水泥混凝土路面结构设计56071
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。
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
水泥混凝土路面结构设计
弹性地基板体系理论简介
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。
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：
02
σz,εz≈0,W为（x，y)的函数。
无横向剪应变，γxz=γyz=0。
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，如收到约束，会在板内产生翘曲应力；
荷载重复作用，温度梯度反复作用，混凝土板出现疲劳 破坏。
水泥混凝土路面的力学特性
9.2 弹性地基板的应力分析
弹性地基上的小挠度薄板模型
• 弹性地基： 因为混凝土板下的基层与土基的应力应变很小，不超过材料的弹性区域;
基本概念： 在弹性力学里，两个平行面和垂直于这两个平行面所围成的柱面或棱柱面简称板；两个板面之间的距离h称厚度；平分厚度h的平面称为板的中面。如果板的厚度h远小于中面的最小边尺寸b（如b/8～b/5），这种板称薄板。在薄板弯曲时，中面所形成的称为薄板弹性曲面，而中面内各点在垂直方向的位移称为挠度。
挠曲面微分方程推导：
一、文克勒地基
假设地基上任一点的反力仅同该点的挠度成正比 以反应模量K表征的地基
2.Winkler地基解析解：
1）板中受荷时：
当δ<0.5h时，偏差较大，用
代替δ。
2）板边部中受荷时：
当δ<0.5h时，偏差较大，用b代替δ。
3）板角受荷时：
当板角脱开时：
δ下降。
在以上诸式中，l为板的相对刚度
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。
基本概念
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 ：
第12章__水泥混凝土路面结构设计
第十二章水泥混凝土路面结构设计第1节概述1．水泥混凝土路面结构特征●力学体系：弹性层状体系●弹性模量、力学强度大大高于基层和土基；●抗弯拉强度远小于抗压强度；●混凝土板尺寸的强度指标：抗弯拉应力。
●力学图式：弹性地基板●主要损害模式：疲劳断裂2．设计内容和要求1．路面结构层组合设计●确定土基、垫层、基层和面层的结构层位，各层路面结构类型、弹性模量和厚度。
●水泥混凝土面板要求具有较高的弯拉强度，表面平整、抗滑、耐磨。
常用类型：普通混凝土路面、钢筋混凝土路面、连续配筋混凝土路面、钢纤维混凝土路面等。
●基层、垫层的设置和抗冻要求应符合有关规定。
2．混凝土面板厚度设计3．混凝土面板的平面尺寸与接缝设计4．路肩设计5．普通混凝土路面的钢筋配筋率设计3．设计原则1．首先保证工程的质量与耐久性。
基层、垫层设计在满足设计要求的前提下，尽可能使用当地材料。
2．遵循因地制宜、合理选材、方便施工、利于养护、节约投资的原则进行方案比选。
3．积极推广成熟的科研成果，运用行之有效的新材料、新工艺、新技术。
4．保护环境，利于施工、养护人员的健康和安全。
5．选择有利于机械化、工厂化施工的设计方案。
6．地基不良地段，应采取有效措施加快稳定路基沉降。
第2节损坏模式和设计标准1．损坏模式水泥混凝土路面在行车荷载和环境因素的作用下可能出现的破坏类型主要有以下几种。
1.断裂路面板内应力超过泥凝土强度时会出现纵向、横向、斜向或角隅断裂裂缝。
原因：板太薄、轮载过重、板的平间尺寸过大，地基不均匀沉降或过量塑性变形使板底脱空失去支承，施工养生期间收缩应力过大等。
断裂破坏了板的整体性，使板承载能力降低。
因而，板体断裂为水泥混凝土面层结构破坏的临界状态。
2.接缝挤碎接缝挤碎指邻近横向和纵向两侧的数十厘米宽度内，路面板因热胀时受到阻碍，产生较高的热压应力而挤压成碎块。
原因：由于胀缝内的传力杆排列不正或不能滑动，或者缝隙内落入硬物所致。
3.拱起混凝土路面在热胀受阻时，横缝两侧的数块板突然出现向上拱起的屈曲失稳现象，并伴随出现板块的横向断裂。
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混凝土路面结构设计理论与方法
2002年由中华人民共和国交通部颁布的《公路水泥混凝土
路面设计规范》列出的设计方法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。
设计方法采用可靠度设计方法，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。
混凝土路面结构设计内容
1、路面结构层组合设计 合理选择安排混凝土路面的结构层层次、包括土基、垫层、 基层和面层的结构层位，各层的路面结构类型、弹性模量 和厚度。 2、混凝土面板厚度设计 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
混凝土路面结构设计原则
温度应力分析 临界荷位处行行车道路面结构的组合设计(初拟路面结构，包 括路床、垫层、基层和面层的材料类型和厚度)，并按表 16-17所列的水泥混凝土面层厚度建议范围，依据交通等 级、公路等级和所选变异水平等级初选混凝土板厚度。 然后，按16-49和16-55节计算荷载疲劳应力和温度疲劳应 力，当满足式16-48的要求时，则初选厚度可作为混凝土 板的计算厚度。否则，重新计算，设计厚度依计算厚度按 10mm向上取整。
排水基层下应设置由水泥稳定粒料或者密级配粒料组成的 不透水底基层，厚度一般为200mm。底基层顶面宜铺设沥 青封层或防水土工织物。
混凝土路面垫层结构
混凝土路面垫层结构一般是为应对路基的特殊需求而设置， 分为防冻垫层、排水垫层与加固垫层。
在以下情况下要设置垫层：1）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； 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； 3）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。
水泥混凝土路面结构设计
0.02 0.05 0.09
0.15 0.30 0.50
第四节 路面结构组合设计
4.1 面层混凝土板
水泥混凝土面层板应具有足够的强度、耐久性、表 面抗滑、耐磨、平整等良好的路用性能，一般采用设接缝、 不设配筋的普通混凝土路面板。其他面层类型及适用条件 见下表。
面层类型 连续配筋混凝土面层 碾压混凝土面层
2.横向接缝 （1）每日施工结束或临时中段施工设置横向施工缝； （2）横向缩缝可等距设置，采用假缝形式； （3）横向涨缝只在临近桥梁或者其他固定构造物处
或与其他道路相交处设置；
（4）传力杆采用光面钢筋，尺寸间距见下表。
面层厚度（mm） 220 240 260 280 300
传力杆直径 28 30 32 35 38
于混凝土板的纵向边缘中部。标准轴载Ps在临界荷位处产生 的荷载配料应力按下式计算确定。
公路等级
高速公路 1.30
一级公路 1.25
二级公路 1.20
三、四级公路 1.10
水泥混凝土弯拉弹性模量经验参考值
弯拉强度
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
抗压强度
5.0
7.7
11.0
14.9
19.3
弯拉弹性模量 10
传力杆最小长度 400 400 450 450 500
传力杆最大间距 300 300 300 300 300
5.4混凝土路面板厚度设计算例
公路自然区划II区拟新建一条二级公路，路基为粘质 土，采用普通混凝土路面，路面宽9m。交通调查得知，设计 车道使用初期标准轴日作用次数2100.试设计该路面厚度。
1.16-1.23
1.08-1.13
1.23-1.33
水泥混凝土路面设计
为了简化计算工作，通常选取使面层板内产生最大应力或最大疲劳损坏的 一个荷载位置作为应力计算时的临界荷位。现行设计方法采用疲劳断裂作 为设计标准，利用可考虑荷载应力和温度应力综合疲劳作用下的疲劳方程， 分析不同接缝传荷能力的路面疲劳损耗.
2.荷载应力计算
设计轴载在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力应按下式计算：
错台、唧泥产生原因：
混凝土板下存在自由水 总轴载的反复作用 细粒料的流动
面层：普通混凝土、碾压混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土、钢纤维混
凝土
普通混凝土：纵缝位置通常按车道宽度设定缝内设置拉杆，横缝间距 一般采用（4·6m）随基层刚度的增大而减小，交通繁重时缝内设置传 力杆
碾压混凝土：平整度较差，接缝处难以设置拉杆或传力杆
tr kt tm
tm
c Ec hTg
2
BL
BL 1.77e4.48hc CL 0.131 1 CL
CL
1 sinh t cos t cosh t sin t cos t sin t sinh t cosh t
t L 3r
kt
fr
tm
a
tm
fr
c
b
五 设计过程 1.收集并分析交通参数； 2.初拟路面结构； 3.确定材料参数； 4.计算荷载疲劳效应； 5.计算温度应力； 6.检验初拟路面结构。
水泥混凝土路面结构设计
目录
01 结构组成和组合设计 02 普通混凝土路面设计及程序 03 复合式混凝土路面设计
结构组成和组成设计
一、结构组成及要求
组成： 路基、垫层、基层、面层、路肩、路面排水
要求： 出现不均匀支撑的情况
膨胀性黏土不均匀收缩、膨胀变形
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。
第十二章 水泥混凝土路面结构设计
水泥混凝土路面结构防冻最小厚度（cm） 表12-5
设计年限内当地最大冻深（cm） 路基干湿类 型 路基土质
50~100
低、中、高液限粘土 30~50 40~60 40~60 45~70
101~150
40~60 50~70 50~70 55~80
151~200
50~70 60~85 60~90 70~100
图12—3重复荷载作用 下不同基层的累积变形量 (砂砾基层曲线上的数字为压实度)
图12—2基层类型对接缝传荷能力的 影响(Ew=[2w1/(w1+w2]%,w1和w2相 应为未受荷 和受荷板的挠度;面层厚 22.86cm基层厚15cm,缝隙宽1.65mm)
2. 垫层
垫层的设置要求 在交通特别繁重、路基湿软或季节性冰冻地区，为 防止路基可能产生的不均匀冻胀对混凝土面层的不 利影响，路面结构应有足够的总厚度，以便将路基 的冰冻深度约束在有限的范围内。超出面层和基层 厚度的总厚度部分可用基层下的垫层（防冻层）来 补足；路面结构的最小总厚度，随冰冻线深度、路 基的潮湿状况和土质而异，其数值可参照下表125选定。
传力杆直径 28 30 32 35 38
传力杆最小长度 400 400 450 450 500
传力杆最大间距 300 300 300 300 300
2. 缩缝
缩缝一般采用假缝形式，即只在板的上部设缝隙，当板收缩时将 沿此最簿弱断面有规则地自行断裂。横向缩缝可等间距或变间距布置。 横向缩缝顶部应锯切槽口，宽3~8mm，深度约为板厚的 1/5~1/4，一般为5~6cm，槽内填塞填缝料，以防地面水下渗及石砂 杂物进入缝内。高速公路的横向缩缝槽口宜加深20mm、宽6~10mm 的浅槽口，其构造如图12-5所示。
新建水泥混凝土路面结构设计
新建水泥混凝土路面结构设计一、引言水泥混凝土路面是公路交通工程中常见的路面结构类型之一、它具有承载能力高、耐久性好、维护成本低等优点，被广泛应用于公路、高速公路、机场跑道等场所。
本文将对水泥混凝土路面结构进行设计。
二、设计参数1.车流量：设计年平均双向车日交通量为6000辆，其中重型车辆比例为10%。
2.地基条件：土质为常规黏土，具体地基参数如下：承载力 1.2MPa，内摩擦角35°。
3.设计寿命：设计使用年限为20年。
4. 路面结构层厚度：基层厚度180mm，面层厚度250mm。
三、设计步骤1.路面结构设计方法选择根据研究资料和实际经验，选择了水泥混凝土路面结构设计的常用方法，结构数学模型法。
2.路面结构层间力学性质计算根据设计参数和路面结构层厚度，计算各层之间的力学性质。
基层弹性模量取为16MPa，面层弹性模量取为28MPa。
3.车辆荷载计算根据车流量和车辆荷载，计算设计年内的车辆荷载频次，并进行分析。
4.基床厚度计算根据基层土质参数和车辆荷载，计算基床厚度。
基床厚度计算公式如下：h=(P/Nq)+(P/2Nc)*(4a/D^2+1)其中，h为基床厚度，P为车轮荷载，Nq、Nc分别为土壤土质参数，a为车轮宽度，D为车轮直径。
5.设计反应板数目计算根据车辆荷载和反应板弹性模量，计算所需的反应板数目。
反应板数目计算公式如下：n=(3/4)*(q/M)其中，n为反应板数目，q为车轮荷载，M为反应板弹性模量。
6.路面结构层内应力计算根据路面结构层间力学性质和车辆荷载，计算各层内应力。
7.设计结果分析根据计算结果，对设计结果进行分析。
四、设计结果与分析根据设计参数和设计步骤，完成了水泥混凝土路面结构的设计计算。
通过分析计算结果，可以得出以下结论：1. 按照设计要求，水泥混凝土路面结构的基层和面层厚度分别为180mm和250mm，在正常车流量下能够满足设计寿命要求。
2.路面结构层间力学性质的计算结果表明，所选用的水泥混凝土材料具有足够的强度和刚度，能够有效承载车辆荷载。
普通水泥混凝土路面结构组合设计
普通水泥混凝土路面结构组合设计
普通水泥混凝土路面结构组合设计一般包括路面结构、防护膜及底层处理等三部分内容。
路面结构为主，分为基层、抗拌层、水泥混凝土抗折层三部分。
基层选用砂砾混合料，层厚应按对应载重设计，抗拌层主要作用是加强路面承载力，抗折层可选择微晶玻璃钢纤维等抗折刚度较高的材料，采用可调失水性混凝土制备，层厚根据载重和日常使用设计；防护膜主要是防止路面结构退化，起到延长结构使用寿命的作用，往往采用各种高分子材料制成；几何处理为路面提供正确的基础，应根据施工路面的要求和控制的计算。
水泥混凝土路面结构设计
二、拟定路面结构：
• 根据《规范》表3.0.1可查的目标可靠度为85%，确定该二级公路的变异水平为中等。
• 初步拟定普通混凝土面层厚度为240MM.
二、拟定路面结构：
• 基层采用水泥稳定粒料（5%的水泥用量）厚度为0.18M.
二、拟定路面结构：
• 经查询武清地区最大冰冻深度为0.58M.根据 表3.0.9确定最小防冻厚度0.5M（由于武清地区地 下水位高取最大值） 拟设定级配碎石防冻垫层厚度为0.18M，单向 路幅宽度2X3.75M+2.75M硬路肩。行车道水泥 混凝土面板尺寸为5.0X3.75;纵缝为设拉杆平缝、横缝为设传力杆假缝。硬路肩厚度与行车道面板厚 度相同并设拉杆与行车道板相连。
三、路面材料确定：
• 根据表3.0.8和表E.0.3查得普通水泥混凝土的弯拉强度标准值为5MPA，相对应的弯拉弹性模量标 准值为31GPA。
三、路面材料确定：
• 取粘土质砂的回弹模量为100MPA；地下水位距路床顶面为1M时的湿度调整系数取0.80，故路床 顶综合回弹模量为100X0.80=80MPA. 水泥稳定碎石基层的弹性模量取2000MPA; 级配碎石垫层 弹性模量取220MPA.
水泥混凝土路面结构设计
设计基本信息
• 某市拟建省道S243来分担附近已建省道S211及S101交通。该线路拟设计为双向四车道二 级公路，安全等级为二级。公路自然区划为Ⅱ4，路基宽度24.5M,路基为黏土质砂。设计 轴载为100KN, 最重轴载为180KN设计车道使用初期标准轴载日作用次数为2300. 交通量 年平均增长率为7%。
参考文献
• 【1】中华人民共和国行业标准. JTG D40-2011 公路水泥混凝土路面设计规范. 北京：人 民交通出版社，2011.
混凝土路面结构优化设计方法
混凝土路面结构优化设计方法一、绪论混凝土路面是一种广泛使用的路面材料，其性质和结构对路面的使用寿命、安全性和车辆行驶舒适度等方面有着重要的影响。
因此，在设计混凝土路面时，需要考虑多种因素，包括路面的结构、材料、厚度等方面。
本文将介绍混凝土路面的结构优化设计方法，以提高路面的使用寿命和安全性。
二、混凝土路面材料的选择混凝土路面的材料选择是混凝土路面结构设计的第一步。
通常，混凝土路面的材料可以分为水泥、骨料、矿渣粉、膨胀剂等几种。
在材料选择时，需要考虑以下几个因素：1. 路面使用寿命要求：根据路面的使用寿命要求选择材料，以保证路面的使用寿命。
2. 地区气候条件：不同地区的气候条件不同，材料的选择也应根据地区气候条件进行。
3. 施工条件：不同的施工条件适用于不同的材料，需要根据实际施工条件选择材料。
4. 路面厚度：路面厚度越大，需要使用的材料就越多，因此需要根据路面厚度选择材料。
三、混凝土路面结构设计混凝土路面的结构设计是混凝土路面设计的核心部分，其设计应考虑路面的使用寿命、安全性和舒适度等方面。
混凝土路面结构设计的主要内容包括基层、底基层、面层和沟槽等部分。
1. 基层设计：混凝土路面的基层应具有良好的承载能力和排水性能，以保证路面的稳定性。
在基层设计时，需要考虑以下几个因素：（1）基层厚度：基层厚度应根据路面的使用要求、地区气候和施工条件等因素进行选择。
（2）基层材料：常用的基层材料有碎石、碎石混凝土、水泥混凝土等。
在选择基层材料时，需要考虑材料的强度和排水性能等因素。
2. 底基层设计：底基层是混凝土路面结构的重要组成部分，可以起到缓冲、分散荷载的作用。
在底基层设计时，需要考虑以下几个因素：（1）底基层厚度：底基层厚度应根据路面的使用要求、地区气候和施工条件等因素进行选择。
（2）底基层材料：常用的底基层材料有砂、砾石、碎石等。
在选择底基层材料时，需要考虑材料的强度和排水性能等因素。
3. 面层设计：混凝土路面的面层是直接接触车辆的部分，其设计应考虑路面的使用寿命、安全性和舒适度等方面。
新建水泥混凝土路面结构设计
第三章 新建水泥混凝土路面结构设计一、 交通分析标准轴载作用次数计算:22.0822.0543.031611024.21007.11022.21100-----⨯=⨯=⨯==⎪⎭⎫⎝⎛=∑i i i i i i i i i ni s P P P P N N δδδδδ单轴双轮组1i δ=，单轴单轮组30.432.210i i P δ-=⨯⨯双轴双轮组5-0.221.0710i iP δ-=⨯路面特征系数为16，标准轴载为100，轴—轮型系数及周载换算结果如下:由表3。
0.1，一级公路的设计基准期为30年，安全等级为一级，由附录表A2.4，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取0。
22。
经交通调查分析得知，设计轴载100=s P kN ，最重轴载3.104=m P kN ,该公路自2012年至通车后2018年交通量增长率10.28％，其后将以 6。
0%增长。
因设计年平均日交通量分三段计算，则使用初期设计车道的日标标准轴载作用次数：2015年初,2943%)28.101(21943=+⨯=s N 次 2018年末，4353%)28.101(29434=+⨯=s N 次 2019年末，4614%)61(43531=+⨯=s N 次标准轴载累计作用次数[(1)1]365t s e N r N r η+-⨯=22.0=η2015年初~2019年初:110130222.02943365%28.101%)28.101(4=⨯⨯⨯-+=e N 次 2019年末～2043年末:1542998422.04614365%61%)61(25=⨯⨯⨯-+=e N 次 累计标准轴作用次数4101653)154299*********(⨯=+=e N 次,查表3。
0.7,得出该路段属于重交通。
二、 初拟路面结构施工变异水平取低级.根据一级公路重交通等级和低级变异水平等级，查表4—3，初拟普通混凝土面层厚度为m h c 26.0=。
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影响水泥混凝土强度的因素（抗折强度）
水泥类型及性质： 道路硅酸盐水泥>硅酸盐水泥>普通水泥>矿渣水泥； 水泥的安定性、收缩性，对混凝土路面的抗折强度有重大影响，严格控制 氧化镁、三氧化硫含量；
粗集料： 粗集料最大粒径：滑模摊铺混凝土路面粗集料最大粒径，碎石定为 30mm，砾石为20mm。 粗集料强度和压碎值：压碎值一般不应大于12%，最大不应大于20%。 粗集料外形和级配：粗集料针片状含量不大于10%； 集料的含土(泥)量和软弱颗粒的影响：土使得抗折强度减小，收缩变大；
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2.5cm
20cm CRCP 20cm
28cm
25cm
胀缝材料 枕梁
23cm 常 规 路 面
300cm
5cm
4.7cm
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• 二、特点
• 优点：
• 缺点：
– 强度高：
– 水和水泥用量大
– 稳定性好： – 耐久性好： – 能见度好： – 平整度和粗糙度好： – 养护费用少，运输成本低
CRCP是指在路面纵向连续配置足够数量的钢筋，以控制混凝 土路面板纵向收缩产生的裂缝，从而可以在路面纵向不设接缝 的混凝土路面。
横纵 向横向裂纵向钢缝向裂筋处钢缝， 滑筋处支，滑支
横向裂缝 横向裂缝
横向钢筋 横向钢筋
ACA加C铺加层铺层
CRCCRPCP
CRCP
基层
土基
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板厚设计方法
混凝土小块铺砌路面简介
特点：小尺寸（一般小于0.03m2），抗压强度高 （60MPa），在基层上设置3cm左右的整平层，然后进 行拼装。 优点：便于维修，耐压 适用场合：城市道路人行道，停车场、堆场等。
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连续配筋水泥混凝土路面（CRCP）简介 (Continuously Reinforced Concrete Pavement)
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。
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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。
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§水泥混凝土路面的损坏模式
– 有接缝，舒适性差 – 开放交通迟： – 修复困难： – 对超载敏感；
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水泥混凝土主要性能实验
混凝土抗冻性能实验(Freeze resistance) 混凝土抗折强度实验 (Bend strength) 混凝土抗压强度实验(Compression strength) 混凝土抗折弹性模量(Bending modulus) 混凝土收缩性能实验（干缩）(Shrinkage test)
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影响水泥混凝土强度的因素（抗折强度）
细集料：
细度模数的影响：随着砂细度模数增加，抗折强度和抗压强度均略有 增大。当砂越来越粗时，砂对于嵌锁力的贡献逐渐增强，而嵌锁力提 高必然带来抗折强度的增大。 单位水含泥泥用量量的：影响：
随着水泥用量的增大，混凝土抗折强度增大。单位水泥用量增大100kg/m3 时，抗压强度可提高35%左右，砾石混凝土抗折强度仅增加5%，碎石混凝土 增加12%左右。 水灰比：
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。
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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 ：
水泥混凝土路面结构层 认知
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水泥混凝土路面分类
• 普通混凝土路面 • 钢筋混凝土路面 • 连续配筋混凝土路面 • 预应力混凝土路面 • 装配式混凝土路面 • 钢纤维混凝土路面 • 碾压混凝土路面 • 裸石露石混凝土路面
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• 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
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§水泥混凝土路面的损坏模式
• ⑵ 挤碎 • 现象：在接缝(主要是胀缝)附近数十厘米范围内的板因受
挤压而碎裂。
• 原因：胀缝内的滑动传力杆排列不正或不能正常滑动，缝 隙内有混凝土搭连或落入坚硬的杂屑等，使路面板的伸张
受到阻碍，在接缝处边缘部分产生较高的挤压应力而剪裂 成碎决。
• (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、
斜向或板角的拉断和折断裂缝，严重时，裂缝交叉而使路 面板破裂成碎块(称破碎板)。
• 原因：板太薄或轮载过重和作用次数过多，板的平面尺寸 大大(使温度应力过大)，地基过量或不均匀下沉使板底脱
空失去支承，施工养生期间收缩应力过大或混凝土强度不 足，等等。
A = 3.2 Ls h f sy
注意：钢筋最小间距大于最大粒径两倍以上，搭接长 度应为直径的24倍以上，钢筋保护层厚度大于5cm； 板长一般10-20m，不超过30m。
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配式混凝土路面简介(Prefabricated & assembling)
特点：以混凝土预制块拼装而成，不受气候影响，施 工进度快，不需特殊养护，易维修，但接缝多，整体 性差，易颠簸。适用于城市道路/停车场/堆场，不适 用于一般公路。 形状：矩形、正方形或六角形，可加预应力。
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§水泥混凝土路面的损坏模式
• ⑶拱起 • 现象：混凝土路面板在热膨胀受阻时，接缝两侧的板突然
向上拱起。
• 原因：板收缩时接缝缝隙张开，填缝料失效，硬物嵌满缝 隙，致使板受热膨胀时产生较大的热压应力，从而出现这 种纵向屈曲失稳现象。采用膨胀性较大的石料(如硅质岩 石等)作粗集料，容易引起板块拱起。
板厚设计同普通的水泥混凝土路面；
配筋设计方法
纵向钢筋设计准则
裂缝间距1.0～2.5m； 裂缝宽度<1mm，一般应控制在0.5～0.7mm； 钢筋应力<钢筋极限拉伸强度； 纵向钢筋一般选用直径12mm～20mm的螺纹钢筋，钢筋间距 100mm≤d≤250mm。
横向钢筋的作用是控制纵向钢筋间距，稳固钢筋网，其布置只要满足 构造要求即可。