水泥混凝土路面設(shè)計(jì)計(jì)算書（精編版）

1、1 / 19 目 錄1 課程設(shè)計(jì)題目. 2 2 課程設(shè)計(jì)主要容. 2 3 路面厚度計(jì)算. 2 3.1 交通分析 . . 2 3.2 初擬路面結(jié)構(gòu) . 4 3.3 路面材料參數(shù)確定 . 5 3.4 荷載疲勞應(yīng)力. 9 3.5 溫度疲勞應(yīng)力 . 10 3.6 驗(yàn)算初擬路面結(jié)構(gòu) . 12 4 接縫設(shè)計(jì). 13 4.1 縱向接縫 . 13 4.2 橫向接縫 . 14 5 混凝土面板鋼筋設(shè)計(jì). 14 5.1 邊緣補(bǔ)強(qiáng)鋼筋. 15 5.2 角隅鋼筋 . 15 6 材料用量計(jì)算. 15 6.1 面層 . 15 6.2 基層 . 16 6.3 墊層 . 17 7 施工的方案及工藝. 15 2 / 19 泥混凝

2、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1結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)；2材料組成設(shè)計(jì)；3混凝土板厚的確定；4板的平面尺寸確定；5接縫設(shè)計(jì)；6配筋設(shè)計(jì)；7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), 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)。混凝土路面臨界荷位車輛輪跡橫向分部系數(shù)表 4-2 3 /

3、19 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)以下公路行車道寬 7m 0.340.39 0.540.62 行車道寬 7m 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：（次）410597.72335. 036508. 0 1)08. 01(500365 1)1(30rtrseggnn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)

4、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)4( 10 )en2000 1002000 3100 3 由表 4-4 可得該公路屬于重交通等級(jí)。4 / 19 4.2 初擬路面結(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)二級(jí)高速一級(jí)二級(jí)變異水平等級(jí)低中低中低中低中面層厚度mm 260 250 24027

5、0240 260230 250220 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)高中高中高中面層厚度mm 240210 230200 220200 230 220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 。5 / 19 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)定碎石基層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)

6、定碎石排水基層100140 高速、一級(jí)、重交瀝青穩(wěn)定碎石排水基層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。 混凝土面板所受的壓應(yīng)力與混凝土的抗壓強(qiáng)度相比很小 , 而所受的彎拉應(yīng)力與抗彎拉強(qiáng)度相比則大得多,6 / 19 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)。

7、混凝土的強(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 ?；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)規(guī)定了設(shè)計(jì)強(qiáng)度的最低值。 條件許可時(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rf表 4-7 交通等級(jí)特重重中等輕水泥混凝土的彎

8、拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值mpa5.0 5.0 4.5 4.0 鋼纖維混凝土的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值mpa6.0 6.0 5.5 5.0 7 / 19 混凝土彎拉彈性模量的測(cè)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(cè)試時(shí) , 直接采用表4-7 所列數(shù)值 ,=5.0rfmpa。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mpa1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 抗壓強(qiáng)度mpa5.0 7.7 11.0 14.9 19.3 彎拉彈性模量gpa10 15 18 21 23 彎拉強(qiáng)度mpa3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 抗壓強(qiáng)度mpa24.2 19.7 3

9、5.8 41.8 48.4 彎拉彈性模量gpa25 27 29 31 33 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gpaec31。中濕路基路床頂面回彈模量經(jīng)驗(yàn)參考值圍表4-9 土組公路自然區(qū)劃土質(zhì)砂2642 4050 3950 3560 5060 8 / 19 黏質(zhì)土2545 3040 2545 3045 3045 粉質(zhì)土2246 3254 3050 2743 3045 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1

10、80220 瀝青碎石粗粒式,20 c600800 極配碎礫石墊層200250 瀝青混凝土粗粒式 ,20 c8001200 極配碎礫石基層250350 瀝青混凝土中粒式 ,20 c10001400 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20 c, 瀝青含量600800 9 / 19 2.5%3.5%按表 4-9, 路基土回彈模量取mpae300。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mpae6002, 水泥穩(wěn)定粒料基層回彈模量取mpae13002。則有：基層頂面當(dāng)量回彈模量計(jì)算如下：mpahhehehe

11、x101315. 018. 015.060018. 0130022222221222121)(57.215.0600118.0130014)15.018.0(1215.060018.01300114)(12123312211221322311mmnhehehhhehedx)(312.0101357.2121233medhxxx293.430130051.1122. 651. 1122.645. 045.00eeax792.030101344.1144.1155. 055.00eebxmpaeeeahexbxt16530101330312.0293.431816.03100普通混凝土面層的相對(duì)剛

12、度半徑按下式計(jì)算為meehrtc677.01653100022.0537.0537.0334.4 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：mpahrps259. 122.0677. 0077. 0077. 026. 026.010 / 19 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92.087.0rk, 故取87.0rk。考慮設(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)504.2)10885. 9(057. 06vefnk。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

13、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)ck表 4-11 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ck1.30 1.25 1.20 1.10 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20.1ck。則荷載疲勞應(yīng)力為mpakkkpscfrpr29.3259.120.1504.287.04.5 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)正最大到零, 再經(jīng)負(fù)最大 后回到零的周期性變化。11 / 19 混凝土面板的最大溫度梯度計(jì)算值gt, 可根據(jù)公路所在地的公路自然區(qū)劃按

14、表4-12 選用。最大溫度梯度標(biāo)準(zhǔn)值gt表 4-12 公路自然區(qū)劃、最大溫度梯度/cm8388 9095 8692 9398 由表 4-12, 區(qū)最大溫度梯度為88/cm, 板長為 5m, 39.7677.05rl。則當(dāng)混凝土板厚度為mh22. 0時(shí), 查下圖 5-1 可得71.0 xb。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mpabhtexgcctm13.271.028822.03100010125回歸系數(shù)a、b和c表 4-13 12 / 19 系數(shù)公路自然區(qū)劃a0.828 0.855 0.841 0.871 0.837 0.834 b0.041 0.041 0.

15、058 0.071 0.038 0.052 c1.323 1.355 1.323 1.287 1.382 1.270 溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)tk, 按下式計(jì)算 , 根據(jù)表 4-13 知, 自然區(qū)劃區(qū)中 ,0.828a,0.041b,1.323c,tk為532. 0041. 00 .513. 2828.013.20.5323. 1bfafkcrtmtmrt則溫度疲勞應(yīng)力為mpaktmttr13.113.2532.04.6 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%95 90 85 80 低1.201.33 1.091.16 1.041.08 中1.331.50 1.161.23

16、1.081.13 1.041.07 高1.231.33 1.131.18 1.071.11 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 知, 可靠度系數(shù)為13.1r。則, 13 / 19 mpafmpartrprr0.599.4)13.129.3(13.1)(因而, 所選普通混凝土面層厚度m22.0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

17、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100mm 圍作防銹處理。 拉桿的直徑、長度和間距查下表選用90080014。 接縫布置如下表5-1所示：拉桿直徑、長度和間距 表 5-1 面層厚度mm 到自由邊或未設(shè)拉桿縱縫的距離 3.00 3.50 3.75 4.50 6.00 7.5 200250 1470090014700800 14700700 14700600 14700500 14700

18、400260300 168009001680080016800700 16800600 16800500 16800400注：拉桿直徑、長度和間距的數(shù)字為直徑長度間距。14 / 19 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?？p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mm28, 長

19、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mm150。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220 28 400 300 240 30 400 300 260 32 450 300 280 35 450 300 300 38 500 300 6 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), 當(dāng)有可能產(chǎn)生較大的塑15 / 19 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

20、板厚的1/ 4即mm65, 間距為100mm, 鋼筋兩端應(yīng)向上彎起 , 鋼筋保護(hù)層的厚度為mm50。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)?；鶎庸こ虜?shù)量表表 7-1 材料普通混凝土面板長度 m 1000 寬度 m 20.5 厚度 cm 25 體積3m512525.010005.20混凝土面板數(shù)量136775. 3

21、45.20100016 / 19 m3接縫數(shù)量表個(gè)橫縫998)008. 04(10004縱縫4992998接縫鋼筋數(shù)量kg橫縫傳力桿354247850)2032.0(14.345.03.075.39982縱縫拉桿404878507.04)2016.0(14.34492邊緣補(bǔ)強(qiáng)鋼筋35.11787785044)2016.0(14.34672水泥用量 kg9690121000100091000668.107砂和碎石 kg36844091000100036.13108.237鋼筋用量 kg74.2289135.1178737.225102.188537.2 基層w/c一般為 0.3, 水泥用量為3/

22、220mkg。粗集料使用連續(xù)級(jí)配,集料的最大粒徑一般為15 mm 。細(xì)漿料含砂率超過25% 。利用粉煤灰摻量為 30% ?；鶎庸こ虜?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?；鶎訑M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17 / 19 長度 m 1000 寬度 m 10.5+20.30=11.1 厚度 m 0.18 體積3m199818. 010001.11水泥用量 kg4395602201998砂和碎石 kg2442003.0-

23、25. 0-125.0439560粉煤灰 kg29304045. 0/30. 04395607.3 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 m 1000 寬度 m 10.1+20.30+20.30=11.6 厚度 m 0.15 體積3m174015. 010006.11砂和碎石 kg179463粉煤灰 kg102243石灰 kg3834118 / 19 7. 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)。然后恢復(fù)中線, 每 10m一樁 , 放出