公路水泥混凝土路面设计规范JTG D40.docx

1、公路水泥混凝土路面设计规范JTG D40公路水泥混凝土路面设计规范JTGD40-20111总则1.0.1为适应交通运输发展和公路建设的需要，提高水泥混凝土路面的技术水平、使用品质和设计质量，保证工程安全可靠、经济合理，制定本规范。1.0.2本规范适用于各等级新建和改建公路的水泥混凝土路面设计。1.0.3水泥混凝土路面设计方案，应根据公路的功能和等级，结合当地气候、水文、地质、材料、建设和养护条件、工程实践经验及环境保护等，通过综合分析确定。1.0.4水泥混凝土路面设计应包括结构组合设计、结构层厚度设计、材料组成设计、接缝构造设计、钢筋配置设计等内容。1.0.5水泥混凝土路面结构，应按规定的安全

2、等级和目标可靠度要求，在设计基准期内承受预期的交通荷载作用，适应所处的自然环境，满足预定的使用性能要求。1.0.6水泥混凝土路面设计除应符合本规范的规定外，尚应符合国家现行有关标准的规定。2术语和符号2.1术语2.1.1水泥混凝土路面cementconcretepavement以水泥混凝土作面层(配筋或不配筋)的路面。2.1.2普通混凝土路面jointedplainconcretepavement除接缝区和局部范围外，面层内均不配筋的水泥混凝土路面，也称素混凝土路面。2.1.3钢筋混凝土路面jointedreinforcedconcretepavement面层内配置纵、横向钢筋或钢筋网并设接缝

3、的水泥混凝土路面。2.1.4连续配筋混凝土路面continuouslyreinforcedconcretepavement面层内配置纵向连续钢筋和横向钢筋，横向不设缩缝的水泥混凝土路面。2.1.5钢纤维混凝土路面steelfiberreinforcedconcretepavement在混凝土面层中掺入钢纤维的水泥混凝土路面。2.1.6复合式路面compositepavement面层由两层不同材料类型和力学性质的结构层复合而成的路面。2.1.7水泥混凝土预制块路面concreteblockpavement面层由水泥混凝土预制块铺砌成的路面。2.1.8设计基准期designreferenceper

4、iod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基准时间段(a)。2.1.9安全等级safetyclasses根据路面结构的重要性和破坏可能产生后果的严重程度而划分的设计等级。2.1.10可靠度reliability路面结构在规定的时间内和规定的条件下完成预定功能的概率。要求设计结构物达到的可靠度称作目标可靠度。2.1.11可靠指标reliabilityindex度量路面结构可靠度的一种数量指标。要求设计结构物具有的可靠度指标称作目标可靠指标。2.1.12可靠度系数reliabilitycoefficient为保证所设计的结构具有规定的可靠度，而在极限状态设计表达式中采用的单一综

5、合系数。2.2符号2.2.1作用及作用效应N轴载的作用次数；P轴载；应力；应变；弯沉。2.2.2设计参数和计算系数C温度应力系数；cv变异系数；r可靠度系数；配筋率；t时间；T温度。2.2.3几何参数A面积；b宽度；d直径；h结构层厚度；l长度；L间距。2.2.4材料性能D弯曲刚度；E弹性模量；强度；r相对刚度半径；线膨胀系数；泊松比。3设计参数3.0.1各级公路水泥混凝土路面结构的设计安全等级及相应的设计基准期、目标可靠指标与目标可靠度，应符合表3.0.1的规定。二级及二级以下公路路面结构破坏可能产生很严重后果时，可提高一级安全等级。表3.0.1可靠度设计标准公路等级高速一级二级三级四级安全

6、等级一级二级三级设计基准期(a)30201510目标可靠度()590858070目标可靠指标1.641.281.040.840.523.0.2各安全等级路面的材料性能和结构尺寸参数的变异水平可分为低、中和高三级，应按公路等级以及所采用的施工技术和所能达到的施工质量控制和管理水平，通过调研确定变异水平等级和相应的变异系数，高速公路、一级公路的变异水平等级宜为低级，二级公路的变异水平等级应不大于中级。确有困难时可按表3.0.2规定的主要设计参数变异系数范围选择相应的变异系数。表3.0.2变异系数cv的范围变异水平等级低中高水泥混凝土弯拉强度0.05cv0.100.10cv0.150.15cv0.2

7、0基层顶面当量回弹模量0.15cv0.250.25cv0.350.35cv0.55水泥混凝土面层厚度0.02cv0.040.04cv0.060.06cv0.083.0.3水泥混凝土路面结构分析应采用弹性地基板理论。除粒料类基层外，其他各类基层与混凝土面层应按分离式双层板模型进行结构分析。粒料类基层及各类底基层和垫层，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。3.0.4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；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。其极限状态设计表达式可分别采用式(3.0

8、.4-1)和式(3.0.4-2)。r(prtr)r(3.0.4-1)r(p,maxt,max)r(3.0.4-2)上述式中：pr面层板在临界荷位处产生的行车荷载疲劳应力(MPa)，计算方法见附录B；tr面层板在临界荷位处产生的温度梯度疲劳应力(MPa)，计算方法见附录B；p,max最重的轴载在临界荷位处产生的最大荷载应力(MPa)，计算方法见附录B；t,max所在地区最大温度梯度在临界荷位处产生的最大温度翘曲应力(MPa)，计算方法见附录B；r可靠度系数，依据所选目标可靠度、变异水平等级及变异系数通过计算确定；r水泥混凝土弯拉强度标准值(MPa)，按表3.0.8取值。3.0.5贫混凝土或碾压混

9、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。其极限状态设计表达式可采用式(3.0.5)。rbprbr(3.0.5)式中：bpr基层内产生的行车荷载疲劳应力(MPa)，计算方法见附录B；br基层材料的弯拉强度标准值(MPa)。3.0.6按疲劳断裂设计标准进行结构分析时，以100kN单轴-双轮组荷载作为设计轴载，对极重交通荷载等级的水泥混凝土路面，宜选用货车中占主要份额特重车型的轴载作为设计轴载。各级轴载作用次数Ni，可按式(3.0.6)换算为设计轴载的作用次数Ns。式中：Pi第i级轴载重(kN)，联轴按每一根轴载单独计；Ps设计轴载重(kN)；n各种轴型的轴载级位数；Nii级轴载

10、的作用次数；Ns设计轴载的作用次数。3.0.7水泥混凝土路面设计车道在设计基准期内所承受的设计轴载累计作用次数应按附录A进行调查和分析，按设计基准期内设计车道临界荷位处所承受的设计轴载累计作用次数分为5级，分级范围见表3.0.7。表3.0.7交通荷载分级交通荷载等级极重特重重中等轻设计基准期内设计车道承受设计轴载(100kN)累计作用次数Ne(104)1106110620002000100100333.0.8水泥混凝土的设计强度应采用28d龄期的弯拉强度。各交通荷载等级要求的水泥混凝土弯拉强度标准值不得低于表3.0.8的规定。表3.0.8水泥混凝土弯拉强度标准值交通荷载等级极重/特重/重中等轻

11、水泥混凝土的弯拉强度标准值(MPa)5.04.54.0钢纤维混凝土的弯拉强度标准值(MPa)6.05.55.03.0.9在季节性冰冻地区，路面结构层的总厚度不应小于表3.0.9规定的最小防冻厚度。表3.0.9水泥混凝土路面结构层最小防冻厚度(m)注：1.易冻胀土细粒土质砾(GM、GC)、除极细粉土质砂外的细粒土质砂(SM、SC)、塑性指数小于12的黏质土(CL、CH)。2.很易冻胀土粉质土(ML、MH)、极细粉土质砂(SM)、塑性指数在1222之间的黏质土(CL)。3.冻深小或填方路段，或基、垫层采用隔温性能良好的材料，可采用低值；冻深大或挖方及地下水位高的路段，或基、垫层采用隔温性能稍差的材

12、料，应采用高值。4.冻深小于0.50m的地区，可不考虑结构层防冻厚度。3.0.10水泥混凝土面层的最大温度梯度标准值Tg，可按公路所在地的公路自然区划按表3.0.10选用。表3.0.10最大温度梯度标准值Tg公路自然区划、最大温度梯度(/m)8388909586929398注：海拔高时，取高值；湿度大时，取低值。4结构组合设计4.1一般规定4.1.1应依据公路等级、交通荷载、路基条件、当地温度和湿度状况以及使用性能要求，选择及组合与之相适应的水泥混凝土路面结构。4.1.2路面结构组合设计，应使各个结构层的力学特性及其组成材料性质满足相应的功能要求。4.1.3应充分考虑各相邻结构层的相互作用、层

13、间结合条件和要求，以及结构组合的协调与平衡。4.1.4应充分考虑地表水的渗入和冲刷作用。采取封堵和疏排措施，减少地表水渗入，防止渗入水积滞在路面结构内。基层应选用抗冲刷能力强的材料。4.2路基4.2.1路基应稳定、密实、均质，对路面结构提供均匀的支承。4.2.2路床顶面的综合回弹模量值，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60MPa，特重或极重交通荷载等级时不得低于80MPa。4.2.3路基填料应满足以下要求：1高液限黏土及含有机质的细粒土不应用作高速公路和一级公路的路床填料或二级公路和二级以下公路的上路床填料。2高液限粉土、塑性指数大于16或膨胀率大于3的低液限

14、黏土不应用作高速公路和一级公路的上路床填料。3因条件限制必须采用上述土作填料时，应掺加水泥、粉煤灰或石灰等结合料进行改善。4.2.4路床顶面综合回弹模量值不满足4.2.2条要求时，应选用粗粒土或低剂量无机结合料稳定土作路床或上路床填料。当路基工作区底面接近或低于地下水位时，可采取更换填料、设置排水渗沟等措施。4.2.5季节性冰冻地区的中湿类、潮湿类和过湿类路基，当冰冻线深度达到路基的易冻胀土层时，在易冻胀土层上应设置防冻垫层或用不易冻胀土置换冰冻线深度范围内的易冻胀土。4.2.6水文地质条件不良的土质路堑，应采取地下排水措施。4.2.7对路堤下的软弱地基进行加固处治后，其工后沉降量应符合现行公

15、路路基设计规范(JTGD30)的规定，并宜在路床顶部铺筑粒料层。4.2.8填挖交界或新老路基结合路段，应采取防止差异沉降的技术措施。4.2.9石质挖方或填石路床顶面应铺设整平层。整平层可采用碎石、低剂量水泥稳定粒料等材料，其厚度可根据路床顶面平整程度确定，最小厚度不小于100mm。4.3垫层4.3.1遇有以下情况时，应在基层或底基层下设置垫层：1季节性冰冻地区，路面结构厚度小于最小防冻厚度要求(表3.0.9)时，应设置防冻垫层，使路面结构厚度符合要求。2水文地质条件不良的土质路堑，路床土湿度较大时，宜设置排水垫层。4.3.2垫层应与路基同宽，厚度不得小于150mm。4.3.3防冻垫层和排水垫层

16、宜采用碎石、砂砾等颗粒材料。4.4基层和底基层4.4.1基层和底基层应具有足够的抗冲刷能力和适当的刚度。4.4.2基层和底基层的材料可依据交通荷载等级、结构层组合要求和材料供应条件，分别参照表4.4.1-1和表4.4.2-2选用。表4.4.2-1各交通荷载等级的基层材料类型交通荷载等级基层材料类型极重、特重贫混凝土、碾压混凝土沥青混凝土重密级配沥青稳定碎石水泥稳定碎石中等、轻级配碎石水泥稳定碎石，石灰、粉煤灰稳定碎石注：交通荷载分级见表3.0.7。表4.4.2-2各交通荷载等级的底基层材料类型交通荷载等级底基层材料类型极重、特重、重级配碎石，水泥稳定碎石，石灰、粉煤灰稳定碎石中等、轻未筛分碎石

17、、级配砾石，或不设注：交通荷载分级见表3.0.7。4.4.3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。4.4.4基层采用无机结合料稳定类材料时，底基层宜选用小于0.075mm颗粒含量少于7的粒料类材料。4.4.5贫混凝土或碾压混凝土基层上应铺设沥青混凝土夹层，层厚不宜小于40mm。无机结合料稳定碎石基层上应设置封层，封层可采用单层沥青表面处治或适宜的膜层材料等。当采用单层沥青表面处治时，层厚不宜小于6mm。4.4.6多雨地区，路基由低透水性细粒土组成的高速公路和

18、一级公路或者承受极重或特重交通荷载的二级公路，宜设置由开级配沥青稳定碎石或开级配水泥稳定碎石组成的排水基层。排水基层下应设置由密级配粒料或水泥稳定碎石组成的不透水底基层。底基层顶面宜铺设沥青类封层或防水土工织物。4.4.7各种基层和底基层的结构层适宜压实厚度，应按所选集料的公称最大粒径和压实效果的要求而定，基层或底基层的设计层厚超出相应材料的适宜压实厚度范围时，宜分层铺设和压实。4.4.8贫混凝土或碾压混凝土基层的计算厚度应满足式(3.0.5)的要求。基层设计厚度应依据计算厚度按10mm向上取整。4.4.9开级配沥青稳定碎石或水泥稳定碎石排水基层的计算厚度应满足排除表面水设计渗入量的需要。排水

19、基层的设计厚度宜依据计算厚度按10mm向上取整后再增加20mm。4.4.10硬路肩采用混凝土面层时，基层的结构与厚度应与行车道相同。基层的宽度应比混凝土面层每侧宽出300mm(小型机具施工时)或650mm(滑模式摊铺机施工时)。4.4.11碾压混凝土基层应设置与混凝土面层相对应的接缝。贫混凝土基层弯拉强度大于1.5MPa时，应设置与面层相对应的横向缩缝；一次摊铺宽度大于7.5m时，应设置纵向缩缝。4.5面层4.5.1水泥混凝土面层应具有足够的强度和耐久性，表面应抗滑、耐磨、平整。4.5.2面层宜采用设接缝的普通水泥混凝土。当面层板的平面尺寸较大或形状不规则，路面结构下埋有地下设施，位于高填方、

20、软土地基、填挖交界段等有可能产生不均匀沉降的路基段时，应采用接缝设置传力杆的钢筋混凝土面层。连续配筋混凝土、碾压混凝土和钢纤维混凝土等其他面层类型可依据适用条件选用。4.5.3普通水泥混凝土、钢筋混凝土、碾压混凝土和连续配筋混凝土面层的计算厚度，可依据交通荷载等级、公路等级和变异水平等级，按式(3.0.4-1)和式(3.0.4-2)确定。各种混凝土面层的设计厚度应依据计算厚度加6mm磨耗层后，按10mm向上取整。4.5.4钢纤维混凝土的钢纤维体积率宜为0.61.0，面层厚度宜为普通混凝土面层厚度的0.750.65倍，按钢纤维掺量确定。特重或重交通荷载时，其最小厚度应为180mm；中等或轻交通荷

21、载时，其最小厚度应为160mm。4.5.5复合式路面的沥青混凝土上面层的厚度不宜小于40mm。水泥混凝土下面层的计算厚度，应满足式(3.0.4-1)和式(3.0.4-2)的要求。水泥混凝土下面层与沥青混凝土上面层之间应设置黏层。4.5.6路面表面必须采用拉毛、拉槽、压槽或刻槽等方法筑做表面构造，在交工验收时构造深度应满足表4.5.7的要求。表4.5.7各级公路水泥混凝土面层的表面构造深度(mm)要求公路等级高速公路、一级公路二、三、四级公路一般路段0.701.100.501.00特殊路段0.801.200.601.10注：1.特殊路段对于高速和一级公路系指立交、平交或变速车道等处，对于其他等级

22、公路系指急弯、陡坡、交叉口或集镇附近。2.在年降雨量600mm以下的地区，表列数值可适当降低。4.5.7混凝土预制块可采用矩形块或异形块。矩形块的长度宜为200250mm，宽度宜为100125mm，厚度宜为80150mm。预制块下砂垫层的厚度宜为3050mm。4.6路肩4.6.1路肩铺面结构应具有一定的承载能力，其结构层组合和材料选用应与行车道路面相协调，不应使渗入的路表水积滞在行车道路面结构内。4.6.2行车道混凝土面层宜宽出外侧车道边缘线0.6m。4.6.3高速公路和一级公路以及承受极重、特重和重交通荷载等级的公路，路肩铺面应采用与行车道路面相同的结构层组合和组成材料类型。其他等级公路，路

23、肩铺面的基层和底基层应采用与行车道路面结构相同的材料类型和厚度。4.6.4路肩面层可选用水泥混凝土或沥青类材料。路肩面层选用沥青类材料时，中等交通荷载以上等级公路，应采用热拌沥青混合料；低等级公路和轻交通荷载等级公路，可采用沥青表面处治。路肩基层为粒料类材料时，其细料(小于0.075mm)含量不应超过6。4.6.5路肩混凝土面层与行车道面层应设置拉杆相连，二者的横向缩缝应连通。行车道面层为连续配筋混凝土时，路肩混凝土面层的横向缩缝间距应为4.5m。4.7路面排水4.7.1行车道路面横坡坡度宜为12，路肩表面的横向坡度宜为23。4.7.2行车道路面结构设置排水基层或垫层时，应在排水基层或垫层外侧

24、边缘设置纵向集水沟和带孔集水管，并间隔50100m设置横向排水管。4.7.3排水基层的纵向边缘集水沟，当路肩采用沥青面层时，可设在路肩内侧边缘内；当路肩采用水泥混凝土面层时，可设在路肩下或路肩外侧边缘内。排水垫层的纵向边缘集水沟宜设在路床边缘。4.7.4带孔集水管的管径宜采用100150mm。集水沟的宽度宜采用300mm。集水沟的深度应能保证集水管管顶低于排水层底面，并有足够厚度的回填料使集水管不被施工机械压裂。沟内回填料宜采用与排水基层或垫层相同的透水性材料，或不含细料的碎石或砾石粒料。横向排水管应不带孔，其管径与集水管相同。4.7.5集水沟和集水管的纵坡宜与路线纵坡相同，且不宜小于0.3。

25、横向排水管的坡度不宜小于5。4.7.6横向排水管出口端应设端墙，端头宜用镀锌铁丝网或格栅罩住，出水口下方应铺设水泥混凝土防冲垫板或进行坡面防护。在横向排水管上方的路肩边缘处应设置标志标明出水口位置。5接缝设计5.1一般规定5.1.1普通水泥混凝土、钢筋混凝土、碾压混凝土和钢纤维混凝土面层板的平面布局宜采用矩形分块，其纵向和横向接缝应垂直相交，纵缝两侧的横缝不得相互错位。5.1.2纵向接缝的间距(即板宽)宜在3.04.5m范围内选用。5.1.3横向接缝的间距(即板长)应按面层类型和厚度选定：1普通水泥混凝土面层宜为46m，面层板的长宽比不宜超过1.35，平面面积不宜大于25。2碾压混凝土或钢纤维

26、混凝土面层宜为610m。3钢筋混凝土面层宜为615m，面层板的长宽比不宜超过2.5，平面面积不宜大于45。5.2纵向接缝5.2.1纵向接缝的布设应视路面总宽度、行车道及硬路肩宽度以及施工铺筑宽度而定：1一次铺筑宽度小于路面宽度时，应设置纵向施工缝。纵向施工缝应采用设拉杆平缝形式，上部应锯切槽口，深度宜为3040mm，宽度宜为38mm，槽内应灌塞填缝料。其构造如图5.2.1a)所示。2一次铺筑宽度大于4.5m时，应设置纵向缩缝。纵向缩缝应采用设拉杆假缝形式，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，槽口深度应为板厚的1/3；采用半刚性基层时，槽口深度应为板厚的2/5。其构造如图5.2

27、.1b)所示。3碾压混凝土面层一次摊铺宽度大于7.5m时，应设置纵向缩缝，缩缝构造如图5.2.1b)所示；钢纤维混凝土面层在摊铺宽度小于7.5m时，可不设纵向缩缝。4行车道路面与混凝土硬路肩之间的纵向接缝必须设置拉杆。5.2.2纵缝应与路线中线平行。在路面等宽的路段内或路面变宽路段的等宽部分，纵缝的间距和形式应保持一致。路面变宽段的加宽部分与等宽部分之间，应以纵向施工缝隔开。加宽板在变宽段起终点处的宽度不应小于1m。图5.2.1纵缝构造(尺寸单位：mm)5.2.3拉杆应采用螺纹钢筋，设在板厚中央，并应对拉杆中部100mm范围内进行防锈处理。拉杆的直径、长度和间距可参照表5.2.3选用。施工布设

28、时，拉杆间距应根据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100mm。表5.2.3拉杆直径、长度和间距(mm)注：拉杆尺寸表示方法为直径长度间距。5.2.4连续配筋混凝土面层的纵缝拉杆可由板内横向钢筋延伸穿过接缝代替。5.3横向接缝5.3.1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形式，其构造如图5.3.1所示；设在胀缝处的施工缝，其构造应与胀缝相同，如图5.3.4所示。图5.3.1横向施工缝构造(尺寸单位：mm)5.3.2横向缩缝可等间距或变间距布置，应采用假缝形式。极重、特重和重交通荷

29、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3条横向缩缝，收费广场的横向缩缝，应采用设传力杆假缝形式，其构造如图5.3.2a)所示。其他情况可采用不设传力杆假缝形式，其构造如图5.3.2b)所示。传力杆的设置不应妨碍相邻混凝土板的自由伸缩，钢筋表面应作防锈处理。图5.3.2横向缩缝构造(尺寸单位：mm)5.3.3横向缩缝顶部应锯切槽口，设置传力杆时槽口深度宜为面层厚度的1/41/3，不设置传力杆时槽口深度宜为面层厚度的1/51/4。槽口宽度应根据施工条件、填缝料性能等因素而定，宽度宜为38mm，槽内应填塞填缝料。二级及二级以下公路的槽口可一次锯切成型。高速和一级公路槽口宜二次锯切

30、成型，在第一次锯切缝的上部宜增设宽710mm的浅槽口，槽口下部应设置背衬垫条，上部应用填缝料灌填，其构造如图5.3.3所示。图5.3.3二次锯切槽口构造(尺寸单位：mm)5.3.4在邻近桥梁或其他固定构造物处，或者与其他道路相交处，应设置横向胀缝。胀缝条数应根据膨胀量大小设置。胀缝宽宜为2025mm，缝内应设置填缝板和可滑动的传力杆。胀缝的构造如图5.3.4所示。5.3.5传力杆应采用光圆钢筋。横向缩缝传力杆的尺寸、间距和要求与胀缝相同，可按表5.3.5选用。最外侧传力杆距纵向接缝或自由边的距离宜为150250mm。图5.3.4胀缝构造(尺寸单位：mm)表5.3.5传力杆尺寸和间距(mm)5.4交叉口接缝布设5.4.1两条道路正交时，各条道路宜保持本身纵缝的连贯，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，保证两条道路的纵横缝垂直相交，互不错位。两条道路斜交时，主要道路宜保持纵缝的连贯，而相交路段