混凝土路基路面設(shè)計(jì)

1、目 錄1.課程設(shè)計(jì)題目22.課程設(shè)計(jì)目的23.課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容24.結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)34.1 交通分析34.2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65.接縫設(shè)計(jì)75.1 縱向接縫85.2橫向接縫86.混凝土面板鋼筋設(shè)計(jì)96.1 邊緣補(bǔ)強(qiáng)鋼筋96.2 角隅鋼筋97施工要求說(shuō)明108. 材料用量計(jì)算108.1 面層118.2 基層118.3 墊層111.課程設(shè)計(jì)題目 水泥混凝土路面設(shè)計(jì)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

2、在一起，為進(jìn)行實(shí)際的過(guò)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，并能綜合解決瀝青路面和水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的實(shí)際問(wèn)題，深入理解瀝青路面和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 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，路面寬9米。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4500。試設(shè)計(jì)該路面結(jié)構(gòu)。（1）、結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)（2）、材料組合設(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4.結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)4.1

3、交通分析 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)低低中中中高混凝土路面臨界荷位車輛輪跡橫向分部系數(shù) 表4-2公 路 等 級(jí)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 公路混凝土路面交通分級(jí) 表4-3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4-1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

4、級(jí)。由表4-2知，臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)取0.17。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： （次）<（次）由表4-3可得該公路屬于重交通等級(jí)。 4.2初擬路面結(jié)構(gòu) 水泥混凝土面層厚度的參考范圍 表4-4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）260250240270240260230250220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由表4-1知，安全等級(jí)為一級(jí)的道路對(duì)應(yīng)的變異水平等級(jí)為中級(jí)。根據(jù)一級(jí)

5、公路、重交通等級(jí)和中級(jí)變異水平等級(jí)，由表4-4知，初擬普通混凝土面層厚度為?；鶎舆x用水泥穩(wěn)定粒料（水泥用量），厚。墊層為低劑量無(wú)機(jī)結(jié)合料。普通混凝土板的平面尺寸長(zhǎng)為5m、寬；縱縫為設(shè)拉桿平縫，橫縫為設(shè)傳力桿的假縫. 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，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4-5的規(guī)定。當(dāng)

6、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，尤其是對(duì)于特重交通的公路。 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)，可直接采用表4-5所列數(shù)值 混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 表4-

7、5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 水泥混凝土彎拉彈性模量經(jīng)驗(yàn)參考值 表4-6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彎拉彈性模量（）2527293133 穩(wěn)定粒料基層和土基彎拉強(qiáng)度和抗壓回彈模量 表4-7項(xiàng)目抗彎拉強(qiáng)度（）抗壓回彈模量（）水泥穩(wěn)定粒料1.013001600二灰穩(wěn)定粒料1.013001600土基3080墊

8、層和基層材料回彈模量經(jīng)驗(yàn)參考值范圍 表4-8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4-5和表4-2，取普通混凝土面層的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為，相應(yīng)彎拉彈性模量

9、標(biāo)準(zhǔn)值為。按表4-7，路基土回彈模量取。按表4-8，低劑量無(wú)機(jī)結(jié)合料墊層回彈模量取，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： 普通混凝土面層的相對(duì)剛度半徑按下式計(jì)算為 4.4 荷載疲勞應(yīng)力綜合影響系數(shù)考慮了由于超過(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，它實(shí)際上是荷載應(yīng)力安全系數(shù)。其數(shù)值是參照國(guó)內(nèi)外資料確定的 綜合系數(shù) 表4-9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 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：因縱縫為設(shè)拉桿平縫

10、，按縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)?？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)。根據(jù)公路等級(jí)和表4-9，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。同時(shí)，在一年內(nèi)是呈現(xiàn)周期性變化的，最大值出現(xiàn)在57月份，最小值出現(xiàn)在12月份?；炷撩姘宓淖畲鬁囟忍荻扔?jì)算值Tg，可根據(jù)公路所在地的公路自然區(qū)劃按表4-10選用。 最大溫度梯度標(biāo)準(zhǔn)值 表4-10公路自然區(qū)劃、最大溫度梯度（）83889

11、09586929398由表4-10，區(qū)最大溫度梯度為85（），板長(zhǎng)為，則易知當(dāng)混凝土板厚度為時(shí)，。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4-11系數(shù)公路自然區(qū)劃0.8280.8550.8410.8710.8370.8340.0410.0410.0580.0710.0380.0521.3231.3551.3231.2871.3821.270溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)，按下式計(jì)算，根據(jù)表4-11知，自然區(qū)劃區(qū)中，為則溫度疲勞應(yīng)力為 可靠度系數(shù) 表4-12變異水平等級(jí)目標(biāo)可靠度（）95908580低1.201.331.091.161.041.08中1.331.501.161.231.08

12、1.131.041.07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4-12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)力的綜合疲勞作用。5.接縫設(shè)計(jì)混凝上面層是由一定厚度的混凝土面板組成的，具有熱脹冷縮的性質(zhì)。由于一年四季氣溫的變化，混凝土板會(huì)產(chǎn)生不同程度的膨脹和收縮。而在一晝夜戶，白天氣溫升高，混凝土板頂面溫度較底面為高，這種濕度坡差會(huì)造成面板的中部突起。夜間氣溫降低，混凝土板頂面溫度較底面為低，會(huì)使板的周圍和

13、角隅翹起。這些變形會(huì)受到面板與基礎(chǔ)之間的摩阻力和粘結(jié)力，以及板自重和車輪荷載等的約束。致使板內(nèi)產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力，造成板的斷裂或拱脹破壞。由于翹曲而引起的裂縫，則在在裂縫發(fā)生后被分割的兩塊板體尚不致完全分離，還具有傳遞荷載的能力，倘若板體溫度均勻下降引起收縮，則將使兩塊板拉開(kāi)，從而失去傳遞荷載的能力。為了避免這些缺陷，水泥混凝土路面不得不在縱橫兩個(gè)方向設(shè)置許多接縫把整個(gè)路面分割成為許多板塊。水泥混凝土路面的接縫可分為縱縫和橫縫兩大類。與路線中線平行的接縫稱為縱縫，與路線垂直的接縫稱為橫縫。接縫設(shè)計(jì)應(yīng)能：控制收縮應(yīng)力和翹曲應(yīng)力所引起的裂縫出現(xiàn)的位置；通過(guò)接縫提供足夠的荷載傳遞；防止堅(jiān)硬的雜物落入接縫

14、縫隙內(nèi)。5.1 縱向接縫縱向接縫的布設(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)一次鋪筑寬度為4m，與單幅路面寬度相等，故采用平縫形式?？v向接縫的拉桿采用螺紋鋼筋，設(shè)在板厚的中央，并對(duì)拉桿中部100mm范圍內(nèi)刷防銹漆作防銹處理。拉桿的直徑，長(zhǎng)度和間距根據(jù)表5-1可選用。 拉桿直徑，長(zhǎng)度和間距 表5-1面層厚度（mm）到自由邊或未設(shè)拉桿縱縫的距離（m）3.003.503.754.506.007.5020025014×700×90014×700×90014×700×90014×700×90014×700&#

15、215;90014×700×90026030014×700×90014×700×90014×700×90014×700×90014×700×90014×700×900上部鋸切槽口，深度為，寬度為，槽內(nèi)灌塞填縫料，構(gòu)造如下圖所示： 圖5-1 縱縫構(gòu)造圖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。傳力桿采用光圓鋼筋。其

16、尺寸和間距根據(jù)表5-2可選用。 傳力桿尺寸和間距（mm） 表8-2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2202840030024030400300260324503002803545030030038500300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（a.假縫型：b.假縫加傳力桿型）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65mm，間距為，鋼筋兩端應(yīng)向上彎起，如

17、下圖所示。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，如下圖所示。 圖6-1 混凝土面板鋼筋布置7施工要求說(shuō)明級(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，要保證施工進(jìn)度和工程質(zhì)量，適宜采用機(jī)械化施工。次一級(jí)公路路面采用軌道式攤鋪機(jī)施工。施工要點(diǎn)：（1）施工準(zhǔn)備內(nèi)容：原材料的選用與質(zhì)量檢驗(yàn)，配合比的優(yōu)化，基層的驗(yàn)收與修整，軌模安裝；（2）施工機(jī)械的選型配套：攤鋪機(jī)的選型，配套設(shè)備選型；（3）混凝土的拌合、運(yùn)輸和卸料：混凝土拌合要均勻，運(yùn)輸時(shí)控制好運(yùn)輸時(shí)間，卸料時(shí)應(yīng)將一車料分卸成幾小堆，利于布料和減小離析。（4）混合料的攤鋪：把傾卸在基層

18、上或攤鋪機(jī)箱內(nèi)的混合料，按攤鋪松浦厚度均勻的填滿模板范圍內(nèi)；（5）混凝土的振搗：混凝土振搗機(jī)緊跟在攤鋪機(jī)后面，對(duì)混凝土進(jìn)行再一次整平和振搗；通過(guò)人工輔助振搗和調(diào)整用料的措施，使混凝土板全寬的密實(shí)度和平整度達(dá)到要求；（6）混凝土表面的修整：振搗密實(shí)的混凝土必須進(jìn)一步整平、抹光，以獲得平整光潔的表面，混凝土的表面修整采用修面抹光機(jī)；（7）混凝土路面的紋理制作：壓紋、拉槽的深度一般為，紋寬，間距為，紋理走向與路面前進(jìn)方向垂直，橫向相鄰板的紋理互相溝通以利于排水，紋理制作應(yīng)保證平整度要求；（8）養(yǎng)生和接縫處理：養(yǎng)生采取灑水濕養(yǎng)，用濕草簾或麻袋片等覆蓋表面，每天灑水次。養(yǎng)生期不少于。填縫材料為聚氨酯瀝青

19、類，采用填縫機(jī)填8. 材料用量計(jì)算材料用量均按每Km用量計(jì)算。8.1 面層混凝土面板直接承受行車荷載和自然因素的作用，并直接體現(xiàn)使用功能的好壞，同時(shí)又是混凝土路面的承重結(jié)構(gòu)。混凝土面板應(yīng)保證表面平整、耐磨、抗滑。應(yīng)滿足以下要求。 （1）混凝土的彎拉強(qiáng)度應(yīng)滿足表4-5的要求。 （2）有足夠的表面平整度?；炷谅访娴钠秸纫?m直尺量測(cè)為準(zhǔn)，3m直尺與路面表面之間的最大間隙，高速公路和級(jí)公路不應(yīng)大于3mm；其他各級(jí)公路不應(yīng)大于5mm；混凝土路面的平整度也可用平整度儀測(cè)定。 （3）有足夠的抗滑性。混凝土路面的抗滑性以構(gòu)造深度(TD)為指標(biāo)。其竣工驗(yàn)收值，對(duì)高速公路和一級(jí)公路不應(yīng)低于0.8mm，對(duì)其他

20、各級(jí)公路不應(yīng)低于0.6mm，對(duì)年降雨量在500mm以下的地區(qū)，可適當(dāng)降低?；炷撩姘宓臋M斷面一般采用等厚式，其厚度和平面尺寸應(yīng)符合公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ012一94)的有關(guān)規(guī)定。本段路面混凝土選用C30普通混凝土， 查定額可得 面層材料統(tǒng)計(jì)表 表8-132.5級(jí)水泥中（粗）砂碎石（4cm）16螺紋鋼筋6光圓鋼筋用量865.197t1055.61立方1905.03立方4.833t5.409t8.2 基層混凝土面板下設(shè)置基層，不僅為混凝土面板提供均勻而穩(wěn)定的支承，且能防止唧泥、錯(cuò)臺(tái)、凍脹等病害，從而保證路面的整體性，延長(zhǎng)路面的使用壽命。因此，除非土基本身就是有良好級(jí)配的砂礫類土，而且是有良好排水條件的輕交通之外，都應(yīng)設(shè)置基層。同時(shí)，基層應(yīng)具有足夠的剛度和穩(wěn)定性，且斷面正確，表面平整。理論計(jì)算和實(shí)踐都已證明，采用整體性好，具有較高的彈性模量的材料修筑基層，可以確?；炷谅访媪己玫氖褂锰匦院脱娱L(zhǎng)路面的使用壽命?；鶎硬牧蠎?yīng)根據(jù)交通等級(jí)，當(dāng)?shù)貤l件和經(jīng)濟(jì)性等因素選用貧混凝土、瀝青混合料、水泥穩(wěn)定土、石灰穩(wěn)定工業(yè)廢渣、級(jí)配碎(礫)石、填跟碎石等。由于石灰穩(wěn)定土的強(qiáng)度較低，在特重和重交通的公路上，或冰凍地區(qū)潮濕路段及其他地區(qū)的過(guò)濕路段上，不