路面工程課件

第五章

路面是支承在路基之上的各個結(jié)構(gòu)層的總稱，它包括面層、基層、墊層等層次路面直接承受荷載和自然因素的作用面層

面層直接承受行車荷載的垂直力、水平力、以及車身后所產(chǎn)生的真空吸力的反復(fù)作用，同時受到降雨和氣溫變化的不利影響最大，是最直接地反映路面使用性能的層次。因此，面層應(yīng)具有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，并且耐磨、不透水，其表面還應(yīng)具有良好的抗滑性和平整度。道路等級愈高、設(shè)計車速愈大，對路面抗滑性、平整度的要求愈高。修筑高等級道路面層所用的材料主要有瀝青混合料和水泥混凝土等。

5.1概述5.1.1路面結(jié)構(gòu)組成基層

基層主要承受面層傳遞的車輪垂直力的作用，并把它擴(kuò)散到墊層和土基，基層還可能受到面層滲水以及地下水的侵蝕。故需選擇強(qiáng)度較高，剛度較大，并有足夠水穩(wěn)性的材料。用來修筑基層的材料主要有：水泥、石灰、瀝青等穩(wěn)定土或穩(wěn)定粒料(如碎石、砂礫)，工業(yè)廢渣穩(wěn)定土或穩(wěn)定粒料，各種碎石混合料或天然砂礫。

路面分類按材料分：瀝青混合料類、水泥混凝土類…

…

按強(qiáng)度構(gòu)成分：密實(shí)類、嵌擠類…

…

從力學(xué)性能分：柔性路面、剛性路面…

…

5.1.2路面類型與等級剛性路面指水泥混凝土路面。包括素水泥混凝土和鋼筋混凝土路面等。它的強(qiáng)度高，剛性大，板體性好，有較強(qiáng)的擴(kuò)散應(yīng)力的能力。路面結(jié)構(gòu)計算采用彈性地基板理論。柔性路面主要指各類瀝青路面。它的剛度較小，在荷載作用下彎沉變形較大，抗剪、抗彎拉強(qiáng)度較低。土基和基層的強(qiáng)度對路面結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度有較大的影響。此類路面有彈性，柔性較好，路面無接縫，有較好的行車舒適性能。路面結(jié)構(gòu)計算采用彈性層狀體系理論。路面等級

分為高級、次高級、中級和低級路面四級。5.1.4對路面的基本要求1.足夠的強(qiáng)度和剛度2.良好的穩(wěn)定性(水、溫)結(jié)構(gòu)性能()3.耐久性4.平整度5.表面抗滑性能使用性能(PresentServieabilityIndex、RunningQualityIndex、TextureDepth)

5.2瀝青路面一.定義

瀝青路面是在柔性基層、半剛性基層上，鋪筑一定厚度的瀝青混合料作面層的路面結(jié)構(gòu)。5.2.1瀝青路面特點(diǎn)瀝青混合料瀝青混凝土(AsphaltConcrete)

瀝青碎石(AsphaltMacadam)瀝青瑪蹄脂(StonefilledMasticAsphalt)………二.特點(diǎn)

表面平整無接縫，行車振動小，噪音低，開放交通快，養(yǎng)護(hù)簡便，適宜于路面分期修建。瀝青路面的缺點(diǎn)是溫度敏感性較高。夏季強(qiáng)度下降，若控制不好會使路面發(fā)軟泛油或推移剪裂破壞。低溫時瀝青材料變脆可能引起路面開裂。應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系瀝青混合料的彈、粘、塑性性質(zhì)勁度模量作為表征彈--粘塑性材料的性質(zhì)指標(biāo)，勁度模量：二、穩(wěn)定性瀝青混合料的穩(wěn)定性通常指高溫穩(wěn)定性、低溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)性三個方面。穩(wěn)定性試驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)的試驗(yàn)應(yīng)按現(xiàn)行《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ052-2000)規(guī)定的方法執(zhí)行?；炯僭O(shè)：1.各層連續(xù)，完全彈性，各向同性，位移、形變微小；2.無限遠(yuǎn)處，應(yīng)力、形變、位移為0；3.層間接觸，連續(xù)或滑動；4.不計自重。彈性層狀體系理論結(jié)構(gòu)對稱荷載對稱軸對稱彈性空間課題將各應(yīng)力分量,代入平衡方程,變形連續(xù)方程中:積分變換法求解例：圓形均布垂直荷載下雙層體系垂直位移(彎沉)單圓圖示令

--彎沉系數(shù)。計算或查圖14-4(P335)則，理論彎沉式中：--彎沉系數(shù)。計算或查圖14-13(P359)雙圓圖示單圓疊加,理論彎沉1.沉陷、車轍、彈簧—垂直力作用，整體強(qiáng)度不足2.推移、搓板、擁包—垂直力、水平力綜合作用，抗剪強(qiáng)度不足3.縱、橫、網(wǎng)裂—疲勞開裂，低溫裂縫，其它4.松散、泛油、啃邊—材料選擇，施工質(zhì)量

瀝青路面的損壞狀況5.2.3.1瀝青路面的破壞狀態(tài)與設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)路面設(shè)計只針對最容易損壞點(diǎn)(控制點(diǎn))進(jìn)行分析、計算。綜合考慮前三種損壞，制定控制指標(biāo)。1.公路(1)路面結(jié)構(gòu)表面綜合彎沉

--反映結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度和剛度，且與使用狀態(tài)存在一定聯(lián)系。

要求：控制第1類破壞。ls瀝青路面設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)3).路面結(jié)構(gòu)計算①由設(shè)計年限累計交通量，確定路面設(shè)計彎沉值，以它為指標(biāo)來進(jìn)行路面厚度計算。 ②對高速公路，一級、二級公路瀝青混凝土面層和半剛性基層，應(yīng)驗(yàn)算拉應(yīng)力是否滿足相應(yīng)的容許拉應(yīng)力的要求。③在季節(jié)性冰凍地區(qū)，尚應(yīng)驗(yàn)算防凍厚度是否滿足要求。一.組合設(shè)計原則充分考慮道路所承擔(dān)的交通荷載特點(diǎn)、當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境、材料供用情況，以路面結(jié)構(gòu)達(dá)到最佳的工作狀態(tài)，方便施工為原則。二.結(jié)構(gòu)層數(shù)、類型1.面層瀝青面層通常由雙層或三層組成。5.2.3.3路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計2.基層選擇基層結(jié)構(gòu)類型時，應(yīng)充分考慮材料供用及各類基層的特點(diǎn)及適用性。

適宜各公路等級的基層類型公路等級基層底基層高速公路、一級公路瀝青碎石水泥穩(wěn)定碎石石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石級配碎石水泥穩(wěn)定粒料、石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料、石灰穩(wěn)定粒料、水泥穩(wěn)定土、石灰粉煤灰穩(wěn)定土、級配粒料、天然砂礫二級及二級公路以下水泥穩(wěn)定粒料石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料石灰穩(wěn)定粒料級配碎礫石水泥穩(wěn)定土、石灰粉煤灰穩(wěn)定土、天然砂礫、石灰穩(wěn)定土、注：粒料包括碎石、礫石、砂礫3.墊層并非所有路段都需要設(shè)置墊層，只有在路基處于不良狀態(tài)，如潮濕地帶、濕軟土基、凍脹土基等，才應(yīng)該設(shè)置墊層。墊層材料可選用粗砂、砂礫、碎石、煤渣、礦渣等粒料以及水泥或石灰煤渣穩(wěn)定類、石灰粉煤灰穩(wěn)定類等。墊層厚度一般為20cm，并結(jié)合防凍要求設(shè)置(路面最小防凍厚度)。4.自然因素

濕熱多雨地區(qū)路表水排除與防滲、地下水的處理，表面層防滑、防滲，如采用SMA-13，AC-13或AC-16。中面層考慮足夠的抗變形能力，特別是高溫條件下抵抗變形的能力，可采用AC-20、AC-25、ATB-25(密級配瀝青碎石)?；鶎討?yīng)選擇水穩(wěn)性好，抗沖刷性強(qiáng)的材料，如貧混凝土、瀝青碎石，水泥穩(wěn)定碎石等。

干旱缺水地區(qū)，基層宜少用水硬性材料（如水泥），砂石路面可用干壓碎石。在季節(jié)性冰凍地區(qū)應(yīng)設(shè)置防止凍脹和翻漿的墊層。此外，路面總厚度必須大于當(dāng)?shù)氐谋鶅錾疃?。三、結(jié)構(gòu)組合層間連續(xù)層與層之間應(yīng)灑透層瀝青、粘層油或釘子石等。相鄰層次的相互影響《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》(JTGD50-2006)規(guī)定：對于半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)，基層與瀝青面層的模量比宜在1.5—3之間；基層與底基層的模量比不宜>3；底基層與土基模量比宜在2.5—12.5之間。

《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》(JTGD50-2006)二指標(biāo)設(shè)計方法

5.2.3.4新建路面厚度設(shè)計

1.路面彎沉

采用雙圓垂直均布荷載作用下的多層彈性層狀體系理論，以設(shè)計彎沉值為路面整體剛度指標(biāo)，進(jìn)行路面厚度設(shè)計。路面彎沉標(biāo)準(zhǔn)Ls≤Ld式中：Ls—輪隙中心路表的實(shí)際彎沉，0.01mm；

Ld—路面的設(shè)計彎沉，0.01mm。式中：Ne—設(shè)計年限內(nèi)設(shè)計車道上通過的累計當(dāng)量軸次；Ac—公路等級系數(shù)；As—面層類型系數(shù)；Ab—基層類型系數(shù)。1)設(shè)計彎沉Ld

Ld=600Ne-0.2AcAsAb(5.8)2)實(shí)際彎沉Ls圖中A點(diǎn)的彎沉值可以根據(jù)彈性層狀體系理論計算。而實(shí)際彎沉(Ls)為理論彎沉(Lc)乘以修正系數(shù)F，即：式中：p、—標(biāo)準(zhǔn)軸載輪胎接地壓強(qiáng)和當(dāng)量圓半徑，F(xiàn)—彎沉綜合修正系數(shù)；E0—土基彈性模量，MPa；

—理論彎沉系數(shù)，由彈性層狀體系理論計算得出。拉應(yīng)力均應(yīng)滿足小于容許拉應(yīng)力的要求：

1)層底最大拉應(yīng)力

2.路面結(jié)構(gòu)層底拉應(yīng)力驗(yàn)算2)容許拉應(yīng)力式中：

—劈裂抗拉強(qiáng)度，MPa

—抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)。對于瀝青混凝土面層：對于無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定集料：對于無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定細(xì)料土類：抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)：式中：Ac—公路等級系數(shù)；Aa—瀝青混凝土類型系數(shù)。3.瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)交通荷載參數(shù)(1)標(biāo)準(zhǔn)軸載及軸載換算

以雙輪組單軸載100kN為標(biāo)準(zhǔn)軸載(BZZ-100)。標(biāo)準(zhǔn)軸載的計算參數(shù)

標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100雙輪組單軸重P(KN)100雙圓圖示當(dāng)量圓直徑d(cm)21.3輪胎接地壓強(qiáng)p(MPa)0.7兩輪中心距(cm)1.5dⅰ)以設(shè)計彎沉為指標(biāo)計算路面厚度及驗(yàn)算瀝青層層底拉應(yīng)力時，各級軸載(包括車輛的前、后軸)Pi的作用次數(shù)ni，均按下式換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載P的當(dāng)量作用次數(shù)N：

式中：C1—軸數(shù)系數(shù)；C2—輪組系數(shù)。ⅱ)驗(yàn)算半剛性基層層底拉應(yīng)力時，各級軸載（包括車輛的前后軸）Pi的作用次數(shù)ni，按下式換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載P的當(dāng)量作用次數(shù)N’：式中：—軸數(shù)系數(shù)；

—輪組系數(shù)。(2)累計當(dāng)量軸次設(shè)計年限(t年)內(nèi)設(shè)計車道上的累計當(dāng)量軸次Ne按下式計算：式中：N1—第一年雙向日平均當(dāng)量軸次(次/日)；

—設(shè)計年限內(nèi)交通量的平均年增長率(%)；

—設(shè)計車道的車輪輪跡橫向分布系數(shù)(Tab.5.9)。新建公路初步設(shè)計時：查表法、室內(nèi)試驗(yàn)法、換算法等。當(dāng)路基建成后：在不利季節(jié)實(shí)測各路段土基回彈模量代表值。材料性質(zhì)參數(shù)土基回彈模量E0ⅰ)查表法根據(jù)土類、自然區(qū)劃和干濕類型，平均稠度wc，查《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》(JTGD50-2006)附表F。ⅱ)室內(nèi)試驗(yàn)法取代表性土樣，按照《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ051)小承載板法試驗(yàn)步驟測定土的回彈模量。承載板法按照《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》(JTJ059)規(guī)定，采用直徑30cm的剛性承載板，在土基表面逐級加載和卸載，測出與每級荷載pi相對應(yīng)的回彈變形li，繪制曲線，取其直線段。ⅲ)換算法土的回彈模量E0，土基穩(wěn)定含水量wc，壓實(shí)度(重型Kh)，CBR值各指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系式(表14-11和表14-12)。ⅳ)現(xiàn)場實(shí)測法土基回彈模量E0：式中：D—承載板直徑，D=30cm；

—土的泊松比，取0.35；pi、li—各級壓強(qiáng)(MPa)與其相對應(yīng)的回彈變形值(0.01mm)，(li≤1mm，p≤0.7MPa)。路段路基回彈模量設(shè)計值：式中：—高速、一級公路為2，二、三級公路為1.645；

K1—季節(jié)影響系數(shù)。(

--高速、一級公路為2，二、三級公路為1.645)用標(biāo)準(zhǔn)車停駐在土基表面，測定輪隙中心下的回彈彎沉值，按下式計算土基回彈模量E0：式中：p—輪胎接地壓強(qiáng)(MPa)與當(dāng)量圓半徑(cm)；

l0—回彈彎沉代表值0.01mm，彎沉測定法計算路面厚度時，各層材料采用20℃抗壓回彈模量驗(yàn)算層底拉應(yīng)力時，采用15℃抗壓回彈模量、15℃劈裂強(qiáng)度。路面材料的泊松比均取0.25，即=0.25；路面材料設(shè)計參數(shù)參見《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》(JTGD50-2006)

(3)路面材料設(shè)計參數(shù)值小結(jié)新建路面厚度設(shè)計方法5.2.3.4瀝青路面補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計1)對現(xiàn)有路面結(jié)構(gòu)狀況進(jìn)行調(diào)查，舊路面強(qiáng)度評定；2)根據(jù)使用要求及工程實(shí)際情況，選用水泥混凝土加鋪結(jié)構(gòu)，或者瀝青混凝土加鋪結(jié)構(gòu)；3)確定原路面的當(dāng)量回彈模量；4)擬定幾種可能的結(jié)構(gòu)組合，確定各補(bǔ)強(qiáng)層的材料參數(shù)；5)計算設(shè)計層厚度，對季節(jié)性冰凍地區(qū)的潮濕、過濕路段還應(yīng)驗(yàn)算防凍厚度；6)根據(jù)各方案的計算結(jié)果，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定采用的補(bǔ)強(qiáng)方案；7)地表或地下排水不良路段，應(yīng)采取措施改善或增設(shè)排水設(shè)施；在舊路面上加鋪補(bǔ)強(qiáng)層，可以提高路面的承載能力，改善使用性能。補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計包括如下主要內(nèi)容：現(xiàn)有路面狀況調(diào)查①對于當(dāng)前的交通量和車型組成進(jìn)行實(shí)地觀測，并預(yù)估交通量增長趨勢，確定年平均增長率；②公路新建和養(yǎng)護(hù)的有關(guān)技術(shù)資料、現(xiàn)有路況、病害種類與程度、排水與積水狀況以及有無積雪、積沙等；③路面結(jié)構(gòu)、寬度、各層厚度。對面層、基層、墊層等應(yīng)分層取樣試驗(yàn)，判斷其結(jié)構(gòu)層或材料是否可以利用；④路床范圍內(nèi)路基土的壓實(shí)度、分層含水量與土質(zhì)類型等。原路面強(qiáng)度評價樁號段長段長在不利季節(jié)進(jìn)行，采用標(biāo)準(zhǔn)軸載(BZZ-100)汽車測定原有路面的彎沉。測點(diǎn)間距一般為20～50m。原路面分段分段時應(yīng)考慮下列因素：ⅰ)同一路段路基的干濕類型與土質(zhì)基本相同；ⅱ)同一路段內(nèi)各測點(diǎn)的彎沉值比較接近;ⅲ)各路段的最小長度應(yīng)與施工方法相適應(yīng)，一般不小于500m，機(jī)械化施工時不應(yīng)小于1km。各路段的計算彎沉計算回彈彎沉按下式計算：式中：

—實(shí)測彎沉的平均值(0.01mm)；S—實(shí)測彎沉的標(biāo)準(zhǔn)差(0.01mm)；Za—保證率系數(shù)，高速、一級公路:1.645，其它公路取1.5；K1、K2—季節(jié)影響系數(shù)、濕度影響系數(shù)；K3—溫度修正系數(shù)。如果

，需進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計舊瀝青路面上加鋪瀝青混凝土面層1)舊瀝青路面的頂面當(dāng)量回彈模量值2)補(bǔ)強(qiáng)層厚度設(shè)計組合設(shè)計設(shè)計控制指標(biāo)--5.3水泥混凝土路面

一、定義水泥混凝土路面(CementConcretePavement)是指以水泥混凝土板作為面層，下設(shè)基層、墊層所組成的路面結(jié)構(gòu)，又稱剛性路面。PC(plainconcrete)CCPRC(reinforcedconcrete）RCC（rolledcompactconcrete)SFRC(steelfiberreinforcedconcrete)5.3.1概述二、構(gòu)造特點(diǎn)混凝土隨溫度、濕度的變化而發(fā)生變形，導(dǎo)致混凝土路面產(chǎn)生收縮、膨脹或翹曲。如果板的尺寸過大，這些變形會受到約束，使板內(nèi)產(chǎn)生較大的應(yīng)力，而出現(xiàn)開裂、拱脹，甚至斷裂等破壞。為減少溫、濕度影響產(chǎn)生的應(yīng)力，防止出現(xiàn)不規(guī)則的裂縫，混凝土路面(除連續(xù)配筋混凝土路面外)需要在縱、橫兩個方向設(shè)置接縫，將板體劃分成一定尺寸的矩形板?；炷谅访鎻?qiáng)度高，穩(wěn)定性好，使用壽命長，適用于繁重交通道路。但需設(shè)置許多接縫，這些接縫增加了施工的復(fù)雜性，并且影響行車的舒適性，接縫又是路面的薄弱點(diǎn)。5.3.2混凝土路面構(gòu)造設(shè)計5.3.2.1路面組合基層

基層應(yīng)具有足夠的抵抗沖刷的能力和一定的剛度。適宜各交通等級的基層類型交通等級基層類型特重交通貧混凝土、碾壓混凝土或?yàn)r青混凝土重交通水泥穩(wěn)定粒料或?yàn)r青穩(wěn)定碎石中等或水泥穩(wěn)定粒料、石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料或者輕交通級配粒料注:混凝土預(yù)制塊面層應(yīng)采用水泥穩(wěn)定粒料基層。濕潤和多雨地區(qū)，路基為低透水性細(xì)粒土的高速公路、一級公路或者承受特重交通、重型交通的二級公路，宜選用排水基層。

面層一般采用素混凝土。

面板的平面尺寸較大、形狀不規(guī)則，或路面結(jié)構(gòu)下埋有地下設(shè)施、高填方、軟土地基、填挖交界段的路基有可能產(chǎn)生不均勻沉降時，應(yīng)采用鋼筋混凝土面層。

承受重載、大交通的高等級公路可選用連續(xù)配筋混凝土面層。

二級及二級以下公路、服務(wù)區(qū)停車場，可選用碾壓混凝土作面層。標(biāo)高受限制路段、收費(fèi)站、混凝土加鋪層、橋面鋪裝等處，可選用鋼纖維混凝土面層。服務(wù)區(qū)停車場、二級及二級以下公路橋頭引道沉降未穩(wěn)定段的路面，可選用由矩形或異形混凝土預(yù)制塊鋪砌的面層。

面層厚度由計算確定。5.3.2.2接縫設(shè)計接縫是路面的薄弱環(huán)節(jié)，混凝土路面既要設(shè)置接縫，又應(yīng)盡量使接縫數(shù)量減少，并且從接縫構(gòu)造上設(shè)法保持兩側(cè)面板的整體性，以提高傳荷能力。混凝土路面的接縫可分為四種類型：橫向縮縫、脹縫、橫向施工縫和縱縫。接縫設(shè)計主要解決三個問題：(1)接縫設(shè)置的合理間距；(2)接縫構(gòu)造及荷載傳遞；(3)縱、橫縫的布置。1.橫向縮縫設(shè)置橫向縮縫是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。

縮縫采用假縫形式，在混凝土澆筑后達(dá)到一定抗壓強(qiáng)度(碎石混凝土6.0～12.0MPa，礫石混凝土9.0～12.0MPa)，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。橫向縮縫間距即混凝土板長度，素混凝土面層一般為4.5～5.5m；碾壓混凝土或鋼纖維混凝土面層一般為6～10m；鋼筋混凝土面層一般為6～15m。

不設(shè)傳力桿假縫(如圖a)有一定的傳荷能力，它通過斷裂面處的嵌鎖作用進(jìn)行荷載的傳遞，它的最大優(yōu)點(diǎn)是施工方便，適用于輕型、中等交通道路；板厚中央加設(shè)傳力桿，可以大大加強(qiáng)接縫傳荷能力，有效防止錯臺，在特重和重交通道路、收費(fèi)廣場以及鄰近脹縫或自由端部的3條縮縫，應(yīng)采用設(shè)傳力桿假縫形式，其構(gòu)造如圖b)所示。2.脹縫設(shè)置脹縫的目的是為混凝土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。應(yīng)盡可能少設(shè)。

脹縫處板需要完全斷開，縫壁必須垂直，下部設(shè)彈性填縫板，上部灌填縫料

3.橫向施工縫每天完工或因天雨等原因不能繼續(xù)施工，必須設(shè)置橫向施工縫，其位置最好設(shè)在縮縫或脹縫處。設(shè)在縮縫處的施工縫，應(yīng)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：4.縱向接縫路面分幅鋪筑時，應(yīng)設(shè)縱向施工縫(見圖a)；一次鋪筑寬度大于4.5m時，應(yīng)設(shè)置縱向縮縫(見圖b)。彈性地基上的彈性薄板5.3.3剛性路面設(shè)計理論板撓曲面微分方程：平衡條件：∑Z=0，∑My=0，∑Mx=0板中心撓曲面微分方程：地基模型(Fig.5.13)：K地基：E地基：小撓度彈性薄板理論--應(yīng)力、應(yīng)變分析5.3.4混凝土路面應(yīng)力分析

荷載應(yīng)力+溫度應(yīng)力混凝土隨溫度、濕度的變化而產(chǎn)生收縮、膨脹或翹曲。溫度均勻升降(脹縮應(yīng)力)升

降

溫度坡差

(翹曲應(yīng)力)

為了減少溫度、濕度影響產(chǎn)生的應(yīng)力，防止出現(xiàn)不規(guī)則裂縫，混凝土路面不得不在縱、橫兩個方向設(shè)置許多接縫。平面分塊設(shè)計混凝土路面一般采用矩形板，原則上取車道寬度作為板寬。

板的長度與面層類型和板厚有關(guān)：素混凝土面層一般為4.5～5.5m；碾壓混凝土或鋼纖維混凝土面層一般為6～10m；鋼筋混凝土面層一般為6～15m。一、荷載應(yīng)力軸載在混凝土面層內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力，采用半無限地基上彈性小撓度薄板的力學(xué)模型，應(yīng)用有限元法進(jìn)行分析計算。1.臨界荷位為了簡化計算工作，通常選取使面層板內(nèi)產(chǎn)生最大應(yīng)力和最大疲勞損傷的荷載位置作為應(yīng)力計算時的臨界荷位。2.荷載疲勞應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)軸載Ps在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力，按下式計算：式中：kr—接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)；kf—疲勞應(yīng)力系數(shù)；

—標(biāo)準(zhǔn)軸載Ps在四邊自由板臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力；h—混凝土面層的厚度(m)；r—混凝土面層的相對剛度半徑(m)；

kc—考慮偏載和動載等因素對路面疲勞損壞影響的綜合系數(shù)：綜合系數(shù)kc高速公路一級公路二級公路三、四級

1.301.251.201.10二、溫度應(yīng)力在臨界荷位處的溫度疲勞應(yīng)力，按下式計算式中：a、b、c—回歸系數(shù)，按所在地區(qū)的公路自然區(qū)劃查表確定；

—最大溫度梯度時混凝土面層的溫度翹曲應(yīng)力(MPa)；

—混凝土線脹系數(shù)(1/℃)，通?？扇?×10-5/℃；Tg—最大溫度梯度，查表5.4.9-2取用；Bx—溫度應(yīng)力系數(shù)，可按l/r和h查圖確定；l—板長，即橫縫間距(m)。溫度應(yīng)力系數(shù)一、設(shè)計依據(jù)—《公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》

水泥混凝土路面設(shè)計己引入可靠度概念。路面結(jié)構(gòu)可靠度可定義為，在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，路面使用性能滿足預(yù)定水平要求的概率。5.3.5混凝土路面設(shè)計方法1、可靠度設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)可靠度設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)2.主要設(shè)計參數(shù)的變異系數(shù)CV變異系數(shù)Cv的變化范圍

變異水平等級低中高水泥混凝土彎拉強(qiáng)度、彎拉彈性模量Cv≤0.100.10<Cv≤0.150.15<Cv≤0.20基層頂面當(dāng)量回彈模量Cv≤0.250.25<Cv≤0.350.35<Cv≤0.55水泥混凝土面層厚度Cv≤0.040.04<Cv≤0.060.06<Cv≤0.083.設(shè)計依據(jù)水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)以行車荷載和溫度梯度綜合作用產(chǎn)生的疲勞斷裂作為設(shè)計的極限狀態(tài)，即：

式中：

—行車荷載疲勞應(yīng)力(MPa)；

—溫度梯度疲勞應(yīng)力(MPa)；

—水泥混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(MPa)；

—可靠度系數(shù)，根據(jù)目標(biāo)可靠度及變異水平等級確定。

可靠度系數(shù)

變異水平等級目標(biāo)可靠度(%)95908580低1.20～1.331.09～1.161.04～1.08—中1.33～1.501.16～1.231.08～1.131.04～1.07

高—1.23～1.331.13～1.181.07～1.11二、設(shè)計內(nèi)容

設(shè)計內(nèi)容主要包括：結(jié)構(gòu)組合設(shè)計擬定結(jié)構(gòu)層次，選定各層材料類型及厚度。材料組成設(shè)計按照交通等級所規(guī)定的抗折強(qiáng)度及其它技術(shù)性能的要求，通過理論和經(jīng)驗(yàn)計算得到混凝土配合比。平面分塊設(shè)計路面板通常劃分成矩形板。交叉口，車道寬度變化處等特殊路段，應(yīng)進(jìn)行個別設(shè)計接縫設(shè)計按照接縫功能，并基于方便施工的原則，進(jìn)行接縫構(gòu)造設(shè)計。水泥混凝土路面厚度設(shè)計計算荷載疲勞應(yīng)力()與溫度疲勞應(yīng)力()產(chǎn)生的綜合應(yīng)力，在足夠的可靠度水平下，不超過混凝土的抗彎拉強(qiáng)度。

水泥混凝土路面設(shè)計參數(shù)水泥混凝土路面設(shè)計需要確定荷載參數(shù)和材料參數(shù)。1.標(biāo)準(zhǔn)軸載與軸載換算水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計以BZZ-100KN作為標(biāo)準(zhǔn)軸載，即，標(biāo)準(zhǔn)軸載Ps=100KN。不同軸-輪型軸載Pi的作用次數(shù)Ni，按下式換算為標(biāo)準(zhǔn)軸載Ps的作用次數(shù)Ns：式中：Pi—各級軸載單軸或雙軸總重(KN)；Ni—各級軸載的作用次數(shù)；N—軸載的分級數(shù)目；

—軸-輪型系數(shù)，單軸-雙輪組時，=1；單軸-單輪組時，按式(a)計算；雙軸-雙輪組時，按式(b)計算；三軸-雙輪組時，按式