水泥路面结构设计的
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构造设计详解
2R P l ) Kl 2
第三节 水泥路面的应力分析
5）威斯特卡德公式的试验修正公式
• ①角隅修正
威氏公式是理论推导得来的，与实际情况有出入。美国1930年在阿灵顿进行了 试验路，对公式进行了修正。
板体与地基紧密接触时，不修正，理论值近似于实测值； 板底脱空时，实测比计算大30%~50%，需修正，Kelly提出板角修正式:
– 公式左边三项分别代表：可靠度系数、荷载疲劳应力
第四节 路面结构的可靠度
◆8、水泥混凝土路面可靠度的概念
NR : 路面结构的疲劳寿命 Ne : 设计年限内累计当量标准轴载
f Ne
f NR
Ne
NR
干涉区
第五节 水泥路面的设计参数
➢1、设计基准期、目标可靠度和目标可靠度指标
➢2、面板与基层间的摩阻系数
第一节 水泥路面设计概述
◆4、水泥路面的轴载换算与交通分级
➢1）水泥路面的标准轴载及轴载换算
单轴双轮组－100kN
NNee
336655NNs [s1[1
t
t1]1]
公路等级
高速公路、一级公路
二级、三级、四级公路
行车道宽>7m 行车道宽≤7m
纵缝边缘处（临界荷位） 0.17~0.22 0.34~0.39 0.54~0.62
➢ 3）水泥路面的设计标准
✓①结构承载能力
控制板不出现断裂，要求荷载应力与温度应力的疲劳 综合作用满足材料的设计抗拉强度：
即：
✓②行驶舒适性
控制错台量，要求设置传力杆（基层及结构布置满 足）
✓③稳定耐久性
第一节 水泥路面设计概述
◆3、水泥路面结构设计的主要内容
1）路面结构层组合设计； 2）混凝土路面板厚度设计； 3）混凝土面板的平面尺寸与接缝设计 4）路肩设计； 5）混凝土路面的钢筋配筋率设计
公路水泥混凝土路面设计规范
公路水泥混凝土路面设计规范一、材料选用水泥混凝土路面的材料应选用优质的水泥、细骨料、粗集料和水。
水泥应符合国家标准，细骨料和粗集料应具有一定的强度和稳定性。
混凝土的配合比应根据路面荷载和环境条件来确定，以确保路面的强度和耐久性。
二、路面结构设计水泥混凝土路面的结构应根据路面所承受的荷载和交通流量来确定。
一般而言，路面结构包括基层、底基层、底盖层和面层。
基层应采用优质的填料，底基层和底盖层应采用适当的厚度和强度。
面层应采用均匀的水泥混凝土，厚度一般为15-25厘米。
三、施工工艺要求在水泥混凝土路面施工过程中，应按照统一的施工工艺和施工要求进行。
主要包括以下几个方面：1.土地平整：施工前需对土地进行平整处理，确保路面基层的平整度。
2.基层浇筑：基层的浇筑应均匀、连续，确保基层的强度和稳定性。
3.面层施工：面层施工分为铺筑、压实和养护三个阶段。
铺筑时，应保持水泥混凝土的均匀性和密实性。
压实时，应采用专业的压路机进行，确保路面的平整度和密实度。
养护时，应进行适当的养护措施，以促进混凝土的硬化和强度发展。
四、质量控制水泥混凝土路面的质量控制是保证路面质量和使用寿命的关键。
在施工过程中，应进行严格的质量控制，包括对材料的检测和验收、施工工艺的控制和全过程的质量监控。
同时，还应进行定期的检查和维护，及时发现和处理路面的缺陷和损坏。
五、使用寿命维护水泥混凝土路面的使用寿命维护是保持路面长期使用的重要措施。
在使用过程中，应定期进行巡查和维护，及时处理路面的裂缝、变形和冲刷等问题。
同时，还应进行定期的修复和养护，以保持路面的平整度和功能。
综上所述，水泥混凝土路面设计规范是确保公路建设质量和使用寿命的重要保障。
通过合理的材料选用、路面结构设计、施工工艺要求和质量控制，以及定期的维护和养护，可以使水泥混凝土路面具备良好的强度、稳定性和耐久性，满足公路交通的需要。
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。
公路水泥混凝土路面设计规范JTG D40-2011
公路水泥混凝土路面设计规范JTGD40-20111总则1.0.1为适应交通运输发展和公路建设的需要，提高水泥混凝土路面的技术水平、使用品质和设计质量，保证工程安全可靠、经济合理，制定本规范。
1.0.2本规范适用于各等级新建和改建公路的水泥混凝土路面设计。
1.0.3水泥混凝土路面设计方案，应根据公路的功能和等级，结合当地气候、水文、地质、材料、建设和养护条件、工程实践经验及环境保护等，通过综合分析确定。
1.0.4水泥混凝土路面设计应包括结构组合设计、结构层厚度设计、材料组成设计、接缝构造设计、钢筋配置设计等内容。
1.0.5水泥混凝土路面结构，应按规定的安全等级和目标可靠度要求，在设计基准期内承受预期的交通荷载作用，适应所处的自然环境，满足预定的使用性能要求。
1.0.6水泥混凝土路面设计除应符合本规范的规定外，尚应符合国家现行有关标准的规定。
2术语和符号2.1术语2.1.1水泥混凝土路面cementconcretepavement以水泥混凝土作面层(配筋或不配筋)的路面。
2.1.2普通混凝土路面jointedplainconcretepavement除接缝区和局部范围外，面层内均不配筋的水泥混凝土路面，也称素混凝土路面。
2.1.3钢筋混凝土路面jointedreinforcedconcretepavement面层内配置纵、横向钢筋或钢筋网并设接缝的水泥混凝土路面。
2.1.4连续配筋混凝土路面continuouslyreinforcedconcretepavement面层内配置纵向连续钢筋和横向钢筋，横向不设缩缝的水泥混凝土路面。
2.1.5钢纤维混凝土路面steelfiberreinforcedconcretepavement在混凝土面层中掺入钢纤维的水泥混凝土路面。
2.1.6复合式路面compositepavement面层由两层不同材料类型和力学性质的结构层复合而成的路面。
2.1.7水泥混凝土预制块路面concreteblockpavement面层由水泥混凝土预制块铺砌成的路面。
水泥混凝土路面施工设计
水泥混凝土路面施工设计首先，路面结构设计是水泥混凝土路面施工设计的重要内容之一、根据路面使用要求和实际工程条件，确定路面结构的厚度和层数。
常见的路面结构设计包括单层水泥混凝土路面结构、复合结构、增强结构等。
根据不同的设计要求，可以选择不同的路面结构形式。
其次，施工方法的选择也是水泥混凝土路面施工设计的重要环节。
施工方法的选择需要考虑到施工工艺、设备和材料供应情况、施工周期等因素。
常见的施工方法包括浇筑整体、预制块铺设、滚压等。
根据工程条件和要求，选择合适的施工方法是确保施工质量和工期的关键。
砼配合比设计是水泥混凝土路面施工设计的重要一环。
根据路面的使用要求以及材料的特性，制定合理的砼配合比，确保路面的强度和耐久性。
砼配合比设计需要考虑到砼的抗压强度、抗冻融性、耐久性等要求，并结合实际情况进行调整。
材料选用是水泥混凝土路面施工设计的重要内容。
根据路面的使用要求和设计要求，选择合适的水泥、骨料、粉煤灰等材料，并考虑材料的供应情况和成本因素。
材料选用需要充分考虑材料的质量和稳定性，以确保路面的使用寿命和安全性。
最后，施工工艺是水泥混凝土路面施工设计的关键环节之一、根据施工方法和要求，制定合理的施工工艺，包括基层处理、砼浇筑、抹光、养护等流程。
施工工艺需要考虑到施工条件和工艺要求，保证施工质量和工期的要求。
综上所述，水泥混凝土路面施工设计是根据路面使用要求和实际施工条件，进行路面设计和施工技术选择的过程。
该设计需要考虑到路面结构设计、施工方法选择、砼配合比设计、材料选用和施工工艺等内容，以确保路面施工质量和使用寿命。
在实际设计中，还需要考虑到施工条件、材料供应和成本等因素，并根据工程实际情况进行相应调整和优化。
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。
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• • • • • • • • • 自我简介： 1、教学历史简介（3-4遍） 2、教学ppt每年一改 3、有时候被学生问题难倒 4、还有许多问题没有探索出答案 发言定位： 一个初上《路基路面工程》课程的新教师 谈自己怎么理解，怎么上，过程中有什么问题 供批判，向大家请教，提出问题供讨论。
病害引出设计指标——弯拉应力
• 断板、角隅断裂是常见的结构性病害特征 • 主要原因是：板块裂缝处在重复弯拉疲劳 作用下，材料力学指标（抗折强度）下降， 最后单次荷载作用超出材料强度产生微裂 缝，逐步发展成为上述病害。
水泥混凝土路面特点（1）
• 1 水泥混凝土本身的抗压强度远大于抗折强 度——以抗折强度作为设计标准； • 2 混凝土板在自然条件下，存在沿板厚方向 的温度梯度，会产生翘曲现象，如果受到 约束，会在板中产生翘曲应力——温度翘 曲应力 • 3 荷载多次重复作用，温度梯度也反复变化， 混凝土板有疲劳现象——要考虑交通量重 复作用的疲劳效应
教学目标
• • • • • 教学要求： 基本设计理论（重点掌握） 可靠度设计基本原理（掌握） 设计方法和步骤（熟练掌握） 其它设计方法（一般了解）
• 教学目标：让学生掌握水泥混凝土路面设计理论 的发展过程，掌握规范设计步骤与方法，可独立 设计 • 难点：理论演化发展过程及其与规范方法的关系
怎么上——流程
第一项——可靠度系数
• 来源：材料不均匀、施工过程的不均匀、 厚度的不均匀等造成实际路面与设计路面 的差异，为保证设计路面的可靠性，需要 引入该参数 • 实际采用的目标可靠度是多因素根据累积 数据分析综合得到 • 反过来，可靠度可用于控制施工中的参数 变异 • ——不详细讲，示意规范可靠度要求表
右侧项——抗折强度
水泥混凝土板的基本力学模型
• • • • 为分析水泥混凝土板块受拉而发展： 1、起点：完全弹性问题（弹性力学经典三方程） 2、简化：力学特点假定具体公式 3、结果：
理论解析解——q（x，y)不同
• 荷载应力： • 1、Winkler——温克勒地基特点（“浮板”） • 2、Westergaard解——温克勒地基上的小挠度弹 性无限大板（板中）、半无限大（板边）、四分 之一无限大（角隅）的解答，Kelly根据阿灵顿试 验段结果进行修正 • 3、Hogg解——弹性半空间体地基上的小挠度弹 性无限大圆板（轴对称课题） • 温度应力： • 1、均匀降温应力——板块尺寸有限而舍去 • 2、翘曲应力——线性变温、板受到地基完全约束 情况下的Westergaard解
传荷、动偏载与疲劳修正系数
• 传荷修正——相邻板的分担作用，小于1 • 动偏载修正——动力冲击与偏载，大于1 • 疲劳修正——考虑了疲劳效应，往往两种方式， 一种是放大单次应力（乘以大于1的系数），一 种是减小材料强度（乘以小于1的系数）
理论还未解决的问题
• 1、弹性地基上有限尺寸板的解答； • 2、规范中设计方法给出的计算诺模图采用 了有限元计算方法，是一种数值方法。
水泥混凝土路面设计内容
• 1、结构组合设计——结合规范 • 2、平面尺寸设计、配筋设计——常用 • 3、厚度设计——基于理论和设计计算
规范设计方法——基本公式
• 分析公式构成，各项物理意义。 • 其标准是：因荷载和温度产生的某最不利荷载作 用位置处的疲劳应力，在一定可靠度保证的情况 下，小于等于材料的抗折强度，不发生拉裂破坏。
相对刚度半径
• 来源：荷载单次作用应力计算过程中引入的一个 组合参数，由地基当量回弹模量、水泥混凝土模 量的比值及板厚确定 • 物理意义的理解：可认为是荷载在板中引起的应 力响应范围，水泥混凝土模量越高、地基模量越 低，厚度越大，则在标准荷载作用下的板块承担 的荷载效应越多，响应范围越大。 • 注意点：相对刚度半径针对不同的地基模型有不 同的计算公式。
单次应力计算
标准荷载在四边自由板的临界荷位处产生限元计算得到； 2、基层及其以下以Et简化表征，弹性半空间体； 3、无板与地基摩擦相关系数，滑动处理； 结论：参考了经典解析解的一般原理 但不同点在哪里？——有限尺寸板，但公式中无相关参数
临界荷载位置
• 定义：其他条件相同，标准荷载移动在有限尺 寸板上，如果在板体内某处（通常是板顶）出 现了最大拉应力，则确定该位置为最不利荷载 位置，由此引起的应力是单次应力计算的标准 取值。 • 方法：有限元内分布荷载进行搜索，寻找最大 拉应力位置，比较拉应力大小，最终确定最不 利荷位。 • 特点：是一种极限（可能出现的最大）的情况
• 由材料试验得到，或根据工程经验选取 • 试验方法：小梁试件，三分点加载，单次 加载至破坏（单次强度试验）
应力项之一——荷载应力
• 两个层次——单次标准荷载作用下，最不利荷 载作用位置处的拉应力；该处的荷载疲劳应力 • 荷载疲劳应力计算公式的构成
• 三修正系数：传荷、疲劳、动偏载 • 修正单次应力
水泥混凝土路面力学特点（2）
• 1 混凝土的强度远大于基层和土基模量和强 度——地基被简化为单一体 • 2 基层表面与路面板间摩擦力较小——滑动 假定，只传递竖向力 • 3 板块厚度相对与平面尺寸较小，板块在荷 载作用下的挠度（竖向位移）很小——忽 略z方向应力应变变化细节 • ——发展出小挠度弹性薄板理论
• 1、衔接前一章，先谈病害，引出设计指标——弯拉应力 • 2、介绍设计理论与方法发展简史，引出经典小挠度弹性 薄板相关理论——切入理论 • 3、详细分析小挠度弹性薄板假定对应的力学公式，讨论 三方程（几何、物理、平衡）的联立简化过程——给出挠 度表达式 • 4、分析地基反力q(x,y)在两种地基（温克勒、弹性半空间 体）情况下的应力解答——了解各解答的意义 • 5、温度应力的两种解答来源分析——实际路面尺寸有限， 均匀变温不考虑，主要是翘曲应力 • 6、可靠度理论简介——为可靠度系数引入作铺垫 • 7、规范方法及细节讲解——设计方法中各参数取值，背 后的理论与方法 • 8、概念探讨——加深对参数的理解 • 9、延伸问题——引导思考，探索