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1、路基路面工程第十六章第十六章 水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计 16-1 16-1 概述概述16-216-2 弹性地基板体系理论简介弹性地基板体系理论简介16-316-3 水泥砼路面应力分析水泥砼路面应力分析16-416-4 水泥砼路面可靠度设计水泥砼路面可靠度设计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16-716-7 国外水泥砼路面设计方法国外水泥砼路面设计方法（自学）（自学）下页路基路面工程一、水泥混凝土路面的结构特征一、水泥混凝土路面的结构特征 1、砼面板的弹性模量及力学强度大大高于、砼面板的弹性模
2、量及力学强度大大高于土基与基层的相应的模量和强度。土基与基层的相应的模量和强度。 2、砼的抗弯拉强度远小于抗压强度，约为、砼的抗弯拉强度远小于抗压强度，约为1/71/6。 3、砼面板与土基或基层之间的摩阻力一般、砼面板与土基或基层之间的摩阻力一般不大。不大。16-116-1 概述概述P453-458P453-458P453-458P453-458路基路面工程16-116-1 概述概述P453-458 P453-458 P453-458 P453-458 破坏类型：破坏类型： 断裂；断裂；断裂；断裂； 唧泥；唧泥；唧泥；唧泥； 错台；错台；错台；错台； 拱起；拱起；拱起；拱起； 接缝挤接缝挤接缝
3、挤接缝挤碎等碎等碎等碎等上级 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 (1)(1)(1)(1)断裂断裂断裂断裂现象：现象：现象：现象：路面板内的应力超过混凝土强度会出现横向、路面板内的应力超过混凝土强度会出现横向、路面板内的应力超过混凝土强度会出现横向、路面板内的应力超过混凝土强度会出现横向、纵向、斜向或板角的拉断和折断裂缝，严重时，纵向、斜向或板角的拉断和折断裂缝，严重时，纵向、斜向或板角的拉断和折断裂缝，严重时，纵向、斜向或板角的拉断和折断裂缝，严重时，裂缝交叉而使路面板破裂成碎块裂缝交叉而使路面板破裂成碎块裂
4、缝交叉而使路面板破裂成碎块裂缝交叉而使路面板破裂成碎块( ( ( (称破碎板称破碎板称破碎板称破碎板) ) ) )。原因：原因：原因：原因：板太薄板太薄板太薄板太薄或或或或轮载过重轮载过重轮载过重轮载过重和和和和作用次数过多作用次数过多作用次数过多作用次数过多，板的平，板的平，板的平，板的平面尺寸大大面尺寸大大面尺寸大大面尺寸大大( ( ( (使温度应力过大使温度应力过大使温度应力过大使温度应力过大) ) ) )，地基过量或不均，地基过量或不均，地基过量或不均，地基过量或不均匀下沉使板底脱空失去支承，施工养生期间匀下沉使板底脱空失去支承，施工养生期间匀下沉使板底脱空失去支承，施工养生期间匀下沉
5、使板底脱空失去支承，施工养生期间收缩收缩收缩收缩应力过大应力过大应力过大应力过大或混凝土或混凝土或混凝土或混凝土强度不足强度不足强度不足强度不足，等等。，等等。，等等。，等等。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 挤碎挤碎挤碎挤碎现象：现象：现象：现象：在接缝在接缝在接缝在接缝( ( ( (主要是胀缝主要是胀缝主要是胀缝主要是胀缝) ) ) )附近数十厘米范围内的附近数十厘米范围内的附近数十厘米范围内的附近数十厘米范围内的板因受挤压而碎裂。板因受挤压而碎裂。板因受挤压而碎裂。板因受挤压而碎裂。原因：原因：原
6、因：原因：胀缝内的胀缝内的胀缝内的胀缝内的滑动传力杆排列不正或不能正常滑滑动传力杆排列不正或不能正常滑滑动传力杆排列不正或不能正常滑滑动传力杆排列不正或不能正常滑动动动动，缝隙内有混凝土搭连或落入坚硬的杂屑等，缝隙内有混凝土搭连或落入坚硬的杂屑等，缝隙内有混凝土搭连或落入坚硬的杂屑等，缝隙内有混凝土搭连或落入坚硬的杂屑等，使路面板的使路面板的使路面板的使路面板的伸张受到阻碍伸张受到阻碍伸张受到阻碍伸张受到阻碍，在接缝处边缘部分产，在接缝处边缘部分产，在接缝处边缘部分产，在接缝处边缘部分产生较高的挤压应力而剪裂成碎决。生较高的挤压应力而剪裂成碎决。生较高的挤压应力而剪裂成碎决。生较高的挤压应力而
7、剪裂成碎决。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 拱起拱起拱起拱起现象：现象：现象：现象：混凝土路面板在热膨胀受阻时，接缝两侧的混凝土路面板在热膨胀受阻时，接缝两侧的混凝土路面板在热膨胀受阻时，接缝两侧的混凝土路面板在热膨胀受阻时，接缝两侧的板突然向上供起。板突然向上供起。板突然向上供起。板突然向上供起。原因：原因：原因：原因：板收缩时板收缩时板收缩时板收缩时接缝缝隙张开，填缝料失效，硬物接缝缝隙张开，填缝料失效，硬物接缝缝隙张开，填缝料失效，硬物接缝缝隙张开，填缝料失效，硬物嵌满缝隙，致使板受热膨胀时产生
8、较大的热压应嵌满缝隙，致使板受热膨胀时产生较大的热压应嵌满缝隙，致使板受热膨胀时产生较大的热压应嵌满缝隙，致使板受热膨胀时产生较大的热压应力，从而出现这种纵向屈曲失稳现象。力，从而出现这种纵向屈曲失稳现象。力，从而出现这种纵向屈曲失稳现象。力，从而出现这种纵向屈曲失稳现象。采用膨胀采用膨胀采用膨胀采用膨胀性较大的石料性较大的石料性较大的石料性较大的石料( ( ( (如硅质岩石等如硅质岩石等如硅质岩石等如硅质岩石等) ) ) )作粗集料，容易引作粗集料，容易引作粗集料，容易引作粗集料，容易引起板块拱起。起板块拱起。起板块拱起。起板块拱起。上级 上页 下页路基路面工程16-116-1 概述概述P4
9、53-458 P453-458 P453-458 P453-458 唧泥唧泥唧泥唧泥现象：现象：现象：现象：车辆行经接缝或裂缝时，由缝内顷溅出稀泥车辆行经接缝或裂缝时，由缝内顷溅出稀泥车辆行经接缝或裂缝时，由缝内顷溅出稀泥车辆行经接缝或裂缝时，由缝内顷溅出稀泥浆的现象。浆的现象。浆的现象。浆的现象。原因：原因：原因：原因：在轮载的在轮载的在轮载的在轮载的频繁作用频繁作用频繁作用频繁作用下，基层下，基层下，基层下，基层( ( ( (地基地基地基地基) ) ) )产生产生产生产生塑性塑性塑性塑性变形累积变形累积变形累积变形累积面同混凝土面同混凝土面同混凝土面同混凝土板脱离接触板脱离接触板脱离接触板
10、脱离接触，水分沿缝隙下，水分沿缝隙下，水分沿缝隙下，水分沿缝隙下渗而积聚在脱空的间隙内，又在轮载作用下积水渗而积聚在脱空的间隙内，又在轮载作用下积水渗而积聚在脱空的间隙内，又在轮载作用下积水渗而积聚在脱空的间隙内，又在轮载作用下积水变成变成变成变成有压水有压水有压水有压水，并同基层内浸湿的细料混搅成泥浆，并同基层内浸湿的细料混搅成泥浆，并同基层内浸湿的细料混搅成泥浆，并同基层内浸湿的细料混搅成泥浆，再再再再沿缝隙喷溅沿缝隙喷溅沿缝隙喷溅沿缝隙喷溅出来，唧泥会使路面板边缘和角隅出来，唧泥会使路面板边缘和角隅出来，唧泥会使路面板边缘和角隅出来，唧泥会使路面板边缘和角隅部分逐步失去支撑，而导致断裂。
11、部分逐步失去支撑，而导致断裂。部分逐步失去支撑，而导致断裂。部分逐步失去支撑，而导致断裂。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 (5) (5) (5) (5) 错台错台错台错台现象：现象：现象：现象：接缝或裂缝两侧路面板端部出现的竖向相对接缝或裂缝两侧路面板端部出现的竖向相对接缝或裂缝两侧路面板端部出现的竖向相对接缝或裂缝两侧路面板端部出现的竖向相对位移。位移。位移。位移。原因：原因：原因：原因：横缝处横缝处横缝处横缝处传荷能力传荷能力传荷能力传荷能力不足，车轮经过时相邻板端不足，车轮经过时相邻板端不足，车
12、轮经过时相邻板端不足，车轮经过时相邻板端部会出现挠度差，使沿缝隙下渗的水带着基层被部会出现挠度差，使沿缝隙下渗的水带着基层被部会出现挠度差，使沿缝隙下渗的水带着基层被部会出现挠度差，使沿缝隙下渗的水带着基层被冲蚀的碎屑向后方板下运动，把该板抬起。冲蚀的碎屑向后方板下运动，把该板抬起。冲蚀的碎屑向后方板下运动，把该板抬起。冲蚀的碎屑向后方板下运动，把该板抬起。胀缝胀缝胀缝胀缝下部填缝板与上部缝槽未能对齐下部填缝板与上部缝槽未能对齐下部填缝板与上部缝槽未能对齐下部填缝板与上部缝槽未能对齐，或，或，或，或胀缝两侧混胀缝两侧混胀缝两侧混胀缝两侧混凝土壁面不垂直，凝土壁面不垂直，凝土壁面不垂直，凝土壁面
13、不垂直，使缝旁两板在伸胀持压过程中，使缝旁两板在伸胀持压过程中，使缝旁两板在伸胀持压过程中，使缝旁两板在伸胀持压过程中，会上下错位而形成错台。会上下错位而形成错台。会上下错位而形成错台。会上下错位而形成错台。上级 上页 下页路基路面工程设计标准：设计标准： 砼板（面层）断裂（正常使用）为临界状态，砼板（面层）断裂（正常使用）为临界状态，抗弯拉强度为设计指标抗弯拉强度为设计指标 （荷载重复作用温度翘曲应力重复作用）（荷载重复作用温度翘曲应力重复作用）砼砼抗弯拉强度。抗弯拉强度。16-116-1 概述概述P453-458 P453-458 P453-458 P453-458 路基路面工程16-11
14、6-1 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
15、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
16、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、设计理论与方法理论法理论法经验法经验法世界各国：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
