混凝土路面設(shè)計石家莊鐵道大學二級公路設(shè)計楊文虎

1、第6章 水泥混凝土路面設(shè)計6.1 混凝土路面的結(jié)構(gòu)特征水泥混凝土路面是以水泥混凝土板作為主要承受交通荷載的結(jié)構(gòu)層，板下的基 （墊）層和路基，其支撐作用。與柔性路面不同，通常采用彈性地基板理論分析路面 板的受力情況。 與瀝青路面等其它類型路面相比， 混凝土路面具有以下優(yōu)點： 強度高、 穩(wěn)定性好、耐久性好、養(yǎng)護費用少、經(jīng)濟效益高、有利于夜間行車。62 混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容6.2.1 路面結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)層的組合設(shè)計， 應根據(jù)該路得交通繁復程度， 結(jié)合當?shù)丨h(huán)境 條件和材料供應情況，選擇安排混凝土路面的結(jié)構(gòu)層次，它包括土基、墊層、基層和 面層的結(jié)構(gòu)層位，各層的路面結(jié)構(gòu)類型、彈性模量和

2、厚度。6.2.2 混凝土面板厚度設(shè)計混凝土面板厚度設(shè)計， 應按照設(shè)計標準的要求， 確定滿足設(shè)計年限內(nèi)使用要求所 需的混凝土面層的厚度。6.2.3 混凝土面板的平面尺寸和接縫設(shè)計根據(jù)混凝土面層板產(chǎn)生的荷載應力和溫度應力作出板的平面尺寸設(shè)計， 確定接縫 的位置和接縫的構(gòu)造，并采取有效措施提高接縫的傳荷能力。6.2.4 路肩設(shè)計一般公路的混凝土路面應設(shè)置路緣石或加固路肩，路肩加固可采用瀝青混合料或 其它材料。6.2.5 混凝土路面的鋼筋配筋率設(shè)計當混凝土路面較長或交通量較大時、 地基有不均勻沉降或板的形狀不規(guī)則時， 可 沿板的自由邊緣加設(shè)補強鋼筋， 在角隅處加設(shè)發(fā)針形鋼筋或鋼筋網(wǎng)， 以阻止可能出現(xiàn)的

3、裂縫6.3 混凝土路面的設(shè)計原則滿足交通量與使用要求、因地制宜、合理選材、方便施工、利于養(yǎng)護、節(jié)約投資、保護自然環(huán)境、有利于機械化 施工。6.4 混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計目標混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計目標是要求混凝土路面結(jié)構(gòu)在設(shè)計基準期內(nèi)滿足預測交通 量累計標準軸載通行時，具有快速、安全、穩(wěn)定的服務功能，路面結(jié)構(gòu)具有相應的承 載能力，路面的彎拉應力滿足疲勞極限應力的容許標準。6.5 設(shè)計計算示例6.5.1 交通分析二級公路的設(shè)計基準期為20年，安全等級為三級，設(shè)計車道設(shè)計基準期初期的 標準軸載日作用次數(shù)為1800。臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)取0.58。交通量年平均增長率為7.0%。則可得設(shè)計基準期內(nèi)設(shè)

4、計車道標準荷載累計作用次數(shù)為：Nsr七-1丨36518001 0.0720-1丨3650.07-1562 104次（屬重交通等級）6.5.2 初擬路面結(jié)構(gòu)安全等級為三級的道路對應的變異水平等級為中級。根據(jù)二級公路、重交通等級 和中級變異水平等級，初擬普通水凝混凝土面層厚度為24cm;基層選用水泥穩(wěn)定粒料（水泥用量5%），厚度為20cm（水泥穩(wěn)定粒料基層適宜的交通等級是重交通，厚 度適宜的范圍是1525cm）;墊層采用15cm低劑量無機結(jié)合料穩(wěn)定土（一般情況， 墊層多數(shù)選用當?shù)亓畠r材料修筑，或取當?shù)亓畠r材料修筑，或取當?shù)夭牧蠐缴倭繜o機 結(jié)合料處治后使用，如砂、砂礫料、低劑量無機結(jié)合料等。墊層的厚

5、度一般為15cm）; 普通混凝土的平面尺寸為寬3.5m、長5m?？v縫為設(shè)拉力桿平縫，橫縫為設(shè)傳力桿的0.58假縫6.5.3 路面材料參數(shù)確定取普通混凝土面層的彎拉強度標準值為5.0MPa,相應彎拉彈性模量標準值為31GP&路基回彈模量取30MPa,低劑量無機結(jié)合料穩(wěn)定土墊層回彈模量取600MPa,水泥穩(wěn) 定粒料基層回彈模量取1300MPa。計算基層頂面當量回彈模量如下：2巳血ON1300O.600=1048MPa0.2020.152普通混凝土面層的相對剛度半徑計算為h|2hf. g h/1_J124E1h1E2h2/2(0.20 + 0.15)11、+-+- |1300 x0.20 6

6、000.15丿1300 0.203600 0.15312J二3.08MN m-a =6.22 1 -1.51XExE0 J1E込 =ah；E呂呂E0b =11.44習“2工3.08誦=-I :1048丿E0-0.55= 11.44 x-0.328(m)= 6.22 1一(1048廣5IC30-；=4.322/氣氣_0.5510480.796.301十22280叫妙鰐卜艸吩)注：Et-基層頂面的當量回彈模量,MPa；Eo-路床頂面的當量回彈模量,MPa； 、巳、E2-基層和底基層的回彈模量,MPa、hx二二3=0.537疋0.24 J31000=0.725(m)1174.5丿Ex-基層和底基層的

7、當量回彈模量，MPa、hx-基層和底基層的當量厚度，MPa、r =0.537h且lEt丿Dx-基層和底基層的當量彎曲剛度，MPa;hi、h2-基層和底基層或墊層的厚度(m)；a、b-與 Ex/Eo有關(guān)的回歸系數(shù)Et-基層頂面的當量回彈模量6.5.4 荷載疲勞應力標準軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應力計算為0 6 2 0 6 2；ps=0.077r.h = 0.077 0.725.0.24=1.102(MPa)因縱縫為設(shè)拉桿平縫，接縫傳荷能力的英里折減系數(shù)2=0.87。考慮設(shè)計基準期 荷載應力累計疲勞作用的疲勞應力系數(shù)Kf二N；= (9.9885 106)0.057= 2.504。根據(jù)道 路等級，考

8、慮偏載和動載等因素對路面疲勞損壞影響的綜合系數(shù)Kc=1.20。荷載疲勞應力計算為：二pr二 KfKcKr；Ps=2.504 1.2 0.87 1.102 = 2.881(MPa)6.5.5 溫度疲勞應力最大溫度梯度取88C/m)。板長5m,l/r=5/0.725=6.90,查溫度應力系數(shù)表可 得Bx=0.51，則最大溫度梯度時混凝土的溫度翹曲應力計算為：cEchTgBx-tr= Ktm=0.458 1.67 =0.765(MPa)frc15/、1.3231.671ab0.828 汶i-0.041Gtm1.67I 5 丿溫度疲勞應力系數(shù)的計算如下：其中a=0.828, b=0.041，c=1.323。Kt=0.458進而計算溫度疲勞應力為:1 1031000 0.24 8820.51 =1.67(MPa)二級公路的安全等級為三級，相應于三級安全等級的變異水平等級為中級，目標可靠度為8