fA水泥混凝土路面设计.ppt
fA水泥混凝土路面设计 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望13.1水泥混凝土路面设计标准和内容水泥混凝土路面设计标准和内容一、一、损坏模式损坏模式二、二、设计标准设计标准三、三、设计内容设计内容一、损坏模式一、损坏模式在行车荷载和环境因素的作用下可能出现的破坏类型有：在行车荷载和环境因素的作用下可能出现的破坏类型有：在行车荷载和环境因素的作用下可能出现的破坏类型有：在行车荷载和环境因素的作用下可能出现的破坏类型有：1.1.1.1.断裂：断裂：断裂：断裂：路面板内应力超过混凝土强度时会出现纵向、横向、路面板内应力超过混凝土强度时会出现纵向、横向、路面板内应力超过混凝土强度时会出现纵向、横向、路面板内应力超过混凝土强度时会出现纵向、横向、斜向或角隅断裂裂缝。斜向或角隅断裂裂缝。斜向或角隅断裂裂缝。斜向或角隅断裂裂缝。n n原因：原因：原因：原因：板太薄、轮载过重、板的平面尺寸过大，地基不均匀沉降或过量塑板太薄、轮载过重、板的平面尺寸过大，地基不均匀沉降或过量塑板太薄、轮载过重、板的平面尺寸过大，地基不均匀沉降或过量塑板太薄、轮载过重、板的平面尺寸过大，地基不均匀沉降或过量塑性变形使板底脱空失去支承，施工养生期间收缩应力过大等。断裂破坏了性变形使板底脱空失去支承，施工养生期间收缩应力过大等。断裂破坏了性变形使板底脱空失去支承，施工养生期间收缩应力过大等。断裂破坏了性变形使板底脱空失去支承，施工养生期间收缩应力过大等。断裂破坏了板的整体性，使板承载能力降低。因而，板体断裂为水泥混凝土面层结构板的整体性，使板承载能力降低。因而，板体断裂为水泥混凝土面层结构板的整体性，使板承载能力降低。因而，板体断裂为水泥混凝土面层结构板的整体性，使板承载能力降低。因而，板体断裂为水泥混凝土面层结构破坏的临界状态。破坏的临界状态。破坏的临界状态。破坏的临界状态。2.2.2.2.唧泥：唧泥：唧泥：唧泥：车辆行经接缝时，由缝内喷溅出稀泥浆的现象。车辆行经接缝时，由缝内喷溅出稀泥浆的现象。车辆行经接缝时，由缝内喷溅出稀泥浆的现象。车辆行经接缝时，由缝内喷溅出稀泥浆的现象。n n原因：原因：原因：原因：在轮载的重复作用下，板边缘或角隅下的基层由于塑性变形累积而在轮载的重复作用下，板边缘或角隅下的基层由于塑性变形累积而在轮载的重复作用下，板边缘或角隅下的基层由于塑性变形累积而在轮载的重复作用下，板边缘或角隅下的基层由于塑性变形累积而同混凝土面板脱离，或者基层的细颗粒在水的作用下强度降低，当水分沿同混凝土面板脱离，或者基层的细颗粒在水的作用下强度降低，当水分沿同混凝土面板脱离，或者基层的细颗粒在水的作用下强度降低，当水分沿同混凝土面板脱离，或者基层的细颗粒在水的作用下强度降低，当水分沿缝隙下渗而积聚在脱空的间隙内或细颗粒土中，在车辆荷载作用下积水形缝隙下渗而积聚在脱空的间隙内或细颗粒土中，在车辆荷载作用下积水形缝隙下渗而积聚在脱空的间隙内或细颗粒土中，在车辆荷载作用下积水形缝隙下渗而积聚在脱空的间隙内或细颗粒土中，在车辆荷载作用下积水形成水压，使水和细颗粒土形成的泥浆而从缝隙中喷溅山来。唧泥的出现，成水压，使水和细颗粒土形成的泥浆而从缝隙中喷溅山来。唧泥的出现，成水压，使水和细颗粒土形成的泥浆而从缝隙中喷溅山来。唧泥的出现，成水压，使水和细颗粒土形成的泥浆而从缝隙中喷溅山来。唧泥的出现，使路面板边缘部分，逐渐形成脱空区，随荷载重复作用次数的增加，脱空使路面板边缘部分，逐渐形成脱空区，随荷载重复作用次数的增加，脱空使路面板边缘部分，逐渐形成脱空区，随荷载重复作用次数的增加，脱空使路面板边缘部分，逐渐形成脱空区，随荷载重复作用次数的增加，脱空区逐渐增大，最终使板出现断裂。区逐渐增大，最终使板出现断裂。区逐渐增大，最终使板出现断裂。区逐渐增大，最终使板出现断裂。3 3 3 3错台：错台：错台：错台：指接缝两侧出现的竖向相对位移。指接缝两侧出现的竖向相对位移。指接缝两侧出现的竖向相对位移。指接缝两侧出现的竖向相对位移。n n原因：原因：原因：原因：当胀缝下部填缝板与上部缝槽未能对齐，或胀缝两侧混凝土壁面不当胀缝下部填缝板与上部缝槽未能对齐，或胀缝两侧混凝土壁面不当胀缝下部填缝板与上部缝槽未能对齐，或胀缝两侧混凝土壁面不当胀缝下部填缝板与上部缝槽未能对齐，或胀缝两侧混凝土壁面不垂直，在胀缩过程中接缝两侧上下错位而形成。垂直，在胀缩过程中接缝两侧上下错位而形成。垂直，在胀缩过程中接缝两侧上下错位而形成。垂直，在胀缩过程中接缝两侧上下错位而形成。n n横缝处传荷能力不足，或唧泥发生过程中，使基层材料在高压水的作用下横缝处传荷能力不足，或唧泥发生过程中，使基层材料在高压水的作用下横缝处传荷能力不足，或唧泥发生过程中，使基层材料在高压水的作用下横缝处传荷能力不足，或唧泥发生过程中，使基层材料在高压水的作用下冲积到后方板的板底脱空区内，使该板抬高，形成两板间高度差。冲积到后方板的板底脱空区内，使该板抬高，形成两板间高度差。冲积到后方板的板底脱空区内，使该板抬高，形成两板间高度差。冲积到后方板的板底脱空区内，使该板抬高，形成两板间高度差。n n当交通量或地基承载力在横向各块板上分布不均匀，各块板沉陷不一致时，当交通量或地基承载力在横向各块板上分布不均匀，各块板沉陷不一致时，当交通量或地基承载力在横向各块板上分布不均匀，各块板沉陷不一致时，当交通量或地基承载力在横向各块板上分布不均匀，各块板沉陷不一致时，纵缝处也会产生错台现象。错台降低了行车的平稳性和舒适性。纵缝处也会产生错台现象。错台降低了行车的平稳性和舒适性。纵缝处也会产生错台现象。错台降低了行车的平稳性和舒适性。纵缝处也会产生错台现象。错台降低了行车的平稳性和舒适性。4.4.4.4.拱起：拱起：拱起：拱起：混凝土路面在热胀受阻时，横缝两侧的数块板突然出混凝土路面在热胀受阻时，横缝两侧的数块板突然出混凝土路面在热胀受阻时，横缝两侧的数块板突然出混凝土路面在热胀受阻时，横缝两侧的数块板突然出现向上拱起的屈曲失稳现象，并伴随出现板块的横向断裂。现向上拱起的屈曲失稳现象，并伴随出现板块的横向断裂。现向上拱起的屈曲失稳现象，并伴随出现板块的横向断裂。现向上拱起的屈曲失稳现象，并伴随出现板块的横向断裂。n n原因：原因：原因：原因：由于板收缩时接缝缝隙张开，填缝料失效，硬物嵌入缝内，致使板由于板收缩时接缝缝隙张开，填缝料失效，硬物嵌入缝内，致使板由于板收缩时接缝缝隙张开，填缝料失效，硬物嵌入缝内，致使板由于板收缩时接缝缝隙张开，填缝料失效，硬物嵌入缝内，致使板受热膨胀时产生较大的热压应力，从而出现这种纵向屈曲失稳现象。受热膨胀时产生较大的热压应力，从而出现这种纵向屈曲失稳现象。受热膨胀时产生较大的热压应力，从而出现这种纵向屈曲失稳现象。受热膨胀时产生较大的热压应力，从而出现这种纵向屈曲失稳现象。5.5.5.5.接缝挤碎：接缝挤碎：接缝挤碎：接缝挤碎：指邻近横向和纵向两侧的数十厘米宽度内，路面指邻近横向和纵向两侧的数十厘米宽度内，路面指邻近横向和纵向两侧的数十厘米宽度内，路面指邻近横向和纵向两侧的数十厘米宽度内，路面板因热胀时受到阻碍，产生较高的热压应力而挤压成碎块。板因热胀时受到阻碍，产生较高的热压应力而挤压成碎块。板因热胀时受到阻碍，产生较高的热压应力而挤压成碎块。板因热胀时受到阻碍，产生较高的热压应力而挤压成碎块。n n原因：原因：原因：原因：由于胀缝内的传力杆排列不正或不能滑动，或者缝隙内落入硬物所由于胀缝内的传力杆排列不正或不能滑动，或者缝隙内落入硬物所由于胀缝内的传力杆排列不正或不能滑动，或者缝隙内落入硬物所由于胀缝内的传力杆排列不正或不能滑动，或者缝隙内落入硬物所致。致。致。致。返回返回返回返回二、设计标准二、设计标准n n从保证路面结构承载能力的角度，混凝土路面结构设计应以从保证路面结构承载能力的角度，混凝土路面结构设计应以从保证路面结构承载能力的角度，混凝土路面结构设计应以从保证路面结构承载能力的角度，混凝土路面结构设计应以防止面层板断裂为主要设计标准。防止面层板断裂为主要设计标准。防止面层板断裂为主要设计标准。防止面层板断裂为主要设计标准。n n从保证汽车行驶性能的角度，应以接缝两侧的错台为主要控从保证汽车行驶性能的角度，应以接缝两侧的错台为主要控从保证汽车行驶性能的角度，应以接缝两侧的错台为主要控从保证汽车行驶性能的角度，应以接缝两侧的错台为主要控制标准。制标准。制标准。制标准。n n车辆荷载重复作用下车辆荷载重复作用下车辆荷载重复作用下车辆荷载重复作用下荷载疲劳应力荷载疲劳应力荷载疲劳应力荷载疲劳应力p p p p断裂破坏断裂破坏断裂破坏断裂破坏n n温度变化（面板顶与底的温差）温度变化（面板顶与底的温差）温度变化（面板顶与底的温差）温度变化（面板顶与底的温差）温度疲劳应力温度疲劳应力温度疲劳应力温度疲劳应力t t t t 断裂断裂断裂断裂破坏破坏破坏破坏我国规范采用荷载疲劳应力和温度疲劳翘曲应力综合作我国规范采用荷载疲劳应力和温度疲劳翘曲应力综合作我国规范采用荷载疲劳应力和温度疲劳翘曲应力综合作我国规范采用荷载疲劳应力和温度疲劳翘曲应力综合作用所产生的疲劳损坏作为确定混凝土板厚的设计依据。用所产生的疲劳损坏作为确定混凝土板厚的设计依据。用所产生的疲劳损坏作为确定混凝土板厚的设计依据。用所产生的疲劳损坏作为确定混凝土板厚的设计依据。p p +t t f fcmcm 混凝土的抗弯拉强度混凝土的抗弯拉强度混凝土的抗弯拉强度混凝土的抗弯拉强度返回返回返回返回三、设计内容三、设计内容n n1.1.路面结构层组合设计路面结构层组合设计路面结构层组合设计路面结构层组合设计n n2.2.混凝土面板厚度计算混凝土面板厚度计算混凝土面板厚度计算混凝土面板厚度计算n n3.3.混凝土面板的平面尺寸确定与接缝构造设计混凝土面板的平面尺寸确定与接缝构造设计混凝土面板的平面尺寸确定与接缝构造设计混凝土面板的平面尺寸确定与接缝构造设计n n4.4.路肩设计路肩设计路肩设计路肩设计n n5.5.配筋设计配筋设计配筋设计配筋设计返回返回返回返回13.2水泥混凝土路面板厚设计计算水泥混凝土路面板厚设计计算n n一、一、设计步骤设计步骤n n二、二、轴载换算轴载换算n n三、三、累积当量轴次累积当量轴次n n四、四、检验检验 一、设计步骤一、设计步骤1.1.1.1.收集并分析交通参数收集并分析交通参数收集并分析交通参数收集并分析交通参数收集日交通量和轴载组成数据，收集日交通量和轴载组成数据，收集日交通量和轴载组成数据，收集日交通量和轴载组成数据，确定轮迹分布系数，计算设计车道标准轴载日作用次数；确定轮迹分布系数，计算设计车道标准轴载日作用次数；确定轮迹分布系数，计算设计车道标准轴载日作用次数；确定轮迹分布系数，计算设计车道标准轴载日作用次数；由此确定道路的交通等级，并进而选定设计年限、选定由此确定道路的交通等级，并进而选定设计年限、选定由此确定道路的交通等级，并进而选定设计年限、选定由此确定道路的交通等级，并进而选定设计年限、选定交通量年平均增长率，计算使用年限内标准轴载的累计交通量年平均增长率，计算使用年限内标准轴载的累计交通量年平均增长率，计算使用年限内标准轴载的累计交通量年平均增长率，计算使用年限内标准轴载的累计作用次数。作用次数。作用次数。作用次数。2.2.2.2.初拟路面结构初拟路面结构初拟路面结构初拟路面结构初选路面结构层次、类型和材料组成；初选路面结构层次、类型和材料组成；初选路面结构层次、类型和材料组成；初选路面结构层次、类型和材料组成；拟定各层的厚度、面层板平面尺寸和接缝构造。拟定各层的厚度、面层板平面尺寸和接缝构造。拟定各层的厚度、面层板平面尺寸和接缝构造。拟定各层的厚度、面层板平面尺寸和接缝构造。3.3.3.3.确定材料参数确定材料参数确定材料参数确定材料参数试验确定混凝土的设计弯拉强度和弹试验确定混凝土的设计弯拉强度和弹试验确定混凝土的设计弯拉强度和弹试验确定混凝土的设计弯拉强度和弹性模量，基层、垫层和路基的回弹模量，基层顶面的当性模量，基层、垫层和路基的回弹模量，基层顶面的当性模量，基层、垫层和路基的回弹模量，基层顶面的当性模量，基层、垫层和路基的回弹模量，基层顶面的当量回弹模量。量回弹模量。量回弹模量。量回弹模量。一、设计步骤一、设计步骤4.4.4.4.计算荷载疲劳应力计算荷载疲劳应力计算荷载疲劳应力计算荷载疲劳应力p p p p计算得到标准轴载作用下板计算得到标准轴载作用下板计算得到标准轴载作用下板计算得到标准轴载作用下板边中部的最大荷载应力；按接缝类型选定接缝传荷系数；边中部的最大荷载应力；按接缝类型选定接缝传荷系数；边中部的最大荷载应力；按接缝类型选定接缝传荷系数；边中部的最大荷载应力；按接缝类型选定接缝传荷系数；按标准轴载累计作用次数计算得到疲劳应力系数；按交按标准轴载累计作用次数计算得到疲劳应力系数；按交按标准轴载累计作用次数计算得到疲劳应力系数；按交按标准轴载累计作用次数计算得到疲劳应力系数；按交通等级选定综合系数；综合上述计算结果可得到荷载疲通等级选定综合系数；综合上述计算结果可得到荷载疲通等级选定综合系数；综合上述计算结果可得到荷载疲通等级选定综合系数；综合上述计算结果可得到荷载疲劳应力。劳应力。劳应力。劳应力。5.5.5.5.计算温度应力计算温度应力计算温度应力计算温度应力t t t t由所在地公路自然区划选择最大由所在地公路自然区划选择最大由所在地公路自然区划选择最大由所在地公路自然区划选择最大温度梯度；按路面结构和板平面尺寸计算最大温度梯度温度梯度；按路面结构和板平面尺寸计算最大温度梯度温度梯度；按路面结构和板平面尺寸计算最大温度梯度温度梯度；按路面结构和板平面尺寸计算最大温度梯度时的温度翘曲应力；按自然区划及时的温度翘曲应力；按自然区划及时的温度翘曲应力；按自然区划及时的温度翘曲应力；按自然区划及tmtmtmtm和和和和frfrfrfr确定温度应确定温度应确定温度应确定温度应力累计疲劳作用系数；由此计算确定温度疲劳应力力累计疲劳作用系数；由此计算确定温度疲劳应力力累计疲劳作用系数；由此计算确定温度疲劳应力力累计疲劳作用系数；由此计算确定温度疲劳应力 。6.6.6.6.检验初拟路面结构检验初拟路面结构检验初拟路面结构检验初拟路面结构行车荷载和温度梯度综合作用满行车荷载和温度梯度综合作用满行车荷载和温度梯度综合作用满行车荷载和温度梯度综合作用满足验算公式，说明拟定的板厚合理，上述检验条件如不足验算公式，说明拟定的板厚合理，上述检验条件如不足验算公式，说明拟定的板厚合理，上述检验条件如不足验算公式，说明拟定的板厚合理，上述检验条件如不符合，则重新拟定路面结构或板平面尺寸，重新计算，符合，则重新拟定路面结构或板平面尺寸，重新计算，符合，则重新拟定路面结构或板平面尺寸，重新计算，符合，则重新拟定路面结构或板平面尺寸，重新计算，直到满足为止直到满足为止直到满足为止直到满足为止 。混混凝凝土土板板厚厚度度计计算算流流程程图图 返回返回返回返回二、轴载换算二、轴载换算n不同轴载的当量作用次数不同轴载的当量作用次数N N：i轴-轮型系数，单轴-双轮组时：i=1 单轴-单轮时：双轴-双轮组时：三轴-三轮组时：返回返回返回返回三、三、累积当量轴次累积当量轴次n设计使用年限内设计车道的标准轴载累计作用次数与使用设计使用年限内设计车道的标准轴载累计作用次数与使用初期的交通量、交通组成和交通量的增长情况等因素有关。初期的交通量、交通组成和交通量的增长情况等因素有关。上述交通参数应进行详细调查、观测与预测上述交通参数应进行详细调查、观测与预测,然后按下式然后按下式确定确定 式中：式中：Ne标准轴载累计作用次数；标准轴载累计作用次数；t 设计基准期；设计基准期；gr交通量年平均增长率；交通量年平均增长率；临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数车辆轮迹横向分布系数车辆轮迹横向分布系数 公路等公路等级级纵缝边缘纵缝边缘处处高速公路、一高速公路、一级级公路、公路、收收费费站站0.170.170.220.22二二级级及二及二级级以以下公下公路路行行车车道道宽宽7m7m0.340.340.390.39行行车车道道宽宽7m7m0.540.540.620.62交通分级交通分级 交通等交通等级级特特重重重重中中等等轻轻设计车设计车道道标标准准轴载轴载累累计计作用作用次数次数N Ne e(10(104 4)2002000 01001002002000 03 31001003 3水泥混凝土面层厚度的参考范围水泥混凝土面层厚度的参考范围水泥混凝土面层厚度的参考范围水泥混凝土面层厚度的参考范围 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)260250240270240260230250220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)240210230220220200230220返回返回返回返回四、检验四、检验n按现行水泥混凝土路面设计规范中采用路面结构可靠度设按现行水泥混凝土路面设计规范中采用路面结构可靠度设计方法，即以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断计方法，即以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为极限设计状态。裂作为极限设计状态。式中：r可靠度系数 pr行车荷载疲劳应力(Mpa)；tr温度梯度疲劳应力(Mpa)；fr 水泥混凝土设计弯拉强度(Mpa)可靠度系数可靠度系数可靠度系数可靠度系数变异水平等级目标可靠度95908580低1.201.331.091.161.041.08-中1.331.51.161.231.081.131.041.07高-1.231.331.131.181.071.11混凝土弯拉强度标准值混凝土弯拉强度标准值混凝土弯拉强度标准值混凝土弯拉强度标准值交通等交通等级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强度度标标准准值值（MPaMPa）5.05.05.05.04.54.54.04.0钢纤维钢纤维混凝土的弯拉混凝土的弯拉强强度度标标准准值值（MPaMPa）6.06.06.06.05.55.55.05.0返回返回返回返回13.3水泥混凝土面板的平面尺寸水泥混凝土面板的平面尺寸和接缝设计和接缝设计n n一、一、面板的平面尺寸确定面板的平面尺寸确定n n二、二、接缝设计接缝设计一年四季气温的变化，混凝土板会产生不同程度的一年四季气温的变化，混凝土板会产生不同程度的膨胀和收缩，这种温度的变化会造成板的断裂或拱胀破膨胀和收缩，这种温度的变化会造成板的断裂或拱胀破坏。为避免这些缺陷，混凝土路面不得不在纵横两个方坏。为避免这些缺陷，混凝土路面不得不在纵横两个方向建造许多接缝把路面分割成许多板块。向建造许多接缝把路面分割成许多板块。一、面板的平面尺寸确定一、面板的平面尺寸确定n n1.1.1.1.纵缝间距：纵缝间距：纵缝间距：纵缝间距：n n通常按车道宽度确定，一般为通常按车道宽度确定，一般为通常按车道宽度确定，一般为通常按车道宽度确定，一般为3.0-4.5m3.0-4.5m3.0-4.5m3.0-4.5m。n n碾压砼、钢纤维砼面层全幅摊铺时，可不设纵向缩缝。碾压砼、钢纤维砼面层全幅摊铺时，可不设纵向缩缝。碾压砼、钢纤维砼面层全幅摊铺时，可不设纵向缩缝。碾压砼、钢纤维砼面层全幅摊铺时，可不设纵向缩缝。n n2.2.2.2.横缝间距：横缝间距：横缝间距：横缝间距：n n普通砼面层：普通砼面层：普通砼面层：普通砼面层：一般为一般为一般为一般为4-6m4-6m4-6m4-6m，长宽比不宜超过，长宽比不宜超过，长宽比不宜超过，长宽比不宜超过1.301.301.301.30，平面尺寸，平面尺寸，平面尺寸，平面尺寸不大于不大于不大于不大于25m25m25m25m2 2 2 2n n碾压砼或钢纤维砼面层：碾压砼或钢纤维砼面层：碾压砼或钢纤维砼面层：碾压砼或钢纤维砼面层：6-10m6-10m6-10m6-10mn n钢筋砼面层：钢筋砼面层：钢筋砼面层：钢筋砼面层：6-15m6-15m6-15m6-15m返回返回返回返回二、接缝设计二、接缝设计n n确定接缝的构造、布置确定接缝的构造、布置n n分为：横向缩缝、胀缝、施工接缝；分为：横向缩缝、胀缝、施工接缝；纵向缩缝、胀缝、施工接缝。纵向缩缝、胀缝、施工接缝。第十三章第十三章水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计（完）（完）
