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1、项目三 水泥混凝土路面设计,任务3 水泥混凝土路面结构组合设计,1.混凝土面层 2.基层 3.垫层 4.沥青路肩 5.路肩基层 6.土基7.排水基层 8.不透水垫层(或设反滤层)9.集水管 10.排水管11.混凝土路肩 12.路面横坡 13.路肩横坡 14.反滤织物 15.拦水带 16.拉杆,路基,混凝土路面下的路基必须稳定、密实、均质，对路面结构提供均匀的支承。要求：(1)高液限粘土及含有机质细粒土，不能用作高速公路、一级公路的路床填料或二级及以下公路的上路床填料。(2)高液限粉土及塑性指数大于16或膨胀率大于3的低液限黏土，不应用做高速公路和一级公路的上路床填料；(3)因条件限制而必须采用
2、上述土做填料时，应掺加石灰或水泥等结合料改善。,路基,现行公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D40-2011）规定，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。如不满足上述要求时，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。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，其厚度视路床顶面平整程度而定，最小厚度不小于l00mm。,垫 层,水泥混凝土路面在下述情况下需在基层下设
3、置垫层：(1)季节性冰冻地区，路面总厚度小于最小防冻厚度时，差值以垫层厚度补足；(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；垫层宽度应与路基同宽，最小厚度为15cm。防冻垫层和排水垫层宜采用碎石、砂砾等颗粒材料，在供应条件许可时，防冻垫层还可采用煤渣、矿渣等隔温性材料。,混凝土路面最小防冻厚度（m）,基 层,水泥路面的基层应和底基层具有足够的抗冲刷能力和一定的刚度，宜依照交通等级按下表选用。,底 基 层,基层和底基层,在基层和底基层结构组合和选用材料时，还应注意以下几点：（1）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
4、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。（2）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。（3）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）多雨地区，路基由低透水性细粒土组成的高速公路和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
5、层。底基层顶面宜铺设沥青类封层或防水土工织物。,基层,湿润和多雨地区路基为低透水性细粒土的高速公路、一级公路或者承受特重或重交通的二级公路，宜采用排水基层。排水基层可选用多孔隙的开级配水泥稳定碎石、沥青稳定碎石或碎石，孔隙率约为20。基层的宽度应比混凝土面层每侧至少宽出300mm(小型机具施工)或500mm(轨道式摊铺机施工)或650mm(滑模式摊铺机施工)。,基层,硬路肩采用混凝土面层，其厚度与行车道面层相同时，基层宽度宜与路基同宽。级配粒料基层的宽度也与路基同宽。基层下未设垫层，上路床为细粒土、粘质土砂或级配不良（特重或重交通），或者为细粒土（中等交通），应在基层下设底基层。底基层可采用级
6、配粒料、水泥稳定粒料或二灰粒料，厚度为20cm。底基层顶面应铺沥青封层或防水土工织物。,1.混凝土面层 2.基层 3.垫层 4.沥青路肩 5.路肩基层 6.土基7.排水基层 8.不透水垫层(或设反滤层)9.集水管 10.排水管11.混凝土路肩 12.路面横坡 13.路肩横坡 14.反滤织物 15.拦水带 16.拉杆,基层和底基层,各类基层和底基层的适宜厚度：,面 层,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。面层一般采用设接缝的普通混凝土。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，高填方、软土地基、填挖交界段的路基等有可能产生不均匀沉降时，应采用设接缝的
7、钢筋混凝土面层。,面 层,其他面层类型可根据适用条件按表2-6-3选用。,面 层,水泥混凝土面板的抗滑标准以构造深度为指标。表面构造应采用刻槽、压槽、拉槽或拉毛等方法制作。构造深度在使用初期应满足表2-6-4的要求。,面 层,普通混凝土、钢筋混凝土、碾压混凝土或钢纤维混凝土面层板一般采用矩形。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。纵向接缝的间距按路面宽度在3.O4.5m范围内确定。碾压混凝土、钢纤维混凝土面层在全幅摊铺时，可不设纵向缩缝。,面 层,横向接缝的间距按面层类型和厚度选定：(1)普通混凝土面层一般为46m，面层板的长宽比不宜超过1.35，平面尺寸不宜大于25平方米；
8、(2)碾压混凝土或钢纤维混凝土面层一般为610m；(3)钢筋混凝土面层一般为615m。,面 层,普通混凝土、钢筋混凝土、碾压混凝土或连续配筋混凝土面层所需的厚度，可参照下表: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。,路 肩,路肩水泥混凝土面层的厚度通常采用与行车道面层等厚，其基层宜与行车道基层相同。选用薄面层时，其厚度不宜小于150mm，基层应采用开级配粒料。,1.混凝土面层 2.基层 3.垫层 4.沥青路肩 5.路肩基层 6.土基7.排水基层 8.不透水垫层(或设反滤层)9.集水管 10.排水管11.混凝土路肩 12.路面横坡 13.路肩横坡 14.反滤织
9、物 15.拦水带 16.拉杆,路 肩,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，并保证进入路面结构中的水的排除。路肩铺面可选用水泥混凝土面层或沥青面层。,1.混凝土面层 2.基层 3.垫层 4.沥青路肩 5.路肩基层 6.土基7.排水基层 8.不透水垫层(或设反滤层)9.集水管 10.排水管11.混凝土路肩 12.路面横坡 13.路肩横坡 14.反滤织物 15.拦水带 16.拉杆,路 肩,路肩沥青面层宜选用密实型沥青混合料。其基层可选用无机结合料稳定粒料或级配粒料。行车道路面结构不设内部排水设施时，沥青面层和不透水基层总厚度不宜超过行车道面层的厚度，基层下应
10、选用透水性材料填筑，并保证进入路面结构中的水的排除。,路 面 排 水,行车道路面应设置双向或单向横披，坡度为12。路肩的横向坡度值宜比行车道路面的横坡度值大l2。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边缘设置纵向集水沟和带孔集水管，并间隔50l00m设置横向排水管。,路 面 排 水,排水基层的纵向边缘集水沟，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；路肩采用沥青面层时，可设在路肩内侧边缘内。排水垫层的纵向边缘集水沟设在路床边缘。,任务4 水泥混凝土路面接缝设计,混凝土面层是由一定厚度的混凝土板所组成，它具有热胀冷缩的性质。白天气温升高，混凝土板顶面温度较底面为
11、高，这种温度坡差会形成板的中部隆起的趋势。夜间气温降低，板顶面温度较底面为低，会使板的周边和角隅发生翘起的趋势(图2-6-1 a)。,接 缝 构 造,这些变形会受到板与基础之间的摩阻力和粘结力，以及板的自重车轮荷载等的约束，致使板内产生过大的应力，造成板的断裂(图2-6-1 b)或拱胀等破坏。,图2-6-1 混凝土由于温度坡差引起的变形 a)周边和角隅翘起；b)开裂；c)由于均匀温度下降使两块板体被拉开,接 缝 构 造,由于翘曲而引起的裂缝，则在裂缝发生后被分割的两块板体尚不致完全分离，倘若板体温度均匀下降引起收缩，则将使两块板体被拉开(图2-6-1c)，从而失去荷载传递作用。,图2-6-1
12、混凝土由于温度坡差引起的变形 a)周边和角隅翘起；b)开裂；c)由于均匀温度下降使两块板体被拉开,为避免这些缺陷，普通混凝土、钢筋混凝土、碾压混凝土或钢纤维混凝土面层板不得不在纵横两个方向设置许多接缝，把整个路面分割成许多矩形板块。按接缝与行车方向之间的关系，可把接缝分为纵缝与横缝两大类。,接 缝 构 造,横向施工缝,横向接缝,横向缩缝,胀 缝,缩缝保证板因温度和湿度的降低而收缩时沿该薄弱面缩裂，从而避免产生不规则的裂缝。,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。,保证板在温度升高时能部分伸张，从而避免产生路面板在热天的拱胀和折断破坏，同时胀缝也
13、能起到缩缝的作用。,接缝设计,垂直于行车方向的接缝,放置传力杆前,放置传力杆后,横向接缝,横 向 缩 缝,（1）横向缩缝包括设传力杆假缝型和不设传力杆假缝型，极重、特重和重交通公路的横向缩缝，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3-14(a)所示。其他情况可采用不设传力杆假缝形式，其构造如图3-14(b)所示。,普通水泥混凝土面层的横向缩缝间距一般为46m（即板长）,横 向 缩 缝,（2）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成型，在第一次锯切缝的上部宜增设宽710 mm的浅槽口，槽口下部应设
14、置背衬垫条，上部应用填缝料灌填，其构造如图3-15所示。,200个温度小时或强度达到8MPa时必须切缝(指甲能划出白印为度)。可采用跳仓法进行。过早会切出毛边，过迟会断板。切缝深度为1/4板厚，板边深度大一些，防裂八字口。,横向缩缝(假缝),跳仓法是充分利用了混凝土在5到10天期间性能尚未稳定和没有彻底凝固前容易将内应力释放出来的“抗与放”特性原理，它是将建筑物地基或大面积砼平面机构划分成若干个区域，按照“分块规划、隔块施工、分层浇筑、整体成型”的原则施工，其模式和跳棋一样，即隔一段浇一段。相邻两段间隔时间不少于七天，以避免混凝土施工初期部分激烈温差及干燥作用,横 向 胀 缝,胀缝是混凝土路面
15、的薄弱环节，给施工带来不便，同时又常出现病害。规范规定应尽量少设或不设。在邻近桥梁或其他固定构造物处或与其他道路相交处应设置横向胀缝。,胀缝路面两端构造物间距大于等于500m时，宜设一道中间胀缝；低温施工，路面两端构造物间距大于等于350m时，宜设一道胀缝。前置法施工，应预先加工、安装和固定胀缝钢筋支架，并在使用手持振捣棒振实胀缝板两侧的混凝土后再摊铺。宜在混凝土未硬化时，剔除胀缝板上部的混凝土，嵌入(2025)mmx20mm的木条，整平表面。胀缝板应连续贯通整个路面板宽度。,应选用能适应混凝土面板膨胀和收缩、施工时不变形、弹性复原率高、耐久性好的胀缝板。高速公路、一级公路宜采用塑胶、橡胶泡沫
16、板或沥青纤维板；其他公路可采用各种胀缝板。其技术要求应符合表391的规定。,胀缝板,横 向 胀 缝,胀缝缝隙宽2025mm，缝内设置填缝板和可滑动的传力杆。胀缝的构造如图所示。,横 向 施 工 缝,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。设在缩缝处的施工缝，应采用加传力杆的平缝形式，其构造如图所示：设在胀缝处的施工缝，其构造与胀缝相同。,每天摊铺结束或摊铺中断时间超过30min时，应设置横向施工缝，其位置宜与胀缝或缩缝重合，横向施工缝应与路中心线垂直。横向施工缝在缩缝处采用平缝，加传力杆型，见下图。普通混凝土路面横向缩缝宜等间距布置。不宜采用斜缝
17、。不得不调整板长时，最大板长不宜大于6m；最小板长不宜小于板宽。注意施工缝应与下一幅的缩缝同一条直线。,横向施工缝,横 向 接 缝,传力杆应采用光面钢筋,设在板厚中央。其设置目的是当行车荷载作用于一块板边时，传力杆可以将部分荷载传到另一块板上，从而减轻板体内产生的应力，减少破坏并保证路面的平整度。传力杆应采用光面钢筋。其尺寸和间距可按下表选用。最外侧传力杆距纵向接缝或自由边的距离为150250mm。,横向接缝,传力杆尺寸和间距（mm）,接 缝 构 造,纵 向 接 缝,包括施工缝和缩缝。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
18、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。,纵 向 接 缝,纵向接缝的布设应视路面宽度和施工铺筑宽度而定，具体如下：（1）一次铺筑宽度小于路面宽度时，应设置纵向施工缝。纵向施工缝采用平缝形式，上部应锯切槽口，深度为3040mm，宽度为38 mm，槽内灌塞填缝料，构造如下图。,当一次铺筑宽度小于路面和硬路肩总宽度时，应设纵向施工缝，位置应避开轮迹，并重合或靠近车道线，构造可采用平缝加拉杆型。当所摊铺的面板厚度大于等于260mm时，也可采用插拉杆的企口型纵向施工缝。当一次铺筑宽度大于4.5m时，应采用假缝拉杆型纵缝，即锯切纵向缩缝，纵缝位置应按车道宽度设置，
19、并在摊铺过程中用专用的拉杆插入装置插入拉杆。钢筋混凝土路面、桥面和搭板的纵缝拉杆可由横向钢筋延伸穿过接缝代替。钢纤维混凝土路面切开的假纵缝可不设拉杆，纵向施工缝应设拉杆。,纵缝(纵向施工缝),4.插入的侧向拉杆应牢固，不得松动、碰撞或拔出。若发现拉杆松脱或漏插，应在横向相邻路面摊铺前，钻孔重新植入。当发现拉杆可能被拔出时，宜进行拉杆拔出力(握裹力)检验。,纵 向 接 缝,(2)一次铺筑宽度大于4.5 m时，应设置纵向缩缝。纵向缩缝采用假缝形式，宽度为3-8 mm，锯切的槽口深度视基层材料而异。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。构造如下图：,纵
20、 向 接 缝,（3）纵向接缝在板厚中央设置拉杆，拉杆应采用螺纹钢筋，并应对拉杆中部100mm范围内进行防锈处理。（4）拉杆的直径、长度和间距，可参照下表选用。（5）施工布设时，拉杆间距应按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。,交叉口接缝布设,两条道路正交时，各条道路的直道部分均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。,交叉口接缝布设,两条道路斜交时，主要道路的直道部分保持纵缝的连贯，而相交路段内的横缝位置应按次要道路的纵缝间距作相应变动，保证与次要道路的纵缝相连接。相交道
21、路弯道加宽部分的接缝布置，应不出现或少出现错缝和锐角板。在次要道路弯道加宽段起终点断面处的横向接缝，应采用胀缝形式。膨胀量大时，应在直线段连续布置23条胀缝。,接缝填封材料,接缝填封材料按使用性能分胀缝接缝板和接缝填封料两类。胀缝接缝板应选用能适应混凝土板膨胀收缩、施工时不变形、复原率高和耐久性好的材料。高速公路和一级公路宜选用泡沫橡胶板、沥青纤维板。其他等级公路也可选用木材类或纤维类板。,填缝材料应具有与混凝土板壁粘结牢固、回弹性好、不溶于水、不渗水，高温时不挤出、不流淌、抗嵌入能力强、耐老化龟裂，负温拉伸量大，低温时不脆裂、耐久性好等性能。填缝料有常温施工式和加热施工式两种，常温施工式填缝
22、料主要有聚(氨)酯、硅树脂类，氯丁橡胶、沥青橡胶类等。加热施工式填缝料主要有沥青玛蹄脂类、聚氯乙烯胶泥类、改性沥青类等。高速公路、一级公路应优选使用树脂类、橡胶类或改性沥青类填缝材料，并宜在填缝料中加入耐老化剂。填缝时应使用背衬垫条控制填缝形状系数。背衬垫条应具有良好的弹性、柔韧性、不吸水、耐酸碱腐蚀和高温不软化等性能。背衬垫条材料有聚氨酯、橡胶或微孔泡沫塑料等，其形状应为圆柱形，直径应比接缝宽度大25mm。,填缝料,接缝填封材料,接缝填缝料应选用与混凝土接缝槽壁粘结力强、回弹性好、适应混凝土板收缩、不溶于水、不渗水、高温时不流淌、低温时不脆裂、耐老化的材料。常用的填缝材料有聚氨酯焦油类、氯丁
23、橡胶类、乳化沥青类、聚氯乙烯胶泥、沥青橡胶类、沥青玛蹄脂及橡胶嵌缝条等。高速公路、一级公路应优选使用树脂类、橡胶类或改沥青类填缝材料，并宜在填缝料中加入耐老化剂。,配 筋 布 置,普通混凝土面层基础薄弱的自由边缘、接缝为未设传力杆的平缝、主线与匝道相接处或与其他类型路面相接处，可在面层边缘的下部配置钢筋。,配 筋 布 置,边缘钢筋通常选用2根直径为1216mm的螺纹钢筋，置于面层底面之上14厚度处并不小于50mm，间距为100mm，钢筋两端向上弯起，如图所示。,配 筋 布 置,承受极重、特重或重交通的水泥混凝土面层的胀缝、施工缝和自由边的角隅以及承受极重交通的水泥混凝土面层缩缝的角隅，宜配置角
24、隅钢筋。通常选用2根直径为1216mm的螺纹钢筋，置于面层上部，距顶面不小于50mm，距边缘为100mm，如图所示。,混凝土面层下有箱形构造物横向穿越，其顶面至面层的距离小于400mm或嵌入基层时，在构造物顶宽及两侧各(H+1)m，且不小于4m的范围内，混凝土面层内应布设双层钢筋网，上下层钢筋网各距面层顶面和底面厚度1/41/3处。,构造物顶面至面层底面的距离为400 1200mm时，则在上述长度范围内的混凝土面层中应布设单层钢筋网，钢筋网设在距顶面1/41/3厚度处。钢筋直径为12mm，纵向钢筋间距为100mm，横向钢筋间距为200mm。配筋混凝土面层内与相邻混凝土面层之间设置传力杆缩缝。,
25、集水沟与集水管纵坡宜于路线纵坡相同，但不得小于0.25%。横向排水管的坡度不宜小于5%,水泥混凝土路面构造,任务5 普通水泥混凝土路面板厚计算,二、弹性地基单层板应力分析（一）弹性地基单层板荷载应力1.荷载疲劳应力计算设计轴载在面层板临界荷位处产生的荷载疲劳应力应按式(3-10)确定。,防冻层厚度,对于季节性冰冻地区，除符合上述应力疲劳要求外，路面的总厚度还需不小于表2-5-10的最小防冻厚度。,甲乙两地之间计划修建一条四车道的一级公路，路基宽24.5m，行车道宽15m，中间设隔离带。拟采用水泥混凝土路面，该路段处于1区，为低液限粉土，沿途有大量碎石集料，并有石灰供给。经交通调查得知，设计轴载=100kN，最重轴载=200kN，设计车道使用初期设计轴载的日作用次数为1200次，交通量年平均增长率为6。试设计该路面厚度。,水泥混凝土路面设计,
