第二篇第4章剛性路面第一頁，共100頁。

通過本次課的學(xué)習(xí)，應(yīng)掌握剛性路面的特點及其常見的損壞現(xiàn)象，剛性路面接縫設(shè)計；熟悉剛性路面的結(jié)構(gòu)組合，引起路基不均勻支承的因素及其改善措施。本次授課的重點：剛性路面的優(yōu)、缺點及其常見的損壞現(xiàn)象，剛性路面接縫設(shè)計。難點：剛性路面接縫的結(jié)構(gòu)設(shè)計。目的要求重點與難點第二篇道路路基路面結(jié)構(gòu)第4章剛性路面（1-2節(jié)）

第二頁，共100頁。剛性路面即指水泥混凝土路面，主要包括素混凝土、鋼筋混凝土、連續(xù)配筋混凝土、碾壓式混凝土、鋼纖維混凝土等面層板與基（墊）層所組成的路面結(jié)構(gòu)。第4章剛性路面

第三頁，共100頁。廣泛采用的剛性路面是就地澆筑的素混凝土路面——簡稱混凝土路面。這種路面是以水泥與水合成的水泥漿為結(jié)合料、碎（礫）石為骨料、砂為填充料，按適當?shù)呐浜媳壤?，?jīng)拌和、攤鋪、振搗、整平和養(yǎng)生而筑成，除了在接縫區(qū)和局部范圍（邊緣和角隅）以外，不再配置鋼筋的混凝土路面。第4章剛性路面

第四頁，共100頁?！?-1剛性路面的特點、損壞現(xiàn)象和結(jié)構(gòu)組合一、剛性路面的特點（一）優(yōu)點1．強度高、剛度大、耐久性好混凝土路面具有較高的抗壓、抗彎拉和抗磨耗強度。因此，具有很好的承載能力和擴散荷載的能力，而且耐久性好，一般可以使用20～30年以上。2．穩(wěn)定性好環(huán)境中溫度和濕度對水泥混凝土路面的力學(xué)強度的影響較小。因此，其熱穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性和時間穩(wěn)定性好。尤其是強度將隨時間而逐漸增高，而不會出現(xiàn)“老化”現(xiàn)象。第五頁，共100頁。3．平整度和粗糙度較好盡管路表面有接縫，但是起伏變化較小，基本上能滿足汽車行駛的平整性要求；路表面經(jīng)過拉毛或軋槽處理，能夠為路面提供了一定的粗糙度。4．養(yǎng)護費用少、運輸成本低水泥混凝土路面堅固耐久，經(jīng)常性的養(yǎng)護維修工作量小、費用低。而且由于行車阻力小、消耗低，運輸成本低。5．水泥混凝土路面色澤鮮明，能見度好，有利于夜間行車。第六頁，共100頁。（二）缺點1．有接縫混凝土面板為了適應(yīng)熱脹冷縮的需要，必須設(shè)置接縫，而在接縫設(shè)置之后帶來一系列問題：（1）接縫是路面的薄弱點，如果處理不當，容易導(dǎo)致板邊和板角破壞。（2）接縫增加了施工和養(yǎng)護作業(yè)的復(fù)雜性。（3）接縫易引起行車跳動，影響行車的舒適性。2．竣工后不能立即開放交通施工結(jié)束后至少要經(jīng)過15～20天的濕治養(yǎng)生，才能開放交通。第七頁，共100頁。3．挖掘和修補困難路面破壞后，挖掘和修補工作相當困難，而且影響交通嚴重。對于地下管線的維修也有非常大的難度。4．陽光下反光太強水泥混凝土路面反光強烈，在陽光下行車使駕駛?cè)藛T產(chǎn)生很明顯的刺目感覺。5．對超載敏感水泥混凝土屬于脆性材料，一旦車輛荷載超出混凝土的極限強度，很容易引起面板的斷裂。6．對水泥和水的需求量大水泥混凝土面板板厚、體積大，所需要的原材料較多。7．施工前的準備工作繁重施工前需要施工放樣、支立模板、布置接縫、敷設(shè)鋼筋等。第八頁，共100頁。二、水泥混凝土路面的損壞現(xiàn)象1．斷裂當混凝土路面板內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力超過混凝土強度時，面板將出現(xiàn)橫向或縱向的斷裂裂縫，以及角隅處的折斷裂縫。原因：應(yīng)力過大，板體太薄，板尺寸太大；混凝土板原材料、級配、施工不良；地基塑性變形過量，使板底失去支撐等。第九頁，共100頁。2．碎裂出現(xiàn)在橫向接縫（主要是脹縫）兩側(cè)數(shù)十厘米的范圍內(nèi)。主要原因是由于脹縫內(nèi)的滑動傳力桿排列不正或不能滑動、或縫隙內(nèi)嵌入堅硬碎屑等，使混凝土在膨脹時受到較大的擠壓力而碎裂。第十頁，共100頁。3．唧泥汽車行至接縫處時，縫內(nèi)濺出稀泥的現(xiàn)象稱為唧泥。原因是水分沿縫隙下滲而積聚在局部脫空的板下，在重輪載的作用下，積水變?yōu)橛袎核鶎觾?nèi)浸濕的細集料攪混成懸液，并沿接縫噴濺而出。而唧泥出現(xiàn)后，促使面層板的邊緣和角隅部分逐漸失去支撐，最終導(dǎo)致斷裂。第十一頁，共100頁。4．錯臺橫向接縫或裂縫兩側(cè)的面板端部出現(xiàn)的豎向相對位移稱錯臺。錯臺的出現(xiàn)降低了行車的平穩(wěn)性和舒適性。第十二頁，共100頁。5．拱起混凝土路面面板在熱膨脹受到約束時，某一接縫兩側(cè)的數(shù)塊板突然出現(xiàn)向上的屈曲失穩(wěn)現(xiàn)象稱拱起。主要原因：主要是填料失效，讓硬物落入接縫，致使面板變形受限。第十三頁，共100頁。此外，還有一些非結(jié)構(gòu)性的損壞，如：剝落、紋裂、磨光、麻面等損壞現(xiàn)象。第十四頁，共100頁。三、剛性路面的工作特性剛性路面強度高、板體性好，在荷載作用下產(chǎn)生的變形小，路面板通常處于彈性工作狀態(tài)；同時由于混凝土路面板體在荷載作用下產(chǎn)生的撓度小，其下地基所產(chǎn)生的變形也小，同樣可被視為彈性。因此，水泥混凝土路面可以看成是被支承在彈性地基上的彈性薄板。

第十五頁，共100頁。1．在車輪荷載作用下

當荷載作用于板中時，板的頂面會出現(xiàn)壓應(yīng)力，而板的底面會產(chǎn)生拉應(yīng)力；當荷載作用于板角時，板的底面會出現(xiàn)壓應(yīng)力，而板頂面則會出現(xiàn)彎拉應(yīng)力。2．在自然因素作用下水泥混凝土路面在溫度和濕度的作用下，板內(nèi)會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。由于混凝土板的極限抗彎拉強度要比它的極限抗壓強度低很多。所以，當荷載較大、而板又較薄時，在車輪荷載的重復(fù)作用下，板的底部或頂部會發(fā)生開裂現(xiàn)象。為了減少這些內(nèi)應(yīng)力的影響，避免產(chǎn)生不規(guī)則開裂，應(yīng)預(yù)先限定混凝土板的開裂位置，將路面劃分成較小尺寸的板塊，在板間設(shè)置縱向或橫向的縫。第十六頁，共100頁。四、結(jié)構(gòu)層的組合水泥混凝土路面的結(jié)構(gòu)層一般由：水泥混凝土面板、基層、墊層（不良地質(zhì)水文條件下）和土基組成。1．水泥混凝土面板面層板斷面一般采用等厚度形式，最小厚度為18cm；路面板寬度一般按每車道寬，不大于4.5m；路面板長度一般采用4～5m，最長不超過6m。1—橫縫2—縱縫第十七頁，共100頁。第十八頁，共100頁。2．基層要求基層平整、堅實，具有抗變形能力強、整體性好、透水性小和耐沖刷的性能。（1）采用整體性好（具有較高彈性模量）的材料修筑基層，可保障混凝土路面良好的使用特性和延長路面的使用壽命；（2）設(shè)置基層，可以起到防止唧泥、冰凍，以及排除滲入的地表水、隔斷地下毛細水、緩和土基不均勻變形對面板影響等作用；（3）設(shè)置基層可為混凝土面板的施工提供便利條件?；鶎拥暮穸纫圆恍∮?5cm為宜，并應(yīng)寬出面板，寬出的數(shù)值視面板采用的施工方法而異。第十九頁，共100頁?；鶎宇愋瓦x用表交通等級基層類型特重交通貧混凝土、碾壓混凝土或瀝青混凝土基層重交通水泥穩(wěn)定粒料或瀝青穩(wěn)定碎石基層中等或輕交通水泥穩(wěn)定粒料、石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料或級配粒料基層第二十頁，共100頁。

各類基層的厚度范圍參照表基層類型厚度適宜的范圍（mm）貧混凝土或碾壓混凝土基層120～200水泥或石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料基層150～250瀝青混凝土基層40～60瀝青穩(wěn)定碎石基層80～100級配粒料基層150～200多孔隙水泥穩(wěn)定碎石排水基層100～140瀝青穩(wěn)定碎石排水基層80～100第二十一頁，共100頁。3．墊層在水溫狀況不良路段的路基與基層之間宜設(shè)置墊層。墊層應(yīng)具有一定的強度和較好的水穩(wěn)性，在冰凍地區(qū)尚應(yīng)具有較好的抗凍性。墊層的最小厚度為15cm。4．土基

理論分析表明：通過剛性面層和基層傳到土基上的壓力很小，一般不超過0.05MPa。然而，如果土基的穩(wěn)定性不足，在水溫變化的影響下出現(xiàn)較大變形，使土基形成不均勻支承，進而使面板在受荷時底部產(chǎn)生過大的彎拉應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土路面的破壞。第二十二頁，共100頁。（1）造成路基不均勻支承的因素：①不均勻沉陷濕軟地基未達到充分固結(jié)，土質(zhì)不均勻，壓實不充分，新老路基交接處處理不當；②不均勻凍脹在季節(jié)性冰凍地區(qū)，土質(zhì)不均勻，路基潮濕條件發(fā)生變化處；③膨脹土在過干或過濕(相對最佳含水量)的條件下壓實，排水不良等。（2）改善措施①把不均勻的土摻配均勻；②控制壓實時的含水量接近最佳含水量，并保證壓實度達到規(guī)定要求；③加強路基排水；④加鋪墊層，以緩和不均勻變形對面層的影響。第二十三頁，共100頁?！?-2水泥混凝土路面的接縫構(gòu)造設(shè)計一、縱縫與橫縫（一）接縫設(shè)置的原因混凝土路面利用縱、橫接縫，把整個路面分割成許多的板塊，其目的是為了防止混凝土板因溫度變化而造成的不規(guī)則斷裂。1．隨著一年四季氣溫的變化，混凝土板將產(chǎn)生整體性的膨脹與收縮。2．在晝夜氣溫變化時，由于溫度坡差的作用，在白天混凝土板頂面溫度較底面為高，造成板的中部隆起；而在夜間板頂面溫度較底面為低，會使板的周邊和角隅翹起。第二十四頁，共100頁。但是，這些變形會受到板與基礎(chǔ)之間的摩阻力和粘結(jié)力的影響，同時還受到混凝土板自重和車輪荷載的約束。致使板內(nèi)產(chǎn)生較大的應(yīng)力，造成面板的斷裂或拱脹破壞。接縫構(gòu)造的設(shè)計要求：應(yīng)能控制或減少收縮應(yīng)力和翹曲應(yīng)力所引起的裂縫，并提供足夠的荷載傳遞能力，防止堅硬雜物落入接縫縫隙內(nèi)。（二）接縫的分類混凝土路面接縫按平面位置和方向，可分為縱縫和橫縫兩大類；再結(jié)合接縫的功能，縱縫又可細分為縱向縮縫和縱向施工縫，橫縫又可細分為橫向縮縫、脹縫和橫向施工縫。1．縱縫

混凝土面板的縱縫是與路中線平行的接縫第二十五頁，共100頁。（1）縱向施工縫當面板一次鋪筑寬度小于路面寬度時，應(yīng)設(shè)縱向施工縫?？v向施工縫的接縫形式有兩種：①一般情況下，縱向施工縫采用平縫形式，需要設(shè)拉桿，其構(gòu)造如圖2-4-7a）所示。②為了更好的傳力，縱向施工縫也可采用企口縫形式，仍需要設(shè)拉桿，其構(gòu)造如圖2-4-7b）所示?？v縫第二十六頁，共100頁。（2）縱向縮縫反之，當混凝土板一次鋪筑的寬度大于4.5m時，其間應(yīng)增設(shè)縱向縮縫，以減小收縮應(yīng)力和溫度翹曲應(yīng)力。縱向縮縫宜采用假縫形式，并設(shè)置拉桿，如圖2-4-8所示?？v縫第二十七頁，共100頁。2．橫縫橫縫是垂直于路中線方向的接縫，可分為橫向縮縫、脹縫和橫向施工縫。（1）橫向縮縫橫向縮縫是為了減小收縮應(yīng)力和溫度翹曲應(yīng)力而設(shè)置。①橫向縮縫常采用假縫形式，一般不需要設(shè)置傳力桿，其構(gòu)造如圖2-4-9a)所示。②為了提高接縫的傳荷能力，在交通繁重的道路上，橫向縮縫宜加設(shè)傳力桿；另外，在鄰近橫向脹縫或路面縱向自由端部的3條縮縫內(nèi)，均宜加設(shè)傳力桿，其構(gòu)造如圖2-4-9b）所示。第二十八頁，共100頁。（2）脹縫脹縫的設(shè)置是為了給混凝土面層的膨脹提供伸長的余地，以免產(chǎn)生過大的熱壓應(yīng)力。①脹縫的位置在鄰近橋梁或其它固定構(gòu)筑物處、與柔性路面相接處，隧道口、小半徑平曲線和凹形豎曲線縱坡變換處，平面交叉口，以及路面厚度變化處等均應(yīng)設(shè)置脹縫。（注：在鄰近構(gòu)造物或與瀝青路面結(jié)合處的脹縫，應(yīng)根據(jù)實際情況設(shè)置2～3條脹縫）除上述位置以外的脹縫宜盡量不設(shè)或少設(shè)。脹縫的間距應(yīng)根據(jù)施工季節(jié)、施工溫度、混凝土的膨脹性，并結(jié)合當?shù)氐慕?jīng)驗而定。橫縫第二十九頁，共100頁。②脹縫的形式脹縫常采用平縫形式，縫寬2～2.5cm，并要求設(shè)置滑動傳力桿，以提供傳荷能力。其構(gòu)造如圖2-4-11a）所示。橫縫第三十頁，共100頁。②脹縫的形式脹縫采用平縫形式，縫寬2～2.5cm，并要求設(shè)置滑動傳力桿，以提供傳荷能力。其構(gòu)造如圖2-4-11a）所示。

與結(jié)構(gòu)物交接處的脹縫無法設(shè)傳力桿時，可采用加設(shè)邊緣鋼筋，或加厚邊部的措施，其構(gòu)造分別如圖2-4-11b）、c）所示。橫縫第三十一頁，共100頁。橫縫（3）橫向施工縫在每日施工的終了，或混凝土澆筑過程中因故中斷時，必須設(shè)置橫向施工縫，其位置宜設(shè)在脹縫或橫向縮縫位置處。①設(shè)在脹縫處的橫向施工縫，應(yīng)按照脹縫進行處理，其構(gòu)造與圖2-4-11a）相同；②設(shè)在橫向縮縫處的橫向施工縫，應(yīng)采用平縫加傳力桿的型式，其構(gòu)造如圖2-4-10所示。第三十二頁，共100頁。3．拉桿與傳力桿（1）拉桿：作用是拉緊相鄰板塊，不讓它們產(chǎn)生分離。拉桿應(yīng)采用螺紋鋼筋，設(shè)在板厚的中央，并應(yīng)對拉桿中部l0cm范圍內(nèi)進行防銹處理。拉桿長度、直徑及橫向間距，可根據(jù)板寬和板厚參照設(shè)計規(guī)范選用。最外邊的拉桿距接縫或自由邊的距離一般為25～35cm。板寬/m鋼筋第三十三頁，共100頁。（2）傳力桿：作用是為了提高接縫的傳荷能力。傳力桿應(yīng)采用光面圓鋼筋，設(shè)在板厚的中央，其長度的一半再加5cm范圍內(nèi)，應(yīng)涂以瀝青或加塑料套管。脹縫處的傳力桿，尚應(yīng)在涂瀝青一端加一套子，內(nèi)留3cm的空隙，填以紗頭或泡沫塑料。套子端宜在相鄰板中交錯布置。傳力桿的長度、直徑及橫向間距，可根據(jù)板厚參照設(shè)計規(guī)范選用。最外邊的傳力桿距接縫或自由邊的距離一般為15～25cm。

板厚/m鋼筋第三十四頁，共100頁。二、接縫材料

水泥混凝土路面接縫的好壞，對于保證路面的使用質(zhì)量至關(guān)重要，接縫常出現(xiàn)的問題有：滲水、填縫料外溢、填縫料老化、雜物嵌入等。接縫槽口超過3mm時，均須加以封填，封填材料分為填縫料和填縫板兩類。第三十五頁，共100頁。1．填縫料填縫料應(yīng)富有彈性、可壓縮性大，不溶于水、不滲水，高溫不溢出、低溫不脆裂和耐疲勞，并能同混凝土表面粘附牢固。

加熱式填縫料有：瀝青瑪蹄脂類、瀝青橡膠類和聚氯乙烯膠泥類等；

常溫式填縫料有：聚氨脂焦油類、氯丁橡膠類、乳化瀝青橡膠類等。2．填縫板填縫板應(yīng)能很好的適應(yīng)混凝土面板的膨脹與收縮，施工時不變形，耐久性良好。常采用：杉木板、纖維板、泡沫橡膠板、泡沫樹脂板等。第三十六頁，共100頁。三、交叉口接縫的布置交叉口混凝土面板的接縫布置應(yīng)與交通流向相適應(yīng)，并做到易于排水、整齊美觀、施工方便。混凝土面板的接縫宜正交，盡量將銳角放置在非主要行車的部位，且在板角處加設(shè)補強鋼筋網(wǎng)或角隅鋼筋；面板分塊不宜過小，接縫邊長不應(yīng)小于1m。相鄰板的接縫應(yīng)對齊，一般不得形成錯縫。第三十七頁，共100頁。四、補強鋼筋當混凝土板縱、橫自由邊緣下的基礎(chǔ)有可能產(chǎn)生較大的塑性變形時，可沿板的邊緣加設(shè)補強鋼筋；同樣，在角隅處為了防止板角斷裂，可加設(shè)發(fā)針形鋼筋或鋼筋網(wǎng)。

1．板邊補強一般選用2根ф12～16的螺紋鋼筋，平行布置在板的下部距離板底1/4板厚處，并不得小于5cm；間距為10cm。鋼筋兩端向上彎起。第三十八頁，共100頁。2．角隅補強一般選用2根ф12～14的螺紋鋼筋，以發(fā)針形式布置在板的上部，距離板頂不得小于5cm；也可以采用雙層鋼筋網(wǎng)進行補強，選用ф6的圓鋼筋，布置在面板的上、下部，距離板頂和板底以5～10cm為宜。第三十九頁，共100頁。

通過本次課的學(xué)習(xí)，應(yīng)掌握剛性路面交通分析、臨界荷位、基層頂面的當量回彈模量計算、應(yīng)力計算及驗算。熟悉交通分級、路面板厚設(shè)計的方法與步驟。本次授課的重點：交通調(diào)查與分析、基層頂面的當量回彈模量計算、應(yīng)力計算及板厚設(shè)計步驟。難點：應(yīng)力的計算與驗算、路面板厚設(shè)計。目的要求重點與難點第二篇道路路基路面結(jié)構(gòu)第4章剛性路面

（3節(jié)）第四十頁，共100頁?！?-3水泥混凝土路面板厚的設(shè)計《公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》JTGD40-2011所列出的設(shè)計方法是：以彈性半無限地基、有限大矩形板模型為基礎(chǔ)，以100kN單軸雙輪組標準軸載作用于矩形板縱向邊緣中部產(chǎn)生的最大荷載應(yīng)力控制設(shè)計。采用可靠度設(shè)計方法，以荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力產(chǎn)生的綜合疲勞損壞作為設(shè)計標準，進行水泥混凝土路面板厚的設(shè)計。

臨界荷位——路面板的縱縫邊緣的中部第四十一頁，共100頁。一、交通荷載分析（一）軸載換算水泥混凝土路面承受著不同軸型和軸重的各種車輛荷載的重復(fù)作用，按“由荷載應(yīng)力與溫度應(yīng)力綜合疲勞損耗等效”的原則，把各種車輛荷載的作用次數(shù)換算為標準軸載的作用次數(shù)。水泥混凝土路面設(shè)計中也以汽車軸重為100kN的單軸雙輪組荷載作為標準軸載，記作BZZ-100。所謂等效，是指同一路面結(jié)構(gòu)在不同軸載作用下達到相同的疲勞程度。我國把疲勞斷裂作為混凝土路面的損壞標準，因而以疲勞斷裂為標準來建立疲勞方程，推導(dǎo)產(chǎn)生等效疲勞損耗時的軸載換算公式和換算系數(shù)。第四十二頁，共100頁。把不同軸－輪型和軸載的作用次數(shù)，以100kN單軸－雙輪組荷載為標準軸載，按下式進行換算：i

1.0第四十三頁，共100頁。1．交通分級水泥混凝土路面所承受的軸載作用，按照設(shè)計基準期內(nèi)設(shè)計車道臨界荷位承受的標準軸載當量累計作用次數(shù)，劃分為特重交通、重交通、中等交通和輕交通四級。（二）交通分級和設(shè)計基準期第四十四頁，共100頁。2.設(shè)計基準期路面設(shè)計基準期是計算路面結(jié)構(gòu)可靠度時，考慮各項基本度量與時間關(guān)系所取用的基準時間。也可理解為：保證路面結(jié)構(gòu)達到規(guī)定可靠度指標的有效期間。設(shè)計基準期與公路等級有關(guān)，可根據(jù)公路在路網(wǎng)中的功能定位，當?shù)貒窠?jīng)濟發(fā)展的需求以及投資條件等因素，經(jīng)綜合論證后確定。第四十五頁，共100頁。（三）標準軸載累計作用次數(shù)1.交通調(diào)查與分析設(shè)計車道使用初期的年平均日貨車交通量，可按下述方法確定：利用當?shù)亟煌坑^測和統(tǒng)計資料，獲得所設(shè)計公路初期的年平均日交通量（雙向）和車輛組成數(shù)據(jù)，剔除2軸4輪以下的客、貨車交通量，得到初期的年平均日交通量（雙向）。第四十六頁，共100頁。單向車道數(shù)123≥4車道分配系數(shù)1.00.8～1.00.6～0.80.5～0.75交通量車道分配系數(shù)表（1）交通量方向分布系數(shù)調(diào)查分析雙向交通分布情況，選取交通量方向分布系數(shù)，一般情況下采用0.5。（2）交通量車道分配系數(shù)依據(jù)設(shè)計公路的車道數(shù)，參照下表選用:第四十七頁，共100頁。（3）標準軸載累計作用次數(shù)設(shè)計基準期內(nèi)水泥混凝土面層臨界荷位處所承受的標準軸載累計作用次數(shù)Ne可按下式計算：式中：

Ne——標準軸載累計作用次數(shù)；

Ns——路面使用初期，100kN單軸-雙輪組標準軸載的年平均日作用次數(shù)；

t——設(shè)計基準期；

γ——交通量年平均增長率；

η——臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)，按下表選用：第四十八頁，共100頁。公路等級縱縫邊緣處高速公路、一級公路、收費站0.17～0.22二級及二級以下公路行車道寬>7m0.34～0.39行車道寬≤7m0.54～0.62車輛輪跡橫向分布系數(shù)表第四十九頁，共100頁。《公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》JTGD40-2011中，在水泥混凝土路面荷載應(yīng)力分析計算時，采用的是彈性三層體系模型，即地基、基層和面層板。當面層板下設(shè)有基層和底基層時，依據(jù)“等彎曲剛度”的原則，將基層和底基層換算為回彈模量和厚度當量的單層結(jié)構(gòu)。最終用一個基層頂面當量回彈模量來代表基層和地基兩個層次模量大小。二、基層頂面的當量回彈模量第五十頁，共100頁。基層和底基層的當量模量Ex，當量厚度hx混凝土面板EC基層E1厚度h1底基層E2厚度h2土基E0混凝土面板EC基層和底基層的當量模量Ex，當量厚度hx土基E0第五十一頁，共100頁?；鶎禹斆娴漠斄磕Ａ縀t混凝土面板EC基層和底基層的當量模量Ex，當量厚度hx土基E0基層頂面的當量模量Et混凝土面板EC第五十二頁，共100頁。1新建公路的基層頂面當量模量新建公路的基層頂面當量回彈模量和基層當量厚度計算公式：第五十三頁，共100頁。式中：Et——基層頂面的當量回彈模量(MPa)；Ex——基層和底基層(或墊層）的當量回彈模量(MPa)；E0——路床頂面的回彈模量(MPa)；hx——基層和底基層(或墊層）的當量厚度(m)；a、b

——與Ex/E0有關(guān)的回歸系數(shù)。第五十四頁，共100頁。hx——基層和底基層(或墊層）的當量厚度(m)；Dx——基層和底基層的當量彎曲剛度(MN-m)；

E1、E2——基層和底基層(或墊層）的回彈模量(MPa)；

h1、

h2——基層和底基層的厚度(m)

。第五十五頁，共100頁。（1）當新建公路路面板下設(shè)有基層、底基層及墊層時，可按此方法先將底基層和墊層換算成具有當量回彈模和當量厚度的單層，然后再與基層一起計算基層頂面的當量回彈模量。（2）當新建公路路面板下無底基層和墊層時，相應(yīng)層的厚度和回彈模量分別以0代入進行計算。注：第五十六頁，共100頁。2原有路面的頂面當量回彈模量值在舊柔性路面上加鋪水泥混凝土面層時，應(yīng)按承載板試驗或彎沉測定法確定原有路面頂面的當量回彈模量Et。（1）承載板試驗實測即可直接得到原有路面的頂面當量回彈模量Et。（2）當采用汽車實測路段的彎沉值后，可按柔性路面舊路補強中的計算方法，確定計算回彈彎沉值(其中保證率系數(shù)λ采用2.0)后，按下式轉(zhuǎn)換成基層頂面的當量回彈模量Et：第五十七頁，共100頁。式中：l0——以后軸重100kN的車輛進行彎沉測定，經(jīng)統(tǒng)計整理后得到的原路面計算回彈彎沉值，以0.01mm計。新建道路的水泥混凝土路面板下必須設(shè)置最小厚度為0.15～0.20m的墊層與基層，或者是具有足夠剛度的老路面。第五十八頁，共100頁。四、水泥混凝土的設(shè)計強度與彎拉彈性模量水泥混凝土面層的設(shè)計強度是以彎拉強度作為設(shè)計控制指標的，在進行路面設(shè)計時，應(yīng)取水泥混凝土15cm×15cm×55cm的小梁試件在三分點加載試驗確定，并以其28d齡期的計算彎拉強度作為設(shè)計標準。特殊的，當混凝土澆筑后90d內(nèi)不開放交通時，可采用90d齡期的彎拉強度。其值一般可按28d齡期強度的1.1倍計。各交通等級要求的混凝土彎拉強度標準值不得低于下表的規(guī)定。第五十九頁，共100頁?；炷翉澙瓘姸葮藴手到煌ǖ燃壧刂刂刂械容p水泥混凝土的彎拉強度標準值（MPa）5.05.04.54.0鋼纖維混凝土的彎拉強度標準值（MPa）6.06.05.55.0第六十頁，共100頁。混凝土彎拉彈性模量在設(shè)計混凝土路面時，采用的混凝土彎拉彈性模量應(yīng)以試驗實測為準。（其試件尺寸和加載方式同彎拉強度試驗，并采用撓度法，分四級加荷，以極限彎拉荷載之半時的割線模量為標準。）如無實測條件，可參照各級交通等級要求的混凝土設(shè)計彎拉強度和彈性模量按下表選用。第六十一頁，共100頁?；炷恋脑O(shè)計彎拉強度與彈性模量表交通等級特重、重中等、輕普通混凝土設(shè)計彎拉強度(MPa)5.04.5彎拉彈性模量Ec(×103MPa)3028碾壓混凝土設(shè)計彎拉強度(MPa)5.04.54彎拉彈性模量Ec(×103MPa)RCCFRCC3533RCCFRCC3331RCCFRCC3129RCC——碾壓混凝土；FRCC——摻加粉煤灰的碾壓混凝土第六十二頁，共100頁。五、荷載應(yīng)力計算在剛性路面設(shè)計中應(yīng)反映輪載的動力作用對路面產(chǎn)生的附加影響，即行駛的動荷載與靜荷載對路面板疲勞損耗的差別；又因剛性路面板對超重荷載的疲勞影響很敏感。因此設(shè)計中要考慮汽車實際行駛中的超載、偏載以及路面結(jié)構(gòu)工作條件不均勻等因素對路面板內(nèi)荷載應(yīng)力的影響。對上述二種影響采用綜合影響系數(shù)Kc來表示，其取值見下表：第六十三頁，共100頁。綜合影響系數(shù)Kc表交通等級特重重中等輕綜合影響系數(shù)Kc1.451.351.201.10當量回彈模量Et(MPa)1201008060第六十四頁，共100頁。應(yīng)力折減系數(shù)Kr考慮到接縫間的不同狀態(tài)，使其傳荷能力相應(yīng)的不同，可用接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)Kr來表示。當縱縫為設(shè)拉桿的平縫型時，Kr可取0.87～0.92(剛性和半剛性基層取低值，柔性基層取高值)；縱縫為設(shè)拉桿的企口縫型時，Kr取用0.76～0.84；自由邊時，

Kr取為1.0。第六十五頁，共100頁。疲勞應(yīng)力系數(shù)Kf不同設(shè)計年限的累計疲勞作用不同，采用設(shè)計使用年限內(nèi)荷載應(yīng)力累計疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)Kf來表示。該系數(shù)的計算公式為：式中：kf——設(shè)計基準期內(nèi)的荷載疲勞應(yīng)力系數(shù)；

Ne——設(shè)計基準期內(nèi)標準軸載累計作用次數(shù)；

ν——與混合料性質(zhì)有關(guān)的指數(shù)，普通混凝土、鋼筋混凝土、連續(xù)配筋混凝土，ν=0.057；碾壓混凝土和貧混凝土，ν=0.065；第六十六頁，共100頁。標準軸載PS在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力按下式確定：第六十七頁，共100頁。式中：

σpr——標準軸載Ps在臨界荷位處的荷載疲勞應(yīng)力(MPa)；

σps——標準軸載PS在四邊自由板的臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力(MPa)；kr——考慮接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)，縱縫為設(shè)拉桿的平縫時，kr=0.87～0.92(剛性和半剛性基層取低值，柔性基層取高值)；縱縫為不設(shè)拉桿的平縫或自由邊時，kr=1.0；縱縫為設(shè)拉桿的企口縫時，kr=0.76～0.84；kf——考慮設(shè)計基準期內(nèi)荷載應(yīng)力累計疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)；kc——考慮偏載和動載等因素對路面疲勞損壞的綜合影響系數(shù)。：第六十八頁，共100頁。r——混凝土板的相對剛度半徑(m)；h——混凝土板的厚度(m)；Ec——水泥混凝土的彎拉彈性模量(MPa)；Et——基層頂面當量回彈模量(MPa)。公式第六十九頁，共100頁。六、混凝土板內(nèi)的最大溫度梯度和溫度應(yīng)力計算根據(jù)混凝土面層板內(nèi)產(chǎn)生的荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力作出板的平面尺寸設(shè)計，布設(shè)各種接縫位置。通常縱向縮縫間距可根據(jù)路面寬度和每個車道寬度而定，其最大間距不得大于4.5m。橫向縮縫間距一般采用4～5m，最大不得超過6m。否則當板長超過上述范圍時，因溫度應(yīng)力作用會造成長板的斷裂。同時因混凝土板傳熱慢，在溫度變化大時其頂面與底面溫度有較大差異，從而引起混凝土板的翹曲應(yīng)力?；炷涟屙斆媾c底面的溫度差一般以板的溫度梯度Tg表示，即溫差Δt=Tg×h。水泥混凝土面層的最大溫度梯度標準值Tg，可按照公路所在地的公路自然區(qū)劃按下表選用：第七十頁，共100頁。最大溫度梯度標準值Tg公路自然區(qū)劃II、VIIIIV、VIVII最大溫度梯度Tg(℃／cm)83～8890～9586～9293～98第七十一頁，共100頁。最大溫度梯度時混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力式中：

σtm——最大溫度梯度時混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力(MPa)；

αc——混凝土的線膨脹系數(shù)(1／℃)，通?？扇?×10-5／℃；

Ec——水泥混凝土的彎拉彈性模量(MPa)；h——混凝土板的厚度(m)；Tg——最大溫度梯度；Bx——綜合溫度翹曲應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力作用的溫度應(yīng)力系數(shù)，可按

l

／r和h查用下圖確定；其中的l——板長，即橫縫間距(m)。第七十二頁，共100頁。溫度應(yīng)力系數(shù)Bx第七十三頁，共100頁。最大溫度梯度時混凝土板的溫度疲勞應(yīng)力計算公式式中：σtr——臨界荷位處的溫度疲勞應(yīng)力(MPa)；σtm——最大溫度梯度時混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力(MPa)；kt——考慮溫度應(yīng)力累計疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)，按下式計算確定：第七十四頁，共100頁。其中：a、b和c為回歸系數(shù)，按所在地區(qū)的公路自然區(qū)劃查下表確定。疲勞應(yīng)力系數(shù)第七十五頁，共100頁。a、b和c為回歸系數(shù)表系數(shù)公路自然區(qū)劃IIIIIⅣVⅥV11a0.8280.8550.8410.8710.8370.834b0.0410.0410.0580.0710.0380.052c1.3231.3551.3231.2871.3821.270第七十六頁，共100頁。七、應(yīng)力驗算水泥混凝土路面水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計以行車荷載和溫度梯度綜合作用產(chǎn)生的疲勞斷裂作為設(shè)計的極限狀態(tài)，其表達式為：式中：γr——可靠度系數(shù)，依據(jù)所選目標可靠度及變異水平等級按下表確定；σpr——行車荷載疲勞應(yīng)力（MPa）；σtr——溫度梯度疲勞應(yīng)力（MPa）；fr——水泥混凝土彎拉強度標準值（MPa）第七十七頁，共100頁。可靠度系數(shù)表變異水平等級目標可靠度（％）95908580低1.20～1.331.09～1.161.04～1.08—中1.33～1.501.16～1.231.08～1.131.04～1.07高—1.23～1.331.13～1.181.07～1.11第七十八頁，共100頁。八、板厚設(shè)計步驟1．收集交通資料2．計算設(shè)計車道在設(shè)計使用年限內(nèi)的標準軸載累計作用次數(shù)Ne3．初擬路面結(jié)構(gòu)和平面尺寸。4．確定混凝土的設(shè)計彎拉強度fcm及彎拉彈性模量Ec5．計算確定基層頂面計算回彈模量Et6．計算荷載疲勞應(yīng)力pr7．計算溫度疲勞應(yīng)力tr8．檢驗pr與tr之和是否滿足要求：如滿足，則初估厚度可以作為設(shè)計板厚。如不滿足，則重擬定路面結(jié)構(gòu)，重復(fù)第5步以下的計算，直到上述要求滿足為止，設(shè)計厚度取整到cm。第七十九頁，共100頁。第八十頁，共100頁。設(shè)計計算示例設(shè)計題目：重交通二級公路水泥路面厚度設(shè)計公路自然區(qū)劃為Ⅱ區(qū)，擬新建一條二級公路，路基為粘質(zhì)土，路基回彈模量為30MPa。采用普通混凝土路面，路面寬9m。經(jīng)交通調(diào)查得知，設(shè)計車道使用初期標準軸載日作用次數(shù)為2100（單向、設(shè)計車道）,交通量年增長率為γ=5%。試設(shè)計該混凝土路面的厚度。第八十一頁，共100頁。解：1.交通分析由二級公路的設(shè)計基準期為20年，安全等級為三級。臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)取0.39。已知交通量年平均增長率為5％。計算得到設(shè)計基準期內(nèi)設(shè)計車道標準荷載累計作用次數(shù)為介于（100-2000）×104之間，屬重交通等級第八十二頁，共100頁。2.初擬路面結(jié)構(gòu)相應(yīng)于安全等級三級的變異水平等級為中級。根據(jù)二級公路、重交通等級和中級變異水平等級，查表取初擬普通混凝土面層厚度為0.22m?；鶎舆x用水泥穩(wěn)定粒料(水泥用量5％)，厚0.18m。墊層為0.15m低劑量無機結(jié)合料穩(wěn)定土。普通混凝土面板的平面尺寸為寬4.5m，長5.0m?？v縫為設(shè)拉桿平縫，橫縫為設(shè)傳力桿的假縫。第八十三頁，共100頁?；鶎雍?/p>