水泥混凝土路面设计参数.doc

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1、1、水泥混凝土路面力学及工作特点 （1）水泥路面力学特征 混凝土强度及模量远大于基层与土基强度与模量； 水泥混凝土本身抗压强度远大于抗折强度； 板块厚度相对于平面尺寸较小，板块在荷载作用下挠度（竖向位移）很小； 混凝土板在自然条件下，存在沿板厚方向温度梯度，会产生翘曲现象，如受到约束，会在板内产生翘曲应力； 荷载重复作用，温度梯度反复变化，混凝土板出现疲劳破坏。（2）水泥混凝土路面力学模式 弹性地基上小挠度薄板模型； 弹性地基：因为混凝土板下基层及土基应力应变很小，不超过材料弹性区域； 弹性板：因为板模量高，应力承受能力强，一般受力不超过弹性比例极限应力，挠度及板厚相比很小。 水泥混凝土路面设

2、计理论：弹性地基上小挠度薄板理论。（3）水泥混凝土路面工作及设计特点 抗弯拉强度低于抗压强度，决定路面板厚度强度设计指标是抗弯拉强度； 车轮荷载作用主要影响是疲劳效应； 温度差造成板有内应力，出现翘曲变形及翘曲应力，也有疲劳特性； 板使用还受限于支承条件，不均匀支承及板底脱空对板内应力分布影响极大。2、水泥路面主要破坏类型及设计标准 （1）水泥路面主要破坏类型 断裂 唧泥 错台 拱起 接缝挤碎（2）水泥路面荷载作用 重载作用（3）水泥路面设计标准 结构承载能力 控制板不出现断裂，要求荷载应力及温度应力疲劳综合作用满足材料设计抗拉强度，即：； 行驶舒适性 控制错台量，要求设置传力杆（基层及结构布

3、置满足） 稳定耐久性 控制唧泥及拱胀，要求基层水稳定性好，板及基层联结。3、水泥路面结构设计主要内容 （1）路面结构层组合设计； （2）混凝土路面板厚度设计； （3）混凝土面板平面尺寸及接缝设计 （4）路肩设计； （5）混凝土路面钢筋配筋率设计4、水泥路面轴载换算及交通分级（1）水泥路面标准轴载及轴载换算（2）水泥路面交通等级划分及设计基准期交通等级 交通等级特重重中等轻设计车道标准轴载累计作用次数（10，000）2000100-20003-1003可靠度设计标准 公路技术等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路安全等级 一级二级 三级 四级设计基准期 30302020目标可靠度（%）9590

4、8580目标可靠指标变异水平等级低低-中中中-高第二节 水泥路面弹性地基板理论1、小挠度弹性薄板假设 薄板：板厚度h远小于板中面最小边尺寸b(如b/8b/5)板称为薄板； 中面：平分板厚度h平面； 弹性曲面：薄板弯曲时，中面所弯成曲面； 挠度：中面内各点在横向(即垂直于中面方向)位移； 小挠度弹性薄板：当板弯曲时因具有相当弯曲刚度，中间弹性曲面所产生挠度远小于板厚度弹性薄板即称为小挠度弹性薄板； 小挠度弹性薄板基本假设： 研究弹性地基上无限大板时，以弹性薄板小挠度问题为力学模型描述板体，在弹性力学理论中，对此有以下三点假设： （1）中面法线上各点形变分量极其微小，可以忽略不计； （2）中面法线

5、在板弯曲前后保持直线且垂直于中面，即：zx=zy =0 （3）中面上各点无平行于中面位移，即：（U）z=0=（V）z=0 =0 2、三点假设结论 假设（1）：垂直于中面方向形变分量极其微小，可以略去不计；即：中面任意一根法线上，薄板全厚度内所有点均具有相同挠度。，即； 假设（2）：垂直于中面法线，在弯曲变形前后均保持直线，并垂直于中面，无横向剪切应变；即； 假设（3）：薄板中面内各点都没有平行于中面位移，即；3、板及地基接触假设 （1）完全接触假设：始终接触吻合，且可自由滑动（是在刚度差异大、板平面变形微小情况下近似），即接触面不脱空且剪应力视为零。 （2）没有摩擦假设：板与地基之间没有摩擦，

6、可以自由活动。4、地基模型假定 （1）弹性半空间地基假定； （2）文克勒地基假设。 5、弹性曲面微分方程 （1）几何方程：（2）物理方程：（用挠度表示）（3）平衡微分方程：（4）薄板截面上弯矩、扭矩与剪力（5）砼路面薄板弹性曲面微分方程写出z方向力平衡方程，简化以后，略去微量，得到：。第三节 水泥路面应力分析1、文克勒地基板荷载应力分析（1）文克勒地基 以反应模量K表征弹性地基，它假设地基上任一点反力仅同该点挠度成正比，而及其他点无关，即地基相当于由互不相联系弹簧组成，它因首先由捷克工程师文克勒提出而得名，也称为K地基、弹簧地基。 （2）三个车轮荷位 ，；相对刚度半径为：。（3）最大弯拉应力位

7、置 荷载中心处板底； 荷位下板底； 板表面距板角点x1分角线上（4）威斯特卡德早期应力计算公式 板中荷位：； 当荷载圆半径较小，及板厚相差不大时，板受力接近厚板，需修正，即：R2000100-20003-100=90=80,=70,=60,70=90=80,=70,=60,7060三米直尺（mm）=1010121518颠簸程度无颠簸，行车平稳有轻微颠簸，行车尚平稳有明显颠簸，行车不平稳严重颠簸，行车很不平稳非常颠簸，非常不平稳6、路面其他检测（1）路面车辙检测 路面车辙宜采用快速检测设备，可结合路面损坏与路面平整度一并检测。路面车辙检测设备必须定期标定，每年至少标定一次，根据断面数据计算路面车

8、辙深度（RD），计算结果以10m为单位长期保存。（2）路面抗滑性能检测 路面抗滑性能检测宜采用基于横向力系数路面抗滑性能检测设备或其他具有可靠数据标定关系自动化检测设备。检测设备必须定期标定，每年至少标定一次。路面抗滑性能检测数据（横向力系数）应以20m为单位长期保存。（3）路面结构强度检测 路面结构强度宜采用自动检测设备检测。7、检测频率与要求 公路技术状况评定所需数据最低检测及调查频率按表16-8-3规定执行。16-8-3 最低检测及调查频率 路面损坏（PCI）路面平整度（RQI）抗滑性能（SRI）路面车辙（RDI）结构强度（PSSI）路面PQI沥青高速、一级公路1年1次1年1次2年1次1

9、年1次抽样检测二、三、四级公路1年1次1年1次水泥混凝土高速、一级公路1年1次1年1次2年1次二、三、四级公路1年1次1年1次砂石1年1次路基SCI1年1次桥隧构造物BCI采用最新桥梁、隧道、涵洞技术状况评定结果沿线设施TCI1年1次8、公路技术状况评定 （1）评定要求：公路技术状况评定以1000m路段长度为基本评定单元。 （2）MQI确定： 公路技术状况指数MQI按下式计算：；其中上式中：PQI在MQI中权重，取值为0.70； SCI在MQI中权重，取值为0.08； BCI在MQI中权重，取值为0.12； TCI在MQI中权重，取值为0.10。 （3）路面使用性能（PQI） 沥青路面使用性能

10、评价包括路面损坏、平整度、车辙、抗滑性能与结构强度五项技术内容。其中路面结构强度为抽样评定指标，单独计算及评定，评定范围根据路面大中修养护需求、路基地质条件等自行确定。 水泥混凝土路面使用性能评价包括路面损坏、平整度与抗滑性能三项技术内容；砂石路面使用性能评价包括路面损坏一项技术内容。 路面使用性能指数（PQI）按下式计算：。表16-8-4 PQI分项指标权重 路面类型 权重高速、一级公路二、三、四级公路沥青路面水泥混凝土路面 （4）路面损坏（PCI） 路面损坏用路面损坏指数（PCI）评价，PCI按下面两式计算。；。 式中：DR路面破损率（Pavement Distress Ratio），为各

11、种损坏折合损坏面积之与及路面调查面积之百分比（%）。 （5）路面行驶质量RQI? 式中：IRI国际平整度指数； a0高速公路与一级公路采用0.026，其他等级公路采用0.0185； a1高速公路与一级公路采用0.65，其他等级采用0.58. （5）路面车辙（RDI）? 式中：RD车辙深度（mm）； RDa车辙深度参数，采用20mm； RDb车辙深度限制，采用35mm； a0模型参数，采用2.0； a1模型参数，采用4.0. （6）路面抗滑性能（SRI） 式中： （7）路面结构强度（PSSI）； 式中：。 （8）路基技术状况（SCI）； 式中：。表16-8-5 路基损坏扣分标准 类型（i）破坏名

12、称破坏程度计量单位单位扣分权重1路肩边沟不洁m2路肩损坏轻m21重23边坡坍塌轻处20中30重504水毁冲沟轻处20中30重505路基构造物损坏轻处20中30重506路缘石损坏m47路基沉降轻处20中30重508排水系统淤塞轻m1重处209、水泥混凝土路面碎石化（1）破碎工艺体系： Crack and Seat（打裂压稳）(JPCP) Break and Seat（打碎压稳） (JRCP) Rubblization(多头式破碎设备、共振式破碎设备） (JPCP, JRCP, CRCP)（2）工艺特点： 破碎程度不同（碎石化破碎程度最高）； 适应路况不同（碎石化能适应病害更严重路况）； 消除反射

13、裂缝可能性程度不同（碎石化能更大程度上消除反射裂缝可能性）。10、水泥混凝土路面沥青加铺层 板块单点弯沉控制指标(单位0.01mm)为： （1）单点实测弯沉值Lr14,不予处理； （2）单点实测弯沉值14Lr40,钻孔压浆处理； （3）单点实测弯沉值Lr40,则按脱空板处理，整板破碎，处理基层，新浇混凝土板块。 （4）灌浆后两相邻板间弯沉差控制在0.06mm以内。11、中国厚度设计-加铺补强层结构设计 （1）在稳定原水泥混凝土板上加铺沥青层时，对高速公路、一级公路(或中等及中等以上交通)最小厚度不宜小于100mm，其他公路不宜小于70mm。 （2）在原水泥混凝土路面上加铺沥青层时宜用热沥青或改性乳化沥青、改性沥青做粘层。为防止渗水、减缓反射裂缝及加强层间结合，宜设置2025mm厚聚合物改性沥青应力吸收层、应力吸收膜，或铺设长纤维无纺聚酯类土工织物等。 （3）按本规范有关规定增加或完善路面结构排水系统与防水措施。第 41 页