水泥混凝土路面设计资料
水泥混凝土路面设计
第六章水泥混凝土路面设计1.设计资料新建永州至蓝山高速位于自然区划Ⅳ区，采用普通混凝路面设计，双向四车道，路面宽 26m，交通量年平均增长率为8.0%2.交通分析使用初期设计车道每日通过标准轴载作用次数N s根据昼夜双向交通量统计，有使用初期设计车道日标准轴载换算车型前后轴轴轮数Pi(kpa)轴载系数交通量N iδi (P i /100) 16δi Ni小客车前轴1–116000后轴1–123中客车前轴1–1500 SH130后轴1–21大客车前轴1–1400 CA50后轴1–21小货车前轴1–11000 BJ130后轴1–21中货车前轴1–1600 CA50后轴1–21中货车前轴1–1400 EQ140后轴1–21大货车前轴1–149400 JN150后轴1–21特大车前轴1–1日野后轴1–21300KB222拖挂车前轴1–1601200五十铃后轴3–21000〔小于 40KN的单轴和小于 80KN的双轴略去不计，方向分配系数为a=0.5 ，车道分配系数为 b=0.8 〕。
na i N i (Pi)16N s a bi 1100 ×使用年限内的累计标准轴次N e查?公路水泥混凝土路面设计标准? (JTG D40—2021) ，设计基准期为 t =30a ，临界荷位处轮迹横向分布系数取0.2, 交通量年平均增长率 g γ=8.0%，累计标准轴次〔使用年限内的累计标准轴次〕 ：N s [(1 g ) t1] 3657N eg 1.74 10故此路属于重交通等级3. 初拟路面结构查?公路水泥混凝土路面设计标准?(JTG D40—2021) 水泥混凝土面层厚度的参考范围：高速公路〔重交通等级〕平安等级为一级，变异水平为低级；按设计要求，根据路基的干湿类型，设计6 种方案，并进行方案比选。
枯燥状态方案一：(1) 初拟路面结构初拟水泥混凝土面层厚度 h=25cm 。
基层选用水泥稳定碎石，厚度 h 1=15cm 。
水泥混凝土路面设计 水泥混凝土路面的设计理论和标准
水泥混凝土路面的设计理论
对地基采用不同的模型，其中主要有三种，： ➢文克勒（Winkler）地基模型，如图2-14-a所示。 ➢弹性半空间地基模型，如图2-14-b所示。 ➢巴斯特纳克（Pasternak）地基模型，如图2-14-c所示，来自a）Winkler地基模型
b）弹性半空间地基模型
c）Pasternak地基模型
设计标准和验算标准
小结
水泥混凝土路面结构分析采用弹性地基板理论。我国现行规范规定 水泥混凝土路面设计采用弹性地基板理论，而地基模型则采用以弹性模 量和泊松比表征的弹性地基模型。以在行车荷载和温度梯度综合作用下， 不产生疲劳断裂作为设计标准。
水泥混凝土路面的设计理论
基本假定条件： ➢板为具有弹性常数 （弹性模量）和 （泊松比）的等厚弹性体； ➢作用于板上的荷载，可近似地忽略竖向压缩应变和剪切应变的影响， 利用薄板弯曲理论进行计算分析； ➢弹性地基在接触面处对板仅作用竖向反力，即地基和板之间无摩阻力； 同时，在荷载作用下，板同地基的接触保持完全连续，板的挠度即为地 基顶面的挠度。
水泥混凝土路面的 设计理论和标准
模块二
01
公路
02
路面设计
03
04
识读沥青路面
沥青路面设计
识读水泥混凝土路面
水泥混凝土路面设计
水泥混凝土路面 设计理论和标准
C目 录 ONTENTS
1 水泥混凝土路面的设计理论 2 水泥混凝土路面的设计标准与验算标准
水泥混凝土路面的设计理论
➢ 水泥混凝土路面结构分析采用弹性地基板理论。弹性地基板理论 把刚度大的水泥混凝土面层看作是支承于弹性地基上的小挠度弹性板。 水泥混凝土面板的刚度远大于基层（功能层）和路基的刚度，在荷载作 用下，具有良好的荷载扩撒能力，其所产生的弯曲变形远小于其厚度， 因此，可采用小挠度薄板理论分析。 ➢我国现行规范规定水泥混凝土路面设计采用弹性地基板理论，而地基 模型则采用以弹性模量和泊松比表征的弹性地基模型。
16水泥混凝土路面设计
5.交通等级划分
第三节 水泥混凝土路面应力分析
一、水泥混凝土路面温度应力分析
水泥混凝土路面板内不同深处的温度，随气温的 变化而变化。这种变化使混凝土板出现膨胀和收缩变 形的趋势。当变形受阻时，板内便产生胀缩应力的初期，混凝土尚未完全硬化，其抗拉强度 不足以抵抗收缩应力，板将出现开裂。
各级公路水泥混凝土面层的表面构造深度(mm)要求
公路等级 一般路段 特殊路段
高速公路、一级公路 0.70～1.10 0.80～1.20
采用温克勒地基模型或弹性半空间均质地基模型。
2. 我国
《公路水泥混凝土路面设计规范》JTG D40-2019: 以弹性半空间地基有限大矩形板模型为基础，以100KN单
轴双轮标准轴载作用于矩形板纵向边缘中部产生的最大荷载 应力控制设计。
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。
4.标准轴载累计当量作用次数
NeNs[1(g rgr)t 1]36 5
临界荷位处车辆轮迹横向分布系数η
公路等级
高速公路、一级公路
二级、二级以 下公路
行车道宽＞7m 行车道宽<7m
纵缝边缘处 0.17-0.22 0.34-0.39 0.54-0.62
注：车道、行车道较宽或者交通量较大时，取高值；反之，取低值。
极重
特重
重
-
高速
一级
二级 高速
一级
二级
低
低
中
低中 低
中低中
≥320 320~280 300~260
280~240
270~230 260~220
二级
中等 三、四级
三、四级
轻 三、四级
第十二章水泥混凝土路面结构设计课件
70~1 1 0
潮湿路
低、中、高液限 粘土
40~60
50~70
60~9 0
75~1 2 0
➢ 段水文地粉土质中、条液粉件限质粘不低土、良的4土5~7质0 路5堑5~8，0 路70床~10土湿80度~13 较大时，应设置排水垫
层；
0
0
➢ 对路基可能产生不均匀沉降或不均匀变形时，可加设半刚性垫层。
➢ 垫层的宽度应与路基同宽，其最小厚度为150 mm。
第四节 接缝构造设计
➢ 水泥混凝土面层需设置各种类型的接缝，把面层划分为较小 尺寸的板，以减少伸缩变形和挠曲变形受到约束而产生的内 应力，并满足施工的需要。
➢ 接缝的设计要能实现以下三方面的要求： ①控制温度收缩应力和翘曲应力所引起的裂缝出现的位置； ②通过接缝能提供一定的荷载传递能力； ③防止坚硬的杂物落入接缝缝隙内和路表水的渗入。
高 240~210
中
高
230~200
中
高
220~200 ≤230
中 ≤220
构造深度在使用初期应满足下表12-3的要求。
各级公路水泥混凝土面层的表面构造深度（mm）要求 表12—3
道路 等级
高速公路、一级公路 二、三、四级公路 和城市快速路、主干 和城市次干道、支路
道
一般 路段
特殊 路段
0.70~1.10 0.80~1.20
图12-5浅槽口构造(尺寸单位: mm)
由于缩缝缝隙下面板断裂面凹凸不平，能起一定的
传荷作用，一般不必设置传力杆，但对特重和重交
通道路、收费广场、地质水文条件不良路段以及邻
近胀
缝或自由端部的3条缩缝，应在板厚中
央设置传力杆，
横向缩缝构造(尺寸单位: mm) a)设传力杆假缝型;b)不设传力杆假缝型
常规水泥混凝土路面设计
常规水泥混凝土路面设计1. 项目概况与交通荷载参数该设计项目位于山东，公路等级为高速公路，起点桩号为84k+331.5，终点桩号为106k+856.5。
根据交通荷载参数调查分析，初期设计车道的年平均日货车交通量（AADTT）为3800辆/日, 设计基准期为30.0年。
设计轴载为62.0kN，最重轴载为119.0kN。
随机调查3000辆2轴6轮及以上车辆中出现的单轴总轴数为4852, 由规范附录的表A.2.4，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取0.20，交通量年增长率为7.5%。
依据单轴轴载谱和相应的设计轴载当量换算系数，按式（A.2.2-2）计算得到设计车道使用初期的设计轴载日作用次数（Ns）为15,028,832,607,980。
按规范的式(A.2.4)，计算得到设计基准期内设计车道所承受的设计轴载累计次数(Ne)为113,439,978,792,934,000。
将设计基准期内设计车道的设计轴载累计次数转化为100kN轴载的累积作用次数，查表3.0.7，本公路属于极重交通等级。
2. 初拟路面结构与材料参数面层板采用普通混凝土, 厚度为260.0mm, 弯拉强度标准值为5.0MPa, 相应的弯拉弹性模量为3100MPa, 泊松比为0.15, 查附录E表E.0.3-2,粗集料为石英岩, 混凝土线膨胀系数取1.20E-005/℃。
基层选用碾压混凝土, 厚度为200.0mm, 弹性模量为143MPa, 泊松比为0.15。
路基土属于级配良好砾石, 查表E.0.1-1，弹性模量取值为250MPa, 查表E.0.1-2，湿度调整系数为0.80, 由此得到路床顶综合回弹模量为200.0MPa。
经路面结构分析，该路面为弹性地基双层板结构。
按规范式（B.2.4-1）至（B.2.4-4），计算得到弹性地基综合回弹模量（Et）为200.0MPa。
根据式（B.2.2-3），可得混凝土面层板的弯曲刚度Dc为4.6(MN•m)。
水泥混凝土路面设计说明
路面设计说明4.1、主要技术指标车行道：双车道面层类型：水泥混凝土路面自然区划：本路段经过地区属中华人民共和国自然区划V2区设计标准轴载：双轮组单轴IOOkN横坡：时单向坡4.2、路面结构设计水泥险路面面层：水泥混凝土路面，厚度20cm。
调平层：级配碎石调平层，厚度4cm底基层：手摆片石，厚度16CIDO水泥混凝土路面设计基准期10年，设计基准期内车道所承受的标准轴载BZZ-IOO,累计作用次数为950932次，为中交通等级，基层顶面当量回弹模量146.2MPa,变异水平等级为中级，可靠度系数为106。
基层顶面竣工验收弯沉值1S=100.0（0.O1nun）土基顶面竣工验收弯沉值1S=310.0（0.O1mm）水泥混凝土设计抗弯（折）拉强度为4.5Mpa（抗压强度不小于30Mpa）,混凝土弯拉模量29GPa.水泥稳定粒料回弹模量为1500MPa,新建路基30Mpa o4.3、水泥混凝土面层组成设计设计以荷载应力和温度应力产生综合疲劳损坏作为设计标准，以纵缝边缘中部作为临界荷位，综合疲劳应力不高于水泥混凝土板的弯拉强度作为控制指标，对路面厚度进行了计算。
中湿段的路面总厚度不小于水泥混凝土路面的防冻最小厚度。
单车道路面混凝土基本板块尺寸为4.5mX4.5m（长X宽）。
水泥混凝土板厚均为20厘米，设计弯拉强度不小于 4.5MPa,路面面层弯拉弹性模量为Ec=29GPa,要求使用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和道路硅酸盐水泥，水泥标号为42.5号，所用石料必须满足有关规范对石料强度指标的技术要求，砂的细度模数宜在2.0-3.5之间。
路面的抗滑以构造深度不低于0.6mm,混凝土水灰比不大于0.46,掺用的外加剂应经配合比试验应符合要求后方可使用。
假缝上部的槽口用切缝机进行切割。
构造物横穿公路时，构造物顶面至板底距离小于120Cm时，其顶面及两侧各6m范围内的混凝土面板采用钢筋网补强。
⑴材料要求a.水引用水可直接作为混凝土搅拌和养护用水，对水质有疑问时,，应检验下列指标，合格者方可使用：硫酸盐含量小于等于270（⅛g∕1,含盐量不得小于等于3500mg∕1,PH值不得小于4.5,不得含有油污、泥和其他有害杂质。
水泥混凝土路面配合比设计
黑嘉公路逊克至逊克界段改建工程A1合同段水泥混凝土面层配合比验证报告黑嘉公路C1监理办路面用水泥混凝土配合比设计一、设计题目：路面用混凝土配合比设计二、设计资料：设计弯拉强度f r ＝4.5MPa。
满足三轴式混凝土摊铺整平机工作，要求混凝土拌和物坍落度为15mm。
公路所在地区属严寒地区。
水泥：黑河黑龙P.O42.5水泥28d抗折强度为7.7 Mpa、28d抗压强度为52.5Mpa细集料：黑龙江江砂，表观密度ρS= 2.730 g/cm3细度模数M x= 2.62含泥量0.6 %粗集料：卫东石场碎石碎石类型：火成岩表观密度ρG= 2.630 g/cm3；针片状含量7.2 %试验结果符合连续级配4.75-31.5mm水：饮用水。
原材料的各项指标均满足规范要求，可进行配合比设计。
三、设计步骤本工程为二级公路，取样本数量为20组，查表4.1.2.1，t取0.24；查表4.1.2.2，Cv取0.13；根据标段提供以往施工的20组试验记录并计算得S＝0.032。
f c ＝f r /（1－1.04Cv）+ ts＝4.5/（1－1.04×0.13）+ 0.24×0.032＝5.2111．水灰比的确定W/C＝1.5684/（f c＋1.0097－0.3595f s）＝1.5684/（5.211＋1.0097－0.3595×7.7）＝0.45满足耐久性及抗冻性的要求。
2．确定砂率该标面层混凝土用砂细度模数为2.62，查规范表4.1.4，砂率应取33%。
考虑到该标施工工艺为软做抗滑槽，取砂率为34%。
3．确定用水量根据三辊轴式混凝土摊铺整平机的施工要求，混凝土的坍落度为10～30mm，取坍落度为15 mm。
W0＝104.97＋0.309SI＋11.27×(C/W)＋0.61Sp＝104.97＋0.309×15＋11.27×1/0.45＋0.61×34＝155.4kg4．确定水泥用量C0＝W0/（W / C）＝155.4/0.45＝345.3水泥取350，满足规范表4.1.2－6的要求。
混凝土路面设计
(一) 设计资料公路自然区划为V 区，四级公路。
交通年增长率为7.5% 路基土为低液限黏土，路床顶距底下水位2m ，路基处于干燥状态。
设计标准轴重BZZ100KN ，最重轴重P m =1.50KN （1） 标准轴载与轴载换算，水泥混凝土路面结构设计以100KN 的单轴-双轮组荷载作为标准轴载。
N s =∑δin i=1N i (P i100)10（2） 标准轴载累计作用次数由表4.0.1 t=10年 gr=7.5%η取0.55N e =N s [(1+gr )t −1]×365N e=320.405[(1+7.5%)10−1]×3657.5%=90.995×104中交通荷载等级。
（3） 初拟路面结构施工变异水平取中级，属于中交通等级荷载。
由规范表4-3初拟混凝土面层厚度为h c =0.21m 查公路工程技术标准四级公路设计车速取20KM/h 单向路幅宽度为2x3.25m 。
基层采用水泥稳定砂砾基层0.20m 。
纵缝为设拉杆平缝。
横缝为设传立杆平缝。
（4） 路面材料参数确定由表3.0.8，面层混凝土的弯拉应力取4.5MPa 砾石粗集料的热膨胀系数αc =11×10−6/℃混凝土弯拉弹性模量与泊松比为29GPa 0.16 低液限黏土的回弹模量取80MPa低液限黏土距底下水位2m 的湿度调整系数可取0.8（查表E0.1-2）路床顶综合回弹模量取为E 0=0.8x80=64水泥稳定砂砾基层的弹性模量取2000MPa ,泊松比取0.21板底地基回弹综合模量 E x =∑ℎi 2n i=1E i ∑ℎi2n i=1⁄=3000MPa ℎx =∑ℎi =0.2m ni=1α=0.26ln (ℎx )+0.86=0.26ln (0.2)+0.86=0.442E t =（E x E 0）αE 0=（200064）0.442×80=366.28MPa板底地基综合回弹模量E t 取365MPa混凝土面板的弯曲刚度D c D C =(E C ℎ3c12(1−V c2))=29000×0.21312(1−0.162)=22.968MN .m半刚性基层的弯曲刚度D C D b =(E b ℎ3b 12(1−V b 2))=2000×0.2312(1−0.212)=1.39MN .M路面结构总相对刚度半径 r g =1.21(D C +D bE t)13=1.21(22.968+1.39366.28t )13=0.490m（5） 荷载应力设计轴载和极限荷载在临界荷位处产生的荷载应力：σps=1.45×10−31+D b DC⁄r g0.65ℎc−2P s0.94=σps=1.45×10−31+1.3922.968⁄0.4900.65×0.21−2×1000.94 =1.492MPaσps=1.45×10−31+D b DC⁄r g0.65ℎc−2P m0.94=σps=1.45×10−31+1.3922.968⁄0.4900.65×0.21−2×1500.94=2.184MPa面层荷载疲劳应力，面层最大荷载应力：σpr=k r k f k cσps=0.88×2.186×1×1.492=2.870MPaσpmax=k r k cσpm=0.88×1×2.184=2.870MPa其中：应力折减系数k r=0.88，四级公路综合系数k c=1.0，疲劳应力系数k f=Ne v=(90.995×104)0.057=2.186（6）温度应力最大温度梯度取88℃/m综合温度翘曲应力和内应力的温度应力系数B LK n=1(ℎCc+ℎbb)−1=12(0.2129000+0.20)−1=4662.4Mpamrβ=(D C D b(C b)n)14=(22.968×0.495 (22.968+0.495)4662.4)14=0.10 mξ=−(K n r g4−D C)rβ3 (K n rβ4−D C)r g3=−(4662.4×0.4904−22.968)0.1013 (4662.4×0.1014−22.968)0.4903=0.094t=Lg=5=3.367C L =1−(1)sinh(3.367)cos(3.367)+cosh(3.367)sin(3.367)()()()()C L=1−(11+0.094)×(−0.083)=1.076其中3.367转化为角度制等于192°54′63″sinh(x)=e x−e−x2cosh(x)=e x+e−x2B L=1.77e−4.48(ℎc)C L−0.131(1−C L)B L=1.77e−4.48(0.2)1.076−0.131(1−1.076)=0.787（7）面层复合板最大温度应力σtmax=σc E c h c T g2B L=11×10−6×29000×0.2×882×0.787温度疲劳应力系数K t：K t=f rσtmax[a t(σtmaxr)b t−C t]=4.52.20[0.871(2.24.5)1.287−0.071]=0.564a t=0.871b t=1.287 C t=0.071σtr=K tσtmax=2.20×0.564=1.24MPa（8）结构极限状态校核三级安全等级，中等变异水平条件下，可靠度系数Υr取1.05Υr(σpr+σtr)=1.05×(2.87+1.24)=4.32≤f r=4.5MPaΥr(σpmax+σtmax)=1.05×(2.2+1.922)=4.32≤f r=4.5Mpa满足结构极限状态要求，所选的普通混凝土面层计算厚度0.21m可以承受设计基准期内设计轴载荷载和温度梯度的综合疲劳作用，以及最重轴载在最大温度梯度时的一次极限作用。
路面用水泥混凝土配合比设计
路面用水泥混凝土配合比设计一、设计依据1、《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》JTGE30-20052、《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTGF30-2003）二、设计资料设计弯拉强度f r=4.5Mpa，要求混凝土拌合物坍落度为:30~60mm。
1、水泥：河南省太阳石水泥集团有限公司28d抗折强度为7.2Mpa、28d抗压强度为55.3Mpa2、细集料：南阳白河砂场河砂表观密度ρs=2.524g/cm3细度模数M X=2.90含泥量1.4%3、粗集料：荥阳福存石料厂4、水：饮用水三、配合比的设计与计算：1、计算配置28天弯拉强度值：据规范JTGF30-2003路面砼配合比设计规程，弯拉强度样本标准偏差s取0.675Mpa，保证率系数t取值0.56，变异系数c v取0.15。
f c=f r/(1-1.04c v)+ts=4.5/(1—1.04*0.15）+0.56*0.675=5.7Mpaf c—配置28d弯拉强度的均值f r—设计弯拉强度标准差2、计算适配强度f cu,o根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2000），取δ=5则f cu,o=f cu,k+1.645*δ=30+1.645*5=38.23Mpaf cu,o—混凝土配置强度f cu,k—混凝土立方体抗压强度标准值δ—混凝土强度标准差3、计算水灰比W/C：W/C=1.5684/(f c+1.0097-0.3595*f s)=0.38f s为水泥实测抗折强度，f c为配置28d弯拉强度的均值4、根据集料种类和适宜坍落度，计算单位用水量：Wo=104.97+0.309S L+11.27C/W+0.61S P≈174选用坍落度SL为50mm；选用砂率S P为39%Wo—不掺外加剂与掺和料混凝土的单位用水量掺入外加剂的混凝土单位用水量为：Wow=Wo(1-β/100)≈125Wow—掺外加剂与掺和料混凝土的单位用水量5、计算水泥用量：Co=（C/W)*Wow≈329Co—单位水泥用量C/W—灰水比6、计算每立方米砼集料用量：[采用重量法计算，假定容重为2274kg/m3(不加减水剂)]Co+Wo+Mg+Ms=2274Mg+Ms=2274-329-125=1820Ms=1820*39%=710Mg1=(1820-710)*15%=266Mg2=(1820-710)*60%=666Mg3=(1820-710)*25%=278Co—单位水泥用量Wo—不掺外加剂与掺和料混凝土的单位用水量Ms—单位砂用量Mg1—单位5-10mm石子用量Mg2—单位10-20mm石子用量Mg3—单位16-31.5mm石子用量外加剂掺量为1%，每立方米用量为3.29kg/m37、确定基准配合比为：水泥：砂：碎石：水：外加剂=329：710：1110：125：3.29 8、试验记录详见配合比设计报告表，强度数据如下表9、基准配合比符合要求，采用配合比即为：水泥：砂：碎石：水：外加剂=329：710：1110：125：3.29四、每立方米混凝土碱含量根据《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）,对由外加剂带入混凝土的碱含量应进行控制。
水泥混凝土路面设计学习
5.5.2 混凝土路面与桥梁相接应符合以下规定：
2.桥头未设搭板时，宜在混凝土面层与桥台之间设置长10~15m的钢筋混 凝土面层板；或设置由混凝土预制块面层或沥青面层铺筑的过渡段，其长度 应不小于8m。
5.5.3 混凝土路面与沥青路面相接时，应设置不小于3m的过渡段。过渡段的路 面应采用两种路面呈阶梯状叠合布置，其下面铺设的变厚度混凝土过渡板的 厚度不得小于200mm。过渡板顶面应设横向拉槽，沥青层与过渡板之间应黏 结良好。过渡板与混凝土面层板相接处的接缝内宜设置直径25mm、长 700mm、间距400mm的拉杆。混凝土面层毗邻该接缝的1~2条横向接缝应采 用胀缝形式。
三、接缝设计
5.1.1
板块设缝的原因
面层宜采用矩形分块，纵向和横向接缝应垂直相交，纵缝两侧的横缝不得 相互错位，纵缝两侧和横缝不得错位。
5.1.2
纵缝间距（即板宽）宜在3.0~4.5m范围内取用。 新农村工程中，5m宽度也按一块板分隔，按理解，在不考虑半幅施工的情 况下，6m以下可不设纵缝。
5.1.3
6.1.3
混凝土面层下有箱形构造物横向穿越，其顶面至混凝土面层底面的间距小 于800mm时，其构造物顶宽及两侧各1.5H+1.5m且不小于4m的范围内，混凝 土面层内应布设双层钢筋网，上下层钢筋网应分别设置在距面层顶面和底面 1/4~1/3厚度处。Fra bibliotek6.1.3
构造物顶面至面层底面的距离在800~1600时，应在上述长度范围内的混 凝土面层中设单层钢筋网。钢筋网应设在距顶面1/4~1/3厚度处钢筋直径宜为 12mm，纵向钢筋间距宜为100mm，横向钢筋间距宜为200mm。配筋混凝土 面层与相邻混凝土面层之间应设置设传力杆的缩缝。
4.4.5
公路水泥混凝土路面设计规范-1
1.3混凝土面层下有箱形构造物横向穿越，其顶面至面层底面的距离小于 400mm或嵌入基层时，在构造物顶宽及两侧各（H+1）m且不小于4m的范围内，混 凝土面层内应布设双层钢筋网，上下层钢筋网各距面层顶面和底面1/4~1/3厚度 处， 如图6.1.3-1所示。构造物顶面至面层底面的距离在400~1200mm时，则在上 述长度范围内的混凝土面层中应布设单层钢筋网。钢筋网设在距顶面1/4~1/3厚 度处，如图6.1.3-2所示。钢筋筋直径为12mm，纵向钢筋间距100mm，横向钢筋间 距200mm。配筋混凝土面层与相邻混凝土面层之间设置传力杆缩缝。
注：拉杆直径、长度和间距的数字为直径×长度×间距
2. 横向接缝 1. 每日施工结束或因临时原因中断施工时，必须设置横向施工缝，其位置 应尽可能选在缩缝或胀缝处。 2. 横向缩缝可等间距或变间距布置，采用假缝形式。锯切槽口深度为面层厚 度的1/5~1/4，宽度为3~8mm，槽内填塞填缝料。高速公路的横向缩缝槽口宜增设 深20mm、宽6~10mm的浅槽口，其构造如图所示。 3. 在邻近桥梁或其他固定构造物处或其他道路相交处应设置横向胀缝。设 置的胀缝条数，视膨胀量大小而定。低温浇筑混凝土面层或选用膨胀性高的集料 时，宜酌情确定是否设置胀缝。胀缝宽20mm，缝内设置填缝板和可滑动的传力杆。 胀缝的构造如图所示。
4.在季节性冰冻地区，路面的总厚度不应小于下表规定的最小防冻厚度。
第2章 结构组合设计
1.垫层 1. 遇有下述情况时，需在层基下设置垫层： a. 季节性冰冻地区，路面总厚度小于最小防冻厚度要求时，其差值应以垫层厚度 补足； b.水文地质条件不良的土质路堑，路床土湿度较大时，宜设置排水垫层； c.路基可能产生不均匀沉降或不均匀变形时，可加设半刚性垫层。
水泥路面基础知识
横向缩缝构造（尺寸单位：mm） a）设传力杆假缝型；b）不设传力杆假缝型
横向施工缝构造（尺寸单位：mm） a）设传力杆平缝型；b）设拉杆企口缝型
2．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而定。 一次铺筑宽度小于路面宽度时，应设置纵向施工缝，纵向施 工缝采用平缝形式；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。 拉杆应采用螺纹钢筋，设在板厚的中央，并对拉杆中部 10cm 范围内作防锈处理。拉杆的直径、长度和间距，可参照表12-7 选用。 连续配筋混凝土路面的纵缝拉杆可由板内横向钢筋延伸穿过 接缝代替拉杆。
宽度：宽度应比混凝土面板每侧宽出 300～650mm。路肩采用 混凝土面层，其厚度与行车道面层板相同时，基层宽度宜与 路基同宽。 碾压混凝土作基层时，应设置与混凝土面层板相对应的纵、 横接缝。采用贫混凝土基层时，若弯拉应力超过 1.8MPa，应 设置与混凝土面层板相对应的横向接缝；一次摊铺宽度大于 7.5m，还应设置纵向缩缝。 排水基层下应设置由水泥稳定粒料或密级配粒料组成的不透 水底基层，厚度一般为 200mm 。底基层顶面应铺设沥青封层 或防水土工织物。 在基层下若未设置垫层，而上路床土质为细粒土、粘土质砂 或级配不良砂（承受特重或重交通时），或者上路床土质为 细粒土（承受中等交通时），均应在基层下设置底基层。底 基层可采用级配粒料、水泥稳定粒料或石灰粉煤灰稳定粒料， 厚度可取200mm。
轮载作用于板中部时，板所产生的最大应力约为轮 载作用与板边部时的2/3。因此，面层板应该采用中 间薄两边厚的型式，以适应荷载变化。一般边部厚 度约比中部大25%，是从路面最外侧板的边部，在 0.6-1.0m宽度范围内逐渐加厚。但对土基和基层施
水泥混凝土路面
筋混凝土路面（CRCP）、装配式混凝土路面等。
➢ 普通水泥混凝土路面
它是由普通混凝土面层板和基（垫）层所组成的路面，
是除接缝区和局部范围（边缘及角隅）外，不配置钢筋的混
凝土路面。由于它表面色泽鲜明，也被称为白色路面。
➢ 普通混凝土路面的优点
（1）强度高
✓ ③路面结构内部排水
方式：通过设置排水垫层/基层。
路肩
➢ 路肩铺面结构应具有一定的承载能力, 其结构层组合和材料
选用应与行车道路面相协调, 并保证进入路面结构中的水的
排除。
➢ 路肩铺面可选用水泥混凝土面层或沥青面层。
➢ 路肩水泥混凝土面层的厚度通常采用与行车道面层等厚, 其
基层宜与行车道基层相同。选用薄面层时, 其厚度不宜小于
•粒料可采用开级配或密级配，其级配组成应符合技术规范
规定要求，并应采用重型压实标准压实到较高的压实度（
98～100％）。
➢基层的宽度要求
水泥混凝土面层
➢水泥混凝土面层应具有足够的强度、耐久性、表面抗
滑、耐磨和平整。
➢ 面层一般采用设接缝的普通混凝土；面层板的平面尺
寸较大或形状不规则，路面结构下埋有地下设施，高填
（2）稳定性好
（3）耐久性好（可以使用20～40年或更长）
（4）夜间行车效果好
（5）使用初期养护费用少，经济效益高？
（6）低行驶能耗（行车轮胎变形小，路面能量消耗
低）？
➢ 普通混凝土路面的缺点
（1）初期造价高（目前与进口沥青比造价已不高，
且寿命长，单位年费用更低）；
（2）对水泥和水需求量大，因此总体污染（水泥生
✓ 错台：横向接缝两侧路面板出现的竖向相对位移。
水泥混凝土路面设计 水泥路面材料性质要求和设计参数
材料设计参数
➢2）依据粒料类别选取粒料层的回弹模量，可查表2-24确定。 ➢3）无机结合料稳定类基层或底基层的回弹模量，应采用考虑结构层 收缩开裂后的有效模量，查表2-46确定。
材料设计参数
表2-45 路基回弹模量湿度调整系数
土组
路床顶距地下水位的距离（m）
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
4.0
细粒质砾（GF）、土质砾（GM、GC） 0.81～0.88 0.86～1.00 0.91～1.00 0.96～1.00
—
—
细粒质砂（SF）、土质砂（SM、SC） 0.80～0.86 0.83～0.97 0.87～1.00 0.90～1.00 0.94～1.00
—
低液限粉土（ML）
0.71～0.74 0.75～0.81 0.78～0.89 0.82～0.97 0.86～1.00 0.94～1.00
低液限黏土（CL）
0.70～0.73 0.72～0.80 0.74～0.88 0.75～0.95 0.77～1.00 0.81～1.00
≥0.8
2000～4000
800～2000
100～300
0.5～0.8
1000～2000
400～1000
50～200
≥4.0
1300～1700
—
小结
材料性质的确定和材料参数的选取是水泥混凝土路面设计的关键环 节，设计过程中对材料性质的要求以及对设计参数的合理选取是确保路 面使用性能及寿命的前提，应当引起足够重视。
水泥路面材料性质要求 和设计参数
模块二
01
公路
02
路面设计
03
04
识读沥青路面
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水泥混凝土路面设计资料目录说明 (1)一、交通分析 (2)1.1初期设计轴载的日作用次数 (2)1.2轴载累计作用次数 (2)示例1 (4)二、初拟路面结构 (6)三、相关参数的确定 (9)四、粒料基层上混凝土面板厚度计算 (12)4.1路面材料参数确定 (12)4.2荷载应力的计算 (13)4.3温度应力的计算 (14)4.4结构极限状态校核 (16)示例2 (18)五、水泥稳定粒料基层上混凝土面板厚度计算 (22)5.1路面材料参数确定 (22)5.2荷载应力的计算 (23)5.3温度应力的计算 (24)5.4结构极限状态校核 (26)示例3 (28)六、碾压混凝土基层上混凝土面板厚度计算 (31)6.1路面材料参数确定 (31)6.2荷载应力的计算 (32)6.3温度应力的计算 (33)6.4结构极限状态校核 (36)示例4 (38)七、面层复合板的厚度计算 (42)7.1路面材料参数确定 (42)7.2荷载应力的计算 (43)7.4结构极限状态校核 (46)示例5 (48)八、旧混凝土路面上加铺设计（主要为加铺沥青层） (51)8.1确定设计参数 (51)8.1.1路面损坏状况 (52)8.1.2接缝传荷能力和板底脱空状况 (53)8.2初拟路面结构 (53)8.2.1加铺方案的选择 (53)8.2.2沥青加铺层结构设计 (55)8.2.3分离式混凝土加铺层 (58)8.2.4结合式混凝土加铺层 (59)8.3沥青加铺层计算 (60)8.3.1旧混凝土路面刚度半径 (60)8.3.2荷载应力的计算 (60)8.3.3温度应力的计算 (62)8.3.4结构极限状态校核 (65)示例6 (67)九、连续配筋混凝土面层纵向配筋计算 (70)9.1计算参数 (70)9.2计算横向裂缝间距 (71)9.3计算横向裂缝平均缝隙宽度 (73)9.4计算裂缝处纵向钢筋应力 (73)9.5钢筋间距或根数计算 (73)示例7 (75)十、计算示例 (77)方案一 (77)假定路基为干燥状态 (77)假定路基为中湿状态 (80)假定路基为干燥状态 (83)假定路基为中湿状态 (86)方案三 (89)假定路基为干燥状态 (89)假定路基为中湿状态 (92)说明1、本文参考《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40-2011）。
2、文中除标题标号外其他标号为规范中的标号。
3、文中标示的页码为规范中相对应得页码。
4、文中标示为XX的部分为需要计算或查询的数据。
.一、交通分析1.1初期设计轴载的日作用次数轴载换算并确定交通等级：水泥混凝土路面结构设计以100KN 的单轴-双轮组荷载作为标准轴载。
不同轴轮型和轴载的作用次数，按下式换算为标准轴载的作用次数。
轴载换算采用以下公式：161100ni s i i i P N N δ=⎛⎫= ⎪⎝⎭∑ （1-1） 30.432.2210i i P δ-=⨯ （1-2） 50.21.0710i i P δ--=⨯ （1-3） 80.222.2410i i P δ--=⨯ （1-4）式中：Ns —100KN 的单轴-双轮组标准轴载的作用次数；P i —单轴-单轮、单轴-双轮组或三轴-双轮组轴型i 级轴载的总重（kN ）； n —轴型和轴载级位数； i N —各类轴型i 级轴载的作用次数；i δ—轴-轮型系数，单轴-双轮组时，1i δ=；单轴-单轮时，按式（1-2）计算；双轴-双轮组时，按式（1-3）计算；三轴-双轮组时,按式（1-4）计算。
1.2轴载累计作用次数由表3．0．1（P5)得设计基准期XX ，安全等级为X 级。
由附录A 表A ．2．4(P37)，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取XX 。
按式A ．2．4(P37)计算得到设计基准期内设计车道设计轴载累计作用次数：由表3．0．7(P6)可知，确定交通荷载等级表3．0．1 可靠度设计标准A．2．4 车辆轮迹横向分布系数式中：N e——设计基准期内设计车道所承受的设计轴载累计次数(轴次/车道)；t——设计基准期(a)；g r——基准期内货车交通量的年平均增长率(以分数计)；η——临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，按表A．2．4选用。
表3．0．7 交通荷载分级示例1设计资料：公路技术等级：二级公路； 自然区划：Ⅵ2； 土基回弹模量：50Mpa ； 交通增长率：4.45%； 行车道宽度：7.5m车辆组成及交通量见表6-6。
表6-6 交通量交通分析轴载换算并确定交通等级：水泥混凝土路面结构设计以100KN 的单轴-双轮组荷载作为标准轴载。
不同轴轮型和轴载的作用次数，按下式换算为标准轴载的作用次数。
轴载换算采用以下公式：161100ni s i i i P N N δ=⎛⎫= ⎪⎝⎭∑30.42.2210i i P δ-=⨯50.221.0710i i P δ--=⨯ 80.222.2410i i P δ--=⨯式中：Ns —100KN 的单轴-双轮组标准轴载的作用次数；P i —单轴-单轮、单轴-双轮组或三轴-双轮组轴型i 级轴载的总重（kN ）；n —轴型和轴载级位数； i N —各类轴型i 级轴载的作用次数；i δ—轴-轮型系数，单轴-双轮组时，1i δ=；单轴-单轮时，按式1计算；双轴-双轮组时，按式2计算；三轴-双轮组时,按式3计算。
交通轴载换算计算结果列于表中。
轴载换算二级公路的设计基准期为20年，安全等级为三级。
由《水泥路面规范》，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取0.54。
按式计算得到设计基准期内设计车道标准何在累积作用次数为：20204[(1)1][(10.0445)1]3653651630.6130.541003100.0445e s r N N r η+-+-=⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=⨯次，属重交通等级。
二、初拟路面结构由表3．0．2（P5)确定施工质量变异水平为XX级。
查表4-3（P70)，初拟普通混凝土面层厚度为XX，根据表4.4.2-1（P10）、4.4.2-2（P10）、4.2（P70）确定基层、底基层材料的选定和厚度。
接缝按照规范相关要求确定根据接缝的要求确定水泥混凝土板的长和宽：5．1．1 普通水泥混凝土、钢筋混凝土、碾压混凝土和钢纤维混凝土面层板的平面布局宜采用矩形分块，其纵向和横向接缝应垂直相交，纵缝两侧的横缝不得相互错位。
5．1．2 纵向接缝的间距(即板宽)宜在3．0～4．5m范围内选用。
5．1．3 横向接缝的间距(即板长)应按面层类型和厚度选定：1 普通水泥混凝土面层宜为4～6m，面层板的长宽比不宜超过1．35，平面面积不宜大于25m2。
2 碾压混凝土或钢纤维混凝土面层宜为6～10m。
3 钢筋混凝土面层宜为6～15m，面层板的长宽比不宜超过2．5，平面面积不宜大于45m2。
对于高等级公路，通常硬路肩与行车道的路面结构相同，行车道(包括路缘带)宽度通常为3．75～4．5m，硬路肩宽度为2．5m或3．0m。
纵缝通常按车道线设置，考虑纵缝两侧的横缝对齐，则行车道板块和硬路肩板块的长宽比不能同时满足1．35的要求。
此时可减小行车道和硬路肩的长宽比，行车道板块可接近正方形。
垫层的确定4．3．1 遇有以下情况时，应在基层或底基层下设置垫层：1 季节性冰冻地区，路面结构厚度小于最小防冻厚度要求（表3．0．9）（P7)时，应设置防冻垫层，使路面结构厚度符合要求。
2 水文地质条件不良的土质路堑，路床土湿度较大时，宜设置排水垫层。
4．3．2 垫层应与路基同宽，厚度不得小于150mm。
4．3．3 防冻垫层和排水垫层宜采用碎石、砂砾等颗粒材料。
4．3．1 垫层主要设置在温度和湿度状况不良的路段上，以改善路面结构的使用性能。
前者出现在季节性冰冻地区路面结构厚度小于最小防冻厚度要求时，设置防冻垫层可以使路面结构免除或减轻冻胀和翻浆病害。
在路床土湿度较大的挖方路段上，设置排水垫层可以疏干路床土，改善路面结构的支承条件。
为改善路基支承条件(如减少不均匀变形)而设置的其他层次，属于路基范畴。
4．3．3 除砂、砂砾等颗粒材料外，在供应条件许可时，防冻垫层还可采用煤渣、矿渣等隔温性材料。
各安全等级路面的材料性能和结构尺寸参数的变异水平可分为低、中和高三级，应按公路等级以及所采用的施工技术和所能达到的施工质量控制和管理水平，通过调研确定变异水平等级和相应的变异系数，高速公路、一级公路的变异水平等级宜为低级，二级公路的变异水平等级应不大于中级。
确有困难时可按表3．0．2规定的主要设计参数变异系数范围选择相应的变异系数。
表3．0．2 变异系数c v的范围4-1 各种材料基层和底基层的结构层适宜施工层厚4．4．2-1 各交通荷载等级的基层材料类型表4．4．2-2 各交通荷载等级的底基层材料类型表3．0．9 水泥混凝土路面结构层最小防冻厚度(m)三、相关参数的确定按表3．0．8（P7）取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为XX，相应弯拉弹性模量与泊松比为XX、XX（表E．0．3-1 P52)。
查附录E表E．0．3-2（P52），确定粗集料为XX的混凝土线膨胀系数XX。
表E．0．1-1（P51)，取土路基回弹模量XX。
查表E．0．1-2（P51)，取距地下水位XX时的湿度调整系数为XX，由此得到路床顶综合回弹模量(路基回弹模量和湿度调整系数的乘积）。
查表表E．0．2-1～表E．0．2-3(P52)，得基层和底基层回弹模量XX，并确定相应的泊松比XX。
表3．0．8 水泥混凝土弯拉强度标准值表E．0．3-1 水泥混凝土强度和弹性模量经验参考值表E．0．1-1 路基回弹模量经验参考值注：1．对于砾和砂，D60(通过率为60％时的颗粒粒径)大时，模量取高值；D60小时，模量取低值。
2．对于其他含细粒的土组，小于0．075mm颗粒含量大和塑性指数高时，模量取低值；反之，模量取高值。
表E．0．1-2 路基回弹模量湿度调整系数注：1．小于0．075mm颗粒含量大和塑性指数高时，调整系数取低值；反之，调整系数取高值。
2．当表中调整系数最大值为1．00时，调整系数取高值。
表E．0．2-1 粒料类基层和底基层材料回弹模量经验参考值(MPa)表E．0．2-2 无机结合料类基层和底基层材料弹性模量经验参考值(MPa)表E．0．2-3 沥青结合料类基层材料动态模量经验参考值四、粒料基层上混凝土面板厚度计算4.1路面材料参数确定按式(B．2．4-1)～式(B．2．4-4)（P39）计算板底地基综合回弹模量如下：上述式中：E0——路床顶综合回弹模量(MPa)；α——与粒料层总厚度h x有关的回归系数，按式(B．2．4-2)计算；E x——粒料层的当量回弹模量(MPa)，按式(B．2．4-3)计算；h x——粒料层的总厚度(m)，按式(B．2．4-4)计算；n——粒料层的层数；E i、h i——第i结构层的回弹模量(MPa)与厚度(m)。