水泥混凝土路面設(shè)計(jì)_ppt

1、 水泥混凝土路面設(shè)計(jì)第一節(jié) 設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)參數(shù)第二節(jié) 混凝土路面結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計(jì) 第三節(jié) 普通混凝土路面板厚計(jì)算第四節(jié) 水泥混凝土路面的構(gòu)造第五節(jié) 其他混凝土路面簡介第一節(jié) 設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)參數(shù)一、混凝土路面的設(shè)計(jì)內(nèi)容 路基與基（墊）層組合設(shè)計(jì) 混凝土面板的平面尺寸確定和板厚計(jì)算 接縫設(shè)計(jì) 配筋設(shè)計(jì) 混凝土材料組成設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)參數(shù)（一）標(biāo)準(zhǔn)軸載與軸載換算公式1、標(biāo)準(zhǔn)軸載：BZZ-100kN單軸軸載2、軸載換算1）換算依據(jù)：等效疲勞損壞原則2）等效：是指同一路面結(jié)構(gòu)在不同軸載作用下達(dá)到相同的疲勞程度3）公路水泥砼路面設(shè)計(jì)規(guī)范：以疲勞斷裂作為砼路面的損壞標(biāo)準(zhǔn)。4）軸載換算公式：（二）交通分級(jí) 分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2、：按使用初期設(shè)計(jì)車道每日通過的標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)，將水泥混凝土路面承受的交通進(jìn)行分級(jí)。 表8-1 交通等級(jí) 交通等級(jí)設(shè)計(jì)車道標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)Ne(104)初估板厚特重2000高速公路一級(jí)公路二級(jí)公路262424重1002000高速公路一級(jí)公路二級(jí)公路272426232522中等3100二級(jí)公路三、四級(jí)公路24212320輕3三、四級(jí)公路1823設(shè)計(jì)車道內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)軸載日作用次數(shù)(三）設(shè)計(jì)使用年限與累計(jì)軸載作用次數(shù) 表8-2 水泥混凝土路面的設(shè)計(jì)使用年限交通等級(jí)設(shè)計(jì)作用年限（年）交通等級(jí)設(shè)計(jì)作用年限（年）特重30中等20重30輕202、設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)路面臨界荷位上受到的標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)： （四）基

3、層頂面的當(dāng)量回彈模量 1、基層頂面的當(dāng)量回彈模量：在混凝土路面設(shè)計(jì)理論中，把混凝土面板下的基層、墊層、土基看做一層，換算成與土基相當(dāng)?shù)囊粚?，其?qiáng)度用基層頂面的當(dāng)量回彈模量來表示。 1）新建公路基層頂面的當(dāng)量回彈模量Et計(jì)算 1）新建公路基層頂面的當(dāng)量回彈模量Et計(jì)算式中：Ex基層和底基層（或墊層）的當(dāng)量回彈模量 E1、E2基層和底基層（或墊層）的回彈模量 hx基層和底基層（或墊層）的當(dāng)量厚度 Dx基層和底基層（或墊層）的當(dāng)量彎曲剛度 h1、h2基層和底基層（或墊層）的厚度 a、b與Ex/E0有關(guān)的回歸系數(shù)（四）基層頂面的當(dāng)量回彈模量和計(jì)算回彈模量2）改建公路基層頂面的當(dāng)量回彈模量Et計(jì)算式中：

4、L0以后軸軸載為100kN的汽車測(cè)得的計(jì)算回彈彎沉值2、基層頂面的計(jì)算回彈模量 式中：n模量經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)，計(jì)算荷載應(yīng)力時(shí)，n為下式： 計(jì)算溫度應(yīng)力時(shí)，n=0.35(五）混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度和彎拉彈性模量設(shè)計(jì)混凝土板厚時(shí)：應(yīng)以彎拉強(qiáng)度為其設(shè)計(jì)指標(biāo)。彎拉彈性模量：表8-3 混凝土設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度和彈性模量1、溫度梯度定義：混凝土面板頂面和底面的溫度之差除 以板的厚度，稱為溫度梯度。 交通等級(jí)特重重中等輕設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度fcm(MPa)5.05.04.54.0彎拉彈性模量Ec(103MPa)30302827（七）混凝土面板內(nèi)最大溫度梯度第二節(jié) 混凝土路面結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計(jì)一、面層類型 普通混凝土、碾壓混凝土、鋼筋混凝

5、土、連續(xù)配筋混凝土、鋼纖維混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土普通混凝土：厚度變動(dòng)于1830之間。面層通常采用整層澆筑，集料最大粒徑40。面層厚時(shí)，也可采用雙層澆筑方式，上層采用較小集料，最大粒徑20。面層由縱向和橫向接縫劃分為矩形板塊，其平面尺寸通常不宜超過25。碾壓混凝土：采用瀝青攤鋪機(jī)等機(jī)械攤鋪干硬性混凝土混合料，并使用振動(dòng)壓路機(jī)、輪胎壓路機(jī)碾壓密實(shí)的水泥混凝土。施工中不必使用模板，可以較早開放交通（7天或14天）。但其表面平整度差，不般不用于上面層。鋼筋混凝土：為防止混凝土面層板產(chǎn)生的裂縫縫隙而在板內(nèi)配置縱向和橫向鋼筋的混凝土面層。其采用條件：1、板的長度較大，如6m8m以上；2、板下埋有溝、管、線等

6、地下設(shè)施或路面可能產(chǎn)生不均勻沉降而使板開裂。3、板的平面形狀不規(guī)則或板內(nèi)開設(shè)孔口等。連續(xù)配筋混凝土：除了在鄰近構(gòu)造物處或與其它路面交接處設(shè)置脹縫，以及視施工需要設(shè)置施工縫外，在路段長度內(nèi)不設(shè)橫縫，而配置縱向鋼筋和橫向鋼筋的混凝土面層。1、 由于不設(shè)橫縫，面層會(huì)產(chǎn)生橫向裂縫，但由于縱向鋼筋的作用，縫隙的寬度較小。2、鋼筋用量大，造價(jià)高，僅用于高速公路或交通繁重的道路，或者用于加鋪已損壞的舊混凝土路面。 鋼纖維混凝土：在混凝土中摻拌鋼纖維，以提高混凝土的韌度和強(qiáng)度，減少其收縮量。1、 由于鋼纖維混凝土的彎拉強(qiáng)度高于普通混凝土，所需的面層厚度薄于普通混凝土面層。2、鋼纖維的造價(jià)高，因而主要用于設(shè)計(jì)標(biāo)

7、高受到限制的舊混凝土路面上的加鋪層，或者用于復(fù)合式混凝土面層的上面層。3、其抗裂縫、抗沖擊能力較好。一、面層類型 由于混凝土面層的剛度大，板體性強(qiáng)，具有良好的擴(kuò)散荷載能力，傳到土基頂面的荷載應(yīng)力很小。因此對(duì)土基不要求強(qiáng)度高或承載力大。然而，由于混凝土是脆性材料，對(duì)土基變形的適應(yīng)能力較差，因此要求土基提供穩(wěn)定和均勻的支承。 土基不穩(wěn)定或不均勻支承，可能出現(xiàn)于下述情況：膨脹性粘土的不均勻收縮和膨脹變形不均勻凍脹軟弱地基的不均勻沉降填挖交替或新老填土交替填料不均質(zhì)，壓實(shí)不均勻或壓實(shí)度不足二、土基在下述情況下，須在基層下設(shè)置墊層：季節(jié)性冰凍地區(qū)，路面結(jié)構(gòu)厚度小于路面最小防凍厚度要求時(shí)，以墊層厚度補(bǔ)足；

8、地下水位高，排水不良，路基濕軟；透水性基層下，需設(shè)置反濾層時(shí)。 墊層材料的強(qiáng)度不一定要高，但水穩(wěn)定性、隔熱性能要好。墊層材料可選用天然砂或砂礫、碎石、石灰土或二灰土等，季節(jié)性冰凍地區(qū)，可選用隔溫性好的材料。 墊層的最小厚度為15，其寬度應(yīng)同路床頂面同寬。三、墊層四、基層1、混凝土面層下設(shè)置基層的作用：防止或減輕唧泥、錯(cuò)臺(tái)和斷裂病害的出現(xiàn)；改善接縫的傳荷能力及其耐久性；緩解土基不均勻凍脹或不均勻體積變形對(duì)混凝土面層的不利影響；為面層施工機(jī)械提供穩(wěn)定的行駛面和工作面。 基層應(yīng)具備足夠的剛度和穩(wěn)定性。2、混凝土面層下基層種類 粒料（碎石、砂礫）、貧混凝土、碾壓混凝土、水泥穩(wěn)定粒料、二灰穩(wěn)定粒料、級(jí)配

9、碎（礫）石、填隙碎石3、基層施工時(shí)，其寬度應(yīng)比混凝土面板每側(cè)寬出2535cm。當(dāng)采用滑模攤鋪機(jī)施工時(shí)，每側(cè)寬出5060cm。四、基層新建公路基層1、基層厚度不宜小于15，但也不宜太厚；2、基層頂面以下結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度（即基層頂面當(dāng)量回彈模量）應(yīng)大于一定的值。原有柔性路面做基層：當(dāng)其當(dāng)量回彈模量值不足時(shí)，應(yīng)設(shè)置補(bǔ)強(qiáng)層或整平層。 五、混凝土面板混凝土面板應(yīng)保證表面平整、耐磨、抗滑?；炷撩姘鍛?yīng)滿足一定的彎拉強(qiáng)度?；炷撩姘鍛?yīng)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)。高速公路和一級(jí)公路不應(yīng)大于3；其他各級(jí)公路不應(yīng)大于5。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)。對(duì)高速

10、公路和一級(jí)公路不應(yīng)低于0.8，對(duì)其他各級(jí)公路不應(yīng)低于0.6。六、路拱與路肩水泥混凝土路面采用路拱形式：直線形、二次拋物線形水泥混凝土路面橫向坡度一般采用1%2%，硬路肩的橫坡度與路面的橫坡度一致，土路肩的橫坡度較硬路肩的稍大1%2%。高速公路、一級(jí)公路的硬路肩：宜采用瀝青混合料或水泥砼面層。其它等級(jí)公路的路肩：采用瀝青混合料面層或其他材料加固。 第三節(jié) 普通混凝土路面板厚計(jì)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縱縫同橫縫垂直相交的矩形形式。2、縱縫間距通常接車道寬度確定，板寬不得超過4.5m。3、橫縫間距宜為46m。板越厚，橫縫間距可較大。 二、設(shè)計(jì)理論與應(yīng)力分析1、設(shè)計(jì)

11、理論：采用彈性地基板理論，其基本假定為：1）板為具有彈性模量E和泊松比的等厚體；2）作用于板上的荷載，其施壓面的寬度和長度均大于板厚，用薄板彎曲理論進(jìn)行計(jì)算；當(dāng)施壓面很小時(shí)，需按厚板理論對(duì)它進(jìn)行修正。3）地基對(duì)板有豎向反力，但無摩阻力4）地基模型：地基頂面撓度同反力之間的關(guān)系滿足兩種假說：溫克勒地基假說、半空間地基假說。 我國現(xiàn)行水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范：采用彈性地基板理論，而地基模型則采用以彈性模量和泊松比表征的彈性半無限體地基假說。 二、設(shè)計(jì)理論與應(yīng)力分析2、路面厚度的設(shè)計(jì)方法：經(jīng)驗(yàn)法、解析法經(jīng)驗(yàn)法：以試驗(yàn)路為基礎(chǔ)，經(jīng)過長期觀測(cè)建立起標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)、路面結(jié)構(gòu)厚度和使用性能之間的經(jīng)驗(yàn)公式，如

12、美國的ASSHO解析法：以結(jié)構(gòu)分析為基礎(chǔ)，利用彈性地基板理論來計(jì)算荷載應(yīng)力，并以疲勞開裂作為路面破壞臨界狀態(tài)，如美國的PCA法。我國目前采用解析法計(jì)算水泥混凝土路面厚度。3、路面厚度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：以混凝土面板的使用特性在使用期末下降到行車所不允許的程度為標(biāo)準(zhǔn)。以使用年限期末混凝土面板出現(xiàn)疲勞開裂為臨界狀態(tài)做標(biāo)準(zhǔn) （目前我國采用此種標(biāo)準(zhǔn)） 混凝土路面設(shè)計(jì)是以荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力產(chǎn)生的綜合疲勞損壞作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，因而需選用使路面板產(chǎn)生最大綜合疲勞損壞的位置作為臨界荷位。4、臨界荷位的確定縱縫具有較大傳荷能力的企口縫加拉桿和橫縫不考慮傳荷能力的假縫時(shí)，臨界荷位在橫縫邊緣中部縱縫邊緣中部作為臨界荷位。 公路水

13、泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定以縱縫邊緣中部作為臨界荷位。 二、設(shè)計(jì)理論與應(yīng)力分析5、荷載應(yīng)力分析 軸載作用于縱縫邊緣中部時(shí)，板內(nèi)產(chǎn)生的最大應(yīng)力可應(yīng)用有限元法進(jìn)行計(jì)算。應(yīng)力大小同軸載大小、面板厚度、混凝土彈性模量和基層頂面回彈模量等因素有關(guān)。 標(biāo)準(zhǔn)軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力為： 式中：ps標(biāo)準(zhǔn)軸載在臨界荷位產(chǎn)生的未考慮接縫傳荷能力的荷載應(yīng)力； Kr考慮接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)；當(dāng)縱縫設(shè)拉桿時(shí)，取0.920.87;當(dāng)不設(shè)拉桿時(shí)，可1.0。 Kf考慮設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)荷載應(yīng)力累計(jì)疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)； Kc考慮超載和動(dòng)載等因素對(duì)路面疲勞損壞的綜合影響系數(shù)。5、荷載應(yīng)力分析 表8-4 綜合影響系數(shù)

14、表交通等級(jí)特重重中等輕Kc1.451.351.201.05溫度梯度作用在板邊緣中點(diǎn)產(chǎn)生的溫度疲勞應(yīng)力為： 式中：tm最大溫度梯度時(shí)混凝土面板的溫度應(yīng)力。 Kt考慮溫度應(yīng)力累計(jì)疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)。6、溫度應(yīng)力計(jì)算1、初估板厚2、板厚的確定滿足上式要求時(shí)，則初估板厚可作為設(shè)計(jì)板厚。7、板厚計(jì)算 表8-5 混凝土板的初估厚度交通等級(jí)特重重中等輕初估板厚h(cm)252325232521三、混凝土板厚的計(jì)算步驟1、收集資料并分析計(jì)算相關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)（設(shè)計(jì)使用年限、標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)）2、初擬路面結(jié)構(gòu)和尺寸3、根據(jù)混凝土設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度，進(jìn)行混凝土混凝土組成設(shè)計(jì)4、確定基層頂面計(jì)算回彈模量5、計(jì)算荷載疲

15、勞應(yīng)力和溫度疲勞應(yīng)力6、驗(yàn)算所擬路面結(jié)構(gòu)和尺寸是否符合要求，如不符合，應(yīng)重新進(jìn)行調(diào)整第四節(jié) 水泥混凝土路面的構(gòu)造 一、接縫設(shè)置的原因 溫度變化引起膨脹和收縮，而導(dǎo)致路面發(fā)生拱起或板的斷裂。為了避免這些缺陷，需在縱橫兩個(gè)方向設(shè)置接縫，把整個(gè)路面分割成許多板塊。接縫類型：縱縫、橫縫1、縱縫：與路線平行的接縫2、橫縫：與路線垂直的接縫接縫設(shè)計(jì)應(yīng)滿足：1、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；2、通過接縫提供足夠的荷載傳遞；3、防止堅(jiān)硬的雜物落入接縫縫隙內(nèi)。二、縱縫及其構(gòu)造縱縫分類：縱向縮縫、縱向施工縫縱縫寬度：應(yīng)為一個(gè)車道的寬度，且不得超過4.5m。1、縱向縮縫：當(dāng)一次鋪筑的寬度大于4.5m

16、時(shí)，應(yīng)增設(shè)縱向縮縫?？v向縮縫采用型式：假縫加拉桿型。設(shè)置拉桿，可以防止板塊橫向位移使縫隙擴(kuò)大，拉桿應(yīng)設(shè)置在板厚的1/2處。縱向縮縫的槽口應(yīng)深些，以保證槽口下的混凝土開裂?；鶎訛榱Ａ蠒r(shí)，槽口深度為板厚的1/3;基層為半剛性時(shí)，槽口深度為板厚的4/10.槽口寬度根據(jù)施工條件，盡可能窄些，為38。二、縱縫及其構(gòu)造2、縱向施工縫：當(dāng)一次鋪筑寬度小于路面寬度需分兩次以上澆筑時(shí)，則應(yīng)設(shè)置縱向施工縫?？v向施工縫采用型式：平縫、企口縫 縱向施工縫一般采用平縫，并應(yīng)在板厚中央設(shè)置拉桿。拉桿的尺寸按照相鄰板拉住的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。三、橫縫及其構(gòu)造橫縫分類：橫向縮縫、脹縫、橫向施工縫（一）脹縫1、脹縫設(shè)置目的：為混凝土

17、板的膨脹提供伸長的余地，從而避免產(chǎn)生過大的熱壓應(yīng)力，引起路面板在高溫季節(jié)拱脹和折斷。脹縫施工和維護(hù)困難，應(yīng)盡可能少設(shè)。2、脹縫構(gòu)造：在脹縫處混凝土面板完成斷開，縫壁必須垂直，下部設(shè)彈性填縫板，上部灌填縫料。縫寬為2.02.5，在板厚的中央設(shè)置傳力桿。（一）脹縫3、脹縫設(shè)置：國外資料顯示，脹縫處是混凝土路面病害發(fā)生得最多的地方，究其原因有：施工時(shí)傳力桿未能正確定位，封縫不好；脹縫易引起行車跳動(dòng)，散落的填縫料又未能及時(shí)補(bǔ)充或更換，造成雨水、砂石等進(jìn)入脹縫中，導(dǎo)致脹縫處混凝土破碎、錯(cuò)臺(tái)、拱脹等病害。 因此，目前世界上很多國家的作法是少設(shè)（加大脹縫的間距），或不設(shè)脹縫。我國剛性路面規(guī)范規(guī)定設(shè)脹縫條件：

18、在鄰近橋梁或其它固定構(gòu)筑物處；板厚改變處小半徑平曲線和豎曲線縱坡變換處；與其它道路相交處低溫澆筑混凝土面層或選用膨脹性大的集料時(shí)（二）橫向縮縫1、橫向縮縫設(shè)置目的：為了減少混凝土的收縮應(yīng)力和溫度翹曲應(yīng)力，避免混凝土板出現(xiàn)不規(guī)則的裂縫。2、縮縫構(gòu)造：采用假縫形式，在混凝土澆筑達(dá)到一定抗壓強(qiáng)度后，用切縫機(jī)切割一槽口，以誘導(dǎo)路面板的收縮變形沿縮縫展開，形成規(guī)則的接縫。3、縮縫間距：即混凝土板長。素混凝土板一般為4.55.5m，碾壓混凝土或鋼纖維混凝土板一般為610m，鋼筋混凝土板一般為615m。4、縮縫類型：不設(shè)傳力桿假縫、設(shè)傳力桿假縫。不設(shè)傳力桿假縫：有一定的傳荷能力，它通過斷裂處的嵌鎖作用進(jìn)行荷

19、載的傳遞，其優(yōu)點(diǎn)是施工方便，適用于中、輕型交通。設(shè)傳力桿假縫：加強(qiáng)傳荷能力，有效防止錯(cuò)臺(tái)。（三）橫向施工縫 橫向施工縫：每天完工或因雨天等原因不能繼續(xù)施工，必須設(shè)置橫向施工縫，其位置最好設(shè)在縮縫處或脹縫處。設(shè)在縮縫處的施工縫：采用加傳力桿的平縫形式。設(shè)在脹縫處的施工縫：其構(gòu)造與脹縫相同。三、橫縫及其構(gòu)造 1、縱縫平行于行車方向，橫縫一般做成與縱縫垂直，應(yīng)盡量避免小于70的銳角板，因?yàn)榘宄射J角時(shí)，荷載傳遞裝置難以安裝，并且會(huì)產(chǎn)生比90大得多的應(yīng)力，角隅部分有可能產(chǎn)生裂縫。如需設(shè)置斜交時(shí)，則需對(duì)銳角部分補(bǔ)強(qiáng)。 2、縱縫兩旁的橫縫應(yīng)設(shè)置在同一直線上。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)如果橫縫錯(cuò)開，則與橫縫并排的相鄰車道上經(jīng)常

20、產(chǎn)生裂縫。若不得已出現(xiàn)錯(cuò)縫時(shí)，與接縫相對(duì)的板邊應(yīng)加設(shè)防裂鋼筋。四、縱、橫縫布置1、拉桿：是為防止板塊橫向位移而設(shè)置在縱縫上的異形鋼筋。拉桿采用螺紋鋼，設(shè)在板厚中央。2、傳力桿：是為了保證接縫的傳荷能力和路面的平整度、防止錯(cuò)臺(tái)等病害的產(chǎn)生。傳力桿主要用于橫縫處，采用光圓鋼筋。傳力桿直徑：2438，隨面層厚度增加而增加，但不小于厚度的1/8或15。傳力桿長度： 3560，埋入混凝土長度大于6倍直徑。傳力桿間距：通常為30，等間距布置。五、拉桿和傳力桿混凝土路面與柔性路面銜接 混凝土路面與柔性路面接頭處，易出現(xiàn)沉陷、錯(cuò)臺(tái)或?yàn)r青路面受頂推而擁起等危害。設(shè)計(jì)時(shí)，可在兩種路面間設(shè)置過渡段。1、高速、一級(jí)公路：在瀝青路面面層下埋設(shè)長度為3m的混凝土板。2、其他等級(jí)公路：用混凝土預(yù)制塊過渡或徑相連接?；炷谅访媾c橋梁銜接1、橋梁正交：橋頭設(shè)置有混凝土搭板時(shí)，砼路面設(shè)脹縫與搭板相接，膨脹量大時(shí)，應(yīng)連續(xù)設(shè)置23條傳力桿脹縫。2、橋梁斜交：應(yīng)設(shè)置鋼筋混凝土