1、第第 9 章章 水泥混凝土路面結構設計水泥混凝土路面結構設計 9.1.1 9.1.1 水泥混凝土路面分類水泥混凝土路面分類 水泥混凝土路面按路面材料分水泥混凝土路面按路面材料分n 普通素混凝土路面普通素混凝土路面n 采用采用425 、525 普通硅酸鹽水泥或道路水泥拌制的素混凝土建造的路面普通硅酸鹽水泥或道路水泥拌制的素混凝土建造的路面n 碾壓混凝土路面碾壓混凝土路面n 鋼筋混凝土路面鋼筋混凝土路面n 鋼纖維混凝土路面鋼纖維混凝土路面n 復合混凝土路面（普通混凝土和碾壓混凝土路面組成）復合混凝土路面（普通混凝土和碾壓混凝土路面組成）9.1.2 9.1.2 水泥混凝土路面特點水泥混凝土路面特點

2、n 強度高、穩定性好強度高、穩定性好n 耐久，路面壽命長達耐久，路面壽命長達2030年年n 接縫多，養護修復困難接縫多，養護修復困難 9.1 9.1 水泥混凝土路面概述水泥混凝土路面概述 9.1.3 9.1.3 水泥混凝土路面構造水泥混凝土路面構造 9.1.4 9.1.4 水泥混凝土路面結構設計內容水泥混凝土路面結構設計內容 n 土基和基層設計，提供水泥混凝土面板足夠的支撐土基和基層設計，提供水泥混凝土面板足夠的支撐n 水泥混凝土面板材料組成設計，按抗彎拉強度設計水泥混凝土面板材料組成設計，按抗彎拉強度設計n 水泥混凝土面板厚度和平面尺寸設計（幾何尺寸設計）水泥混凝土面板厚度和平面尺寸設計（幾

3、何尺寸設計）n 接縫和配筋設計接縫和配筋設計9.2 9.2 水泥混凝土路面損壞模式及設計指標水泥混凝土路面損壞模式及設計指標 9.2.19.2.1損壞模式損壞模式 水泥混凝土路面為剛性路面，其破壞模式主要為斷裂和接縫破壞為主水泥混凝土路面為剛性路面，其破壞模式主要為斷裂和接縫破壞為主 1 1）斷裂）斷裂 2 2）接縫破壞）接縫破壞接縫碎裂接縫碎裂 表面損壞表面損壞 9.2.2 9.2.2 設計指標設計指標n疲勞斷裂為水泥混凝土路面板結構破壞的臨界狀態疲勞斷裂為水泥混凝土路面板結構破壞的臨界狀態n混凝土板疲勞抗拉強度為主要設計指標混凝土板疲勞抗拉強度為主要設計指標 式中式中 r可靠度系數，依據所

4、選目標可靠度及變異水平確定；可靠度系數，依據所選目標可靠度及變異水平確定； pr行車荷載疲勞應力，行車荷載疲勞應力，MPa； tr溫度梯度疲勞應力，溫度梯度疲勞應力，MPa； fr水泥混凝土彎拉強度標準值。水泥混凝土彎拉強度標準值。 新規范（新規范（JTGD402002）水泥混凝土路面結構設計）水泥混凝土路面結構設計采用可靠度設計采用可靠度設計。各級公路水泥混凝土路面結構的各級公路水泥混凝土路面結構的設計安全等級及相應的設計基準期、目標可設計安全等級及相應的設計基準期、目標可靠指標和目標可靠度靠指標和目標可靠度 。rtrprrf)( 可可靠靠度度設設計計標標準準 公路技術等級 高速公路 一級公

5、路 二級公路 三、四級公路 安全等級 一級 二級 三級 四級 設計基準期（a） 30 30 20 20 目標可靠度（%） 95 90 85 80 目標可靠度指標 1.64 1.28 1.04 0.84 變異水平等級 低 低中 中 中高 變變異異系系數數 cv的的變變化化范范圍圍 變異水平等級 低 中 高 水泥混凝土彎拉強度、 彎拉彈性模量 cv0.10 0.10cv0.15 0.15cv0.20 基層頂面當量回彈模量 cv0.25 0.25cv0.35 0.35cv0.55 水泥混凝土面層厚度 cv0.04 0.04cv0.06 0.06cv0.08 可可靠靠度度系系數數 目標可靠度（%） 變

6、異水平等級 95 90 85 80 低 1.201.33 1.091.16 1.041.08 中 1.331.50 1.161.23 1.081.13 1.041.07 高 1.231.33 1.131.18 1.071.11 9.3 9.3 彈性地基板應力計算彈性地基板應力計算 9.3.1 9.3.1 計算模型計算模型 計算采用彈性地基理論，土基和基層組成當量回彈模量為計算采用彈性地基理論，土基和基層組成當量回彈模量為Et的地基，其的地基，其上為均質彈性各項同性的薄板，受交通荷載和溫度變化作用上為均質彈性各項同性的薄板，受交通荷載和溫度變化作用 水泥混凝土路面計算模型水泥混凝土路面計算模型

7、9.3.2 9.3.2 彈性地基板有限元解彈性地基板有限元解 臨界荷位圖臨界荷位圖 用有限元方法計算出在標準交通荷載用有限元方法計算出在標準交通荷載P=100kN作用下各種板厚和各種地作用下各種板厚和各種地基條件下的彎拉應力，制成諾模圖供查用基條件下的彎拉應力，制成諾模圖供查用單軸軸載作用于縱向邊緣中部時的應力計算圖單軸軸載作用于縱向邊緣中部時的應力計算圖 9.3.3 9.3.3 荷載應力計算荷載應力計算 1 1）疲勞荷載應力）疲勞荷載應力 在標準交通荷載在標準交通荷載Ps作用于臨界荷位處，水泥混凝土板產生荷載疲勞應力作用于臨界荷位處，水泥混凝土板產生荷載疲勞應力 pr為：為： pr=kr k

8、f kc ps 式中式中 ps標準交通荷載標準交通荷載Ps作用于臨界荷位產生荷載應力，作用于臨界荷位產生荷載應力，MPa； kr應力折減系數應力折減系數; 縱縫為設拉桿平縫：縱縫為設拉桿平縫：kr=0.870.92， 縱縫為不設拉桿的平縫或自由邊：縱縫為不設拉桿的平縫或自由邊：kr=1.0, 縱縫為設拉桿的企口縫：縱縫為設拉桿的企口縫：kr=0.760.84。 kf疲勞應力系數（設計基準期內荷載應力累計疲勞作用；疲勞應力系數（設計基準期內荷載應力累計疲勞作用； kc綜合系數（超載，動載對路面疲勞損壞的影響）。綜合系數（超載，動載對路面疲勞損壞的影響）。綜合系數 交通等級 高速公路 一級公路 二

9、級公路 三、四級公路 kc 1.30 1.25 1.20 1.10 260. 0077. 0hrpsefNk2 2）軸載換算）軸載換算 水泥混凝土路面結構設計以水泥混凝土路面結構設計以100kN的單軸的單軸雙輪組荷載作為標準軸載雙輪組荷載作為標準軸載Ps 不同軸不同軸輪型軸載輪型軸載Pi的作用次數的作用次數Ni 按疲勞開裂等效換算成標準軸載作用按疲勞開裂等效換算成標準軸載作用次數次數Ns 161100niiiisPNN 3 3）交通分析）交通分析 設計基準期內水泥混凝土面層臨界荷位處標準軸載累計作用次數設計基準期內水泥混凝土面層臨界荷位處標準軸載累計作用次數Ne36511tseNN車輪輪跡橫向

10、分布系數 公 路 等 級 縱縫邊緣處 高速公路、一級公路、收費站 0.170.22 行車道寬7m 0.340.39 二、三、四級公路 行車道寬7m 0.540.62 交通等級 交 通 等 級 設計車道標準軸載作用累計次數Ne(104) 特 重 2000 重 1002000 中 等 3100 輕 2.00 低、中、高液限粘土 0.300.50 0.400.60 0.500.70 0.600.95 中濕 粉土、粉質低、中液限粘土 0.400.60 0.500.70 0.600.85 0.701.10 低、中、高液限粘土 0.400.60 0.500.70 0.600.90 0.751.20 潮濕

11、粉土、粉質低、中液限粘土 0.450.70 0.550.80 0.701.00 0.801.30 9.4.3 9.4.3 基層基層 基層應具有足夠的抗沖刷能力和一定的剛度，基層應具有足夠的抗沖刷能力和一定的剛度， 常用基層材料：常用基層材料： 1 1）貧混凝土或碾壓混凝土）貧混凝土或碾壓混凝土 2 2）瀝青混凝土）瀝青混凝土 3 3）石灰、水泥類穩定土）石灰、水泥類穩定土 4 4）石灰穩定工業廢渣）石灰穩定工業廢渣 5 5）級配碎石、礫石）級配碎石、礫石基層適宜厚度基層適宜厚度 基層類型 厚度適宜的范圍（mm） 貧混凝土或碾壓混凝土基層 120200 水泥或石灰粉煤灰穩定粒料基層 150250

12、 瀝青混凝土基層 4060 瀝青穩定碎石基層 80100 級配粒料基層 150200 多孔隙水泥穩定碎石排水基層 100140 瀝青穩定碎石排水基層 80100 9.4.4 9.4.4 水泥混凝土面層水泥混凝土面層n 水泥混凝土面層應水泥混凝土面層應具有足夠的強度、耐久性，表面抗滑、耐磨、平整具有足夠的強度、耐久性，表面抗滑、耐磨、平整n 水泥混凝土面板采用等厚式水泥混凝土面板采用等厚式n 面層通常采用設接縫的普通混凝土面層通常采用設接縫的普通混凝土n 特殊情況下特殊情況下應采用設置接縫的鋼筋混凝土面層應采用設置接縫的鋼筋混凝土面層 （板尺寸過大、形狀不規則，路下有結構，高填方、軟土地基，填挖

13、交界處）（板尺寸過大、形狀不規則，路下有結構，高填方、軟土地基，填挖交界處） 水泥混凝土斷面形式水泥混凝土斷面形式 水泥混凝土面層類型選擇水泥混凝土面層類型選擇 面 層 類 型 適 用 條 件 連續配筋混凝土面層 高速公路 瀝青上面層與連續配筋混凝土或橫縫設傳力桿的普通混凝土下面層組成的復合式路面 特重交通的高速公路 碾壓混凝土面層 二級及二級以下公路、 服務區停車場 鋼纖維混凝土面層 標高受限制路段、收費站、混凝土加鋪層和橋面鋪裝 矩形或異形混凝土預制塊面層 服務區停車場、 二級及以下公路橋頭引道沉降未穩定段。 1 1）平整度）平整度n 平整度采用平整度采用3m直尺量測為準直尺量測為準n 3m直尺與路面表面之間最大間隙：直尺與路面表面之間最大間隙： 高速路、一級公路高速路、一級公路3mm，其他公路，其他公路5mm 2 2）抗滑性）抗滑性u 路表面構造采用刻槽、壓槽、拉槽或拉毛等方法制作路表面構造采用刻槽、壓槽、拉槽或拉毛等方法制作u 抗滑性采用構造深度（抗滑性采用構造深度（TD）為指標）為指標 構造深度構造深度TD在使用初期應滿足表中要求在使用初期應滿足表中要求 水水泥泥混混凝凝土土面面層層表表面面構構造造深深度度 TD(mm )要要求求 公路等級 高速公路、一級公路 二、三、四級公路 一般路段 0.701.10 0.500.90 特殊路段 0.801.20 0.