道路工程第二篇第4章刚性路面

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1、 通过本次课的学习，学生应通过本次课的学习，学生应重点掌握：刚性路重点掌握：刚性路重点掌握：刚性路重点掌握：刚性路面的优、缺点及常见的损坏现象，水泥混凝土面的优、缺点及常见的损坏现象，水泥混凝土面的优、缺点及常见的损坏现象，水泥混凝土面的优、缺点及常见的损坏现象，水泥混凝土路面的接缝结构设计。路面的接缝结构设计。路面的接缝结构设计。路面的接缝结构设计。熟悉刚性路面的结构组熟悉刚性路面的结构组合，引起路基不均匀支承的因素及改善措施。合，引起路基不均匀支承的因素及改善措施。本本次次授授课课的的重重点点：刚刚性性路路面面的的优优、缺缺点点及及常常见见的的损损坏坏现现象象，水水泥泥混混凝凝土土路路面面

2、的的接接缝缝结构设计。结构设计。难点：水泥混凝土路面的接缝结构设计。难点：水泥混凝土路面的接缝结构设计。目的要求目的要求重点与难点重点与难点第二篇第二篇 道路路基路面结构道路路基路面结构第四章第四章 刚性路面（刚性路面（1212节）节） 刚性路面是即指刚性路面是即指水泥混凝土路面水泥混凝土路面，主要包括素混凝土、钢筋，主要包括素混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土、碾压式混凝土、钢纤维混凝土等面混凝土、连续配筋混凝土、碾压式混凝土、钢纤维混凝土等面层板与基（垫）层所组成的路面。层板与基（垫）层所组成的路面。 第四章第四章 刚性路面刚性路面 广泛采用的是就地浇筑的素混凝土路面，广泛采用的是就地浇筑

3、的素混凝土路面，简称混凝土路面简称混凝土路面。 这种路面是以水泥与水合成的水泥浆为结合料、碎（砾）石这种路面是以水泥与水合成的水泥浆为结合料、碎（砾）石为骨料、砂为填充料，按适当的配合比例，经拌和、摊铺、振为骨料、砂为填充料，按适当的配合比例，经拌和、摊铺、振捣、整平和养生而筑成，除了在接缝区和局部范围（边缘和角捣、整平和养生而筑成，除了在接缝区和局部范围（边缘和角隅）外，不配置钢筋的混凝土路面。隅）外，不配置钢筋的混凝土路面。4-1 4-1 刚性路面的特点、损坏现象和结构组合刚性路面的特点、损坏现象和结构组合一、刚性路面的特点一、刚性路面的特点（一）优点（一）优点1强度高、刚度大、耐久性好强

4、度高、刚度大、耐久性好 混凝土路面具有较高的抗压、抗弯拉和抗磨耗强度。因此，混凝土路面具有较高的抗压、抗弯拉和抗磨耗强度。因此，具有较高的承载能力和扩散荷载的能力，而且耐久性好，一般具有较高的承载能力和扩散荷载的能力，而且耐久性好，一般可以使用可以使用2030年以上。年以上。2稳定性好稳定性好 环境中温度和湿度对水泥混凝土路面的力学强度的影响较小。环境中温度和湿度对水泥混凝土路面的力学强度的影响较小。因此，其热稳定性、水稳定性和时间稳定性均较好。尤其是强因此，其热稳定性、水稳定性和时间稳定性均较好。尤其是强度将随时间而逐渐增高，而不会出现度将随时间而逐渐增高，而不会出现“老化老化”现象。现象。

5、3平整度和粗糙度较好平整度和粗糙度较好 虽有接缝，但是起伏变化小，基本上能满足汽车行驶的平整虽有接缝，但是起伏变化小，基本上能满足汽车行驶的平整性要求；路表面经过拉毛或轧槽处理，为路面提供了一定的粗性要求；路表面经过拉毛或轧槽处理，为路面提供了一定的粗糙度。糙度。4养护费用少、运输成本低养护费用少、运输成本低 水泥混凝土路面坚固耐久，经常性的养护维修工作量小、费水泥混凝土路面坚固耐久，经常性的养护维修工作量小、费用低。而且由于行车阻力小、消耗低，运输成本低。用低。而且由于行车阻力小、消耗低，运输成本低。5水泥混凝土路面色泽鲜明，能见度好，有利于夜间行车。水泥混凝土路面色泽鲜明，能见度好，有利于

6、夜间行车。（二）缺点（二）缺点1有接缝有接缝 混凝土面板为了适应热胀冷缩的需要，必须设置接缝，而混凝土面板为了适应热胀冷缩的需要，必须设置接缝，而在接缝设置之后带来一系列问题：在接缝设置之后带来一系列问题：（1）接缝是路面的薄弱点，如果处理不当，容易导致板边和）接缝是路面的薄弱点，如果处理不当，容易导致板边和板角破坏。板角破坏。（2）接缝增加了施工和养护作业的复杂性。）接缝增加了施工和养护作业的复杂性。（3）接缝易引起行车跳动，影响行车的舒适性。）接缝易引起行车跳动，影响行车的舒适性。2竣工后不能立即开放交通竣工后不能立即开放交通 施工结束后至少要经过施工结束后至少要经过1520天的湿治养生，

7、才能开放交天的湿治养生，才能开放交通。通。3挖掘和修补困难挖掘和修补困难 路面破坏后，挖掘和修补工作相当困难，而且影响交通严重。路面破坏后，挖掘和修补工作相当困难，而且影响交通严重。对于地下管线的维修也有非常大的难度。对于地下管线的维修也有非常大的难度。4阳光下反光太强阳光下反光太强 水泥混凝土路面反光强烈，在阳光下行车使驾驶人员产生很水泥混凝土路面反光强烈，在阳光下行车使驾驶人员产生很明显的刺目感觉。明显的刺目感觉。5对超载敏感对超载敏感 水泥混凝土属于脆性材料，一旦车辆荷载超出混凝土的极限水泥混凝土属于脆性材料，一旦车辆荷载超出混凝土的极限强度，很容易引起面板的断裂。强度，很容易引起面板的

8、断裂。6对水泥和水的需求量大对水泥和水的需求量大 水泥混凝土面板板厚、体积大，所需要的原材料较多。水泥混凝土面板板厚、体积大，所需要的原材料较多。7施工前的准备工作繁重施工前的准备工作繁重 施工前需要施工放样、支立模板、布置接缝、敷设钢筋等。施工前需要施工放样、支立模板、布置接缝、敷设钢筋等。二、水泥混凝土路面的损坏现象二、水泥混凝土路面的损坏现象1断裂断裂 当混凝土路面板内产生的应力超过混凝土强度时，面板将出现当混凝土路面板内产生的应力超过混凝土强度时，面板将出现横向或纵向的断裂裂缝，以及角隅处的折断裂缝。横向或纵向的断裂裂缝，以及角隅处的折断裂缝。 原因：应力过大，板体太薄，板尺寸太大；混

9、凝土板原材料、原因：应力过大，板体太薄，板尺寸太大；混凝土板原材料、级配、施工不良；地基塑性变形过量，使板底失去支撑等。级配、施工不良；地基塑性变形过量，使板底失去支撑等。2碎裂碎裂 出现在横向接缝（主要是胀缝）两侧数十厘米的范围内。出现在横向接缝（主要是胀缝）两侧数十厘米的范围内。 主要原因是由于胀缝内的滑动传力杆排列不正或不能滑动、主要原因是由于胀缝内的滑动传力杆排列不正或不能滑动、或缝隙内嵌入坚硬碎屑等，使混凝土在膨胀时受到较大的挤压或缝隙内嵌入坚硬碎屑等，使混凝土在膨胀时受到较大的挤压力而碎裂。力而碎裂。3唧泥唧泥 汽车行至接缝处时，缝内溅出稀泥的现象称为唧泥。汽车行至接缝处时，缝内溅

10、出稀泥的现象称为唧泥。 原因是水分沿缝隙下渗而积聚在局部脱空的板下，在重轮载原因是水分沿缝隙下渗而积聚在局部脱空的板下，在重轮载的作用下，积水变为有压水同基层内浸湿的细集料搅混成悬液，的作用下，积水变为有压水同基层内浸湿的细集料搅混成悬液，并沿接缝喷溅而出。而唧泥出现后，促使面层板的边缘和角隅并沿接缝喷溅而出。而唧泥出现后，促使面层板的边缘和角隅部分逐渐失去支撑，最终导致断裂。部分逐渐失去支撑，最终导致断裂。唧泥唧泥4错台错台 横向接缝或裂缝两侧的面板端部出现的竖向相对位移称错台。横向接缝或裂缝两侧的面板端部出现的竖向相对位移称错台。 错台的出现降低了行车的平稳性和舒适性。错台的出现降低了行车

11、的平稳性和舒适性。5拱起拱起 混凝土路面面板在热膨胀受到约束时，某一接缝两侧的数块混凝土路面面板在热膨胀受到约束时，某一接缝两侧的数块板突然出现向上的屈曲失稳现象称拱起。板突然出现向上的屈曲失稳现象称拱起。 主要原因：主要是填料失效，让硬物落入接缝，致使面板变主要原因：主要是填料失效，让硬物落入接缝，致使面板变形受限形受限。 此外，还有一些非结构性的损坏，如：剥落、纹裂、磨光此外，还有一些非结构性的损坏，如：剥落、纹裂、磨光麻面等损坏现象。麻面等损坏现象。三、刚性路面的工作特性三、刚性路面的工作特性 刚性路面强度高、板体性好，在荷载作用下产生的变形小，刚性路面强度高、板体性好，在荷载作用下产生

12、的变形小，路面板通常处于弹性工作状态；同时由于混凝土路面板体在荷路面板通常处于弹性工作状态；同时由于混凝土路面板体在荷载作用下产生的挠度小，其下地基所产生的变形也小，同样可载作用下产生的挠度小，其下地基所产生的变形也小，同样可被视为弹性。被视为弹性。 因此，因此，水泥混凝土路面可以看成是被支承在弹性地基上的弹性水泥混凝土路面可以看成是被支承在弹性地基上的弹性薄板。薄板。 1在车轮荷载作用下在车轮荷载作用下 当荷载作用于板中时当荷载作用于板中时，板的顶面会出现，板的顶面会出现压应力压应力，而板的底面，而板的底面会产生会产生拉应力拉应力；当荷载作用于板角时当荷载作用于板角时，板的底面会出现，板的底

13、面会出现压应力压应力，而板顶面则会出现而板顶面则会出现弯拉应力弯拉应力。2在自然因素作用下在自然因素作用下 水泥混凝土路面在水泥混凝土路面在温度温度和和湿度湿度的作用下，板内会产生内应力。的作用下，板内会产生内应力。 由于混凝土板的极限抗弯拉强度要比它的极限抗压强度由于混凝土板的极限抗弯拉强度要比它的极限抗压强度低很低很多多。所以，当荷载较大、而板又较薄时，在车轮荷载的重复作。所以，当荷载较大、而板又较薄时，在车轮荷载的重复作用下，板的底部或顶部会发生用下，板的底部或顶部会发生开裂现象开裂现象。 为了减少这些内应力的影响，避免产生不规则开裂，应为了减少这些内应力的影响，避免产生不规则开裂，应预

14、先预先限定限定混凝土板的开裂位置，将路面划分成较小尺寸的板块，在混凝土板的开裂位置，将路面划分成较小尺寸的板块，在板间板间设置纵向或横向的缝设置纵向或横向的缝。四、结构层的组合四、结构层的组合 水泥混凝土路面的结构层一般由：水泥混凝土面板、基层、水泥混凝土路面的结构层一般由：水泥混凝土面板、基层、垫层（不良地质水文条件下）和土基组成。垫层（不良地质水文条件下）和土基组成。1水泥混凝土面板水泥混凝土面板 面层板断面一般采用面层板断面一般采用等厚度等厚度形式，形式，最小厚度为最小厚度为最小厚度为最小厚度为18cm18cm18cm18cm；路面板；路面板宽度一般按每车道宽，不大于宽度一般按每车道宽，

15、不大于4.5m；路面板长度一般采用；路面板长度一般采用45m，最长不超过，最长不超过6m。11横缝横缝22纵缝纵缝2基层基层 要求基层平整、坚实，具有抗变形能力强、整体性好、透水要求基层平整、坚实，具有抗变形能力强、整体性好、透水性小和耐冲刷的性能。性小和耐冲刷的性能。 （1）采用整体性好（具有较高弹性模量）的材料修筑基层，）采用整体性好（具有较高弹性模量）的材料修筑基层，可保障混凝土路面良好的使用特性和延长路面的使用寿命；可保障混凝土路面良好的使用特性和延长路面的使用寿命； （2）设置基层，可以起到防止唧泥、冰冻，以及排除渗入的）设置基层，可以起到防止唧泥、冰冻，以及排除渗入的地表水、隔断地

16、下毛细水、缓和土基不均匀变形对面板影响等地表水、隔断地下毛细水、缓和土基不均匀变形对面板影响等作用；作用； （3）设置基层可为混凝土面板的施工提供便利条件。）设置基层可为混凝土面板的施工提供便利条件。 基层的厚度以不于基层的厚度以不于15cm为宜，并应宽出面板，宽出的数值视为宜，并应宽出面板，宽出的数值视面板采用的施工方法而异。面板采用的施工方法而异。适宜各类交通等级的基层类型适宜各类交通等级的基层类型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混凝土、碾压混凝土或沥青混凝土基层贫混凝土、碾压混凝土或沥青混凝土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

17、等或轻交通中等或轻交通水泥稳定粒料、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 各类基层的厚度范围参照表基层类型基层类型厚度适宜的范围（厚度适宜的范围（mm）贫混凝土或碾压混凝土基层贫混凝土或碾压混凝土基层120200水泥或石灰粉煤灰稳定粒料基层水泥或石灰粉煤灰稳定粒料基层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级配粒料基层级配粒料基层150200多孔隙水泥稳定碎石排水基层多孔隙水泥稳定碎石排水基层100140沥青稳定碎石排水基层沥青稳定碎石排水基层801003垫层垫层 在水温状况不良路段的路基与基层之间宜设

18、置垫层。在水温状况不良路段的路基与基层之间宜设置垫层。 垫层应具有一定的垫层应具有一定的强度强度和较好的和较好的水稳性水稳性，在冰冻地区尚应具，在冰冻地区尚应具有较好的有较好的抗冻性抗冻性。垫层的最小厚度为。垫层的最小厚度为15cm。4土基土基 理论分析表明：通过刚性面层和基层传到土基上的压力很小，理论分析表明：通过刚性面层和基层传到土基上的压力很小，一般不超过一般不超过0.05MPa。然而，如果土基的稳定性不足，在水温。然而，如果土基的稳定性不足，在水温变化的影响下出现较大变形，使土基变化的影响下出现较大变形，使土基形成不均匀支承形成不均匀支承，进而使，进而使面板在受荷时底部产生过大的弯拉应

19、力，导致混凝土路面的破面板在受荷时底部产生过大的弯拉应力，导致混凝土路面的破坏。坏。（1 1）造成）造成路基不均匀支承路基不均匀支承的因素：的因素： 均匀沉陷均匀沉陷 湿软地基未达到充分固结，土质不均匀，压湿软地基未达到充分固结，土质不均匀，压实不充分，新老路基交接处处理不当；实不充分，新老路基交接处处理不当； 不均匀冻胀不均匀冻胀 在季节性冰冻地区，土质不均匀，路基潮在季节性冰冻地区，土质不均匀，路基潮湿条件发生变化处；湿条件发生变化处； 膨胀土膨胀土 在过干或过湿（相对最佳含水量）的条件下压在过干或过湿（相对最佳含水量）的条件下压实，排水不良等。实，排水不良等。（2 2）改善措施）改善措施

20、 把不均匀的土掺配均匀；把不均匀的土掺配均匀； 控制压实时的含水量接近最佳含水量，并保证压实度达到控制压实时的含水量接近最佳含水量，并保证压实度达到规定要求；规定要求； 加强路基排水；加强路基排水； 加铺垫层，以缓和不均匀变形对面层的影响。加铺垫层，以缓和不均匀变形对面层的影响。4-2 4-2 水泥混凝土路面的接缝构造设计水泥混凝土路面的接缝构造设计一、纵缝与横缝一、纵缝与横缝（一）接缝设置的原因（一）接缝设置的原因 混凝土路面利用纵、横接缝，把整个路面分割成许多的板块，混凝土路面利用纵、横接缝，把整个路面分割成许多的板块，其目的是为了防止混凝土板其目的是为了防止混凝土板因温度变化因温度变化造

21、成的不规则断裂。造成的不规则断裂。1随着随着一年四季一年四季气温的变化，混凝土板将产生整体性的膨胀与气温的变化，混凝土板将产生整体性的膨胀与收缩。收缩。2在在昼夜昼夜气温变化时，由于温度坡差的作用，在白天混凝土板气温变化时，由于温度坡差的作用，在白天混凝土板顶面温度较底面为高，造成板的顶面温度较底面为高，造成板的中部隆起中部隆起；在夜间板顶面温度；在夜间板顶面温度较底面为低，会使板的较底面为低，会使板的周边和角隅翘起周边和角隅翘起。 但是，这些变形会受到板与基础之间的摩阻力和粘结力的但是，这些变形会受到板与基础之间的摩阻力和粘结力的影影响响，同时还受到混凝土板自重和车轮荷载的，同时还受到混凝土

22、板自重和车轮荷载的约束约束。致使板内产。致使板内产生较大应力，造成面板的断裂或拱胀破坏。生较大应力，造成面板的断裂或拱胀破坏。 接缝构造的设计要求：应能接缝构造的设计要求：应能控制或减少控制或减少收缩应力和翘曲应力收缩应力和翘曲应力所引起的裂缝，并所引起的裂缝，并提供提供足够的荷载传递能力，足够的荷载传递能力，防止防止坚硬杂物落坚硬杂物落入接缝缝隙内。入接缝缝隙内。（二）接缝的分类（二）接缝的分类 混凝土路面接缝按平面位置和方向，可分为混凝土路面接缝按平面位置和方向，可分为纵缝纵缝和和横缝横缝两大类两大类；再结合接缝的功能，；再结合接缝的功能，纵缝纵缝又可细分为又可细分为纵向缩缝纵向缩缝和和纵

23、向施工缝纵向施工缝，横缝横缝又可细分为又可细分为横向缩缝横向缩缝、胀缝胀缝和和横向施工缝横向施工缝。1纵缝纵缝 混凝土面板的纵缝是与路中线平行的接缝，分为纵向缩缝和纵混凝土面板的纵缝是与路中线平行的接缝，分为纵向缩缝和纵向施工缝。向施工缝。（1）纵向施工缝）纵向施工缝 当面板一次铺筑宽度当面板一次铺筑宽度小于小于路面宽度时，应设纵向施工缝。路面宽度时，应设纵向施工缝。 纵向施工缝的接缝形式有两种：纵向施工缝的接缝形式有两种： 一般情况下，纵向施工缝采用一般情况下，纵向施工缝采用平缝形式平缝形式，需要设拉杆，其构，需要设拉杆，其构造如图所示。造如图所示。 纵向施工缝采用平缝形式，上部应锯切槽口，

24、深度为纵向施工缝采用平缝形式，上部应锯切槽口，深度为3040mm，宽度为，宽度为38mm，槽内灌塞填缝料，构造如图所示；，槽内灌塞填缝料，构造如图所示；纵缝纵缝（2）纵向缩缝）纵向缩缝 反之，当混凝土板一次铺筑的宽度反之，当混凝土板一次铺筑的宽度大于大于4.5m时，其间应增设时，其间应增设纵向缩缝，以减小收缩应力和温度翘曲应力。纵向缩缝，以减小收缩应力和温度翘曲应力。 纵向缩缝宜采用假缝形式，并设置拉杆，锯切的槽口深度应纵向缩缝宜采用假缝形式，并设置拉杆，锯切的槽口深度应大于施工缝的槽口深度。采用粒料基层时，槽口深度应为板厚大于施工缝的槽口深度。采用粒料基层时，槽口深度应为板厚的的1/3；采用

25、半刚性基层时，槽口深度为板厚的；采用半刚性基层时，槽口深度为板厚的2/5。其构造如。其构造如所示。所示。 纵缝纵缝2横缝横缝 横缝是垂直于路中线方向的接缝，分为横缝是垂直于路中线方向的接缝，分为横向缩缝横向缩缝、胀缝胀缝和和横横向施工缝向施工缝。（1）横向缩缝）横向缩缝 横向缩缝是为了减小收缩应力和温度翘曲应力而设置。横向缩缝是为了减小收缩应力和温度翘曲应力而设置。 横向缩缝常采用横向缩缝常采用假缝形式假缝形式，一般，一般不需要不需要设置传力杆，其构设置传力杆，其构造如图造如图2-4-9 a）所示。）所示。 为了提高接缝的传荷能力，在为了提高接缝的传荷能力，在交通繁重的道路上交通繁重的道路上交

26、通繁重的道路上交通繁重的道路上，横向缩，横向缩缝宜缝宜加设加设传力杆；另外，在传力杆；另外，在邻近横向胀缝邻近横向胀缝邻近横向胀缝邻近横向胀缝或或路面纵向自由端部路面纵向自由端部路面纵向自由端部路面纵向自由端部的的3条缩缝内，均宜加设传力杆，其构造如图条缩缝内，均宜加设传力杆，其构造如图2-4-9 b）所示。）所示。（2）胀缝）胀缝 胀缝的设置是为了给混凝土面层的膨胀提供伸长的余地，以胀缝的设置是为了给混凝土面层的膨胀提供伸长的余地，以免产生过大的免产生过大的热压应力热压应力。 胀缝的位置胀缝的位置 在邻近桥梁或其它固定构筑物处、与柔性路面相接处，隧道在邻近桥梁或其它固定构筑物处、与柔性路面相

27、接处，隧道口、小半径平曲线和凹形竖曲线纵坡变换处，平面交叉口，以口、小半径平曲线和凹形竖曲线纵坡变换处，平面交叉口，以及路面厚度变化处等均应设置胀缝。及路面厚度变化处等均应设置胀缝。（注：在邻近构造物或与沥青路面结合处的胀缝，应根据实际情况设置（注：在邻近构造物或与沥青路面结合处的胀缝，应根据实际情况设置23条胀缝）条胀缝） 除上述位置以外的胀缝宜尽量不设或少设。胀缝的间距应根除上述位置以外的胀缝宜尽量不设或少设。胀缝的间距应根据施工季节、施工温度、混凝土的膨胀性，并结合当地的经验据施工季节、施工温度、混凝土的膨胀性，并结合当地的经验而定。而定。横缝横缝胀缝的形式胀缝的形式 胀缝常采用平缝形式

28、，缝宽胀缝常采用平缝形式，缝宽20mm，并要求设置滑动传力杆，并要求设置滑动传力杆，以提供传荷能力。其构造如图所示。以提供传荷能力。其构造如图所示。 横缝横缝胀缝的形式胀缝的形式与结构物交接处的胀缝无法设传力杆时，可采用加设边缘钢筋，与结构物交接处的胀缝无法设传力杆时，可采用加设边缘钢筋，或加厚边部的措施，其构造分别如图或加厚边部的措施，其构造分别如图2-4-11 b）、）、c）所示。）所示。横缝横缝横缝横缝（3）横向施工缝）横向施工缝 在每日施工的终了，或混凝土浇筑过程中因故中断时，必须在每日施工的终了，或混凝土浇筑过程中因故中断时，必须设置横向施工缝，其位置宜设在胀缝或横向缩缝位置处。设置

29、横向施工缝，其位置宜设在胀缝或横向缩缝位置处。 设在胀缝处的横向施工缝，应按照胀缝进行处理，其构造设在胀缝处的横向施工缝，应按照胀缝进行处理，其构造与胀缝相同；与胀缝相同； 设在横向缩缝处的横向施工缝，应采用平缝加传力杆的型设在横向缩缝处的横向施工缝，应采用平缝加传力杆的型式，其构造如图式，其构造如图2-4-10所示。所示。 遇有困难需设在缩缝之间时，施工缝采用设拉杆的企口缝形遇有困难需设在缩缝之间时，施工缝采用设拉杆的企口缝形式，其构造如图所示。式，其构造如图所示。 3拉杆与传力杆拉杆与传力杆 （1）拉杆：作用是拉紧相邻板块，不让它们产生分离。）拉杆：作用是拉紧相邻板块，不让它们产生分离。

30、拉杆应采用拉杆应采用螺纹钢筋螺纹钢筋，设在板厚的中央，并应对拉杆中部，设在板厚的中央，并应对拉杆中部l0cm范围内进行防锈处理。范围内进行防锈处理。 拉杆长度、直径及横向间距，可根据板宽和板厚参照设计规拉杆长度、直径及横向间距，可根据板宽和板厚参照设计规范选用。最外边的拉杆距接缝或自由边的距离一般为范选用。最外边的拉杆距接缝或自由边的距离一般为2535cm。面层厚度（mm）到自由边或未设拉杆纵缝的距离（m）3.003.503.754.506.007.5200250147009001470080014700700147006001470050014700400260300168009001680

31、0*80016800700168006001680050016800400表表 5.1.3 拉杆直径、长度和间距（拉杆直径、长度和间距（mm） （2）传力杆：作用是为了提高接缝的传荷能力。）传力杆：作用是为了提高接缝的传荷能力。 传力杆应采用传力杆应采用光面圆钢筋光面圆钢筋，设在板厚的中央，其长度的一半再加，设在板厚的中央，其长度的一半再加5cm范围内，应涂以沥青或加塑料套管。范围内，应涂以沥青或加塑料套管。 胀缝处的传力杆，尚应在涂沥青一端加一套子，内留胀缝处的传力杆，尚应在涂沥青一端加一套子，内留3cm的空隙，的空隙，填以纱头或泡沫塑料。套子端宜在相邻板中交错布置。填以纱头或泡沫塑料。套子

32、端宜在相邻板中交错布置。 传力杆的长度、直径及横向间距，可根据板厚参照设计规范选用。传力杆的长度、直径及横向间距，可根据板厚参照设计规范选用。最外边的传力杆距接缝或自由边的距离一般为最外边的传力杆距接缝或自由边的距离一般为1525cm。 面层厚度（mm）传力杆直径传力杆最小长度传力杆最大间距2202840030024030400300260324503002803545030030038500300传力杆尺寸和间距（传力杆尺寸和间距（mm）二、接缝材料二、接缝材料 水泥混凝土路面接缝的好坏，对于保证路面的使用质量至关水泥混凝土路面接缝的好坏，对于保证路面的使用质量至关重要，接缝常出现的问题有：

33、渗水、填缝料外溢、填缝料老化、重要，接缝常出现的问题有：渗水、填缝料外溢、填缝料老化、杂物嵌入等。杂物嵌入等。 接缝槽口超过接缝槽口超过3mm时，均须加以封填，封填材料分为时，均须加以封填，封填材料分为填缝料填缝料和和填缝板填缝板两类。两类。1填缝料填缝料 填缝料应富有弹性、可压缩性大，不溶于水、不渗水、高温填缝料应富有弹性、可压缩性大，不溶于水、不渗水、高温不溢出和低温不脆裂、耐疲劳，并能同混凝土表面粘附牢固。不溢出和低温不脆裂、耐疲劳，并能同混凝土表面粘附牢固。 加热式填缝料加热式填缝料有：沥青玛蹄脂类、沥青橡胶类和聚氯乙烯胶有：沥青玛蹄脂类、沥青橡胶类和聚氯乙烯胶泥类等；泥类等； 常温式

34、填缝料常温式填缝料有：聚氨脂焦油类、氯丁橡胶类、乳化沥青橡有：聚氨脂焦油类、氯丁橡胶类、乳化沥青橡胶类等。胶类等。2填缝板填缝板 填缝板应选用能很好的适应混凝土面板的膨胀与收缩、施工填缝板应选用能很好的适应混凝土面板的膨胀与收缩、施工时不易变形，以及耐久性良好的材料。时不易变形，以及耐久性良好的材料。 常采用杉木板、纤维板、泡沫橡胶板、泡沫树脂板等材料。常采用杉木板、纤维板、泡沫橡胶板、泡沫树脂板等材料。三、交叉口接缝的布置三、交叉口接缝的布置 交叉口混凝土面板的接缝布置交叉口混凝土面板的接缝布置应与交通流向相适应应与交通流向相适应，并做到，并做到易于排水、整齐美观、施工方便。易于排水、整齐美

35、观、施工方便。 混凝土面板的接缝混凝土面板的接缝宜正交宜正交，尽量将锐角放置在非主要行车的，尽量将锐角放置在非主要行车的部位，且在板角处加设补强钢筋网或角隅钢筋；面板部位，且在板角处加设补强钢筋网或角隅钢筋；面板分块不宜分块不宜过小过小，接缝边长不应小于，接缝边长不应小于1m。相邻板的接缝应对齐相邻板的接缝应对齐，一般不，一般不得形成错缝。得形成错缝。四、补强钢筋四、补强钢筋 当混凝土板纵、横自由边缘下的基础有可能产生较大的塑性当混凝土板纵、横自由边缘下的基础有可能产生较大的塑性变形时，可沿变形时，可沿板的边缘板的边缘加设补强钢筋；同样，在加设补强钢筋；同样，在角隅处角隅处为了防为了防止板角断

36、裂，可加设发针形钢筋或钢筋网。止板角断裂，可加设发针形钢筋或钢筋网。 1板边补强板边补强 一般选用一般选用2根根1216的螺纹钢筋，平行布置在板的下部距离的螺纹钢筋，平行布置在板的下部距离板底板底1/4板厚处，并不得小于板厚处，并不得小于5cm；间距为；间距为10cm。钢筋两端向上。钢筋两端向上弯起。弯起。2角隅补强角隅补强 承受特重交通的胀缝、施工缝和自由边的面层角隅及锐角面承受特重交通的胀缝、施工缝和自由边的面层角隅及锐角面层角隅，宜配置角隅钢筋。一般选用层角隅，宜配置角隅钢筋。一般选用2根根 1214的螺纹钢筋，的螺纹钢筋，以发针形式布置在板的上部，距离板顶不得小于以发针形式布置在板的上

37、部，距离板顶不得小于5cm； 也可以采用双层钢筋网进行补强，选用也可以采用双层钢筋网进行补强，选用 6的圆钢筋，布置的圆钢筋，布置在面板的上、下部，距离板顶和板底以在面板的上、下部，距离板顶和板底以510cm为宜。为宜。 通过本次课的学习，学生应通过本次课的学习，学生应重点掌握：交重点掌握：交重点掌握：交重点掌握：交通分析、临界荷位、基层顶面的当量回弹模通分析、临界荷位、基层顶面的当量回弹模通分析、临界荷位、基层顶面的当量回弹模通分析、临界荷位、基层顶面的当量回弹模量计算、应力计算及验算量计算、应力计算及验算量计算、应力计算及验算量计算、应力计算及验算。熟悉交通分级、。熟悉交通分级、板厚设计的

38、步骤。板厚设计的步骤。了解各类系数的确定方法。了解各类系数的确定方法。本本次次授授课课的的重重点点：交交通通调调查查与与分分析析、基基层层顶顶面面的的当当量量回回弹弹模模量量计计算算、应应力力计计算算及及验验算算、板厚设计步骤。板厚设计步骤。难点：应力计算及验算、板厚设计。难点：应力计算及验算、板厚设计。目的要求目的要求重点与难点重点与难点第二篇第二篇 道路路基路面结构道路路基路面结构 第四章第四章 刚性路面刚性路面 （3 3节）节） 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）所列出的）所列出的设计设计方法方法是：以弹性半空间地基有限大是：以弹性半空间地基

39、有限大矩形板模型为基础，以矩形板模型为基础，以100kN单轴双单轴双轮组标准轴载作用于轮组标准轴载作用于矩形板纵向边矩形板纵向边缘中部缘中部产生的最大荷载应力控制设产生的最大荷载应力控制设计。计。 采用采用可靠度设计方法可靠度设计方法，以，以荷载应荷载应力力和和温度应力温度应力产生的产生的综合疲劳损坏综合疲劳损坏作为作为设计标准设计标准，进行水泥混凝土路，进行水泥混凝土路面板厚的设计。面板厚的设计。临界荷位临界荷位路面板的纵缝边缘的中部路面板的纵缝边缘的中部4-3 4-3 水泥混凝土路面板厚的设计水泥混凝土路面板厚的设计一、交通荷载分析一、交通荷载分析（一）轴载换算（一）轴载换算 水泥混凝土路

40、面承受着不同轴型和轴重的各种车辆荷载的重水泥混凝土路面承受着不同轴型和轴重的各种车辆荷载的重复作用，复作用，按按“由荷载应力与温度应力综合疲劳损耗等效由荷载应力与温度应力综合疲劳损耗等效”的原的原则则，把各种车辆荷载的作用次数换算为，把各种车辆荷载的作用次数换算为标准轴载的作用次数标准轴载的作用次数。 水泥混凝土路面设计中也以汽车轴重为水泥混凝土路面设计中也以汽车轴重为100kN的单轴双轮组的单轴双轮组荷载荷载作为标准轴载，记作作为标准轴载，记作BZZ-100。 所谓所谓等效等效，是指同一路面结构在不同轴载作用下达到，是指同一路面结构在不同轴载作用下达到相同的相同的疲劳程度疲劳程度。我国把。我

41、国把疲劳断裂疲劳断裂作为混凝土路面的损坏标准，因而作为混凝土路面的损坏标准，因而以疲劳断裂为标准以疲劳断裂为标准建立疲劳方程，推导产生等效疲劳损耗时的建立疲劳方程，推导产生等效疲劳损耗时的轴载换算公式轴载换算公式和和换算系数换算系数。 把不同轴轮型和轴载的作用次数，以把不同轴轮型和轴载的作用次数，以100kN单轴双轮组单轴双轮组荷载为标准轴载，按下式进行换算：荷载为标准轴载，按下式进行换算：i1.01交通分级交通分级 水泥混凝土路面所承受的轴载作用，按照水泥混凝土路面所承受的轴载作用，按照设计基准期内设计基准期内设计基准期内设计基准期内设计设计车道车道临界荷位临界荷位临界荷位临界荷位承受的标准

42、轴载当量累计作用次数，划分为承受的标准轴载当量累计作用次数，划分为特重特重交通交通、重交通重交通、中等交通中等交通和和轻交通轻交通四级四级。（二）交通分级和设计基准期（二）交通分级和设计基准期交通等级交通等级特重特重重重中等中等轻轻设计车道标准设计车道标准轴载累计作用轴载累计作用次数次数Ne（104）20001002000310032. 2. 设计基准期设计基准期 路面设计基准期是计算路面结构可靠度时，考虑各项基本度路面设计基准期是计算路面结构可靠度时，考虑各项基本度量与时间关系所取用的量与时间关系所取用的基准时间基准时间。也可理解为：。也可理解为：保证路面结构保证路面结构达到规定可靠度指标的

43、达到规定可靠度指标的有效期间有效期间。 设计基准期与公路等级有关，可根据公路在路网中的设计基准期与公路等级有关，可根据公路在路网中的功能定功能定位，位，当地当地国民经济发展的需求国民经济发展的需求以及以及投资条件投资条件等因素，经综合论等因素，经综合论证后确定。证后确定。公路技术等级公路技术等级高速公路高速公路一级公路一级公路二级公路二级公路三、四级公路三、四级公路 安全等级安全等级一级一级二级二级三级三级四级四级设计基准期（设计基准期（a）30302020目标可靠度（）目标可靠度（）95908580目标可靠指标目标可靠指标1.641.281.040.84变异水平等级变异水平等级低低低中低中中

44、中中高中高（三）（三）标准轴载累计作用次数标准轴载累计作用次数 1. 交通调查与分析交通调查与分析 设计车道使用初期的年平均日货车交通量，可按下述方法确设计车道使用初期的年平均日货车交通量，可按下述方法确定：定： 利用当地交通量观测和统计资料，获得所设计公路的初期的利用当地交通量观测和统计资料，获得所设计公路的初期的年平均日交通量（双向）和车辆组成数据，剔除年平均日交通量（双向）和车辆组成数据，剔除2轴轴4轮以下轮以下的的客、货车交通量，得到客、货车交通量，得到初期的年平均日货车交通量（双向）初期的年平均日货车交通量（双向）初期的年平均日货车交通量（双向）初期的年平均日货车交通量（双向）。单向

45、车道数单向车道数1 12 23 34车道分配系数车道分配系数1.01.00.80.81.00.60.60.80.50.50.75交通量车道分配系数表交通量车道分配系数表（1）交通量）交通量方向分布系数方向分布系数 调查分析双向交通分布情况，选取交通量方向分布系数，一般调查分析双向交通分布情况，选取交通量方向分布系数，一般情况下采用情况下采用0.5。（2）交通量）交通量车道分配系数车道分配系数 依据设计公路的车道数，参照下表选用依据设计公路的车道数，参照下表选用:（3）标准轴载累计作用次数）标准轴载累计作用次数 设计基准期内水泥混凝土面层临界荷位处所承受的标准轴载设计基准期内水泥混凝土面层临界荷

46、位处所承受的标准轴载累计作用次数累计作用次数Ne可按下式计算：可按下式计算：式中：式中： N Ne e标准轴载累计作用次数；标准轴载累计作用次数； N Ns s100kN100kN单轴双轮组标准轴载的作用次数；单轴双轮组标准轴载的作用次数； t t 设计基准期；设计基准期； 交通量年平均增长率；交通量年平均增长率； 临界荷位处的车辆临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数轮迹横向分布系数轮迹横向分布系数轮迹横向分布系数，按下表选用：，按下表选用：公路等级公路等级纵缝边缘处纵缝边缘处高速公路、一级公路、收费站高速公路、一级公路、收费站0.170.170.22二级及二级以下二级及二级以下公路公路行车道宽行

47、车道宽7m0.340.340.39行车道宽行车道宽7m0.540.540.62 车辆轮迹横向分布系数表车辆轮迹横向分布系数表 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 D40-2002JTG D40-2002）中，）中，对水泥混凝土路面荷载应力分析计算时，采用的是对水泥混凝土路面荷载应力分析计算时，采用的是弹性三层弹性三层体系模型体系模型，即，即地基地基、基层基层和和面层板面层板。 当面层板下设有基层和底基层时，当面层板下设有基层和底基层时，依据依据“等弯曲刚度等弯曲刚度”的的原则原则，将基层和底基层，将基层和底基层换算换算为回弹模量和厚度当量的为回弹模量和厚度当量的单层

48、结单层结构构，而用，而用一个一个基层顶面当量回弹模量和基层当量厚度来替代。基层顶面当量回弹模量和基层当量厚度来替代。二、二、 基层顶面的当量回弹模量基层顶面的当量回弹模量基层和底基层的当量模量Ex，当量厚度hx混凝土面板混凝土面板 EC基层基层 E1 厚度厚度h1底基层底基层 E2 厚度厚度h2土基土基 E0混凝土面板混凝土面板 EC基层和底基层的当量模量基层和底基层的当量模量Ex，当量厚度，当量厚度hx土基土基 E0基层顶面的当量模量Et混凝土面板混凝土面板 EC基层和底基层的基层和底基层的当量模量当量模量Ex，当量当量厚度厚度hx土基土基 E0基层顶面的当量基层顶面的当量模量模量Et混凝土

49、面板混凝土面板 EC1 新建公路的基层顶面当量模量 新建公路的基层顶面当量回弹模量和基层当量厚新建公路的基层顶面当量回弹模量和基层当量厚度计算公式：度计算公式：式中：Et基层顶面的当量回弹模量基层顶面的当量回弹模量（MPa）；Ex基层和底基层（或垫层）的当量回弹模量基层和底基层（或垫层）的当量回弹模量（MPa）；E0路床顶面的回弹模量路床顶面的回弹模量（MPa）；E1 、 E2基层和底基层（或垫层）的回弹模量基层和底基层（或垫层）的回弹模量（MPa）；hx基层和底基层（或垫层）的当量厚度基层和底基层（或垫层）的当量厚度（m）；Dx基层和底基层的当量弯曲刚度基层和底基层的当量弯曲刚度（MN-m）

50、；h1、 h2基层和底基层的厚度基层和底基层的厚度（m）；a、b 与与Ex / E0有关的回归系数。有关的回归系数。（1 1）当新建公路路面板下当新建公路路面板下设有基层、底基层及垫层时设有基层、底基层及垫层时，可可按此方法按此方法先先将底基层和垫层换算成具有当量回弹模和当量厚将底基层和垫层换算成具有当量回弹模和当量厚度的单层，然后度的单层，然后再再与基层一起计算基层顶面当量回弹模量。与基层一起计算基层顶面当量回弹模量。（2 2）当新建公路路面板下）当新建公路路面板下无无底基层和垫层时底基层和垫层时，相应层的厚度，相应层的厚度和回弹模量分别以和回弹模量分别以0 0代入进行计算。代入进行计算。注

51、：注：2 原有路面的顶面当量回弹模量值在旧柔性路面上加铺水泥混凝土面层时，应按在旧柔性路面上加铺水泥混凝土面层时，应按承载承载板试验板试验或或弯沉测定法弯沉测定法确定原有路面顶面的当量回弹模确定原有路面顶面的当量回弹模量量Et。（1 1）承载板试验）承载板试验实测即可直接得到原有路面的顶面当量回实测即可直接得到原有路面的顶面当量回弹模量弹模量E Et t。（2 2）当采用汽车实测路段的弯沉值后）当采用汽车实测路段的弯沉值后，可按柔性路面，可按柔性路面旧路旧路补强补强中的计算方法，确定中的计算方法，确定计算回弹弯沉值计算回弹弯沉值（其中保证率系数（其中保证率系数采用采用2.02.0）后，按下式转

52、换成基层顶面的当量回弹模量）后，按下式转换成基层顶面的当量回弹模量E Et t：式中：式中：l0以后轴重以后轴重100kN100kN的车辆进行弯沉测定，经统计整理后的车辆进行弯沉测定，经统计整理后得到的原路面计算回弹弯沉值，以得到的原路面计算回弹弯沉值，以0.01mm0.01mm计。计。新建道路的水泥混凝土路面板下必须设置新建道路的水泥混凝土路面板下必须设置最小厚度为最小厚度为0.150.150.20m0.20m的垫层与基层的垫层与基层，或者是具有足够刚度的，或者是具有足够刚度的老路面老路面。四、 水泥混凝土的设计强度与弯拉弹性模量水泥混凝土面层的设计强度是以水泥混凝土面层的设计强度是以弯拉强

53、度弯拉强度作为设计作为设计控制指标的，在进行路面设计时，应取水泥混凝土控制指标的，在进行路面设计时，应取水泥混凝土15cm15cm55cm的小梁试件在三分点加载试验确定，的小梁试件在三分点加载试验确定，并以其并以其28d龄期龄期的计算弯拉强度作为设计标准。的计算弯拉强度作为设计标准。特殊的，当混凝土浇筑后特殊的，当混凝土浇筑后90d内不开放交通时，可采内不开放交通时，可采用用90d龄期的弯拉强度。其值一般可按龄期的弯拉强度。其值一般可按28d龄期强度的龄期强度的1.1倍计。各交通等级要求的混凝土弯拉强度标准值不倍计。各交通等级要求的混凝土弯拉强度标准值不得低于下表的规定。得低于下表的规定。混凝

54、土弯拉强度标准值 fr交通等级交通等级特重特重重重中等中等轻轻水泥混凝土的弯拉水泥混凝土的弯拉强度标准值强度标准值（MPa）5.05.04.54.0钢纤维混凝土的弯钢纤维混凝土的弯拉强度标准值拉强度标准值（MPa）6.06.05.55.0混凝土弯拉弹性模量在设计混凝土路面时，采用的混凝土弯拉弹性模在设计混凝土路面时，采用的混凝土弯拉弹性模量应量应以试验实测为准以试验实测为准，其试件尺寸和加载方式同弯，其试件尺寸和加载方式同弯拉强度试验，并采用挠度法，分四级加荷，以极限拉强度试验，并采用挠度法，分四级加荷，以极限弯拉荷载之半时的割线模量为标准。弯拉荷载之半时的割线模量为标准。如无实测条件，可参照

55、各级交通等级要求的混凝如无实测条件，可参照各级交通等级要求的混凝土设计弯拉强度和弹性模量按下表选用。土设计弯拉强度和弹性模量按下表选用。混凝土的设计弯拉强度与弹性模量表 交交 通通 等等 级级特重、重特重、重中等、轻中等、轻普通混凝土普通混凝土设计弯拉强度设计弯拉强度 （MPa）5.04.5弯拉弹性模量弯拉弹性模量Ec（103MPa）3028碾压混凝土碾压混凝土设计弯拉强度设计弯拉强度 （MPa）5.04.54弯拉弹性模量弯拉弹性模量Ec（103MPa）RCC FRCC35 33RCC FRCC33 31RCC FRCC31 29五 、荷载应力计算在刚性路面设计中应反映在刚性路面设计中应反映轮

56、载的动力作用轮载的动力作用对路面产对路面产生的附加影响，即行驶的动荷载与静荷载对路面板疲生的附加影响，即行驶的动荷载与静荷载对路面板疲劳损耗的差别，又因刚性路面板对装载超过车辆法定劳损耗的差别，又因刚性路面板对装载超过车辆法定荷载时对荷载时对超重荷载超重荷载的疲劳影响很敏感。的疲劳影响很敏感。因此设计中要考虑汽车实际行驶中的因此设计中要考虑汽车实际行驶中的超载、偏载超载、偏载以以及及路面结构工作条件不均匀路面结构工作条件不均匀等因素对路面板内荷载应等因素对路面板内荷载应力的影响。力的影响。对上述二种影响采用对上述二种影响采用综合影响系数综合影响系数Kc来表示，其取来表示，其取值见下表：值见下表

57、：综合影响系数Kc表公路等级公路等级高速公路高速公路一级公路一级公路二级公路二级公路三、四级公路三、四级公路k kc1.301.251.201.10应力折减系数Kr考虑到接缝间的考虑到接缝间的不同状态不同状态，其传荷能力不同，可，其传荷能力不同，可用接缝传荷能力的用接缝传荷能力的应力折减系数应力折减系数Kr来表示。来表示。当纵缝为当纵缝为设拉杆的平缝型设拉杆的平缝型时，时，Kr可取可取0.870.92（刚性和半刚性基层取低值，柔性基层取高值刚性和半刚性基层取低值，柔性基层取高值）；纵缝为纵缝为设拉杆的企口缝型设拉杆的企口缝型时，时，Kr取用取用0.760.84；纵缝为纵缝为不设拉杆的平缝或自由

58、边不设拉杆的平缝或自由边时，时， Kr取为取为1.0。疲劳应力系数Kf不同设计年限的不同设计年限的累计疲劳作用累计疲劳作用不同，采用设计使用不同，采用设计使用年限内荷载应力累计疲劳作用的年限内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数疲劳应力系数Kf来表来表示。示。设计基准期赔偿损失荷载疲劳应力系数计算公式：设计基准期赔偿损失荷载疲劳应力系数计算公式：式中：式中： kf设计基准期内的荷载疲劳应力系数；设计基准期内的荷载疲劳应力系数； Ne设计基准期内标准轴载累计作用次数；设计基准期内标准轴载累计作用次数； 与混合料性质有关的指数，普通混凝土、钢筋混凝土、连与混合料性质有关的指数，普通混凝土、钢筋混凝土

59、、连续配筋混凝土，续配筋混凝土，=0.057；碾压混凝土和贫混凝土，；碾压混凝土和贫混凝土，=0.065； 标准轴载PS在临界荷位处产生的荷载疲劳应力按下式确定：式中：pr标准轴载标准轴载Ps在临界荷位处的荷载疲劳应力在临界荷位处的荷载疲劳应力（MPa）， ps标准轴载标准轴载PS在四边自由板的临界荷位处产生的荷载疲劳应在四边自由板的临界荷位处产生的荷载疲劳应力力（MPa） ； kr 考虑接缝传荷能力的应力折减系数考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为设拉杆的平缝时，纵缝为设拉杆的平缝时，kr =0.870.92（刚性和半刚性基层取低值，柔性基层取高值刚性和半刚性基层取低值，柔性基层取高值）；

60、纵缝为不设拉杆的平缝或自由边时，纵缝为不设拉杆的平缝或自由边时，kr =1.0；纵缝为设拉杆的企；纵缝为设拉杆的企口缝时，口缝时，kr=0.760.84；kf 考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数疲劳应力系数；kc考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏的考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏的综合影响系数。综合影响系数。：r混凝土板的相对刚度半径混凝土板的相对刚度半径（m） ；h混凝土板的厚度混凝土板的厚度（m）；Ec水泥混凝土的弯拉弹性模量水泥混凝土的弯拉弹性模量（MPa）；Et基层顶面当量回弹模量基层顶面当量回弹模量（MPa） 。公式公式六、混凝

61、土板内的最大温度梯度和温度应力计算根据混凝土面层板内产生的荷载应力和温度应力作出根据混凝土面层板内产生的荷载应力和温度应力作出板板的平面尺寸设计的平面尺寸设计，布设各种接缝位置。，布设各种接缝位置。通常通常纵向缩缝间距纵向缩缝间距可根据路面宽度和每个车道宽度而定，可根据路面宽度和每个车道宽度而定，其最大间距不得大于其最大间距不得大于4.5m。横向缩缝间距横向缩缝间距一般采用一般采用45m，最大不得超过最大不得超过6m。否则当板长超过上述范围时，因温度应。否则当板长超过上述范围时，因温度应力作用会造成长板的断裂。力作用会造成长板的断裂。同时因同时因混凝土板传热慢混凝土板传热慢，在温度变化大时其顶

62、面与底面，在温度变化大时其顶面与底面温度有较大差异，从而引起混凝土板的翘曲应力。混凝土板温度有较大差异，从而引起混凝土板的翘曲应力。混凝土板顶面与底面的温度差一般以板的顶面与底面的温度差一般以板的温度梯度温度梯度Tg表示，即温差表示，即温差t=Tgh。水泥混凝土面层的最大温度梯度标准值水泥混凝土面层的最大温度梯度标准值Tg，可按照公路，可按照公路所在地的所在地的公路自然区划公路自然区划按下表选用：按下表选用：最大温度梯度标准值Tg公路自然区划公路自然区划IIII、V VIIIIIIIVIV、VIVIVIIVII最大温度梯度最大温度梯度TgTg（m m）838388889090959586869

63、29293939898最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力式中：式中： tm最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力（MPa）； c混凝土的线膨胀系数混凝土的线膨胀系数（1），通常可取为，通常可取为110-5； Tg最大温度梯度；最大温度梯度； Bx综合温度翘曲应力和内应力作用的综合温度翘曲应力和内应力作用的温度应力系数温度应力系数，可按可按 l r和和h查用下图确定；查用下图确定； l板长，即横缝间距板长，即横缝间距（m）。温度应力系数Bx最大温度梯度时混凝土板的温度疲劳应力计算公式式中：式中： tr临界荷位处的温度疲劳应力（临界荷位处的温度疲劳应力（MPa）

64、；）；tm最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力（最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力（MPa）；）；kt考虑温度应力累计疲劳作用的疲劳应力系数，按下式计考虑温度应力累计疲劳作用的疲劳应力系数，按下式计算确定：算确定：其中：其中：a、b和和c为回归系数，按所在地区的为回归系数，按所在地区的公路自公路自然区划然区划查下表确定。查下表确定。疲劳应力系数疲劳应力系数a、b和c为回归系数表系系 数数公路自然区划公路自然区划IIIIIIIIIIV VV11V11a a0.8280.8280.8550.8550.8410.8410.8710.8710.8370.8370.8340.834b b0.0410.

65、0410.0410.0410.0580.0580.0710.0710.0380.0380.0520.052c c1.3231.3231.3551.3551.3231.3231.2871.2871.3821.3821.2701.270七 、应力验算水泥混凝土路面水泥混凝土路面结构设计以水泥混凝土路面水泥混凝土路面结构设计以行车行车荷载荷载和和温度梯度温度梯度综合作用产生的综合作用产生的疲劳断裂疲劳断裂作为作为设计设计的极限状态的极限状态，其表达式为：，其表达式为：式中：式中： r可靠度系数，依据所选目标可靠度及变异水平等级按可靠度系数，依据所选目标可靠度及变异水平等级按下表确定；下表确定；p r

66、行车荷载疲劳应力（行车荷载疲劳应力（MPa）；）；t r温度梯度疲劳应力（温度梯度疲劳应力（M Pa）；）；fr水泥混凝土弯拉强度标准值（水泥混凝土弯拉强度标准值（MPa）可靠度系数表变异水平等变异水平等级级目标可靠度（）目标可靠度（）95908580低低1.201.331.091.161.041.08中中1.331.501.161.231.081.131.041.07高高1.231.331.131.181.071.11八、八、 板厚设计步骤板厚设计步骤1收集交通资料收集交通资料2计算设计车道在设计使用年限内的标准轴载累计计算设计车道在设计使用年限内的标准轴载累计作用次数作用次数Ne3初拟路面

67、结构和平面尺寸。初拟路面结构和平面尺寸。4确定混凝土的设计弯拉强度确定混凝土的设计弯拉强度fcm及弯拉弹性模量及弯拉弹性模量Ec5计算确定基层顶面计算回弹模量计算确定基层顶面计算回弹模量Et6计算荷载疲劳应力计算荷载疲劳应力 pr7计算温度疲劳应力计算温度疲劳应力 tr8检验检验 pr与与 tr之和是否满足要求：之和是否满足要求：如满足，则初估厚度可以作为设计板厚。如不满足，如满足，则初估厚度可以作为设计板厚。如不满足，则重拟定路面结构，重复第则重拟定路面结构，重复第5步以下的计算，直到上步以下的计算，直到上述要求满足为止，设计厚度取整到述要求满足为止，设计厚度取整到cm。设计计算示例设计题目

68、：重交通二级公路水泥路面厚度设计设计题目：重交通二级公路水泥路面厚度设计公路自然区划为公路自然区划为区，拟新建一条二级公路，路基为区，拟新建一条二级公路，路基为粘质土，路基回弹模量为粘质土，路基回弹模量为30MPa30MPa。采用普通混凝土路面，。采用普通混凝土路面，路面宽路面宽9m9m。经交通调查得知，设计车道使用初期。经交通调查得知，设计车道使用初期标准轴标准轴载载日作用次数为日作用次数为21002100（单向、设计车道单向、设计车道）, ,交通量年增长交通量年增长率为率为=5%=5%。试设计该混凝土路面的厚度。试设计该混凝土路面的厚度。解：解：1.1.交通分析交通分析由二级公路的设计基准

69、期为由二级公路的设计基准期为20年，安全等级为三级。临界年，安全等级为三级。临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取荷位处的车辆轮迹横向分布系数取0.39。已知交通量年平均。已知交通量年平均增长率为增长率为5。计算得到设计基准期内设计车道标准荷载累。计算得到设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为计作用次数为介于（介于（100-2000）10104 4之间，属重交通等级之间，属重交通等级2.2.初拟路面结构初拟路面结构相应于安全等级三级的相应于安全等级三级的变异水平等级变异水平等级为中级。为中级。根据二级公路、重交通等级和中级变异水平等级，查表根据二级公路、重交通等级和中级变异水平等级，查表取初拟

70、普通混凝土取初拟普通混凝土面层厚度面层厚度为为0.22m0.22m。基层基层选用水泥稳定粒料（水泥用量选用水泥稳定粒料（水泥用量5 5），厚），厚0.18m0.18m。垫层垫层为为0.15m0.15m低剂量无机结合料稳定土。低剂量无机结合料稳定土。普通普通混凝土面板混凝土面板的平面尺寸为宽的平面尺寸为宽4.5m4.5m，长，长5.0m5.0m。纵缝为。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。基层和底基层的当量模量Ex，当量厚度hx混凝土面板混凝土面板 Ec 厚度厚度h=0.22m基层基层 E1 厚度厚度h1=0.18m垫层垫层 E2 厚度厚度 h2=0.15m

71、 土基土基 E03.3.路面材料参数确定路面材料参数确定取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa5.0MPa，相应弯拉，相应弯拉弹性模量标准值为弹性模量标准值为31GPa31GPa。路基回弹模量已知为路基回弹模量已知为30MPa30MPa。低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量取低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量取600MPa600MPa；水泥稳；水泥稳定粒料基层回弹模量取定粒料基层回弹模量取1300MPa1300MPa。基层和底基层的当量模量Ex，当量厚度hx混凝土面板混凝土面板 Ec =31GPa 厚度厚度h=0.22m基层基层 E1 =1300MPa

72、厚度厚度h1=0.18m垫层垫层 E2 =600 MPa 厚度厚度 h2=0.15m 土基土基 E0=30MPa基层和底基层的当量模量Ex，当量厚度hx混凝土面板混凝土面板 Ec 厚度厚度h=0.22m基层基层 E1 厚度厚度h1垫层垫层 E2 厚度厚度h2土基土基 E0混凝土面板混凝土面板 Ec基层和垫层的当量模量基层和垫层的当量模量Ex，当量厚度，当量厚度hx土基土基 E0基层顶面的当量模量Et混凝土面板混凝土面板 Ec基层和垫层的当基层和垫层的当量模量量模量Ex，当量厚当量厚度度hx土基土基 E0基层顶面的当量基层顶面的当量模量模量Et混凝土面板混凝土面板 Ec计算基层、垫层当量回弹模量

73、Dx基层和底基层的当量弯曲刚度（MNm）hx基层和垫层的当量厚度（m）a、b 与与Ex / E0有关的回归系数有关的回归系数基层顶面的当量模量Et普通混凝土面层的相对刚度半径4 4荷载疲劳应力荷载疲劳应力因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数kr=0.87。考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数 。根。根据公路等级，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏的综合影据公路等级，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏的综合影响系数响系数kc=1.20。荷载疲劳应力计算为荷载疲劳应力计算为5 5

74、温度疲劳应力温度疲劳应力区最大温度梯度取区最大温度梯度取8888（m m）。）。板长板长l=5m5m，l/ /r = 5 = 50.677=7.390.677=7.39，由图可查普通，由图可查普通混凝土板混凝土板厚厚h=0.22mh=0.22m，B Bx x=0.71=0.71。最大温度梯度时混凝土板的最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力温度翘曲应力计算为计算为温度应力系数温度应力系数Bx=0.71Bx=0.71的查图过程示意的查图过程示意温度疲劳应力系数温度疲劳应力系数k kt t计算温度疲劳应力为计算温度疲劳应力为6.6.应力验算应力验算二级公路的安全等级为三级，相应于三级安全等级的变异二

75、级公路的安全等级为三级，相应于三级安全等级的变异水平等级为中级，目标可靠度为水平等级为中级，目标可靠度为8585。再据查得的目标可靠。再据查得的目标可靠度和变异水平等级，查表确定可靠度系数为度和变异水平等级，查表确定可靠度系数为1.131.13。 因而，所选普通混凝土面层厚度（因而，所选普通混凝土面层厚度（0.22m）可以承受设计基准期）可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。作业1 说明水泥混凝土的临界荷位？说明水泥混凝土的临界荷位？2 水泥混凝土路面的接缝有哪些？各适用于什么场合？水泥混凝土路面的接缝有哪些？各适用于什么场合？3 水泥混凝土路面板厚的设计步骤是什么？水泥混凝土路面板厚的设计步骤是什么？