第十六章-水泥混凝土路面.pptx

路基路面工程16-116-1 概述概述P453-458 P453-458 P453-458 P453-458 一、结构特征一、结构特征面板具有弹性板的变形特性面板具有弹性板的变形特性面板有板体弯析破坏的破坏特征面板有板体弯析破坏的破坏特征 下部结构基本上工作在弹性范围下部结构基本上工作在弹性范围 面板与基层之间的摩擦力小面板与基层之间的摩擦力小 上级 上页 下页路基路面工程16-116-1 概述概述P453-458 P453-458 P453-458 P453-458 二、结构设计内容二、结构设计内容路面结构层组合设计路面结构层组合设计混凝土面板厚度设计混凝土面板厚度设计混凝土面板的平面尺寸与接缝设计混凝土面板的平面尺寸与接缝设计路肩设计路肩设计混凝土路面的钢筋配筋设计混凝土路面的钢筋配筋设计上级 上页 下页路基路面工程16-116-1 概述概述P453-458 P453-458 P453-458 P453-458 三、结构设计原则三、结构设计原则三、结构设计原则三、结构设计原则根据使用要求及气候、水文、土质等自然因素，根据使用要求及气候、水文、土质等自然因素，根据使用要求及气候、水文、土质等自然因素，根据使用要求及气候、水文、土质等自然因素，密切结合本地区实践经验；密切结合本地区实践经验；密切结合本地区实践经验；密切结合本地区实践经验；遵循因地制宜、合理选材、方便施工、利于养遵循因地制宜、合理选材、方便施工、利于养遵循因地制宜、合理选材、方便施工、利于养遵循因地制宜、合理选材、方便施工、利于养护、节约投资；护、节约投资；护、节约投资；护、节约投资；积极推广成熟的科研成果；积极推广成熟的科研成果；积极推广成熟的科研成果；积极推广成熟的科研成果；注意环境保护；注意环境保护；注意环境保护；注意环境保护；尽可能机械化、工程化；尽可能机械化、工程化；尽可能机械化、工程化；尽可能机械化、工程化；处理好地基不良地段。处理好地基不良地段。处理好地基不良地段。处理好地基不良地段。上级 上页 下页路基路面工程16-116-1 概述概述P453-458 P453-458 P453-458 P453-458 四、设计理论与方法四、设计理论与方法世界各国：世界各国：以以弹性地基板弹性地基板的的荷载应力荷载应力、温度应力温度应力分析分析方法为基本理论，以混凝土路面板的方法为基本理论，以混凝土路面板的弯拉弯拉应力应力作为极限状态和设计控制指标。作为极限状态和设计控制指标。上级 上页 下页路基路面工程16-116-1 概述概述P453-458 P453-458 P453-458 P453-458 公路水泥混凝土路面设计规范公路水泥混凝土路面设计规范JTG D40-2002:以以弹性半空间地基有限大矩形板弹性半空间地基有限大矩形板模型为基模型为基础，以础，以100KN单轴双轮单轴双轮标准轴载作用于矩标准轴载作用于矩形板形板纵向边缘中部纵向边缘中部产生的产生的最大荷载应力最大荷载应力控控制设计。制设计。上级 上页 下页路基路面工程16-116-1 概述概述P453-458 P453-458 P453-458 P453-458 五、混凝土路面交通等级五、混凝土路面交通等级五、混凝土路面交通等级五、混凝土路面交通等级1.1.设计基准期设计基准期设计基准期设计基准期上级 上页 下页公路技术等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路设计基准期（a）303020202.2.轴载当量换算轴载当量换算轴载当量换算轴载当量换算路基路面工程16-116-1 概述概述P453-458 P453-458 P453-458 P453-458 上级 上页 下页3.3.轴载分析轴载分析轴载分析轴载分析交通量车道分布系数交通量车道分布系数交通量车道分布系数交通量车道分布系数单向车道数1234及4车道分布系数1.00.8-1.00.6-0.80.5-0.754.4.标准轴载累计当量作用次数标准轴载累计当量作用次数标准轴载累计当量作用次数标准轴载累计当量作用次数路基路面工程16-116-1 概述概述P453-458 P453-458 上级 上页 下页交通等级特重重中等轻设计车道标准轴载累计作用次数Ne（104）2000100200031003交通分级交通分级交通分级交通分级5.5.交通等级划分交通等级划分交通等级划分交通等级划分公路等级纵缝边缘处高速公路、一级公路0.17-0.22二级、二级以下公路行车道宽7m0.34-0.39行车道宽Mr MtMr 轮外弯矩：轮外弯矩：轮外弯矩：轮外弯矩：路基路面工程16-316-3 水泥砼路面应力分析水泥砼路面应力分析P460-471 P460-471 P460-471 P460-471 上级 上页 下页对称多轮载对称多轮载对称多轮载对称多轮载:求解方法：求解方法：求解方法：求解方法：以一组轮子为主轮，按圆以一组轮子为主轮，按圆以一组轮子为主轮，按圆以一组轮子为主轮，按圆形均布荷载计算板中最大形均布荷载计算板中最大形均布荷载计算板中最大形均布荷载计算板中最大弯矩；其它轮子按集中荷弯矩；其它轮子按集中荷弯矩；其它轮子按集中荷弯矩；其它轮子按集中荷载计算其在主轮轮迹中心载计算其在主轮轮迹中心载计算其在主轮轮迹中心载计算其在主轮轮迹中心下成熟的附加弯矩和切向下成熟的附加弯矩和切向下成熟的附加弯矩和切向下成熟的附加弯矩和切向弯矩，然后转换为弯矩，然后转换为弯矩，然后转换为弯矩，然后转换为x x和和和和y y向向向向弯矩后叠加。弯矩后叠加。弯矩后叠加。弯矩后叠加。路基路面工程16-316-3 水泥砼路面应力分析水泥砼路面应力分析P460-471 P460-471 P460-471 P460-471 上级 上页 下页叠加多轮载叠加多轮载叠加多轮载叠加多轮载:路基路面工程16-316-3 水泥砼路面应力分析水泥砼路面应力分析P460-471 P460-471 P460-471 P460-471 三、弹性地基板的有限元解三、弹性地基板的有限元解三、弹性地基板的有限元解三、弹性地基板的有限元解上级 上页 下页u对对于于弹弹性性半半空空间间体体地地基基上上有有限限尺尺寸寸矩矩形形板板的的板板中中、板板边边和和板板角角作作用用车车轮轮荷荷载载时时，求求解解相相应应位位置置的的挠挠度度和和弯弯矩矩在在数数学学上上遇遇到到很很大大困困难难。而而有有限限元元方方法法是是结结构构和和连连续续介介质质应应力力分分析中的一种较有效的计算方法。析中的一种较有效的计算方法。u现现行行公公路路水水泥泥混混凝凝土土路路面面设设计计规规范范（JTJ01294）用用有有限限元元法法分分析析了了荷荷载载作作用用下下板板的的极极限限应应力力值值，由由此此给给出出了应力计算诺漠图。了应力计算诺漠图。以弹性半空间地基上度剪板理论为力学模型，用有限元方法以弹性半空间地基上度剪板理论为力学模型，用有限元方法计算载荷应力和疲劳强度设计法计算载荷应力和疲劳强度设计法 路基路面工程16-316-3 水泥砼路面应力分析水泥砼路面应力分析P460-471 P460-471 P460-471 P460-471 1.1.特点：特点：特点：特点：可分析不规则板可分析不规则板可分析不规则板可分析不规则板(发交叉口的梯形板、三角板、发交叉口的梯形板、三角板、发交叉口的梯形板、三角板、发交叉口的梯形板、三角板、缺口板缺口板缺口板缺口板)可计算有限尺寸的板（使得板边、板角的分析可计算有限尺寸的板（使得板边、板角的分析可计算有限尺寸的板（使得板边、板角的分析可计算有限尺寸的板（使得板边、板角的分析成为可能）成为可能）成为可能）成为可能）可考虑各种实际的边界约束和支承状况（如传可考虑各种实际的边界约束和支承状况（如传可考虑各种实际的边界约束和支承状况（如传可考虑各种实际的边界约束和支承状况（如传力捍、脱空等，非均匀支承）力捍、脱空等，非均匀支承）力捍、脱空等，非均匀支承）力捍、脱空等，非均匀支承）可分析各种荷位和载荷组合（找到最荷位及荷可分析各种荷位和载荷组合（找到最荷位及荷可分析各种荷位和载荷组合（找到最荷位及荷可分析各种荷位和载荷组合（找到最荷位及荷载组合）载组合）载组合）载组合）上级 上页 下页路基路面工程16-316-3 水泥砼路面应力分析水泥砼路面应力分析P460-471 P460-471 P460-471 P460-471 2.2.临界荷位的确定临界荷位的确定临界荷位的确定临界荷位的确定双轮组作用于纵缝边缘中间（且假定横缝无传双轮组作用于纵缝边缘中间（且假定横缝无传双轮组作用于纵缝边缘中间（且假定横缝无传双轮组作用于纵缝边缘中间（且假定横缝无传载能力）载能力）载能力）载能力）轴载作用于板中（比双轮组作用于板中要大）轴载作用于板中（比双轮组作用于板中要大）轴载作用于板中（比双轮组作用于板中要大）轴载作用于板中（比双轮组作用于板中要大）上级 上页 下页规范规定：规范规定：规范规定：规范规定：以双轮以双轮以双轮以双轮组作用于纵缝边缘组作用于纵缝边缘组作用于纵缝边缘组作用于纵缝边缘中部为设计荷位。中部为设计荷位。中部为设计荷位。中部为设计荷位。路基路面工程16-316-3 水泥砼路面应力分析水泥砼路面应力分析P460-471 P460-471 P460-471 P460-471 3.3.求解法求解法求解法求解法查诺莫图查诺莫图查诺莫图查诺莫图计算机有限元程序计算计算机有限元程序计算计算机有限元程序计算计算机有限元程序计算上级 上页 下页路基路面工程16-316-3 水泥砼路面应力分析水泥砼路面应力分析P460-471 P460-471 P460-471 P460-471 四、温度应力四、温度应力四、温度应力四、温度应力1.1.1.1.胀缩应力胀缩应力胀缩应力胀缩应力1)1)1)1)膨胀：膨胀：膨胀：膨胀：当气温缓慢变化时，板内温度均匀升降，当气温缓慢变化时，板内温度均匀升降，当气温缓慢变化时，板内温度均匀升降，当气温缓慢变化时，板内温度均匀升降，则面板沿断面的深度均匀胀缩。由于板与基层之则面板沿断面的深度均匀胀缩。由于板与基层之则面板沿断面的深度均匀胀缩。由于板与基层之则面板沿断面的深度均匀胀缩。由于板与基层之间的摩阻约束，在温度升降时板中部不能移动，间的摩阻约束，在温度升降时板中部不能移动，间的摩阻约束，在温度升降时板中部不能移动，间的摩阻约束，在温度升降时板中部不能移动，得面板胀缩完全受阻时所产生的应力为：得面板胀缩完全受阻时所产生的应力为：得面板胀缩完全受阻时所产生的应力为：得面板胀缩完全受阻时所产生的应力为：上级 上页 下页对于板边缘中部或窄长板对于板边缘中部或窄长板对于板边缘中部或窄长板对于板边缘中部或窄长板 ：路基路面工程16-316-3 水泥砼路面应力分析水泥砼路面应力分析P460-471 P460-471 P460-471 P460-471 2)2)2)2)收缩：收缩：收缩：收缩：板划分为有限尺寸块后，因收缩而产生的板划分为有限尺寸块后，因收缩而产生的板划分为有限尺寸块后，因收缩而产生的板划分为有限尺寸块后，因收缩而产生的应力很小，可不予考虑。应力很小，可不予考虑。应力很小，可不予考虑。应力很小，可不予考虑。2.2.2.2.翘曲应力翘曲应力翘曲应力翘曲应力产生原因：产生原因：产生原因：产生原因：由由由由于于于于板板板板的的的的自自自自重重重重、地地地地基基基基反反反反力力力力和和和和相相相相邻邻邻邻板板板板的的的的钳钳钳钳制制制制作作作作用用用用，使使使使部部部部分分分分翘翘翘翘曲曲曲曲变变变变形形形形受受受受阻阻阻阻，从从从从而而而而使使使使板板板板内内内内产产产产生生生生翘翘翘翘曲曲曲曲应应应应力。力。力。力。由由由由气气气气温温温温升升升升高高高高引引引引起起起起的的的的板板板板中中中中部部部部隆隆隆隆起起起起受受受受到到到到限限限限制制制制时时时时，板板板板底底底底面面面面出出出出现现现现拉拉拉拉应应应应力力力力；而而而而当当当当气气气气温温温温降降降降低低低低引引引引起起起起的的的的板板板板四四四四周周周周翘起受阻时，板顶面出现拉应力。翘起受阻时，板顶面出现拉应力。翘起受阻时，板顶面出现拉应力。翘起受阻时，板顶面出现拉应力。上级 上页 下页路基路面工程16-316-3 水泥砼路面应力分析水泥砼路面应力分析P460-471 P460-471 P460-471 P460-471 上级 上页 下页路基路面工程16-316-3 水泥砼路面应力分析水泥砼路面应力分析P460-471 P460-471 P460-471 P460-471 上级 上页 下页1.文克勒地基有限尺寸板文克勒地基有限尺寸板 假设假设：温度沿板断面呈直线变化；板和地基始终保持接触；不计板自重。：温度沿板断面呈直线变化；板和地基始终保持接触；不计板自重。沿板长（沿板长（L）和板宽（）和板宽（B）方向的翘曲应力分别为：）方向的翘曲应力分别为：在板边缘中点：在板边缘中点：式式中中t为为板板顶顶面面与与板板底底面面的的温温度度差差（）,通通常常表表示示为为板板的的温温度度梯梯度度乘乘以板厚，即：以板厚，即：路基路面工程16-316-3 水泥砼路面应力分析水泥砼路面应力分析P460-471 P460-471 P460-471 P460-471 上级 上页 下页2.弹性半空间体地基有限尺寸板弹性半空间体地基有限尺寸板 弹弹性性半半空空间间体体地地基基上上板板的的翘翘曲曲应应力力，目目前前尚尚无无解解析析解解，可可采采用用有有限限元元法法计算板内翘曲应力。根据计算结果，绘出图计算板内翘曲应力。根据计算结果，绘出图16-l0中的曲线中的曲线1和和2。三、考虑内应力的温度翘曲应力三、考虑内应力的温度翘曲应力对对于于较较厚厚的的板板，采采用用温温度度沿沿板板断断面面呈呈直直线线分分布布的的假假设设，即即按按板板顶顶和和板板底底的的温温度度差差确确定定的的温温度度梯梯度度计计算算的的温温度度翘翘曲曲应应力力，会会得得到到偏偏大大的的温温度度翘翘曲曲应应力力值值。为为此此，应应考考虑虑由由于于温温度度的的非非线线性性分分布布而而引引起起的的内内应应力力。将将内内应应力力同同翘翘曲应力相叠加后曲应力相叠加后，使得到考虑内应力的翘曲应力，使得到考虑内应力的翘曲应力计算式计算式为：为：板中部：板中部：板边缘中点：板边缘中点：式中式中Dx为温度应力系数：为温度应力系数：若为若为板中部板中部则则Cx取取 路基路面工程16-416-4 水泥砼路面可靠度设计水泥砼路面可靠度设计P471-475 P471-475 P471-475 P471-475 基本概念：基本概念：基本概念：基本概念：可靠度：可靠度：可靠度：可靠度：路面结构在规定的时间内和规定的条件下路面结构在规定的时间内和规定的条件下路面结构在规定的时间内和规定的条件下路面结构在规定的时间内和规定的条件下完成预定功能的概率。完成预定功能的概率。完成预定功能的概率。完成预定功能的概率。目标可靠度：目标可靠度：目标可靠度：目标可靠度：作为设计依据的可靠度。作为设计依据的可靠度。作为设计依据的可靠度。作为设计依据的可靠度。可靠指标：可靠指标：可靠指标：可靠指标：度量路面结构可靠性的一种数量指标。度量路面结构可靠性的一种数量指标。度量路面结构可靠性的一种数量指标。度量路面结构可靠性的一种数量指标。目标可靠指标：目标可靠指标：目标可靠指标：目标可靠指标：作为设计依据的可靠指标。作为设计依据的可靠指标。作为设计依据的可靠指标。作为设计依据的可靠指标。可靠度系数：可靠度系数：可靠度系数：可靠度系数：为保证所设计的结构具有规定的可靠为保证所设计的结构具有规定的可靠为保证所设计的结构具有规定的可靠为保证所设计的结构具有规定的可靠度，而在极限状态设计表达式中采用的单一综合度，而在极限状态设计表达式中采用的单一综合度，而在极限状态设计表达式中采用的单一综合度，而在极限状态设计表达式中采用的单一综合系数。系数。系数。系数。上级 上页 下页路基路面工程16-416-4 水泥砼路面可靠度设计水泥砼路面可靠度设计P471-475 P471-475 P471-475 P471-475 上级 上页 下页水泥混凝土路面设计可靠度指标水泥混凝土路面设计可靠度指标公路技术等级公路技术等级高速公路高速公路一级公路一级公路二级公路二级公路三、四级公三、四级公路路 安全等级安全等级一级一级二级二级三级三级四级四级设计基准期设计基准期（a）30302020目标可靠度目标可靠度（）（）95908580目标可靠指标目标可靠指标1.641.281.040.84变异水平等级变异水平等级低低低中低中中中中高中高路基路面工程16-416-4 水泥砼路面可靠度设计水泥砼路面可靠度设计P471-475 P471-475 P471-475 P471-475 上级 上页 下页变异水平等级变异水平等级低低中中高高水泥混凝土弯拉强度、水泥混凝土弯拉强度、弯拉弹性模量弯拉弹性模量cv 0.100.10 cv 0.150.15 cv0.20基层顶面当量回弹模量基层顶面当量回弹模量cv 0.250.25 cv 0.350.35cv0.55水泥混凝土面层厚度水泥混凝土面层厚度cv 0.040.04 cv 0.060.06cv0.08变异系数变换范围变异系数变换范围路基路面工程16-416-4 水泥砼路面可靠度设计水泥砼路面可靠度设计P471-475 P471-475 P471-475 P471-475 上级 上页 下页可靠度系数范围可靠度系数范围变异水平等级变异水平等级目标可靠度（）目标可靠度（）95908580低低1.201.331.091.161.041.08中中1.331.501.161.231.081.131.041.07高高1.231.331.131.181.071.11路基路面工程16-516-5 水泥砼路面结构组合设计水泥砼路面结构组合设计P475-478 P475-478 P475-478 P475-478 组合设计内容：组合设计内容：面层面层基层基层垫层垫层路基路基上级 上页 下页路基路面工程16-516-5 水泥砼路面结构组合设计水泥砼路面结构组合设计P475-478 P475-478 P475-478 P475-478 一、面层一、面层一、面层一、面层应具有应具有应具有应具有足够的强度、耐久性，表面抗滑、耐磨、平足够的强度、耐久性，表面抗滑、耐磨、平足够的强度、耐久性，表面抗滑、耐磨、平足够的强度、耐久性，表面抗滑、耐磨、平整。整。整。整。选择方法：选择方法：选择方法：选择方法：面层一般采用设接缝的普通混凝土面层一般采用设接缝的普通混凝土面层一般采用设接缝的普通混凝土面层一般采用设接缝的普通混凝土；面层板的平面尺寸较大或形状不规则，路面结面层板的平面尺寸较大或形状不规则，路面结面层板的平面尺寸较大或形状不规则，路面结面层板的平面尺寸较大或形状不规则，路面结构下埋有地下设施，高填方、软土地基、填挖构下埋有地下设施，高填方、软土地基、填挖构下埋有地下设施，高填方、软土地基、填挖构下埋有地下设施，高填方、软土地基、填挖交界段的路等有可能产生不均匀沉降时，交界段的路等有可能产生不均匀沉降时，交界段的路等有可能产生不均匀沉降时，交界段的路等有可能产生不均匀沉降时，应采应采应采应采用设置接缝的钢筋混凝土面层用设置接缝的钢筋混凝土面层用设置接缝的钢筋混凝土面层用设置接缝的钢筋混凝土面层。上级 上页 下页路基路面工程16-516-5 水泥砼路面结构组合设计水泥砼路面结构组合设计P475-478 P475-478 P475-478 P475-478 上级 上页 下页面层类型面层类型适用条件适用条件连续配筋混凝土面层连续配筋混凝土面层高速公路高速公路沥青上面层与连续配筋混凝土或横缝设传力沥青上面层与连续配筋混凝土或横缝设传力杆的普通混凝土下面层组成的复合式路面杆的普通混凝土下面层组成的复合式路面特重交通的高速公路特重交通的高速公路碾压混凝土面层碾压混凝土面层二级及二级以下公路、服务区停二级及二级以下公路、服务区停车场车场钢纤维混凝土面层钢纤维混凝土面层标高受限制路段、收费站、混凝标高受限制路段、收费站、混凝土加铺层和桥面铺装土加铺层和桥面铺装矩形或异形混凝土预制块面层矩形或异形混凝土预制块面层服务区停车场、二级及二级以下服务区停车场、二级及二级以下公路桥头引道沉降未稳定段公路桥头引道沉降未稳定段其它面层类型选择其它面层类型选择路基路面工程16-516-5 水泥砼路面结构组合设计水泥砼路面结构组合设计P475-478 P475-478 P475-478 P475-478 交通等级交通等级特重特重重重公路等级公路等级高速高速一级一级二二级级高速高速一级一级二级二级变异水平等级变异水平等级低低中中低低中中低低中中低低中中面层厚度面层厚度（mm）260250240270240260230250220上级 上页 下页面层厚度参考范围面层厚度参考范围路基路面工程16-516-5 水泥砼路面结构组合设计水泥砼路面结构组合设计P475-478 P475-478 P475-478 P475-478 上级 上页 下页面层构造深度要求面层构造深度要求/mm公路等级公路等级高速公路、一级公路高速公路、一级公路二、三、四级公路二、三、四级公路一般路段一般路段0.701.100.500.90特殊路段特殊路段0.801.200.601.00路基路面工程16-516-5 水泥砼路面结构组合设计水泥砼路面结构组合设计P475-478 P475-478 P475-478 P475-478 二、基层二、基层二、基层二、基层 基层应具有基层应具有基层应具有基层应具有足够的抗冲刷能力和一定的刚度。足够的抗冲刷能力和一定的刚度。足够的抗冲刷能力和一定的刚度。足够的抗冲刷能力和一定的刚度。基层类型基层类型基层类型基层类型宜依照交通等级按表选用。宜依照交通等级按表选用。宜依照交通等级按表选用。宜依照交通等级按表选用。混凝土预制块面层应采用水泥稳定粒料基层混凝土预制块面层应采用水泥稳定粒料基层混凝土预制块面层应采用水泥稳定粒料基层混凝土预制块面层应采用水泥稳定粒料基层 上级 上页 下页交通等级交通等级基层类型基层类型特重交通特重交通贫混凝土、碾压混凝土或沥青混凝土基层贫混凝土、碾压混凝土或沥青混凝土基层重交通重交通水泥稳定粒料或沥青稳定碎石基层水泥稳定粒料或沥青稳定碎石基层中等或轻交通中等或轻交通水泥稳定粒料、石灰粉煤灰稳定粒料或级配粒料基层水泥稳定粒料、石灰粉煤灰稳定粒料或级配粒料基层路基路面工程16-516-5 水泥砼路面结构组合设计水泥砼路面结构组合设计P475-478 P475-478 P475-478 P475-478 上级 上页 下页基层类型基层类型厚度适宜的范围（厚度适宜的范围（mm）贫混凝土或碾压混凝土基层贫混凝土或碾压混凝土基层120200水泥或石灰粉煤灰稳定粒料基层水泥或石灰粉煤灰稳定粒料基层150250沥青混凝土基层沥青混凝土基层4060沥青稳定碎石基层沥青稳定碎石基层80100级配粒料基层级配粒料基层150200多孔隙水泥稳定碎石排水基层多孔隙水泥稳定碎石排水基层100140沥青稳定碎石排水基层沥青稳定碎石排水基层80100各类基层厚度的适宜范围各类基层厚度的适宜范围 路基路面工程16-516-5 水泥砼路面结构组合设计水泥砼路面结构组合设计P475-478 P475-478 P475-478 P475-478 三、垫层三、垫层 遇有下述情况时，需在层基下设置垫层：遇有下述情况时，需在层基下设置垫层：遇有下述情况时，需在层基下设置垫层：遇有下述情况时，需在层基下设置垫层：季节性冰冻地区，路面总厚度小于最小防冻厚季节性冰冻地区，路面总厚度小于最小防冻厚季节性冰冻地区，路面总厚度小于最小防冻厚季节性冰冻地区，路面总厚度小于最小防冻厚度要求时，其差值应以垫层度要求时，其差值应以垫层度要求时，其差值应以垫层度要求时，其差值应以垫层厚度补足厚度补足厚度补足厚度补足；水文地质条件不良的土质路堑，路床土湿度较水文地质条件不良的土质路堑，路床土湿度较水文地质条件不良的土质路堑，路床土湿度较水文地质条件不良的土质路堑，路床土湿度较大时，宜设置大时，宜设置大时，宜设置大时，宜设置排水垫层排水垫层排水垫层排水垫层；路基可能产生不均匀沉降或不均匀变形时，可路基可能产生不均匀沉降或不均匀变形时，可路基可能产生不均匀沉降或不均匀变形时，可路基可能产生不均匀沉降或不均匀变形时，可加设加设加设加设半刚性垫层半刚性垫层半刚性垫层半刚性垫层。上级 上页 下页路基路面工程16-516-5 水泥砼路面结构组合设计水泥砼路面结构组合设计P475-478 P475-478 P475-478 P475-478 注意事项：注意事项：注意事项：注意事项：垫层的垫层的垫层的垫层的宽宽宽宽应与路基同宽，其应与路基同宽，其应与路基同宽，其应与路基同宽，其最小厚度最小厚度最小厚度最小厚度为为为为150mm150mm。防冻垫层和排水垫层防冻垫层和排水垫层防冻垫层和排水垫层防冻垫层和排水垫层宜采用宜采用宜采用宜采用砂、砂砾砂、砂砾砂、砂砾砂、砂砾等颗粒材等颗粒材等颗粒材等颗粒材料。料。料。料。半刚性垫层半刚性垫层半刚性垫层半刚性垫层可采用可采用可采用可采用低剂量无机结合料稳定粒料低剂量无机结合料稳定粒料低剂量无机结合料稳定粒料低剂量无机结合料稳定粒料或土或土或土或土。上级 上页 下页路基路面工程16-516-5 水泥砼路面结构组合设计水泥砼路面结构组合设计P475-478 P475-478 P475-478 P475-478 四、路基四、路基四、路基四、路基 路基应稳定、密实、均质，对路面结构提供均匀的路基应稳定、密实、均质，对路面结构提供均匀的路基应稳定、密实、均质，对路面结构提供均匀的路基应稳定、密实、均质，对路面结构提供均匀的支承。支承。支承。支承。注意事项：注意事项：注意事项：注意事项：高液限粘土及含有机质细粒土，不能用做高速高液限粘土及含有机质细粒土，不能用做高速高液限粘土及含有机质细粒土，不能用做高速高液限粘土及含有机质细粒土，不能用做高速公路和一级公路的路床填料或二级公路和一级公路的路床填料或二级公路和一级公路的路床填料或二级公路和一级公路的路床填料或二级 和二级以和二级以和二级以和二级以下公路和上路床填料；下公路和上路床填料；下公路和上路床填料；下公路和上路床填料；上级 上页 下页路基路面工程16-516-5 水泥砼路面结构组合设计水泥砼路面结构组合设计P475-478 P475-478 P475-478 P475-478 高液限粉土及塑性指数大于高液限粉土及塑性指数大于高液限粉土及塑性指数大于高液限粉土及塑性指数大于1616或膨胀率大于或膨胀率大于或膨胀率大于或膨胀率大于3 3的低液限粘土，不能用做高速公路和一级公的低液限粘土，不能用做高速公路和一级公的低液限粘土，不能用做高速公路和一级公的低液限粘土，不能用做高速公路和一级公路的上路床填料。路的上路床填料。路的上路床填料。路的上路床填料。因条件限制而必须采用上述土做填料时，应掺因条件限制而必须采用上述土做填料时，应掺因条件限制而必须采用上述土做填料时，应掺因条件限制而必须采用上述土做填料时，应掺加石灰或水泥等结合料改善。加石灰或水泥等结合料改善。加石灰或水泥等结合料改善。加石灰或水泥等结合料改善。地下水位高时，宜提高路堤设计标高。地下水位高时，宜提高路堤设计标高。地下水位高时，宜提高路堤设计标高。地下水位高时，宜提高路堤设计标高。路基压实度应符合路基压实度应符合路基压实度应符合路基压实度应符合公路路基设计规范公路路基设计规范公路路基设计规范公路路基设计规范的要的要的要的要求。求。求。求。岩石或填石路床顶面应铺设整平层。岩石或填石路床顶面应铺设整平层。岩石或填石路床顶面应铺设整平层。岩石或填石路床顶面应铺设整平层。上级 上页 下页路基路面工程16-616-6 国内水泥砼路面设计方法国内水泥砼路面设计方法P478-497P478-497P478-497P478-497 上级 上页 下页一、设计参数一、设计参数1.标准轴载与轴载换算标准轴载与轴载换算 设计标准轴载设计标准轴载：汽车车轴重为：汽车车轴重为100kN的单轴荷载。的单轴荷载。轴载换算原则轴载换算原则：等效疲劳损伤原则。：等效疲劳损伤原则。换换算算方方法法：凡凡是是前前、后后轴轴载载大大于于40kN的的轴轴载载的的作作用用次次数数，均均换换算算成成标标准准轴轴载载的的作作用用次次数数，并并根根据据标标准准轴轴载载的的作作用用次次数数判判断断道道路路的交通繁重程度。的交通繁重程度。轴载换算公式轴载换算公式：单轴时：单轴时：i=l；双轴时：；双轴时：小于小于40kN的单轴和的单轴和80kN双轴可略去不计。双轴可略去不计。路基路面工程16-616-6 国内水泥砼路面设计方法国内水泥砼路面设计方法P478-497 P478-497 P478-497 P478-497 上级 上页 下页2.交通分级、设计使用年限和累计作用次数交通分级、设计使用年限和累计作用次数 交通分级交通分级 水水泥泥混混凝凝土土路路面面按按使使用用初初期期设设计计车车道道每每日日通通过过的的标标准准轴轴载载作作用用次次数数Ns划划分为分为四个等级四个等级：特重交通、重交通、中等交通、轻交通。：特重交通、重交通、中等交通、轻交通。交通等级特重重中等轻设计车道标准轴载累计作用次数Ne（104）2000100200031003 设计使用年限设计使用年限 路面设计使用年限路面设计使用年限：路面达到预定损坏标准时所能使用的年限。：路面达到预定损坏标准时所能使用的年限。可根据可根据交通等级确定交通等级确定。路基路面工程16-616-6 国内水泥砼路面设计方法国内水泥砼路面设计方法P478-497P478-497P478-497P478-497 上级 上页 下页按下式计算确定设计使用年限内按下式计算确定设计使用年限内设计车道设计车道的标准轴载累计作用次数的标准轴载累计作用次数Ne 标准轴载累计作用次数标准轴载累计作用次数 3.基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量 换换算算目目的的：混混凝凝土土面面层层板板下下的的基基础础包包括括路路基基、基基层层（垫垫层层），其其整整体体路路面面结结构构为为弹弹性性多多层层体体系系。分分析析板板内内荷荷载载应应力力时时，应应将将其其换换算算为为半半无无限限体体，以基层顶面的当量回弹模量作为半无限地基的模量值。以基层顶面的当量回弹模量作为半无限地基的模量值。新建公路的基层顶面模量值新建公路的基层顶面模量值 查查图图方方法法：由由E1/E0的的比比值值，作作竖竖线线垂垂直直向向上上交交于于h1后后，据据此此作作水水平平线线得得到到Et/E0的的比比值值，即即得得到到当当量量回回弹弹模模量量Et1。上上述述方方法法得得到到垫垫层层顶顶面面的的当当量量回回弹弹模模量量后后，把把它它当当作作匀匀质质体体，再再重重复复上上述述步步骤骤确确定定基基层层顶顶面面的的当当量回弹模量值量回弹模量值Et。路基路面工程16-616-6 国内水泥砼路面设计方法国内水泥砼路面设计方法P478-497 P478-497 P478-497 P478-497 上级 上页 下页 原有路面的顶面当量回弹模量值原有路面的顶面当量回弹模量值 应通过应通过承载板试验承载板试验或或弯沉测定法弯沉测定法确定原有路面顶面的当量回弹模量确定原有路面顶面的当量回弹模量Et。如如用用汽汽车车实实测测路路段段的的回回弹弹弯弯沉沉值值，可可按按沥沥青青路路面面旧旧路路补补强强法法中中的的计计算算方方法法确定计算回弹弯沉值确定计算回弹弯沉值l0后，按下式转换成基层顶面的当量回弹模量后，按下式转换成基层顶面的当量回弹模量Et：我我国国规规范范规规定定：水水泥泥混混凝凝土土路路面面的的基基层层顶顶面面的的当当量量回回弹弹模模量量Et值值不不应应低低于规范规定值。于规范规定值。计算回弹模量计算回弹模量Etc 修修正正原原因因：由由于于进进行行荷荷载载应应力力分分析析时时，水水泥泥混混凝凝土土路路面面板板下下基基层层应应力力状状况与沥青路面的应力状况的区别。况与沥青路面的应力状况的区别。路基路面工程16-616-6 国内水泥砼路面设计方法国内水泥砼路面设计方法P478-497 P478-497 P478-497 P478-497 上级 上页 下页修正公式：修正公式：式中式中：n为模量修正系数。为模量修正系数。计算荷载应力时：计算荷载应力时：计算温度应力时：计算温度应力时：n=0.35 4.水泥混凝土的设计强度与弯拉弹性模量水泥混凝土的设计强度与弯拉弹性模量 设计弯拉强度设计弯拉强度 水水泥泥混混凝凝土土路路面面以以设设计计弯弯拉拉强强度度作作为为设设计计控控制制指指标标。其其设设计计弯弯拉拉强强度度fcm按下式计算：按下式计算：混混凝凝土土路路面面施施工工时时，应应按按水水泥泥混混凝凝土土路路面面施施工工及及验验收收规规范范（GBJ97-87）提出按下式确定混凝土的试配强度）提出按下式确定混凝土的试配强度R：路基路面工程16-616-6 国内水泥砼路面设计方法国内水泥砼路面设计方法P478-497 P478-497 P478-497 P478-497 上级 上页 下页 弯拉弹性模量弯拉弹性模量 在在设设计计混混凝凝土土路路面面时时，采采用用的的混混凝凝土土弯弯拉拉弹弹性性模模量量应应以以试试验验实实测测为为准准。如如无无实实测测条条件件，可可参参照照表表16-8选选用用各各级级交交通通等等级级要要求求的的混混凝凝土土设设计计弯弯拉强度和弹性模量，或拉强度和弹性模量，或按下式计算按下式计算：二、荷载疲劳应力二、荷载疲劳应力 轴轴载载在在混混凝凝土土面面层层内内产产生生的的应应力力，采采用用半半无无限限大大地地基基上上弹弹性性小小挠挠度度薄薄板的力学模型和有限元法板的力学模型和有限元法进行分析计算。进行分析计算。1.临界荷位临界荷位：是指使路面产生最大综合疲劳损伤的荷载作用位置。：是指使路面产生最大综合疲劳损伤的荷载作用位置。路基路面工程16-616-6 国内水泥砼路面设计方法国内水泥砼路面设计方法P478-497P478-497P478-497P478-497 上级 上页 下页2.荷载应力计算荷载应力计算 半半无无限限地地基基上上矩矩形形板板在在板板边边缘缘中中部部受受轴轴载载作作用用下下的的应应力力采采用用有有限限元元法法分分析析。利利用用计计算算结结果果编编绘绘成成应应力力计计算算图图（图图16-13所所示示为为单单轴轴荷荷载载作作用用于于纵纵边边缘缘中中部部时时的的结结果果），通通过过回回归分析得下式：归分析得下式：3.接缝传荷能力接缝传荷能力 混混凝凝土土路路面面的的纵纵向向和和横横向向接接缝缝具具有有一一定定的的传传荷荷能能力力。上上述述应应力力分分析析为为四四边边自自由由板板的的计计算算结果，必须依据结果，必须依据接缝的传荷能力进行修正接缝的传荷能力进行修正。路基路面工程16-616-6 国内水泥砼路面设计方法国内水泥砼路面设计方法P478-497 P478-497 P478-497 P478-497 上级 上页 下页混凝土路面接缝的荷载传递机构可以分为三种类型：混凝土路面接缝的荷载传递机构可以分为三种类型：集集料料嵌嵌锁锁依依靠靠接接缝缝处处断断裂裂面面上上集集料料的的啮啮合合作作用用传传递递剪剪力力，如如：不不设传力杆的横向缩缝；设传力杆的横向缩缝；传传力力杆杆一一依依靠靠埋埋设设在在接接缝缝处处传传力力杆杆传传递递剪剪力力、弯弯矩矩和和扭扭矩矩，如如：设设传力杆的胀缝和施工缝等；传力杆的胀缝和施工缝等；传力杆和集料嵌锁传力杆和集料嵌锁一上述两种类型的综合，如：设传力杆缩缝等。一上述两种类型的综合，如：设传力杆缩缝等。接接缝缝的的传传荷荷能能力力，可可用用传传荷荷系系数数表表征征。它它以以接接缝缝两两侧侧相相邻邻板板的的弯弯沉沉（即即挠度）、应力或荷载量的比值定义。挠度）、应力或荷载量的比值定义。设设计计