水泥混凝土路面设计计算报告书.doc

目 录
1课程设计题目 2
2课程设计关键内容 2
3路面厚度计算 2
3.1 交通分析 2
3.2初拟路面结构 4
3.3路面材料参数确定 5
3.4 荷载疲惫应力 6
3.5温度疲惫应力 7
3.6验算初拟路面结构 8
4接缝设计 9
4.1纵向接缝 9
4.2横向接缝 9
5混凝土面板钢筋设计 10
5.1 边缘补强钢筋 10
5.2 角隅钢筋 10
6材料用量计算 11
6.1 面层 11
6.2 基层 12
6.3 垫层 12
7 施工方案及工艺 15

泥混凝土路面设计计算书
1课程设计题目
水泥混凝土路面设计：此为城市主干道三级公路，路基为粘质土，采取一般混凝土路面，路面宽24m，经交通调查得悉，设计车道使用早期轴载日作用次数为500。试设计该路面结构。
2课程设计关键内容
（1）结构组合设计；
（2）材料组成设计；
（3）混凝土板厚确实定；
（4）板平面尺寸确定；
（5）接缝设计；
（6）配筋设计；
（7）材料用量计算；
4路面厚度计算
4.1交通分析
依据《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTJ012一94)，不相同级公路路面结构设计安全等级及对应设计基准期、可靠度指标和目标可靠度查规范可知：
三级公路设计基准期为30年，安全等级为四级。
混凝土路面临界荷位车辆轮迹横向分部系数 表4-2
公 路 等 级
纵 缝 边 缘 处
高速公路、一级公路、二级公路
0.17~0.22
二级及二级以下公路
行车道宽＞7m
0.34~0.39
0.54~0.62
行车道宽≤7m
由表4-2知，临界荷位处车辆轮迹横向分布系数取0.35
已知交通量设计年限内年增加率：8%。
荷载累计作用次数为：
交通量相轴载大小是路面设计基础依据。伴随交通量增大，对路面使用性能和使用寿命要求对应提升。由此，在使用年限内对混凝土强度、面板厚度、基层类型和模量等方面提出了不一样技术要求。为了区分各项要求在程度上差异，按使用早期设计车道每日经过标准铀载作用次数，将水泥混凝土路面承受交通划分为特重、重、中等和轻四个等级，标准以下：
公路混凝土路面交通分级 表4-4
交通等级
特重
重
中等
轻
设计车道标准轴载累计作用次数
＞
100~
3~100
＜3
由表4-4可得该公路属于重交通等级。
4.2初拟路面结构
由上表4-1知，安全等级为四级道路对应变异水平等级为低级。
水泥混凝土面层厚度参考范围 表4-5
交通等级
特重
重
公路等级
高速
一级
二级
高速
一级
二级
变异水平等级
低
中
低
中
低
中
低
中
面层厚度（mm）
≥260
≥250
≥240
270~240
260~230
250~220

交通等级
中等
轻
公路等级
二级
三、四级
三、四级
三、四级
变异水平等级
高
中
高
中
高
中
面层厚度（mm）
240~210
230~200
220~200
≤230
≤220
依据三级公路、重交通等级和低级变异水平等级，由表4-5知，初拟一般混凝土面层厚度为220mm。
各类基层适宜交通等级和适宜厚度范围 表4-6
基层类型
厚度适宜范围（mm）
适宜交通等级
贫混凝土或碾压混凝土基层
120~200
特重交通
水泥稳定粒料基层
150~250
重交通
沥青混凝土基层
40~60
特重交通
沥青稳定碎石基层
80~100
重交通
石灰粉煤灰稳定粒料、级配粒料基层
150~200
中等或轻交通
多孔隙水泥稳定碎石排水基层
100~140
高速、一级、重交
沥青稳定碎石排水基层
80~100
高速、一级、重交
如上表4-6，基层可选择水泥稳定粒料类，厚180mm，垫层选择低剂量无机结合料稳定土，厚150mm。一般混凝土板平面尺寸宽4.5m、长5.0m；纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆假缝。
4.3路面材料参数确定
混凝土面板在行车荷载和温度改变等原因作用下，将产生压应力和弯拉应力。混凝土面板所受压应力和混凝土抗压强度相比很小，而所受弯拉应力和抗弯拉强度相比则大得多，可能造成混凝土面板开裂破坏。所以，在设计混凝土面板厚度时，应以弯拉强度为其设计标准。
混凝土强度随龄期而增加，通常以28日龄期强度为标准。各级交通要求混凝土设计弯拉强度不得低于表4-7要求。当90日内不开放交通时，则可采取90日龄期强度(为28日强度1.1倍)。
混凝土强度对路面使用寿命有重大影响，强度改变同路面许可标准铀载作用次数对数成正比。增加混凝土强度，能够大大延长路面使用寿命，取得十分显著经济效益。所以，应尽可能提升混凝土强度。结合中国材料情况和施工工艺水平，《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTJ012—94)要求了设计强度最低值。条件许可时，应尽可能采取高值，尤其是对于特重交通公路。

混凝土弯拉强度标准值 表4-7
交通等级
特重
重
中等
轻
水泥混凝土弯拉强度标准值（）
5.0
5.0
4.5
4.0
钢纤维混凝土弯拉强度标准值（）
6.0
6.0
5.5
5.0
混凝土弯拉弹性模量测试工作，很费时而又不易正确，且其数值改变对荷载应力计算结果影响不大。所以，在无条件测试时，直接采取表4-7所列数值，。

水泥混凝土弯拉弹性模量经验参考值 表4-8
弯拉强度（）
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
抗压强度（）
5.0
7.7
11.0
14.9
19.3
弯拉弹性模量（）
10
15
18
21
23

弯拉强度（）
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
抗压强度（）
24.2
19.7
35.8
41.8
48.4
弯拉弹性模量（）
25
27
29
31
33
按表4-8取一般混凝土面层弯拉弹性模量标准值为。

中湿路基路床顶面回弹模量经验参考值范围 表4-9
土组
公路自然区划
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
土质砂
26~42
40~50
39~50
35~60
50~60
黏质土
25~45
30~40
25~45
30~45
30~45
粉质土
22~46
32~54
30~50
27~43
30~45

垫层和基层材料回弹模量经验参考值范围 表4-10
材料类型
回弹模量（）

材料类型
回弹模量（）
中、粗砂
80~100
石灰粉煤灰稳定粒料
1300~1700
天然砂砾
150~200
水泥稳定粒料
1300~1700
未筛分碎石
180~220
沥青碎石（粗粒式，）
600~800
极配碎砾石
（垫层）
200~250
沥青混凝土
（粗粒式，）
800~1200
极配碎砾石
（基层）
250~350
沥青混凝土
（中粒式，）
1000~1400
石灰土
200~700
多孔隙水泥碎石
（水泥剂量9.5%~11%）
1300~1700
石灰粉煤灰土
600~900
多孔隙沥青碎石（，
沥青含量2.5%~3.5%）
600~800
按表4-9，路基土回弹模量取。按表4-10，低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量取，水泥稳定粒料基层回弹模量取。
则有：基层顶面当量回弹模量计算以下：

一般混凝土面层相对刚度半径按下式计算为

4.4 荷载疲惫应力
标准轴载在临界荷位处产生荷载应力计算为：

因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力应力折减系数为,故取。考虑设计基准期内荷载应力疲惫作用疲惫应力系数。
因为超出额定载重和载重在各侧车轮上分配不均匀性，在行驶过程中因路表不平整和车辆自振所引发变动，和路面结构厚度和材料性质变异等原因对路面疲惫损坏影响综合系数。其数值是参考中国外资料确定。

综合系数 表4-11
公路等级
高速公路
一级公路
二级公路
三、四级公路

1.30
1.25
1.20
1.10
依据公路等级和表4-11，考虑偏载和动载等原因对路面疲惫损坏影响综合系数为。
则荷载疲惫应力为

4.5温度疲惫应力
混凝土面板顶面和底面温度之差除以板厚度，即为板温度梯度。在晴天，混凝土面板温度梯度经历了由零经正最大(板顶高于板底)到零，再经负最大(板顶低于板底)后回到零周期性改变。
混凝土面板最大温度梯度计算值，可依据公路所在地公路自然区划按表4-12选择。

最大温度梯度标准值 表4-12
公路自然区划
Ⅱ、Ⅴ
Ⅲ
Ⅳ、Ⅵ
Ⅶ
最大温度梯度（）
83~88
90~95
86~92
93~98
由表4-12，Ⅱ区最大温度梯度为88（），板长为5m，
。
则当混凝土板厚度为时，查下图5-1可得。

图5-1 温度应力系数

则有最大温度梯度时混凝土板温度翘曲应力为

回归系数、和 表4-13
系数
公路自然区划
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
Ⅶ

0.828
0.855
0.841
0.871
0.837
0.834

0.041
0.041
0.058
0.071
0.038
0.052

1.323
1.355
1.323
1.287
1.382
1.270
温度疲惫应力系数，按下式计算，依据表4-13知，自然区划Ⅱ区中，，，，为

则温度疲惫应力为

4.6验算初拟路面结构
可靠度系数 表4-14
变异水平等级
目标可靠度（）
95
90
85
80
低
1.20~1.33
1.09~1.16
1.04~1.08
—
中
1.33~1.50
1.16~1.23
1.08~1.13
1.04~1.07
高
—
1.23~1.33
1.13~1.18
1.07~1.11
由表4-1知，三级公路安全等级为四级，对应于四级安全等级变异水平等级为低级，目标可靠度为。再据查得目标可靠度和安全等级，由表4-14知，可靠度系数为。则，

所以，所选一般混凝土面层厚度（）能够承受设计基准期内荷载应力和温度应力综合疲惫作用。
5接缝设计
为避免混凝土面层因为热胀冷缩而引发变形计破坏，在纵横两个方向设置很多接缝，且做成垂直正交，把整个路面分割成很多板块。
5.1纵向接缝
原定平面尺寸宽3.75米，长4米，则应在纵向设置施工缝，纵向接缝布设依据路面宽度和施工铺筑宽度而定。本段路面设计按一个车道施工，故采取拉杆平缝形式。接缝拉杆采取螺纹钢筋，设置在板厚中央，并对拉杆中部100mm范围内作防锈处理。拉杆直径、长度和间距查下表选择。接缝部署以下表5-1所表示：
拉杆直径、长度和间距(mm) 表5-1
面层厚度（mm)
到自由边或未设拉杆纵缝距离(m)
3.00
3.50
3.75
4.50
6.00
7.5
200~250
14×700×900
14×700×800
14×700×700
14×700×600
14×700×500
14×700×400
260~300
16×800×900
16×800×800
16×800×700
16×800×600
16×800×500
16×800×400
注：拉杆直径、长度和间距数字为直径×长度×间距。
缝上部锯切槽口，深度为，宽度为，槽内灌塞填缝料。
5.2横向接缝
每日施工结束或因临时原因中止施工时，必需设置横向施工缝，其位置应尽可能选在缩缝或胀缝处。且因为本路属于重交通等级，故施工缝采取加传力杆平缝形式。横向缩缝采取假缝等间距设置。缝上部锯切槽口，深度为，宽度为，槽内灌塞填缝料。
传力杆采取光圆钢筋，其尺寸和间距依据表5-2可选择传力杆直径为，长度为400mm，间距为。最外侧传力杆距纵向接缝或自由边距离为。
传力杆尺寸和间距（mm） 表5-2
面层厚度（mm）
传力杆直径
传力杆最小长度
传力杆最大间距
220
28
400
300
240
30
400
300
260
32
450
300
280
35
450
300
300
38
500
300

6混凝土面板钢筋设计
混凝土面板纵横自由边边缘下基础，当有可能产生较大塑性变形时，宜在板边缘加设边缘补强钢筋，角隅加设发针形钢筋或钢筋网。
6.1边缘补强钢筋
混凝土面板边缘部分补强，选择根螺纹钢筋，部署在板下部，距板底约为板厚即，间距为，钢筋两端应向上弯起，钢筋保护层厚度为。
6.2角隅钢筋
角隅补强部分补强，选择根直径为螺纹钢，部署在板上部，距板顶wa，距板边为，钢筋保护层厚度为。
7材料用量计算
7.1 面层
面层工程量表关键包含：①面板混凝土数量；②接缝数量表；③接缝钢筋数量④角隅等处钢筋数量，计算结果见表7.1。取长度1000m为计算标准。
基层工程数量表 表7-1
材料
一般混凝土面板
长度（m）
1000
宽度（m）
20.5
厚度（cm）
25
体积（）

混凝土面板数量（m）

接缝数量表（个）
横缝

纵缝

接缝钢筋数量（kg）
横缝传力杆

纵缝拉杆

边缘补强钢筋

水泥用量（kg）

砂和碎石（kg）

钢筋用量（kg）

7.2 基层
W/C通常为0.3，水泥用量为。粗集料使用连续级配，集料最大粒径通常为15 mm。细浆料含砂率超出25%。利用粉煤灰掺量为30%。基层工程数量表涵盖了基层长度，宽度，厚度等部分基础数据，为概预算设计作铺垫。基层拟采取小型机具施工，依据规范知基层宽度应比混凝土面层每侧最少宽出250mm，取为0.30m，计算结果见表7.2所表示。
基层工程数量表 表7-2
材料
碾压混凝土基层
长度（m）
1000
宽度（m）
10.5+20.30=11.1
厚度（m）
0.18
体积（）

水泥用量（kg）

砂和碎石（kg）

粉煤灰（kg）

7.3 垫层
垫层工程量表内容和基层差不多，垫层拟采取小型机具施工，垫层宽度比基层每侧宽出250mm，取为0.25m，具体内容见表7.3所表示。
垫层工程数量表 表7-3
材料
石灰粉煤灰稳定粒料垫层
长度（m）
1000
宽度（m）
10.1+20.30+20.30=11.6
厚度（m）
0.15
体积（）

砂和碎石（kg）

粉煤灰（kg）

石灰（kg）

7.施工方案及工艺
1、基层准备及放样：将基层上杂物及浮土清除洁净，并复核基层标高、坡度及平整度，达成施工规范标准。然后恢复中线，每10m一桩，放出边桩，再拉出混凝土路面边桩，测量标高，在桩上标出路面设计标线位置。
　2、模板安装：依据路面标高线安装混凝土路面边模，模板安装好，再测量模板顶面标高，依据测量标高再调整模板。调整后，再测量模板顶标高，如不符合要求，再调整，直至满足施工规范要求。
　3、检验并调试拌和机及其它机械设备性能，做好施工前准备工作。
　4、确定混凝土施工配合比：测定现场集料含水量，依据集料含水量调整混凝土设计配合比，确定施工配合比，依据配合比，调整拌和机设定参数，使之符合混凝土施工规范要求。因混凝土路面质量很大重度上取决于混凝土质量，所以，混凝土配合比一定按规范要求严格控制，使新拌混凝土符合设计及规范要求。
　5、拌和料运输：因运输距离很近，拌和料运输采取5 m3翻斗车运输，考虑到施工季节气温关系，拌和料在保湿上应注意。
　6、混凝土摊铺：摊铺时，用人工配合挖掘机摊铺混凝土拌和料。每次摊铺一个车道宽，在摊铺前，检验模板标高，并使基层顶面保持湿润、清洁，确保混凝土面层和基层良好结合。粗平后，用振动梁震捣，然后人工拉毛、压缝。依据砂浆厚度、气温情况、初凝时间掌握好拉毛、压缝时间。拉毛要求整齐，不起毛为度，压缝要求整齐，且满足结构缝深度要求。
　7、养生：采取湿润法养生，养生时间不少于14天。养生在压缝后紧接着进行，用湿草帘或麻袋等覆盖在混凝土板表面，天天洒水喷湿3-5次，保持湿润。
　8、切缝：在养生期间，混凝土震捣8小时左右进行切缝。切缝标准为：先横缝，后纵缝；先大块，再小块。切缝后，立即把湿草帘或麻袋还原，继续进行养生。
　9、模板拆除：模板在浇筑混凝土20h内拆除。拆模时，不应损坏混凝土板和模板。