公路設計-水泥混凝土路面設計

第一節(jié)設計內容與設計參數(shù)

公路水泥混凝土路面設計規(guī)范（JTGD40-2002）一、混凝土路面的設計內容

1、可靠度設計標準

2、變異系數(shù)

3、疲勞斷裂

4、標準軸載

5、交通分級

6、彎拉強度

7、防凍厚度

8、溫度梯度二、設計依據(jù)

混凝土路面的設計內容1．路基和基(墊)層的結構組合設計；

2．混凝土面板的平面尺寸確定和板厚計算；

3．接縫設計；

4．配筋設計；

5．混凝土的材料組成設計。

可靠度設計標準各級公路水泥混凝土路面結構的設計安全等級及相應的設計基準期、目標可靠指標和目標可靠度,應符合表1的規(guī)定。各安全等級路面的材料性能和結構尺寸參數(shù)的變異水平等級,宜按表1的建議選用?？煽慷仍O計標準（表1）公路等級技術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計基準期a30302020目標可靠度%95908580目標可靠指標1.641.281.040.84變異水平指標低低~中中中~高幾個概念的理解1、設計基準期：計算路面結構可靠度時，考慮各項基本度量與時間關系所取用的基準時間。2、目標可靠指標：作為設計依據(jù)的可靠指標。3、目標可靠度：作為設計依據(jù)的可靠度。

變異系數(shù)2、材料性能和結構尺寸參數(shù)的變異水平分為低、中和高三級。各變異水平等級主要設計參數(shù)的變異系數(shù)變化范圍,應符合表2的規(guī)定。變異系數(shù)的變化范圍

變異水平等級低中高水泥砼彎拉強度、彎拉彈性模量cv<0.100.10<cv<0.150.15<cv<0.20基層頂面當量回彈模量cv<0.250.25<cv<0.350.35<cv<0.55水泥混凝土面層厚度cv<0.040.04<cv<0.060.06<cv<0.08

疲勞斷裂水泥混凝土路面結構設計以行車荷載和溫度梯度綜合作用產生的疲勞斷裂作為設計的極限狀態(tài)。γr(δpr+δtr)<frγr--可靠度系數(shù),依據(jù)所選目標可靠度及變異水平等級按表3.03確定;δpr--行車荷載疲勞應力(MPa),δtr--溫度梯度疲勞應力(BFa),fr--水泥混凝土彎拉強度標準值(MPa)

標準軸載水泥混凝土路面結構設計以100KN單軸-雙輪組荷載作為標準軸載。不同軸-輪型和軸載的作用次數(shù),按式換算為標準軸載的作用次數(shù)。

NS=ΣδiNi(Pi/100)16NS

--100KN

的單軸-雙輪組標準軸載的作用次數(shù);Pi

--單軸-單輪、單軸-雙輪組、雙軸-雙輪組或三軸-雙輪組軸型i級軸載的總重(KN);Ni--各類軸型i級軸載的作用次數(shù);δi--軸-輪型系數(shù),單軸-雙輪組時,δi=1;單軸-單輪時,雙軸-雙輪組時,三軸-雙輪組時分別計算.

交通分級水泥混凝土路面所承受的軸載作用,按設計基準期內設計車道所承受的標準軸載累計作用次數(shù)分為4級,分級范圍如表

Ne的計算見教材公式2-8-4（P323)交通等級特重重中等輕設計車道標準軸載累計作用次數(shù)Ne（104）>2000100~20003~100<3

彎拉強度水泥混凝土的強度以28d齡期的彎拉強度控制。當混凝土澆筑后90d內不開放交通肘,可采用90d齡期的彎拉強度。各交通等級要求的混凝土彎拉強度標準值不得低于表的規(guī)定。

交通等級特重重中等輕水泥砼的彎拉強度標準值（MPa)5.05.04.54.0鋼纖維砼的彎拉強度標準值（MPa)6.06.05.55.0

防凍厚度、溫度梯度

防凍厚度：在季節(jié)性冰凍地區(qū),路面的總厚度不應小于規(guī)范規(guī)定的最小防凍厚度。溫度梯度：水泥混凝土面層的最大溫度梯度標準值Tg,可按照公路所在地的公路自然區(qū)劃按表2-8-6（見教材P326)選用。12-2混泥土路面結構層組合設計道橋系二○○七年五月第二節(jié)混泥土路面結構層組合設計一、提問引入：水泥混凝土路面的設計內容是什么？二、本節(jié)內容1、路基2、墊層3、基層4、面層5、路肩6、路面排水

路基

1、路基應穩(wěn)定、密實、均質,對路面結構提供均勻的支承。

2、高液限粘土及含有機質細粒土,不能用做高速公路和一級公路的路床填料或二級和二級以上公路的上路床填料;高液限粉土及塑性指數(shù)大于16或膨脹率大于3%的低液限粘土,不能用做高速公路和一級公路的上路床填料。因條件限制而必須采用上述土做填料時,應摻加石灰或水泥等結合料進行改善。3、地下水位高時,宜提高路堤設計標高。在設計標高受限制,未能達到中濕狀態(tài)的路基臨界高度時,應選用粗粒土或低劑量石灰或水泥穩(wěn)定細粒土做路床或上路床填料;未能達到潮濕狀態(tài)的路基臨界高度時,除采用上述填料措施外,還應采取在邊溝下設置排水滲溝等降低地下水位的措施。4、路基壓實度應符合《公路路基設計規(guī)范》要求。多雨潮濕地區(qū),對于高液限士及塑性指數(shù)大于16或膨脹率大于3%的低液限粘土,宜采用由輕型壓實標準確定的壓實度,并在含水量略大于其最佳含水量時壓實。5、巖石或填石路床頂面應鋪設整平層。整平層可采用未篩分碎石和石屑或低劑量水泥穩(wěn)定粒料,其厚度視路床頂面不平整程度而定,一般為100~150mm

墊層遇有下述情況時,需在基層下設置墊層:1、季節(jié)性冰凍地區(qū),路面總厚度小于最小防凍厚度要求時,其差值應以墊層厚度補足。

2、水文地質條件不良的土質路塹,路床土濕度較大時,宜設置排水墊層。

3、路基可能產生不均勻沉降或不均勻變形時,可加設半剛性墊層。4、墊層的寬度應與路基同寬,其最小厚度為150mm。5、防凍墊層和排水墊層宜采用砂、砂礫等顆粒材料。半剛性墊層可采用低劑量無機結合料穩(wěn)定粒料或土。

基層1、控制唧泥

2、控制冰凍作用一、基層的作用3、改善排水

4、控制收縮和膨脹

5、便于施工二、基層在設計時的相關要求

基層1、基層應具有足夠的抗沖刷能力和一定的剛度。

2、基層類型宜依照交通等級按表1選用?；炷令A制塊面層應采用水泥穩(wěn)定粒料基層。

3、濕潤和多雨地區(qū),路基為低透水性細粒土的高速公路和一級公路或者承受特重或重交通的二級公路,宜采用排水基層。排水基層可選用多孔隙的開級配水泥穩(wěn)定碎石、瀝青穩(wěn)定碎石或碎石,其孔隙率約為20%。

基層4、基層的寬度應比混凝土面層每側至少寬出300mm(采用小型機具施工時)或500mm(軌模式攤鋪機施工時)或650mm(滑模式攤鋪機施工時)口路肩采用混凝土面層,其厚度與行車道面層相同時,基層寬度宜與路基同寬。級配粒料基層的寬度也宜與路基同寬。各類基層厚度的適宜范圍見表2

。5、碾壓混凝土基層應設置與混凝土面層相對應的接縫。貧混凝土基層在其彎拉強度超過1.8MPa時,應設置與混凝土面層相對應的橫向縮縫;一次攤鋪寬度大于7.5m時,應設置縱向縮縫。6、基層下未設墊層,上路床為細粒土、粘土質砂或級配不良砂(承受特重或重交通時),或者為細粒土(承受中等交通時),應在基層下設置底基層。底基層可采用級配粒料、水泥穩(wěn)定粒料或石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料,厚度一般為200mm。排水基層下應設置由水泥穩(wěn)定粒料或者密級配粒料組成的不透水底基層,厚度一般為200mm

。底基層頂面宜鋪設瀝青封層或防水土工織物。交通等級基層類型特重交通貧砼、碾壓砼或瀝青砼基層重交通水泥穩(wěn)定粒料或瀝青穩(wěn)定碎石基層中等或輕交通水泥穩(wěn)定粒料、石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料或級配粒料基層表1基層類型厚度適宜的范圍*（mm)貧砼、碾壓砼基層120~200水泥穩(wěn)定粒料或石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料基層150~250瀝青混凝土基層40~60瀝青穩(wěn)定碎石基層80~100多孔隙水泥穩(wěn)定碎石排水基層100~140瀝青穩(wěn)定碎石排水基層80~100級配粒料基層150~200表2各類基層厚度的適宜范圍面層一、面層的類型二、面層設計的要求一、面層的幾種類型1、有接縫的普通混凝土路面有或無傳力桿的橫縫有或無傳力桿的橫縫有拉桿的縱縫2、有接縫的鋼筋混凝土路面鋼絲網連續(xù)配筋3、連續(xù)配筋混凝土路面4、預應力混凝土路面鋼筋絲

面層1、水泥混凝土面層應具有足夠的強度、耐久性,表面抗滑、耐磨、平整。2、面層一般采用設接縫的普通混凝土;面層板的平面尺寸較大或形狀不規(guī)則,路面結構下埋有地下設施,高填方、軟土地基、填挖交界段的路基等有可能產生不均勻沉降時,應采用設置接縫的鋼筋混凝土面層。其他面層類型可根據(jù)適用條件按規(guī)范取用。3、普通混凝土、鋼筋混凝土、碾壓混凝土或鋼纖維混凝土面層板一般采用矩形。其縱向和橫向接縫應垂直相交,縱縫兩側的橫縫不得相互錯位。4、縱向接縫的問距按路面寬度在3.O~4.5m范圍內確定。碾壓混凝土、鋼纖維混凝土面層在全幅攤鋪時,可不設縱向縮縫。

5、橫向接縫的問距按面層類型和厚度選定:

A、普通混凝土面層一般為4~6米,面層板

的長寬比不宜超過1.30,平面尺寸不宜

大于25m2

;B、碾壓混凝土或鋼纖維棍凝土面層一般為

6~l0m。

C、鋼筋混凝土面層一般為6~15m。6、普通混凝土、鋼筋混凝土、碾壓混凝土或連續(xù)配筋混凝土面層所需的厚度,可參照規(guī)范的要求取值

面層7、鋼纖維混凝土面層的厚度按鋼纖維摻量確定,鋼纖維體積率為0.6%~1.0%時,其厚度為普通混凝土面層厚度的0.65~075倍。特重或重交通時,其最小厚度為160mm;中等或輕交通時,其最小厚度為140mm。8、復合式路面瀝青上面層的厚度一般為25~80mm。9、除混凝土預制塊面層外,各種混凝土面層的計算厚度應滿足規(guī)范要求。面層設計厚度依計算厚度按l0mm向上取整。

面層10、路面表面構造應采用刻槽、壓槽、拉槽或拉毛等方法制作。構造深度在使用初期應滿足規(guī)范的要求。11、混凝土預制塊可采用異形塊或矩形塊。預制塊的長度為200~250mm

,寬度為100~125mm,長寬比通常為2:10預制塊的厚度為100~120mn

。預制塊下穩(wěn)平層的厚度為30~50mm。

面層

路肩1、路肩鋪面結構應具有一定的承載能力,其結構層組合和材料選用應與行車道路面相協(xié)調,并保證進入路面結構中的水的排除。2、路肩鋪面可選用水泥混凝土面層或瀝青面層。3、路肩水泥混凝土面層的厚度通常采用與行車道面層等厚,其基層宜與行車道基層相同。選用薄面層時,其厚度不宜小于150mm,基層應采用開級配粒料。4、路肩瀝青面層宜選用密實型瀝青混合料口其基層可選用無機結合料穩(wěn)定粒料或級配粒料。行車道路面結構不設內部排水設施時,瀝青面層和不透水基層的總厚度不宜超過行車道面層的厚度,基層下應選用透水性粒料填筑。

路面排水

1、行車道路面應設置雙向或單向橫坡,坡度為1%~2%。路肩鋪面的橫向坡度值宜比行車道路面的橫坡值大1%~2%。2、行車道路面結構設置排水基層或墊層時,應在排水基層或墊層外側邊緣設置縱向集水溝和帶孔集水管,并間隔50~1100mm設置橫向排水管。3、排水基層的縱向邊緣集水溝,路肩采用水泥混凝土面層時,可設在路肩下或路肩外側邊緣內;路肩采用瀝青面層時,可設在路肩內側邊緣內。排水墊層的縱向邊緣集水溝設在路床邊緣。

路面排水4、帶孔集水管的孔徑通常采用100~150m。集水溝的寬度通常采用跚跚。集水溝的深度應能保證集水管管頂?shù)陀谂潘畬拥酌?并有足夠厚度的回填料使集水管不被施工機械壓裂口溝內回填料宜采用與排水基層或墊層相同的透水性材料,或者不含細料的碎石或礫石粒料?；靥盍吓c溝壁間應鋪設元紡反濾織物。