公路设计-水泥混凝土路面设计.pptx

第一节 设计内容与设计参数 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（JTGD40-2002）一、混凝土路面的设计内容一、混凝土路面的设计内容 1、可靠度设计标准、可靠度设计标准 2、变异系数、变异系数 3、疲劳断裂、疲劳断裂 4、标准轴载、标准轴载 5、交通分级、交通分级 6、弯拉强度、弯拉强度 7、防冻厚度、防冻厚度 8、温度梯度、温度梯度二、设计依据 混凝土路面的设计内容混凝土路面的设计内容 1路基和基路基和基(垫垫)层的结构组合设计；层的结构组合设计；2混凝土面板的平面尺寸确定和板厚混凝土面板的平面尺寸确定和板厚计算；计算；3接缝设计；接缝设计；4配筋设计；配筋设计；5混凝土的材料组成设计。混凝土的材料组成设计。可靠度设计标准可靠度设计标准各级公路水泥混凝土路面结构的设计安全各级公路水泥混凝土路面结构的设计安全等级及相应的等级及相应的设计基准期设计基准期、目标可靠目标可靠 指标指标和和目标可靠度目标可靠度,应符合表应符合表1 的规定。各安全的规定。各安全等级路面的材料性能和结等级路面的材料性能和结 构尺寸参数的变构尺寸参数的变异水平等级异水平等级,宜按表宜按表 1 的建议选用。的建议选用。可靠度设计标准（表1）公路等级技术高速公路一级公路二级公路 三、四级公路安全等级一级二级三级四级设计基准期a30302020目标可靠度%95908580目标可靠指标1.641.281.040.84变异水平指标低低中中中高几个概念的理解1、设计基准期设计基准期：计算路面结构可靠度计算路面结构可靠度时，考虑各项基本度量与时间关系所时，考虑各项基本度量与时间关系所取用的基准时间。取用的基准时间。2、目标可靠指标目标可靠指标：作为设计依据的可作为设计依据的可靠指标。靠指标。3、目标可靠度目标可靠度：作为设计依据的可靠作为设计依据的可靠度。度。变异系数变异系数2、材料性能和结构尺寸参数的变异水平分为材料性能和结构尺寸参数的变异水平分为低、中和高三级。各变异水平等级主低、中和高三级。各变异水平等级主 要设计要设计参数的变异系数变化范围参数的变异系数变化范围,应符合表应符合表 2 的规的规定定。变异系数的变化范围变异系数的变化范围变异水平等级低中高水泥砼弯拉强度、弯拉弹性模量cv0.100.10cv0.150.15cv0.20基层顶面当量回弹模量cv0.250.25cv0.350.35cv0.55水泥混凝土面层 厚度cv0.040.04cv0.060.06cv0.08 疲劳断裂疲劳断裂水泥混凝土路面结构设计以行车荷载和水泥混凝土路面结构设计以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态设计的极限状态。r(pr+tr)20001002000 31003 弯拉强度弯拉强度水泥混凝土的强度以 28d 龄期的弯拉强度控制。当混凝土浇筑后 90d 内不开放交通肘,可采用 90d 龄期的弯拉强度。各交通等级要求的混凝土弯拉强度标准值不得低于表的规定。交通等级特重重中等轻水泥砼的弯拉强度标准值（MPa)5.05.04.54.0钢纤维砼的弯拉强度标准值（MPa)6.06.05.55.0 防冻厚度、温度梯度防冻厚度、温度梯度防冻厚度：防冻厚度：在季节性冰冻地区,路面的总厚度不应小于规范规定的最小防冻厚度。温度梯度：温度梯度：水泥混凝土面层的最大温度梯度标准值Tg,可按照公路所在地的公路自然区划按表2-8-6（见教材P326)选用。12-2混泥土路面结构层组合设计道桥系道桥系二二七年五月七年五月第二节混泥土路面结构层组合设计一、提问引入：水泥混凝土路面的设计内容是什么？二、本节内容1、路基2、垫层3、基层4、面层5、路肩6、路面排水 路基1 1、路基应稳定、密实、均质路基应稳定、密实、均质,对路面结构提供均匀的支承。对路面结构提供均匀的支承。2 2、高液限粘土及含有机质细粒土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不能用做高速公路和一级公路的路床填料或二级和二级以填料或二级和二级以上上公路的上路床填料公路的上路床填料;高液限粉土及塑性指数大于高液限粉土及塑性指数大于 16 16 或膨胀率大于或膨胀率大于3%3%的低液限粘土的低液限粘土,不能用做高速公路和一级公路的上路不能用做高速公路和一级公路的上路床填料。因条件限制而必须采用上述床填料。因条件限制而必须采用上述土土做填料时做填料时,应掺加石灰或水泥等应掺加石灰或水泥等结合料进行改善。结合料进行改善。3 3、地下水位高时地下水位高时,宜提高路堤设计标高。在设计标高受限制宜提高路堤设计标高。在设计标高受限制,未能达到未能达到中湿状态的路基临界高度时中湿状态的路基临界高度时,应选用粗粒土或低剂量石灰或水泥稳定细应选用粗粒土或低剂量石灰或水泥稳定细粒土做路床或上路床填料粒土做路床或上路床填料;未能达到潮湿状态的路基临界高度时未能达到潮湿状态的路基临界高度时,除采用除采用上述填料措施外上述填料措施外,还应采取在边沟下设置排水渗沟等降低地下水位的措还应采取在边沟下设置排水渗沟等降低地下水位的措施。施。4 4、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要求。多雨潮湿地区要求。多雨潮湿地区,对于对于高液限士及塑性指数大于高液限士及塑性指数大于1616或膨胀率大于或膨胀率大于3%3%的低液限粘土的低液限粘土,宜采用由轻宜采用由轻型压实标准确定的压实度型压实标准确定的压实度,并在含水量略大于其最佳含水量时压实。并在含水量略大于其最佳含水量时压实。5 5、岩石或填石路床顶面应铺设整平层。整平层可采用未筛分碎石和石岩石或填石路床顶面应铺设整平层。整平层可采用未筛分碎石和石屑或低剂屑或低剂 量水泥稳定粒料量水泥稳定粒料,其厚度视路床顶面不平整程度而定其厚度视路床顶面不平整程度而定 ,一般一般为为1 10000 150mm 150mm 垫层遇有下述情况时遇有下述情况时,需在基层下设置垫层需在基层下设置垫层 :1 1、季节性冰冻地区季节性冰冻地区,路面总厚度小于最小防路面总厚度小于最小防冻厚度要求时冻厚度要求时,其差值应以垫层厚度补足其差值应以垫层厚度补足。2 2、水文地质条件不良的土质路水文地质条件不良的土质路堑堑,路床土湿路床土湿度较大时度较大时,宜设置排水垫层宜设置排水垫层。3 3、路基可能产生不均匀沉降或不均匀变形时路基可能产生不均匀沉降或不均匀变形时 ,可加设半刚性垫层可加设半刚性垫层。4 4、垫层的宽度应与路基同宽垫层的宽度应与路基同宽,其最小厚度为其最小厚度为 150150mmmm。5 5、防冻垫层和排水垫层宜采用砂、砂砾等颗防冻垫层和排水垫层宜采用砂、砂砾等颗粒材料。半刚性垫层可采用低剂量无机结合粒材料。半刚性垫层可采用低剂量无机结合料稳定粒料或土料稳定粒料或土。基层 1、控制唧泥、控制唧泥 2、控制冰冻作用、控制冰冻作用一、基层的作用一、基层的作用 3、改善排水、改善排水 4、控制收缩和膨胀、控制收缩和膨胀 5、便于施工、便于施工二、基层在设计时的相关要求二、基层在设计时的相关要求 基层1 1、基层应具有足够的抗冲刷能力和一定的刚度基层应具有足够的抗冲刷能力和一定的刚度 。2 2、基层类型宜依照交通等级按表基层类型宜依照交通等级按表1 1选用选用。混凝土预制混凝土预制块面层应采用水泥稳定粒料基层。块面层应采用水泥稳定粒料基层。3 3、湿润和多雨地区湿润和多雨地区 ,路基为低透水性细粒土的高速路基为低透水性细粒土的高速公路和一级公路或者承受特重或重交通的二级公路公路和一级公路或者承受特重或重交通的二级公路 ,宜采用排水基层。排水基层可选用多孔隙的开级配水宜采用排水基层。排水基层可选用多孔隙的开级配水泥稳定碎石、沥青稳定碎石或碎石泥稳定碎石、沥青稳定碎石或碎石 ,其孔隙率约为其孔隙率约为 20%20%。基层4 4、基层的宽度应比混凝土面层每侧至少宽出基层的宽度应比混凝土面层每侧至少宽出3 300m00mm(m(采用小型机具施采用小型机具施工时工时 )或或500500mm(mm(轨模式摊铺机施工时轨模式摊铺机施工时)或或650mm650mm(滑模式摊铺机施工时滑模式摊铺机施工时 )口路肩采用口路肩采用混混凝土面层凝土面层,其厚度与行车道面层相同时其厚度与行车道面层相同时,基层宽度宜与基层宽度宜与路基同宽。级配粒料基层的宽度也宜与路基同宽。各类基层厚度的适路基同宽。级配粒料基层的宽度也宜与路基同宽。各类基层厚度的适宜范围见表宜范围见表2 2 。5 5、碾压混凝土基层应设置与混凝土面层相对应的接缝。贫混凝土基层碾压混凝土基层应设置与混凝土面层相对应的接缝。贫混凝土基层在其弯拉强度超过在其弯拉强度超过1.8MPa1.8MPa时时,应设置与混凝土面层相对应的横向缩缝应设置与混凝土面层相对应的横向缩缝 ;一次摊铺宽度大于一次摊铺宽度大于7.5m7.5m时时,应设置纵向缩缝。应设置纵向缩缝。6 6、基层下未设垫层基层下未设垫层,上路床为细粒土、粘土质砂或级配不良砂上路床为细粒土、粘土质砂或级配不良砂(承受特承受特重或重交通时重或重交通时),),或者为细粒土或者为细粒土(承受中等交通时承受中等交通时),),应在基层下设置底应在基层下设置底基层。底基层可采用级配粒料、水泥稳定粒料或石灰粉煤灰稳定粒料基层。底基层可采用级配粒料、水泥稳定粒料或石灰粉煤灰稳定粒料 ,厚度一般为厚度一般为200mm200mm。排水基层下应设置由水泥稳定粒料或者密级配粒料组成的不透水底基排水基层下应设置由水泥稳定粒料或者密级配粒料组成的不透水底基层层,厚度厚度 一般为一般为 2 00mm。底基层顶面宜铺设沥青封层或防水土工织底基层顶面宜铺设沥青封层或防水土工织物。物。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砼、碾压砼或沥青砼基层贫砼、碾压砼或沥青砼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中等或轻交通交通水泥稳定粒料、石灰粉煤灰稳定粒料水泥稳定粒料、石灰粉煤灰稳定粒料或级配粒料基层或级配粒料基层表1基层类型基层类型厚度适宜的范围厚度适宜的范围*（mm)贫砼、碾压砼基层贫砼、碾压砼基层120200水泥稳定粒料或石灰粉水泥稳定粒料或石灰粉煤灰稳定粒料基层煤灰稳定粒料基层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多孔隙水泥稳定碎石排多孔隙水泥稳定碎石排水基层水基层100140沥青稳定碎石排水基层沥青稳定碎石排水基层80100级配粒料基层级配粒料基层150200表2各类基层厚度的适宜范围面层一、面层的类型二、面层设计的要求一、面层的几种类型1、有接缝的普通混凝土路面有或无传力杆的横缝有或无传力杆的横缝有拉杆的纵缝2、有接缝的钢筋混凝土路面钢丝网连续配筋 3、连续配筋混凝土路面4、预应力混凝土路面 钢筋丝 面层1 1、水泥混凝土面层应具有足够的强度、耐久水泥混凝土面层应具有足够的强度、耐久性性,表面抗滑、耐磨、平整。表面抗滑、耐磨、平整。2 2、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;面层板面层板的平面尺寸较大或形状不规则的平面尺寸较大或形状不规则,路面结构下埋路面结构下埋有地下设施有地下设施,高填方、软土地基、填挖交界段高填方、软土地基、填挖交界段的路基等有可能产生不均匀沉降时的路基等有可能产生不均匀沉降时,应采用设应采用设置接缝的钢筋置接缝的钢筋混混凝土面层。其他面层类型可根凝土面层。其他面层类型可根据适用条件按据适用条件按规范取用规范取用。3 3、普通普通混混凝土、钢筋凝土、钢筋混混凝土、碾压混凝土或凝土、碾压混凝土或钢纤维混凝土面层板一般采用矩形。其纵向和钢纤维混凝土面层板一般采用矩形。其纵向和横向接缝应垂直相交横向接缝应垂直相交 ,纵缝两侧的横缝不得纵缝两侧的横缝不得相互错位。相互错位。4 4、纵向接缝的问距按路面宽度在纵向接缝的问距按路面宽度在3.O3.O 4.5m 4.5m 范围范围内确定内确定。碾压混凝土碾压混凝土、钢纤维钢纤维混混凝土面层在全幅凝土面层在全幅摊铺时摊铺时,可不设纵向缩缝。可不设纵向缩缝。5 5、横向接缝的问距按面层类型和厚度选定横向接缝的问距按面层类型和厚度选定 :A A、普通混凝土面层一般为普通混凝土面层一般为4 4 6 6米米,面层板面层板 的长宽比不宜超过的长宽比不宜超过1.30,1.30,平面尺寸不宜平面尺寸不宜 大于大于2525m m2 2 ;B B、碾压混凝土或钢纤维棍凝土面层一般为碾压混凝土或钢纤维棍凝土面层一般为 6 6ll0 0m m。C C、钢筋混凝土面层一般为钢筋混凝土面层一般为615m615m。6 6、普通混凝土普通混凝土、钢筋混凝土钢筋混凝土、碾压混凝土或连碾压混凝土或连续配筋混凝土面层所需的厚度续配筋混凝土面层所需的厚度,可参照可参照规范的要规范的要求取值求取值 面层7 7、钢纤维混凝土面层的厚度按钢纤维掺量确定钢纤维混凝土面层的厚度按钢纤维掺量确定,钢纤维体积率为钢纤维体积率为0.6%1.0%0.6%1.0%时时,其厚度为普通混其厚度为普通混凝土面层厚度的凝土面层厚度的 0.650750.65075倍。特重或重交通时倍。特重或重交通时,其最小厚度为其最小厚度为160mm;160mm;中等或轻交通时中等或轻交通时,其最小厚其最小厚度为度为140mm140mm。8 8、复合式路面沥青上面层的厚度一般为复合式路面沥青上面层的厚度一般为2582580 0mm mm。9 9、除混凝土预制块面层外除混凝土预制块面层外,各种混凝土面层的各种混凝土面层的计算厚度应满足计算厚度应满足规范规范要求要求。面层设计厚度依计面层设计厚度依计算厚度按算厚度按l l0 0mmmm向上取整。向上取整。面层10、路面表面构造应采用刻槽、压槽、拉槽或路面表面构造应采用刻槽、压槽、拉槽或拉毛等方法制作。构造深度在使用初期应满足拉毛等方法制作。构造深度在使用初期应满足规范规范 的要求。的要求。11、混凝土预制块可采用异形块或矩形块混凝土预制块可采用异形块或矩形块。预预制块的长度为制块的长度为 200 250 mm,宽度为宽度为100125mm,长宽比通常为长宽比通常为 2:10 预制块的厚预制块的厚度为度为 100120mn。预制块下稳平层的厚度为。预制块下稳平层的厚度为 3050mm。面层 路肩1 1、路肩铺面结构应具有一定的承载能力路肩铺面结构应具有一定的承载能力 ,其结构层其结构层组合和材料选用应与行车道路面相协调组合和材料选用应与行车道路面相协调,并保证进入并保证进入路面结构中的水的排除。路面结构中的水的排除。2 2、路肩铺面可选用水泥混凝土面层或沥青面层。路肩铺面可选用水泥混凝土面层或沥青面层。3 3、路肩水泥混凝土面层的厚度通常采用与行车道面层路肩水泥混凝土面层的厚度通常采用与行车道面层等厚等厚 ,其基层宜与行车道基层相同。选用薄面层时其基层宜与行车道基层相同。选用薄面层时,其厚度不宜小于其厚度不宜小于150mm,150mm,基层应采用开级配粒料。基层应采用开级配粒料。4 4、路肩沥青面层宜选用密实型沥青混合料口其基层可路肩沥青面层宜选用密实型沥青混合料口其基层可选用选用无无机结合料稳定粒料或级配粒料。行车道路面结机结合料稳定粒料或级配粒料。行车道路面结构不设内部排水设施时构不设内部排水设施时,沥青面层和不透水基层的总沥青面层和不透水基层的总厚度不宜超过行车道面层的厚度厚度不宜超过行车道面层的厚度 ,基层下应选用透水基层下应选用透水性粒料填筑。性粒料填筑。路面排水 1 1、行车道路面应设置双向或单向横坡行车道路面应设置双向或单向横坡,坡度坡度为为1%2%1%2%。路肩铺面的横向坡度值宜比行车路肩铺面的横向坡度值宜比行车道路面的横坡值大道路面的横坡值大1%2%1%2%。2 2、行车道路面结构设置排水基层或垫层时行车道路面结构设置排水基层或垫层时 ,应在排水基层或垫层外侧边缘设置纵向集水应在排水基层或垫层外侧边缘设置纵向集水沟和带孔集水管沟和带孔集水管,并间隔并间隔 501 501 100100mmmm设置横设置横向排水管。向排水管。3 3、排水基层的纵向边缘集水沟排水基层的纵向边缘集水沟,路肩采用水路肩采用水泥混凝土面层时泥混凝土面层时,可设在路肩下或路可设在路肩下或路 肩外侧肩外侧边缘内边缘内;路肩采用沥青面层时路肩采用沥青面层时,可设在路肩内可设在路肩内侧边缘内。排水垫层的纵侧边缘内。排水垫层的纵 向边缘集水沟设在向边缘集水沟设在路床边缘。路床边缘。路面排水4 4、带孔集水管的孔径通常采用带孔集水管的孔径通常采用1 10000150m 150m。集水沟的。集水沟的宽度通常采用跚跚。集水沟的深度应能保证集水管管宽度通常采用跚跚。集水沟的深度应能保证集水管管顶低于排水层底面顶低于排水层底面,并有足够厚度的回填料使集水管不并有足够厚度的回填料使集水管不被施工机械压裂口沟内回填料宜采用与排水基层或垫被施工机械压裂口沟内回填料宜采用与排水基层或垫层相同的透水性材料层相同的透水性材料 ,或者不含细料的碎石或砾石粒或者不含细料的碎石或砾石粒料。回填料与沟壁间应铺设元纺反滤织物。横向排水料。回填料与沟壁间应铺设元纺反滤织物。横向排水管不带孔管不带孔,其管径与集水管相同。其管径与集水管相同。5 5、集水沟和集水管的纵坡宜与路线纵坡相同集水沟和集水管的纵坡宜与路线纵坡相同,但不得但不得小于小于0.25%0.25%。横向排水管的坡度不宜小于。横向排水管的坡度不宜小于5%5%。6 6、横向排水管出口端应设端墙。端头用镀铮铁丝网或横向排水管出口端应设端墙。端头用镀铮铁丝网或格栅罩住格栅罩住,出水口应进行冲出水口应进行冲 刷防护。在横向排水管上刷防护。在横向排水管上方的路肩边缘处应设置标志方的路肩边缘处应设置标志,标明出水口位置。标明出水口位置。12-3普通混凝土路面厚度计算道桥系道桥系二二七年五月七年五月第三节普通混凝土路面厚度计算一、计算步骤二、例题讲解三、练习计算步骤1、收集并分析交通参数-收集日交通量和轴载组成数据,确定轮迹分布系数,计算设计车道标准轴载日作用次数;由此确定道路的交通等级,并进而选定设计年限、选定交通量年平均增长率,计算使用年限内标准轴载的累计作用次数。2、初拟路面结构-初选路面结构层次、类型和材料组成;拟定各层的厚度、面层板平面尺寸和接缝构造。3、确定材料参数-试验确定混凝土的设计弯拉强度和弹性模量,基层、垫层和路基的回弹模量,基层顶面的当量回弹模量。4、计算荷载疲劳应力（见教材）5、计算温度应力（见教材）6)检验初拟路面结构-按下述条件检验:r(pr+tr)fr练习重交通二级公路水泥路面厚度设计公路自然区划区拟新建一条二级公路,路基为粘质土,采用普通混凝土路面,路面宽9m。经交通调查得知,设计车道使用初期标准轴载日作用次数为2100。试设计该路面厚度。