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1、水泥混凝土路面设计要点简介贫混凝土或碾压混凝土基层应以设计基准期内行车荷载不产生贫混凝土或碾压混凝土基层应以设计基准期内行车荷载不产生疲劳断裂作为疲劳断裂作为设计标准设计标准。其极限状态设计表达式为：。其极限状态设计表达式为：水泥混凝土路面结构设计应以面层板在设计基准期内，在行车水泥混凝土路面结构设计应以面层板在设计基准期内，在行车荷载和温度梯度综合作用下，不产生疲劳断裂作为荷载和温度梯度综合作用下，不产生疲劳断裂作为设计标准设计标准；并以最重轴载和最大温度梯度综合作用下，不产生极限断裂作并以最重轴载和最大温度梯度综合作用下，不产生极限断裂作为为验算标准验算标准，其极限状态设计表达式分别为：，
2、其极限状态设计表达式分别为：水泥混凝土路面设计标准及验算标准水泥混凝土路面设计标准及验算标准水泥混凝土板厚度计算流程水泥混凝土板厚度计算流程 交通分析，确定交通荷载等级交通分析，确定交通荷载等级路面结构的组合设计，初拟路面结构路面结构的组合设计，初拟路面结构按照初拟路面结构组合形式，选择相应力学分析模型；根据按照初拟路面结构组合形式，选择相应力学分析模型；根据选定的力学模型计算混凝土面层板的最大荷载应力、荷载疲选定的力学模型计算混凝土面层板的最大荷载应力、荷载疲劳应力、最大温度应力及温度疲劳应力。劳应力、最大温度应力及温度疲劳应力。面层板极限状态检验面层板极限状态检验贫混凝土或碾压混凝土为基层
3、、下面层板时，计算其荷载疲贫混凝土或碾压混凝土为基层、下面层板时，计算其荷载疲劳应力，检算其极限状态。劳应力，检算其极限状态。面层或基层的极限状态不满足要求时，改选混凝土面层板厚面层或基层的极限状态不满足要求时，改选混凝土面层板厚度或度或( (和和) )整调基层类型或整调基层类型或( (和和) )厚度，重新计算。厚度，重新计算。计算厚度加计算厚度加6mm6mm磨损厚度后，按磨损厚度后，按10mm10mm向上取整，作为混凝土面向上取整，作为混凝土面层的设计厚度。层的设计厚度。1 1 交通分析交通分析-确定交通荷载等级确定交通荷载等级交通调查与分析交通调查与分析 初期年平均日货车交通量（双向）初期
4、年平均日货车交通量（双向）方向分配系数，一般方向分配系数，一般0.5-0.6 0.5-0.6 车道分配系数车道分配系数 设计车道的年平均日货车交通量（设计车道的年平均日货车交通量（ADTTADTT） 货车交通量的年平均增长率货车交通量的年平均增长率grgr 轴载调查与分析轴载调查与分析各类车辆的轴型调查和轴重测定各类车辆的轴型调查和轴重测定 轴载当量换算系数法轴载当量换算系数法车辆当量轴载系数法车辆当量轴载系数法车道使用初期的设计轴载日作用次数车道使用初期的设计轴载日作用次数NsNs车辆轮迹横向分布系数车辆轮迹横向分布系数 设计轴载累计作用次数设计轴载累计作用次数 NeNe 不同轴重级位的设计
5、轴载当量换算系数不同轴重级位的设计轴载当量换算系数 车道使用初期的设计轴载日作用次数车道使用初期的设计轴载日作用次数各类车辆的设计轴载当量换算系数各类车辆的设计轴载当量换算系数 车道使用初期的设计轴载日作用次数车道使用初期的设计轴载日作用次数设计轴载累计作用次数设计轴载累计作用次数 2 2 初拟路面结构初拟路面结构根据公路等级和交通荷载、路基条件、当地温度和湿度状况及已根据公路等级和交通荷载、路基条件、当地温度和湿度状况及已有公路路面的使用经验，进行路面组合设计，初拟路面结构。有公路路面的使用经验，进行路面组合设计，初拟路面结构。路床顶面的综合回弹模量值，轻交通荷载等级时不得低于路床顶面的综合
6、回弹模量值，轻交通荷载等级时不得低于40MPa，中等或重交通荷载等级时不得低于中等或重交通荷载等级时不得低于60MPa，特重或极重交通荷载等，特重或极重交通荷载等级时不得低于级时不得低于80MPa。路基路基基层和底基层基层和底基层 承受极重、特重或重交通荷载的路面，基层下应设置底基承受极重、特重或重交通荷载的路面，基层下应设置底基承受极重、特重或重交通荷载的路面，基层下应设置底基承受极重、特重或重交通荷载的路面，基层下应设置底基层，承受中等或轻交通荷载时，可不设底基层。当基层采层，承受中等或轻交通荷载时，可不设底基层。当基层采层，承受中等或轻交通荷载时，可不设底基层。当基层采层，承受中等或轻交
7、通荷载时，可不设底基层。当基层采用无机结合料稳定类材料，且上路床由细粒土组成时，应用无机结合料稳定类材料，且上路床由细粒土组成时，应用无机结合料稳定类材料，且上路床由细粒土组成时，应用无机结合料稳定类材料，且上路床由细粒土组成时，应在基层下设置粒料类底基层。在基层下设置粒料类底基层。在基层下设置粒料类底基层。在基层下设置粒料类底基层。 贫混凝土或碾压混凝土基层上应铺设沥青混凝土夹层，厚贫混凝土或碾压混凝土基层上应铺设沥青混凝土夹层，厚贫混凝土或碾压混凝土基层上应铺设沥青混凝土夹层，厚贫混凝土或碾压混凝土基层上应铺设沥青混凝土夹层，厚度不宜小于度不宜小于度不宜小于度不宜小于40mm40mm40m
8、m40mm。无机结合料稳定碎石基层上应设封层。无机结合料稳定碎石基层上应设封层。无机结合料稳定碎石基层上应设封层。无机结合料稳定碎石基层上应设封层。 面层宜采用设接缝的普通水泥混凝土。面层宜采用设接缝的普通水泥混凝土。面层宜采用设接缝的普通水泥混凝土。面层宜采用设接缝的普通水泥混凝土。注意：注意：注意：注意：平面尺寸及接缝设计平面尺寸及接缝设计平面尺寸及接缝设计平面尺寸及接缝设计 平面布局宜采用矩形分块，其纵向和横向接缝应垂直相交，纵缝平面布局宜采用矩形分块，其纵向和横向接缝应垂直相交，纵缝平面布局宜采用矩形分块，其纵向和横向接缝应垂直相交，纵缝平面布局宜采用矩形分块，其纵向和横向接缝应垂直相
9、交，纵缝两侧的横缝不得相互错位。两侧的横缝不得相互错位。两侧的横缝不得相互错位。两侧的横缝不得相互错位。 纵向接缝的间距（板宽）宜在纵向接缝的间距（板宽）宜在纵向接缝的间距（板宽）宜在纵向接缝的间距（板宽）宜在3.04.5m3.04.5m范围内选用。范围内选用。范围内选用。范围内选用。 横向接缝的间距（板长）应按面层类型和厚度选定（普通水泥混横向接缝的间距（板长）应按面层类型和厚度选定（普通水泥混横向接缝的间距（板长）应按面层类型和厚度选定（普通水泥混横向接缝的间距（板长）应按面层类型和厚度选定（普通水泥混凝土面层宜为凝土面层宜为凝土面层宜为凝土面层宜为4646mm，面层板的长宽比不宜超过，面
10、层板的长宽比不宜超过，面层板的长宽比不宜超过，面层板的长宽比不宜超过1.351.35，平面面积不，平面面积不，平面面积不，平面面积不宜大于宜大于宜大于宜大于2525mm2 2） 纵向接缝设置：一次摊铺宽度小于路面宽度时，应设纵向施工缝纵向接缝设置：一次摊铺宽度小于路面宽度时，应设纵向施工缝纵向接缝设置：一次摊铺宽度小于路面宽度时，应设纵向施工缝纵向接缝设置：一次摊铺宽度小于路面宽度时，应设纵向施工缝（设拉杆的平缝）；一次摊铺宽度大于（设拉杆的平缝）；一次摊铺宽度大于（设拉杆的平缝）；一次摊铺宽度大于（设拉杆的平缝）；一次摊铺宽度大于4.5m4.5m，应设纵向缩缝（设，应设纵向缩缝（设，应设纵向
11、缩缝（设，应设纵向缩缝（设拉杆的假缝）；碾压混凝土面层一次摊铺宽度大于拉杆的假缝）；碾压混凝土面层一次摊铺宽度大于拉杆的假缝）；碾压混凝土面层一次摊铺宽度大于拉杆的假缝）；碾压混凝土面层一次摊铺宽度大于7.5m7.5m时，应设时，应设时，应设时，应设纵向缩缝；行车道路面与混凝土硬路肩之间的纵向接缝必须设拉纵向缩缝；行车道路面与混凝土硬路肩之间的纵向接缝必须设拉纵向缩缝；行车道路面与混凝土硬路肩之间的纵向接缝必须设拉纵向缩缝；行车道路面与混凝土硬路肩之间的纵向接缝必须设拉杆。杆。杆。杆。 横向接缝设置（缩缝、胀缝和施工缝）：横向接缝设置（缩缝、胀缝和施工缝）：横向接缝设置（缩缝、胀缝和施工缝）：
12、横向接缝设置（缩缝、胀缝和施工缝）： 横向施工缝：每日施工结束或因临时原因中断施工时，必须横向施工缝：每日施工结束或因临时原因中断施工时，必须横向施工缝：每日施工结束或因临时原因中断施工时，必须横向施工缝：每日施工结束或因临时原因中断施工时，必须设横向施工缝，其位置宜选在缩缝或胀缝处，设在缩缝处的设横向施工缝，其位置宜选在缩缝或胀缝处，设在缩缝处的设横向施工缝，其位置宜选在缩缝或胀缝处，设在缩缝处的设横向施工缝，其位置宜选在缩缝或胀缝处，设在缩缝处的施工缝，应采用加传力杆的平缝，设在胀缝处的施工缝，其施工缝，应采用加传力杆的平缝，设在胀缝处的施工缝，其施工缝，应采用加传力杆的平缝，设在胀缝处的
13、施工缝，其施工缝，应采用加传力杆的平缝，设在胀缝处的施工缝，其构造同胀缝；构造同胀缝；构造同胀缝；构造同胀缝； 横向缩缝：保证板因温度和湿度的降低而收缩时沿该薄弱断横向缩缝：保证板因温度和湿度的降低而收缩时沿该薄弱断横向缩缝：保证板因温度和湿度的降低而收缩时沿该薄弱断横向缩缝：保证板因温度和湿度的降低而收缩时沿该薄弱断面缩裂，从而避免产生不规则裂缝。应采用假缝形式，极重、面缩裂，从而避免产生不规则裂缝。应采用假缝形式，极重、面缩裂，从而避免产生不规则裂缝。应采用假缝形式，极重、面缩裂，从而避免产生不规则裂缝。应采用假缝形式，极重、特重和重交通荷载公路的横向缩缝，中等和轻交通荷载公路特重和重交通
14、荷载公路的横向缩缝，中等和轻交通荷载公路特重和重交通荷载公路的横向缩缝，中等和轻交通荷载公路特重和重交通荷载公路的横向缩缝，中等和轻交通荷载公路邻近胀缝或自由端部的邻近胀缝或自由端部的邻近胀缝或自由端部的邻近胀缝或自由端部的3 3条横向缩缝，收费广场的横向缩缝，条横向缩缝，收费广场的横向缩缝，条横向缩缝，收费广场的横向缩缝，条横向缩缝，收费广场的横向缩缝，应采用设传力杆假缝；应采用设传力杆假缝；应采用设传力杆假缝；应采用设传力杆假缝； 横向胀缝：保证板在温度升高是能部分伸长，从而避免路面横向胀缝：保证板在温度升高是能部分伸长，从而避免路面横向胀缝：保证板在温度升高是能部分伸长，从而避免路面横向
15、胀缝：保证板在温度升高是能部分伸长，从而避免路面板在热天的拱胀和折断破坏，同时胀缝也能起到缩缝的作用。板在热天的拱胀和折断破坏，同时胀缝也能起到缩缝的作用。板在热天的拱胀和折断破坏，同时胀缝也能起到缩缝的作用。板在热天的拱胀和折断破坏，同时胀缝也能起到缩缝的作用。在邻近桥梁或其他固定构筑物处，或者与其他道路相交处，在邻近桥梁或其他固定构筑物处，或者与其他道路相交处，在邻近桥梁或其他固定构筑物处，或者与其他道路相交处，在邻近桥梁或其他固定构筑物处，或者与其他道路相交处，应设横向胀缝。应设横向胀缝。应设横向胀缝。应设横向胀缝。3 3 路面材料参数确定路面材料参数确定3 3 路面材料参数确定路面材料
16、参数确定4 4 力学模型的选择力学模型的选择弹性地基单层板模型弹性地基单层板模型适用于粒料基层上混凝土面层旧沥青路面加铺混凝土面层，适用于粒料基层上混凝土面层旧沥青路面加铺混凝土面层，面层板以下部分按弹性地基处理面层板以下部分按弹性地基处理弹性地基双层板模型弹性地基双层板模型适用于无机结合料类基层或沥青类基层上混凝土面层，旧混适用于无机结合料类基层或沥青类基层上混凝土面层，旧混凝土路面上加铺分离式混凝土面层；面层和基层或者新旧面凝土路面上加铺分离式混凝土面层；面层和基层或者新旧面层作为双层板，基层底面以下或旧面层底面以下部分按弹性层作为双层板，基层底面以下或旧面层底面以下部分按弹性地基处理地基
17、处理复合板模型复合板模型适用于两层不同性能材料组成的面层或基层复合板。旧混凝适用于两层不同性能材料组成的面层或基层复合板。旧混凝土路面上加铺结合式混凝土面层，两层不同性质材料组成的土路面上加铺结合式混凝土面层，两层不同性质材料组成的层间黏结的面层，作为弹性地基上的单层板或弹性地基上双层间黏结的面层，作为弹性地基上的单层板或弹性地基上双层板的上层板；无机结合料类基层或沥青类基层与无机结合层板的上层板；无机结合料类基层或沥青类基层与无机结合料类底基层组成的基层，作为弹性地基上双层板的下层板。料类底基层组成的基层，作为弹性地基上双层板的下层板。水泥混凝土路面结构分析应采用弹性地基板理论。除粒料基层水
18、泥混凝土路面结构分析应采用弹性地基板理论。除粒料基层外，其他基层与混凝土面层应按分离式双层板模型进行结构分外，其他基层与混凝土面层应按分离式双层板模型进行结构分析。析。粒料基层及各级底基层和垫层，应与路基一起视作多层弹粒料基层及各级底基层和垫层，应与路基一起视作多层弹性地基，以地基顶面当量回弹模量表征。性地基，以地基顶面当量回弹模量表征。水泥混凝土路面结构设计应以面层板在设计基准期内，在行车水泥混凝土路面结构设计应以面层板在设计基准期内，在行车荷载和温度梯度综合作用下，不产生疲劳断裂作为设计标准；荷载和温度梯度综合作用下，不产生疲劳断裂作为设计标准；并以最重轴载和最大温度梯度综合作用下，不产生
19、极限断裂作并以最重轴载和最大温度梯度综合作用下，不产生极限断裂作为验算标准。为验算标准。贫混凝土或碾压混凝土基层应以设计基准期内行车荷载不产生贫混凝土或碾压混凝土基层应以设计基准期内行车荷载不产生疲劳断裂作为设计标准。疲劳断裂作为设计标准。5 5 荷载应力计算荷载应力计算-弹性地基单层板模型弹性地基单层板模型设计轴载在面层板临界荷位处产生的的荷载疲劳应力设计轴载在面层板临界荷位处产生的的荷载疲劳应力 kr接缝传荷的应力折减系数，接缝传荷的应力折减系数， 混凝土路肩，混凝土路肩， kr =0.870.92， 柔性路肩或土路肩，柔性路肩或土路肩， kr = 1。kf 疲劳应力系数疲劳应力系数kc综
20、合系数，查表综合系数，查表荷载疲劳应力系数荷载疲劳应力系数kf 式中式中 Ne设计基准期内设计轴载累计作用次数；设计基准期内设计轴载累计作用次数； 材料疲劳指数，普通、钢筋、连续配筋混凝土：材料疲劳指数，普通、钢筋、连续配筋混凝土：=0.057； 碾压、贫混凝土：碾压、贫混凝土：=0.065； f 钢纤维的体积率（钢纤维的体积率（%）；）； lf钢纤维的长度（钢纤维的长度（mm）；）； df钢纤维的直径（钢纤维的直径（mm）。）。设计轴载在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力设计轴载在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力ps式中式中 Ps设计轴载的单轴重设计轴载的单轴重 (kN)； hc、Ec、v
21、c混凝土面层板的厚度混凝土面层板的厚度 (m)、弯拉弹性模量（、弯拉弹性模量（MPa）和泊松比）和泊松比 r 混凝土面层板的相对刚度半径混凝土面层板的相对刚度半径 (m) ； Dc混凝土面层板的截面弯曲刚度混凝土面层板的截面弯曲刚度 (MNm) ； Et板底地基当量回弹模量（板底地基当量回弹模量（MPa)新建公路的板底地基当量回弹模量新建公路的板底地基当量回弹模量Et 式中式中 E0路床顶综合回弹模量（路床顶综合回弹模量（MPa）；）； Ex粒料层的当量回弹模量（粒料层的当量回弹模量（MPa； hx 粒料层的总厚度（粒料层的总厚度（m）；）； n 粒料层的层数；粒料层的层数； Ei、hi 第第
22、i 结构层的回弹模量（结构层的回弹模量（MPa）与厚度）与厚度 (m)。公式根据单圆荷载直径公式根据单圆荷载直径0.3m，层间连续，粒料层总厚度，层间连续，粒料层总厚度0.10.5m，粒料层回弹模量，粒料层回弹模量与路床回弹模量之比小于与路床回弹模量之比小于10的条件，按照荷载中心点挠的条件，按照荷载中心点挠度等效原则回归得到的。其度等效原则回归得到的。其中，路床、粒料层的泊松比中，路床、粒料层的泊松比取取0.35。5 5 荷载应力计算荷载应力计算-弹性地基双层板模型弹性地基双层板模型上层板（面层）的荷载疲劳应力上层板（面层）的荷载疲劳应力 pr贫砼或碾压砼基层板或者下面层板的荷载疲劳应力贫砼
23、或碾压砼基层板或者下面层板的荷载疲劳应力 kf,kc荷载疲劳应力系数、综合系数，按单层板取值；荷载疲劳应力系数、综合系数，按单层板取值；bpr下层板的荷载疲劳应力（下层板的荷载疲劳应力（MPa）；）；bps设计轴载设计轴载Ps在下层板临界荷位处产生的荷载应力在下层板临界荷位处产生的荷载应力(MPa)；最重轴载在上层板临界荷位处产生的最大荷载应力最重轴载在上层板临界荷位处产生的最大荷载应力 最重轴载最重轴载Pm 在四边自由板临界荷位处产生的最大荷载应力在四边自由板临界荷位处产生的最大荷载应力（MPa），设计轴载），设计轴载Ps改为最重轴载改为最重轴载Pm（以单轴计，（以单轴计，kN）；）；kr、
24、kc应力折减系数、综合系数。应力折减系数、综合系数。6 6 温度应力计算温度应力计算-弹性地基单层板模型弹性地基单层板模型在面层板临界荷位处产生的温度疲劳应力在面层板临界荷位处产生的温度疲劳应力tr最大温度梯度时混凝土面层板最大温度应力最大温度梯度时混凝土面层板最大温度应力t,manx综合温度翘曲应力和内应力的温度应力系数综合温度翘曲应力和内应力的温度应力系数BL混凝土面层板的温度翘曲应力系数混凝土面层板的温度翘曲应力系数CL温度疲劳应力系数温度疲劳应力系数kt6 6 温度应力计算温度应力计算-弹性地基双层板模型弹性地基双层板模型在面层板临界荷位处产生的温度疲劳应力在面层板临界荷位处产生的温度
25、疲劳应力tr最大温度梯度时混凝土面层板最大温度应力最大温度梯度时混凝土面层板最大温度应力t,manx综合温度翘曲应力和内应力的温度应力系数综合温度翘曲应力和内应力的温度应力系数BL混凝土面层板的温度翘曲应力系数混凝土面层板的温度翘曲应力系数CL与单层板公式不同。与单层板公式不同。下层板的温度疲劳应力不需计算下层板的温度疲劳应力不需计算温度翘曲应力系数温度翘曲应力系数CL式中 与双层板结构有关的参数； r 层间接触状况参数 (m) ； kn 面层与基层之间竖向接触刚度，上下层之间不设沥青混凝土夹层或隔离层时按公式计算；设沥青混凝土夹层或隔离层时，kn 取3000 MPa/m。7 7 结构极限状态校核结构极限状态校核算例算例1算例算例2算例算例3
