混凝土路面設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)終極版

1、目 錄1課程設(shè)計(jì)題目12課程設(shè)計(jì)目的13課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容14路面厚度計(jì)算1 4.1 交通分析14.2初擬路面結(jié)構(gòu)34.3路面材料參數(shù)確定44.4 荷載疲勞應(yīng)力64.5溫度疲勞應(yīng)力74.6驗(yàn)算初擬路面結(jié)構(gòu)85接縫設(shè)計(jì)85.1縱向接縫85.2橫向接縫96混凝土面板鋼筋設(shè)計(jì)106.1 邊緣補(bǔ)強(qiáng)鋼筋106.2 角隅鋼筋117材料用量計(jì)算117.1 面層117.2 基層127.3 墊層138施工要求說(shuō)明13參考資料15水泥混凝土路面設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)1課程設(shè)計(jì)題目水泥混凝土路面設(shè)計(jì)：公路自然區(qū)劃區(qū)擬建一條一級(jí)公路，路基為粘質(zhì)土，采用普通混凝土路面，雙向四車道，經(jīng)交通調(diào)查得知，設(shè)計(jì)車道使用初期軸載日作用次數(shù)為45

2、00。試設(shè)計(jì)該路面結(jié)構(gòu)。2課程設(shè)計(jì)目的通過(guò)課程設(shè)計(jì)鞏固和加深所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，熟悉相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范和施工規(guī)范，掌握實(shí)際工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的全過(guò)程。使學(xué)生將所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)和專業(yè)課知識(shí)在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中有機(jī)的聯(lián)系在一起，為進(jìn)行實(shí)際的工程設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。要求學(xué)生課程設(shè)計(jì)之后對(duì)相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范、施工和試驗(yàn)規(guī)范等有比較系統(tǒng)和全面的了解，綜合解決水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的實(shí)際問(wèn)題，深入理解水泥混凝土路面的設(shè)計(jì)理論，掌握設(shè)計(jì)方法。3課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容（1）結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)；（2）材料組成設(shè)計(jì)；（3）混凝土板厚的確定；（4）板的平面尺寸確定；（5）接縫設(shè)計(jì)；（6）配筋設(shè)計(jì)；（7）材料用量計(jì)算；（8）施工要求說(shuō)明。（9）設(shè)計(jì)圖紙為A

3、3路面結(jié)構(gòu)詳圖一張（手工繪圖），要求整潔、規(guī)范，圖幅和數(shù)量符合要求。（10）附參考文獻(xiàn)4路面厚度計(jì)算4.1交通分析 根據(jù)公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ012一94)，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)和目標(biāo)可靠度如下表： 可靠度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 表4-1公路技術(shù)等級(jí)高速公路一級(jí)公路二級(jí)公路三、四級(jí)公路安全等級(jí)一級(jí)二級(jí)三級(jí)四級(jí)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期30302020目標(biāo)可靠度（%）95908580目標(biāo)可靠指標(biāo)1.641.281.040.84變異水平等級(jí)低低中中中高由表4-1知，一級(jí)公路的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為30年，安全等級(jí)為二級(jí)?；炷谅访媾R界荷位車輛輪跡橫向分部系數(shù) 表4-2公 路 等 級(jí)

4、縱 縫 邊 緣 處高速公路、一級(jí)公路、二級(jí)公路0.170.22二級(jí)及二級(jí)以下公路行車道寬7m0.340.390.540.62行車道寬7m由表4-2知，臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)取0.18。交通量年平均增長(zhǎng)率變化范圍（%） 表4-3公路等級(jí)設(shè)計(jì)年限1015203040高速公路5947473624一級(jí)公路61149392624二級(jí)公路51238262413三級(jí)公路3242182131816如表4-3，可取交通量年平均增長(zhǎng)率為。則設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計(jì)車道標(biāo)準(zhǔn)荷載累計(jì)作用次數(shù)為：交通量相軸載大小是路面設(shè)計(jì)的基本依據(jù)。隨著交通量增大，對(duì)路面使用性能和使用壽命的要求相應(yīng)提高。由此，在使用年限內(nèi)對(duì)混凝土強(qiáng)

5、度、面板厚度、基層類型和模量等方面提出了不同的技術(shù)要求。為了區(qū)分各項(xiàng)要求在程度上的差別，按使用初期設(shè)計(jì)車道每日通過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)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(gè)等級(jí)，標(biāo)準(zhǔn)如下：公路混凝土路面交通分級(jí) 表4-4交通等級(jí)特重重中等輕設(shè)計(jì)車道標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)2000100200031003由表4-4可得該公路屬于重交通等級(jí)。4.2初擬路面結(jié)構(gòu)由上表4-1知，安全等級(jí)為二級(jí)的道路對(duì)應(yīng)的變異水平等級(jí)為中級(jí)。水泥混凝土面層厚度的參考范圍 表4-5交通等級(jí)特重重公路等級(jí)高速一級(jí)二級(jí)高速一級(jí)二級(jí)變異水平等級(jí)低中低中低中低中面層厚度（mm）26025024027024026023

6、0250220交通等級(jí)中等輕公路等級(jí)二級(jí)三、四級(jí)三、四級(jí)三、四級(jí)變異水平等級(jí)高中高中高中面層厚度（mm）240210230200220200230220根據(jù)一級(jí)公路、重交通等級(jí)和中級(jí)變異水平等級(jí)，由表4-5知，初擬普通混凝土面層厚度為。 各類基層適宜交通等級(jí)與適宜厚度的范圍 表4-6基層類型厚度適宜的范圍（mm）適宜交通等級(jí)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(jí)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(jí)、重交瀝青穩(wěn)定碎石排水基層80

7、100高速、一級(jí)、重交如上表4-6，基層可選用水泥穩(wěn)定粒料類，厚，為保證模板和軌模式攤鋪機(jī)軌道的安裝、滑模式攤鋪機(jī)的施工，以及混凝土面板邊緣的強(qiáng)度和穩(wěn)定性當(dāng)采用小型機(jī)具或軌模式攤鋪機(jī)施工時(shí)，基層的寬度比混凝土面板每側(cè)寬出25cm；。墊層選用石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料，每側(cè)比基層寬出25cm。普通混凝土板的平面尺寸寬、長(zhǎng)；縱縫為設(shè)拉桿平縫，橫縫為設(shè)傳力桿的假縫，中間帶為3，每幅路面寬 。圖4-1 路面結(jié)構(gòu)圖（單位：mm）4.3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(chǎn)生壓應(yīng)力和彎拉應(yīng)力?；炷撩姘逅艿膲簯?yīng)力與混凝土的抗壓強(qiáng)度相比很小，而所受的彎拉應(yīng)力與抗彎拉強(qiáng)度相比則大得多，

8、可能導(dǎo)致混凝土面板開(kāi)裂破壞。因此，在設(shè)計(jì)混凝土面板厚度時(shí)，應(yīng)以彎拉強(qiáng)度為其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。混凝土的強(qiáng)度隨齡期而增長(zhǎng)，通常以28日齡期的強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)。各級(jí)交通要求的混凝土設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度不得低于表4-7的規(guī)定。當(dāng)90日內(nèi)不開(kāi)放交通時(shí)，則可采用90日齡期的強(qiáng)度(為28日強(qiáng)度的1.1倍)?；炷恋膹?qiáng)度對(duì)路面的使用壽命有重大影響，強(qiáng)度的變化同路面容許的標(biāo)準(zhǔn)鈾載作用次數(shù)的對(duì)數(shù)成正比。增加混凝土的強(qiáng)度，可以大大延長(zhǎng)路面的使用壽命，取得十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益。因而，應(yīng)盡可能提高混凝土的強(qiáng)度。結(jié)合我國(guó)的材料情況和施工工藝水平，公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ01294)規(guī)定了設(shè)計(jì)強(qiáng)度的最低值。條件許可時(shí)，應(yīng)盡量采用高值，尤

9、其是對(duì)于特重交通的公路。 混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 表4-7交通等級(jí)特重重中等輕水泥混凝土的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（）5.05.04.54.0鋼纖維混凝土的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（）6.06.05.55.0混凝土彎拉彈性模量的測(cè)試工作，很費(fèi)時(shí)而又不易準(zhǔn)確，且其數(shù)值的變化對(duì)荷載應(yīng)力計(jì)算結(jié)果的影響不大。因而，在無(wú)條件測(cè)試時(shí)，直接采用表4-7所列數(shù)值，。水泥混凝土彎拉彈性模量經(jīng)驗(yàn)參考值 表4-8彎拉強(qiáng)度（）1.01.52.02.53.0抗壓強(qiáng)度（）5.07.711.014.919.3彎拉彈性模量（）1015182123彎拉強(qiáng)度（）3.54.04.55.05.5抗壓強(qiáng)度（）24.219.735.841.848.4彎拉彈性

10、模量（）2527293133 按表4-8取普通混凝土面層的彎拉彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值為。中濕路基路床頂面回彈模量經(jīng)驗(yàn)參考值范圍 表4-9土組公路自然區(qū)劃土質(zhì)砂26424050395035605060黏質(zhì)土25453040254530453045粉質(zhì)土22463254305027433045 墊層和基層材料回彈模量經(jīng)驗(yàn)參考值范圍 表4-10材料類型回彈模量（）材料類型回彈模量（）中、粗砂80100石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料13001700天然砂礫150200水泥穩(wěn)定粒料13001700未篩分碎石180220瀝青碎石（粗粒式，）600800極配碎礫石（墊層）200250瀝青混凝土（粗粒式，）8001200極配碎礫

11、石（基層）250350瀝青混凝土（中粒式，）10001400石灰土200700多孔隙水泥碎石（水泥劑量9.5%11%）13001700石灰粉煤灰土600900多孔隙瀝青碎石（，瀝青含量2.5%3.5%）600800按表4-9，路基土回彈模量取。按表4-10，石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料墊層回彈模量取，水泥穩(wěn)定粒料基層回彈模量取。則有：基層頂面當(dāng)量回彈模量計(jì)算如下： 式中：路床頂面的回彈模量（），查用表4-9的參考值；基層和底基層或墊層的當(dāng)量回彈模量（）；基層和底基層或墊層的回彈模量（），查表4-10的參考值；基層和底基層或墊層的當(dāng)量厚度（）；基層和底基層或墊層的當(dāng)量彎曲剛度（）；基層和底基層或墊層的厚度

12、（）；與有關(guān)的回歸系數(shù)；基層頂面當(dāng)量回彈模量（），此為新建公路的基層頂面當(dāng)量回彈模量。普通混凝土面層的相對(duì)剛度半徑按下式計(jì)算為；混凝土板的相對(duì)剛度半徑（）；混凝土板的厚度（）；水泥混凝土的彎拉彈性模量（），可查用表4-8的參考值。4.4 荷載疲勞應(yīng)力 標(biāo)準(zhǔn)軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力計(jì)算為： 式中：標(biāo)準(zhǔn)軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力（）；考慮接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)，縱縫為設(shè)拉桿的平縫：，縱縫位不設(shè)拉桿平縫或自由邊界：，縱縫為設(shè)拉桿的企口縫：；考慮設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力累計(jì)疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)，按下式計(jì)算確定。式中：設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)；與混合料性質(zhì)有關(guān)的指數(shù)，普通混凝土、

13、鋼筋混凝土、連續(xù)配筋混凝土；因縱縫為設(shè)拉桿平縫，故取?？紤]設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)。由于超過(guò)額定載重和載重在各側(cè)車輪上分配的不均勻性，在行駛過(guò)程中因路表不平整和車輛自振所引起的變動(dòng)，以及路面結(jié)構(gòu)厚度和材料性質(zhì)的變異等因素對(duì)路面疲勞損壞的影響的綜合系數(shù)。其數(shù)值是參照國(guó)內(nèi)外資料確定。 綜合系數(shù) 表4-11公路等級(jí)高速公路一級(jí)公路二級(jí)公路三、四級(jí)公路1.301.251.201.10根據(jù)公路等級(jí)和表4-11，考慮偏載和動(dòng)載等因素對(duì)路面疲勞損壞影響的綜合系數(shù)為。則荷載疲勞應(yīng)力為 4.5溫度疲勞應(yīng)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

14、經(jīng)歷了由零經(jīng)正最大(板頂高于板底)到零，再經(jīng)負(fù)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?jì)算值，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(biāo)準(zhǔn)值 表4-12公路自然區(qū)劃、最大溫度梯度（）8388909586929398由表4-12，區(qū)最大溫度梯度為85（），板長(zhǎng)為，。則當(dāng)混凝土板厚度為時(shí)，查下圖5-1可得。圖5-1 溫度應(yīng)力系數(shù)則有最大溫度梯度時(shí)混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力為 回歸系數(shù)、和 表4-13系數(shù)公路自然區(qū)劃0.8280.8550.8410.8710.8370.8340.0410.0410.0580.0710.0380.0521.3231.3551.

15、3231.2871.3821.270溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)，按下式計(jì)算，根據(jù)表4-13知，自然區(qū)劃區(qū)中，為則溫度疲勞應(yīng)力為 4.6驗(yàn)算初擬路面結(jié)構(gòu) 可靠度系數(shù) 表4-14變異水平等級(jí)目標(biāo)可靠度（）95908580低1.201.331.091.161.041.08中1.331.501.161.231.081.131.041.07高1.231.331.131.181.071.11由表4-1知，一級(jí)公路的安全等級(jí)為二級(jí)，相應(yīng)于二級(jí)安全等級(jí)的變異水平等級(jí)為中級(jí)，目標(biāo)可靠度為。再據(jù)查得的目標(biāo)可靠度和安全等級(jí)，由表4-14知，可靠度系數(shù)為。則，因而，所選普通混凝土面層厚度（）可以承受設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)

16、力的綜合疲勞作用。5接縫設(shè)計(jì)為避免混凝土面層因?yàn)闊崦浝淇s而引起的變形計(jì)破壞，在縱橫兩個(gè)方向設(shè)置許多接縫，且做成垂直正交，把整個(gè)路面分割成許多板塊。5.1縱向接縫原定平面尺寸寬3.75米，長(zhǎng)5米，則應(yīng)在縱向設(shè)置施工縫，縱向接縫的布設(shè)根據(jù)路面寬度和施工鋪筑寬度而定。本段路面設(shè)計(jì)按一個(gè)車道施工，故采用拉桿平縫形式。接縫拉桿采用螺紋鋼筋，設(shè)置在板厚的中央，并對(duì)拉桿中部100mm范圍內(nèi)作防銹處理。拉桿的直徑、長(zhǎng)度和間距查下表選用。接縫布置如下表5-1所示：拉桿直徑、長(zhǎng)度和間距(mm) 表5-1面層厚度（mm)到自由邊或未設(shè)拉桿縱縫的距離(m)3.003.503.754.506.007.520025014

17、×700×90014×700×800 14×700×70014×700×600 14×700×50014×700×40026030016×800×90016×800×80016×800×70016×800×60016×800×50016×800×400注：拉桿直徑、長(zhǎng)度和間距的數(shù)字為直徑×長(zhǎng)度×間距?？p的上部鋸切槽口，深度為，寬度為，槽內(nèi)

18、灌塞填縫料，構(gòu)造如下圖所示： 圖5-1 縱縫構(gòu)造圖（單位：mm）5.2橫向接縫每日施工結(jié)束或因臨時(shí)原因中斷施工時(shí)，必須設(shè)置橫向施工縫，其位置應(yīng)盡可能選在縮縫或脹縫處。且由于本路屬于重交通等級(jí)，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(shè)置?？p的上部鋸切槽口，深度為，寬度為，槽內(nèi)灌塞填縫料。傳力桿采用光圓鋼筋，其尺寸和間距根據(jù)表5-2可選用傳力桿直徑為，長(zhǎng)度為，間距為。最外側(cè)傳力桿距縱向接縫或自由邊的距離為。傳力桿尺寸和間距（mm） 表5-2面層厚度（mm）傳力桿直徑傳力桿最小長(zhǎng)度傳力桿最大間距220284003002403040030026032450300280354503003

19、0038500300橫向接縫的細(xì)部構(gòu)造見(jiàn)下圖： 圖5-2 橫向接縫構(gòu)造圖（單位：mm）6混凝土面板鋼筋設(shè)計(jì) 混凝土面板縱橫自由邊邊緣下的基礎(chǔ)，當(dāng)有可能產(chǎn)生較大的塑性變形時(shí)，宜在板邊緣加設(shè)邊緣補(bǔ)強(qiáng)鋼筋，角隅加設(shè)發(fā)針形鋼筋或鋼筋網(wǎng)。6.1邊緣補(bǔ)強(qiáng)鋼筋混凝土面板邊緣部分的補(bǔ)強(qiáng)，選用根的螺紋鋼筋，布置在板的下部，距板底約為板厚的即，間距為，鋼筋兩端應(yīng)向上彎起，鋼筋保護(hù)層的厚度為，如下圖所示。圖6-1 邊緣鋼筋（單位：）6.2角隅鋼筋角隅補(bǔ)強(qiáng)部分的補(bǔ)強(qiáng)，選用根直徑為的螺紋鋼，布置在板的上部，距板頂，距板邊為，鋼筋保護(hù)層的厚度為，如下圖所示。圖6-2 角隅鋼筋(單位：）7材料用量計(jì)算7.1 面層面層工程量

20、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(jì)算結(jié)果見(jiàn)表7-1。取長(zhǎng)度1000m為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。 面層工程數(shù)量表 表7-1材料普通混凝土面板長(zhǎng)度（m）1000寬度（m）19.5厚度（cm）26體積（）混凝土面板數(shù)量（m）接縫數(shù)量表（個(gè)）橫縫縱縫接縫鋼筋數(shù)量（kg）橫縫傳力桿縱縫拉桿邊緣補(bǔ)強(qiáng)鋼筋水泥用量（kg）砂和碎石（kg）鋼筋用量（kg）7.2 基層W/C一般為0.3，水泥用量為。粗集料使用連續(xù)級(jí)配，集料的最大粒徑一般為15 mm。細(xì)漿料含砂率超過(guò)25%。利用粉煤灰摻量為30%?；鶎庸こ虜?shù)量表涵蓋了基層的長(zhǎng)度，寬度，厚度等一些基本的數(shù)據(jù)，為概預(yù)算設(shè)計(jì)作鋪墊?；鶎訑M采用

21、小型機(jī)具施工，依據(jù)規(guī)范知基層的寬度應(yīng)比混凝土面層每側(cè)至少寬出250mm，取為0.25m，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表7-2所示。 基層工程數(shù)量表 表7-2 材料水泥穩(wěn)定粒料基層長(zhǎng)度（m）1000寬度（m）19.5+20.25=20厚度（m）0.18體積（）水泥用量（kg）砂和碎石（kg）粉煤灰（kg） 7.3 墊層 墊層工程量表的內(nèi)容和基層類似，墊層擬采用小型機(jī)具施工，墊層的寬度比基層每側(cè)寬出250mm，取為0.25m，詳細(xì)內(nèi)容見(jiàn)表7-3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(zhǎng)度（m）1000寬度（m）19.5+20.25+20.25=20.5厚度（m）0.15體積（）砂和碎石（kg）粉煤灰（kg）528900石灰（kg）766828施工要求說(shuō)明二級(jí)公路修建水泥混凝土路面，對(duì)平整度要求高，由于工程量大，要保證