第八章 水泥混凝土路面及其结构设计

y x
第三节 弹性地基板的荷载应力分析
由几何方程和物理方程，得出应力—应变—位移方程：
Ec Ec z 2 w 2w x ( x y ) ( 2 c 2 ) 2 2 1 c 1 c x y Ec Ec z 2 w 2w y ( y x ) ( 2 c 2 ) 2 2 1 c 1 c y x Ec Ec z 2 w xy xy 2(1 c） 1 c xy
施工缝：每天完工或因雨天及其他原因不能继续 施工时，应做到胀缝处或缩缝处，并做成施工缝 的构造形式。
第二节 水泥混凝土路面结构


设在缩缝处的施工缝，采用设传力杆的平缝形式。
设在胀缝处的施工缝，其形式与胀缝相同。 遇有困难而需设在缩缝之间时，施工缝采用设拉杆的企口 缝形式。
第二节 水泥混凝土路面结构
耐久性好；
养护费用少，运输成本低； 有利于夜间行车。
开放交通迟；
修复困难； 对超载敏感
第一节 概述
类型： 普通混凝土； 钢筋混凝土； 连续配筋混凝土； 预应力混凝土； 装配式混凝土； 钢纤维混凝土等。
第一节 概述
普通混凝土路面 除接缝区和局部范围外不配置钢筋的 混凝土路面（素混凝土路面应具有足够的耐久性，面板必 须设置在坚固耐久的的基础上，以保证行车要求。
◆ 不均匀沉陷
◆不均匀冻胀
◆膨胀土
第二节 水泥混凝土路面结构
垫层：
垫层的作用： 改善路基水温状况
阻止路基土挤入基层
保证路面结构的稳定性，减少路基顶面的应力和变形
达到路面结构总厚度（对季节性冰冻地区，路面有最小防 冻厚度要求）
第二节 水泥混凝土路面结构
基层和底基层 作用： 防唧泥、冰冻
减少路基顶面的压应力，并缓和路基不均匀变形对面层的 影响
采用圆柱坐标时：
d2 1 d d 2 w 1 dw D( 2 )( ) pq 2 dr r dr dr r dr
第三节 弹性地基板的荷载应力分析
x
u 2w Z x x 2
y
xy
u 2w Z y y 2
2
u w 2Z x y xy
第一节 概述
预应力混凝土路面 事先在工作截面上施加压应力，以提 高它的抗弯拉强度，提高承受荷载能力。
优点： 1 ）路面板厚度小； 2 ）接缝数量小，行车平稳； 3 ） 横向开裂少，耐久性好。
缺点：需大量的预应力筋腱，施工工艺复杂，人力工作量大， 难以实现机械化施工，初期投资大。
第一节 概述
装配式混凝土路面 在工厂中把混凝土预制成板块，然 后运至工地现场装配而成的混凝土路面。

缩缝应做成假缝形式，即铺筑时仅在板的上部设缝槽，而 板的收缩和翘曲会使缝槽下的混凝土自行断裂。 纵向缩缝也应设拉杆，以避免板块横向位移并保证接缝的 传荷能力。

第二节 水泥混凝土路面结构
第二节 水泥混凝土路面结构
接缝布置： 纵缝：车道线划分处（3~3.75m宽），避免纵缝设在轮迹 上。 横缝：一般等间距垂直纵缝布设。两侧的横缝应对齐。 4 、 4.5、5、5.5、6m等，也可与纵缝斜交，减少行车跳动。 胀缝：尽量布设，但与其他结构物（桥梁、隧道、柔性路 面等）相接处、板厚变化处、小半径弯道、纵坡变换处均 应设置胀缝。
在研究竖向荷载作用下的小挠度板问题时，常采用下列 三项基本假设： 1. ζz,εz≈0,W为（x，y)的函数。 2. 无横向剪应变，γ xz=γ yz=0。 3. 中面上各点无x、y方向位移，u=v=0 ,只有W 。
第三节 弹性地基板的荷载应力分析
第三节 弹性地基板的荷载应力分析

平衡方程：
Z 0 M 0 M 0
第八章 水泥混凝土路面及其结构设计 李波（副教授）
兰州交通大学土木工程学院
录
目
Contents
04 02 03
01
概述 水泥混凝土路面结构 弹性地基板的荷载应力分析 我国水泥混凝土路面结构设计
05
国外水泥混凝土路面设计方法
第一节 概述
第一节 概述
优点：
强度高； 稳定性好；
缺点：
水和水泥用量大； 有接缝，舒适性差；
E 1
xy
E 2(1 )
xy
x y2 w 2 EZ 2w 1 EZ y 2 E 1 y 2 x 2 1 2 y x 1 2
E




1 Py Px
第三节 弹性地基板的荷载应力分析
采用此理论时三个基本假设： 垂直于中面方向的应变及其微小，可以忽略不计； 垂直于中面的法线，在弯曲变形后均保持为直线并垂直于 中面，故无横向剪切应变；
中面上各点无平行于中面的位移。
板与基础之间始终保持接触，且面剪应力为零。
第三节 弹性地基板的荷载应力分析
基（垫）层、路基可看成弹性地基，它对路面只有向 上的竖向反力，且地基与板完全接触（不脱离），即挠度 相同。
1 x y E 1 y x E
EZ 2 w 2w EZ 1 x 2 1 2 y 2 1 2 x Px Py
x
x y



y
x 1 2 x y y E 2 y x
第二节 水泥混凝土路面结构
第二节 水泥混凝土路面结构
水泥路面分层
水泥混凝土
上基层
面
CTB、 LFTB… 砂石材料
层 层
基
下基层（底基层）
上路床 下路床 上路堤 下路堤
级配碎石
路 基
改良土 或改善 土
第二节 水泥混凝土路面结构
ห้องสมุดไป่ตู้路基：
对路基的要求 稳定、密实、均质，对路面结构提供均匀的支撑。
产生不均匀支撑的原因
第三节 弹性地基板的荷载应力分析
第三节 弹性地基板的荷载应力分析
薄板下的地基有两种： 文克勒地基 弹性半无限地基 弹性地基小挠度薄板理论： 混凝土路面板常做成等厚式，其厚度不到平面尺寸的1/10， 在轮载作用下的竖向位移 (称作挠度)又比厚度小两个数量 级，可把混凝土板看作是均质、各向同性、无重量、等厚 的小挠度弹性薄板。
服务区停车场
第二节 水泥混凝土路面结构
第二节 水泥混凝土路面结构

接缝
设置目的： 防止温度变化引起的胀缩应力、翘曲 应力和施工要求。
温度升高时
温度降低时
第二节 水泥混凝土路面结构
接缝分类 （1）从接缝的方向分：横缝、纵缝 横缝：垂直于行车方向的接缝 纵缝：平行于行车方向的接缝
路面接缝设置图
230～200
第二节 水泥混凝土路面结构
其他面层类型选择
面层类型 连续配筋混凝土面层 沥青上面层与连续配筋混凝土或横 缝设传力杆的普通混凝土下面层的 复合式路面 碾压混凝土面层 适用条件 高速公路 特重交通的高速公路
二级及二级以下公路、服务区停车 场
钢纤维混凝土面层
矩形混凝土预制块面层
标高受限制路段、收费站、混凝土 加铺层及桥面铺装
（1-横缝；2-纵缝）
第二节 水泥混凝土路面结构
第二节 水泥混凝土路面结构
(2)从接缝的功能分：缩缝、胀缝、施工缝
缩缝：保证板因温度和湿度的降低而收缩时沿该 薄弱断面缩裂，从而避免产生不规则的裂缝。
胀缝：保证板在温度升高时能部分伸张，从而避 免产生路面板在热天的拱胀和折断破坏，同时也 能起到缩缝的作用。
提高路面结构的承载能力，延长路面的使用寿命 防水，为面层施工提供方便
第二节 水泥混凝土路面结构
适宜于各交通荷载等级的基层和底基层类型
交通荷载等级 极重、特重 基层类型 贫混凝土、碾压混凝土 沥青混凝土 重 密集配沥青稳定碎石 底基层类型 级配碎石 级配碎石、石灰、粉煤 灰稳定碎石、水泥稳定 碎石
水泥稳定碎石
2w 2w M x D( 2 c ) 2 x y 2w 2w M y D( 2 c ) y x 2
2w M xy D(1 c ) xy 3 Ec h D 2 12(1 c )
4w 4w 4w 则板挠曲面微分方程为： D( 2 ) pq 4 2 2 4 x x y y
中等、轻 石灰 级配碎石 粉煤灰稳定碎 石
级配碎石
级配碎石、未筛分碎石 或不设 未筛分碎石
第二节 水泥混凝土路面结构
面层
应具有足够的强度、耐久性、表面抗滑、耐磨、平整。
选择方法
面层一般采用设接缝的普通混凝土； 面层板的尺寸较大或形状不规则，路面结构下埋有地下设 施，高填方、软土地基、填挖交界段的路等有可能产生不 均匀沉降时，应采用设置接缝的钢筋混凝土面层。
第一节 概述
水泥混凝土路面的破坏类型：

断 唧 错 拱
裂 泥 台 起
接缝挤碎
第一节 概述
错台
拱起 唧泥
第一节 概述
接缝挤碎
第一节 概述
第一节 概述
第一节 概述
第一节 概述
水泥路面的设计标准
第一节 概述
水泥混凝土路面结构设计主要内容
路面结构层组合设计
混凝土面板厚度设计
混凝土面板的平面尺寸与接缝设计 路肩设计 混凝土路面的钢筋配筋设计
同理
M xy D(1 )k xy
2w D(1 ) xy
第三节 弹性地基板的荷载应力分析
挠曲面微分方程推导：
Qx Qy ( p q) x y M x M xy Qx 0 x y M y M xy Qy 0 y x
第一节 概述
钢筋混凝土 为防止可能产生的裂缝缝隙张开，板内配置 有纵、横向钢筋网的混凝土路面。 适用于:1）混凝土平面尺寸较大；2）路基或基层可能产生不 均匀沉陷；3）板下埋有地下设施。