水泥混凝土路面設(shè)計(jì)與施工(新規(guī)范)

1、水泥混凝土路面設(shè)計(jì)主講教師：李永成我國(guó)水泥混凝土路面開(kāi)展簡(jiǎn)述 我國(guó)水泥混凝土路面已有70多年的開(kāi)展歷史，但在1949年前，修筑總里程缺乏30km。解放后我國(guó)的水泥混凝土路面首先在城鎮(zhèn)道路上得到較快開(kāi)展，在公路上使用起步也較晚。1960年全國(guó)僅有60km水泥混凝土公路，1970年累計(jì)200km，1980年累計(jì)1600km，1990年累計(jì)11373km，1996年累計(jì)達(dá)83652km，到2002年已達(dá)167517 km?？梢?jiàn)，90年以后開(kāi)展速度非常迅猛。我國(guó)水泥混凝土路面在近期得到迅猛的開(kāi)展。 1、水泥混凝土路面具有承載力大，使用壽命長(zhǎng)，日常養(yǎng)護(hù)費(fèi)用少的優(yōu)點(diǎn)；2、我國(guó)水泥生產(chǎn)量大，分布廣，水泥品質(zhì)

2、能滿(mǎn)足道路使用要求；3、砂石材料遍布全國(guó)，容易做到因地制宜就地取材；4、施工上即可以采用小型配套機(jī)具施工，投入小，施工工藝成熟易掌握，5、施工質(zhì)量能到達(dá)道路使用要求，特別是二、三級(jí)以下道路要求；對(duì)于高等級(jí)道路也可使用滑模、軌道等施工機(jī)械施工；6、國(guó)家高科技攻關(guān)工程的成功，使水泥混凝土路面的設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)等諸多的技術(shù)難題得到解決，為高等級(jí)道路的運(yùn)用打下了堅(jiān)實(shí)的根底，鋪平了道路；水泥混凝土路路面更為適合我國(guó)的資源約束條件；我國(guó)瀝青資源相對(duì)缺乏，而水泥資源很豐富；瀝青路面與水泥混凝土路面初期投資比照，有的地方持平，有地方略貴1314，但水泥混凝土路面具有養(yǎng)護(hù)費(fèi)低的優(yōu)點(diǎn)，所以近期得到很快開(kāi)展。我國(guó)水

3、泥路面迅速開(kāi)展的原因水泥混凝土路面的工作性能和力學(xué)特性1、混凝土面板的彈性模量與力學(xué)強(qiáng)度大大高于基層 和土基相應(yīng)模量和強(qiáng)度2、力學(xué)圖式為彈性地基板，計(jì)算時(shí)采用彈性彈性地 基板理論(theory)3、在車(chē)輛荷載作用下，混凝土板產(chǎn)生彎曲(crook)4、混凝土的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度(intensity)5、溫度變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生溫度翹曲(warp)應(yīng)力(stress)6、面板易產(chǎn)生斷裂(rupture)高速公路水泥混凝土路面的特點(diǎn)1路面橫向坡度較一般公路略大。由于高速公路采取分向行駛，中間設(shè)中央分隔帶，一側(cè)路面采用單向坡排水假設(shè)橫坡太小，在暴雨降落時(shí)易發(fā)生積水，影響行車(chē)，因此取高級(jí)路面允許橫坡的高限即

4、2.0。2路面板塊的劃分，在橫斷面方向應(yīng)取大于車(chē)道寬度的板寬，內(nèi)側(cè)行車(chē)道包含左側(cè)路緣帶寬度在內(nèi)，外側(cè)車(chē)道可取車(chē)道分界線以外0.75M。板塊的劃分方式還可以減少板邊車(chē)輪受荷的機(jī)率，有利于路面板強(qiáng)度的發(fā)揮。3通常在路面外側(cè)邊緣下暗設(shè)縱向排水盲溝或暗溝，以便及時(shí)排除滲入路面結(jié)構(gòu)的雨水。高速公路水泥混凝土路面板結(jié)構(gòu)類(lèi)型 高速公路水泥混凝土路面按面板結(jié)構(gòu)類(lèi)型劃分主要有三類(lèi)：有接縫的不配筋普通混凝土路面(JPCP)、有接縫的鋼筋混凝上路面(JRCP)和連續(xù)配筋混凝土路面(CRCP)，裝配式混凝土路面和組合式(雙層式)混凝土路面。 普通混凝土路面常設(shè)置間距較小的縮縫，在接縫處通過(guò)傳力桿或集料嵌鎖作用傳遞荷載

5、。接續(xù)間距為58m，縮縫間距過(guò)長(zhǎng)易產(chǎn)生橫向裂縫，因此世界各國(guó)有進(jìn)一步減小縮縫間距的趨勢(shì)。對(duì)于高速公路用的普通混凝土路面，許多國(guó)家都主張?jiān)诳s縫處設(shè)置傳力桿，以提高平順性，保證高速行車(chē)的平穩(wěn)。同時(shí)也增強(qiáng)了路面結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度，提高了耐久性。 有接縫的鋼筋混凝土路面，配置鋼筋可采用鋼筋網(wǎng)或變形鋼筋。加筋的目的并不在于增強(qiáng)路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度或減薄路面，而是在于采用較長(zhǎng)的接縫間距，減少接縫的總量。接縫間距一般在9.30m，當(dāng)然鋼筋的用量那么隨著接縫間距的增大而增加。通過(guò)綜合分析，認(rèn)為接縫間距取12m較為合理。由于鋼筋混凝土路面按縫間距增加，接縫處的伸縮變形量也隨之增大因此需要配置較強(qiáng)的傳力裝置。 連續(xù)配筋混凝土

6、路面沿縱向配置連續(xù)鋼筋，并完全取消橫向接縫，只是在與其它結(jié)構(gòu)物相聯(lián)接處設(shè)置接縫。由于它取消了接縫，保證路外表平整所以對(duì)于高速公路，這是一種較為理想的水泥混凝土路面。美國(guó)自192l年至今已建連續(xù)配筋混凝土路面3.2萬(wàn)公里。連續(xù)配置的縱向鋼筋主要承受路面溫度、濕度變化產(chǎn)生的附加應(yīng)力，并不能明顯減少車(chē)輪荷載所引起的應(yīng)力，最新的研究認(rèn)為連續(xù)配筋混凝土路面的厚度應(yīng)當(dāng)與不配筋的普通混凝土路面等同。 裝配式很凝土路面是在工廠中把混凝土預(yù)制成板塊，然后運(yùn)至工地現(xiàn)場(chǎng)裝配而成。這種路面的優(yōu)點(diǎn)是：混凝土板可以全年生產(chǎn)，不受氣候影響，混凝土質(zhì)量容易保證；而此施工進(jìn)度快，鋪筑完畢即可通車(chē)；損壞后易于拆換修理。因此，它較

7、適用于城市道路、廠礦道路、大型基建場(chǎng)地、停車(chē)站場(chǎng)和軟弱土基上。裝配式混凝土路面的缺點(diǎn)是接縫多，整體性差，容易引起行車(chē)顛該跳動(dòng)，因而在公路上一般不宜采用。 組合式(雙層式)混凝土路面 的面板一般按單層式建造，只有當(dāng)缺乏品質(zhì)良好的材料時(shí)，才考慮采用雙層式混凝上路面板即利用當(dāng)?shù)仄焚|(zhì)較差的材料修筑板的下層，而用品質(zhì)較好的材料鋪筑板的上層，以降低造價(jià)。在改建舊混凝土路面時(shí)，有時(shí)在其上加鋪一層新混凝土面層，這樣也形成雙層式混凝土路面納構(gòu)(必要時(shí)可以摻加一定量的粉煤灰)，根據(jù)雙層混凝土路面上下層板之間結(jié)合程度的不同，有結(jié)合式、別離式和局部結(jié)合式三種型式。水泥混凝土路面的優(yōu)點(diǎn)(1)強(qiáng)度高:混凝土路面具有很高的

8、抗壓強(qiáng)度和較高的抗彎拉強(qiáng)度以及抗磨耗能力。(2)穩(wěn)定性好:泥凝土路面的水穩(wěn)性、熱穩(wěn)性均較好，特別是它的強(qiáng)度能隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸提高，不存在瀝青路面的那種“老化現(xiàn)象。(3)耐久性好:由于混凝土路向的強(qiáng)度和穩(wěn)定性好，所以它經(jīng)久耐用，一般能使用20-40年，而且它能通行包括履帶式車(chē)輛等在內(nèi)的各種運(yùn)輸工具。(4)有利于夜間行車(chē):混凝土路面色澤鮮明，能見(jiàn)度好，對(duì)夜間行車(chē)有利。(5)養(yǎng)護(hù)和維修的費(fèi)用少水泥混凝土路面的缺點(diǎn)1、對(duì)水泥和水的需要量大，修筑0.2m厚、7m寬的混凝土路面，每l000m要消耗水泥約400500t和水約250t，尚不包括養(yǎng)生用的水在內(nèi)，這對(duì)水泥供給缺乏和缺水地區(qū)帶來(lái)較大困難。 2、

9、有接縫，一般混凝土路面要建造許多接縫，這些接縫不但增加施工和養(yǎng)護(hù)的復(fù)雜性，而且容易引起行車(chē)跳動(dòng)，影響行車(chē)的舒適性，接縫又是路面的薄弱點(diǎn)，如處理不當(dāng)，將導(dǎo)致路面板邊和板角處破壞。 3、開(kāi)放交通較遲，般混凝土路面完工后，要經(jīng)過(guò)28天的潮濕養(yǎng)生，才能開(kāi)放交通，如需提早開(kāi)放交通，那么需采取特殊措施。 4、修復(fù)困難，混凝土路面損壞后，開(kāi)挖很困難，修補(bǔ)工作量也大，且影響交通。水泥混凝土路面的構(gòu)造一、面層二、路基三、基層四、墊層一面層面板1.分類(lèi)：1普通混凝土亦稱(chēng)無(wú)筋混凝土或素混凝土路面 指除接縫區(qū)和局部范圍外均不配筋的水泥混凝土路面。這是目前應(yīng)用最為廣泛的一種面層類(lèi)型。2鋼筋混凝土路面 指為防止可能產(chǎn)生的

10、裂縫縫隙張開(kāi)，板內(nèi)配置縱、橫向鋼筋或鋼筋網(wǎng)的水泥混凝土路面。3碾壓混凝土路面 指水泥和水的用量較普通混凝土顯著減少的水泥混凝土混合料經(jīng)攤鋪、碾壓成型的水泥混凝土路面。4鋼纖維混凝土路面 指在混凝土中摻入鋼纖維的水泥混凝土路面。在混凝土中摻拌鋼纖維，可以提高混凝土的韌度和強(qiáng)度，減少其收縮量。由于鋼纖維混凝土的彎拉強(qiáng)度高于普通混凝土，因此它所需的面層厚度薄于普通混凝土面層。由于鋼纖維混凝土的造價(jià)高，因而主要用作設(shè)計(jì)標(biāo)高受到限制的舊混凝上路面上的加鋪層，或者用作復(fù)合式混凝土面層的上面層。5連續(xù)配筋混凝土路面 指沿縱向配置連續(xù)的鋼筋，除了在與其它路面交接處或鄰近構(gòu)造物處設(shè)置脹縫以及視施工需要設(shè)置施工縫

11、外，不設(shè)橫向縮縫的水泥混凝土路面。6復(fù)合式混凝土路面 指由兩層或兩層以上不同強(qiáng)度或不同類(lèi)型的混凝土復(fù)合而成的水泥混凝土路面。7水泥混凝土預(yù)制塊路面 面層由水泥混凝土預(yù)制塊鋪砌成的路面。 水泥混凝土路面一般為單層式的，其厚度須根據(jù)該路在使用期內(nèi)的交通性質(zhì)和交通量設(shè)計(jì)計(jì)算決定。 在計(jì)算確定混凝土面板所需厚度時(shí)，各級(jí)交通條件下的初估厚度其初估厚度查表。2.面板厚度二基層和墊層 對(duì)于混凝土面層下的基層，要求能提供均勻的支承，并且具有一定的剛度和耐沖刷能力。 唧泥、錯(cuò)臺(tái)和斷裂等病害是混凝土路面最常見(jiàn)的損壞形式，其原因是進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水份不能及時(shí)排出，反復(fù)沖刷而引起的。表 適宜各交通等級(jí)的基層類(lèi)型 交

12、通等級(jí) 基層類(lèi)型 特重交通 貧混凝土、碾亞混凝土或?yàn)r青混凝土 重交通 水泥穩(wěn)定粒料或?yàn)r青穩(wěn)定碎石 中等交通或輕交通 水泥穩(wěn)定粒料、石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料或級(jí)配粒料 基層各類(lèi)基層的適宜厚度 基層的寬度應(yīng)比混凝土面層每側(cè)至少寬300mm(小型機(jī)具施工)或500mm(軌道式攤鋪機(jī)施工)或650mm(滑模式攤鋪機(jī)施工)。水泥混凝土路面在下述情況下需在基層下設(shè)置墊層(1)季節(jié)性冰凍地區(qū)，路面總厚度小于最小防凍厚度時(shí)，差值以墊層厚度補(bǔ)足； (2)水文地質(zhì)條件不良的土質(zhì)路塹，路床土濕度較大時(shí)，宜設(shè)置排水墊層；(3)路基可能產(chǎn)生不均勻沉降時(shí)，可設(shè)半剛性墊層。 墊層寬度應(yīng)與路基同寬，最小厚度為15cm。 三接縫的構(gòu)

13、造與布置1.設(shè)置原因： 由于一年四季的氣溫變化，溫度坡差將促使面板向上或向下翹曲，混凝土面板會(huì)產(chǎn)生不同程度的膨脹和收縮，使板破壞。白天氣溫升高，混凝土板頂面溫度較底面為高，這種溫度坡差會(huì)形成板的中部隆起的趨勢(shì)。夜間氣溫降低，板頂面溫度較底面為低，會(huì)使板的周邊和角隅發(fā)生翹起的趨勢(shì)(圖2-6-1 a)。這些變形會(huì)受到板與根底之間的摩阻力和粘結(jié)力，以及板的自重車(chē)輪荷載等的約束，致使板內(nèi)產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力，造成板的斷裂(圖2-6-1 b)或拱脹等破壞。 圖2-6-1 混凝土由于溫度坡差引起的變形 a)周邊和角隅翹起；b)開(kāi)裂；c)由于均勻溫度下降使兩塊板體被拉開(kāi) 為防止這些缺陷，普通混凝土、鋼筋混凝土、碾

14、壓混凝土或鋼纖維混凝土面層板不得不在縱橫兩個(gè)方向設(shè)置許多接縫，把整個(gè)路面分割成許多矩形板塊。2.接縫分類(lèi)：(1)按作用的不同，接縫可分為縮縫、脹縫和施工縫三類(lèi)。(2)按布設(shè)位置分為縱縫與橫縫兩大類(lèi)。(3)按接縫構(gòu)造又可分為平縫、企口縫、傳力桿縫、真縫、假縫等等。 設(shè)置縱縫可控制路面板因翹曲應(yīng)力與荷載應(yīng)力共同作用產(chǎn)生不規(guī)那么的縱向開(kāi)裂縱 向 接 縫縱向接縫的布設(shè)應(yīng)視路面寬度和施工鋪筑寬度而定，具體如下：1一次鋪筑寬度小于路面寬度時(shí)，應(yīng)設(shè)置縱向施工縫?？v向施工縫采用平縫形式，上部應(yīng)鋸切槽口，深度為3040mm，寬度為38 mm，槽內(nèi)灌塞填縫料，構(gòu)造如以下圖。 縱 向 接 縫(2)一次鋪筑寬度大于4

15、.5 m時(shí)，應(yīng)設(shè)置縱向縮縫?？v向縮縫采用假縫形式，寬度為3-8 mm，鋸切的槽口深度視基層材料而異。采用粒料基層時(shí)，槽口深度應(yīng)為板厚的1/3；采用半剛性基層時(shí)，槽口深度應(yīng)為板厚的2/5。構(gòu)造如以下圖： 縱 向 接 縫3縱向接縫在板厚中央設(shè)置拉桿，拉桿應(yīng)采用螺紋鋼筋，并應(yīng)對(duì)拉桿中部100mm范圍內(nèi)進(jìn)行防銹處理。4拉桿的直徑、長(zhǎng)度和間距，可參照表2-6-5選用。5施工布設(shè)時(shí)，拉桿間距應(yīng)按橫向接縫的實(shí)際位置予以調(diào)整，最外側(cè)的拉桿距橫向接縫的距離不得小于100mm。 橫 向 接 縫 包括縮縫、脹縫和施工縫。設(shè)置縮縫的目的是誘導(dǎo)路面板的收縮變形沿縮縫展開(kāi)；形成規(guī)那么的接縫，而不致形成無(wú)序的不規(guī)那么裂縫。

16、橫向接縫和縱向接縫應(yīng)垂直相交，縱縫兩側(cè)的橫縫不得相互錯(cuò)位，具體內(nèi)容如下： 橫 向 縮 縫1橫向縮縫可等間距或變間距布置，采用假縫形式。特重和重交通公路、收費(fèi)廣場(chǎng)以及鄰近脹縫或自由端部的3條縮縫，應(yīng)采用設(shè)傳力桿假縫形式，其構(gòu)造如圖2-6-3 a)所示。其他情況可采用不設(shè)傳力桿假縫形式，其構(gòu)造如圖2-6-3 b)所示。 橫 向 縮 縫2橫向縮縫頂部應(yīng)鋸切槽口，深度為面層厚度的1/51/4，寬度為38 mm，槽內(nèi)填塞填縫料。高速公路的橫向縮縫槽口宜增設(shè)深20mm、寬610mm的淺槽口，其構(gòu)造如圖示。 左：真縫型縮縫 右：假縫型縮縫橫 向 脹 縫在鄰近橋梁或其他固定構(gòu)造物處或與其他道路相交處應(yīng)設(shè)置橫向

17、脹縫。設(shè)置的脹縫條數(shù)，視膨脹量大小而定。低溫澆筑混凝土面層或選用膨脹性高的集料時(shí)，宜酌情確定是否設(shè)置脹縫。脹縫的設(shè)置目的是為防止混凝土路面溫度升高時(shí)，面板縱向受約束，不能自由伸脹而產(chǎn)生附加壓屈應(yīng)力而設(shè)置的有一定寬度的接縫。橫 向 脹 縫脹縫寬20mm，縫內(nèi)設(shè)置填縫板和可滑動(dòng)的傳力桿。脹縫的構(gòu)造如下圖。橫 向 施 工 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。設(shè)在縮縫處的施工縫，應(yīng)采用加傳力桿的平縫形式，其構(gòu)造如下圖：橫 向 施 工 縫設(shè)在脹縫處的施工縫，其構(gòu)造與脹縫相同。遇有困難需設(shè)在縮縫之間時(shí)，施工縫采用設(shè)拉桿的企口縫形式，其構(gòu)造如下圖。橫 向

18、 接 縫傳力桿應(yīng)采用光面鋼筋。其尺寸和間距可按表2-6-6選用。最外側(cè)傳力桿距縱向接縫或自由邊的距離為150250mm。 交叉口接縫布設(shè)兩條道路正交時(shí)，各條道路的直道局部均保持本身縱縫的連貫，而相交路段內(nèi)各條道路的橫縫位置應(yīng)按相對(duì)道路的縱縫間距作相應(yīng)變動(dòng)，保證兩條道路的縱橫縫垂直相交，互不錯(cuò)位。交叉口接縫布設(shè) 兩條道路斜交時(shí)，主要道路的直道局部保持縱縫的連貫，而相交路段內(nèi)的橫縫位置應(yīng)按次要道路的縱縫間距作相應(yīng)變動(dòng)，保證與次要道路的縱縫相連接。相交道路彎道加寬局部的接縫布置，應(yīng)不出現(xiàn)或少出現(xiàn)錯(cuò)縫和銳角板。在次要道路彎道加寬段起終點(diǎn)斷面處的橫向接縫，應(yīng)采用脹縫形式。膨脹量大時(shí)，盤(pán)在直線段連續(xù)布置2

19、3條脹縫。 接縫填封材料 脹縫接縫板應(yīng)選用能適應(yīng)混凝土板膨脹收縮、施工時(shí)不變形、復(fù)原率高和耐久性好的材料。高速公路和一級(jí)公路宜選用泡沫橡膠板、瀝青纖維板。其他等級(jí)公路也可選用木材類(lèi)或纖維類(lèi)板。接縫填封材料接縫填縫料應(yīng)選用與混凝土接縫槽壁粘結(jié)力強(qiáng)、回彈性好、適應(yīng)混凝土板收縮、不溶于水、不滲水、高溫時(shí)不流淌、低溫時(shí)不脆裂、耐老化的材料。常用的填縫材料有聚氨酯焦油類(lèi)、氯丁橡膠類(lèi)、乳化瀝青類(lèi)、聚氯乙烯膠泥、瀝青橡膠類(lèi)、瀝青瑪蹄脂及橡膠嵌縫條等。高速公路、一級(jí)公路應(yīng)優(yōu)選使用樹(shù)脂類(lèi)、橡膠類(lèi)或改瀝青類(lèi)填縫材料，并宜在填縫料中參加耐老化劑。 縱縫真縫縱縫假縫傳力桿要求鋼筋布置要求混凝土路面墊層混凝土路面基層以

20、下設(shè)置墊層通常有三種情況。1剛性、半剛性基層的下臥過(guò)渡結(jié)構(gòu)層 假設(shè)采用貧泥凝土或各種半剛性材料作為混凝土路面的基層，直接鋪筑在壓實(shí)的土基之上，基層與土基剛度差異過(guò)大，土基的變形對(duì)基層反映極為敏感。在這種情況，應(yīng)在剛性或半剛性基層以下設(shè)墊層。墊層材料通常可用無(wú)結(jié)合料的級(jí)配粒料，在排水良好地段也可以采用水泥穩(wěn)定土或石灰穩(wěn)定土修筑墊層。 2結(jié)構(gòu)排水層 當(dāng)墊層主要用于結(jié)構(gòu)排水功能時(shí)，墊層多采用粒狀材料。材料的透水性應(yīng)滿(mǎn)足排水要求。由于墊層層位處于基層與土基之間的過(guò)渡層，因此排水墊層除必須滿(mǎn)足排水墊層的各項(xiàng)要求之外，也應(yīng)具備足夠的承載能力。 混凝土路面墊層3防凍層 在季節(jié)性冰凍地區(qū)修筑高速公路水泥混凝土

21、路面，應(yīng)保證路面結(jié)構(gòu)總厚度大于冰凍的影響范圍，確保路基土不受凍害。假設(shè)路面結(jié)構(gòu)總厚度缺乏要求的深度，那么應(yīng)采用墊層加厚補(bǔ)足。用于防凍的墊層材料應(yīng)采用隅溫性能良好的粒料，如爐渣等。防凍層也應(yīng)具備一定的承載能力。 墊層的厚度應(yīng)根據(jù)它在結(jié)構(gòu)中的功能來(lái)確定，以確保排水通暢、防止凍害和提高承載能力。墊層的最小厚度為15cm。墊層的厚度應(yīng)比基層每層至少寬出25cm，或與路基同寬?；炷谅访嬖O(shè)計(jì)的內(nèi)容與要求1、路基和基層設(shè)計(jì)：路基必須密實(shí)、均勻、穩(wěn)定；在路基為膨脹土或有冰凍作用時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)排水，并根據(jù)情況加設(shè)墊層，以保證路面具有足夠的防凍厚度；基層應(yīng)平整、鞏固，其頂面的當(dāng)量回彈模量不得小于規(guī)定數(shù)值。2、混疑土

22、材料組成設(shè)汁：選揮適宜的組成材料和配合比，以獲得高強(qiáng)、耐磨和抗凍的混凝土面板。3、路面板幾何尺寸設(shè)計(jì)：板厚和平面尺寸確實(shí)定，應(yīng)使行車(chē)荷載應(yīng)力和溫度翹曲應(yīng)力的綜合作用保持在混凝土彎拉強(qiáng)度的容許范圍內(nèi)。4、接縫和配筋設(shè)計(jì)：合理選擇接縫類(lèi)型、布置接縫位置，確定接縫構(gòu)造，以提高接縫的傳荷能力，在混凝土板的自由邊邊緣和角隅等應(yīng)力較大處，應(yīng)配置補(bǔ)強(qiáng)鋼筋，必要時(shí)，也可在板內(nèi)布設(shè)鋼筋間，以防止裂縫張開(kāi)。設(shè)計(jì)理論 水泥混凝土路面看作是彈性地基板，用彈性地基板理論進(jìn)行分析計(jì)算；設(shè)計(jì)路面時(shí)，路面板為防止車(chē)輪荷載重復(fù)作用和大氣溫度周期性變化的影響，必須使荷載應(yīng)力和溫度疲勞應(yīng)力之和與可靠度系數(shù)的乘積小于或接近于混凝土彎

23、拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，即：彈性地基板的應(yīng)力分析 混凝土路面板所承受的應(yīng)力有車(chē)輛荷載作用下的荷載應(yīng)力、溫度變化而板的伸縮和翹曲受阻所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力、混凝土硬化和濕度變化造成的收縮應(yīng)力、路基和基層的體積變化而引起的應(yīng)力等。路面板設(shè)計(jì)時(shí)，主要考慮荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力。 混凝土路面在荷載作用下產(chǎn)生約變形很小，混凝土面層的模量遠(yuǎn)大于其下面的基(墊)層和路基的模量，其間的摩阻力一般也不大：對(duì)混凝土路面進(jìn)行受力分析，可以采用以前介紹的彈性層狀體系理論，但鑒于混凝土路面的特性，通常采用彈性地基板理論分析路面板的應(yīng)力狀況。荷載應(yīng)力分析 理論分析說(shuō)明，不管用哪一種地基假設(shè)小撓度彈性薄板理論、文克勒地基板、彈性半空間體地基板

24、、半無(wú)限地基板地基強(qiáng)弱對(duì)板內(nèi)應(yīng)力影響不大。但結(jié)論的前提是：地基和路面板始終是完全接觸，共同變形。研究說(shuō)明，在荷載、板厚和使用年限相同時(shí)，剛度越小的基層，其塑性累計(jì)變形就越嚴(yán)重。板下根底出現(xiàn)塑性變形累計(jì)的結(jié)果，使面板局部失去支撐，車(chē)輛荷載應(yīng)力就增大，當(dāng)?shù)竭_(dá)和超過(guò)混凝土抗力時(shí)，路面板就會(huì)斷裂。因此，根底的強(qiáng)弱會(huì)影響路面的使用壽命。溫度應(yīng)力分析 水泥混凝土路面板內(nèi)不同深度處的溫度，隨氣溫而發(fā)生變化。這種變化使路面板出現(xiàn)脹縮變形和翹曲變形。當(dāng)變形受限制時(shí)，板內(nèi)便產(chǎn)生脹縮應(yīng)力和翹曲應(yīng)力。1脹縮應(yīng)力 由于溫度的變化導(dǎo)致混凝土面板上、中、下三個(gè)位置的膨脹和收縮大小不一致，產(chǎn)生的應(yīng)力大小也不一致，會(huì)產(chǎn)生收縮裂

25、縫。2翹曲應(yīng)力 由于混凝土板的導(dǎo)熱性能較差，當(dāng)氣溫變化時(shí)，使板頂和板底產(chǎn)生溫度差異，而脹縮變形的大小也就不同，引起板的翹曲。當(dāng)板頂溫度高于板底時(shí)，板的中部力圖隆起，而在受約束后板底將出現(xiàn)拉應(yīng)力；反之，當(dāng)板頂溫度低于板底時(shí)，那么板的四周會(huì)翹起，受到約束后板頂將承受拉應(yīng)力。水泥混凝土路面設(shè)計(jì)參數(shù)1、標(biāo)準(zhǔn)軸載與軸載換算公式(formula) 2、交通(traffic)分級(jí)(grade)3、設(shè)計(jì)使用年限與累計(jì)軸載作用次數(shù) 4、綜合影響系數(shù)(modulus)5、基層頂面的當(dāng)量回彈模量和計(jì)算回彈模量6、混凝土面板的設(shè)計(jì)強(qiáng)度和抗彎拉彈性(flexibility)模量7、混凝土面板內(nèi)最大溫度(temperat

26、ure)梯度(grads)水泥混凝土路面設(shè)計(jì)參數(shù)一、標(biāo)準(zhǔn)軸載與軸載換算 水泥混凝土路面設(shè)計(jì)以重100kN的單軸荷載作為標(biāo)淮軸載。其它不同軸型和軸重的車(chē)輛均通過(guò)換算，將軸載通行次數(shù)換算為標(biāo)準(zhǔn)軸載通行次數(shù)。 并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)軸裁的作用次數(shù)判斷道路的交通繁重程度。水泥混凝土路面的軸載換算公式是在很凝土疲勞方程的根底上建立的。但凡前、后軸載大于40KN的軸數(shù)均應(yīng)換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載。對(duì)于軸載小于或等于40KN的軸數(shù)，因?yàn)樗诨炷涟鍍?nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力很小引起的疲勞損傷也很輕微，因此可以略去不計(jì)。軸載換算二、交通分級(jí) 水泥混凝土路面承受的交通，按使用初期設(shè)計(jì)車(chē)道每日通過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)Ns劃分為四個(gè)等級(jí)，即特重交通、重

27、交通、中等交通、輕交通。具體分級(jí)如下表所示。三、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期(t) 路面的設(shè)計(jì)使用年限為路面到達(dá)預(yù)定損壞標(biāo)腔時(shí)所能使用的年限。超過(guò)此年限，路面并非完全破壞而不能使用，只是使用性能太差和運(yùn)行費(fèi)用過(guò)高。各國(guó)對(duì)水泥混凝土路面設(shè)計(jì)使用年限的規(guī)定為2040年不等，設(shè)計(jì)使用年限過(guò)長(zhǎng)那么交通難以預(yù)估準(zhǔn)確、初期投資也較高。按計(jì)算分橋的結(jié)果說(shuō)明少許增加路面板的厚度，可使路面壽命有較大的增長(zhǎng)，因此，規(guī)定較長(zhǎng)的使用年限，厚度增加并不多，從整個(gè)使用年限來(lái)看，經(jīng)濟(jì)上是合理的。據(jù)此我國(guó)設(shè)計(jì)方法規(guī)定：根據(jù)交通等級(jí)的差異，混凝土路面的使用年限為2030年，交通越繁重,設(shè)計(jì)使用年限越長(zhǎng),見(jiàn)下表所示。四、累計(jì)作用次數(shù)(Ne ) 設(shè)

28、計(jì)使用年限內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸載的累計(jì)作用次數(shù)與第一年的交通量、交通軸載組成和交通量的預(yù)測(cè)增長(zhǎng)情況等因素有關(guān)。同時(shí)應(yīng)對(duì)上述交通參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查、觀測(cè)與預(yù)測(cè)，然后根據(jù)所得到的交通資料，按公式計(jì)算確定設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)設(shè)計(jì)車(chē)道的標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)：五、混凝土路面基層頂面的當(dāng)量回彈模量值(Et)計(jì)算 我國(guó)混凝土路面設(shè)計(jì)方法采用半空間彈性均質(zhì)地基上的彈性藏板力學(xué)模型為根底。實(shí)際上混凝土面層板下的地基包括路基和根據(jù)需要設(shè)置的墊層與基層，其整體地基結(jié)構(gòu)為彈性多層體系。分析板內(nèi)荷載應(yīng)力時(shí)，應(yīng)將該多層體系換算為當(dāng)量半無(wú)限體，以其頂面的當(dāng)量回彈模量作為半無(wú)限地基的回彈模量值?；炷猎O(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度和彈性模量對(duì)照表 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，混凝

29、土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度以齡期28d的彎拉強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)，假設(shè)混凝土澆筑后90d內(nèi)不開(kāi)放交通時(shí)，可采用90d齡期彎拉強(qiáng)度。標(biāo)準(zhǔn)又提出，混凝土彎拉彈性模量如無(wú)條件測(cè)試，可按下表選用。或者按照下式由混凝土的彎拉強(qiáng)度，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系公式計(jì)算混凝土彎拉彈性模量。下表為各交通等級(jí)要求的混凝土設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度和彈性模量。六、荷載疲勞應(yīng)力計(jì)算(pr) 軸載作用于縱縫邊緣中部時(shí)，板內(nèi)產(chǎn)生的最大應(yīng)力可應(yīng)用有限元法進(jìn)行計(jì)算。綜合考慮了荷載反復(fù)作用的疲勞效應(yīng)，接縫傳荷能力對(duì)面板應(yīng)力分布的影響以及動(dòng)力效應(yīng)等其它因寒后，荷載疲勞應(yīng)力按以下公式計(jì)算確定：臨界荷載位置 為了簡(jiǎn)化計(jì)算工作，通常選取使路面板產(chǎn)生最大應(yīng)力、最大撓度或最大損壞的一個(gè)軸載

30、作用位置作為計(jì)算荷載疲勞應(yīng)力的臨界荷載位置。通過(guò)對(duì)幾種典型的路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了不同位置加載時(shí)的應(yīng)力分析和溫度應(yīng)力分析：考慮了車(chē)通分布橫斷面的輪跡分布頻率曲線；還考慮了各種縱橫接縫構(gòu)造傳力性能的影響等，經(jīng)過(guò)綜合比照分析，絕大多數(shù)情況下，在縱縫邊緣的中部受荷出現(xiàn)最不利狀態(tài)。因此，確定路面板縱縫邊緣的中部為臨界荷載位置，如下圖。七、混凝土板溫度應(yīng)力計(jì)算(tr)有關(guān)混凝土板的溫度梯度說(shuō)明 混凝土板頂面和底面的溫度差除以板的厚度，即為板的溫度梯度。在晴天混凝土板的溫度梯度經(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(shí)，在一年內(nèi)也呈現(xiàn)出周期性變化，最大值出現(xiàn)在5-7月份,最小值出現(xiàn)在1-2月份。 混凝土板內(nèi)的溫度狀況主要受氣溫和太陽(yáng)輻射熱等天氣因素的影響。通過(guò)在全國(guó)各地設(shè)立的混凝土路面溫度觀測(cè)站的觀測(cè)資料與當(dāng)?shù)貧庀筚Y料進(jìn)行相關(guān)分析建立了二者的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，再以全國(guó)56個(gè)氣象觀測(cè)站的氣象資料代入經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，得到了全國(guó)各自然區(qū)劃