水泥混凝土路面設(shè)計(jì)計(jì)算書

1、水泥混凝土路面設(shè)計(jì)計(jì)算書1 課程設(shè)計(jì)題目32 課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容33 路面厚度計(jì)算33.1 交通分析33.2 初擬路面結(jié)構(gòu)53.3 路面材料參數(shù)確定73.4 荷載疲勞應(yīng)力113.5 溫度疲勞應(yīng)力123.6 驗(yàn)算初擬路面結(jié)構(gòu)134 接縫設(shè)計(jì)144.1 縱向接縫144.2 橫向接縫155 混凝土面板鋼筋設(shè)計(jì)165.1 邊緣補(bǔ)強(qiáng)鋼筋165.2 角隅鋼筋166 材料用量計(jì)算166.1 面層166.2 基層176.3 墊層187 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

2、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)主要內(nèi)容（ 1） 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)范JTJ01294），不同等級(jí)公路的可靠路面結(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、度指標(biāo)和目標(biāo)可靠度查規(guī)范可知：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)表4-2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行車道寬W7m0

3、?340?390?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)年限內(nèi)年增長(zhǎng)率：8%NeNs(i gJ -1gr500 (1 。30 i365 0.35=723.59710A4(次)0.08荷載累計(jì)作用次數(shù)為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，在使用年限內(nèi)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(guò)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

4、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?。4)>200010020003100V3由表4-4可得該公路屬于重交通等級(jí)。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范圍表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)，異水平等級(jí)低中低中低中低中面層厚度(mm>260>250>240270240260230250220交通等級(jí)中等輕公路等級(jí)二級(jí)二、四級(jí)二、四級(jí)二、四級(jí)，異水平等級(jí)高中高中高中面層厚度(mm240210230200220200<230<220根據(jù)三級(jí)公路、重交通等級(jí)和低級(jí)變異水平

5、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)與適宜厚度的范圍層選用低劑量無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土，厚150mm普通混凝土板的表4-6基層類型厚度適宜的范圍(mim適宜交通等級(jí)貧混凝土或碾壓混凝土基層120200特重交文水泥穩(wěn)定粒料基層150250重父通瀝青混凝土基層4060特重交文瀝青穩(wěn)定碎石基層80100重父通石灰粉煤灰穩(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)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墊平面尺寸寬4.5m、長(zhǎng)5.0m;縱縫為設(shè)拉桿平縫，橫

6、縫為設(shè)傳力桿的假縫4.3 路面材料參數(shù)確定生壓應(yīng)力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)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)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(zhǎng)，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日內(nèi)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(zhǎng)路

7、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(guó)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)范(JTJ01294)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?；炷翉澙瓘?qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值f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5.05.04.54.0(MP3鋼纖維混凝土的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（mp6.06.05.55.0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(wú)條件測(cè)試時(shí)，直接采用表4-7所列數(shù)值，f=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)

8、度（MP1.01.52.02.53.0抗壓強(qiáng)度（MPa5.07.711.014.919.3彎拉彈性模量（GP$1015182123彎拉強(qiáng)度（MP3.54.04.55.05.5抗壓強(qiáng)度（MP®24.219.735.841.848.4彎拉彈性模量（GP®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Ec二31GPa中濕路基路床頂面回彈模量經(jīng)驗(yàn)參考值范圍表4-9土組公路自然區(qū)劃口mIVV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)參考值范圍

9、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*篩分碎石180220瀝青碎石（粗粒式，201C）600800W配碎礫石（墊層）200250瀝青混凝土（粗粒式，20A0）8001200W配碎礫石（基層）250350瀝青混凝土（中粒式，20乜）10001400石灰土200700多孔隙水泥碎石（水泥劑量130017009.5%?11%石灰粉煤灰土600900多孔隙瀝青碎石（209,瀝青含量2.5%3.5%）600800按表4-9,路基土回彈模量取Eo=30MPa按表4-10，低劑量無(wú)機(jī)

10、結(jié)合料穩(wěn)定土墊層回彈模量取E?=600MPa,水泥穩(wěn)定粒料基層回彈模量取E=1300MPa則有：基層頂面當(dāng)量回彈模量計(jì)算如下時(shí)巳h：E13000.1826000.152h2 h;0.182 0.15 21013MPaDx12t 14E1 h E 2 h2.1300 %0.18600 0.15hx =3；12R 3 百 12 2.57 if K310130.312( m ) 0.45=6.22 幾 1.5 仆a =6.22 江1 1.51'1300*.45i一 =4.29330-0.55b =1 -1.44!IE。J一 1 1.44/1-0.5510130.792.301 3=4.293

11、 0.312 0.816301013 !=165 MPa3313000.186000.15(0.180.15)12=2.57(MNm)I30J普通混凝土面層的相對(duì)剛度半徑按下式計(jì)算為r二0.537h3E_EA0.5370.22331000165二0.677m4.4 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：062062-ps=0.077r.h=0.0770.677.0.22=1.259MPa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Kr=0.870.92，故取Kr=0.87?？紤]設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)Kf=N;=(9.885106)°057=2.

12、504。由于超過(guò)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(guò)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(guó)內(nèi)外資料確定。表4-11公路等級(jí)高速公路一級(jí)公路二級(jí)公路二、四級(jí)公路1.301.251.201.10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)為心=1.20。則荷載疲勞應(yīng)力為二pr=KrKfKc二ps=0.872.5041.201.259=3.29MPa4.5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

13、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?；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)劃口、Vmvn最大溫度梯度(P/m)8388909586929398由表4-12,口區(qū)最大溫度梯度為88(c/m),板長(zhǎng)為5mI.r=5.0.677=7.39。則當(dāng)混凝土板厚度為0.22m時(shí)，查下圖5-1可得R=0.71:cETgtm圖5-1溫度應(yīng)力系數(shù)忻310000.2288o.7仁2.13MPa2則有最大溫度梯度時(shí)混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力為表4-13回歸系數(shù)a、b和c系數(shù)公路自然區(qū)劃口mIVVvn

14、a0.8280.8550.8410.8710.8370.834b0.0410.0410.0580.0710.0380.052c1.3231.3551.3231.2871.3821.270溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)K,按下式計(jì)算，根據(jù)表4-13知，自然區(qū)戈區(qū)中）a=0.828,b=0.041,c=1.323，心為frKttm-b5.0X2.130.828X億13嚴(yán)3“'l0.041<5.0J0.532則溫度疲勞應(yīng)力為GrKGm=0.5322.13=1.13MPa4.6驗(yàn)算初擬路面結(jié)構(gòu)可靠度系數(shù)表4-14變異水平目標(biāo)可靠度（）等級(jí)959085801?201?331.091.161?041?08

15、中1.331.501.161.231.081.131.041.07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414知，可靠度系數(shù)為r=1.13。則，r（二pr二）=1.13（3.291.13）=4.99MPa乞fr=5.0MPa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(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

16、 縱向接縫縱向接縫的布設(shè)根原定平面尺寸寬3.75米，長(zhǎng)4米，則應(yīng)在縱向設(shè)置施工縫,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100mmE圍內(nèi)作防銹處理。拉桿的直徑、長(zhǎng)度和間距查下表選用14 800 900 。接縫布置如下表5-1所示:面層厚度到自由邊或未設(shè)拉桿縱縫的距離(m)(mm)3.003.503.754.506.007.5拉桿直徑、長(zhǎng)度和間距（mm）表5-120025014X700>90014X700>80014>700X70014X700>60014X700>50014X

17、700>40026030016>800>90016>800>80016>800X70016>800>60016>800>0016>800>400注：拉桿直徑、長(zhǎng)度和間距的數(shù)字為直徑X長(zhǎng)度X間距?？p的上部鋸切槽口，深度為60mm寬度為8mm槽內(nèi)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)置橫向施工且由于本路屬于重交通橫向縮縫采用假縫等60mm寬度為8mm槽內(nèi)縫，其位置應(yīng)盡可能選在縮縫或脹縫處。等級(jí)，故施工縫采用加傳力桿的平縫形式間距設(shè)置?？p的上部鋸切槽口，深度為灌塞填縫料。傳力桿采用光圓鋼筋，其尺寸和

18、間距根據(jù)表5-2可選用傳力桿直徑為28mm長(zhǎng)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(zhǎng)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)，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勺螺紋鋼筋，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

19、應(yīng)向上彎起，鋼筋保護(hù)層的厚度為50mmo6.2 角隅鋼筋角隅補(bǔ)強(qiáng)部分的補(bǔ)強(qiáng)，選用2根直徑為14mmi勺螺紋鋼，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50mmo7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(zhǎng)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(zhǎng)度（mm1000寬度（m）20.5厚度（cm）25體積（m3）20.5x1000x0.25=5125混凝土面板數(shù)量（m）1000江20.5一4+375=1367接縫數(shù)口1里表（個(gè)）橫縫4幻000子（4+0.008>

20、=998縱縫998*2=499"逢鋼，數(shù)量（kg）橫縫傳力桿998x3.75x0.45x3.14x（032）2x7850=354240.32縱縫拉桿4497匚3.14漢（°0!6）2漢二x7850=404820.7邊緣補(bǔ)強(qiáng)鋼筋0.0162467X3.14X（一八）x4八4X7850=11787.35水泥用量（kg）1000A9107.6687匚-漢1000=9690121000砂和碎石（kg）237.08+131.36x1000A9=3684401000鋼筋用量（kg）18853.02+2251.37+11787.35一22891.747.2 基層W/C一般為0.3,水泥用

21、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(guò)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(zhǎng)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)范知基層的寬度應(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所示基層工程數(shù)量表表7-2材料碾壓混凝土基層長(zhǎng)度（mm1000寬度（mm10.5+2漢0.30=11.1厚度（m）0.18體積（m3）11.1x1000x0.18=1998水泥用量（kg）1998漢220=439560砂和碎石（kg）025439560江一一=2442001_025_03粉煤灰（kg）439560x0.30/0.45=2930407.3 墊層墊層工程量表的內(nèi)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)內(nèi)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(zhǎng)度（m）1000寬度（m）10.1+2江0.30+27.30=11.6厚度（m）0.15體積（m3）11.6勺000".15=174017946310224338341砂和碎石（kg）粉煤灰（kg）石灰（kg）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