水泥混凝土路面结构设计

混凝土路面结构可靠度定义:在设计使用年限内，在 车辆荷载应力和温度应力综合作用下，路面板纵缝边缘中 部不出现疲劳开裂的概率：
3.2 路面结构目标可靠度 我国公路工程结构可靠度设计统一标准规定了各级公路 目标可靠度和相应的目标可靠度标值，如下表。
安全等级 公路等级 目标可靠度 一级 高速 95 二级 一级 90 1.282 三级 二级 85 1.036
包括连续配筋与钢筋混凝土路面的配筋设计，当混 凝土路面板较长或者交通量较大时、路基有不均匀沉降或 者板的形状不规则时，可沿板的纵向假设钢筋，在角隅或 者钢筋网，以阻止可能出现的裂缝
1.2 混凝土路面设计原则
• • • • • 1.应根据使用要求及气候、水文、土质等自然因素完成设计； 2.选择技术先进、经济合理、安全可靠的发方案； 3.应结合当地实践基础，积极推广成熟的科研成果； 4.充分考虑眼线环境的保护，自然生态平衡； 5.保证施工质量，尽可能使用机械化、工厂化施工。
公路技术等级 安全等级 设计基准期（年） 目标可靠度（%） 高速公路 一级 30 95 一级公路 二级 30 90 二级公路 三级 20 85 三、四级公路 四级 20 80
目标可靠指标 变异水平等级
变异水平等级 混凝土弯拉强度 基顶面当量回弹模量
1.64 低
低
1.28 低-中
中
1.04 中
0.84 中-高
公路等级
高速公路 1.30
一级公路 1.25
二级公路 1.20
三、四级公路 1.10
弯拉强度 抗压强度
1.0 5.0
水泥混凝土弯拉弹性模量经验参考值 1.5 2.0 2.5 7.7 15 11.0 18 14.9 21
3.0 19.3 23
弯拉弹性模量 10
弯拉强度
抗压强度
3.5
24.2
4.0
29.7 27
低
0.02-0.04
中
0.04-0.06
高
0.06-0.08
3.4 路面结构可靠度设计
变异水平 低 中 高 变异水平 低 中 高 0.10 0.15 0.22 0.15 0.30 0.50 0.06 0.10 0.15 0.02 0.05 0.09
第四节 路面结构组合设计
4.1 面层混凝土板 水泥混凝土面层板应具有足够的强度、耐久性、表 面抗滑、耐磨、平整等良好的路用性能，一般采用设接缝、 不设配筋的普通混凝土路面板。其他面层类型及适用条件 见下表。
高
水泥混凝土面层厚度
水泥混凝土路面结构设计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。极限状态方程如 下：
变异水平等级
目标可靠度（%）
95 低
中 高
90 1.09-1.16
1.16-1.23 1.23-1.33 特重 5.0 6.0
85 1.04-1.08
1.08-1.13 1.13-1.18 重 5.0 6.0
水泥混凝土路面结构设计
目录
• • • • • • 1 概述 2 弹性地基板体系理论 3 水泥混凝土路面可靠度设计 4 混凝混凝土路面结构组合设计 5 我国水泥混凝土路面设计方法 6 外国混凝土路面设计方法介绍
第一节 概述
1.1 混凝土路面结构设计内容
1.2 混凝土路面结构设计原则 1.3 混凝土路面结构设计理论与方法
1.1.2混凝土面板厚度设计
混凝土面层板厚设计应按照设计标准要求，确定 满足设计年限内使用要求所需的混凝土面层厚度。
1.1.3混凝土面板平面尺寸设计
根据混凝土面层板内产生的荷载应力和温度应力 做出板的平面尺寸设计，确定接缝的位置和接缝的结构， 并采用有效措施提高接缝的传荷能力。
1.1.4 路肩设计
基层类型 贫混凝土或碾压混凝土基层 水泥稳定粒料基层 沥青混凝土基层 厚度适宜范围（mm） 120-200 150-250 40-60 适宜交通等级 特重交通 重交通 特重交通
沥青稳定碎石基层 石灰粉煤灰稳定粒料、级配粒 料基层
多孔隙水泥稳定碎石排水基层 沥青稳定碎石排水基层
80-100 150-200
5.3接缝设计 1.纵向接缝 纵向接缝的布设应根据路面宽度和施工铺筑宽度耳钉。 因此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；一次铺筑宽度大于4.5m时，应设置纵向缩缝， 纵向缩缝采用假缝形式。 纵向接缝的拉杆应采用螺纹钢筋，设置在板厚的中央， 并应对拉杆中部100mm范围内做防锈处理。
80 1.04-1.07 1.07-1.11 中等 4.5 5.5 轻 4.0 5.0
1.20-1.33
1.33-1.50 交通等级
水泥混凝土弯拉强度标准值（Mpa） 钢钎维混凝土弯拉强度标准值（Mpa）
5.2弯拉应力分析及厚度设计
（1）荷载应力分析 产生最大荷载和温度梯度综合疲劳损坏的临界荷位位 于混凝土板的纵向边缘中部。标准轴载Ps在临界荷位处产生 的荷载配料应力按下式计算确定。
0.54-0.62
（5）混凝土路面交通等级划分 水泥混凝土路面所承受的轴载作用，按照设计基准期 内设计车道临界荷位承受的标准轴载当量累积作用次数分为4 级，分级范围见表。
分级范围见表
交通等级 特Leabharlann 2000 重 100-2000 中等 3-100 轻 3
第二节 弹性地基板体系理论介绍
水泥混凝土路面板的刚度远大于基层与路基的刚度。 在车轮荷载作用下，它具有良好的扩散荷载能力，因此所产 生的弯曲变形远小于其厚度，可以用小挠度薄板理论进行分 析。
公路技术等级 设计基准期（年） 高速公路 一级公路 30 30 公路技术等级 设计基准期（年） 二级公路 三、四级公路 20 20
（2）标准轴载即轴载当量换算 混凝土路面设计以100KN单轴-双轮组荷载为标准荷 载。不同轴-轮型和轴载作用次数，应按下式换算为标准 轴载作用次数。
单向车道数
1
2
0.8-1.0
1.3 混凝土路面结构设计原理
• 1.荷载图式：考虑荷载动力影响因素，考虑 荷载振动与移动效应，在设计方法中掺入 动力响应系数。 • 2.地基模型：一般采用温克乐地基模型和弹 性半空间均值地基模型。 • 3.路面板形态：半空间弹性地基上的无限大 原板求解方法。
1.4 混凝土路面交通等级
路面结构设计目的：混凝土路面结构在设计基准期 被满足预测交通量累计标准轴载通行时，具有快速、安全、 稳定的服务功能，路面结构具有相应的承载能力，路面板 的弯拉应力满足疲劳极限应力的容许标准。 （1）混凝土路面设计基准期 混凝土路面设计基准期与公路等级有关，可根据公 路在路网中的定位等因素论证后确定、通常参照下表：
面层类型 连续配筋混凝土面层 碾压混凝土面层 钢钎维混凝土面层 矩形预制块面层 适用条件 高速公路 二级以及二级以下公路、服 务区停车场 高程受限的路段、收费站、 混凝土加铺层和桥面铺装 服务区停车场、二级和二级 以下公路桥头引道等
4.2 基层结构
混凝土路面的基层应具有足够的抗冲刷能力和一 定的刚度。各类基层的适宜交通等级与适宜厚度范围见 下表。
1.4混凝土交通等级
1.1路面结构设计内容 1.1.1路面结构层组合设计
水泥混凝土路面板要求具有较高的弯拉强度、表面 平整度、抗滑、耐磨。常选用的面板类型： 1.普通混凝土路面 2.钢筋混凝土路面 3.连续配筋混凝土路面 4.钢纤维混凝土路面 5.混凝土块料路面 基层和垫层有粒料类（碎石、砂砾）、稳定类和贫 水泥类三个类，分别具有不同的刚度、抗冲刷能力和透水 性。
100-140 80-100
重交通 中等或轻交通
高速、一级、重交 高速、一级、重交
4.3 垫层结构
混凝土路面垫层结构一般是对路基的特殊要求而设 置，分为防冻垫层、排水垫层与加固垫层。 （1）在季节性冰冻地区修筑混凝土路面当路面结构 总厚度不满足规范要求最小防冻要求时，应设置防冻垫层， 保证总厚度满足最小防冻厚度要求。 （2）对于水文地质条件不良的土质路堑，路床土的 湿度较大时，为防止地下水对路面结构的侵蚀，应设置排 水垫层。 （3）当路基土特别软弱，经加固后，仍可能出现不 均匀沉降、变形时，应设置加固垫层以增强路床的承载能 力。
2.横向接缝 （1）每日施工结束或临时中段施工设置横向施工缝； （2）横向缩缝可等距设置，采用假缝形式； （3）横向涨缝只在临近桥梁或者其他固定构造物处 或与其他道路相交处设置； （4）传力杆采用光面钢筋，尺寸间距见下表。
面层厚度（mm） 220 240 260 280 300 传力杆直径 28 30 32 35 38 传力杆最小长度 400 400 450 450 500 传力杆最大间距 300 300 300 300 300
第五节 我国水泥混凝土路面设计方法
5.1目标可靠度与疲劳极限状态方程式
5.2弯拉应力分析及厚度设计 5.3接缝设计 5.4混凝土路面板厚度计算实例
5.1目标可靠度与疲劳极限状态方程式
我国水泥混凝土路面按可靠度方法进行设计，不同等 级公路的路面结构设计安全等级及相应的设计基准期、可靠 度指标和目标可靠度见下表。
公路等级 高速 0.0385 一级 30 0.0385 二级 20 0.0470 三级 20 0.0794 设计基准期（年） 30
0.304
0.252
0.197
0.237
2.混凝土的抗弯拉强度和弹性模量 路用混凝土设计强度以28d的弯拉强度为标准，各级交 通要求的水泥混凝土设计弯拉强度和弹性模量以及其变异系 数见下表。
3
0.6-0.8
4
0.5-0.75
车道分配系数 1.0
ADTT换算为当量标准轴载书，首先通过轴重称重 站进行分轴型称中，各个轴型不同轴载级位的标准当量 换算系数按下式计算。
横向分布系数
公路等级 纵缝边缘处
高速公路、一级公路、收费站 二级以及以下公路 行车道宽7m