《第四章水泥混凝土路面设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第四章水泥混凝土路面设计.docx（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四章 水泥混凝土路面设计41水泥混凝土路面破坏形式与设计技术指标一、 水泥混凝土路面破坏形式裂缝类：横向裂缝、纵向裂缝、斜向裂缝、交叉裂缝、板角断裂和网裂变形类：沉陷、胀起接缝损坏类：接缝碎裂、填缝料损坏、接缝张开、错台、唧泥、拱起表面损坏类：网纹裂、起皮、磨损、麻面、露骨、坑槽、孔洞、磨光二、 设计技术指标（结构）疲劳断裂是水泥混凝土路面损坏的主要模式，所以把疲劳开裂作为确定混凝土路面板厚与下承层结构的临界损坏状态：42设计内容一、 路面结构组合设计根据设计等级和交通繁重程度，结合当地环境条件和材料供应情况，合理选择、安排混凝土路面的结构层层次、各层的路面结构类型、弹性模量和厚度。 综合考
2、虑承载的要求、环境的要求、技术经济的要求、环境的要求。二、 面板厚度设计：按照设计技术指标，确定面板厚度三、 平面设计：面板的平面尺寸划分四、 接缝设计：布设各种接缝的位置，设计各种接缝的构造（包含各种杆件）五、 路肩和中央分隔带设计六、 路面排水系统和排水结构物设计七、 局部配筋设计：桥头搭板、面板跨越不均匀沉降区的板中和板边，不规则板的板角八、 端部设计：与其他类型路面或结构物相接处理43水泥混凝土路面结构组合设计一、 设计内容：如前述根据设计等级和交通繁重程度，结合当地环境条件和材料供应情况，合理选择、安排混凝土路面的结构层层次、各层的路面结构类型、弹性模量和厚度。 综合考虑承载的要求、
3、环境的要求、技术经济的要求、环境的要求。二、路面组合设计的基本要求1满足交通荷载的要求是否满足交通荷载的要求由基层顶面当量刚度（土基、垫层、基层的综合回弹模量）和面板刚度(面板的弹性模量、厚度、强度)共同决定。其中面板的刚度一般做为设计未知量由解析法求算，并由材料设计和面板厚度设计加以实现；基层顶面当量刚度作为已知量，通常需要由理论分析结果和经验控制其指标如P67的表41的要求。2满足环境性要求水、温稳定性土基：渗透性较好的土、足够的密实度 基层：良好的抗冲刷性或适当的排水性，足够的水温稳定性 垫层：当处于以下条件时考虑采用垫层季冻区处于中湿或潮湿状态的细粒土路基，路面抗冻总厚度不足时。非季冻
4、区处于中湿或潮湿状态的细粒土路基上设粒料基层时。3综合考虑各结构层的特点厚度和刚度组合路面板适宜厚度 稳定类基层、垫层适宜厚度 粒料类基层、垫层适宜厚度 基层与垫层或基层与土基模量比：见路基路面教材三、 路基设计参数（一）路基设计的一般要求，P73，同其他任何道路（二）设计参数1顶面回弹模量E0（1）由承载板试验确定（2）由三轴试验确定（3）由CBR或压实度K换算（4）查表（沥青规或水泥规）四、基层设计与参数（一）基层的作用1防止或减轻唧泥、错台和断裂等病害的出现。2改善接缝的传荷能力及其耐久性。3有助于控制或减少路基不均匀冻胀或体积变形对混凝土面层的不利影响。4为面层施工提供稳定而坚实的工作
5、面。（二）对基层的要求1强度均一稳定，与面层匹配2良好的水温稳定性。3适当的排水及耐冲刷性能。（三）基层类型按材料分类：无机结合料稳定类；沥青类；无粘结粒料类按耐冲刷能力分类：1级（极耐冲刷）贫混凝土（水泥含量78）、碾压混凝土、沥青混凝土2级（耐冲刷）厂拌水泥稳定粒料（水泥含量5）3级（较耐冲刷）厂拌水泥稳定粒料（水泥含量3.5%）、沥青稳定粒料（沥青含量3）4级（较易冲刷）现场拌和水泥稳定粒料（水泥含量2.5%），级配粒料5级（易冲刷）混杂的粒料、细粒土（四）基层设计参数1基层材料抗弯回弹模量Ei在沥青路面设计理论中，以弯沉为设计指标的结构层厚度设计应该采用抗压回弹模量，对于层底弯拉应力验
6、算应该采用材料的抗弯回弹模量。为统一概念，减少工作量，沥青路面设计规范统一采用抗压回弹模量为设计参数。而水泥路面设计规范沿用沥青路面的规定，在需要应用到抗弯回弹模量时，采用抗压回弹模量代替。（考虑相关换算）（1）由三轴试验确定粒料类（2）由压缩试验或顶面法确定稳定类（3）采用15抗压回弹模量/劲度模量沥青类（4）由CBR值换算沥青路面设计规范（5）由规范推荐表确定沥青/水泥路面设计规范上都有，水P113，表642基层顶面当量回弹模量Et等刚度换算，基本需要满足表413基层厚度（1）由Et确定，见图41，令代入图中（2）由承载力系数确定，见图42（3）由土基设计CBR试验确定，见表44，土基CB
7、R（沥青规）（4）由规范推荐表确定，水泥规P11，表4.3.5,教材P113,表644基层宽度见教材P71，比面层宽30cm以上。五、垫层设计与参数（一）垫层材料：粒料类和稳定类（二）垫层参数：同基层（三）垫层厚度：150mm；由防冻总厚度控制，满足表43六、面板设计与参数（一）面板类型：见规范P11，表4.4.2（二）面板初拟厚度（素混凝土）等厚度板，P112表61，规范p12,表4.4.644面板厚度设计一、 路面可靠度设计介绍（一） 可靠度设计的目的由于混凝土等筑路材料本身非均质性和施工偏差，以及道路在使用年限内的环境和荷载条件的变化，使砼路面结构的各项设计参数都具有一定的变异性。在传统
8、的设计方法中，这些结构设计参数的变异性对结构功能的影响通常用两种方法加以考虑。一种是“安全系数”法，既对结构本身的能力加以某种缩小，或对外部作用予以某种放大。例如：边坡稳定性验算另一种是根据各个参数的数理统计结果，在设计取值上加上一定的“保证率”，既对有利于结构功能的参数按均值减去数倍的均方差取值，而对不利于结构功能的参数加上数倍的均方差。例如：验收弯沉值的代表值：；或混凝土强度检验代表值或重力式挡土墙的“分项安全系数法”中各项安全系数的选取。由于缺乏各个参数变异性和各参数变异性之间的关系对设计结果影响的定量分析，在确定“安全系数”和“保证率”时有着很大的随意性和主观成分。为了使设计更加合理和
9、更能反映实际情况，以及施工控制和质量检验的需要，各项设计参数的变异性和变异性之间的相互关系对结构功能的影响必须加以定量研究。可靠度设计就是这样一种研究方法，同时也是各种结构分析方法的趋势。（二） 路面结构可靠度结构可靠度：在规定的时内，在规定的条件下，结构能够完成使用功能的概率。路面结构可靠度：在规定的使用期内，在规定的交通和环境条件下，路面使用功能满足预定水平要求的概率。路面使用功能标准一般描述为经历一定的交通荷载作用次数，所以上述概念具体为：在规定的使用期内，道路结构所能承受的标准轴载作用次数N（容许的）超过设计使用期内标准轴作用次数n（统计的）概率。设计可靠度：其中：NR是砼的弯拉强度，
10、重复荷载（BZZ-100）在面板产生的应力,温度翘曲应力的函数 (三)分析方法1找到各因子的分布函数（大多数是正态分布），可以通过试验、调查的数据进行回归和假设检验，分析各数据的变异系数2分析各独立因子的干涉关系各因子变异性对整体的影响。3建立多因子分布函数，如路面结构的疲劳寿命的分布函数的一种：双参数威布尔分布：是威分布的两个参数 累计当量轴次分布函数：4根据干涉理论，对两个多因子函数求可靠度可靠度R1干涉区（不可靠度），如下图：（三） 实际应用（对可靠度概念的逆用） P94第一段画线部分和公式5321拟定目标可靠度目标可靠度：所设计路面结构应该具有的可靠度水平。它的选取是一个技术经济问题，
11、采用“校准法”，既由现有道路和现有设计方法所设计出来的结构推算出其可靠度或隐含可靠度，以统计的均值（期望）作为新方法的目标可靠度。目标可靠度的等级见表582由目标可靠度确定可靠度系数，定义见P98可靠度系数：，是可靠度的另一种表达方式由疲劳方程决定的结构容许疲劳应力实际发生的最大应力可靠度与可靠度系数的关系见P99图58，可靠度系数的定义复合公式5333砼路面验算疲劳拉裂威设计指标，为此采用如下验算公式：4以目标可靠度所对应的变异水平进行施工质量控制。P105，表58 及倒数第二段二、面板厚度设计步骤1交通分析 5.计算温度疲劳应力2初拟路面结构 6.根据道路等级和施工水平选用系数验算3确定路
12、面材料参数 7.如不满足重新拟定结构重复上述过程4计算荷载疲劳应力 8.满足通过三、基层顶面当量回弹模量Et的确定（一）新建公路Et根据三层弹性体系有限元程序直接计算结果，及按等刚度换算法将路面结构层换得双层体系结果对比后，用下述回归公式计算基层顶面当量回弹模量。 ：等刚度原则的当量模量折算式 ：等刚度原则的当量厚度折算式：等刚度原则的当量弯曲刚度折算式 ：有限元分析的回归参数基层厚度底基层或垫层厚度底基层和垫层同时存在，将相邻层次间模量相差小的两层先换算为一层后计算。（二）原有柔性路面的当量回弹模量1承载板试验直接确定：一元线性回归2弯沉试验换算：反映轮、板试验之间的差异，换算法见交通部公路
13、科学研究所熊焕荣；刚性路面下基层顶面当量回弹模量计算方法的探讨，公路交通科技，1984年第三期。（三）计算对于结构应力分析的影响计算对于结构荷载应力和温度应力分析都有影响通常与实测结果有所差异，为消除差异，95规范在将计算结果应用于荷载疲劳应力分析和温度疲劳应力分析方面分别进修正后引用，03规范修正了荷载疲劳应力分析和温度应力分析公式，不必进行计算前的参数修正。四、水泥混凝土的设计弯拉强度标准值和弯拉弹性模量标准值（一）水泥混凝土的设计弯拉强度标准值由经验确定的相对于公路交通荷载等级和一般常用道路结构的混凝土抗拉强度，要和一般混凝土材料能达到的抗拉强度相结合。施工中的混凝土配合比设计依次增大（
14、考虑试验误差和施工变异水平）具体数值见表65。（二）弯拉弹性模量标准值由试配满足弯拉强度的混凝土进行试验确定，或由前人经验参考表66五、荷载疲劳应力（一）计算荷载应力BZZ100作用下的有限元结构分析结果临界荷位：表67表达式：临界荷位为纵缝板边缘中部（如图61）的A、m、n见表69（已经考虑理论与实测值的偏差），其表达式：（二）荷载疲劳应力表达式：公路等级高速一级二级三、四级kc131251211考虑偏载和动载对路面的疲劳影响的综合系数，取：表611考虑接缝传荷的应力折减系数，表610：纵缝为设拉杆的平缝时取0.870.92（刚性和半刚性基层取低值，柔性基层取高值）；纵缝为不设拉杆的平缝或自由边时，取1.0；纵缝为设拉杆的启口缝时，取0.76
