第二篇 第四章 刚性路面

第四章刚性路面

第一节刚性路面的特点、损坏现象和结构组合

一刚性路面的优缺点：

㈠优点

1 强度高、刚度大、耐久性好：混凝土路面具有较高的抗压强度和抗弯拉强度以及抗磨耗能力。

2 稳定性好水泥混凝土路面的水稳性、热稳性均较好。

3 平整度和粗糙度好。

4 养护费用少、经济效益高。

5 色泽鲜明，反光能力强，有利于夜间行车。

㈡缺点

1有接缝：板的接缝不但增加施工和养护的复杂性，且易引起行车跳动，影响行车的舒适性;接缝处理不当，导致板边和板角破坏。对水泥和水的需要量大。

2开放交通较迟。

3 挖掘和修补困难。

4 阳光下反光强，驾驶员感觉不舒服。

5 对超载敏感

6 施工前准备工作多。

二水泥混凝土路面的损坏现象：

1 断裂：板内应力超过混凝土强度时板出现断裂。原因：应力大、板薄、板尺寸过大、混凝土板级配不合理。施工不良。

2 碎裂：出现在横向接缝两侧数十厘米的范围内。原因：胀缝内的滑动传力杆排列不正或不能滑动、缝内嵌如硬物。

3 唧泥：汽车行至接缝处时，缝内溅出稀泥的现象。原因水分沿缝隙下渗，基层湿软，板脱空。

4 错台：横向接缝或裂缝两侧面板断部出现的竖向相对位移。原因：杂物进入后方板下。

5 拱起：混凝土路面面板在热膨胀受到约束时，某一接缝两侧的数块板突然出现向上的屈曲失稳现象称拱起。原因：硬物落入接缝，变形受限。

三混凝土路面的设计内容；

1 材料组成设计。

2 路基和基层设计：

3 板厚的确定

4 板平面尺寸的确定

5 接缝构造设计

6路肩和排水设计

四水泥混凝土路面设计的基本步骤：

1确定路面的结构层次

2确定路面的设计参数

3确定水泥混凝土板的厚度

4确定水泥混凝土板的平面尺寸

5确定接缝的构造

五结构层的组合：面板、基层、垫层（不良地质水文条件下），板厚的推荐值见表2-4-1。

㈠土基

理论分析表明，通过刚性面层和基层传到土基上的压力很小，一般不超过0.05MPa。然而，如果土基的稳定性不足，在水温变化的影响下出现较大变形，特别是不均匀沉陷，土基产生不均匀支承，使面板在受荷时底部产生过大的弯拉应力，导致混凝土路面破坏。

1 引起路基不均匀支承，可能由下列因素造成：

⑴不均匀沉陷湿软地基未达充分固结;土质不均匀，压实不充分以及新老路基交接处处理不当。

⑵不均匀冻胀季节性冰冻地区，土质不均匀;路基潮湿条件变化。

⑶膨胀土在过干或过湿(相对最佳含水量)时压实;排水设施不良等。

2改善措施：

⑴把不均匀土掺配成均匀的土。

⑵控制压实时的含水量接近最佳含水量，并保证压实度达到要求。

⑶加强路基排水设施。

⑷加设垫层，以缓和可能产生的不均匀变形对面层影响，

㈡垫层

在水温状况不良路段的路基与基层之间宜设置垫层。垫层应具有一定的强度和较好的水隐性，在冰冻地区尚应具有较好的抗冻性。

㈢基层

理论计算和实践证明，采用整体性好(具有较高弹性模量)的材料修筑基层可保障混凝土路面

良好使用特性和延长路面使用寿命。设置基层，可以起到防止水泥、冰冻以及排除渗入的地表水、隔断地下毛细水，缓和土基不均匀变形对面板影响的作用，并可为面板提供方便的讯工条件。一般均宜设置基层，其厚度以不于l5cm为宜，并应宽出面板，宽出的宽度视面板采用的施工方法不同而定。

第二节水泥混凝土路面尺寸的确定

一混凝土面板断面形式

理论分析表明，轮载作用于板中部时板所产生的最大应力约为轮载作用于板边部时的2/3。因此，面层板的横断面应采用中间簿两边厚的形式，以适应荷载应力变化。一般边部厚度较中部约大25%。但厚边式路面对土基和基层的施工带来不便且在板厚度变化转折处，易引起板的折裂。因此，常采用等边厚式断面，或在等边厚式断面板的最外两侧板边部配置钢筋予以加固，

二基本要求

混凝土面板的弯拉强度应满足设计要求，表面平整、耐磨、抗滑。

1 平整度标准混凝土路面的平整度以3m直尺测量为准，3m直尺与路面表面之间的最大间隙，高速公路和一级公路不应大于3mm;其他各级公路不应大于5mm。我国机场跑道也用3m直尺，为3mm。

2 抗滑标准混凝土路面的抗滑以构造深度(TD)为指标。其竣工验收值，对高速公路、一级公路不应低于0.8mm，对其他各级公路不应低千0.6mm。对年降雨量在500mm以下地区，可适当降低。

把构造深度作为抗滑评价指标的国家有比利时、法国、英国、西域牙等取值为TD=0.75-1.00mm。我国民航机场取值为TD=0.8-1.2mm，军用机场取值为TD=0.40-0.65mm。

三交通分析

一）标准轴载和交通分析

1 水泥混凝土路面设计以重l00kN的单轴荷载作为标准辅载。

2 交通分级

交通（交通量和轴载大小）是路面设计的基本依据。为了区分使用年限、混凝土强度、面板厚度、基层类型和模量等各项要求在程度上的差别，按相应的使用初期设计车道每日通过的标准轴载作用次数，将交通划分为特重、重、中等和轻四级，其使用初期设计车道标准轴载作用次数N，(次/d)分别为大于1500、200- 1500、5-200、≤5见表2-4-3 。

二）轴载换算

路面承受轴型和轴重不同的各种车辆荷载的作用。通常采用两种方法考虑它们对路面的累计疲劳损耗。

1 一种方法是分别计算各种车辆荷载的疲劳损耗，而后按线性叠加原则(Miner 定律)将它们累加起来;

2 一种方法则是按等效原则把各种车辆荷载作用次数换算为某标准轴载的作用次数，而后计算其疲劳损耗。

3 轴载换算依据等效疲劳损坏的原则。

所谓等效，是指同一路面结构在不同轴载作用下达到相同的疲劳程度。我国以疲劳断裂作为混凝土路面的损坏标准，因而以疲劳断裂为标准建立疲劳方程，推导产生等效疲劳损耗时的轴载换算公式和换算系数。

4水泥混凝土路面设计以重l00kN 的单轴荷载作为标准辅载，小于和等于40kN(单轴)和80kN(双轴)的轴载可略去不计，计算公式及系数如下，

161)100/(i i n

i i s P N a N ∑==

式中：P i 、N i —各级轴载重（单抽重或双单轴重，kN ）和作用次数(次/d)

N s —标准轴（100kN ）作用次数；

a i —轴载系数。单轴时a i =1；双轴时a i =1.46×10-5P i -0.3767 。

三） 设计使用年限和累计作用次数

路面使用年限为路面到达预定损坏标准时所能使用的年限。各国对水泥混凝土路面设计使用年限的规定为20-40年不等，交通越繁重，设计使用年限越长。对应特重和重交通，我国设计使用年限规定为30年；中等和轻交通规定为20年。见表2-4-4

设计使用年限内路面临界荷位上所受到的标准轴载累计作用次数，依据设计车道内的初始标准轴载的作用次数，交通量年平均增长率和车轮轮迹在纵缝边缘处的横向分布系数η（表2-4-5）按2-4-2计算公式确定。

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.4211)(P p n C C N i i k

i ∑== 式中：

N —标准轴载的当量轴次（次/日）

n i —被换算车型的各级轴载作用次数（次/日）

P —标准轴载（KN ）。

P i —被换算车型的各级轴载（KN ）