第八章 水泥混凝土路面及其结构设计
水泥混凝土路面设计及施工技术规程
水泥混凝土路面设计及施工技术规程水泥混凝土路面设计及施工技术规程1. 概述在现代交通建设中，水泥混凝土路面作为一种经济、耐久、安全的路面材料，被广泛应用于公路、高速公路、机场跑道等交通设施中。
水泥混凝土路面设计及施工技术规程的制定旨在确保路面的质量和持久性，提高道路使用寿命，保障交通安全。
2. 设计标准2.1 路面结构设计水泥混凝土路面结构设计包括基层、底基层、上基层和面层的设计。
根据交通量和设计速度确定合适的结构层厚度，确保路面承载力和抗裂性。
2.2 施工工艺设计水泥混凝土路面施工工艺设计包括碾压铺设、浇筑和养护等环节。
根据气候条件、路面结构和施工技术要求，制定合理的施工方案，确保路面质量。
3. 施工材料3.1 水泥水泥是水泥混凝土路面施工的主要材料之一。
应选用符合国家标准的水泥，并按照规定的要求进行原料搅拌、磨制和成品检测，以确保其质量稳定。
3.2 骨料骨料是水泥混凝土路面中的填料材料，包括粗骨料和细骨料。
应选用坚硬、抗压强度高且颗粒齐整的骨料，以提高路面的承载力和耐久性。
3.3 混凝土掺合料混凝土掺合料是为了改善水泥混凝土的性能而加入的物质，常见的有粉煤灰、矿渣粉等。
应根据路面设计要求和施工条件选用合适的掺合料，并按照规定的比例加入混凝土中。
3.4 外加剂外加剂是为了改变水泥混凝土的某些性能而加入的化学物质，如减水剂、增粘剂等。
外加剂的使用应符合国家标准，并按照施工工艺要求适量投入，以提高路面的工艺性能。
4. 施工工艺4.1 基层处理在进行水泥混凝土路面施工前，需要对基层进行处理。
处理包括清理、背填、夯实等工艺，以确保基层的平整度和稳定性。
4.2 上基层施工上基层施工是指在基层处理完成后，进行初形处理、碾压和浇筑上基层混凝土。
应根据设计要求和施工规范，选用适当的混凝土配合比和施工工艺，确保上基层质量。
4.3 面层施工面层施工是指在上基层施工完成后，进行面层混凝土的碾压和浇筑。
面层混凝土应选用优质的材料，严格控制施工质量和厚度，以确保路面的光滑度和耐久性。
水泥混凝土路面结构设计
表1.2.2 水泥混凝土面层厚度的参考范围
极重
交通荷载等级 公路等级 变异水平等级 低 高速 低 一级 中 低 二级 中 高速 低 一级 中 低 轻 三、四级 中 230~200 高 220~190 三、四级 中 210~180 二级 中
特重
重
面层厚度（mm）
交通荷载等级 公路等级 变异水平等级 面层厚度（mm）
注：① 冻深小或填方路段，或者基、垫层为隔温性能良好的材料，可采用低值；冻深大 或挖方及地下水位高的路段，或者基、垫层为隔温性能稍差的材料，应采用高值； ② 冻深小于0.50m的地区，一般不考虑结构层防冻厚度。
1.5 路肩
铺面材料 路肩面层一般宜选用水泥混凝土，也可用沥青类材料。路肩基
层可用开级配粒料类材料，有利于排除渗入路面结构的水。
起讫桩号
基层切缝 情况
使用状况
原路 面结 构
——
——
使用情况良好， 裂缝少。
结构 一
K576+559 ～ K579+514
基层不切缝
使用情况良好， 有裂缝。 配筋率：0.3，0.4 ，0.5。
结构 二
K579+514 ～ K580+533
350m、320m和330m 混凝土基层切缝间距 分别为5m，8m和 10m。
水泥砼面层 28cm
防水联接层1.5cm
二灰碎石基 层18cm 灰土或固化剂处理路床 20cm
冲击压实处理路床（影响深度80cm）
（2）广西
混凝土下面层280㎜ 改性沥青混凝土或SMA上面层，厚40㎜ 混凝土层表面机械凿毛，或5﹪稀盐酸处理，摩擦系数0.65以上。 设高分子改性沥青粘层，或环氧沥青粘层，或橡胶沥青应力吸收层20 ㎜。 使用3年，整体效果良好，局部路段轻微推移。
水泥混凝土路面结构设计
水泥混凝土路面结构设计水泥混凝土是一种常见的道路材料，其优势在于耐久性、坚固性和可维护性，在道路建设中被广泛应用。
水泥混凝土路面结构设计的目标是提供一个安全、平稳和持久的路面，以满足交通负荷和环境要求。
本文将详细介绍水泥混凝土路面结构设计的步骤和关键要素。
1.交通负荷评估：首先，需要评估道路的预期交通负荷，包括车辆类型、数量和分布，以及道路的设计寿命和使用率。
这些信息将有助于确定设计强度和厚度。
2.地基评估：下一步是评估道路基础土壤的承载能力和稳定性。
这可以通过进行土壤试验和分析来完成，以确定所需的地基改良措施。
3.设计强度：在确定交通负荷和地基条件后，需要确定水泥混凝土路面的设计强度。
这可以通过确定路面的抗裂层、基层和底基层的厚度和强度来实现。
4.施工材料选择：选择适当的水泥混凝土材料也是结构设计的一个重要方面。
需要考虑的因素包括水泥的类型和强度等级、骨料的选择和比例、添加剂的使用以及抗裂层和基层的材料等。
5.结构设计：根据设计强度和材料选择，可以确定水泥混凝土路面结构设计的具体参数。
这包括各层的厚度、强度和材料属性，以及铺设方法和施工顺序等。
6.施工控制：最后，需要进行施工控制以确保设计要求的实现。
这包括材料质量控制、施工过程控制、工程质量检验和验收等。
1.路面厚度：路面厚度的确定需要考虑交通负荷、地基条件和设计寿命等因素。
一般而言，较大的交通负荷和较差的地基条件会导致更大的路面厚度要求。
2.强度要求：水泥混凝土路面需要具备足够的强度来承受交通负荷和环境荷载。
设计强度可以通过材料和结构参数的选择来实现，并且需要考虑到抗裂层、基层和底基层的设计。
3.材料选择：水泥混凝土路面的关键材料包括水泥、骨料、添加剂和沥青砂浆等。
这些材料的选择需要考虑到交通和环境要求，以及施工可行性和经济性等因素。
4.施工方法：水泥混凝土路面施工方法的选择对于路面质量的保证非常重要。
常见的施工方法包括摊铺、振动、压实和养护等。
第八章 柔性路面结构设计
中 湿
150～200 大于200
60～100
100～150 潮 湿 150～200 大于200
45～55
55～60 60～70 70～80
40～50
50～55 55～65 65～75
35～45
45～50 50～55 55～70
50～60
60～70 70～80 80～100
45～55
55～65 65～70 70～90
2. 各层厚度的确定
3. 各层材料的组成设计 六、柔性路面设计方法 1. 经验法 2. 解析理论法
第一节 柔性路面的损坏模式和设计标准
一、路面局部沉陷
（一）表现
在车轮作用下表面产生的较大 凹陷变形，有时凹陷两侧伴有 隆起现象
（二）起因 当路基土的承载能力较低，不能承受从路面传至路基表面的车轮压力，便 产生较大的垂直变形即沉陷。 （三）设计指标
半无限体的应变
Z f ( z)
容许应变
Z f ( z)
（二）适当的层数和层厚
Z
结构层数既要体现强度和刚度沿深度递减的规律 ，又要考虑施工工艺、材料 规格和强度形成原理 根据公路等级、交通量大小、重车所占的比例、选用沥青质量等因素，综合考 虑确定沥青层厚度 基层、底基层厚度应根据交通量大小、材料力学性能和扩散应力的效果，发挥 压实机具的功能以及有利于施工等因素选择 各类结构层具有满足施工要求的最小厚度和适宜厚度
2 2 2h
L: e
d
图12-4
双层体系表面垂直位移系数ω诺谟图
四、弹性三层体系解
(1)表面弯沉
(2)上、中层底面最大弯拉应力
图12-5
双圆均布荷载下弹性三层体系
(3)上层表面最大剪应力
水泥混凝土路面—水泥混凝土路面设计
1 交通分析——交通荷载分级
水泥路面的设计轴载及轴载换算
按疲劳断裂设计标准进行结构分析时，以轴重100kN的单轴-双轮
组荷载作为设计轴载。对极重交通荷载等级的水泥混凝土路面，宜
选用货车中占主要份额特重车型的轴载作为设计轴载。各级轴载作
贫混凝土或碾压混凝土基层上应铺设沥青混凝土夹层，厚度 不宜小于40mm。无机结合料稳定碎石基层上应设封层。
面层宜采用设接缝的普通水泥混凝土。
平面尺寸及接缝设计
❖ 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。
❖ 纵向接缝的间距（板宽）宜在3.0~4.5m范围内选用。 ❖ 横向接缝的间距（板长）应按面层类型和厚度选定（普通水泥混
混凝土面层板的温度翘曲应力系数CL与单层板公式不同。
温度翘曲应力系数CL
CL
1 11
sinh t cost cosht sin t cost sin t sinh t cosht
t L / 3rg
knrg4 Dc r3 knr4 Dc rg3
1
r
Dc
Dc
Db Db
kn
r ( pr tr ) fr r ( p.max t.max ) fr
r bpr fbr
水泥混凝土路面设计示例
设计示例
公路自然区划Ⅲ区新建一条高速公路，单向三车道，行车道宽 11.75m。路基土为黄土（低液限粉土），路床顶距地下水位2.0m， 当地粗集料主要为花岗岩。拟采用碾压混凝土做基层。应交通调查分 析得知，设计轴载Ps=100KN，最重轴载Pm=250KN，设计车道使用 初期设计轴载日作用次数为42000，交通量年平均增长率为7%。试 设计该路面厚度。
水泥混凝土路面设计
水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面是道路建设中常用的路面类型，它具有强度高、耐久性好等优点，但其设计和施工过程中需要注意一些关键问题。
路面结构水泥混凝土路面的结构一般为：路面表层、基层和底层。
其中，路面表层是直接承受车辆荷载的层，是路面的耐久层；基层主要承受荷载分布于整个路面的作用，起到了均匀传递载荷的作用；底层则是为了减小地基沉降而设置的。
具体来看，水泥混凝土路面的结构如下所示：•路面表层：水泥混凝土面层•基层：水泥稳定碎石层•底层：碎石或湿土层路面设计车道宽度设计在水泥混凝土路面设计中，首先要确定车道宽度。
车道宽度一般可以根据不同的车辆通行量和车辆类型以及道路用途而进行设计。
常用的方法有：•根据设计车速和车辆类型选取标准车道宽度•根据车辆通行量和道路用途等因素确定车道宽度路面厚度设计水泥混凝土路面的主要结构是由水泥混凝土层构成，因此在路面设计中，需要根据不同的使用条件，按照一定的厚度要求来设计路面。
路面设计中确定厚度时需考虑以下因素：•路面结构：要求各层结构厚度合理。
•交通荷载：需要考虑设计年限内的车辆通行量及类型，计算得出车辆引起的荷载。
•路面类型：降低路面等级可以减少厚度和成本。
基层厚度设计基层厚度设计是水泥混凝土路面设计中的关键环节，基层结构是影响路面耐久性和运行状况的主要因素。
基层厚度应根据地基土壤承载力及所选材料的性能特点，采用试验和计算方法进行。
施工要点水泥混凝土路面的施工是确保路面质量的关键。
在施工过程中，需要注意以下要点：•批量施工，保证混凝土配合比准确。
•严格控制施工平整度和厚度，并保证道路质量和尺寸的精度。
•采用合适的光洁度和防滑性的表面处理方法，确保行车安全。
•对于白天和晚上的建设，应有不同的安全措施和设施。
水泥混凝土路面设计和施工关乎到道路质量和使用寿命，需要仔细论证和科学规划。
在路面设计和施工中，需要注意车道宽度、路面厚度和基层厚度等关键要点，并严格控制施工过程中的各项参数，确保路面质量达到设计要求。
水泥混凝土路面结构设计
• 基本概念
• 水泥混凝土路面： 包括普通混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混
凝土、预应力混凝土、装配式混凝土和钢纤维混 凝土等面层板和基（垫）层所组成的路面。
• 普通混凝土路面： 是指除接缝区和局部范围（边缘和角隅）外
不配置钢筋的混凝土路面。
钢筋混凝土路面简介
适用场合：混凝土板块尺寸较大时，或基层易产生不 均匀沉降或板下埋有地下设施时。 特点：配置纵、横向钢筋网，主要目的是控制裂缝缝 隙的张开量； 配筋计算，每延米的配筋量 ：
§水泥混凝土路面的损坏模式
• ⑷ 唧泥 • 现象：车辆行经接缝或裂缝时，由缝内喷溅出稀泥浆的
现象。
• 原因：在轮载的频繁作用下，基层(地基)产生塑性变形 累积面同混凝土板脱离接触，水分沿缝隙下渗而积聚在 脱空的间隙内，又在轮载作用下积水变成有压水，并同 基层内浸湿的细料混搅成泥浆，再沿缝隙喷溅出来，唧 泥会使路面板边缘和角隅部分逐步失去支撑，而导致断 裂。
弹性地基板体系理论简介
• 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。
弹性地基板体系理论简介
相同水泥用量时，水灰比增加，抗折强度缓慢下降，抗压强度则下降较快。 同时增大单位水泥用量和降低水灰比，抗折强度有较明显的提高。
38
9.1 混凝土路面的损坏模式和设计要求
• 一、损坏模式
• ⑴ 断裂；⑵ 唧泥；⑶ 拱起；⑷ 错台；⑸ 接缝挤碎等。
§水泥混凝土路面的损坏模式
• (1)断裂 • 现象：路面板内的应力超过混凝土强度会出现横向、纵向、
第八章水泥混凝土路面设计
8
1）.纵向接缝的间距按路面宽度在3.O—4.5m 范 纵向接缝的间距按路面宽度在3.O— 3.O 围内确定。碾压混凝土、钢纤维混 围内确定。碾压混凝土、钢纤维混凝土面层在全 幅摊铺时,可不设纵向缩缝。 幅摊铺时,可不设纵向缩缝。 横向接缝的间 2）.横向接缝的间距按面层类型和厚度选定 : A.普通混凝土面层一般为 普通混凝土面层一般为4 A.普通混凝土面层一般为4—6米,面层板的长宽 比不宜超过1.30,平面尺寸不宜大于25 1.30,平面尺寸不宜大于25m 比不宜超过1.30,平面尺寸不宜大于25m2 ; B.碾压混凝土或钢纤维棍凝土面层一般为 碾压混凝土或钢纤维棍凝土面层一般为6 B.碾压混凝土或钢纤维棍凝土面层一般为6— 10m。 10m。 C.钢筋混凝土面层一般为 钢筋混凝土面层一般为6 15m。 C.钢筋混凝土面层一般为6—15m。 4.厚度 厚度： 4.厚度： 普通混凝土、钢筋混凝土、 1）普通混凝土、钢筋混凝土、碾压混凝土或连续 配筋混凝土面层所需的厚度,可参照规范的要求 配筋混凝土面层所需的厚度,可参照规范的要求 取值P327 取值P327
轻 三、四级 高 ≤230 中 ≤220
10
面层厚度（mm） 240~210
2）钢纤维混凝土面层的厚度按钢纤维掺量确定, 钢纤维混凝土面层的厚度按钢纤维掺量确定, 钢纤维体积率为0.6%~1.0% 0.6%~1.0%时 钢纤维体积率为0.6%~1.0%时,其厚度为普通混凝 0.65~075倍 特重或重交通时, 土面层厚度的 0.65~075倍。特重或重交通时,其 最小厚度为160mm;中等或轻交通时, 160mm;中等或轻交通时 最小厚度为160mm;中等或轻交通时,其最小厚度 140mm。 为140mm。 复合式路面沥青上面层的厚度一般25~8 25~80 3）复合式路面沥青上面层的厚度一般25~80mm 。 各种混凝土面层的计算厚度应满足规范要求。 规范要求 5. 各种混凝土面层的计算厚度应满足规范要求。 面层设计厚度依计算厚度按l mm向上取整 向上取整。 面层设计厚度依计算厚度按l0mm向上取整。
水泥混凝土路面结构组合设计
6）水文地质条件不良的土质路墅，应采取地下排水措施。 ➢ 7、对路堤下的软弱地基进行加固处治后，其工后沉降量应符合现行 《公路路基设计规范》（JTG D30）的规定，并宜在路床顶部铺筑粒料层。
路基路面工程
水泥混凝土路面结构组合设计
一般规定 ➢ 1、应依据公路等级、交通荷载、路基条件、当地温度和湿度状况以 及使用性能要求，选择及组合与之相适应的水泥混凝土路面结构。 ➢ 2、路面结构组合设计，应使各个结构层的力学特性及其组成材料性 质满足相应的功能要求。 ➢ 3、 应充分考虑各相邻结构层的相互作用、层间结合条件和要求，以 及结构组合的协调与平衡。 ➢ 4、应充分考虑地表水的渗入和冲刷作用。采取封堵和疏排措施，减 少地表水渗入，防止渗入水积滞在路面结构肉。基层应选用抗冲刷能力 强的材料。
水泥混凝土路面结构组合设计
➢ 7、混凝土预制块可采用矩形块或异形块。 矩形块的长度宜为200～ 250mm，宽度宜为100～125mm，厚度宜为80～150mm。预制块下砂垫层 的厚度宜为30～50mm。
路肩 1、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，不应使渗入的路表水积滞在行车道路面结构内。 2、行车道混凝土面层宜宽出外侧车道边缘线0.6m。 3、高速公路和一级公路以及承受极重、特重和重交通荷载等级的公 路，路肩铺面应采用与行车道路面相同的结构层组合和组成材料类型。 其他等级公路，路肩铺面的基层和底基层应采用与行车道路面结构相同 的材料类型和厚度。
水泥混凝土路面结构组合设计
面层 ➢ 1、水泥混凝土面层应具有足够的强度和耐久性，表面应抗滑、耐磨、 平整。 ➢ 2、面层宜采用设接缝的普通水泥混凝土。 当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，位于高填方、软土地基、填 挖交界段等有可能产生不均匀沉降的路基段时，应采用接缝设置传力杆 的钢筋混凝土面层。连续配筋混凝土、碾压混凝土和钢纤维混凝土等其 他面层类型可依据适用条件选用。 ➢ 3、普通水泥混凝土、钢筋混凝土、碾压混凝土和连续配筋混凝土面 层的计算厚度，可依据交通荷载等级、公路等级和变异水平等级计算确 定 。 各 种 混 凝 土 面 层 的 设 计 厚 度 应 依 据 计 算 厚 度 加 6mm 磨 耗 层 后 ， 按 l0mm向上取整。
第八章 水泥混凝土路面及其结构设计
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
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
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
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。
水泥混凝土路面结构设计
σps——标准轴载PS在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力(MPa)； r ——混凝土板的相对刚度半径(m)； h——混凝土板的厚度(m)； Ec——水泥混凝土的弯拉弹性模量(MPa)； Et——基层顶面当量回弹模量(MPa)，
设计依据——可靠度系数γ r
可靠度系数取值
设计依据——水泥混凝土弯拉强度标准值fr
水泥混凝土完拉强度标准值
交通分级
交通荷载分析
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。
Ns =
∑
n
i =1
Pi δiNi 100
L——板长，即横缝间距(m)。 r——板相对刚度半径
温度疲劳应力—最大温度梯度Tg ，查表
最大温度梯度标准值Tg 最大温度梯度标准值
温度疲劳应力—综合温度翘曲应力和内应力作用的温度应力系数Bx
温度应力系数Bx 温度应力系数
温度疲劳应力—疲劳应力系数k
t
温度疲劳应力系数可按下式计算确定。
防冻厚度设计
Et——基层顶面的当量回弹模量(MPa)
E0——路床顶面的回弹模量(MPa)； E1、E2——基层和底基层或垫层的回弹模量(MPa)；
Ex——基层和底基层或垫层的当量回弹模量(MPa)； hx——基层和底基层或垫层的当量厚度(m) ； h1、h2——基层和底基层或垫层的厚度(m)；
Dx——基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度(MN-m) ； a、b——与Ex／E0有关的回归系数，
设计依据——可靠度系数γ r
可靠度设计标准
设计依据——可靠度系数γ r
水泥混凝土路面结构设计
水泥混凝土路面结构设计设计指标水泥混凝土路面的设计指标包括承载力、平整度、抗裂性、抗滑性、耐久性等。
其中，承载力是指路面在服务阶段能承受的车辆荷载的能力，一般按照设计年车辆过境量和设计年载荷频率来确定。
平整度是指路面横向和纵向的平整程度，要求满足车辆行驶平稳、减少驾驶员疲劳和车辆磨损的要求。
抗裂性是指路面的抗裂性能，要求满足路面在恶劣条件下仍能保持完整。
抗滑性是指路面在雨天或其他湿滑条件下的抗滑性能，要求路面具有较好的排水能力和抗滑性。
耐久性是指路面的使用寿命，要求满足预期设计寿命的要求。
材料选择水泥混凝土路面的主要材料有水泥、骨料、矿粉和外加剂等。
水泥应选择符合相关标准的优质水泥，保证混凝土的强度和耐久性。
骨料应选择质量好、颗粒均匀的骨料，同时考虑骨料的石子含量和石粉含量，保证混凝土的强度和耐久性。
矿粉可适量加入，能提高混凝土的强度和耐久性。
外加剂可根据具体情况选择，如减小混凝土收缩、提高混凝土抗裂性等。
路面结构布置水泥混凝土路面的结构布置一般包括基层、底基层、底面层和面层等。
基层是路面的承托层，一般采用砂砾或碎石为主。
底基层是位于基层和底面层之间的层，一般由碎石等颗粒材料构成。
底面层是路面的支撑层，一般采用碎石骨料和水泥进行加密。
面层是路面的最上层，一般采用水泥混凝土来进行铺设。
路面结构的布置需依据路面设计指标进行合理选择，保证路面的功能和要求。
一般情况下，路面结构的设计可根据以下原则进行选择：基层的选择应考虑承载力和抗冻融性的要求，底基层的选择应考虑强度和排水性的要求，底面层的选择应考虑强度和抗裂性的要求，面层的选择应考虑平整度和耐久性的要求。
综上所述，水泥混凝土路面结构设计需要考虑设计指标、材料选择和路面结构布置等方面的问题。
只有合理选择和设计这些环节，才能保证水泥混凝土路面的质量和使用寿命，提高公路的交通运行效率和安全性。
水泥混凝土路面的结构与构造
践证明，由于土基不均匀支撑，使面板在受荷时
底部产生过大的弯拉应力，导致混凝土路面产生
破坏。因此，混凝土路面下的路基必须密实，稳
定和均匀。对路面结构提供均匀的支撑，路基设
计要求处于干燥或中湿状况，过湿状态或强度与
稳定性不符合要求的潮湿状态的路基必须经过处
18 理。
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3.2 垫层：---为保证路基的水、温稳定性，保 护路基而设。
14
③耐久性好 由于混凝土路面的强度和稳定性好，所以它经
久耐用，一般能使用20-40年，而且它能通行包括履 带式车辆在内的各种运输工具。 ④有利于夜间行车
混凝土路面色泽鲜明，能见度好，对夜间行车 有利。
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15
• 混凝土路面的缺点主要有以下几方面： • ①对水泥和水的需要量大：
修筑0.2m厚，7m宽的混凝土路面，每1000m要耗水泥约 400-500t和水约250t，尚不包括养生用的水在内。 • ②有接缝：
19
3.3 基层：---为控制或减少路基不均匀冻胀或体积 变形对面板的不利影响、减少路基顶面的压应力、 防止唧泥等病害而设置。基层应具有足够的抗冲刷 能力和一定的刚度。 （1）基层类型依据交通条件和湿度状态。基层类 型宜依照交通等级按表1选用。
表1 适宜各交通等级的基层类型
交通等级 特重交通 重交通
①水泥混凝土硬化过程中的收缩； ②施工过程应设置横向工作缝和纵向工作缝； ③混凝土面板的热胀冷缩 温度均匀变化时：水平拉伸、或水平压缩 温度不均匀变化时：白天，板表面温度高于板底温 度，水泥砼板中部有向上隆起的趋势，受阻后，顶 面受压、板底受拉；夜晚相反，板边有翘起趋势， 顶面受拉、板底受压
编辑ppt
240～210
230～200
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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。