水泥混凝土路面設(shè)計(jì)計(jì)算書

1、1課程設(shè)計(jì)題目22課程設(shè)計(jì)主要容23路面厚度計(jì)算23.1交通分析23.2初擬路面結(jié)構(gòu)43.3路面材料參數(shù)確定53.4荷載疲勞應(yīng)力93.5溫度疲勞應(yīng)力103.6驗(yàn)算初擬路面結(jié)構(gòu)124接縫設(shè)計(jì)134.1縱向接縫134.2橫向接縫145混凝土面板鋼筋設(shè)計(jì)145.1邊緣補(bǔ)強(qiáng)鋼筋155.2角隅鋼筋156材料用量計(jì)算156.1面層156.2基層166.3墊層177施工的方案及工藝15泥混凝土路面設(shè)計(jì)計(jì)算書1課程設(shè)計(jì)題目水泥混凝土路面設(shè)計(jì)：此為城市主干道三級(jí)公路，路基為粘質(zhì)土，采用普通混凝土路面，路面寬24m經(jīng)交通調(diào)查得知，設(shè)計(jì)車道使用初期軸載日作用次數(shù)為500。試設(shè)計(jì)該路面結(jié)構(gòu)。2課程設(shè)計(jì)主要容結(jié)構(gòu)組合設(shè)

2、計(jì)；材料組成設(shè)計(jì)；混凝土板厚的確定；板的平面尺寸確定；接縫設(shè)計(jì)；配筋設(shè)計(jì)；材料用量計(jì)算；4路面厚度計(jì)算4.1交通分析根據(jù)公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)(JTJ012一94),不同等級(jí)公路的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全等級(jí)及相應(yīng)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期、可靠度指標(biāo)和目標(biāo)可靠度查規(guī)可知：三級(jí)公路的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為30年，安全等級(jí)為四級(jí)?；炷谅访媾R界荷位車輛輪跡橫向分部系數(shù)公路等級(jí)縱縫邊緣處高速公路、一級(jí)公路、二級(jí)公路0.170.22二級(jí)及二級(jí)以行車道寬7m0.340.39下公路行車道寬w7m0.540.62由表4-2知，臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)取0.35已知交通量設(shè)計(jì)年限年增長率：8%荷載累計(jì)作用次數(shù)為：頓g)(3655

3、00(1°.08)3013650.35723.597"4(次)gr0.08交通量相軸載大小是路面設(shè)計(jì)的基本依據(jù)。隨著交通量增大，對(duì)路面使用性能和使用壽命的要求相應(yīng)提高。由此，在使用年限對(duì)混凝土強(qiáng)度、面板厚度、基層類型和模量等方面提出了不同的技術(shù)要求。為了區(qū)分各項(xiàng)要求在程度上的差別，按使用初期設(shè)計(jì)車道每日通過的標(biāo)準(zhǔn)鈾載作用次數(shù)，將水泥混凝土路面承受的交通劃分為特重、重、中等和輕四個(gè)等級(jí)，標(biāo)準(zhǔn)如下：公路混凝土路面交通分級(jí)表4-4交通等級(jí)特重重中等輕設(shè)計(jì)車道標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)Ne(104)>200010020003100V3由表4-4可得該公路屬于重交通等級(jí)。4.2初擬路

4、面結(jié)構(gòu)由上表4-1知，安全等級(jí)為四級(jí)的道路對(duì)應(yīng)的變異水平等級(jí)為低級(jí)。水泥混凝土面層厚度的參考圍表4-5交通等級(jí)特重重公路等級(jí)高速一級(jí)級(jí)高速一級(jí)級(jí)變異水平等級(jí)低低低低面層厚度(mm>260>250>240270240260230250220交通等級(jí)中等輕公路等級(jí)二級(jí)三、四級(jí)三、四級(jí)三、四級(jí)變異水平等級(jí)高高高面層厚度(mm240210230200220200V230V220根據(jù)三級(jí)公路、重交通等級(jí)和低級(jí)變異水平等級(jí)，由表4-5知，初擬普通混凝土面層厚度為220mm各類基層適宜交通等級(jí)與適宜厚度的圍表4-6基層類型厚度適宜的圍(mm適宜交通等級(jí)貧混凝土或碾壓混凝土基層120200特

5、重交通水泥穩(wěn)定粒料基層150250重交通瀝青混凝土基層4060特重交通瀝青穩(wěn)JE碎石基層80100重交通石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料、級(jí)配粒料基層150200中等或輕交通多孔隙水泥穩(wěn)定碎石排水基層100140高速、一級(jí)、重交瀝青穩(wěn)JE碎石排水基層80100高速、一級(jí)、重交如上表4-6,基層可選用水泥穩(wěn)定粒料類，厚180mm墊層選用低劑量無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土，厚150mm普通混凝土板的平面尺寸寬4.5m、長5.0m；縱縫為設(shè)拉桿平縫，橫縫為設(shè)傳力桿的假縫。4.3路面材料參數(shù)確定混凝土面板在行車荷載和溫度變化等因素的作用下，將產(chǎn)生壓應(yīng)力和彎拉應(yīng)力?；炷撩姘逅艿膲簯?yīng)力與混凝土的抗壓強(qiáng)度相比很小，而所受的彎拉應(yīng)

6、力與抗彎拉強(qiáng)度相比則大得多，可能導(dǎo)致混凝土面板開裂破壞。因此，在設(shè)計(jì)混凝土面板厚度時(shí)，應(yīng)以彎拉強(qiáng)度為其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?；炷恋膹?qiáng)度隨齡期而增長，通常以28日齡期的強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)。各級(jí)交通要求的混凝土設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度不得低于表4-7的規(guī)定。當(dāng)90日不開放交通時(shí)，則可采用90日齡期的強(qiáng)度(為28日強(qiáng)度的1.1倍)?；炷恋膹?qiáng)度對(duì)路面的使用壽命有重大影響，強(qiáng)度的變化同路面容許的標(biāo)準(zhǔn)鈾載作用次數(shù)的對(duì)數(shù)成正比。增加混凝土的強(qiáng)度，可以大大延長路面的使用壽命，取得十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益。因而，應(yīng)盡可能提高混凝土的強(qiáng)度。結(jié)合我國的材料情況和施工工藝水平，公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)(JTJ01294)規(guī)定了設(shè)計(jì)強(qiáng)度的最低值。條件許

7、可時(shí)，應(yīng)盡量采用高值，尤其是對(duì)于特重交通的公路。混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fr表4-7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混凝土彎拉彈性模量的測試工作，很費(fèi)時(shí)而又不易準(zhǔn)確，且其數(shù)值的變化對(duì)荷載應(yīng)力計(jì)算結(jié)果的影響不大。因而，在無條件測試時(shí)，直接采用表4-7所列數(shù)值，fr=5.0MPa。水泥混凝土彎拉彈性模量經(jīng)驗(yàn)參考值表4-8彎拉強(qiáng)度（MPa）1.01.52.02.53.0抗壓強(qiáng)度（MPa）5.07.711.014.919.3彎拉彈性模量（GPa）1015182123彎拉強(qiáng)度（MPa）3.54.04

8、.55.05.5抗壓強(qiáng)度（MPa）24.219.735.841.848.4彎拉彈性模量（GPa）2527293133按表4-8取普通混凝土面層的彎拉彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值為Ec31GPa。中濕路基路床頂面回彈模量經(jīng)驗(yàn)參考值圍4-9土組么IIm:路自然區(qū)劃IVVVI土質(zhì)砂26424050395035605060黏質(zhì)土25453040254530453045粉質(zhì)土22463254305027433045墊層和基層材料回彈模量經(jīng)驗(yàn)參考值圍表4-10材料類型回彈模量（MPa）材料類型回彈模量（MPa）中、粗砂80100石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料13001700天然砂礫150200水泥穩(wěn)定粒料13001700未篩分碎石

9、180220瀝青碎石（粗粒式，20C）600800極配碎礫石（墊層）200250瀝青混凝土（粗粒式，20C）8001200極配碎礫石（基層）250350瀝青混凝土（中粒式，20C）10001400石灰土200700多孔隙水泥碎石（水泥劑量9.5%11%13001700石灰粉煤灰土600900多孔隙瀝青碎石（20C,600800瀝青含量2.5%3.5%)按表4-9，路基土回彈模量取Eo30MPa。按表4-10，低劑量無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土墊層回彈模量取E2600MPa,水泥穩(wěn)定粒料基層回彈模量取E21300MPa。則有:基層頂面當(dāng)量回彈模量計(jì)算如下:Exh12E1h2Eh；h；13000.182600

10、0.1520.1820.1521013MPaDxE1h13E2h；12Sh2)214EihiE2h23313000.186000.15_2(0.180.15)1213000.186000.152.57(MNm)hx312Dx3Ex122.570.312(m)10130.45Et6.2211.51巨E°11.44ah：E°0.55E°E°6.2211.44凹300.8164.2930.3121.510.55301300300.7921013300.454.293165MPa普通混凝土面層的相對(duì)剛度半徑按下式計(jì)算為r0.537h3EcEt0.5370.223

11、310001650.677m4.4荷載疲勞應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力計(jì)算為:ds0.077r0.6h20.0770.6770.60.2221.259MPaps因縱縫為設(shè)拉桿平縫，接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)為Kr0.870.92,故取Kr0.87?？紤]設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期荷載應(yīng)力疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)KfN：（9.885106）0.0572.504。由于超過額定載重和載重在各側(cè)車輪上分配的不均勻性，在行駛過程中因路表不平整和車輛自振所引起的變動(dòng)，以及路面結(jié)構(gòu)厚度和材料性質(zhì)的變異等因素對(duì)路面疲勞損壞的影響的綜合系數(shù)。其數(shù)值是參照國外資料確定。綜合系數(shù)Kc表4-11公路等級(jí)高速公路一級(jí)公路二級(jí)公路

12、三、四級(jí)公路Kc1.301.251.201.10根據(jù)公路等級(jí)和表4-11,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)為Kc1.20oc則荷載疲勞應(yīng)力為prKrKfKcps0.872.5041.201.2593.29MPa4.5溫度疲勞應(yīng)力混凝土面板頂面和底面的溫度之差除以板的厚度，即為板的溫度梯度。在晴天，混凝土面板的溫度梯度經(jīng)歷了由零經(jīng)正最大（板頂高于板底）到零，再經(jīng)負(fù)最大（板頂?shù)陀诎宓祝┖蠡氐搅愕闹芷谛宰兓??；炷撩姘宓淖畲鬁囟忍荻扔?jì)算值Tg,可根據(jù)公路所在地的公路自然區(qū)劃按表4-12選用最大溫度梯度標(biāo)準(zhǔn)值Tg表4-12公路自然區(qū)劃、VmIV、VIW最大溫度梯度(C/m)838890

13、9586929398由表4-12,口區(qū)最大溫度梯度為88(C/m)，板長為5mlr50.6777.39。則當(dāng)混凝土板厚度為h0.22m時(shí)，查下圖5-1可得Bx0.71圖5-1溫度應(yīng)力系數(shù)則有最大溫度梯度時(shí)混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力為tmcEchTgBx1105310000.228820.712.13MPa表4-13回歸系數(shù)a、系數(shù)公路自然區(qū)劃IImIVVVIWa0.8280.8550.8410.8710.8370.834b0.0410.0410.0580.0710.0380.052c1.3231.3551.3231.2871.3821.270溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)Kt,按下式計(jì)算，根據(jù)表4-13知，自然

14、區(qū)劃II區(qū)中a0.828,b0.041,c1.323,Kt為f.C502131323Kta業(yè)b0.8280.0410.532tmfr2.135.0則溫度疲勞應(yīng)力為trKttm0.5322.131.13MPa4.6驗(yàn)算初擬路面結(jié)構(gòu)可靠度系數(shù)表4-14變異水平等級(jí)目標(biāo)可靠度（%）95908580低1.201.331.091.161.041.081.331.501.161.231.081.131.041.07高1.231.331.131.181.071.11由表4-1知，三級(jí)公路的安全等級(jí)為四級(jí)，相應(yīng)于四級(jí)安全等級(jí)的變異水平等級(jí)為低級(jí)，目標(biāo)可靠度為90%。再據(jù)查得的目標(biāo)可靠度和安全等級(jí)，由表4-14

15、知，可靠度系數(shù)為r1.13。則,r（prtr)1.13(3.291.13)4.99MPafr5.0MPa因而，所選普通混凝土面層厚度（0.22m）可以承受設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力的綜合疲勞作用。5接縫設(shè)計(jì)為避免混凝土面層因?yàn)闊崦浝淇s而引起的變形計(jì)破壞，在縱橫兩個(gè)方向設(shè)置許多接縫，且做成垂直正交，把整個(gè)路面分割成許多板塊。5.1縱向接縫原定平面尺寸寬3.75米，長4米，則應(yīng)在縱向設(shè)置施工縫，縱向接縫的布設(shè)根據(jù)路面寬度和施工鋪筑寬度而定。本段路面設(shè)計(jì)按一個(gè)車道施工，故采用拉桿平縫形式。接縫拉桿采用螺紋鋼筋，設(shè)置在板厚的中央，并對(duì)拉桿中部100mnS作防銹處理。拉桿的直徑、長度和間距查下表選用1

16、4800900。接縫布置如下表5-1所示：拉桿直徑、長度和間距（mm）表5-1面層厚度（mm）到自由邊或未設(shè)拉桿縱縫的距離(m)3.003.503.754.506.007.520025014X700X90014X700X80014X700X70014X700X60014X700X50014X700X40026030016X800X90016X800X80016X800X70016X800X60016X800X50016X800X400注：拉桿直徑、長度和間距的數(shù)字為直徑x長度X間距縫的上部鋸切槽口，深度為60mm，寬度為8mm,槽灌塞填縫料。5.2橫向接縫每日施工結(jié)束或因臨時(shí)原因中斷施工時(shí)，必

17、須設(shè)置橫向施工縫，其位置應(yīng)盡可能選在縮縫或脹縫處。且由于本路屬于重交通等級(jí)，故施工縫采用加傳力桿的平縫形式。橫向縮縫采用假縫等間距設(shè)置。縫的上部鋸切槽口，深度為60mm，寬度為8mm,槽灌塞填縫料。傳力桿采用光圓鋼筋，其尺寸和間距根據(jù)表5-2可選用傳力桿直徑為28mm,長度為400mm間距為300mm。最外側(cè)傳力桿距縱向接縫或自由邊的距離為150mm。傳力桿尺寸和間距（mm表5-2面層厚度（mm傳力桿直徑傳力桿最小長度傳力桿最大間距22028400300240304003002603245030028035450300300385003006混凝土面板鋼筋設(shè)計(jì)混凝土面板縱橫自由邊邊緣下的基礎(chǔ)，

18、當(dāng)有可能產(chǎn)生較大的塑性變形時(shí)，宜在板邊緣加設(shè)邊緣補(bǔ)強(qiáng)鋼筋，角隅加設(shè)發(fā)針形鋼筋或鋼筋網(wǎng)。6.1邊緣補(bǔ)強(qiáng)鋼筋混凝土面板邊緣部分的補(bǔ)強(qiáng)，選用2根16mm的螺紋鋼筋，布置在板的下部，距板底約為板厚的1/4即65mm,間距為100mm，鋼筋兩端應(yīng)向上彎起，鋼筋保護(hù)層的厚度為50mm。6.2角隅鋼筋角隅補(bǔ)強(qiáng)部分的補(bǔ)強(qiáng)，選用2根直徑為14mm的螺紋鋼，布置在板的上部，距板頂wa,距板邊為100mm,鋼筋保護(hù)層的厚度為50mm。7材料用量計(jì)算7.1面層面層工程量表主要包括：面板混凝土數(shù)量；接縫數(shù)量表；接縫鋼筋數(shù)量角隅等處的鋼筋數(shù)量，計(jì)算結(jié)果見表7.1。取長度1000m為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。基層工程數(shù)量表表7-1材料普通

19、混凝土面板長度（m1000寬度（m20.5厚度（cm）25體積（m3）20.510000.255125混凝土面板數(shù)量100020.543.751367(m3)接縫數(shù)橫縫41000(40.008)998量表（個(gè)）縱縫9982499接縫鋼筋數(shù)量（kg）橫縫傳力桿9983750.453.14(032)27850354240.32縱縫拉桿0.016244493.14()一7850404820.7邊緣補(bǔ)強(qiáng)鋼筋0.01624673.14()44785011787.352水泥用量（kg）10009107.66810009690121000砂和碎石（kg）237.08131.36100093684401000

20、鋼筋用】宣（kg）18853.022251.3711787.3522891.747.2基層W/C一般為0.3，水泥用量為220kg/m3。粗集料使用連續(xù)級(jí)配，集料的最大粒徑一般為15mm細(xì)漿料含砂率超過25%利用粉煤灰摻量為30%基層工程數(shù)量表涵蓋了基層的長度，寬度，厚度等一些基本的數(shù)據(jù)，為概預(yù)算設(shè)計(jì)作鋪墊。基層擬采用小型機(jī)具施工，依據(jù)規(guī)知基層的寬度應(yīng)比混凝土面層每側(cè)至少寬出250mm取為0.30m,計(jì)算結(jié)果見表7.2所示?；鶎庸こ虜?shù)量表表7-2材料碾壓混凝土基層長度（而1000寬度（而10.5+20.30=11.1厚度（而0.18體積（m3）11.110000.181998水泥用量（kg）1

21、998220439560砂和碎石（kg）439560一0252442001-0.25-0.3粉您(kg)4395600.30/0.452930407.3墊層墊層工程量表的容和基層差不多，墊層擬采用小型機(jī)具施工，墊層的寬度比基層每側(cè)寬出250mm取為0.25m,詳細(xì)容見表7.3所示。墊層工程數(shù)量表表7-3材料石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料墊層長度（m1000寬度（m10.1+20.30+20.30=11.6厚度（而0.15體積（m3）11.610000.151740砂和碎石（kg）179463粉煤灰（kg）102243石灰（kg）38341施工的方案及工藝1、基層的準(zhǔn)備及放樣：將基層上的雜物及浮土清除干凈，并復(fù)核基層標(biāo)高、坡度及平整度，達(dá)到施工規(guī)標(biāo)準(zhǔn)