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1、水泥混凝土路面设计主讲教师：李永成我国水泥混凝土路面发展简述 我国水泥混凝土路面已有70多年的发展历史，但在1949年前，修筑总里程不足30km。解放后我国的水泥混凝土路面首先在城镇道路上得到较快发展，在公路上使用起步也较晚。1960年全国仅有60km水泥混凝土公路，1970年累计200km，1980年累计1600km，1990年累计11373km，1996年累计达83652km，到2002年已达167517 km。可见，90年以后发展速度非常迅猛。我国水泥混凝土路面在近期得到迅猛的发展。 1、水泥混凝土路面具有承载力大，使用寿命长，日常养护费用少的优点；2、我国水泥生产量大，分布广，水泥品质
2、能满足道路使用要求；3、砂石材料遍布全国，容易做到因地制宜就地取材；4、施工上即可以采用小型配套机具施工，投入小，施工工艺成熟易掌握，5、施工质量能达到道路使用要求，特别是二、三级以下道路要求；对于高等级道路也可使用滑模、轨道等施工机械施工；6、国家高科技攻关项目的成功，使水泥混凝土路面的设计、施工、养护等诸多的技术难题得到解决，为高等级道路的运用打下了坚实的基础，铺平了道路；水泥混凝土路路面更为适合我国的资源约束条件；我国沥青资源相对不足，而水泥资源很丰富；沥青路面与水泥混凝土路面初期投资对比，有的地方持平，有地方略贵1314，但水泥混凝土路面具有养护费低的优点，所以近期得到很快发展。我国水
3、泥路面迅速发展的原因水泥混凝土路面的工作性能和力学特性1、混凝土面板的弹性模量与力学强度大大高于基层 和土基相应模量和强度2、力学图式为弹性地基板，计算时采用弹性弹性地 基板理论(theory)3、在车辆荷载作用下，混凝土板产生弯曲(crook)4、混凝土的抗拉强度远小于抗压强度(intensity)5、温度变化时会产生温度翘曲(warp)应力(stress)6、面板易产生断裂(rupture)高速公路水泥混凝土路面的特点1路面横向坡度较一般公路略大。由于高速公路采取分向行驶，中间设中央分隔带，一侧路面采用单向坡排水若横坡太小，在暴雨降落时易发生积水，影响行车，因此取高级路面允许横坡的高限即2
4、.0。2路面板块的划分，在横断面方向应取大于车道宽度的板宽，内侧行车道包含左侧路缘带宽度在内，外侧车道可取车道分界线以外0.75M。板块的划分方式还可以减少板边车轮受荷的机率，有利于路面板强度的发挥。3通常在路面外侧边缘下暗设纵向排水盲沟或暗沟，以便及时排除渗入路面结构的雨水。高速公路水泥混凝土路面板结构类型 高速公路水泥混凝土路面按面板结构类型划分主要有三类：有接缝的不配筋普通混凝土路面(JPCP)、有接缝的钢筋混凝上路面(JRCP)和连续配筋混凝土路面(CRCP)，装配式混凝土路面和组合式(双层式)混凝土路面。 普通混凝土路面常设置间距较小的缩缝，在接缝处通过传力杆或集料嵌锁作用传递荷载。
5、接续间距为58m，缩缝间距过长易产生横向裂缝，因此世界各国有进一步减小缩缝间距的趋势。对于高速公路用的普通混凝土路面，许多国家都主张在缩缝处设置传力杆，以提高平顺性，保证高速行车的平稳。同时也增强了路面结构的整体强度，提高了耐久性。 有接缝的钢筋混凝土路面，配置钢筋可采用钢筋网或变形钢筋。加筋的目的并不在于增强路面结构强度或减薄路面，而是在于采用较长的接缝间距，减少接缝的总量。接缝间距一般在9.30m，当然钢筋的用量则随着接缝间距的增大而增加。通过综合分析，认为接缝间距取12m较为合理。由于钢筋混凝土路面按缝间距增加，接缝处的伸缩变形量也随之增大因此需要配置较强的传力装置。 连续配筋混凝土路面
6、沿纵向配置连续钢筋，并完全取消横向接缝，只是在与其它结构物相联接处设置接缝。由于它取消了接缝，保证路表面平整所以对于高速公路，这是一种较为理想的水泥混凝土路面。美国自192l年至今已建连续配筋混凝土路面3.2万公里。连续配置的纵向钢筋主要承受路面温度、湿度变化产生的附加应力，并不能明显减少车轮荷载所引起的应力，最新的研究认为连续配筋混凝土路面的厚度应当与不配筋的普通混凝土路面等同。 装配式很凝土路面是在工厂中把混凝土预制成板块，然后运至工地现场装配而成。这种路面的优点是：混凝土板可以全年生产，不受气候影响，混凝土质量容易保证；而此施工进度快，铺筑完毕即可通车；损坏后易于拆换修理。因此，它较适用
7、于城市道路、厂矿道路、大型基建场地、停车站场和软弱土基上。装配式混凝土路面的缺点是接缝多，整体性差，容易引起行车颠该跳动，因而在公路上一般不宜采用。 组合式(双层式)混凝土路面 的面板一般按单层式建造，只有当缺乏品质良好的材料时，才考虑采用双层式混凝上路面板即利用当地品质较差的材料修筑板的下层，而用品质较好的材料铺筑板的上层，以降低造价。在改建旧混凝土路面时，有时在其上加铺一层新混凝土面层，这样也形成双层式混凝土路面纳构(必要时可以掺加一定量的粉煤灰)，根据双层混凝土路面上下层板之间结合程度的不同，有结合式、分离式和部分结合式三种型式。水泥混凝土路面的优点(1)强度高:混凝土路面具有很高的抗压
8、强度和较高的抗弯拉强度以及抗磨耗能力。(2)稳定性好:泥凝土路面的水稳性、热稳性均较好，特别是它的强度能随着时间的延长而逐渐提高，不存在沥青路面的那种“老化”现象。(3)耐久性好:由于混凝土路向的强度和稳定性好，所以它经久耐用，一般能使用20-40年，而且它能通行包括履带式车辆等在内的各种运输工具。(4)有利于夜间行车:混凝土路面色泽鲜明，能见度好，对夜间行车有利。(5)养护和维修的费用少水泥混凝土路面的缺点1、对水泥和水的需要量大，修筑0.2m厚、7m宽的混凝土路面，每l000m要耗费水泥约400500t和水约250t，尚不包括养生用的水在内，这对水泥供应不足和缺水地区带来较大困难。 2、有
9、接缝，一般混凝土路面要建造许多接缝，这些接缝不但增加施工和养护的复杂性，而且容易引起行车跳动，影响行车的舒适性，接缝又是路面的薄弱点，如处理不当，将导致路面板边和板角处破坏。 3、开放交通较迟，般混凝土路面完工后，要经过28天的潮湿养生，才能开放交通，如需提早开放交通，则需采取特殊措施。 4、修复困难，混凝土路面损坏后，开挖很困难，修补工作量也大，且影响交通。水泥混凝土路面的构造一、面层一、面层二、路基二、路基三、基层三、基层四、垫层四、垫层（一）面层（面板）（一）面层（面板）1.分类：（1）普通混凝土（亦称无筋混凝土或素混凝土）路面 指除接缝区和局部范围外均不配筋的水泥混凝土路面。这是目前应
10、用最为广泛的一种面层类型。（2）钢筋混凝土路面 指为防止可能产生的裂缝缝隙张开，板内配置纵、横向钢筋或钢筋网的水泥混凝土路面。（3）碾压混凝土路面 指水泥和水的用量较普通混凝土显著减少的水泥混凝土混合料经摊铺、碾压成型的水泥混凝土路面。（4）钢纤维混凝土路面 指在混凝土中掺入钢纤维的水泥混凝土路面。在混凝土中掺拌钢纤维，可以提高混凝土的韧度和强度，减少其收缩量。由于钢纤维混凝土的弯拉强度高于普通混凝土，因此它所需的面层厚度薄于普通混凝土面层。由于钢纤维混凝土的造价高，因而主要用作设计标高受到限制的旧混凝上路面上的加铺层，或者用作复合式混凝土面层的上面层。（5）连续配筋混凝土路面 指沿纵向配置连
11、续的钢筋，除了在与其它路面交接处或邻近构造物处设置胀缝以及视施工需要设置施工缝外，不设横向缩缝的水泥混凝土路面。（6）复合式混凝土路面 指由两层或两层以上不同强度或不同类型的混凝土复合而成的水泥混凝土路面。（7）水泥混凝土预制块路面 面层由水泥混凝土预制块铺砌成的路面。 水泥混凝土路面一般为单层式的，其厚度须根据该路在使用期内的交通性质和交通量设计计算决定。 在计算确定混凝土面板所需厚度时，各级交通条件下的初估厚度其初估厚度查表。2.面板厚度（二）基层和垫层（二）基层和垫层 对于混凝土面层下的基层，要求能提供均匀的支承，并且具有一定的刚度和耐冲刷能力。 唧泥、错台和断裂等病害是混凝土路面最常见
12、的损坏形式，其原因是进入路面结构内部的水份不能及时排出，反复冲刷而引起的。表表 适宜各交通等级的基层类型适宜各交通等级的基层类型 交通等级 基层类型 特重交通 贫混凝土、碾亚混凝土或沥青混凝土 重交通 水泥稳定粒料或沥青稳定碎石 中等交通或轻交通 水泥稳定粒料、石灰粉煤灰稳定粒料或级配粒料 基层基层各类基层的适宜厚度各类基层的适宜厚度 基层的宽度应比混凝土面层每侧至少宽300mm(小型机具施工)或500mm(轨道式摊铺机施工)或650mm(滑模式摊铺机施工)。水泥混凝土路面在下述情况下需在基层下设置垫层(1)季节性冰冻地区，路面总厚度小于最小防冻厚度时，差值以垫层厚度补足； (2)水文地质条件
13、不良的土质路堑，路床土湿度较大时，宜设置排水垫层；(3)路基可能产生不均匀沉降时，可设半刚性垫层。 垫层宽度应与路基同宽，最小厚度为15cm。 （三）接缝的构造与布置（三）接缝的构造与布置1.设置原因： 由于一年四季的气温变化，温度坡差将促使面板向上或向下翘曲，混凝土面板会产生不同程度的膨胀和收缩，使板破坏。白白天天气气温温升升高高，混混凝凝土土板板顶顶面面温温度度较较底底面面为为高高，这这种种温温度度坡坡差差会形成板的会形成板的中部隆起中部隆起的趋势。的趋势。夜夜间间气气温温降降低低，板板顶顶面面温温度度较较底底面面为为低低，会会使使板板的的周周边边和和角角隅隅发生发生翘起翘起的趋势的趋势(
14、图图2-6-1 a)。这这些些变变形形会会受受到到板板与与基基础础之之间间的的摩摩阻阻力力和和粘粘结结力力，以以及及板板的的自自重重车车轮轮荷荷载载等等的的约约束束，致致使使板板内内产产生生过过大大的的应应力力，造造成成板板的的断断裂裂(图图2-6-1 b)或或拱胀拱胀等破坏。等破坏。 图2-6-1 混凝土由于温度坡差引起的变形混凝土由于温度坡差引起的变形 a)周边和角隅翘起；b)开裂；c)由于均匀温度下降使两块板体被拉开 为避免这些缺陷，普通混凝土、钢筋混凝土、碾压混凝土或钢纤维混凝土面层板不得不在纵横两个方向设置许多接缝，把整个路面分割成许多矩形板块许多矩形板块。2.接缝分类：(1)按作用
15、的不同，接缝可分为缩缝、胀缝和施工缝三类。(2)按布设位置分为纵缝与横缝两大类。(3)按接缝构造又可分为平缝、企口缝、传力杆缝、真缝、假缝等等。 设置纵缝可控制路面板因翘曲应力与荷载应力共同作用产生不规则的纵向开裂纵纵 向向 接接 缝缝纵向接缝的布设应视路面宽度和施工铺筑宽度而定，具体纵向接缝的布设应视路面宽度和施工铺筑宽度而定，具体如下：如下：（1 1）一次一次铺筑筑宽度小于路面度小于路面宽度度时，应设置置纵向施工向施工缝。纵向施工向施工缝采用采用平平缝形式，上部形式，上部应锯切槽口，深度切槽口，深度为303040mm40mm，宽度度为3 38 mm8 mm，槽内灌塞填槽内灌塞填缝料，构造如
16、料，构造如下下图。 纵纵 向向 接接 缝缝(2)(2)一次铺筑宽度大于一次铺筑宽度大于4.5 m4.5 m时，应设置时，应设置纵向缩缝纵向缩缝。纵向缩缝。纵向缩缝采用采用假缝假缝形式，宽度为形式，宽度为3-8 mm3-8 mm，锯切的槽口深度视基层材，锯切的槽口深度视基层材料而异。料而异。采用粒料基采用粒料基层时，槽口深度，槽口深度应为板厚的板厚的1/31/3；采；采用半用半刚性基性基层时，槽口深度，槽口深度应为板厚的板厚的2/52/5。构造如下图：构造如下图： 纵纵 向向 接接 缝缝（3）纵向接缝在板厚）纵向接缝在板厚中央中央设置设置拉杆，拉杆，拉杆应采用拉杆应采用螺纹钢筋螺纹钢筋，并应对拉
17、杆中部并应对拉杆中部100mm范围内进行范围内进行防锈处理防锈处理。（4）拉杆的）拉杆的直径直径、长度长度和和间距间距，可参照表，可参照表2-6-5选用。选用。（5）施工布设时，拉杆间距应按横向接缝的实际位置予以）施工布设时，拉杆间距应按横向接缝的实际位置予以调整，最外侧的拉杆距横向接缝的距离不得小于调整，最外侧的拉杆距横向接缝的距离不得小于100mm。 横横 向向 接接 缝缝 包括包括缩缝缩缝、胀缝胀缝和和施工缝施工缝。设置缩缝的目的是诱导路面板的收缩变形沿缩缝展开；形成规则的接缝，而不致形成无序的不规则裂缝。横横向向接接缝缝和和纵纵向向接接缝缝应应垂垂直直相相交交，纵纵缝缝两两侧侧的横缝的
18、横缝不得相互错位不得相互错位，具体内容如下，具体内容如下： 横横 向向 缩缩 缝缝（1）横向缩缝可等间距或横向缩缝可等间距或变间距布置，采用变间距布置，采用假缝假缝形式。特重和重交通公形式。特重和重交通公路、收费广场以及邻近路、收费广场以及邻近胀缝或自由端部的胀缝或自由端部的3条缩条缩缝，应采用缝，应采用设传力杆假设传力杆假缝形式缝形式，其构造如图，其构造如图2-6-3 a)所示。其他情况可采所示。其他情况可采用用不设传力杆假缝形式不设传力杆假缝形式，其构造如图其构造如图2-6-3 b)所示。所示。 横横 向向 缩缩 缝缝（2）横向缩缝顶部应锯横向缩缝顶部应锯切切槽口槽口，深度为面层，深度为面
19、层厚度的厚度的1/51/4，宽度，宽度为为38 mm，槽内填，槽内填塞填缝料。高速公路塞填缝料。高速公路的横向缩缝槽口宜增的横向缩缝槽口宜增设深设深20mm、宽、宽610mm的浅槽口，其构的浅槽口，其构造如图示。造如图示。 左：真缝型缩缝 右：假缝型缩缝横横 向向 胀胀 缝缝在在邻邻近近桥桥梁梁或或其其他他固固定定构构造造物物处处或或与与其其他他道道路路相相交交处应设置处应设置横向胀缝横向胀缝。设置的胀缝条数，视膨胀量大小而定。设置的胀缝条数，视膨胀量大小而定。低低温温浇浇筑筑混混凝凝土土面面层层或或选选用用膨膨胀胀性性高高的的集集料料时时，宜宜酌情确定是否设置胀缝。酌情确定是否设置胀缝。胀缝
20、的设置目的是为防止混凝土路面温度升高时，面板纵向受约束，不能自由伸胀而产生附加压屈应力而设置的有一定宽度的接缝。横横 向向 胀胀 缝缝胀缝宽胀缝宽20mm20mm，缝内设置填缝板和可滑动的，缝内设置填缝板和可滑动的传力杆传力杆。胀缝的构造如图所示。胀缝的构造如图所示。横横 向向 施施 工工 缝缝每每日日施施工工结结束束或或因因临临时时原原因因中中断断施施工工时时，必必须须设设置置横横向向施施工工缝缝，其其位位置置应应尽尽可可能能选选在在缩缩缝缝或或胀胀缝缝处。处。设设在在缩缩缝缝处处的的施施工工缝缝，应应采采用用加加传传力力杆杆的的平平缝缝形形式式，其构造如图所示：，其构造如图所示：横横 向向
21、 施施 工工 缝缝设在胀缝处的施工缝，其构造与胀缝相同。设在胀缝处的施工缝，其构造与胀缝相同。遇有困难需设在缩缝之间时，施工缝采用遇有困难需设在缩缝之间时，施工缝采用设拉杆设拉杆的企口缝形式的企口缝形式，其构造如图所示。，其构造如图所示。横横 向向 接接 缝缝传力杆应采用传力杆应采用光面钢筋光面钢筋。其尺寸和间距可按表。其尺寸和间距可按表2-2-6-66-6选用。最外侧传力杆距纵向接缝或自由边的距选用。最外侧传力杆距纵向接缝或自由边的距离为离为150150250mm250mm。 交叉口接缝布设交叉口接缝布设两条道路正交时，各条道路的直道部分均保持两条道路正交时，各条道路的直道部分均保持本身纵缝
22、的连贯，而相交路段内各条道路的横本身纵缝的连贯，而相交路段内各条道路的横缝位置应按相对道路的纵缝间距作相应变动，缝位置应按相对道路的纵缝间距作相应变动，保证两条道路的纵横缝保证两条道路的纵横缝垂直相交垂直相交，互不错位互不错位。交叉口接缝布设交叉口接缝布设 两两条条道道路路斜斜交交时时，主主要要道道路路的的直直道道部部分分保保持持纵纵缝缝的的连连贯贯，而而相相交交路路段段内内的的横横缝缝位位置置应应按按次次要要道道路路的的纵纵缝缝间间距距作作相相应应变变动动，保保证证与与次次要要道道路路的的纵纵缝缝相相连连接接。相相交交道道路路弯弯道道加加宽宽部部分分的的接接缝缝布布置置，应应不出现或少出现不
23、出现或少出现错缝和锐角板错缝和锐角板。在在次次要要道道路路弯弯道道加加宽宽段段起起终终点点断断面面处处的的横横向向接接缝缝，应应采采用用胀胀缝缝形形式式。膨膨胀胀量量大大时时，盘盘在在直直线线段段连连续续布置布置2 23 3条胀缝。条胀缝。 接缝填封材料接缝填封材料 胀缝接缝板应选用能适应混凝土板胀缝接缝板应选用能适应混凝土板膨胀收缩膨胀收缩、施工时施工时不变形不变形、复原率高复原率高和和耐久性好的耐久性好的材料。材料。高速公路和一级公路宜选用高速公路和一级公路宜选用泡沫橡胶板泡沫橡胶板、沥青沥青纤维板纤维板。其他等级公路也可选用其他等级公路也可选用木材类或纤维类板木材类或纤维类板。接缝填封材
24、料接缝填封材料接接缝填填缝料料应选用与混凝土接用与混凝土接缝槽壁粘槽壁粘结力力强强、回、回弹性好、适性好、适应混凝土板收混凝土板收缩、不溶于水、不渗水、高温、不溶于水、不渗水、高温时不流淌、低温不流淌、低温时不脆裂、耐老化的材料。不脆裂、耐老化的材料。常用的填常用的填缝材料有聚氨材料有聚氨酯焦油焦油类、氯丁橡胶丁橡胶类、乳化、乳化沥青青类、聚、聚氯乙乙烯胶泥、胶泥、沥青橡胶青橡胶类、沥青青玛蹄脂及蹄脂及橡胶嵌橡胶嵌缝条等。条等。高速公路、一高速公路、一级公路公路应优选使用使用树脂脂类、橡胶、橡胶类或改或改沥青青类填填缝材料，并宜在填材料，并宜在填缝料中加入耐老化料中加入耐老化剂。 （纵缝）真缝
25、（纵缝）假缝传力杆要求钢筋布置要求混凝土路面垫层混凝土路面基层以下设置垫层通常有三种情况。1刚性、半刚性基层的下卧过渡结构层 若采用贫泥凝土或各种半刚性材料作为混凝土路面的基层，直接铺筑在压实的土基之上，基层与土基刚度差异过大，土基的变形对基层反映极为敏感。在这种情况，应在刚性或半刚性基层以下设垫层。垫层材料通常可用无结合料的级配粒料，在排水良好地段也可以采用水泥稳定土或石灰稳定土修筑垫层。 2结构排水层 当垫层主要用于结构排水功能时，垫层多采用粒状材料。材料的透水性应满足排水要求。由于垫层层位处于基层与土基之间的过渡层，因此排水垫层除必须满足排水垫层的各项要求之外，也应具备足够的承载能力。
26、混凝土路面垫层3防冻层 在季节性冰冻地区修筑高速公路水泥混凝土路面，应保证路面结构总厚度大于冰冻的影响范围，确保路基土不受冻害。若路面结构总厚度不足要求的深度，则应采用垫层加厚补足。用于防冻的垫层材料应采用隅温性能良好的粒料，如炉渣等。防冻层也应具备一定的承载能力。 垫层的厚度应根据它在结构中的功能来确定，以确保排水通畅、防止冻害和提高承载能力。垫层的最小厚度为15cm。垫层的厚度应比基层每层至少宽出25cm，或与路基同宽。混凝土路面设计的内容与要求1、路基和基层设计：路基必须密实、均匀、稳定；在路基为膨胀土或有冰冻作用时，应加强排水，并根据情况加设垫层，以保证路面具有足够的防冻厚度；基层应平
27、整、坚固，其顶面的当量回弹模量不得小于规定数值。2、混疑土材料组成设汁：选挥合适的组成材料和配合比，以获得高强、耐磨和抗冻的混凝土面板。3、路面板几何尺寸设计：板厚和平面尺寸的确定，应使行车荷载应力和温度翘曲应力的综合作用保持在混凝土弯拉强度的容许范围内。4、接缝和配筋设计：合理选择接缝类型、布置接缝位置，确定接缝构造，以提高接缝的传荷能力，在混凝土板的自由边边缘和角隅等应力较大处，应配置补强钢筋，必要时，也可在板内布设钢筋间，以防止裂缝张开。设计理论 水泥混凝土路面看作是弹性地基板，用弹性地基板理论进行分析计算；设计路面时，路面板为防止车轮荷载重复作用和大气温度周期性变化的影响，必须使荷载应
28、力和温度疲劳应力之和与可靠度系数的乘积小于或接近于混凝土弯拉强度标准值，即：弹性地基板的应力分析 混凝土路面板所承受的应力有车辆荷载作用下的荷载应力、温度变化而板的伸缩和翘曲受阻所产生的温度应力、混凝土硬化和湿度变化造成的收缩应力、路基和基层的体积变化而引起的应力等。路面板设计时，主要考虑荷载应力和温度应力。 混凝土路面在荷载作用下产生约变形很小，混凝土面层的模量远大于其下面的基(垫)层和路基的模量，其间的摩阻力一般也不大：对混凝土路面进行受力分析，可以采用以前介绍的弹性层状体系理论，但鉴于混凝土路面的特性，通常采用弹性地基板理论分析路面板的应力状况。荷载应力分析 理论分析表明，不论用哪一种地
29、基假设（小挠度弹性薄板理论、文克勒地基板、弹性半空间体地基板、半无限地基板）地基强弱对板内应力影响不大。但结论的前提是：地基和路面板始终是完全接触，共同变形。研究表明，在荷载、板厚和使用年限相同时，刚度越小的基层，其塑性累计变形就越严重。板下基础出现塑性变形累计的结果，使面板局部失去支撑，车辆荷载应力就增大，当达到和超过混凝土抗力时，路面板就会断裂。因此，基础的强弱会影响路面的使用寿命。温度应力分析 水泥混凝土路面板内不同深度处的温度，随气温而发生变化。这种变化使路面板出现胀缩变形和翘曲变形。当变形受限制时，板内便产生胀缩应力和翘曲应力。1胀缩应力 由于温度的变化导致混凝土面板上、中、下三个位
30、置的膨胀和收缩大小不一致，产生的应力大小也不一致，会产生收缩裂缝。2翘曲应力 由于混凝土板的导热性能较差，当气温变化时，使板顶和板底产生温度差别，而胀缩变形的大小也就不同，引起板的翘曲。当板顶温度高于板底时，板的中部力图隆起，而在受约束后板底将出现拉应力；反之，当板顶温度低于板底时，则板的四周会翘起，受到约束后板顶将承受拉应力。水泥混凝土路面设计参数1、标准轴载与轴载换算公式(formula) 2、交通(traffic)分级(grade)3、设计使用年限与累计轴载作用次数 4、综合影响系数(modulus)5、基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量6、混凝土面板的设计强度和抗弯拉弹性(flexi
31、bility)模量7、混凝土面板内最大温度(temperature)梯度(grads)水泥混凝土路面设计参数一、标准轴载与轴载换算 水泥混凝土路面设计以重100kN的单轴荷载作为标淮轴载。其它不同轴型和轴重的车辆均通过换算，将轴载通行次数换算为标准轴载通行次数。 并根据标准轴裁的作用次数判断道路的交通繁重程度。水泥混凝土路面的轴载换算公式是在很凝土疲劳方程的基础上建立的。凡是前、后轴载大于40KN的轴数均应换算成标准轴载。对于轴载小于或等于40KN的轴数，因为它在混凝土板内产生的应力很小引起的疲劳损伤也很轻微，因此可以略去不计。轴载换算二、交通分级 水泥混凝土路面承受的交通，按使用初期设计车道
32、每日通过的标准轴载作用次数Ns划分为四个等级，即特重交通、重交通、中等交通、轻交通。具体分级如下表所示。三、设计基准期(t) 路面的设计使用年限为路面达到预定损坏标腔时所能使用的年限。超过此年限，路面并非完全破坏而不能使用，只是使用性能太差和运行费用过高。各国对水泥混凝土路面设计使用年限的规定为2040年不等，设计使用年限过长则交通难以预估准确、初期投资也较高。按计算分桥的结果表明少许增加路面板的厚度，可使路面寿命有较大的增长，因此，规定较长的使用年限，厚度增加并不多，从整个使用年限来看，经济上是合理的。据此我国设计方法规定：根据交通等级的差别，混凝土路面的使用年限为2030年，交通越繁重,设
33、计使用年限越长,见下表所示。四、累计作用次数(Ne ) 设计使用年限内标准轴载的累计作用次数与第一年的交通量、交通轴载组成和交通量的预测增长情况等因素有关。同时应对上述交通参数进行详细调查、观测与预测，然后根据所得到的交通资料，按公式计算确定设计使用年限内设计车道的标准轴载累计作用次数：五、混凝土路面基层顶面的当量回弹模量值(Et)计算 我国混凝土路面设计方法采用半空间弹性均质地基上的弹性藏板力学模型为基础。实际上混凝土面层板下的地基包括路基和根据需要设置的垫层与基层，其整体地基结构为弹性多层体系。分析板内荷载应力时，应将该多层体系换算为当量半无限体，以其顶面的当量回弹模量作为半无限地基的回弹
34、模量值。混凝土设计弯拉强度和弹性模量对照表 规范规定，混凝土的设计强度以龄期28d的弯拉强度为标准，若混凝土浇筑后90d内不开放交通时，可采用90d龄期弯拉强度。规范又提出，混凝土弯拉弹性模量如无条件测试，可按下表选用。或者按照下式由混凝土的弯拉强度，通过经验关系公式计算混凝土弯拉弹性模量。下表为各交通等级要求的混凝土设计弯拉强度和弹性模量。六、荷载疲劳应力计算(pr) 轴载作用于纵缝边缘中部时，板内产生的最大应力可应用有限元法进行计算。综合考虑了荷载反复作用的疲劳效应，接缝传荷能力对面板应力分布的影响以及动力效应等其它因寒后，荷载疲劳应力按以下公式计算确定：临界荷载位置 为了简化计算工作，通
35、常选取使路面板产生最大应力、最大挠度或最大损坏的一个轴载作用位置作为计算荷载疲劳应力的临界荷载位置。通过对几种典型的路面结构进行了不同位置加载时的应力分析和温度应力分析：考虑了车通分布横断面的轮迹分布频率曲线；还考虑了各种纵横接缝构造传力性能的影响等，经过综合对比分析，绝大多数情况下，在纵缝边缘的中部受荷出现最不利状态。因此，确定路面板纵缝边缘的中部为临界荷载位置，如图所示。七、混凝土板温度应力计算(tr)有关混凝土板的温度梯度说明 混凝土板顶面和底面的温度差除以板的厚度，即为板的温度梯度。在晴天混凝土板的温度梯度经历了由零经正最大(板顶高于板底)到零，再经负最大(板顶低于板底)后回到零的周期
36、性变化。同时，在一年内也呈现出周期性变化，最大值出现在5-7月份,最小值出现在1-2月份。 混凝土板内的温度状况主要受气温和太阳辐射热等天气因素的影响。通过在全国各地设立的混凝土路面温度观测站的观测资料与当地气象资料进行相关分析建立了二者的经验关系式，再以全国56个气象观测站的气象资料代入经验关系式，得到了全国各自然区划的最大温度梯度推荐值，见下表所示。在不能直接作实地测试的情况下，可以参考使用。八、路面板厚度的确定 荷载疲劳应力与温度疲劳应力共同作用时，综合疲劳应力小于或等于混凝土的设计弯拉强度则满足设计要求。从经济的角度考虑，路面板厚度也不需超出过多，若应力计算结果在下式的范围内，则可以认
37、为是经济合理的，否则应重新调整厚度再作计算，直到满足下式的要求为止。水泥混凝土板厚计算步骤1收集交通资料 包括：初始年日平均交通量和交通组成(各类车辆的比例)，方向分配系数(来向和去向的比例)和车道分配系数(每个方向有两个以上车道时每个车道的比例)，交通量的年平均增长率。 2利用上述资料，计算设计车道的初始年日标准轴载作用次数按表确定公路的交通等级；再按表确定其设计使用年限。 根据公路的交通组织状况和车道宽度选定轮迹横向分布系数.然后，按式计算设计车道使用年限内的标准轴载累计作用次数从。 3初拟路面结构 包括：路基类型和土质、垫层类型和厚度、基层类型和厚度、面板初估厚度和平面尺寸。 4按表所列
38、的混凝土设计弯拉强度的最低要求，设计混凝土混合料组成 通过对设计混合料的强度和抗弯拉弹性模量测试确定28d或90d设计弯拉强度和抗弯拉弹性模量。或参照表确定相应的混凝土抗弯拉弹性模量。5确定基层顶面计算回弹模量Et 对于新路，按韧拟路面结构，根据土基顶面回弹模量Eo和基层材料回弹模量El利用图先确定基层顶面当量回弹模量Et；对于老路用承载板法或弯沉法确定基层顶面的当量回弹模量凰。而后，按式)计算确定供荷载应力和温度应力计算用的基层项面计算回弹模量。 6计算荷裁疲劳应力Pr 先利用确定的标准轴载产生的荷载应力ps，依据纵缝类型和交通等级，选定应力折减系数K r和综合系数Kc。由第2步中得到的Ne按式计算确定疲劳荷载应力系数Kf.按 公式将以上各项相乘后即得到荷载疲劳应力pr 。 7计算温度疲劳应力tr 由表按公路所在自然区划选取最大温度梯度Tg，按式计算路面结构的相对刚度半径r，按相对板长Lr和板厚h，由图查取温度应力系数Bx,由式计算确定最大温度梯度时的温度应力tm。查表确定温度疲劳应力Kt系数中的a和b值，计算温度疲劳应力tr。 8检验(pr+tr)之和是否满足下列要求： 如满足，则初拟厚度可以作为设计厚度。如不满足，则重新拟定路面结构，重复第5步以下的计算，直到上述要求满足为止。设计厚度取整至厘米。计算示例 见教材.
