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1、第十三章 水泥混凝土路面 concrete pavement,13-1：概述 Introduction1.定义Definition2.优点 Strong points1）强度高 good strength；2）稳定性好good stability；3）耐久性好good durability；4）有利于夜间行车preferable for driving in the dark。3.缺点 weak points1)对水和水泥的需要量大 a great demand for water and cement；2）有接缝having joints；3）开放交通迟takes a long time t
2、o be open to traffic；4）修复困难difficult to repair。,13-2：水泥混凝土路面构造structure of cement concrete pavement一、土基和基层 earth base and base course1.土基 earth base要求：密实，均匀和稳定Requirements:density homogeneous and stability 2.基层 base course要求：Requirements:足够的强度和稳定性，且断面正确，表面平整 strength and stability correct section su
3、rface evenness,二、混凝土面板 concrete slab要求：Requirements:表面平整，耐磨，抗滑 等厚板surface evenness anti-erosion anti-skid equal depth slab,三、排水要求 requirements for drainage 路肩排水，中央分隔带排水，路面表面渗水 Shoulder drainage median drainage surface permeable 四、接缝的构造与布置structure and arrangement of the joint,1、横向接缝的构造与布置structure a
4、nd arrangement of transverse joints1）缩缝 contraction joint 2）胀缝 expansion joint3）施工缝 construction joint胀缝构造形式图,缩缝的构造与布置 structure and arrangement of longitudinal joints,施工缝的构造与布置 横缝的布置3.纵缝的构造与布置,4.纵横缝的构造与布置,五特殊部位混凝土路面的处理 treatment of special sections of concrete pavement,六接缝材料及技术要求 joint material and
5、 technical requirements,13-3：水泥混凝土路面对材料的要求Raw materials of cement concrete pavement施工和易性方面：塌落度在0-30mm，工作度为30s；28d抗压强度在30-35MPa一、水泥 cement一般道路的不低于42.5级以上的普通硅酸盐水泥特重交通道路的不低于52.5级以上的普通硅酸盐水泥水泥用量不小于300kg/m3或320kg/m3,二.粗集料coarse aggregate技术要求：P358表13-9和表13-10、P359表13-11三.细集料fine aggregate技术要求：P359表13-12和表1
6、3-13四.水water饮用水五.外加剂additive 减水剂、引气剂、缓凝剂、早强剂、防水剂,混凝土配合比设计必须达到以下四项基本要求 Four basic requirements（1）满足结构设计的强度等级要求；strength（2）满足混凝土施工所要求的和易性；workability（3）满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求；durability（4）符合经济原则，即节约水泥以降低混凝土成本。economic,13-4：路面混凝土配合比 proportioning of cement concrete,一.混凝土配合比的技术要求 technical requirement1.混凝土的
7、弯拉强度 tensile strength2.混凝土的工作性 workability3.混凝土的耐久性 durability,二.配合比设计参数的确定 determining design parameters 混凝土配合比设计基本参数 basic parameters 配合比设计的三参数：three parameters水灰比water cement ratio 单位用水量water supply unit 砂率sand ratio,混凝土中水与水泥的比例称为水灰比,砂子占砂石总量的百分率称为砂率,用水量是指1m3混凝土拌和物中水的用量（kg/m3）,单位用水量water supply un
8、it,砂率sand ratio,水灰比water cement ratio,1.水灰比的确定 determining water cement ratio,碎石或碎砾石混凝土 crushed stone or gravel stone concrete,砾石混凝土 gravel stone concrete,2.砂率的确定 determining sand ratio3.按工作性要求确定用水量 determining water supply according to workability,碎石或碎砾石混凝土 crushed stone or gravel stone concrete,砾石
9、混凝土 gravel stone concrete,4.计算单位水泥用量（c0）calculating cement supply unit,5.混合料砂石料用量的确定 calculating sand supply 合理砂率可通过试验、计算或查表求得。,6.得出初步配合比 preliminary proportioning of cement concrete is given 通过以上计算，得出每立方米混凝土各种材料用量，即初步配合比计算完成。,13-5：水泥混凝土路面施工工艺与质量控制,一.施工前的准备工作 1.选择混凝土拌和场地；2.材料准备与质量检测；3.基层的检测与整修；4.混合料
10、配合比检测与调整；5.施工放样及机械准备。,二.施工工序1.小型机具施工(1)安装模板；（2）钢筋布设；（3）混凝土的拌制与运输（4）混凝土的摊铺与振实；（5）接缝制作；（6）表面整修与防滑措施；（7）养生（8）拆模（9）填缝,2.轨模式摊铺机施工（1）混凝土的拌制与运输（2）混凝土的摊铺与振实；（3）表面整修与防滑措施；（4）接缝施工（5）表面整修与防滑措施；（6）养生（7）填缝,3.滑模式摊铺机施工（1）测量放样，悬挂基准线（2）混凝土的拌制与运输（3）混凝土的卸料、布料（4）混凝土的摊铺与振实；（5）接缝施工（6）表面整修与防滑措施；（7）养生（8）填缝,四.质量控制与检验施工过程中的质
11、量控制；竣工验收的质量控制,13-6：其他类型水泥混凝土路面一.钢筋混凝土路面 定义 配筋率 钢筋的技术要求二.连续配筋混凝土路面定义,三.复合式混凝土路面 四.碾压混凝土路面五.钢纤维混凝土路面六.水泥混凝土预制块路面,第十四章 水泥混凝土路面设计design of cement concrete pavement,14-1 弹性地基板理论 经受车轮荷载的多次反复作用、抵抗温度翘曲应力、并对地基变形有较强的适应能力，混凝土板必须具有足够的抗弯拉强度和厚度。力学分析:水泥混凝土路面结构属于弹性层状体系；水泥混凝土路面结构属于弹性地基板理论水泥混凝土面层下的各结构层为均质弹性地基。Winkler
12、地基 弹性固体地基 巴斯特纳克地基,破坏类型 types of destruction1）断裂 breakdown2）唧泥mud spurt3）错台slab staggering4）拱起 haunchup5）接缝挤碎 joint crush,混凝土路面板的疲劳破坏不仅与荷载重复次数有关，而且与温度周期性变化产生的温度翘曲应力重复作用有关。因此，路面板为防止两种因素综合作用产生的疲劳开裂，必须使荷载疲劳应力与温度疲劳翘曲应力之和不超过混凝土的抗弯拉强度。,14-2 水泥混凝土路面荷载应力分析stress analysis of elastic subgrade plate,在计算汽车荷载作用下：
13、On the stage of calculating vehicle loadings1.混凝土板工作处于弹性阶段；concrete slab works as elastic stage2.基层和土基工作处于弹性工作阶段；base and subbase works as elastic stage水泥混凝土路面结构简化为弹性地基板。Concrete pavement simplies as elastic subgrade plate,一.弹性地基板基本假定basic assumption of elastic subgrade plate,二.文克勒地基与弹性半空间地基 Winkler
14、 subgrade and elastic half-spaced subgrade地基模型 subgrade mould,文克勒地基Winkler subgrade,弹性半空间地基 elastic half-spaced subgrade,三.半无限地基板荷载应力的有限元解finite element solution of load stress of half-infinite subgrade plate1.有限元法 finite element method有限元法是结构和连续介质应力分析中的一种有效的计算方法.2.临界荷位的确定location of critical load l
15、oad:纵缝边缘中部 middle border of longitudinal joint,14-4 水泥混凝土路面结构组合设计 Concrete pavement structural composition design 一.混凝土面板 slab强度 strength耐久性 durability耐磨 antifriction平整smooth二.混凝土路面基层结构 base刚度 rigid 抗冲刷 anti-erosion三.混凝土路面垫层结构 subbase加固垫层 waterproof bed course排水垫层 drainage bed course防冻垫层 antifreezin
16、g bed course四.混凝土路面的路基结构 subggrade稳定 Stability 密实 dense 耐久 durability 均质homogeneous body,14-3 水泥混凝土路面温度应力分析stress analysis of elastic subgrade plate,五.混凝土路面结构设计原则structure design principle of concrete pavement,路面结构设计应根据使用要求及气候、水文、土质等自然因素，密切结合本地区实践经验，将混凝土路面板按重要工程结构的要求完成设计，首先应保证工程的质量与耐久性。在满足交通量与使用要求的前
17、提下，应遵循因地制宜、合理选材、方便施工、利于 养护、节约投资的原则进行混凝土路面设计方案的比较，选择技术先进、经济合理、安全可靠的方案。应结合当地实践基础，积极推广成熟的科研成果，积极、慎重地运用行之有效的新材 料、新工艺、新技术，以达到确保工程质量与耐久性的目的。路面设计方案应充分考虑沿线环境的保护，自然生态的平衡，有利于施工、养护工作人 员的健康与安全。为确保工程质量，应尽可能选择有利于机械化、工厂化施工的设计方案。按设计使用年限标准设计的混凝土路面，施工时必须创造条件，严格执行，一次完成。,一、设计内容与标准 design of pavement structure1.路面结构层组合设
18、计design of pavement structure layers2.混凝土板厚度设计design of thickness of concrete flags3.混凝土板的平面尺寸与接缝设计flat dimensions of concrete flags and design of joints4.路肩设计design of road shoulder5.普通混凝土路面配筋设计,14-5 水泥混凝土路面板厚设计,二.混凝土路面结构设计原理与方法structure design method of concrete pavement设计方法：采用双轮组100KN标准轴载作用下的弹性半空
19、间地基有限大矩形薄板理论有限元解为理论基础,以路面板纵缝边缘荷载与温度综合疲劳弯拉应力为设计指标进行路面板厚度设计。设计方法采用了可靠度设计方法，以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态。,三水泥混凝土路面设计参数traffic classification of concrete pavement,1.标准轴载与轴载换算 standard axle load and conversion of axle load 标准轴载standard axle:车轴重为100KN的单轴荷载.2.交通调查与累计作用次数,3.交通分级 traffic classification:特重、
20、重、中等、轻 special heavy,heavy,medium,light P392 表14-54.结构设计参数的变异性和路面结构的可靠度 P392表14-6,5.基层顶面得当量回弹模量,新建路面的基层顶面回弹模量,原有柔性路面顶面的回弹模量,四.荷载疲劳应力分析1.临界荷位2.荷载疲劳应力计算,6.水泥混凝土的设计强度P394 表14-8,3.温度疲劳应力temperature stress analysis,4.板厚确定1）收集并分析交通参数；2）初拟路面结构；3）确定材料参数；4）计算荷载疲劳应力和温度应力5）检验初拟路面结构,14-6 复合式混凝土路面板厚计算,一.荷载应力分析弹性
21、地基上的双层板进行应力分析等刚度法：按照等刚度法的基本原理进行双层混凝土路面的荷载应力分析。上层及下层板的荷载应力,二.温度应力分析,三.板厚的确定,14-6 水泥混凝土路面加铺层设计 overlaying structure design旧路调查评定 old pavement investigation and evaluation改建方案确定 overlaying alternative 加铺层设计 overlaying design,一.旧路路面的技术调查与结构性能评定 old pavement investigation and evaluation(1)路面损坏状况调查与评定 pav
22、ement structure damage investigation and evaluation 断板率和平均错台量(2)接缝传荷能力和板底脱空状况调查评定 loading disperse capacity by joint 接缝传荷系数(3)旧混凝土路面结构参数调查 structure factors investigation 厚度、弯拉强度与弯拉弹性模量、基层顶面的当量回弹模量,二.水泥混凝土加铺层设计 方法：弹性地基上等刚度单层板设计水泥混凝土分离式、结合式加铺层。P403,1)结合式混凝土加铺层 combining concrete overlaying 使用范围：P404
23、2)分离式混凝土加铺层 separating concrete overlaying 使用范围：P403,三.沥青加铺层结构设计 asphalt overlaying structure design使用范围：,14-4 水泥混凝土路面可靠度设计reliability design of concrete pavement一、路面可靠度的定义和极限状态函数 definition and limit state function,二.路面结构的目标可靠度 reliability of pavement structure三.设计参数均值的取值和变异系数范围1.设计年限内累计当量标准轴载作用次数
24、accumulative effect times in design year2.混凝土的抗弯拉强度和弹性模量 tensile strength and elastic modulus of concrete3.路面板厚度 slab depth4.基层顶面的当量回弹模量和计算模量 the equivalent resilience modulus of the upper surface of the base course and the calculation of the modulus,四.路面结构可靠度的计算 calculating pavement reliability1.路面
25、疲劳寿命NR的分布 distribution of fatigue life2.累计当量标准轴载作用次数NE的分布 distribution of accumulative effect times五.路面结构的可靠性设计 reliability design of pavement structure,14-6 国内水泥混凝土路面设计方法 concrete pavement design in China设计方法:design method 采用双轮组100KN标准轴载作用下的弹性半空间地基有限大矩形薄板理论有限元解为理论基础,以路面板纵缝边缘荷载与温度综合疲劳弯拉应力为设计指标进行路面板厚
26、度设计一.目标可靠度与疲劳极限状态方程式 reliability and fatigue limit state formula,二.弯拉应力分析与厚度设计 stress analysis and depth design1.荷载应力分析 loading stress analysis,原有路面的顶面当量回弹模型the equivalent resilience mould of the upper surface of the original pavement,新建路面的基层顶面回弹模量,改建路面的基层顶面回弹模量,2.温度应力分析 temperature stress analysis,3.混凝土路面板厚设计 temperature stress analysis三.接缝设计 design of joints1.纵向接缝 longitudinal joint2.横向接缝 transverse joint,小结:1.水泥混凝土路面的特点.2.水泥混凝土路面的接缝构造与布置3.水泥混凝土路面的结构组合设计4.水泥混凝土路面的设计方法.,作业:1.水泥混凝土路面为什么要设置基层?2.水泥混凝土路面的设计方法.3.水泥混凝土路面接缝分类与要求是什么？为什么要设缝？,
