水泥混凝土路面設計計算書

1、1 課程設計題目 22 課程設計主要內容23 路面厚度計算 2交通分析 2初擬路面結構 4路面材料參數(shù)確定6荷載疲勞應力 9溫度疲勞應力 10驗算初擬路面結構124 接縫設計 13縱向接縫 13橫向接縫 145 混凝土面板鋼筋設計14邊緣補強鋼筋15角隅鋼筋156 材料用量計算15面層 15基層 16墊層 177 施工的方案及工藝15泥混凝土路面設計計算書1 課程設計題目水泥混凝土路面設計：此為城市主干道三級公路，路基為粘質土，采用普通混凝土路面，路面寬24ml經交通調查得知，設計車道使用初期軸載日作用次數(shù)為500。試設計該路面結構。2 課程設計主要內容（ 1）結構組合設計；（ 2）材料組成設

2、計；（ 3）混凝土板厚的確定；（ 4）板的平面尺寸確定；（ 5）接縫設計；（ 6）配筋設計；（ 7）材料用量計算；4 路面厚度計算交通分析根據(jù)公路水泥混凝土路面設計規(guī)范（JTJ012 一 94），不同等級公路的路面結構設計安全等級及相應的設計基準期、可靠度指標和目標可靠度查規(guī)范可知：三級公路的設計基準期為30 年，安全等級為四級?；炷谅访媾R界荷位車輛輪跡橫向分部系數(shù)由表4-4可得該公路屬于重交通等級。公路等級縱縫邊緣處高速公路、一級公路、二級公路二級及二級以下公路行車道寬7m 行車道寬w 7m由表4-2知，臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)取已知交通量設計年限內年增長率：8%荷載累計作用次數(shù)為

3、：Ns(1 gr)t 1 365500 (1 0.08)30 1 365 0.35 723.597 10A4次)gr0.08交通量相軸載大小是路面設計的基本依據(jù)。隨著交通量增大，對路面使用性能和使用壽命的要求相應提高。由此，在使用年限內對混凝土強度、面板厚度、基層類型和模量等方面提出了不同的技術要求。為了區(qū)分各項要求在程度上的差別，按使用初期設計車道每日通過的標準鈾載作用次數(shù)， 將水泥混凝土路面承受的交通劃分為特重、重、中等和輕四個等級，標準如下：公路混凝土路面交通分級表4-4交通等級特重重中等輕設計車道標準軸載累計作用次數(shù)Ne( 104)>200010020003100<3初擬路

4、面結構由上表4-1知，安全等級為四級的道路對應的變異水平等級 為低級。水泥混凝土面層厚度的參考范圍表4-5交通等級特重重公路等級高速一級一級高速一級一級變異水平等級低中低中低中低中面層厚度(mm>260>250>240270240260230250220交通等級中等輕公路等級二級三、四級三、四級三、四級變異水平等級高中高中高中面層厚度(mrm240210230200220200<230<220根據(jù)三級公路、重交通等級和低級變異水平等級，由表 4-5知，初擬普通混凝土面層厚度為220mm各類基層適宜交通等級與適宜厚度的范圍表4-6基層類型厚度適宜的范圍(mrm適宜交

5、通等級貧混凝土或碾壓混凝土基層120200特重交通水泥穩(wěn)定粒料基層150250重交通瀝青混凝土基層4060特重交通瀝青穩(wěn)定碎石基層80100重交通石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料、級配粒料基層150200中等或輕交通多孔隙水泥穩(wěn)定碎石排水基層100140高速、一級、重交瀝青穩(wěn)定碎石排水基層80100高速、一級、重交如上表4-6,基層可選用水泥穩(wěn)定粒料類，厚 180mm墊層選用低劑量無機結合料穩(wěn)定土，厚150mm普通混凝土板的平面尺寸寬、長；縱縫為設拉桿平縫，橫縫為設傳力桿的假縫路面材料參數(shù)確定混凝土面板在行車荷載和溫度變化等因素的作用下，將產 生壓應力和彎拉應力?；炷撩姘逅艿膲簯εc混凝土的抗壓 強度相

6、比很小，而所受的彎拉應力與抗彎拉強度相比則大得多， 可能導致混凝土面板開裂破壞。 因此，在設計混凝土面板厚度時， 應以彎拉強度為其設計標準?；炷恋膹姸入S齡期而增長，通常以 28日齡期的強度為標 準。各級交通要求的混凝土設計彎拉強度不得低于表4-7的規(guī)定。當90日內不開放交通時，則可采用 90日齡期的強度(為28 日強度的倍)。混凝土的強度對路面的使用壽命有重大影響，強度的變化同路面容許的標準鈾載作用次數(shù)的對數(shù)成正比。增加混凝土的強 度，可以大大延長路面的使用壽命，取得十分顯著的經濟效益。 因而，應盡可能提高混凝土的強度。 結合我國的材料情況和施工 工藝水平，公路水泥混凝土路面設計規(guī)范 (JT

7、J012 94)規(guī)定 了設計強度的最低值。條件許可時，應盡量采用高值，尤其是對 于特重交通的公路?；炷翉澙瓘姸葮藴手?表4-7交通等級特重重中等輕水泥混凝土的彎拉強度標準值(MPa )鋼纖維混凝土的彎拉強度標準值（MPa ）混凝土彎拉彈性模量的測試工作， 很費時而又不易準確，且 其數(shù)值的變化對荷載應力計算結果的影響不大。因而，在無條件測試時，直接采用表4-7所列數(shù)值，fr=5.0MPa。水泥混凝土彎拉彈性模量經驗參考值表4-8彎拉強度（MPa ）抗壓強度（MPa ）彎拉彈性模量（GPa ）1015182123彎拉強度（MPa ）抗壓強度（MPa ）彎拉彈性模量（GPa ）2527293133

8、按表4-8取普通混凝土面層的彎拉彈性模量標準值為Ec 31GPa 。中濕路基路床頂面0彈模量經驗參考值范圍表4-9土組公路自然區(qū)劃IImIVVVI土質砂26424050395035605060黏質土25453040254530453045粉質土22463254305027433045墊層和基層材料回彈模量經驗參考值范圍表 4-10材料類型回彈模量（MPa ）材料類型回彈模量（MPa ）中、粗砂80100石灰粉煤灰穩(wěn)從L粒料13001700天然砂礫150200水泥穩(wěn)定粒料13001700未篩分碎石180220瀝目碎石（粗粒式，20 C ）600800極配碎礫石（墊層）200250瀝青混凝土（粗粒

9、式，20 C）8001200極配碎礫石（基層）250350瀝青混凝土（中粒式，20 C ）10001400石灰土200700多孔隙水泥碎石（水泥劑量11%13001700石灰粉煤灰土600900多孔隙瀝青碎石(20 C ,瀝青含量%600800按表4-9 ,路基土回彈模量取Eo 30MPa。按表4-10 ,低劑量無機結合料穩(wěn)定土墊層回彈模量取E2 600MPa ,水泥穩(wěn)定粒料基層回彈模量取E2 1300MPa。則有：基層頂面當量回彈模量計算如下:Ex%乍1h；E2h12h；1300 0.182 600 0.1520.182 0.1521013MPaEh3 E2h3 (h1h2)211x124

10、EhE2h23321300 0.18600 0.15(0.18 0.15)111241300 0.18 600 0.152.57(MN m)hx0.312(m)312Dx 3 12 2.57 EX: 10130.456.22 1 1.51 反 Eo6.22 1 1.511300300.454.2930.55b 1 1.44 且 1 1.44Eo0.551013300.7921 3EtahbE。且 4.293 0.3120.816 30Eo1 3101330165MPa普通混凝土面層的相對剛度半徑按下式計算為r 0.537h3 ElEt0.537 0.22 3 31000165 0.677m荷載

11、疲勞應力標準軸載在臨界荷位處產生的荷載應力計算為:ps 0.077rO.6h 20.077 0.677°-6 0.22 21.259MPap因縱縫為設拉桿平縫，接縫傳荷能力的應力折減系數(shù)為Kr 0.87 0.92，故取Kr 0.87。考慮設計基準期內荷載應力疲勞作用的疲勞應力系數(shù)Kf N； (9.885 106)00572.504。由于超過額定載重和載重在各側車輪上分配的不均勻性，在行駛過程中因路表不平整和車輛自振所引起的變動，以及路面結 構厚度和材料性質的變異等因素對路面疲勞損壞的影響的綜合 系數(shù)。其數(shù)值是參照國內外資料確定。綜合系數(shù)Kc勞損壞影響的綜合系數(shù)為Kc 1.20。 c表

12、 4-11公路等級高速公路一級公路二級公路三、四級公路Kc根據(jù)公路等級和表4-11 ,考慮偏載和動載等因素對路面疲則荷載疲勞應力為DrKrKf Kc DS 0.87 2.504 1.20 1.259 3.29MPapi ic ps溫度疲勞應力混凝土面板頂面和底面的溫度之差除以板的厚度，即為板的溫度梯度。在晴天，混凝土面板的溫度梯度經歷了由零經正最大(板頂高于板底)到零，再經負最大(板頂?shù)陀诎宓?后回到零的周 期性變化?；炷撩姘宓淖畲鬁囟忍荻扔嬎阒?Tg ,可根據(jù)公路所在地的 公路自然區(qū)劃按表4-12選用。最大溫度梯度標準值Tg表4-12公路自然區(qū)劃n、vmIV、VIW最大溫度梯度(C/m)8

13、388909586929398由表4-12 , n區(qū)最大溫度梯度為 88 ( C/m),板長為5ml/r5/0.677 7.39。則當混凝土板厚度為h 0.22m時，查下圖5-1可得Bx 0.71圖5-1溫度應力系數(shù)則有最大溫度梯度時混凝土板的溫度翹曲應力為tmcEchTgBx_ 5_ _1 1031000 0.22 880.712.13MPa系數(shù)公路自然區(qū)劃IImIVVVIWa2回歸系數(shù)a、b和c表4-13bc溫度疲勞應力系數(shù)Kt,按下式計算，根據(jù)表 4-13知，自然區(qū)劃 n 區(qū)中a 0.828, b 0.041, c 1.323, Kt 為c1.323f r tm5.02. 13Kt a

14、b 0.828 0.0410.532tmfr2.135.0則溫度疲勞應力為trKt tm 0.532 2.13 1.13MPa驗算初擬路面結構可靠度系數(shù)表 4-14變異水平等級目標可靠度(% )95908580低一中高一由表4-1知，三級公路的安全等級為四級，相應于四級安全等級的變異水平等級為低級，目標可靠度為90%。再據(jù)查得的目標可靠度和安全等級，由表4-14知，可靠度系數(shù)為,1.13。則,r( pr tr) 1.13 (3.29 1.13) 4.99MPafr 5.0MPa因而，所選普通混凝土面層厚度(0.22m)可以承受設計基準期內荷載應力和溫度應力的綜合疲勞作用5接縫設計為避免混凝土面

15、層因為熱脹冷縮而引起的變形計破壞，在縱橫兩個方向設置許多接縫， 且做成垂直正交，把整個路面分割成 許多板塊?？v向接縫原定平面尺寸寬米，長4米，則應在縱向設置施工縫，縱向接縫的布設根據(jù)路面寬度和施工鋪筑寬度而定。本段路面設計按一個車道施工，故采用拉桿平縫形式。接縫拉桿采用螺紋鋼筋， 設置在板厚的中央，弁對拉桿中部100mms圍內作防銹處理。拉 桿的直徑、長度和間距查下表選用 14 800 900。接縫布置如下表 5-1所示：拉桿直徑、長度和間距(mm)表5-1面層厚度(mm)到自由邊或未設拉桿縱縫的距離(m)20025014X700X 90014X 700X 80014X 700X 70014X

16、 700X 60014X 700X 50014X 700X 40026030016X800X 90016X 800X 80016X 800X 70016X 800X 60016X 800X 50016X 800X 400注：拉桿直徑、長度和間距的數(shù)字為直徑x長度X間距縫的上部鋸切槽口，深度為60mm,寬度為8mm,槽內灌塞填縫料橫向接縫每日施工結束或因臨時原因中斷施工時，必須設置橫向施工縫，其位置應盡可能選在縮縫或脹縫處。且由于本路屬于重交通等級，故施工縫采用加傳力桿的平縫形式。橫向縮縫采用假縫等間距設置。縫的上部鋸切槽口，深度為 60mm,寬度為8mm,槽內 灌塞填縫料。傳力桿采用光圓鋼筋，

17、其尺寸和間距根據(jù)表5-2可選用傳力 桿直徑為28mm,長度為400mm間距為300mm。最外側傳力桿距 縱向接縫或自由邊的距離為150mm。傳力桿尺寸和間距（mrm表5-2面層厚度（mrm傳力桿直徑傳力桿最小長度傳力桿最大間距22028400300240304003002603245030028035450300300385003006混凝土面板鋼筋設計混凝土面板縱橫自由邊邊緣下的基礎，當有可能產生較大 的塑性變形時，宜在板邊緣加設邊緣補強鋼筋， 角隅加設發(fā)針形 鋼筋或鋼筋網(wǎng)。邊緣補強鋼筋混凝土面板邊緣部分的補強，選用 2根16mm的螺紋鋼筋，布 置在板的下部，距板底約為板厚的1/4即65mm

18、,間距為100mm，鋼 筋兩端應向上彎起，鋼筋保護層的厚度為 50mm o角隅鋼筋角隅補強部分的補強，選用2根直徑為14mm的螺紋鋼，布置 在板的上部，距板頂 wa,距板邊為100mm,鋼筋保護層的厚度為 50mm。7材料用量計算面層面層工程量表主要包括：面板混凝土數(shù)量；接縫數(shù)量表； 接縫鋼筋數(shù)量角隅等處的鋼筋數(shù)量， 計算結果見表。取長度 1000m為計算標準?；鶎庸こ虜?shù)量表表7-1材料普通混凝土面板長度（m1000寬度（m厚度（cm）25體積(m3)20.5 1000 0.25 5125混凝土面板數(shù)量（m3）1000 20.5 4 3.75 1367接縫數(shù)橫縫4 1000 (4 0.008)

19、 998量表（個）縱縫998 2 499接縫鋼筋數(shù)量（kg）橫縫傳力#998 375 0.45 3.14 (0.032)2 7850 35424 0.32縱縫拉桿0.016 24449 3.14 ()2 7850 404820.7邊緣補強鋼筋0.016 2467 3.14 ()2 4 4 7850 11787.352水泥用量（kg）一 1000 9_107.6689 1000 9690121000砂和碎石（kg）237.08 131.36 1000 9 3684401000鋼筋用量（kg）18853.02 2251.37 11787.35 22891.74基層W/C 一般為，水泥用量為220k

20、g/m3。粗集料使用連續(xù)級配，集 料的最大粒徑一般為15 mn%細漿料含砂率超過25%利用粉煤 灰摻量為30%基層工程數(shù)量表涵蓋了基層的長度，寬度，厚度 等一些基本的數(shù)據(jù)，為概預算設計作鋪墊?；鶎訑M采用小型機具 施工，依據(jù)規(guī)范知基層的寬度應比混凝土面層每側至少寬出250mm取為，計算結果見表所示?；鶎庸こ虜?shù)量表表7-2材料碾壓混凝土基層長度（m）1000寬度（m）+ =厚度（m）體積（m3）11.1 1000 0.18 1998水泥用量（kg）1998 220 439560砂和碎石（kg）439560 025 244200 1-0.25-0.3粉煤灰（kg）439560 0.30/0.45 293040墊層墊層工程量表的內容和基層差不多， 墊層擬采用小型機具施 工，墊層的寬度比基層每側寬出 250mm取為，詳細內容見表所 示。墊層工程數(shù)量表表7-3材料石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料墊層長度（m）1000寬度（m）+ + =厚度（m）體積（m3）11.6 1000 0.15 1740砂和碎石（kg）179463粉煤灰（kg）102243石灰（kg）383417.施工的方案及工藝1、基層的準備及放樣：將基層上的雜物及浮土清除干凈，弁復 核基層標高、坡度及平整度，達到施工規(guī)范標準。然后恢復中線， 每10m一樁，放出邊樁，再拉出混凝土路面邊樁，測量標