水泥混凝土路面厚度講解

主講：楊丹路基路面工程水泥混凝土路面厚度一、水泥混凝土路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及驗(yàn)算標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)以面層板在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，在行車荷載和溫度梯度綜合作用下，不產(chǎn)生疲勞斷裂；驗(yàn)算標(biāo)準(zhǔn)：面層板在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，在最重軸載和最大溫度梯度綜合作用下，不產(chǎn)生極限斷裂。其極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式分別為：貧混凝土或碾壓混凝土基層應(yīng)以設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)行車荷載不產(chǎn)生疲勞斷裂作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。其極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式為：二、水泥混凝土板厚度計(jì)算流程進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)，即根據(jù)公路等級(jí)、交通等級(jí)和目標(biāo)可靠度等初步選定混凝土板、基層、底基層、墊層和路床的材料類型和厚度。初步估計(jì)厚度。計(jì)算最重荷載作用下的最大荷載應(yīng)力和最大溫度應(yīng)力，考察其與可靠度系數(shù)的乘機(jī)是否滿足極限狀態(tài)平衡方程式。如滿足，計(jì)算疲勞應(yīng)力。若不滿足要求，重新估算厚度。計(jì)算厚度加6mm磨損厚度后，按10mm向上取整，作為混凝土面層的設(shè)計(jì)厚度。公路等級(jí)高速公路，一級(jí)公路二、三、四級(jí)公路公路等級(jí)高速公路，一級(jí)公路二、三、四級(jí)公路一般路段0.70-1.100.50-1.0特殊路段0.80-1.200.60-1.10各級(jí)公路水泥混凝土的表層構(gòu)造深度要求水泥路面的設(shè)計(jì)軸載及軸載換算1交通分析——交通荷載分級(jí)按疲勞斷裂設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，以軸重100kN的單軸-雙輪組荷載作為設(shè)計(jì)軸載。對(duì)極重交通荷載等級(jí)的水泥混凝土路面，宜選用貨車中占主要份額特重車型的軸載作為設(shè)計(jì)軸載。各級(jí)軸載作用次數(shù)按按等效疲勞損壞原則換算為設(shè)計(jì)軸載的作用次數(shù)。設(shè)計(jì)軸載累計(jì)作用次數(shù)交通調(diào)查與分析初期年平均日貨車交通量（雙向）方向分配系數(shù)，一般0.5-0.6車道分配系數(shù)設(shè)計(jì)車道的年平均日貨車交通量（ADTT）貨車交通量的年平均增長率gr

軸載調(diào)查與分析各類車輛的軸型調(diào)查和軸重測定軸載當(dāng)量換算系數(shù)法車輛當(dāng)量軸載系數(shù)法車道使用初期的設(shè)計(jì)軸載日作用次數(shù)Ns車輛輪跡橫向分布系數(shù)η設(shè)計(jì)軸載累計(jì)作用次數(shù)Ne

不同軸重級(jí)位的設(shè)計(jì)軸載當(dāng)量換算系數(shù)車道使用初期的設(shè)計(jì)軸載日作用次數(shù)各類車輛的設(shè)計(jì)軸載當(dāng)量換算系數(shù)車道使用初期的設(shè)計(jì)軸載日作用次數(shù)設(shè)計(jì)軸載累計(jì)作用次數(shù)2初擬路面結(jié)構(gòu)根據(jù)公路等級(jí)和交通荷載、路基條件、當(dāng)?shù)販囟群蜐穸葼顩r及已有公路路面的使用經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行路面組合設(shè)計(jì)，初擬路面結(jié)構(gòu)。路床頂面的綜合回彈模量值，輕交通荷載等級(jí)時(shí)不得低于40MPa，中等或重交通荷載等級(jí)時(shí)不得低于60MPa，特重或極重交通荷載等級(jí)時(shí)不得低于80MPa。路基基層和底基層承受極重、特重或重交通荷載的路面，基層下應(yīng)設(shè)置底基層，承受中等或輕交通荷載時(shí)，可不設(shè)底基層。當(dāng)基層采用無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類材料，且上路床由細(xì)粒土組成時(shí)，應(yīng)在基層下設(shè)置粒料類底基層。貧混凝土或碾壓混凝土基層上應(yīng)鋪設(shè)瀝青混凝土夾層，厚度不宜小于40mm。無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定碎石基層上應(yīng)設(shè)封層。面層宜采用設(shè)接縫的普通水泥混凝土。注意：平面尺寸及接縫設(shè)計(jì)平面布局宜采用矩形分塊，其縱向和橫向接縫應(yīng)垂直相交，縱縫兩側(cè)的橫縫不得相互錯(cuò)位?？v向接縫的間距（板寬）宜在3.0~4.5m范圍內(nèi)選用。橫向接縫的間距（板長）應(yīng)按面層類型和厚度選定（普通水泥混凝土面層宜為4~6m，面層板的長寬比不宜超過1.35，平面面積不宜大于25m2）縱向接縫設(shè)置：一次攤鋪寬度小于路面寬度時(shí)，應(yīng)設(shè)縱向施工縫（設(shè)拉桿的平縫）；一次攤鋪寬度大于4.5m，應(yīng)設(shè)縱向縮縫（設(shè)拉桿的假縫）；碾壓混凝土面層一次攤鋪寬度大于7.5m時(shí)，應(yīng)設(shè)縱向縮縫；行車道路面與混凝土硬路肩之間的縱向接縫必須設(shè)拉桿。3路面材料參數(shù)確定4力學(xué)模型的選擇彈性地基單層板模型適用于粒料基層上混凝土面層舊瀝青路面加鋪混凝土面層，面層板以下部分按彈性地基處理彈性地基雙層板模型適用于無機(jī)結(jié)合料類基層或?yàn)r青類基層上混凝土面層，舊混凝土路面上加鋪分離式混凝土面層；面層和基層或者新舊面層作為雙層板，基層底面以下或舊面層底面以下部分按彈性地基處理復(fù)合板模型適用于兩層不同性能材料組成的面層或基層復(fù)合板。舊混凝土路面上加鋪結(jié)合式混凝土面層，兩層不同性質(zhì)材料組成的層間黏結(jié)的面層，作為彈性地基上的單層板或彈性地基上雙層板的上層板；無機(jī)結(jié)合料類基層或?yàn)r青類基層與無機(jī)結(jié)合料類底基層組成的基層，作為彈性地基上雙層板的下層板。水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)分析應(yīng)采用彈性地基板理論。除粒料基層外，其他基層與混凝土面層應(yīng)按分離式雙層板模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。粒料基層及各級(jí)底基層和墊層，應(yīng)與路基一起視作多層彈性地基，以地基頂面當(dāng)量回彈模量表征。水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)以面層板在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，在行車荷載和溫度梯度綜合作用下，不產(chǎn)生疲勞斷裂作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；并以最重軸載和最大溫度梯度綜合作用下，不產(chǎn)生極限斷裂作為驗(yàn)算標(biāo)準(zhǔn)。貧混凝土或碾壓混凝土基層應(yīng)以設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)行車荷載不產(chǎn)生疲勞斷裂作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。5荷載應(yīng)力計(jì)算----彈性地基單層板模型設(shè)計(jì)軸載在面層板臨界荷位處產(chǎn)生的的荷載疲勞應(yīng)力kr—接縫傳荷的應(yīng)力折減系數(shù)，混凝土路肩，kr=0.87~0.92，柔性路肩或土路肩，kr=1。kf—疲勞應(yīng)力系數(shù)kc—綜合系數(shù)，查表荷載疲勞應(yīng)力系數(shù)kf

式中Ne——設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計(jì)軸載累計(jì)作用次數(shù)；λ——材料疲勞指數(shù)，普通、鋼筋、連續(xù)配筋混凝土：λ=0.057；碾壓、貧混凝土：λ=0.065；ρf——鋼纖維的體積率（%）；

lf——鋼纖維的長度（mm）；df——鋼纖維的直徑（mm）。設(shè)計(jì)軸載在四邊自由板臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力σps式中Ps——設(shè)計(jì)軸載的單軸重(kN)；hc、Ec、vc——混凝土面層板的厚度(m)、彎拉彈性模量（MPa）和泊松比

r——混凝土面層板的相對(duì)剛度半徑(m)；

Dc——混凝土面層板的截面彎曲剛度(MN·m)；

Et——板底地基當(dāng)量回彈模量（MPa)新建公路的板底地基當(dāng)量回彈模量Et

式中E0——路床頂綜合回彈模量（MPa）；Ex——粒料層的當(dāng)量回彈模量（MPa；hx——粒料層的總厚度（m）；n——粒料層的層數(shù)；Ei、hi——第i結(jié)構(gòu)層的回彈模量（MPa）與厚度(m)。公式根據(jù)單圓荷載直徑0.3m，層間連續(xù)，粒料層總厚度0.1~0.5m，粒料層回彈模量與路床回彈模量之比小于10的條件，按照荷載中心點(diǎn)撓度等效原則回歸得到的。其中，路床、粒料層的泊松比取0.35。5荷載應(yīng)力計(jì)算----彈性地基雙層板模型上層板（面層）的荷載疲勞應(yīng)力σpr最重軸載在上層板臨界荷位處產(chǎn)生的最大荷載應(yīng)力

——最重軸載Pm在四邊自由板臨界荷位處產(chǎn)生的最大荷載應(yīng)力（MPa），設(shè)計(jì)軸載Ps改為最重軸載Pm（以單軸計(jì)，kN）；kr、kc——應(yīng)力折減系數(shù)、綜合系數(shù)。6溫度應(yīng)力計(jì)算----彈性地基單層板模型在面層板臨界荷位處產(chǎn)生的溫度疲勞應(yīng)力σtr最大溫度梯度時(shí)混凝土面層板最大溫度應(yīng)力σt,max綜合溫度翹曲應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力的溫度應(yīng)力系數(shù)BL混凝土面層板的溫度翹曲應(yīng)力系數(shù)CL溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)kt

溫度應(yīng)力計(jì)算----彈性地基雙層板模型在面層板臨界荷位處產(chǎn)生的溫度疲勞應(yīng)力σtr最大溫度梯度時(shí)混凝土面層板最大溫度應(yīng)力σt,max綜合溫度翹曲應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力的溫度應(yīng)力系數(shù)BL混凝土面層板的溫度翹曲應(yīng)力系數(shù)CL與單層板公式不同。下層板的溫度疲勞應(yīng)力不需計(jì)算溫度翹曲應(yīng)力系數(shù)