第二篇第4章剛性路面

第二篇第4章剛性路面第一頁(yè)，共100頁(yè)。

通過(guò)本次課的學(xué)習(xí)，應(yīng)掌握剛性路面的特點(diǎn)及其常見(jiàn)的損壞現(xiàn)象，剛性路面接縫設(shè)計(jì)；熟悉剛性路面的結(jié)構(gòu)組合，引起路基不均勻支承的因素及其改善措施。本次授課的重點(diǎn)：剛性路面的優(yōu)、缺點(diǎn)及其常見(jiàn)的損壞現(xiàn)象，剛性路面接縫設(shè)計(jì)。難點(diǎn)：剛性路面接縫的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。目的要求重點(diǎn)與難點(diǎn)第二篇道路路基路面結(jié)構(gòu)第4章剛性路面（1-2節(jié)）

第二頁(yè)，共100頁(yè)。剛性路面即指水泥混凝土路面，主要包括素混凝土、鋼筋混凝土、連續(xù)配筋混凝土、碾壓式混凝土、鋼纖維混凝土等面層板與基（墊）層所組成的路面結(jié)構(gòu)。第4章剛性路面

第三頁(yè)，共100頁(yè)。廣泛采用的剛性路面是就地澆筑的素混凝土路面——簡(jiǎn)稱(chēng)混凝土路面。這種路面是以水泥與水合成的水泥漿為結(jié)合料、碎（礫）石為骨料、砂為填充料，按適當(dāng)?shù)呐浜媳壤?，?jīng)拌和、攤鋪、振搗、整平和養(yǎng)生而筑成，除了在接縫區(qū)和局部范圍（邊緣和角隅）以外，不再配置鋼筋的混凝土路面。第4章剛性路面

第四頁(yè)，共100頁(yè)。§4-1剛性路面的特點(diǎn)、損壞現(xiàn)象和結(jié)構(gòu)組合一、剛性路面的特點(diǎn)（一）優(yōu)點(diǎn)1．強(qiáng)度高、剛度大、耐久性好混凝土路面具有較高的抗壓、抗彎拉和抗磨耗強(qiáng)度。因此，具有很好的承載能力和擴(kuò)散荷載的能力，而且耐久性好，一般可以使用20～30年以上。2．穩(wěn)定性好環(huán)境中溫度和濕度對(duì)水泥混凝土路面的力學(xué)強(qiáng)度的影響較小。因此，其熱穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性和時(shí)間穩(wěn)定性好。尤其是強(qiáng)度將隨時(shí)間而逐漸增高，而不會(huì)出現(xiàn)“老化”現(xiàn)象。第五頁(yè)，共100頁(yè)。3．平整度和粗糙度較好盡管路表面有接縫，但是起伏變化較小，基本上能滿(mǎn)足汽車(chē)行駛的平整性要求；路表面經(jīng)過(guò)拉毛或軋槽處理，能夠?yàn)槁访嫣峁┝艘欢ǖ拇植诙取?．養(yǎng)護(hù)費(fèi)用少、運(yùn)輸成本低水泥混凝土路面堅(jiān)固耐久，經(jīng)常性的養(yǎng)護(hù)維修工作量小、費(fèi)用低。而且由于行車(chē)阻力小、消耗低，運(yùn)輸成本低。5．水泥混凝土路面色澤鮮明，能見(jiàn)度好，有利于夜間行車(chē)。第六頁(yè)，共100頁(yè)。（二）缺點(diǎn)1．有接縫混凝土面板為了適應(yīng)熱脹冷縮的需要，必須設(shè)置接縫，而在接縫設(shè)置之后帶來(lái)一系列問(wèn)題：（1）接縫是路面的薄弱點(diǎn)，如果處理不當(dāng)，容易導(dǎo)致板邊和板角破壞。（2）接縫增加了施工和養(yǎng)護(hù)作業(yè)的復(fù)雜性。（3）接縫易引起行車(chē)跳動(dòng)，影響行車(chē)的舒適性。2．竣工后不能立即開(kāi)放交通施工結(jié)束后至少要經(jīng)過(guò)15～20天的濕治養(yǎng)生，才能開(kāi)放交通。第七頁(yè)，共100頁(yè)。3．挖掘和修補(bǔ)困難路面破壞后，挖掘和修補(bǔ)工作相當(dāng)困難，而且影響交通嚴(yán)重。對(duì)于地下管線(xiàn)的維修也有非常大的難度。4．陽(yáng)光下反光太強(qiáng)水泥混凝土路面反光強(qiáng)烈，在陽(yáng)光下行車(chē)使駕駛?cè)藛T產(chǎn)生很明顯的刺目感覺(jué)。5．對(duì)超載敏感水泥混凝土屬于脆性材料，一旦車(chē)輛荷載超出混凝土的極限強(qiáng)度，很容易引起面板的斷裂。6．對(duì)水泥和水的需求量大水泥混凝土面板板厚、體積大，所需要的原材料較多。7．施工前的準(zhǔn)備工作繁重施工前需要施工放樣、支立模板、布置接縫、敷設(shè)鋼筋等。第八頁(yè)，共100頁(yè)。二、水泥混凝土路面的損壞現(xiàn)象1．?dāng)嗔旬?dāng)混凝土路面板內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力超過(guò)混凝土強(qiáng)度時(shí)，面板將出現(xiàn)橫向或縱向的斷裂裂縫，以及角隅處的折斷裂縫。原因：應(yīng)力過(guò)大，板體太薄，板尺寸太大；混凝土板原材料、級(jí)配、施工不良；地基塑性變形過(guò)量，使板底失去支撐等。第九頁(yè)，共100頁(yè)。2．碎裂出現(xiàn)在橫向接縫（主要是脹縫）兩側(cè)數(shù)十厘米的范圍內(nèi)。主要原因是由于脹縫內(nèi)的滑動(dòng)傳力桿排列不正或不能滑動(dòng)、或縫隙內(nèi)嵌入堅(jiān)硬碎屑等，使混凝土在膨脹時(shí)受到較大的擠壓力而碎裂。第十頁(yè)，共100頁(yè)。3．唧泥汽車(chē)行至接縫處時(shí)，縫內(nèi)濺出稀泥的現(xiàn)象稱(chēng)為唧泥。原因是水分沿縫隙下滲而積聚在局部脫空的板下，在重輪載的作用下，積水變?yōu)橛袎核鶎觾?nèi)浸濕的細(xì)集料攪混成懸液，并沿接縫噴濺而出。而唧泥出現(xiàn)后，促使面層板的邊緣和角隅部分逐漸失去支撐，最終導(dǎo)致斷裂。第十一頁(yè)，共100頁(yè)。4．錯(cuò)臺(tái)橫向接縫或裂縫兩側(cè)的面板端部出現(xiàn)的豎向相對(duì)位移稱(chēng)錯(cuò)臺(tái)。錯(cuò)臺(tái)的出現(xiàn)降低了行車(chē)的平穩(wěn)性和舒適性。第十二頁(yè)，共100頁(yè)。5．拱起混凝土路面面板在熱膨脹受到約束時(shí)，某一接縫兩側(cè)的數(shù)塊板突然出現(xiàn)向上的屈曲失穩(wěn)現(xiàn)象稱(chēng)拱起。主要原因：主要是填料失效，讓硬物落入接縫，致使面板變形受限。第十三頁(yè)，共100頁(yè)。此外，還有一些非結(jié)構(gòu)性的損壞，如：剝落、紋裂、磨光、麻面等損壞現(xiàn)象。第十四頁(yè)，共100頁(yè)。三、剛性路面的工作特性剛性路面強(qiáng)度高、板體性好，在荷載作用下產(chǎn)生的變形小，路面板通常處于彈性工作狀態(tài)；同時(shí)由于混凝土路面板體在荷載作用下產(chǎn)生的撓度小，其下地基所產(chǎn)生的變形也小，同樣可被視為彈性。因此，水泥混凝土路面可以看成是被支承在彈性地基上的彈性薄板。

第十五頁(yè)，共100頁(yè)。1．在車(chē)輪荷載作用下

當(dāng)荷載作用于板中時(shí)，板的頂面會(huì)出現(xiàn)壓應(yīng)力，而板的底面會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力；當(dāng)荷載作用于板角時(shí)，板的底面會(huì)出現(xiàn)壓應(yīng)力，而板頂面則會(huì)出現(xiàn)彎拉應(yīng)力。2．在自然因素作用下水泥混凝土路面在溫度和濕度的作用下，板內(nèi)會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。由于混凝土板的極限抗彎拉強(qiáng)度要比它的極限抗壓強(qiáng)度低很多。所以，當(dāng)荷載較大、而板又較薄時(shí)，在車(chē)輪荷載的重復(fù)作用下，板的底部或頂部會(huì)發(fā)生開(kāi)裂現(xiàn)象。為了減少這些內(nèi)應(yīng)力的影響，避免產(chǎn)生不規(guī)則開(kāi)裂，應(yīng)預(yù)先限定混凝土板的開(kāi)裂位置，將路面劃分成較小尺寸的板塊，在板間設(shè)置縱向或橫向的縫。第十六頁(yè)，共100頁(yè)。四、結(jié)構(gòu)層的組合水泥混凝土路面的結(jié)構(gòu)層一般由：水泥混凝土面板、基層、墊層（不良地質(zhì)水文條件下）和土基組成。1．水泥混凝土面板面層板斷面一般采用等厚度形式，最小厚度為18cm；路面板寬度一般按每車(chē)道寬，不大于4.5m；路面板長(zhǎng)度一般采用4～5m，最長(zhǎng)不超過(guò)6m。1—橫縫2—縱縫第十七頁(yè)，共100頁(yè)。第十八頁(yè)，共100頁(yè)。2．基層要求基層平整、堅(jiān)實(shí)，具有抗變形能力強(qiáng)、整體性好、透水性小和耐沖刷的性能。（1）采用整體性好（具有較高彈性模量）的材料修筑基層，可保障混凝土路面良好的使用特性和延長(zhǎng)路面的使用壽命；（2）設(shè)置基層，可以起到防止唧泥、冰凍，以及排除滲入的地表水、隔斷地下毛細(xì)水、緩和土基不均勻變形對(duì)面板影響等作用；（3）設(shè)置基層可為混凝土面板的施工提供便利條件?；鶎拥暮穸纫圆恍∮?5cm為宜，并應(yīng)寬出面板，寬出的數(shù)值視面板采用的施工方法而異。第十九頁(yè)，共100頁(yè)?；鶎宇?lèi)型選用表交通等級(jí)基層類(lèi)型特重交通貧混凝土、碾壓混凝土或?yàn)r青混凝土基層重交通水泥穩(wěn)定粒料或?yàn)r青穩(wěn)定碎石基層中等或輕交通水泥穩(wěn)定粒料、石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料或級(jí)配粒料基層第二十頁(yè)，共100頁(yè)。

各類(lèi)基層的厚度范圍參照表基層類(lèi)型厚度適宜的范圍（mm）貧混凝土或碾壓混凝土基層120～200水泥或石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料基層150～250瀝青混凝土基層40～60瀝青穩(wěn)定碎石基層80～100級(jí)配粒料基層150～200多孔隙水泥穩(wěn)定碎石排水基層100～140瀝青穩(wěn)定碎石排水基層80～100第二十一頁(yè)，共100頁(yè)。3．墊層在水溫狀況不良路段的路基與基層之間宜設(shè)置墊層。墊層應(yīng)具有一定的強(qiáng)度和較好的水穩(wěn)性，在冰凍地區(qū)尚應(yīng)具有較好的抗凍性。墊層的最小厚度為15cm。4．土基

理論分析表明：通過(guò)剛性面層和基層傳到土基上的壓力很小，一般不超過(guò)0.05MPa。然而，如果土基的穩(wěn)定性不足，在水溫變化的影響下出現(xiàn)較大變形，使土基形成不均勻支承，進(jìn)而使面板在受荷時(shí)底部產(chǎn)生過(guò)大的彎拉應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土路面的破壞。第二十二頁(yè)，共100頁(yè)。（1）造成路基不均勻支承的因素：①不均勻沉陷濕軟地基未達(dá)到充分固結(jié)，土質(zhì)不均勻，壓實(shí)不充分，新老路基交接處處理不當(dāng)；②不均勻凍脹在季節(jié)性冰凍地區(qū)，土質(zhì)不均勻，路基潮濕條件發(fā)生變化處；③膨脹土在過(guò)干或過(guò)濕(相對(duì)最佳含水量)的條件下壓實(shí)，排水不良等。（2）改善措施①把不均勻的土摻配均勻；②控制壓實(shí)時(shí)的含水量接近最佳含水量，并保證壓實(shí)度達(dá)到規(guī)定要求；③加強(qiáng)路基排水；④加鋪墊層，以緩和不均勻變形對(duì)面層的影響。第二十三頁(yè)，共100頁(yè)。§4-2水泥混凝土路面的接縫構(gòu)造設(shè)計(jì)一、縱縫與橫縫（一）接縫設(shè)置的原因混凝土路面利用縱、橫接縫，把整個(gè)路面分割成許多的板塊，其目的是為了防止混凝土板因溫度變化而造成的不規(guī)則斷裂。1．隨著一年四季氣溫的變化，混凝土板將產(chǎn)生整體性的膨脹與收縮。2．在晝夜氣溫變化時(shí)，由于溫度坡差的作用，在白天混凝土板頂面溫度較底面為高，造成板的中部隆起；而在夜間板頂面溫度較底面為低，會(huì)使板的周邊和角隅翹起。第二十四頁(yè)，共100頁(yè)。但是，這些變形會(huì)受到板與基礎(chǔ)之間的摩阻力和粘結(jié)力的影響，同時(shí)還受到混凝土板自重和車(chē)輪荷載的約束。致使板內(nèi)產(chǎn)生較大的應(yīng)力，造成面板的斷裂或拱脹破壞。接縫構(gòu)造的設(shè)計(jì)要求：應(yīng)能控制或減少收縮應(yīng)力和翹曲應(yīng)力所引起的裂縫，并提供足夠的荷載傳遞能力，防止堅(jiān)硬雜物落入接縫縫隙內(nèi)。（二）接縫的分類(lèi)混凝土路面接縫按平面位置和方向，可分為縱縫和橫縫兩大類(lèi)；再結(jié)合接縫的功能，縱縫又可細(xì)分為縱向縮縫和縱向施工縫，橫縫又可細(xì)分為橫向縮縫、脹縫和橫向施工縫。1．縱縫

混凝土面板的縱縫是與路中線(xiàn)平行的接縫第二十五頁(yè)，共100頁(yè)。（1）縱向施工縫當(dāng)面板一次鋪筑寬度小于路面寬度時(shí)，應(yīng)設(shè)縱向施工縫?？v向施工縫的接縫形式有兩種：①一般情況下，縱向施工縫采用平縫形式，需要設(shè)拉桿，其構(gòu)造如圖2-4-7a）所示。②為了更好的傳力，縱向施工縫也可采用企口縫形式，仍需要設(shè)拉桿，其構(gòu)造如圖2-4-7b）所示?？v縫第二十六頁(yè)，共100頁(yè)。（2）縱向縮縫反之，當(dāng)混凝土板一次鋪筑的寬度大于4.5m時(shí)，其間應(yīng)增設(shè)縱向縮縫，以減小收縮應(yīng)力和溫度翹曲應(yīng)力。縱向縮縫宜采用假縫形式，并設(shè)置拉桿，如圖2-4-8所示?？v縫第二十七頁(yè)，共100頁(yè)。2．橫縫橫縫是垂直于路中線(xiàn)方向的接縫，可分為橫向縮縫、脹縫和橫向施工縫。（1）橫向縮縫橫向縮縫是為了減小收縮應(yīng)力和溫度翹曲應(yīng)力而設(shè)置。①橫向縮縫常采用假縫形式，一般不需要設(shè)置傳力桿，其構(gòu)造如圖2-4-9a)所示。②為了提高接縫的傳荷能力，在交通繁重的道路上，橫向縮縫宜加設(shè)傳力桿；另外，在鄰近橫向脹縫或路面縱向自由端部的3條縮縫內(nèi)，均宜加設(shè)傳力桿，其構(gòu)造如圖2-4-9b）所示。第二十八頁(yè)，共100頁(yè)。（2）脹縫脹縫的設(shè)置是為了給混凝土面層的膨脹提供伸長(zhǎng)的余地，以免產(chǎn)生過(guò)大的熱壓應(yīng)力。①脹縫的位置在鄰近橋梁或其它固定構(gòu)筑物處、與柔性路面相接處，隧道口、小半徑平曲線(xiàn)和凹形豎曲線(xiàn)縱坡變換處，平面交叉口，以及路面厚度變化處等均應(yīng)設(shè)置脹縫。（注：在鄰近構(gòu)造物或與瀝青路面結(jié)合處的脹縫，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置2～3條脹縫）除上述位置以外的脹縫宜盡量不設(shè)或少設(shè)。脹縫的間距應(yīng)根據(jù)施工季節(jié)、施工溫度、混凝土的膨脹性，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕?jīng)驗(yàn)而定。橫縫第二十九頁(yè)，共100頁(yè)。②脹縫的形式脹縫常采用平縫形式，縫寬2～2.5cm，并要求設(shè)置滑動(dòng)傳力桿，以提供傳荷能力。其構(gòu)造如圖2-4-11a）所示。橫縫第三十頁(yè)，共100頁(yè)。②脹縫的形式脹縫采用平縫形式，縫寬2～2.5cm，并要求設(shè)置滑動(dòng)傳力桿，以提供傳荷能力。其構(gòu)造如圖2-4-11a）所示。

與結(jié)構(gòu)物交接處的脹縫無(wú)法設(shè)傳力桿時(shí)，可采用加設(shè)邊緣鋼筋，或加厚邊部的措施，其構(gòu)造分別如圖2-4-11b）、c）所示。橫縫第三十一頁(yè)，共100頁(yè)。橫縫（3）橫向施工縫在每日施工的終了，或混凝土澆筑過(guò)程中因故中斷時(shí)，必須設(shè)置橫向施工縫，其位置宜設(shè)在脹縫或橫向縮縫位置處。①設(shè)在脹縫處的橫向施工縫，應(yīng)按照脹縫進(jìn)行處理，其構(gòu)造與圖2-4-11a）相同；②設(shè)在橫向縮縫處的橫向施工縫，應(yīng)采用平縫加傳力桿的型式，其構(gòu)造如圖2-4-10所示。第三十二頁(yè)，共100頁(yè)。3．拉桿與傳力桿（1）拉桿：作用是拉緊相鄰板塊，不讓它們產(chǎn)生分離。拉桿應(yīng)采用螺紋鋼筋，設(shè)在板厚的中央，并應(yīng)對(duì)拉桿中部l0cm范圍內(nèi)進(jìn)行防銹處理。拉桿長(zhǎng)度、直徑及橫向間距，可根據(jù)板寬和板厚參照設(shè)計(jì)規(guī)范選用。最外邊的拉桿距接縫或自由邊的距離一般為25～35cm。板寬/m鋼筋第三十三頁(yè)，共100頁(yè)。（2）傳力桿：作用是為了提高接縫的傳荷能力。傳力桿應(yīng)采用光面圓鋼筋，設(shè)在板厚的中央，其長(zhǎng)度的一半再加5cm范圍內(nèi)，應(yīng)涂以瀝青或加塑料套管。脹縫處的傳力桿，尚應(yīng)在涂瀝青一端加一套子，內(nèi)留3cm的空隙，填以紗頭或泡沫塑料。套子端宜在相鄰板中交錯(cuò)布置。傳力桿的長(zhǎng)度、直徑及橫向間距，可根據(jù)板厚參照設(shè)計(jì)規(guī)范選用。最外邊的傳力桿距接縫或自由邊的距離一般為15～25cm。

板厚/m鋼筋第三十四頁(yè)，共100頁(yè)。二、接縫材料

水泥混凝土路面接縫的好壞，對(duì)于保證路面的使用質(zhì)量至關(guān)重要，接縫常出現(xiàn)的問(wèn)題有：滲水、填縫料外溢、填縫料老化、雜物嵌入等。接縫槽口超過(guò)3mm時(shí)，均須加以封填，封填材料分為填縫料和填縫板兩類(lèi)。第三十五頁(yè)，共100頁(yè)。1．填縫料填縫料應(yīng)富有彈性、可壓縮性大，不溶于水、不滲水，高溫不溢出、低溫不脆裂和耐疲勞，并能同混凝土表面粘附牢固。

加熱式填縫料有：瀝青瑪蹄脂類(lèi)、瀝青橡膠類(lèi)和聚氯乙烯膠泥類(lèi)等；

常溫式填縫料有：聚氨脂焦油類(lèi)、氯丁橡膠類(lèi)、乳化瀝青橡膠類(lèi)等。2．填縫板填縫板應(yīng)能很好的適應(yīng)混凝土面板的膨脹與收縮，施工時(shí)不變形，耐久性良好。常采用：杉木板、纖維板、泡沫橡膠板、泡沫樹(shù)脂板等。第三十六頁(yè)，共100頁(yè)。三、交叉口接縫的布置交叉口混凝土面板的接縫布置應(yīng)與交通流向相適應(yīng)，并做到易于排水、整齊美觀、施工方便?；炷撩姘宓慕涌p宜正交，盡量將銳角放置在非主要行車(chē)的部位，且在板角處加設(shè)補(bǔ)強(qiáng)鋼筋網(wǎng)或角隅鋼筋；面板分塊不宜過(guò)小，接縫邊長(zhǎng)不應(yīng)小于1m。相鄰板的接縫應(yīng)對(duì)齊，一般不得形成錯(cuò)縫。第三十七頁(yè)，共100頁(yè)。四、補(bǔ)強(qiáng)鋼筋當(dāng)混凝土板縱、橫自由邊緣下的基礎(chǔ)有可能產(chǎn)生較大的塑性變形時(shí)，可沿板的邊緣加設(shè)補(bǔ)強(qiáng)鋼筋；同樣，在角隅處為了防止板角斷裂，可加設(shè)發(fā)針形鋼筋或鋼筋網(wǎng)。

1．板邊補(bǔ)強(qiáng)一般選用2根ф12～16的螺紋鋼筋，平行布置在板的下部距離板底1/4板厚處，并不得小于5cm；間距為10cm。鋼筋兩端向上彎起。第三十八頁(yè)，共100頁(yè)。2．角隅補(bǔ)強(qiáng)一般選用2根ф12～14的螺紋鋼筋，以發(fā)針形式布置在板的上部，距離板頂不得小于5cm；也可以采用雙層鋼筋網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，選用ф6的圓鋼筋，布置在面板的上、下部，距離板頂和板底以5～10cm為宜。第三十九頁(yè)，共100頁(yè)。

通過(guò)本次課的學(xué)習(xí)，應(yīng)掌握剛性路面交通分析、臨界荷位、基層頂面的當(dāng)量回彈模量計(jì)算、應(yīng)力計(jì)算及驗(yàn)算。熟悉交通分級(jí)、路面板厚設(shè)計(jì)的方法與步驟。本次授課的重點(diǎn)：交通調(diào)查與分析、基層頂面的當(dāng)量回彈模量計(jì)算、應(yīng)力計(jì)算及板厚設(shè)計(jì)步驟。難點(diǎn)：應(yīng)力的計(jì)算與驗(yàn)算、路面板厚設(shè)計(jì)。目的要求重點(diǎn)與難點(diǎn)第二篇道路路基路面結(jié)構(gòu)第4章剛性路面

（3節(jié)）第四十頁(yè)，共100頁(yè)?！?-3水泥混凝土路面板厚的設(shè)計(jì)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》JTGD40-2011所列出的設(shè)計(jì)方法是：以彈性半無(wú)限地基、有限大矩形板模型為基礎(chǔ)，以100kN單軸雙輪組標(biāo)準(zhǔn)軸載作用于矩形板縱向邊緣中部產(chǎn)生的最大荷載應(yīng)力控制設(shè)計(jì)。采用可靠度設(shè)計(jì)方法，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)，進(jìn)行水泥混凝土路面板厚的設(shè)計(jì)。

臨界荷位——路面板的縱縫邊緣的中部第四十一頁(yè)，共100頁(yè)。一、交通荷載分析（一）軸載換算水泥混凝土路面承受著不同軸型和軸重的各種車(chē)輛荷載的重復(fù)作用，按“由荷載應(yīng)力與溫度應(yīng)力綜合疲勞損耗等效”的原則，把各種車(chē)輛荷載的作用次數(shù)換算為標(biāo)準(zhǔn)軸載的作用次數(shù)。水泥混凝土路面設(shè)計(jì)中也以汽車(chē)軸重為100kN的單軸雙輪組荷載作為標(biāo)準(zhǔn)軸載，記作BZZ-100。所謂等效，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。我國(guó)把疲勞斷裂作為混凝土路面的損壞標(biāo)準(zhǔn)，因而以疲勞斷裂為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)建立疲勞方程，推導(dǎo)產(chǎn)生等效疲勞損耗時(shí)的軸載換算公式和換算系數(shù)。第四十二頁(yè)，共100頁(yè)。把不同軸－輪型和軸載的作用次數(shù)，以100kN單軸－雙輪組荷載為標(biāo)準(zhǔn)軸載，按下式進(jìn)行換算：i

1.0第四十三頁(yè)，共100頁(yè)。1．交通分級(jí)水泥混凝土路面所承受的軸載作用，按照設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計(jì)車(chē)道臨界荷位承受的標(biāo)準(zhǔn)軸載當(dāng)量累計(jì)作用次數(shù)，劃分為特重交通、重交通、中等交通和輕交通四級(jí)。（二）交通分級(jí)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期第四十四頁(yè)，共100頁(yè)。2.設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期路面設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期是計(jì)算路面結(jié)構(gòu)可靠度時(shí)，考慮各項(xiàng)基本度量與時(shí)間關(guān)系所取用的基準(zhǔn)時(shí)間。也可理解為：保證路面結(jié)構(gòu)達(dá)到規(guī)定可靠度指標(biāo)的有效期間。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期與公路等級(jí)有關(guān)，可根據(jù)公路在路網(wǎng)中的功能定位，當(dāng)?shù)貒?guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求以及投資條件等因素，經(jīng)綜合論證后確定。第四十五頁(yè)，共100頁(yè)。（三）標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)1.交通調(diào)查與分析設(shè)計(jì)車(chē)道使用初期的年平均日貨車(chē)交通量，可按下述方法確定：利用當(dāng)?shù)亟煌坑^測(cè)和統(tǒng)計(jì)資料，獲得所設(shè)計(jì)公路初期的年平均日交通量（雙向）和車(chē)輛組成數(shù)據(jù)，剔除2軸4輪以下的客、貨車(chē)交通量，得到初期的年平均日交通量（雙向）。第四十六頁(yè)，共100頁(yè)。單向車(chē)道數(shù)123≥4車(chē)道分配系數(shù)1.00.8～1.00.6～0.80.5～0.75交通量車(chē)道分配系數(shù)表（1）交通量方向分布系數(shù)調(diào)查分析雙向交通分布情況，選取交通量方向分布系數(shù)，一般情況下采用0.5。（2）交通量車(chē)道分配系數(shù)依據(jù)設(shè)計(jì)公路的車(chē)道數(shù)，參照下表選用:第四十七頁(yè)，共100頁(yè)。（3）標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)水泥混凝土面層臨界荷位處所承受的標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)Ne可按下式計(jì)算：式中：

Ne——標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)；

Ns——路面使用初期，100kN單軸-雙輪組標(biāo)準(zhǔn)軸載的年平均日作用次數(shù)；

t——設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期；

γ——交通量年平均增長(zhǎng)率；

η——臨界荷位處的車(chē)輛輪跡橫向分布系數(shù)，按下表選用：第四十八頁(yè)，共100頁(yè)。公路等級(jí)縱縫邊緣處高速公路、一級(jí)公路、收費(fèi)站0.17～0.22二級(jí)及二級(jí)以下公路行車(chē)道寬>7m0.34～0.39行車(chē)道寬≤7m0.54～0.62車(chē)輛輪跡橫向分布系數(shù)表第四十九頁(yè)，共100頁(yè)?！豆匪嗷炷谅访嬖O(shè)計(jì)規(guī)范》JTGD40-2011中，在水泥混凝土路面荷載應(yīng)力分析計(jì)算時(shí)，采用的是彈性三層體系模型，即地基、基層和面層板。當(dāng)面層板下設(shè)有基層和底基層時(shí)，依據(jù)“等彎曲剛度”的原則，將基層和底基層換算為回彈模量和厚度當(dāng)量的單層結(jié)構(gòu)。最終用一個(gè)基層頂面當(dāng)量回彈模量來(lái)代表基層和地基兩個(gè)層次模量大小。二、基層頂面的當(dāng)量回彈模量第五十頁(yè)，共100頁(yè)?；鶎雍偷谆鶎拥漠?dāng)量模量Ex，當(dāng)量厚度hx混凝土面板EC基層E1厚度h1底基層E2厚度h2土基E0混凝土面板EC基層和底基層的當(dāng)量模量Ex，當(dāng)量厚度hx土基E0第五十一頁(yè)，共100頁(yè)。基層頂面的當(dāng)量模量Et混凝土面板EC基層和底基層的當(dāng)量模量Ex，當(dāng)量厚度hx土基E0基層頂面的當(dāng)量模量Et混凝土面板EC第五十二頁(yè)，共100頁(yè)。1新建公路的基層頂面當(dāng)量模量新建公路的基層頂面當(dāng)量回彈模量和基層當(dāng)量厚度計(jì)算公式：第五十三頁(yè)，共100頁(yè)。式中：Et——基層頂面的當(dāng)量回彈模量(MPa)；Ex——基層和底基層(或墊層）的當(dāng)量回彈模量(MPa)；E0——路床頂面的回彈模量(MPa)；hx——基層和底基層(或墊層）的當(dāng)量厚度(m)；a、b

——與Ex/E0有關(guān)的回歸系數(shù)。第五十四頁(yè)，共100頁(yè)。hx——基層和底基層(或墊層）的當(dāng)量厚度(m)；Dx——基層和底基層的當(dāng)量彎曲剛度(MN-m)；

E1、E2——基層和底基層(或墊層）的回彈模量(MPa)；

h1、

h2——基層和底基層的厚度(m)

。第五十五頁(yè)，共100頁(yè)。（1）當(dāng)新建公路路面板下設(shè)有基層、底基層及墊層時(shí)，可按此方法先將底基層和墊層換算成具有當(dāng)量回彈模和當(dāng)量厚度的單層，然后再與基層一起計(jì)算基層頂面的當(dāng)量回彈模量。（2）當(dāng)新建公路路面板下無(wú)底基層和墊層時(shí)，相應(yīng)層的厚度和回彈模量分別以0代入進(jìn)行計(jì)算。注：第五十六頁(yè)，共100頁(yè)。2原有路面的頂面當(dāng)量回彈模量值在舊柔性路面上加鋪水泥混凝土面層時(shí)，應(yīng)按承載板試驗(yàn)或彎沉測(cè)定法確定原有路面頂面的當(dāng)量回彈模量Et。（1）承載板試驗(yàn)實(shí)測(cè)即可直接得到原有路面的頂面當(dāng)量回彈模量Et。（2）當(dāng)采用汽車(chē)實(shí)測(cè)路段的彎沉值后，可按柔性路面舊路補(bǔ)強(qiáng)中的計(jì)算方法，確定計(jì)算回彈彎沉值(其中保證率系數(shù)λ采用2.0)后，按下式轉(zhuǎn)換成基層頂面的當(dāng)量回彈模量Et：第五十七頁(yè)，共100頁(yè)。式中：l0——以后軸重100kN的車(chē)輛進(jìn)行彎沉測(cè)定，經(jīng)統(tǒng)計(jì)整理后得到的原路面計(jì)算回彈彎沉值，以0.01mm計(jì)。新建道路的水泥混凝土路面板下必須設(shè)置最小厚度為0.15～0.20m的墊層與基層，或者是具有足夠剛度的老路面。第五十八頁(yè)，共100頁(yè)。四、水泥混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度與彎拉彈性模量水泥混凝土面層的設(shè)計(jì)強(qiáng)度是以彎拉強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)控制指標(biāo)的，在進(jìn)行路面設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)取水泥混凝土15cm×15cm×55cm的小梁試件在三分點(diǎn)加載試驗(yàn)確定，并以其28d齡期的計(jì)算彎拉強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。特殊的，當(dāng)混凝土澆筑后90d內(nèi)不開(kāi)放交通時(shí)，可采用90d齡期的彎拉強(qiáng)度。其值一般可按28d齡期強(qiáng)度的1.1倍計(jì)。各交通等級(jí)要求的混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值不得低于下表的規(guī)定。第五十九頁(yè)，共100頁(yè)?；炷翉澙瓘?qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值交通等級(jí)特重重中等輕水泥混凝土的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（MPa）5.05.04.54.0鋼纖維混凝土的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（MPa）6.06.05.55.0第六十頁(yè)，共100頁(yè)?；炷翉澙瓘椥阅Ａ吭谠O(shè)計(jì)混凝土路面時(shí)，采用的混凝土彎拉彈性模量應(yīng)以試驗(yàn)實(shí)測(cè)為準(zhǔn)。（其試件尺寸和加載方式同彎拉強(qiáng)度試驗(yàn)，并采用撓度法，分四級(jí)加荷，以極限彎拉荷載之半時(shí)的割線(xiàn)模量為標(biāo)準(zhǔn)。）如無(wú)實(shí)測(cè)條件，可參照各級(jí)交通等級(jí)要求的混凝土設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度和彈性模量按下表選用。第六十一頁(yè)，共100頁(yè)?；炷恋脑O(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度與彈性模量表交通等級(jí)特重、重中等、輕普通混凝土設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度(MPa)5.04.5彎拉彈性模量Ec(×103MPa)3028碾壓混凝土設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度(MPa)5.04.54彎拉彈性模量Ec(×103MPa)RCCFRCC3533RCCFRCC3331RCCFRCC3129RCC——碾壓混凝土；FRCC——摻加粉煤灰的碾壓混凝土第六十二頁(yè)，共100頁(yè)。五、荷載應(yīng)力計(jì)算在剛性路面設(shè)計(jì)中應(yīng)反映輪載的動(dòng)力作用對(duì)路面產(chǎn)生的附加影響，即行駛的動(dòng)荷載與靜荷載對(duì)路面板疲勞損耗的差別；又因剛性路面板對(duì)超重荷載的疲勞影響很敏感。因此設(shè)計(jì)中要考慮汽車(chē)實(shí)際行駛中的超載、偏載以及路面結(jié)構(gòu)工作條件不均勻等因素對(duì)路面板內(nèi)荷載應(yīng)力的影響。對(duì)上述二種影響采用綜合影響系數(shù)Kc來(lái)表示，其取值見(jiàn)下表：第六十三頁(yè)，共100頁(yè)。綜合影響系數(shù)Kc表交通等級(jí)特重重中等輕綜合影響系數(shù)Kc1.451.351.201.10當(dāng)量回彈模量Et(MPa)1201008060第六十四頁(yè)，共100頁(yè)。應(yīng)力折減系數(shù)Kr考慮到接縫間的不同狀態(tài)，使其傳荷能力相應(yīng)的不同，可用接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)Kr來(lái)表示。當(dāng)縱縫為設(shè)拉桿的平縫型時(shí)，Kr可取0.87～0.92(剛性和半剛性基層取低值，柔性基層取高值)；縱縫為設(shè)拉桿的企口縫型時(shí)，Kr取用0.76～0.84；自由邊時(shí)，

Kr取為1.0。第六十五頁(yè)，共100頁(yè)。疲勞應(yīng)力系數(shù)Kf不同設(shè)計(jì)年限的累計(jì)疲勞作用不同，采用設(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)Kf來(lái)表示。該系數(shù)的計(jì)算公式為：式中：kf——設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的荷載疲勞應(yīng)力系數(shù)；

Ne——設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)；

ν——與混合料性質(zhì)有關(guān)的指數(shù)，普通混凝土、鋼筋混凝土、連續(xù)配筋混凝土，ν=0.057；碾壓混凝土和貧混凝土，ν=0.065；第六十六頁(yè)，共100頁(yè)。標(biāo)準(zhǔn)軸載PS在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力按下式確定：第六十七頁(yè)，共100頁(yè)。式中：

σpr——標(biāo)準(zhǔn)軸載Ps在臨界荷位處的荷載疲勞應(yīng)力(MPa)；

σps——標(biāo)準(zhǔn)軸載PS在四邊自由板的臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力(MPa)；kr——考慮接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)，縱縫為設(shè)拉桿的平縫時(shí)，kr=0.87～0.92(剛性和半剛性基層取低值，柔性基層取高值)；縱縫為不設(shè)拉桿的平縫或自由邊時(shí)，kr=1.0；縱縫為設(shè)拉桿的企口縫時(shí)，kr=0.76～0.84；kf——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)；kc——考慮偏載和動(dòng)載等因素對(duì)路面疲勞損壞的綜合影響系數(shù)。：第六十八頁(yè)，共100頁(yè)。r——混凝土板的相對(duì)剛度半徑(m)；h——混凝土板的厚度(m)；Ec——水泥混凝土的彎拉彈性模量(MPa)；Et——基層頂面當(dāng)量回彈模量(MPa)。公式第六十九頁(yè)，共100頁(yè)。六、混凝土板內(nèi)的最大溫度梯度和溫度應(yīng)力計(jì)算根據(jù)混凝土面層板內(nèi)產(chǎn)生的荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力作出板的平面尺寸設(shè)計(jì)，布設(shè)各種接縫位置。通常縱向縮縫間距可根據(jù)路面寬度和每個(gè)車(chē)道寬度而定，其最大間距不得大于4.5m。橫向縮縫間距一般采用4～5m，最大不得超過(guò)6m。否則當(dāng)板長(zhǎng)超過(guò)上述范圍時(shí)，因溫度應(yīng)力作用會(huì)造成長(zhǎng)板的斷裂。同時(shí)因混凝土板傳熱慢，在溫度變化大時(shí)其頂面與底面溫度有較大差異，從而引起混凝土板的翹曲應(yīng)力?；炷涟屙斆媾c底面的溫度差一般以板的溫度梯度Tg表示，即溫差Δt=Tg×h。水泥混凝土面層的最大溫度梯度標(biāo)準(zhǔn)值Tg，可按照公路所在地的公路自然區(qū)劃按下表選用：第七十頁(yè)，共100頁(yè)。最大溫度梯度標(biāo)準(zhǔn)值Tg公路自然區(qū)劃II、VIIIIV、VIVII最大溫度梯度Tg(℃／cm)83～8890～9586～9293～98第七十一頁(yè)，共100頁(yè)。最大溫度梯度時(shí)混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力式中：

σtm——最大溫度梯度時(shí)混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力(MPa)；

αc——混凝土的線(xiàn)膨脹系數(shù)(1／℃)，通?？扇?×10-5／℃；

Ec——水泥混凝土的彎拉彈性模量(MPa)；h——混凝土板的厚度(m)；Tg——最大溫度梯度；Bx——綜合溫度翹曲應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力作用的溫度應(yīng)力系數(shù)，可按

l

／r和h查用下圖確定；其中的l——板長(zhǎng)，即橫縫間距(m)。第七十二頁(yè)，共100頁(yè)。溫度應(yīng)力系數(shù)Bx第七十三頁(yè)，共100頁(yè)。最大溫度梯度時(shí)混凝土板的溫度疲勞應(yīng)力計(jì)算公式式中：σtr——臨界荷位處的溫度疲勞應(yīng)力(MPa)；σtm——最大溫度梯度時(shí)混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力(MPa)；kt——考慮溫度應(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：第七十四頁(yè)，共100頁(yè)。其中：a、b和c為回歸系數(shù)，按所在地區(qū)的公路自然區(qū)劃查下表確定。疲勞應(yīng)力系數(shù)第七十五頁(yè)，共100頁(yè)。a、b和c為回歸系數(shù)表系數(shù)公路自然區(qū)劃IIIIIⅣVⅥV11a0.8280.8550.8410.8710.8370.834b0.0410.0410.0580.0710.0380.052c1.3231.3551.3231.2871.3821.270第七十六頁(yè)，共100頁(yè)。七、應(yīng)力驗(yàn)算水泥混凝土路面水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以行車(chē)荷載和溫度梯度綜合作用產(chǎn)生的疲勞斷裂作為設(shè)計(jì)的極限狀態(tài)，其表達(dá)式為：式中：γr——可靠度系數(shù)，依據(jù)所選目標(biāo)可靠度及變異水平等級(jí)按下表確定；σpr——行車(chē)荷載疲勞應(yīng)力（MPa）；σtr——溫度梯度疲勞應(yīng)力（MPa）；fr——水泥混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（MPa）第七十七頁(yè)，共100頁(yè)?？煽慷认禂?shù)表變異水平等級(jí)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第七十八頁(yè)，共100頁(yè)。八、板厚設(shè)計(jì)步驟1．收集交通資料2．計(jì)算設(shè)計(jì)車(chē)道在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)Ne3．初擬路面結(jié)構(gòu)和平面尺寸。4．確定混凝土的設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度f(wàn)cm及彎拉彈性模量Ec5．計(jì)算確定基層頂面計(jì)算回彈模量Et6．計(jì)算荷載疲勞應(yīng)力pr7．計(jì)算溫度疲勞應(yīng)力tr8．檢驗(yàn)pr與tr之和是否滿(mǎn)足要求：如滿(mǎn)足，則初估厚度可以作為設(shè)計(jì)板厚。如不滿(mǎn)足，則重?cái)M定路面結(jié)構(gòu)，重復(fù)第5步以下的計(jì)算，直到上述要求滿(mǎn)足為止，設(shè)計(jì)厚度取整到cm。第七十九頁(yè)，共100頁(yè)。第八十頁(yè)，共100頁(yè)。設(shè)計(jì)計(jì)算示例設(shè)計(jì)題目：重交通二級(jí)公路水泥路面厚度設(shè)計(jì)公路自然區(qū)劃為Ⅱ區(qū)，擬新建一條二級(jí)公路，路基為粘質(zhì)土，路基回彈模量為30MPa。采用普通混凝土路面，路面寬9m。經(jīng)交通調(diào)查得知，設(shè)計(jì)車(chē)道使用初期標(biāo)準(zhǔn)軸載日作用次數(shù)為2100（單向、設(shè)計(jì)車(chē)道）,交通量年增長(zhǎng)率為γ=5%。試設(shè)計(jì)該混凝土路面的厚度。第八十一頁(yè)，共100頁(yè)。解：1.交通分析由二級(jí)公路的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為20年，安全等級(jí)為三級(jí)。臨界荷位處的車(chē)輛輪跡橫向分布系數(shù)取0.39。已知交通量年平均增長(zhǎng)率為5％。計(jì)算得到設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計(jì)車(chē)道標(biāo)準(zhǔn)荷載累計(jì)作用次數(shù)為介于（100-2000）×104之間，屬重交通等級(jí)第八十二頁(yè)，共100頁(yè)。2.初擬路面結(jié)構(gòu)相應(yīng)于安全等級(jí)三級(jí)的變異水平等級(jí)為中級(jí)。根據(jù)二級(jí)公路、重交通等級(jí)和中級(jí)變異水平等級(jí)，查表取初擬普通混凝土面層厚度為0.22m。基層選用水泥穩(wěn)定粒料(水泥用量5％)，厚0.18m。墊層為0.15m低劑量無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土。普通混凝土面板的平面尺寸為寬4.5m，長(zhǎng)5.0m?？v縫為設(shè)拉桿平縫，橫縫為設(shè)傳力桿的假縫。第八十三頁(yè)，共100頁(yè)。基層和