混凝土路基路面設(shè)計

1、目 錄1.課程設(shè)計題目22.課程設(shè)計目的23.課程設(shè)計主要內(nèi)容24.結(jié)構(gòu)組合設(shè)計34.1 交通分析34.2初擬路面結(jié)構(gòu)34.3路面材料參數(shù)確定44.4 荷載疲勞應(yīng)力64.5溫度疲勞應(yīng)力65.接縫設(shè)計75.1 縱向接縫85.2橫向接縫86.混凝土面板鋼筋設(shè)計96.1 邊緣補強鋼筋96.2 角隅鋼筋97施工要求說明108. 材料用量計算108.1 面層118.2 基層118.3 墊層111.課程設(shè)計題目 水泥混凝土路面設(shè)計2.課程設(shè)計目的 通過課程設(shè)計，鞏固和加深所學(xué)的專業(yè)知識，熟悉相關(guān)的設(shè)計規(guī)范和施工規(guī)范，掌握實際工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的全過程。使學(xué)生將所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)和專業(yè)課知識在課程設(shè)計過程中有機的聯(lián)系

2、在一起，為進(jìn)行實際的過程設(shè)計奠定基礎(chǔ)。要求學(xué)生課程設(shè)計之后對相關(guān)的設(shè)計規(guī)范，施工和試驗規(guī)范等有比較系統(tǒng)和全面的了解，并能綜合解決瀝青路面和水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計中的實際問題，深入理解瀝青路面和水泥混凝土路面的設(shè)計理論，掌握設(shè)計方法。3.課程設(shè)計主要內(nèi)容 水泥混凝土路面設(shè)計：公路自然區(qū)劃區(qū)擬建一條一級公路，路基為粘質(zhì)土，采用普通混凝土路面，路面寬9米。經(jīng)交通調(diào)查得知，設(shè)計車道使用初期軸載日作用次數(shù)為4500。試設(shè)計該路面結(jié)構(gòu)。（1）、結(jié)構(gòu)組合設(shè)計（2）、材料組合設(shè)計（3）混凝土板厚的確定（4）板的平面尺寸確定（5）接縫設(shè)計（6）配筋設(shè)計（7）材料用量計算（8）施工要求說明4.結(jié)構(gòu)組合設(shè)計4.1

3、交通分析 可靠度設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) 表4-1公路技術(shù)等級高速公路一級公路二級公路三、四級公路安全等級一級二級三級四級設(shè)計基準(zhǔn)期30302020目標(biāo)可靠度（%）95908580目標(biāo)可靠指標(biāo)1.641.281.040.84變異水平等級低低中中中高混凝土路面臨界荷位車輛輪跡橫向分部系數(shù) 表4-2公 路 等 級縱 縫 邊 緣 處高速公路、一級公路、二級公路0.170.22二級及二級以下公路行車道寬7m0.340.390.540.62行車道寬7m 公路混凝土路面交通分級 表4-3交通等級特重重中等輕設(shè)計車道標(biāo)準(zhǔn)軸載累計作用次數(shù)2000100200031003由表4-1知，一級公路的設(shè)計基準(zhǔn)期為30年，安全等級為二

4、級。由表4-2知，臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)取0.17。取交通量年平均增長率為。則設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計車道標(biāo)準(zhǔn)荷載累計作用次數(shù)為： （次）<（次）由表4-3可得該公路屬于重交通等級。 4.2初擬路面結(jié)構(gòu) 水泥混凝土面層厚度的參考范圍 表4-4交通等級特重重公路等級高速一級二級高速一級二級變異水平等級低中低中低中低中面層厚度（mm）260250240270240260230250220交通等級中等輕公路等級二級三、四級三、四級三、四級變異水平等級高中高中高中面層厚度（mm）240210230200220200230220由表4-1知，安全等級為一級的道路對應(yīng)的變異水平等級為中級。根據(jù)一級

5、公路、重交通等級和中級變異水平等級，由表4-4知，初擬普通混凝土面層厚度為?；鶎舆x用水泥穩(wěn)定粒料（水泥用量），厚。墊層為低劑量無機結(jié)合料。普通混凝土板的平面尺寸長為5m、寬；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度相比很小，而所受的彎拉應(yīng)力與抗彎拉強度相比則大得多，可能導(dǎo)致混凝土面板開裂破壞。因此，在設(shè)計混凝土面板厚度時，應(yīng)以彎拉強度為其設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。 混凝土的強度隨齡期而增長，通常以28日齡期的強度為標(biāo)準(zhǔn)。各級交通要求的混凝土設(shè)計彎拉強度不得低于表4-5的規(guī)定。當(dāng)

6、90日內(nèi)不開放交通時，則可采用90日齡期的強度(為28日強度的1.1倍)?；炷恋膹姸葘β访娴氖褂脡勖兄卮笥绊?，強度的變化同路面容許的標(biāo)準(zhǔn)鈾載作用次數(shù)的對數(shù)成正比。增加混凝土的強度，可以大大延長路面的使用壽命，取得十分顯著的經(jīng)濟效益。因而，應(yīng)盡可能提高混凝土的強度。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)計規(guī)范(JTJ01294)規(guī)定了設(shè)計強度的最低值。條件許可時，應(yīng)盡量采用高值，尤其是對于特重交通的公路。 混凝土彎拉彈性模量的測試工作，很費時而又不易準(zhǔn)確，且其數(shù)值的變化對荷載應(yīng)力計算結(jié)果的影響不大。因而，在無條件測試時，可直接采用表4-5所列數(shù)值 混凝土彎拉強度標(biāo)準(zhǔn)值 表4-

7、5交通等級特重重中等輕水泥混凝土的彎拉強度標(biāo)準(zhǔn)值（）5.05.04.54.0鋼纖維混凝土的彎拉強度標(biāo)準(zhǔn)值（）6.06.05.55.0 水泥混凝土彎拉彈性模量經(jīng)驗參考值 表4-6彎拉強度（）1.01.52.02.53.0抗壓強度（）5.07.711.014.919.3彎拉彈性模量（）1015182123彎拉強度（）3.54.04.55.05.5抗壓強度（）24.219.735.841.848.4彎拉彈性模量（）2527293133 穩(wěn)定粒料基層和土基彎拉強度和抗壓回彈模量 表4-7項目抗彎拉強度（）抗壓回彈模量（）水泥穩(wěn)定粒料1.013001600二灰穩(wěn)定粒料1.013001600土基3080墊

8、層和基層材料回彈模量經(jīng)驗參考值范圍 表4-8材料類型回彈模量（）材料類型回彈模量（）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180220瀝青碎石（粗粒式，）600800極配碎礫石（墊層）200250瀝青混凝土（粗粒式，）8001200極配碎礫石（基層）250350瀝青混凝土（中粒式，）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（，瀝青含量2.5%3.5%）600800按表4-5和表4-2，取普通混凝土面層的彎拉強度標(biāo)準(zhǔn)值為，相應(yīng)彎拉彈性模量

9、標(biāo)準(zhǔn)值為。按表4-7，路基土回彈模量取。按表4-8，低劑量無機結(jié)合料墊層回彈模量取，水泥穩(wěn)定粒料基層回彈模量取則有：基層頂面當(dāng)量回彈模量計算如下： 普通混凝土面層的相對剛度半徑按下式計算為 4.4 荷載疲勞應(yīng)力綜合影響系數(shù)考慮了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，以及路面結(jié)構(gòu)厚度和材料性質(zhì)的變異等因素對路面疲勞損壞的影響，它實際上是荷載應(yīng)力安全系數(shù)。其數(shù)值是參照國內(nèi)外資料確定的 綜合系數(shù) 表4-9公路等級高速公路一級公路二級公路三、四級公路1.301.251.201.10 標(biāo)準(zhǔn)軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力計算為：因縱縫為設(shè)拉桿平縫

10、，按縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)?？紤]設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)。根據(jù)公路等級和表4-9，考慮偏載和動載等因素對路面疲勞損壞影響的綜合系數(shù)為。則荷載疲勞應(yīng)力為4.5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?后回到零的周期性變化。同時，在一年內(nèi)是呈現(xiàn)周期性變化的，最大值出現(xiàn)在57月份，最小值出現(xiàn)在12月份?；炷撩姘宓淖畲鬁囟忍荻扔嬎阒礣g，可根據(jù)公路所在地的公路自然區(qū)劃按表4-10選用。 最大溫度梯度標(biāo)準(zhǔn)值 表4-10公路自然區(qū)劃、最大溫度梯度（）83889

11、09586929398由表4-10，區(qū)最大溫度梯度為85（），板長為，則易知當(dāng)混凝土板厚度為時，。則有最大溫度梯度時混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力為 回歸系數(shù)、和 表4-11系數(shù)公路自然區(qū)劃0.8280.8550.8410.8710.8370.8340.0410.0410.0580.0710.0380.0521.3231.3551.3231.2871.3821.270溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)，按下式計算，根據(jù)表4-11知，自然區(qū)劃區(qū)中，為則溫度疲勞應(yīng)力為 可靠度系數(shù) 表4-12變異水平等級目標(biāo)可靠度（）95908580低1.201.331.091.161.041.08中1.331.501.161.231.08

12、1.131.041.07高1.231.331.131.181.071.11由表4-1知，一級公路的安全等級為二級，相應(yīng)于二級安全等級的變異水平等級為中級，目標(biāo)可靠度為。再據(jù)查得的目標(biāo)可靠度和安全等級，由表4-12知，可靠度系數(shù)為。則，因而，所選普通混凝土面層厚度（）可以承受設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力的綜合疲勞作用。5.接縫設(shè)計混凝上面層是由一定厚度的混凝土面板組成的，具有熱脹冷縮的性質(zhì)。由于一年四季氣溫的變化，混凝土板會產(chǎn)生不同程度的膨脹和收縮。而在一晝夜戶，白天氣溫升高，混凝土板頂面溫度較底面為高，這種濕度坡差會造成面板的中部突起。夜間氣溫降低，混凝土板頂面溫度較底面為低，會使板的周圍和

13、角隅翹起。這些變形會受到面板與基礎(chǔ)之間的摩阻力和粘結(jié)力，以及板自重和車輪荷載等的約束。致使板內(nèi)產(chǎn)生過大的應(yīng)力，造成板的斷裂或拱脹破壞。由于翹曲而引起的裂縫，則在在裂縫發(fā)生后被分割的兩塊板體尚不致完全分離，還具有傳遞荷載的能力，倘若板體溫度均勻下降引起收縮，則將使兩塊板拉開，從而失去傳遞荷載的能力。為了避免這些缺陷，水泥混凝土路面不得不在縱橫兩個方向設(shè)置許多接縫把整個路面分割成為許多板塊。水泥混凝土路面的接縫可分為縱縫和橫縫兩大類。與路線中線平行的接縫稱為縱縫，與路線垂直的接縫稱為橫縫。接縫設(shè)計應(yīng)能：控制收縮應(yīng)力和翹曲應(yīng)力所引起的裂縫出現(xiàn)的位置；通過接縫提供足夠的荷載傳遞；防止堅硬的雜物落入接縫

14、縫隙內(nèi)。5.1 縱向接縫縱向接縫的布設(shè)根據(jù)路面寬度和施工鋪筑寬度而定。本段路面設(shè)計一次鋪筑寬度為4m，與單幅路面寬度相等，故采用平縫形式。縱向接縫的拉桿采用螺紋鋼筋，設(shè)在板厚的中央，并對拉桿中部100mm范圍內(nèi)刷防銹漆作防銹處理。拉桿的直徑，長度和間距根據(jù)表5-1可選用。 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（m）3.003.503.754.506.007.5020025014×700×90014×700×90014×700×90014×700×90014×700&#

15、215;90014×700×90026030014×700×90014×700×90014×700×90014×700×90014×700×90014×700×900上部鋸切槽口，深度為，寬度為，槽內(nèi)灌塞填縫料，構(gòu)造如下圖所示： 圖5-1 縱縫構(gòu)造圖5.2橫向接縫每日施工結(jié)束或因臨時原因中斷施工時，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，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。傳力桿采用光圓鋼筋。其

16、尺寸和間距根據(jù)表5-2可選用。 傳力桿尺寸和間距（mm） 表8-2面層厚度（mm）傳力桿直徑傳力桿最小長度傳力桿最大間距2202840030024030400300260324503002803545030030038500300橫向接縫的細(xì)部構(gòu)造見下圖： 圖5-2 橫向接縫構(gòu)造圖（a.假縫型：b.假縫加傳力桿型）6.混凝土面板鋼筋設(shè)計 混凝土面板縱橫自由邊邊緣下的基礎(chǔ)，當(dāng)有可能產(chǎn)生較大的塑性變形時，宜在板邊緣加設(shè)邊緣補強鋼筋，角隅加設(shè)發(fā)針形鋼筋或鋼筋網(wǎng)。6.1 邊緣補強鋼筋 混凝土面板邊緣部分的補強，選用根的螺紋鋼筋，布置在板的下部，距板底約為板厚的即65mm，間距為，鋼筋兩端應(yīng)向上彎起，如

17、下圖所示。6.2 角隅鋼筋角隅補強部分的補強，選用根直徑為的螺紋鋼，布置在板的上部，距板頂，距板邊為，如下圖所示。 圖6-1 混凝土面板鋼筋布置7施工要求說明級公路修建水泥混凝土路面，對平整度要求高，由于工程量大，要保證施工進(jìn)度和工程質(zhì)量，適宜采用機械化施工。次一級公路路面采用軌道式攤鋪機施工。施工要點：（1）施工準(zhǔn)備內(nèi)容：原材料的選用與質(zhì)量檢驗，配合比的優(yōu)化，基層的驗收與修整，軌模安裝；（2）施工機械的選型配套：攤鋪機的選型，配套設(shè)備選型；（3）混凝土的拌合、運輸和卸料：混凝土拌合要均勻，運輸時控制好運輸時間，卸料時應(yīng)將一車料分卸成幾小堆，利于布料和減小離析。（4）混合料的攤鋪：把傾卸在基層

18、上或攤鋪機箱內(nèi)的混合料，按攤鋪松浦厚度均勻的填滿模板范圍內(nèi)；（5）混凝土的振搗：混凝土振搗機緊跟在攤鋪機后面，對混凝土進(jìn)行再一次整平和振搗；通過人工輔助振搗和調(diào)整用料的措施，使混凝土板全寬的密實度和平整度達(dá)到要求；（6）混凝土表面的修整：振搗密實的混凝土必須進(jìn)一步整平、抹光，以獲得平整光潔的表面，混凝土的表面修整采用修面抹光機；（7）混凝土路面的紋理制作：壓紋、拉槽的深度一般為，紋寬，間距為，紋理走向與路面前進(jìn)方向垂直，橫向相鄰板的紋理互相溝通以利于排水，紋理制作應(yīng)保證平整度要求；（8）養(yǎng)生和接縫處理：養(yǎng)生采取灑水濕養(yǎng)，用濕草簾或麻袋片等覆蓋表面，每天灑水次。養(yǎng)生期不少于。填縫材料為聚氨酯瀝青

19、類，采用填縫機填8. 材料用量計算材料用量均按每Km用量計算。8.1 面層混凝土面板直接承受行車荷載和自然因素的作用，并直接體現(xiàn)使用功能的好壞，同時又是混凝土路面的承重結(jié)構(gòu)?；炷撩姘鍛?yīng)保證表面平整、耐磨、抗滑。應(yīng)滿足以下要求。 （1）混凝土的彎拉強度應(yīng)滿足表4-5的要求。 （2）有足夠的表面平整度?；炷谅访娴钠秸纫?m直尺量測為準(zhǔn)，3m直尺與路面表面之間的最大間隙，高速公路和級公路不應(yīng)大于3mm；其他各級公路不應(yīng)大于5mm；混凝土路面的平整度也可用平整度儀測定。 （3）有足夠的抗滑性?；炷谅访娴目够砸詷?gòu)造深度(TD)為指標(biāo)。其竣工驗收值，對高速公路和一級公路不應(yīng)低于0.8mm，對其他

20、各級公路不應(yīng)低于0.6mm，對年降雨量在500mm以下的地區(qū)，可適當(dāng)降低?；炷撩姘宓臋M斷面一般采用等厚式，其厚度和平面尺寸應(yīng)符合公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范(JTJ012一94)的有關(guān)規(guī)定。本段路面混凝土選用C30普通混凝土， 查定額可得 面層材料統(tǒng)計表 表8-132.5級水泥中（粗）砂碎石（4cm）16螺紋鋼筋6光圓鋼筋用量865.197t1055.61立方1905.03立方4.833t5.409t8.2 基層混凝土面板下設(shè)置基層，不僅為混凝土面板提供均勻而穩(wěn)定的支承，且能防止唧泥、錯臺、凍脹等病害，從而保證路面的整體性，延長路面的使用壽命。因此，除非土基本身就是有良好級配的砂礫類土，而且是有良好排水條件的輕交通之外，都應(yīng)設(shè)置基層。同時，基層應(yīng)具有足夠的剛度和穩(wěn)定性，且斷面正確，表面平整。理論計算和實踐都已證明，采用整體性好，具有較高的彈性模量的材料修筑基層，可以確?；炷谅访媪己玫氖褂锰匦院脱娱L路面的使用壽命?；鶎硬牧蠎?yīng)根據(jù)交通等級，當(dāng)?shù)貤l件和經(jīng)濟性等因素選用貧混凝土、瀝青混合料、水泥穩(wěn)定土、石灰穩(wěn)定工業(yè)廢渣、級配碎(礫)石、填跟碎石等。由于石灰穩(wěn)定土的強度較低，在特重和重交通的公路上，或冰凍地區(qū)潮濕路段及其他地區(qū)的過濕路段上，不