況兼而有之。選擇墊層結(jié)構(gòu)材料時(shí)也應(yīng)兼顧，具備多種功能。一般情況，墊層多數(shù)選用當(dāng)?shù)亓畠r(jià)材料修筑，具備多種功能。一般情況，墊層多數(shù)選用當(dāng)?shù)亓畠r(jià)材料修筑，或取當(dāng)?shù)夭牧蠐缴倭繜o(wú)機(jī)結(jié)合料處治后使用，如砂、砂礫料、或取當(dāng)?shù)夭牧蠐缴倭繜o(wú)機(jī)結(jié)合料處治后使用，如砂、砂礫料、低劑量無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定粒料等。墊層厚度一般為低劑量無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定粒料等。墊層厚度一般為150mm150mm。 四、混凝土路面的路基結(jié)構(gòu)四、混凝土路面的路基結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足穩(wěn)定、密實(shí)、均質(zhì)、耐久的要

40、求，為路面結(jié)構(gòu)提供均勻支承。滿(mǎn)足穩(wěn)定、密實(shí)、均質(zhì)、耐久的要求，為路面結(jié)構(gòu)提供均勻支承。對(duì)路基土質(zhì)的要求很?chē)?yán)格，一般高液限粘土及含有機(jī)質(zhì)細(xì)粒土均不對(duì)路基土質(zhì)的要求很?chē)?yán)格，一般高液限粘土及含有機(jī)質(zhì)細(xì)粒土均不能用于高速公路和一級(jí)公路的路床填料、也不能用于二級(jí)和二級(jí)以下能用于高速公路和一級(jí)公路的路床填料、也不能用于二級(jí)和二級(jí)以下公路的上路床填料。高液限粉土及塑性指數(shù)大于公路的上路床填料。高液限粉土及塑性指數(shù)大于1616或膨脹率大于或膨脹率大于3%3%的的低液限粘土不能用做高速公路和一級(jí)公路的上路床填料。因條件限制低液限粘土不能用做高速公路和一級(jí)公路的上路床填料。因條件限制而必須采用上述土做填料時(shí)，應(yīng)摻

41、加石灰或水泥等無(wú)機(jī)結(jié)合料進(jìn)行處而必須采用上述土做填料時(shí)，應(yīng)摻加石灰或水泥等無(wú)機(jī)結(jié)合料進(jìn)行處治。治。地下水位較高的路段，應(yīng)提高路堤設(shè)計(jì)標(biāo)高。若設(shè)計(jì)標(biāo)高受限制，地下水位較高的路段，應(yīng)提高路堤設(shè)計(jì)標(biāo)高。若設(shè)計(jì)標(biāo)高受限制，路基達(dá)不到中濕狀態(tài)的臨界高度時(shí)，應(yīng)選用粗粒土或低劑量石灰或水路基達(dá)不到中濕狀態(tài)的臨界高度時(shí)，應(yīng)選用粗粒土或低劑量石灰或水泥穩(wěn)定細(xì)粒料做路床填料；未能達(dá)到潮濕狀態(tài)的路基臨界高度時(shí)，除泥穩(wěn)定細(xì)粒料做路床填料；未能達(dá)到潮濕狀態(tài)的路基臨界高度時(shí)，除采用上述填料之外，還應(yīng)采取在邊溝下設(shè)置排水滲溝等降低地下水位采用上述填料之外，還應(yīng)采取在邊溝下設(shè)置排水滲溝等降低地下水位的措施。的措施。路基壓實(shí)度

42、應(yīng)符合路基壓實(shí)度應(yīng)符合公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，巖石或填石路床的要求，巖石或填石路床頂面應(yīng)鋪設(shè)整平層，整平層可采用未篩分碎石和石屑或低劑量水泥穩(wěn)頂面應(yīng)鋪設(shè)整平層，整平層可采用未篩分碎石和石屑或低劑量水泥穩(wěn)定粒料、其厚度視路床頂面不平整程度而定，一般為定粒料、其厚度視路床頂面不平整程度而定，一般為100100150mm150mm。我國(guó)水泥混凝土路面設(shè)計(jì)方法采用單軸雙輪組我國(guó)水泥混凝土路面設(shè)計(jì)方法采用單軸雙輪組100kN100kN標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下的彈性半空間地基有限尺寸矩形薄板理標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下的彈性半空間地基有限尺寸矩形薄板理論有限元解為理論基礎(chǔ)論有限元解為理論基礎(chǔ)，以路面板縱縫邊緣荷

43、載與溫度以路面板縱縫邊緣荷載與溫度綜合疲勞彎拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)綜合疲勞彎拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行路面板厚度設(shè)計(jì)。進(jìn)行路面板厚度設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)完成后，路面板的綜合疲勞彎拉應(yīng)力應(yīng)滿(mǎn)足以目設(shè)計(jì)完成后，路面板的綜合疲勞彎拉應(yīng)力應(yīng)滿(mǎn)足以目標(biāo)可靠度為依據(jù)的極限狀態(tài)平衡方程式標(biāo)可靠度為依據(jù)的極限狀態(tài)平衡方程式。第五節(jié) 我國(guó)水泥混凝土路面設(shè)計(jì)方法一、目標(biāo)可靠度與疲勞極限狀態(tài)方程式一、目標(biāo)可靠度與疲勞極限狀態(tài)方程式水泥混凝土路面按可靠度方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，不同等級(jí)公路的水泥混凝土路面按可靠度方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，不同等級(jí)公路的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全等級(jí)及相應(yīng)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期、可靠度指標(biāo)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全等級(jí)及相應(yīng)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期、可靠度指標(biāo)和目標(biāo)可靠

44、度列于下表。和目標(biāo)可靠度列于下表。n對(duì)于各設(shè)計(jì)參數(shù)的變異系數(shù)對(duì)于各設(shè)計(jì)參數(shù)的變異系數(shù)C Cv v范圍有不同要求，如下表。范圍有不同要求，如下表。水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以行車(chē)荷載和溫度梯度綜合作用產(chǎn)水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以行車(chē)荷載和溫度梯度綜合作用產(chǎn)生的疲勞斷裂作為設(shè)計(jì)的極限狀態(tài)，極限狀態(tài)方程式如下式所生的疲勞斷裂作為設(shè)計(jì)的極限狀態(tài)，極限狀態(tài)方程式如下式所示：示：二、彎拉應(yīng)力分析及厚度設(shè)計(jì)二、彎拉應(yīng)力分析及厚度設(shè)計(jì)1. 1. 荷載應(yīng)力分析荷載應(yīng)力分析臨界荷位：產(chǎn)生最大荷載和溫度梯度綜合疲勞損壞的臨界荷臨界荷位：產(chǎn)生最大荷載和溫度梯度綜合疲勞損壞的臨界荷位位于混凝土板的縱向邊緣中部。位位于混凝土板

45、的縱向邊緣中部。標(biāo)準(zhǔn)軸載標(biāo)準(zhǔn)軸載P Ps s在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力按下式計(jì)算確定。在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力按下式計(jì)算確定。按表推薦的路床頂面回彈模量參考值適用于中濕狀態(tài)路基。按表推薦的路床頂面回彈模量參考值適用于中濕狀態(tài)路基。若路基干濕類(lèi)型達(dá)不到中濕狀態(tài)，則不能直接做路床鋪筑路面，若路基干濕類(lèi)型達(dá)不到中濕狀態(tài)，則不能直接做路床鋪筑路面，應(yīng)按照路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行處治，使路基干濕類(lèi)型優(yōu)應(yīng)按照路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行處治，使路基干濕類(lèi)型優(yōu)于中濕狀態(tài)。于中濕狀態(tài)。底基層和墊層同時(shí)存在時(shí)，可先按公式將底基層和墊層換算底基層和墊層同時(shí)存在時(shí)，可先按公式將底基層和墊層換算成具有當(dāng)量回

46、彈模量和當(dāng)量厚度的單層，然后再與基層一起按成具有當(dāng)量回彈模量和當(dāng)量厚度的單層，然后再與基層一起按公式計(jì)算基層頂面當(dāng)量回彈模量。若無(wú)底基層和墊層，只要對(duì)公式計(jì)算基層頂面當(dāng)量回彈模量。若無(wú)底基層和墊層，只要對(duì)相應(yīng)的厚度和回彈模量置零代入各式，即可完成計(jì)算。相應(yīng)的厚度和回彈模量置零代入各式，即可完成計(jì)算。舊路改建舊路改建，在柔性路面上鋪筑水泥混凝土路面板時(shí)，原柔性，在柔性路面上鋪筑水泥混凝土路面板時(shí)，原柔性路面頂面的當(dāng)量回彈模量可按下式計(jì)算確定。路面頂面的當(dāng)量回彈模量可按下式計(jì)算確定。2. 2. 溫度應(yīng)力分析溫度應(yīng)力分析在臨界荷位處的溫度疲勞應(yīng)力按下式計(jì)算確定。在臨界荷位處的溫度疲勞應(yīng)力按下式計(jì)算確

47、定。3. 3.混凝土路面板厚度設(shè)計(jì)混凝土路面板厚度設(shè)計(jì) 首先進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)，即根據(jù)公路等級(jí)、交通等級(jí)和目標(biāo)首先進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)，即根據(jù)公路等級(jí)、交通等級(jí)和目標(biāo)可靠度等初步選定路面結(jié)構(gòu)組合，即選定面層混凝土板、基層、底可靠度等初步選定路面結(jié)構(gòu)組合，即選定面層混凝土板、基層、底基層、墊層、路床的材料類(lèi)型和厚度?；鶎印|層、路床的材料類(lèi)型和厚度。u面層混凝土板可參考建議的參考范圍，根據(jù)公路等級(jí)、交面層混凝土板可參考建議的參考范圍，根據(jù)公路等級(jí)、交通等級(jí)和變異水平等級(jí)選定適宜的初估厚度。進(jìn)一步計(jì)算荷通等級(jí)和變異水平等級(jí)選定適宜的初估厚度。進(jìn)一步計(jì)算荷載疲勞應(yīng)力載疲勞應(yīng)力 psps和溫度疲勞應(yīng)

48、力和溫度疲勞應(yīng)力 ptpt?？疾臁？疾?psps與與 ptpt之和與可靠度之和與可靠度系數(shù)系數(shù) f f的乘積是否滿(mǎn)足極限狀態(tài)平衡方程式，即是否小于或等的乘積是否滿(mǎn)足極限狀態(tài)平衡方程式，即是否小于或等于混凝土彎拉應(yīng)力的標(biāo)準(zhǔn)值于混凝土彎拉應(yīng)力的標(biāo)準(zhǔn)值f fr r。如果滿(mǎn)足極限狀態(tài)平衡方程式。如果滿(mǎn)足極限狀態(tài)平衡方程式的要求，則初估厚度即為設(shè)計(jì)路面板厚度，若不能滿(mǎn)足極限的要求，則初估厚度即為設(shè)計(jì)路面板厚度，若不能滿(mǎn)足極限狀態(tài)平衡方程式的要求，可以重新確定初估厚度，或調(diào)整結(jié)狀態(tài)平衡方程式的要求，可以重新確定初估厚度，或調(diào)整結(jié)構(gòu)類(lèi)型和結(jié)構(gòu)組合，再一次進(jìn)行荷載疲勞應(yīng)力和溫度疲勞應(yīng)構(gòu)類(lèi)型和結(jié)構(gòu)組合，再一次進(jìn)

49、行荷載疲勞應(yīng)力和溫度疲勞應(yīng)力驗(yàn)算，直至完全滿(mǎn)足極限平衡方程式。力驗(yàn)算，直至完全滿(mǎn)足極限平衡方程式。u路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)厚度依計(jì)算結(jié)果按路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)厚度依計(jì)算結(jié)果按10mm10mm向上取整。向上取整。三、接縫設(shè)計(jì)三、接縫設(shè)計(jì)1 1縱向接縫縱向接縫u縱向接縫的布設(shè)應(yīng)根據(jù)路面寬度和施工鋪筑寬度而定?？v向接縫的布設(shè)應(yīng)根據(jù)路面寬度和施工鋪筑寬度而定。u一次鋪筑寬度小于路面寬度時(shí)，應(yīng)設(shè)置縱向施工縫，縱向一次鋪筑寬度小于路面寬度時(shí)，應(yīng)設(shè)置縱向施工縫，縱向施工縫采用平縫形式；一次鋪筑寬度大于施工縫采用平縫形式；一次鋪筑寬度大于4.5m4.5m時(shí)，應(yīng)設(shè)置時(shí)，應(yīng)設(shè)置縱向縮縫，縱向縮縫采用假縫形式?？v向縮縫，縱向縮縫采用

50、假縫形式。u拉桿應(yīng)采用螺紋鋼筋，設(shè)在板厚的中央，并對(duì)拉桿中部拉桿應(yīng)采用螺紋鋼筋，設(shè)在板厚的中央，并對(duì)拉桿中部100m100m范圍內(nèi)作防銹處理。拉桿的直徑、長(zhǎng)度和間距，可參范圍內(nèi)作防銹處理。拉桿的直徑、長(zhǎng)度和間距，可參照表照表16-3016-30選用。選用。u連續(xù)配筋混凝土路面的縱縫拉桿可由板內(nèi)橫向鋼筋延伸穿連續(xù)配筋混凝土路面的縱縫拉桿可由板內(nèi)橫向鋼筋延伸穿過(guò)接縫代替拉桿。過(guò)接縫代替拉桿?？v縫構(gòu)造（尺寸單位：縱縫構(gòu)造（尺寸單位：mmmm）a a）縱向施工縫；）縱向施工縫；b b）縱向縮縫）縱向縮縫2 2橫向接縫橫向接縫u每日施工結(jié)束或臨時(shí)中斷施工時(shí)，必須設(shè)置橫向施工縫，其位每日施工結(jié)束或臨時(shí)中斷

51、施工時(shí)，必須設(shè)置橫向施工縫，其位置應(yīng)盡可能設(shè)在橫向縮縫或脹縫處。施工縫應(yīng)采用設(shè)傳為桿的置應(yīng)盡可能設(shè)在橫向縮縫或脹縫處。施工縫應(yīng)采用設(shè)傳為桿的平縫形式。平縫形式。u橫向縮縫可等間距設(shè)置，采用假縫形式。特重和重交通公路、橫向縮縫可等間距設(shè)置，采用假縫形式。特重和重交通公路、收費(fèi)廣場(chǎng)及鄰近脹縫或自由端部的三條最靠近的縮縫，均應(yīng)采收費(fèi)廣場(chǎng)及鄰近脹縫或自由端部的三條最靠近的縮縫，均應(yīng)采用設(shè)傳力桿假縫形式。其他情況可采用不設(shè)傳力桿的假縫形式。用設(shè)傳力桿假縫形式。其他情況可采用不設(shè)傳力桿的假縫形式。u橫向脹縫只在鄰近橋梁或其他固定構(gòu)造物處或與其他道路相交橫向脹縫只在鄰近橋梁或其他固定構(gòu)造物處或與其他道路相交

52、處設(shè)置。脹縫設(shè)置條數(shù)視膨脹量大小而定。低溫澆筑混凝土面處設(shè)置。脹縫設(shè)置條數(shù)視膨脹量大小而定。低溫澆筑混凝土面層或選用膨脹性高的集料時(shí)，根據(jù)具體情況決定脹縫的設(shè)置。層或選用膨脹性高的集料時(shí)，根據(jù)具體情況決定脹縫的設(shè)置。u傳力桿采用光面鋼筋。其尺寸和間距按表傳力桿采用光面鋼筋。其尺寸和間距按表16-3116-31選用。最外側(cè)選用。最外側(cè)傳力桿距縱向接縫或自由邊的距離傳力桿距縱向接縫或自由邊的距離150150250mm250mm。橫向施工縫構(gòu)造（尺寸單位：橫向施工縫構(gòu)造（尺寸單位：mmmm）a a）設(shè)傳力桿平縫型；）設(shè)傳力桿平縫型；b b）設(shè)拉桿企口縫型）設(shè)拉桿企口縫型橫向縮縫構(gòu)造（尺寸單位：橫向縮

53、縫構(gòu)造（尺寸單位：mmmm）a a）設(shè)傳力桿假縫型；）設(shè)傳力桿假縫型；b b）不設(shè)傳力桿假縫型）不設(shè)傳力桿假縫型四、混凝土面板配筋設(shè)計(jì)四、混凝土面板配筋設(shè)計(jì)1. 1.鋼筋混凝土面層板配筋設(shè)計(jì)鋼筋混凝土面層板配筋設(shè)計(jì)鋼筋混凝土面層板的鋼筋配筋量按下式計(jì)算確定。鋼筋混凝土面層板的鋼筋配筋量按下式計(jì)算確定。u縱向和橫向鋼筋宜采用相同或相近的直徑，鋼筋的最小值和縱向和橫向鋼筋宜采用相同或相近的直徑，鋼筋的最小值和最大間距應(yīng)符合下表的規(guī)定。鋼筋的最小間距為集料最大粒徑最大間距應(yīng)符合下表的規(guī)定。鋼筋的最小間距為集料最大粒徑的的2 2倍。倍。u鋼筋布置應(yīng)符合以下要求：鋼筋布置應(yīng)符合以下要求：u縱向鋼筋設(shè)在面

54、層頂面縱向鋼筋設(shè)在面層頂面1/31/31/21/2厚度范圍內(nèi)；厚度范圍內(nèi)；u縱向鋼筋的搭接長(zhǎng)度一般不小于縱向鋼筋的搭接長(zhǎng)度一般不小于3535倍鋼筋直徑，搭接位置應(yīng)倍鋼筋直徑，搭接位置應(yīng)錯(cuò)開(kāi)，搭接端的連線(xiàn)與縱向鋼筋?yuàn)A角應(yīng)小于錯(cuò)開(kāi)，搭接端的連線(xiàn)與縱向鋼筋?yuàn)A角應(yīng)小于6060；u邊緣鋼筋至縱縫或自由邊的距離一般為邊緣鋼筋至縱縫或自由邊的距離一般為100100150mm150mm。設(shè)計(jì)示例設(shè)計(jì)示例 公路自然區(qū)劃公路自然區(qū)劃區(qū)擬新建一條二級(jí)公區(qū)擬新建一條二級(jí)公 路，路基為粘路，路基為粘質(zhì)土，采用普通混凝土路質(zhì)土，采用普通混凝土路 面，路面寬面，路面寬 9m9m，經(jīng)交通調(diào)，經(jīng)交通調(diào)查得知，設(shè)計(jì)車(chē)道使用初期標(biāo)

55、準(zhǔn)軸載日作用次數(shù)為查得知，設(shè)計(jì)車(chē)道使用初期標(biāo)準(zhǔn)軸載日作用次數(shù)為21002100，試設(shè)計(jì)該路面厚度。試設(shè)計(jì)該路面厚度。1 1 交通分析交通分析 二級(jí)公路的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期查表為二級(jí)公路的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期查表為2020年，其可靠度設(shè)計(jì)年，其可靠度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的安全等級(jí)查表為三級(jí)。臨界荷位處的車(chē)輛輪跡標(biāo)準(zhǔn)的安全等級(jí)查表為三級(jí)。臨界荷位處的車(chē)輛輪跡橫向分布系數(shù)查表查表取橫向分布系數(shù)查表查表取0.390.39。取交通量年增長(zhǎng)率為。取交通量年增長(zhǎng)率為5 5。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的設(shè)計(jì)車(chē)道標(biāo)準(zhǔn)荷載累計(jì)作用次數(shù)。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的設(shè)計(jì)車(chē)道標(biāo)準(zhǔn)荷載累計(jì)作用次數(shù)按公式計(jì)算按公式計(jì)算屬重交通等級(jí)。屬重交通等級(jí)。2 2 初擬路面結(jié)構(gòu)初擬路面結(jié)構(gòu)

56、 相應(yīng)于安全等級(jí)三級(jí)的變異水平等級(jí)為相應(yīng)于安全等級(jí)三級(jí)的變異水平等級(jí)為 中級(jí)。根據(jù)中級(jí)。根據(jù)二級(jí)公路、重交通等級(jí)和中二級(jí)公路、重交通等級(jí)和中 級(jí)變異水平，初擬普通混級(jí)變異水平，初擬普通混凝土面層厚度為凝土面層厚度為0.22m0.22m。 基層選用水泥穩(wěn)定粒料（水泥基層選用水泥穩(wěn)定粒料（水泥 用量用量 5 5），厚），厚 0.18m0.18m。墊層為。墊層為 0.15m0.15m低劑量無(wú)機(jī)結(jié)合料低劑量無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土。普通混凝土板的穩(wěn)定土。普通混凝土板的 平面尺寸為寬平面尺寸為寬 4.5 m4.5 m，長(zhǎng)，長(zhǎng)5 m5 m。縱縫為設(shè)拉縱縫為設(shè)拉 桿平縫，橫縫為不設(shè)傳力桿的假縫。桿平縫，橫縫為不設(shè)傳力桿的假縫。3 3 路面材料參數(shù)確定路面材料參數(shù)確定 取重交通等級(jí)的普通混凝土面層彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值查取重交通等級(jí)的普通混凝土面層彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值查表為表為5.0 5.0 MPaMPa ，相應(yīng)彎拉彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值查參考值表，相應(yīng)彎拉彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值查參考值表為為31GP31GP。 根據(jù)中濕路基路床頂面回彈模量經(jīng)驗(yàn)參考值根據(jù)中濕路基路床頂面回彈模量經(jīng)驗(yàn)參考值 表，表，取路基回彈模量為