路面工程施工主講老師：王霞江西交通職業技術學院水泥混凝土路面的設計理論和標準水泥混凝土路面概述1水泥混凝土路面設計理論2水泥混凝土路面設計標準及驗算標準3目錄水泥混凝土路面概述概念：以水泥混凝土做面層（配筋或不配筋）的路面，叫做水泥混凝土路面，亦稱剛性路面。水泥混凝土路面立體結構如圖1-1所示。圖1-1水泥混凝土立體結構1-縱縫；2-橫縫；3-表面構造；4-拉桿；5-路基；6-基層；7-傳力桿；8-路面板；9-板厚。水泥混凝土路面概述分類普通混凝土（素混凝土）鋼筋混凝土連續配筋混凝土預應力混凝土裝配式混凝土鋼纖維混凝土混凝土預制塊鋪砌路面水泥混凝土路面概述面板平面尺寸的確定由于氣溫變化，會使路面板的發生翹曲變形，如圖1-15（a）所示。由于翹曲而引起的裂縫，不會使被分割的兩塊板體完全分離。如圖1-15（b）。但如果是因為板體溫度均勻下降而引起的收縮，則兩塊板體會被完全拉開，從而失去荷載傳遞的作用，如圖1-15（c）所示。水泥混凝土路面概述面板平面尺寸的確定圖1-15水泥混凝土面板翹曲及破壞水泥混凝土路面概述面板平面尺寸的確定為了避免這些缺陷，水泥混凝土路面不得不在縱、橫兩個方向上設置許多接縫，把整個路面分割成許多板塊，如圖1-16所示。《規范》規定：縱向接縫的間距宜在3.0～4.5m內選用。橫向接縫的間距4~6.0m，面板長寬比值不超過1.35m，平面面積不宜大于25m2。水泥混凝土路面概述面板平面尺寸的確定圖1-16路面接縫設置水泥混凝土路面概述特征強度高、耐久性好。01穩定性好。02優點：平整度和粗糙度好。03養護維修費用少，運輸成本低。04水泥、水的需要量大。01缺點：開放交通較遲。03施工、養護復雜，影響行車的舒適。02修復困難。04水泥混凝土路面概述要求：具有足夠的強度、耐久性，表面應抗滑、耐磨、平整。01配合比設計的強度指標是彎拉強度而不是抗壓強度。02板體內產生溫度翹曲應力，面板厚度設計時應考慮荷載疲勞應力和溫度疲勞應力的綜合作用。03注意接縫、切縫設置。時間、養生，以防產生裂縫及發生斷板。04水泥混凝土路面設計理論水泥混凝土路面結構分析采用彈性地基板理論。彈性地基板理論把剛度大的水泥混凝土面層看作是支承于彈性地基上的小撓度彈性板。水泥混凝土面板的剛度遠大于基層（功能層）和路基的剛度，在荷載作用下，具有良好的荷載擴撒能力，其所產生的彎曲變形遠小于其厚度，因此，可采用小撓度薄板理論分析。我國現行規范規定水泥混凝土路面設計采用彈性地基板理論，而地基模型則采用以彈性模量和泊松比表征的彈性地基模型。水泥混凝土路面設計理論基本假定條件：板塊為具有彈性常數（彈性模量）和（泊松比）的等厚彈性體。01作用于板上的荷載，可近似地忽略豎向壓縮應變和剪切應變的影響，利用薄板彎曲理論進行計算分析。02在荷載作用下，板同地基的接觸保持完全連續，板的撓度即為地基頂面的撓度。04彈性地基在接觸面處對板僅作用豎向反力，即地基和板之間無摩阻力。03設計標準與驗收標準概念：為了建立接觸面處地基頂面撓度與地基反力之間的關系，對地基采用不同的模型，其中主要有三種：1、文克勒地基模型；2、彈性半空間地基模型；3、巴斯特納克地基模型。圖1-2地基模型設計標準與驗收標準概念：水泥混凝土路面結構設計應以面層板在設計基準期內，在行車荷載和溫度梯度綜合作用下，不產生疲勞斷裂作為設計標準，并以最重軸載和最大溫度梯度綜合作用下，不產生極限斷裂作為驗算標準。其極限狀態下設計表達式可分別采用式（2-5）和式（2-6）。設計標準與驗收標準概念：式中：σpr——面層板在臨界荷位處產生的行車荷載疲勞應力，MPa；σtr——面層板在臨界荷位處產生的溫度梯度疲勞應力，MPa；σp，max——最重軸載在臨界荷位處產生的最大荷載應力，MPa；σt，max——所在地區最大溫度梯度在臨界荷位處產生的最大溫度翹曲應力，MPa；γr——可靠度系數，依據所選目標可靠度、變異水平等級和變異系數通過計算確定；fr——水泥混凝土彎拉強度標準值，MPa。

（2-5）

（2-6）設計標準與驗收標準水泥混凝土路面同時承受荷載疲勞應力和溫度疲勞應力的共同作用。水泥混凝土路面面板內不同深度的溫度，隨氣溫的變化而變化，這種變化使水泥混凝土板出現膨脹或收縮變形的趨勢。如圖1-3所示。由于板的自重、地基反力和相鄰板的鉗制作用，使得部分翹曲變形受阻，而使板內產生翹曲應力。當由于氣溫升高而使板中部隆起受到限制時，板底面就會出現拉應力，而當因為氣溫降低而使板四周翹起受阻時，板頂面就會出現拉應力。設計標準與驗收標準圖1-3混凝土路面坂的翹曲變形設計標準與驗收標準水泥混凝土路面的結構設計以軸重100kN的單軸-雙輪組荷載作為標準軸載。臨界荷載是指混凝土板內產生最大荷載和溫度梯度綜合疲勞損壞時標準軸載的作用位置。現行規范中選取水泥混凝土板的縱縫邊緣中部作為產生最大荷載和溫度梯度綜合疲勞損壞的臨界荷位，如圖1-4所示