第十六章水泥混凝土路面設(shè)計(jì)

1、第十六章 水泥混凝土路面設(shè)計(jì)一、教學(xué)目的和要求1、教學(xué)目的：本章主要學(xué)習(xí)水泥混凝土路面的損壞模式和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)， 彈性地基板的應(yīng)力分析、 水泥混 凝土路面結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計(jì)、 水泥混凝土路面板平面尺寸的確定、 水泥混凝土路面的接縫設(shè)計(jì) 和加鋪層設(shè)計(jì)。2、教學(xué)要求：掌握水泥混凝土路面板厚設(shè)計(jì)， 水泥混凝土路面荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力分析； 熟悉彈性地 基板體系理論，復(fù)合式混凝土路面厚度設(shè)計(jì)；了解其他設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)介；二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：水泥混凝土路面板厚設(shè)計(jì)步驟； 難點(diǎn)：彈性地基板體系理論。三、授課學(xué)時(shí)： 4 學(xué)時(shí)四、教學(xué)進(jìn)程本章學(xué)習(xí)要求：一、水泥混凝土路面的損壞模式和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 掌握水泥混凝土路面在行車(chē)荷載和

2、環(huán)境因素作用下出現(xiàn)的破壞類(lèi)型， 主要有斷裂、 唧泥、 錯(cuò)臺(tái)、 拱起和接縫擠碎等， 了解產(chǎn)生損壞類(lèi)型的原因。 重點(diǎn)掌握水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是 以防止面層板斷裂為主要設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，了解水泥混凝土路面設(shè)計(jì)的彈性地基板理論。二、水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容 熟悉水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括路面結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計(jì)、 混凝土面板厚度設(shè)計(jì)、 混凝土 面板的平面尺寸與接縫設(shè)計(jì)、路肩設(shè)計(jì)、普通混凝土路面的鋼筋配筋率設(shè)計(jì)等內(nèi)容。三、水泥混凝土路面板厚設(shè)計(jì)1.交通分析與軸載換算掌握我國(guó)公路水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以100KN 的單軸 -雙輪組荷載作為標(biāo)準(zhǔn)軸載。 熟悉對(duì)于各種不同汽車(chē)軸載的作用次數(shù)，可按等效疲勞斷裂原則換算成標(biāo)準(zhǔn)

3、軸載的作用次數(shù)， 并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)軸載的作用次數(shù)判斷道路的交通繁重程度， 熟悉軸載換算公式。 掌握按設(shè)計(jì)基準(zhǔn) 期內(nèi)設(shè)計(jì)車(chē)道所承受的標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)分為特重、重、中等和輕4 個(gè)等級(jí)。2.基層頂面當(dāng)量回彈模量 熟悉水泥混凝土面板下的地基依據(jù)等彎曲剛度的原則換算為回彈模量和厚度當(dāng)量的單 層結(jié)構(gòu)， 按雙層體系進(jìn)行計(jì)算。 了解其計(jì)算分為新建公路和舊柔性路面兩種情況。 重點(diǎn)熟悉 新建公路的基層頂面當(dāng)量回彈模量值的計(jì)算，并注意區(qū)分新舊規(guī)范的差別。3. 混凝土板的設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度掌握水泥混凝土路面的強(qiáng)度以 28d 齡期的彎拉強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)控制指標(biāo)。 設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)各交 通等級(jí)要求按規(guī)范采用相應(yīng)的混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。4.

4、 水泥混凝土路面板應(yīng)力分析理解水泥混凝土路面板在荷載和溫度作用下， 在臨界荷位處產(chǎn)生的疲勞應(yīng)力， 包括荷載 疲勞應(yīng)力和溫度疲勞應(yīng)力。 熟悉荷載疲勞應(yīng)力和溫度疲勞應(yīng)力的計(jì)算公式， 掌握荷載疲勞應(yīng) 力和溫度疲勞應(yīng)力的概念。5. 水泥混凝土板的綜合疲勞作用水泥混凝土板在使用過(guò)程中， 板的應(yīng)力來(lái)自汽車(chē)荷載疲勞作用和溫度反復(fù)變化作用。 為 保證混凝土板在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)板不過(guò)早破壞， 必須綜合考慮這些作用的影響， 不導(dǎo)致板的 應(yīng)力過(guò)大。 熟悉水泥混凝土板的綜合疲勞作用是汽車(chē)荷載和溫度對(duì)板產(chǎn)生的應(yīng)力總和， 掌握根據(jù)公式分 別求出板的荷載疲勞應(yīng)力和溫度應(yīng)力， 然后按現(xiàn)行水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范中采用路面結(jié)構(gòu) 可

5、靠度設(shè)計(jì)方法， 即以行車(chē)荷載和溫度梯度綜合作用產(chǎn)生的疲勞斷裂作為極限設(shè)計(jì)狀態(tài)， 重 點(diǎn)熟悉其表達(dá)式為：Y r( d pr+ d tr)W fr。6. 混凝土板厚設(shè)計(jì)過(guò)程 熟悉水泥混凝土面層厚度設(shè)計(jì)步驟，主要包括：收集并分析交通參數(shù)，初擬路面結(jié)構(gòu)， 確定材料參數(shù)，計(jì)算荷載疲勞應(yīng)力，計(jì)算溫度應(yīng)力及檢驗(yàn)初擬路面結(jié)構(gòu)等。四、水泥混凝土路面板平面尺寸確定 熟悉水泥混凝土路面板平面尺寸確定的過(guò)程，以及板塊劃分的原則。五、水泥混凝土路面加鋪層設(shè)計(jì) 熟悉對(duì)舊水泥混凝路面的技術(shù)調(diào)查內(nèi)容， 包括路面損壞狀況調(diào)查評(píng)定、 接縫傳荷能力和 板底脫空狀況調(diào)查評(píng)定、 舊混凝土路面結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)查； 了解水泥混凝土路面加鋪層結(jié)構(gòu)

6、設(shè)計(jì) 的種類(lèi)，主要有，分離式混凝土加鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、 組合式混凝土加鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、 瀝青加鋪 層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。16.1 水泥混凝土路面的損壞模式和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)一、水泥混凝土路面的損壞模式水泥混凝土路面在行車(chē)荷載和環(huán)境因素的作用下可能出現(xiàn)的破壞類(lèi)型主要有以下幾種。1.斷裂 路面板內(nèi)應(yīng)力超過(guò)泥凝土強(qiáng)度時(shí)會(huì)出現(xiàn)縱向、橫向、斜向或角隅斷裂裂縫。原因：板太薄、 輪載過(guò)重、 板的平間尺寸過(guò)大， 地基不均勻沉降或過(guò)量塑性變形使板底 脫空失去支承， 施工養(yǎng)生期間收縮應(yīng)力過(guò)大等。 斷裂破壞了板的整體性， 使板承載能力降低。因而，板體斷裂為水泥混凝土面層結(jié)構(gòu)破壞的臨界狀態(tài)。2.唧泥唧泥是車(chē)輛行經(jīng)接縫時(shí)，由縫內(nèi)噴濺出稀泥漿的

7、現(xiàn)象。原因： 在輪載的重復(fù)作用下， 板邊緣或角隅下的基層由于塑性變形累積而同混凝土面板 脫離，或者甚層的細(xì)顆粒在水的作用下強(qiáng)度降低，當(dāng)水分沿縫隙下滲而積聚在脫空的間隙內(nèi)或細(xì)顆粒土中， 在車(chē)輛荷載作用下積水形成水壓，使水和細(xì)顆粒土形成的泥漿而從縫隙中噴濺山來(lái)。唧泥的出現(xiàn)，使路面板邊緣部分，逐漸形成脫空區(qū)，隨荷載重復(fù)作用次數(shù)的增加， 脫空區(qū)逐漸增大，最終使板出現(xiàn)斷裂。3錯(cuò)臺(tái)錯(cuò)臺(tái)是指接縫兩側(cè)出現(xiàn)的豎向相對(duì)位移。原因： 當(dāng)脹縫下部填縫板與上部縫槽未能對(duì)齊， 或脹縫兩側(cè)混凝土壁面不垂直， 在脹縮 過(guò)程中接縫兩側(cè)上下錯(cuò)位而形成錯(cuò)臺(tái)。橫縫處傳荷能力不足， 或唧泥發(fā)生過(guò)程中， 使基層材料在高壓水的作用下沖積到

8、后方板 的板底脫空區(qū)內(nèi)，使該板抬高，形成兩板間高度差。當(dāng)交通量或地基承載力在橫向各塊板上分布不均勻， 各塊板沉陷不一致時(shí)， 縱縫處也會(huì) 產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象。錯(cuò)臺(tái)降低了行車(chē)的平穩(wěn)性和舒適性。4.拱起 混凝土路面在熱脹受阻時(shí)， 橫縫兩側(cè)的數(shù)塊板突然出現(xiàn)向上拱起的屈曲失穩(wěn)現(xiàn)象， 并伴 隨出現(xiàn)板塊的橫向斷裂。原因： 由于板收縮時(shí)接縫縫隙張開(kāi)， 填縫料失效， 硬物嵌入縫內(nèi)， 致使板受熱膨脹時(shí)產(chǎn) 生較大的熱壓應(yīng)力，從而出現(xiàn)這種縱向屈曲失穩(wěn)現(xiàn)象。5.接縫擠碎 接縫擠碎指鄰近橫向和縱向兩側(cè)的數(shù)十厘米寬度內(nèi)， 路面板因熱脹時(shí)受到阻礙， 產(chǎn)生較 高的熱壓應(yīng)力而擠壓成碎塊。原因：由于脹縫內(nèi)的傳力桿排列不正或不能滑動(dòng)，或者

9、縫隙內(nèi)落入硬物所致。二、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)從保證路面結(jié)構(gòu)承載能力的角度， 混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)以防止面層板斷裂為主要設(shè)計(jì) 標(biāo)準(zhǔn)。從保證汽車(chē)行駛性能的角度，應(yīng)以接縫兩側(cè)的錯(cuò)臺(tái)為主要控制標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)規(guī)范采用荷載疲勞應(yīng)力和溫度疲勞翹曲應(yīng)力綜合作用所產(chǎn)生的疲勞損壞作為確定 混凝土板厚的設(shè)計(jì)依據(jù)。16.2 彈性地基板的應(yīng)力分析 在力學(xué)圖式上可把水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)看做是彈性地基板， 用彈性地基板理論進(jìn)行分析 計(jì)算。一、彈性地基板基本假定 一般采用小撓度彈性薄板理論進(jìn)行分析。 三項(xiàng)基本假設(shè)：(1) 垂直于中面方向的應(yīng)變極其微小，可以忽略不計(jì)，薄板全厚度范圍內(nèi)的所有各點(diǎn)都 有相同的位移 W。(2) 垂直于中面的法線，在彎

10、曲變形前后均保持為直線并垂直于中面，因而無(wú)橫向剪切 應(yīng)變。(3) 中面上各點(diǎn)無(wú)平行于中面的位移。二、文克勒地基與彈性半空間地基 文克勒地基假設(shè)提出地基反力只有垂直力，它是以反應(yīng)模量K 表征的彈性地基。并假設(shè)地基上任一點(diǎn)的反力 q(x,y) 僅同該點(diǎn)的撓度 W(x,y) 成正比，而同其他鄰點(diǎn)無(wú)關(guān)， 可用下式表示為：q(x,y) = KW(x,y)式中： q(x,y) 地基頂面某一點(diǎn)的反力(MPa)；K 地基反力模量(MPa/m3);W(x,y) 豎向撓度 (cm) 。 文克勒地基假設(shè)認(rèn)為地基頂面某一點(diǎn)的沉陷僅決定于作用于該點(diǎn)的壓力，而與相鄰的地基不發(fā)生任何關(guān)系，地基的受壓作用正如許多彼此互不相聯(lián)

11、系的彈簧受壓的情況一樣。它假設(shè)地基為一各向同性的彈彈性半空間地基是以彈性模量和泊松比表征的彈性地基。性半無(wú)限體 ( 故又稱(chēng)半無(wú)限地基 )。地基在荷載作用范圍內(nèi)及影響所及時(shí)以外部分均產(chǎn)生變形， 其頂面上任一點(diǎn)的撓度不僅 同該點(diǎn)的壓力有關(guān)，也同其他各點(diǎn)的壓力有關(guān)，可以用如下計(jì)算公式表示：q(x, y) = fW(x, y) 我國(guó)現(xiàn)在采用彈性半無(wú)限地基上的彈性薄板理論和有限元位移法計(jì)算荷載應(yīng)力和溫度 應(yīng)力。三、半無(wú)限地基板荷載應(yīng)力的有限元解1.有限元法有限元法是結(jié)構(gòu)和連續(xù)介質(zhì)應(yīng)力分析中的一種有效的計(jì)算方法。 采用有限元法分析水泥 混凝土路面的荷載應(yīng)力優(yōu)點(diǎn)如下：(1) 可以按板塊的實(shí)際大小求解有限尺寸

12、的板，從而消除無(wú)限大板的假設(shè)所帶來(lái)的誤差 ( 此誤差隨荷載接近板邊緣和相對(duì)剛度半徑的增大而增加 ) ；(2) 可以考慮各種荷載情況 ( 包括荷載組合和荷載位置 ) ，而不必像前述方法那樣規(guī)定若 干種典型荷位， 并且能解算簡(jiǎn)單的荷載組合情況。 因此， 可以求得符合實(shí)際荷載情況的應(yīng)力 分析，(3) 可以計(jì)及板的實(shí)際邊界條件， 如接縫的傳荷能力、 板和地基的脫空 ( 不連續(xù)接觸 ) 等；(4) 所解得的結(jié)果是整個(gè)板面上的位移場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)，從而可以更全面地分析板的受荷情 況。2.臨界荷位的確定 為簡(jiǎn)化計(jì)算工作，通常選取使路面板產(chǎn)生最大應(yīng)力、最大撓度或最大損壞的一個(gè)軸載作 用位置作為臨界荷位。 公路水泥混

13、凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范 (JTG D402002) 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)。 經(jīng)過(guò)幾種典型路面結(jié)構(gòu)的荷載和強(qiáng)度梯度的損耗分 析，只有在縱縫為具有較大傳荷能力的企口縫，橫縫為不考慮其傳荷能力的假縫 ( 當(dāng)作自由 邊處理 ) 時(shí)，臨界荷位出現(xiàn)在橫縫邊緣中部(但前者出現(xiàn)的可能性很小 ) ，其余情況均應(yīng)選取縱縫邊緣中部為臨界荷位。 因此選取縱縫邊緣中部作為臨界荷位， 用以計(jì)算板內(nèi)最大彎拉應(yīng) 力值。16.3 水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計(jì) 一、結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)原則1. 土基和基層(1) 土基 土基是混凝土路面的基礎(chǔ)。沒(méi)有堅(jiān)固、密實(shí)、均勻、穩(wěn)定的路基，就沒(méi)有穩(wěn)固的路面。 路基質(zhì)量的好壞，

14、 直接關(guān)系到路面的使用品質(zhì)。 如果土基的穩(wěn)定性不足， 在自然因素如水溫 變化等影響下，路基出現(xiàn)較大的變形，造成土基不均勻沉陷，導(dǎo)致對(duì)面層板的不均勻支撐， 會(huì)使面層板在荷載作用下底部產(chǎn)生過(guò)大的彎拉應(yīng)力而破壞。因此， 對(duì)土基的要求首先要保證足夠的穩(wěn)定性和強(qiáng)度， 與路面緊密接觸， 不致因承受荷 載、氣候及其他因素的影響而改變形狀、降低強(qiáng)度等；同時(shí)應(yīng)平整，有一定的路拱橫坡度。基層對(duì)水泥混凝土面層下基層的首要要求是抗沖刷能力。不耐沖刷的基層表面，在滲入水和荷載的共同作用下， 會(huì)產(chǎn)生唧泥、板底脫空和錯(cuò)臺(tái)等 病害，導(dǎo)致行車(chē)的不舒適，并加速和加劇板的斷裂。提高基層的剛度，有利于改善接縫的傳荷能力。表16.1適

15、宜各交通等級(jí)的基層類(lèi)型交通等級(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)配粒料基層交通繁重程度影響到基層受沖刷的程度以及唧泥和錯(cuò)臺(tái)出現(xiàn)的可能性和程度。各種基層具有不同的抗沖刷能力，它取決于基層材料中結(jié)合料的性質(zhì)和含量以及細(xì)料的含量。依據(jù)上述首要要求，按交通等級(jí)和基層的抗沖刷能力， 提出了各交通等級(jí)宜選用的基層類(lèi)型 （見(jiàn)表 16.1 ）。墊層墊層主要設(shè)置在溫度和濕度狀況不良的路段上，以改善路面結(jié)構(gòu)的使用性能。前者出現(xiàn)在季節(jié)性冰凍地區(qū)路面結(jié)構(gòu)厚度小于最小防凍厚度要求時(shí)，設(shè)置防凍墊層可以使路面結(jié)構(gòu)免除或減輕

16、凍脹和翻漿病害。在路床土濕度較大的挖方路段上，設(shè)置排水墊層可以疏干路床土， 改善路面結(jié)構(gòu)的支承條件。表16.2水泥混凝土路面最小防凍層厚度 （m）注：1）凍深小或填方路段，或者基、墊層為隔溫性能良好的材料，可采用低值；凍深大或挖方及地下水位高的路段，或者基、墊層為隔溫性能稍差的材料，應(yīng)采用高值；2）凍深小于0.50m的地區(qū)，一般不考慮結(jié)構(gòu)層防凍厚度。2. 混凝土面板輪載作用于板中部時(shí)所產(chǎn)生的最大應(yīng)力約為輪載作用于板邊部時(shí)的2/3，但是采用厚邊式路面對(duì)土基和基層的施工帶來(lái)不便，而且使用經(jīng)驗(yàn)也表明， 在厚度變化轉(zhuǎn)折處， 易引起板的折裂。因此，目前國(guó)內(nèi)外常采用等厚式斷面，或在等厚式斷面板的最外兩側(cè)板

17、邊部配置鋼筋予以加固。表16.3水泥混凝土面層厚度的參考范圍普通水泥混凝土路面板的厚度須根據(jù)該路在使用期內(nèi)的交通性質(zhì)和交通量設(shè)計(jì)計(jì)算決 定。普通混凝土、鋼筋混凝土、碾壓混凝土或連續(xù)配筋混凝土面層所需的厚度，可參考表 16.3計(jì)算確定。二、交通分析與軸載換算1.標(biāo)準(zhǔn)軸載與軸載換算我國(guó)公路水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以100KN的單軸-雙輪組荷載作為標(biāo)準(zhǔn)軸載。對(duì)于各種不同汽車(chē)軸載的作用次數(shù)，可按等效疲勞斷裂原則換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載的作用次數(shù)，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)軸載的作用次數(shù)判斷道路的交通繁重程度。軸載換算公式為：式中：N4100KN的單軸-雙輪組荷載作為標(biāo)準(zhǔn)軸載的作用次數(shù)；nf p羋Ns=E §Ni 亠 y

18、<100 丿& =2.22x103P©437 =1.07 1OR0222.24 10"才22R 單軸-單輪、單軸-雙輪組或三軸-雙輪組軸型i級(jí)軸載的總重(kN)；n軸型和軸載級(jí)位數(shù)；N各類(lèi)軸型i級(jí)軸載的作用次數(shù)；"軸-輪型系數(shù)，單軸-雙輪組時(shí)，S i=1;單軸-單輪時(shí)，按式(16.2)計(jì)算；雙軸-雙輪 組時(shí)，按式(16.3)計(jì)算；三軸-三輪組時(shí)，按式(16.4)計(jì)算。2.交通分級(jí)、累計(jì)軸載計(jì)算設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)設(shè)計(jì)車(chē)道的標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)與使用初期的交通量、 交通組成和交 通量的增長(zhǎng)情況等因素有關(guān)。 上述交通參數(shù)應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查、 觀測(cè)與預(yù)測(cè)，然后按下式

19、確定 設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)設(shè)計(jì)車(chē)道的標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù) 2:表16.4車(chē)輛輪跡橫向分布系數(shù)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w 7m0.54 0.62NeNs匯首 +gr )_1365林gr注：車(chē)道或行車(chē)道寬或者交通量較大時(shí)，取高值；反之，取低值。水泥混凝土路面所承受的軸載作用，按設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計(jì)車(chē)道所承受的標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作 用次數(shù)分為4級(jí)，分級(jí)范圍如表16.5表16.5交通分級(jí)交通等級(jí)特重重中等輕設(shè)計(jì)車(chē)道標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)Ne(10 4)> 200010020003 100v 3三、基層頂面當(dāng)量回彈模量混凝

20、土面板下的地基包括路基和根據(jù)需要設(shè)置的墊層和基層，分析板內(nèi)荷載應(yīng)力時(shí)， 直 接采用三層彈性體系進(jìn)行計(jì)算， 并對(duì)路床上的基層和底基層或墊層結(jié)構(gòu)， 依據(jù)等彎曲剛度的 原則換算為回彈模量和厚度當(dāng)量的單層結(jié)構(gòu)后， 按雙層體系進(jìn)行計(jì)算。其計(jì)算分為新建公路 和舊柔性路面兩種情況。1.新建公路的基層頂面當(dāng)量回彈模量值Et = ahx E01/3If2 2 hi Ei "巾2 E?h|2h2hx3E1h13 E2h212+(0 +h2 f1 + 1 ¥4I Eh 丘2人2丿在設(shè)計(jì)新建公路時(shí)， 基層頂面的當(dāng)量回彈模量Et，可根據(jù)土基狀態(tài)擬定的基層、墊層結(jié)構(gòu)類(lèi)型和厚度，用規(guī)范建議的土基、墊層及

21、基層材料回彈模量值，按下式式中：Et基層頂面的當(dāng)量回彈模量(MPa)；呂一一路床頂面的回彈模量(MPa)；Ex 基層和底基層或墊層的當(dāng)量回彈模量(MPa)；E、E2基層和底基層或墊層的回彈模量(m)；hx 基層和底基層或墊層的當(dāng)量厚度(MN-m);h1、h2基層和底基層或墊層的厚度(m)；_(E 嚴(yán) 1a =6.22 11.51 三 II匹。丿a、b與E</Ep有關(guān)的回歸系數(shù)；注意：底基層和墊層同時(shí)存在時(shí)，可先按式(16.7)式(16.9)將底基層和墊層換算成具有當(dāng)量回彈模量和當(dāng)量厚度的單層，然后再與基層一起按上述各式計(jì)算基層頂面當(dāng)量回彈模量。無(wú)底基層和墊層時(shí)，相應(yīng)層的厚度和回彈模量分別

22、以零值代如上述各式進(jìn)行計(jì)算。2. 舊柔性路面的頂面當(dāng)量回彈模量值在舊柔性路面上加鋪混凝土路面時(shí)，應(yīng)通過(guò)承載板試驗(yàn)或彎沉測(cè)定法確定原有路面頂面Et =13739 p 的當(dāng)量回彈模量E。式中：3 0以后軸重lOOkN的車(chē)輛進(jìn)行彎沉測(cè)定，經(jīng)統(tǒng)計(jì)整理得到的原路面計(jì)算回彈彎 沉值（0.01mm）。Etc = nEt混凝土板的設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度表16.6混凝土彎拉強(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（MPa5.05.04.54.0鋼纖維混凝土的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(MPa6.06.05.55.0水泥混凝土路面的強(qiáng)度以 28d齡期的彎拉強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)控制指標(biāo)。當(dāng)混凝土澆筑后90d內(nèi)不開(kāi)放交通時(shí)，可采用

23、90d齡期的彎拉強(qiáng)度。各交通等級(jí)要求的混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值不 得低于表16.6的規(guī)定。四、混凝土板應(yīng)力分析軸載在混凝面層內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力，采用半無(wú)限地基上彈性小撓度薄板的力學(xué)模型和有限元法進(jìn)行分析計(jì)算。選取混凝土板的縱向邊緣中部作為產(chǎn)生最大荷載和溫度梯度綜合疲勞損壞 的臨界荷位。1. 荷載應(yīng)力分析標(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。pr kr k f kc"ps式中：d pr標(biāo)準(zhǔn)軸載FS在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力（MPa）;d ps 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=0.8

24、70.92（岡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 =0.760.84 ;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)；kf 二 NeV 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，V = 0.057 ;碾壓混凝土和貧混凝土，V = 0.065 ;kc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)，按公路等級(jí)查表16.7確定。表16.7綜合系數(shù)kc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kc1.301.251.201.10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0.60.

25、 . 2二 ps =0.077rh= 0.537h式中：r 混凝土板的相對(duì)剛度半徑（m）；h混凝土板的厚度（m）;水泥混凝土的彎拉彈性模量 （MPa）; E基層頂面當(dāng)量回彈模量 （MPa）。2. 溫度應(yīng)力分析在臨界荷位處的溫度疲勞應(yīng)力按下式確定。- tr kt、- tm式中： （T tr臨界荷位處的溫度疲勞應(yīng)力（MPa）；T tm最大溫度梯度時(shí)混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力"肓Bx(MPa),式中：T tm最大溫度梯度時(shí)混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力(MPa)-混凝土的線膨脹系數(shù) （1/ C），通常可取為 最大溫度梯度，查表取用；B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-5 . o _1X

26、 10 / C;Tgl/r和h查用圖16.2確定;l板長(zhǎng)，即橫縫間距（m）。kt 考慮溫度應(yīng)力累計(jì)疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù),(16.19)kt =-f- a 口'tm I式中：a、b和c回歸系數(shù)，按所在地區(qū)的公路自然區(qū)劃確定表16.8最大溫度梯度標(biāo)準(zhǔn)值公路自然區(qū)劃n>v出最大溫度梯度（C /m）83 8890 9586 9293 98注：海拔高時(shí)，取高值；濕度大時(shí)，取低值3. 水泥混凝土板的綜合疲勞作用水泥混凝土板在使用過(guò)程中，板的應(yīng)力來(lái)自汽車(chē)荷載疲勞作用和溫度反復(fù)變化作用。為保證混凝土板在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)板不過(guò)早破壞，必須綜合考慮這些作用的影響，不導(dǎo)致板的應(yīng)力過(guò)大?；炷涟宓木C合疲

27、勞作用是汽車(chē)荷載和溫度對(duì)板產(chǎn)生的應(yīng)力總和，根據(jù)公式分別求出板的荷載疲勞應(yīng)力和溫度應(yīng)力，然后按現(xiàn)行水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范中采用路面結(jié)構(gòu)可靠度設(shè) 計(jì)方法，即以行車(chē)荷載和溫度梯度綜合作用產(chǎn)生的疲勞斷裂作為極限設(shè)計(jì)狀態(tài)，其表達(dá)式為：r ；pr ；tr 空 fr式中：丫 r 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)按表12.9確定；fr水泥混凝土設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度 （Mpa）。表16.9可靠度系數(shù)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 1.51.16 1.231.08 1.131.04 1.07高-1.23 1.331.13 1.181.

28、07 1.11注：變異系數(shù)在表3.0.2所示的變化范圍的下限時(shí)，可靠度系數(shù)取低值；上限時(shí)，取高值。五、混凝土板厚設(shè)計(jì)過(guò)程考慮荷載應(yīng)力和溫度翹曲應(yīng)力綜合疲勞損傷作用的混凝土面層厚度和板平面尺寸確定方法，可遵循下述設(shè)計(jì)步驟：1）收集并分析交通參數(shù)一一收集日交通量和軸載組成數(shù)據(jù)，確定輪跡分布系數(shù)，計(jì)算設(shè)計(jì)車(chē)道標(biāo)準(zhǔn)軸載日作用次數(shù)； 由此確定道路的交通等級(jí)，并進(jìn)而選定設(shè)計(jì)年限、選定交通量 年平均增長(zhǎng)率，計(jì)算使用年限內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸載的累計(jì)作用次數(shù)。2）初擬路面結(jié)構(gòu)一一初選路面結(jié)構(gòu)層次、類(lèi)型和材料組成；擬定各層的厚度、面層板平面尺寸和接縫構(gòu)造。3）確定材料參數(shù)一一試驗(yàn)確定混凝土的設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度和彈性模量，基層、墊層

29、和路基的回彈模量，基層頂面的當(dāng)量回彈模量。4）計(jì)算荷載疲勞應(yīng)力一一計(jì)算得到標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下板邊中部的最大荷載應(yīng)力；按接縫類(lèi)型選定接縫傳荷系數(shù)；按標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)計(jì)算得到疲勞應(yīng)力系數(shù)；按交通等級(jí)選定綜合系數(shù)；綜合上述計(jì)算結(jié)果可得到荷載疲勞應(yīng)力。5）計(jì)算溫度應(yīng)力一一由所在地公路自然區(qū)劃選擇最大溫度梯度；按路面結(jié)構(gòu)和板平面尺寸計(jì)算最大溫度梯度時(shí)的溫度翹曲應(yīng)力； 按自然區(qū)劃及d tm和fr確定溫度應(yīng)力累計(jì)疲勞作用 系數(shù)；由此計(jì)算確定溫度疲勞應(yīng)力。6）檢驗(yàn)初擬路面結(jié)構(gòu)一一行車(chē)荷載和溫度梯度綜合作用滿足公式（16.20），說(shuō)明擬定的板厚合理，上述檢驗(yàn)條件如不符合，則重新擬定路面結(jié)構(gòu)或板平面尺寸，重新計(jì)算

30、，直到滿足為止。16.8水泥混凝土路面的加鋪層設(shè)計(jì)一、舊混凝土路面的技術(shù)調(diào)查在進(jìn)行舊混凝土路面加鋪層設(shè)計(jì)之前，應(yīng)調(diào)查公路修建和養(yǎng)護(hù)技術(shù)資料：路面結(jié)構(gòu)和材料組成、接縫構(gòu)造及養(yǎng)護(hù)歷史等；路面損壞狀況；路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；承受的交通荷載及預(yù)計(jì)的交通需求；環(huán)境條件。1. 路面損壞狀況調(diào)查評(píng)定混凝土路面的損壞狀況采用斷板率和平均錯(cuò)臺(tái)量?jī)身?xiàng)指標(biāo)評(píng)定，分為4個(gè)等級(jí)。斷板率的調(diào)查和計(jì)算可按公路水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范（JTJ 073.1）的規(guī)定進(jìn)行；錯(cuò)臺(tái)調(diào)查可采用錯(cuò)臺(tái)儀或其它方法量測(cè)接縫兩側(cè)板邊的高程差，量測(cè)點(diǎn)的位置在錯(cuò)臺(tái)嚴(yán)重車(chē)道右側(cè)邊緣內(nèi)300mm處，以調(diào)查路段內(nèi)各條接縫高程差的平均值表示該路段的平均錯(cuò)臺(tái)量。2

31、. 接縫傳荷能力和板底脫空狀況調(diào)查評(píng)定舊混凝土面層板的接縫傳荷能力和板底脫空狀況采用彎沉測(cè)試法調(diào)查評(píng)定。彎沉測(cè)試宜采用落錘式彎沉儀， 也可采用梁式彎沉儀， 其支點(diǎn)不得落在彎沉盆內(nèi)。舊混凝土面層的接縫傳荷能力依據(jù)接縫傳荷系數(shù)分為4個(gè)等級(jí)，板底脫空可根據(jù)面層板角隅處的多級(jí)荷載彎沉測(cè)試結(jié)果，并綜合考慮唧泥和錯(cuò)臺(tái)發(fā)展程度以及接縫傳荷能力進(jìn)行判別。3舊混凝土路面結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)查舊混凝土面層厚度的標(biāo)準(zhǔn)值可根據(jù)鉆孔芯樣的量測(cè)高度按下式確定。he = he - 1 04Sh式中：he 舊混凝土面層量測(cè)厚度的標(biāo)準(zhǔn)值（mm）;he 舊混凝土面層量測(cè)厚度的均值（mm）;(mm)。(16.22)和S 舊混凝土面層厚度量測(cè)

32、值的標(biāo)準(zhǔn)差舊混凝土面層彎拉強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值可采用鉆孔芯樣的劈裂試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果按式（16.23）計(jì)算確定。fr =0.621 fsp 2.64(16.22)fsp = f sp -1.04sp(16.23)式中：fr 舊混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 （MPa）;f sp舊混凝土劈裂強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（MPa）；1 sp 舊混凝土劈裂強(qiáng)度測(cè)定值的均值（MPa）；ssp 舊混凝土劈裂強(qiáng)度測(cè)定值的標(biāo)準(zhǔn)差(MPa)。舊混凝土的彎拉彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值可按式（16.24）計(jì)算確定。巳=叫歸0.0915 -(16.24)式中：E 舊混凝土的彎拉彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值（MPa）fr 舊混凝土的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（MPa）。舊混凝土路面基層頂面的當(dāng)量回彈模量標(biāo)準(zhǔn)值，宜采用落