《道路工程》第九-1章

1、第第 9 章章 水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9.1.1 9.1.1 水泥混凝土路面分類水泥混凝土路面分類 水泥混凝土路面按路面材料分水泥混凝土路面按路面材料分n 普通素混凝土路面普通素混凝土路面n 采用采用425 、525 普通硅酸鹽水泥或道路水泥拌制的素混凝土建造的路面普通硅酸鹽水泥或道路水泥拌制的素混凝土建造的路面n 碾壓混凝土路面碾壓混凝土路面n 鋼筋混凝土路面鋼筋混凝土路面n 鋼纖維混凝土路面鋼纖維混凝土路面n 復(fù)合混凝土路面（普通混凝土和碾壓混凝土路面組成）復(fù)合混凝土路面（普通混凝土和碾壓混凝土路面組成）9.1.2 9.1.2 水泥混凝土路面特點(diǎn)水泥混凝土路面特點(diǎn)

2、n 強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好n 耐久，路面壽命長(zhǎng)達(dá)耐久，路面壽命長(zhǎng)達(dá)2030年年n 接縫多，養(yǎng)護(hù)修復(fù)困難接縫多，養(yǎng)護(hù)修復(fù)困難 9.1 9.1 水泥混凝土路面概述水泥混凝土路面概述 9.1.3 9.1.3 水泥混凝土路面構(gòu)造水泥混凝土路面構(gòu)造 9.1.4 9.1.4 水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容 n 土基和基層設(shè)計(jì)，提供水泥混凝土面板足夠的支撐土基和基層設(shè)計(jì)，提供水泥混凝土面板足夠的支撐n 水泥混凝土面板材料組成設(shè)計(jì)，按抗彎拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)水泥混凝土面板材料組成設(shè)計(jì)，按抗彎拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)n 水泥混凝土面板厚度和平面尺寸設(shè)計(jì)（幾何尺寸設(shè)計(jì)）水泥混凝土面板厚度和平面尺寸設(shè)計(jì)（幾

3、何尺寸設(shè)計(jì)）n 接縫和配筋設(shè)計(jì)接縫和配筋設(shè)計(jì)9.2 9.2 水泥混凝土路面損壞模式及設(shè)計(jì)指標(biāo)水泥混凝土路面損壞模式及設(shè)計(jì)指標(biāo) 9.2.19.2.1損壞模式損壞模式 水泥混凝土路面為剛性路面，其破壞模式主要為斷裂和接縫破壞為主水泥混凝土路面為剛性路面，其破壞模式主要為斷裂和接縫破壞為主 1 1）斷裂）斷裂 2 2）接縫破壞）接縫破壞接縫碎裂接縫碎裂 表面損壞表面損壞 9.2.2 9.2.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)設(shè)計(jì)指標(biāo)n疲勞斷裂為水泥混凝土路面板結(jié)構(gòu)破壞的臨界狀態(tài)疲勞斷裂為水泥混凝土路面板結(jié)構(gòu)破壞的臨界狀態(tài)n混凝土板疲勞抗拉強(qiáng)度為主要設(shè)計(jì)指標(biāo)混凝土板疲勞抗拉強(qiáng)度為主要設(shè)計(jì)指標(biāo) 式中式中 r可靠度系數(shù)，依據(jù)所

4、選目標(biāo)可靠度及變異水平確定；可靠度系數(shù)，依據(jù)所選目標(biāo)可靠度及變異水平確定； pr行車荷載疲勞應(yīng)力，行車荷載疲勞應(yīng)力，MPa； tr溫度梯度疲勞應(yīng)力，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。水泥混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。 新規(guī)范（新規(guī)范（JTGD402002）水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)）水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用可靠度設(shè)計(jì)采用可靠度設(shè)計(jì)。各級(jí)公路水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)的各級(jí)公路水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)安全等級(jí)及相應(yīng)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期、目標(biāo)可設(shè)計(jì)安全等級(jí)及相應(yīng)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期、目標(biāo)可靠指標(biāo)和目標(biāo)可靠度靠指標(biāo)和目標(biāo)可靠度 。rtrprrf)( 可可靠靠度度設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn) 公路技術(shù)等級(jí) 高速公路 一級(jí)公

5、路 二級(jí)公路 三、四級(jí)公路 安全等級(jí) 一級(jí) 二級(jí) 三級(jí) 四級(jí) 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期（a） 30 30 20 20 目標(biāo)可靠度（%） 95 90 85 80 目標(biāo)可靠度指標(biāo) 1.64 1.28 1.04 0.84 變異水平等級(jí) 低 低中 中 中高 變變異異系系數(shù)數(shù) cv的的變變化化范范圍圍 變異水平等級(jí) 低 中 高 水泥混凝土彎拉強(qiáng)度、 彎拉彈性模量 cv0.10 0.10cv0.15 0.15cv0.20 基層頂面當(dāng)量回彈模量 cv0.25 0.25cv0.35 0.35cv0.55 水泥混凝土面層厚度 cv0.04 0.04cv0.06 0.06cv0.08 可可靠靠度度系系數(shù)數(shù) 目標(biāo)可靠度（%） 變

6、異水平等級(jí) 95 90 85 80 低 1.201.33 1.091.16 1.041.08 中 1.331.50 1.161.23 1.081.13 1.041.07 高 1.231.33 1.131.18 1.071.11 9.3 9.3 彈性地基板應(yīng)力計(jì)算彈性地基板應(yīng)力計(jì)算 9.3.1 9.3.1 計(jì)算模型計(jì)算模型 計(jì)算采用彈性地基理論，土基和基層組成當(dāng)量回彈模量為計(jì)算采用彈性地基理論，土基和基層組成當(dāng)量回彈模量為Et的地基，其的地基，其上為均質(zhì)彈性各項(xiàng)同性的薄板，受交通荷載和溫度變化作用上為均質(zhì)彈性各項(xiàng)同性的薄板，受交通荷載和溫度變化作用 水泥混凝土路面計(jì)算模型水泥混凝土路面計(jì)算模型

7、9.3.2 9.3.2 彈性地基板有限元解彈性地基板有限元解 臨界荷位圖臨界荷位圖 用有限元方法計(jì)算出在標(biāo)準(zhǔn)交通荷載用有限元方法計(jì)算出在標(biāo)準(zhǔn)交通荷載P=100kN作用下各種板厚和各種地作用下各種板厚和各種地基條件下的彎拉應(yīng)力，制成諾模圖供查用基條件下的彎拉應(yīng)力，制成諾模圖供查用單軸軸載作用于縱向邊緣中部時(shí)的應(yīng)力計(jì)算圖單軸軸載作用于縱向邊緣中部時(shí)的應(yīng)力計(jì)算圖 9.3.3 9.3.3 荷載應(yīng)力計(jì)算荷載應(yīng)力計(jì)算 1 1）疲勞荷載應(yīng)力）疲勞荷載應(yīng)力 在標(biāo)準(zhǔn)交通荷載在標(biāo)準(zhǔn)交通荷載Ps作用于臨界荷位處，水泥混凝土板產(chǎn)生荷載疲勞應(yīng)力作用于臨界荷位處，水泥混凝土板產(chǎn)生荷載疲勞應(yīng)力 pr為：為： pr=kr k

8、f kc ps 式中式中 ps標(biāo)準(zhǔn)交通荷載標(biāo)準(zhǔn)交通荷載Ps作用于臨界荷位產(chǎn)生荷載應(yīng)力，作用于臨界荷位產(chǎn)生荷載應(yīng)力，MPa； kr應(yīng)力折減系數(shù)應(yīng)力折減系數(shù); 縱縫為設(shè)拉桿平縫：縱縫為設(shè)拉桿平縫：kr=0.870.92， 縱縫為不設(shè)拉桿的平縫或自由邊：縱縫為不設(shè)拉桿的平縫或自由邊：kr=1.0, 縱縫為設(shè)拉桿的企口縫：縱縫為設(shè)拉桿的企口縫：kr=0.760.84。 kf疲勞應(yīng)力系數(shù)（設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力累計(jì)疲勞作用；疲勞應(yīng)力系數(shù)（設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力累計(jì)疲勞作用； kc綜合系數(shù)（超載，動(dòng)載對(duì)路面疲勞損壞的影響）。綜合系數(shù)（超載，動(dòng)載對(duì)路面疲勞損壞的影響）。綜合系數(shù) 交通等級(jí) 高速公路 一級(jí)公路 二

9、級(jí)公路 三、四級(jí)公路 kc 1.30 1.25 1.20 1.10 260. 0077. 0hrpsefNk2 2）軸載換算）軸載換算 水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以100kN的單軸的單軸雙輪組荷載作為標(biāo)準(zhǔn)軸載雙輪組荷載作為標(biāo)準(zhǔn)軸載Ps 不同軸不同軸輪型軸載輪型軸載Pi的作用次數(shù)的作用次數(shù)Ni 按疲勞開裂等效換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載作用按疲勞開裂等效換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)次數(shù)Ns 161100niiiisPNN 3 3）交通分析）交通分析 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)水泥混凝土面層臨界荷位處標(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標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)Ne36511tseNN車輪輪跡橫向

10、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 0.170.22 行車道寬7m 0.340.39 二、三、四級(jí)公路 行車道寬7m 0.540.62 交通等級(jí) 交 通 等 級(jí) 設(shè)計(jì)車道標(biāo)準(zhǔn)軸載作用累計(jì)次數(shù)Ne(104) 特 重 2000 重 1002000 中 等 3100 輕 2.00 低、中、高液限粘土 0.300.50 0.400.60 0.500.70 0.600.95 中濕 粉土、粉質(zhì)低、中液限粘土 0.400.60 0.500.70 0.600.85 0.701.10 低、中、高液限粘土 0.400.60 0.500.70 0.600.90 0.751.20 潮濕

11、粉土、粉質(zhì)低、中液限粘土 0.450.70 0.550.80 0.701.00 0.801.30 9.4.3 9.4.3 基層基層 基層應(yīng)具有足夠的抗沖刷能力和一定的剛度，基層應(yīng)具有足夠的抗沖刷能力和一定的剛度， 常用基層材料：常用基層材料： 1 1）貧混凝土或碾壓混凝土）貧混凝土或碾壓混凝土 2 2）瀝青混凝土）瀝青混凝土 3 3）石灰、水泥類穩(wěn)定土）石灰、水泥類穩(wěn)定土 4 4）石灰穩(wěn)定工業(yè)廢渣）石灰穩(wěn)定工業(yè)廢渣 5 5）級(jí)配碎石、礫石）級(jí)配碎石、礫石基層適宜厚度基層適宜厚度 基層類型 厚度適宜的范圍（mm） 貧混凝土或碾壓混凝土基層 120200 水泥或石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料基層 150250

12、 瀝青混凝土基層 4060 瀝青穩(wěn)定碎石基層 80100 級(jí)配粒料基層 150200 多孔隙水泥穩(wěn)定碎石排水基層 100140 瀝青穩(wěn)定碎石排水基層 80100 9.4.4 9.4.4 水泥混凝土面層水泥混凝土面層n 水泥混凝土面層應(yīng)水泥混凝土面層應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、耐久性，表面抗滑、耐磨、平整具有足夠的強(qiáng)度、耐久性，表面抗滑、耐磨、平整n 水泥混凝土面板采用等厚式水泥混凝土面板采用等厚式n 面層通常采用設(shè)接縫的普通混凝土面層通常采用設(shè)接縫的普通混凝土n 特殊情況下特殊情況下應(yīng)采用設(shè)置接縫的鋼筋混凝土面層應(yīng)采用設(shè)置接縫的鋼筋混凝土面層 （板尺寸過大、形狀不規(guī)則，路下有結(jié)構(gòu)，高填方、軟土地基，填挖

13、交界處）（板尺寸過大、形狀不規(guī)則，路下有結(jié)構(gòu)，高填方、軟土地基，填挖交界處） 水泥混凝土斷面形式水泥混凝土斷面形式 水泥混凝土面層類型選擇水泥混凝土面層類型選擇 面 層 類 型 適 用 條 件 連續(xù)配筋混凝土面層 高速公路 瀝青上面層與連續(xù)配筋混凝土或橫縫設(shè)傳力桿的普通混凝土下面層組成的復(fù)合式路面 特重交通的高速公路 碾壓混凝土面層 二級(jí)及二級(jí)以下公路、 服務(wù)區(qū)停車場(chǎng) 鋼纖維混凝土面層 標(biāo)高受限制路段、收費(fèi)站、混凝土加鋪層和橋面鋪裝 矩形或異形混凝土預(yù)制塊面層 服務(wù)區(qū)停車場(chǎng)、 二級(jí)及以下公路橋頭引道沉降未穩(wěn)定段。 1 1）平整度）平整度n 平整度采用平整度采用3m直尺量測(cè)為準(zhǔn)直尺量測(cè)為準(zhǔn)n 3m直尺與路面表面之間最大間隙：直尺與路面表面之間最大間隙： 高速路、一級(jí)公路高速路、一級(jí)公路3mm，其他公路，其他公路5mm 2 2）抗滑性）抗滑性u(píng) 路表面構(gòu)造采用刻槽、壓槽、拉槽或拉毛等方法制作路表面構(gòu)造采用刻槽、壓槽、拉槽或拉毛等方法制作u 抗滑性采用構(gòu)造深度（抗滑性采用構(gòu)造深度（TD）為指標(biāo)）為指標(biāo) 構(gòu)造深度構(gòu)造深度TD在使用初期應(yīng)滿足表中要求在使用初期應(yīng)滿足表中要求 水水泥泥混混凝凝土土面面層層表表面面構(gòu)構(gòu)造造深深度度 TD(mm )要要求求 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 0.701.10 0.500.90 特殊路段 0.801.20 0.