水泥混凝土路面设计计算说明书样本.docx
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水泥混凝土路面设计计算说明书样本
水泥混凝土路面设计计算说明书
泥混凝土路面设计计算书
1课程设计题目
水泥混凝土路面设计：
此为城市主干道三级公路，路基为粘质土，采用普通混凝土路面，路面宽24m，经交通调查得知，设计车道使用初期轴载日作用次数为500。
试设计该路面结构。
2课程设计主要内容
（1）结构组合设计；
（2）材料组成设计；
（3）混凝土板厚的确定；
（4）板的平面尺寸确定；
（5）接缝设计；
（6）配筋设计；
（7）材料用量计算；
4路面厚度计算
根据《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTJ012一94），不同等级公路的路面结构设计安全等级及相应的设计基准期、可靠度指标和目标可靠度查规范可知：
三级公路的设计基准期为30年，安全等级为四级。
混凝土路面临界荷位车辆轮迹横向分部系数表4-2
公路等级
纵缝边缘处
高速公路、一级公路、二级公路
0.17~0.22
二级及二级以下公路
行车道宽＞7m
0.34~0.39
0.54~0.62
行车道宽≤7m
由表4-2知，
已知交通量设计年限内年增长率：
8%。
荷载累计作用次数为：
交通量相轴载大小是路面设计的基本依据。
随着交通量增大，对路面使用性能和使用寿命的要求相应提高。
由此，在使用年限内对混凝土强度、面板厚度、基层类型和模量等方面提出了不同的技术要求。
为了区分各项要求在程度上的差别，按使用初期设计车道每日通过的标准铀载作用次数，将水泥混凝土路面承受的交通划分为特重、重、中等和轻四个等级，标准如下：
公路混凝土路面交通分级表4-4
交通等级
特重
重
中等
轻
设计车道标准轴载累计作用次数
＞2000
100~2000
3~100
＜3
由表4-4可得该公路属于重交通等级。
由上表4-1知，安全等级为四级的道路对应的变异水平等级为低级。
水泥混凝土面层厚度的参考范围表4-5
交通等级
特重
重
公路等级
高速
一级
二级
高速
一级
二级
变异水平等级
低
中
低
中
低
中
低
中
面层厚度（mm）
≥260
≥250
≥240
270~240
260~230
250~220
交通等级
中等
轻
公路等级
二级
三、四级
三、四级
三、四级
变异水平等级
高
中
高
中
高
中
面层厚度（mm）
240~210
230~200
220~200
≤230
≤220
根据三级公路、重交通等级和低级变异水平等级，由表4-5知，初拟普通混凝土面层厚度为220mm。
各类基层适宜交通等级与适宜厚度的范围表4-6
基层类型
厚度适宜的范围（mm）
适宜交通等级
贫混凝土或碾压混凝土基层
120~200
特重交通
水泥稳定粒料基层
150~250
重交通
沥青混凝土基层
40~60
特重交通
沥青稳定碎石基层
80~100
重交通
石灰粉煤灰稳定粒料、级配粒料基层
150~200
中等或轻交通
多孔隙水泥稳定碎石排水基层
100~140
高速、一级、重交
沥青稳定碎石排水基层
80~100
高速、一级、重交
如上表4-6，基层可选用水泥稳定粒料类，厚180mm，垫层选用低剂量无机结合料稳定土，厚150mm。
、；纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。
混凝土面板在行车荷载和温度变化等因素的作用下，将产生压应力和弯拉应力。
混凝土面板所受的压应力与混凝土的抗压强度相比很小，而所受的弯拉应力与抗弯拉强度相比则大得多，可能导致混凝土面板开裂破坏。
因此，在设计混凝土面板厚度时，应以弯拉强度为其设计标准。
混凝土的强度随龄期而增长，通常以28日龄期的强度为标准。
各级交通要求的混凝土设计弯拉强度不得低于表4-7的规定。
当90日内不开放交通时，则可采用90日龄期的强度（）。
混凝土的强度对路面的使用寿命有重大影响，强度的变化同路面容许的标准铀载作用次数的对数成正比。
增加混凝土的强度，可以大大延长路面的使用寿命，取得十分显著的经济效益。
因而，应尽可能提高混凝土的强度。
结合我国的材料情况和施工工艺水平，《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTJ012—94）规定了设计强度的最低值。
条件许可时，应尽量采用高值，尤其是对于特重交通的公路。
混凝土弯拉强度标准值表4-7
交通等级
特重
重
中等
轻
水泥混凝土的弯拉强度标准值（）
5.0
5.0
4.5
4.0
钢纤维混凝土的弯拉强度标准值（）
6.0
6.0
5.5
5.0
混凝土弯拉弹性模量的测试工作，很费时而又不易准确，且其数值的变化对荷载应力计算结果的影响不大。
因而，在无条件测试时，直接采用表4-7所列数值，。
水泥混凝土弯拉弹性模量经验参考值表4-8
弯拉强度（）
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
抗压强度（）
5.0
7.7
11.0
14.9
19.3
弯拉弹性模量（）
10
15
18
21
23
弯拉强度（）
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
抗压强度（）
24.2
19.7
35.8
41.8
48.4
弯拉弹性模量（）
25
27
29
31
33
按表4-8取普通混凝土面层的弯拉弹性模量标准值为。
中湿路基路床顶面回弹模量经验参考值范围表4-9
土组
公路自然区划
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
土质砂
26~42
40~50
39~50
35~60
50~60
黏质土
25~45
30~40
25~45
30~45
30~45
粉质土
22~46
32~54
30~50
27~43
30~45
垫层和基层材料回弹模量经验参考值范围表4-10
材料类型
回弹模量（）
材料类型
回弹模量（）
中、粗砂
80~100
石灰粉煤灰稳定粒料
1300~1700
天然砂砾
150~200
水泥稳定粒料
1300~1700
未筛分碎石
180~220
沥青碎石（粗粒式，）
600~800
极配碎砾石
（垫层）
200~250
沥青混凝土
（粗粒式，）
800~1200
极配碎砾石
（基层）
250~350
沥青混凝土
（中粒式，）
1000~1400
石灰土
200~700
多孔隙水泥碎石
（水泥剂量9.5%~11%）
1300~1700
石灰粉煤灰土
600~900
多孔隙沥青碎石（，
沥青含量2.5%~3.5%）
600~800
按表4-9，路基土回弹模量取。
按表4-10，低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量取，水泥稳定粒料基层回弹模量取。
则有：
基层顶面当量回弹模量计算如下：
普通混凝土面层的相对刚度半径按下式计算为
荷载疲劳应力
标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为：
因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数为,故取。
考虑设计基准期内荷载应力疲劳作用的疲劳应力系数。
由于超过额定载重和载重在各侧车轮上分配的不均匀性，在行驶过程中因路表不平整和车辆自振所引起的变动，以及路面结构厚度和材料性质的变异等因素对路面疲劳损坏的影响的综合系数。
其数值是参照国内外资料确定。
综合系数表4-11
公路等级
高速公路
一级公路
二级公路
三、四级公路
1.30
1.25
1.20
1.10
根据公路等级和表4-11，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数为。
则荷载疲劳应力为
混凝土面板顶面和底面的温度之差除以板的厚度，即为板的温度梯度。
在晴天，混凝土面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）后回到零的周期性变化。
混凝土面板的最大温度梯度计算值，可根据公路所在地的公路自然区划按表4-12选用。
最大温度梯度标准值表4-12
公路自然区划
Ⅱ、Ⅴ
Ⅲ
Ⅳ、Ⅵ
Ⅶ
最大温度梯度（）
83~88
90~95
86~92
93~98
由表4-12，Ⅱ区最大温度梯度为88（），板长为5m，
。
则当混凝土板厚度为时，查下图5-1可得。
图5-1温度应力系数
则有最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力为
回归系数、和表4-13
系数
公路自然区划
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
Ⅶ
0.828
0.855
0.841
0.871
0.837
0.834
0.041
0.041
0.058
0.071
0.038
0.052
1.323
1.355
1.323
1.287
1.382
1.270
温度疲劳应力系数，按下式计算，根据表4-13知，自然区划Ⅱ区中，，，，为
则温度疲劳应力为
可靠度系数表4-14
变异水平等级
目标可靠度（）
95
90
85
80
低
1.20~1.33
1.09~1.16
1.04~1.08
—
中
1.33~1.50
1.16~1.23
1.08~1.13
1.04~1.07
高
—
1.23~1.33
1.13~1.18
1.07~1.11
由表4-1知，三级公路的安全等级为四级，相应于四级安全等级的变异水平等级为低级，目标可靠度为。
再据查得的目标可靠度和安全等级，由表4-14知，可靠度系数为。
则，
因而，所选普通混凝土面层厚度（）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。
5接缝设计
为避免混凝土面层因为热胀冷缩而引起的变形计破坏，在纵横两个方向设置许多接缝，且做成垂直正交，把整个路面分割成许多板块。
，长4米，则应在纵向设置施工缝，纵向接缝的布设根据路面宽度和施工铺筑宽度而定。
本段路面设计按一个车道施工，故采用拉杆平缝形式。
接缝拉杆采用螺纹钢筋，设置在板厚的中央，并对拉杆中部100mm范围内作防锈处理。
拉杆的直径、长度和间距查下表选用。
接缝布置如下表5-1所示：
拉杆直径、长度和间距（mm）表5-1
面层厚度（mm）
到自由边或未设拉杆纵缝的距离（m）
3.00
3.50
3.75
4.50
6.00
7.5
200~250
14×700×900
14×700×800
14×700×700
14×700×600
14×700×500
14×700×400
260~300
16×800×900
16×800×800
16×800×700
16×800×600
16×800×500
16×800×400
注：
拉杆直径、长度和间距的数字为直径×长度×间距。
缝的上部锯切槽口，深度为，宽度为，槽内灌塞填缝料。
每日施工结束或因临时原因中断施工时，必须设置横向施工缝，其位置应尽可能选在缩缝或胀缝处。
且由于本路属于重交通等级，故施工缝采用加传力杆的平缝形式。
横向缩缝采用假缝等间距设置。
缝的上部锯切槽口，深度为，宽度为，槽内灌塞填缝料。
传力杆采用光圆钢筋，其尺寸和间距根据表5-2可选用传力杆直径为，长度为400mm，间距为。
最外侧传力杆距纵向接缝或自由边的距离为。
传力杆尺寸和间距（mm）表5-2
面层厚度（mm）
传力杆直径
传力杆最小长度
传力杆最大间距
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