第十六章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。
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 ：
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。
水泥混凝土路面设计(最新规范)
注：本文档为手算计算书文档，包含公式、计算过程在内，可供老师教学，可供学生学习。
下载本文档后请在作者个人中心中下载对应Excel计算过程。
（若还需要相关cad图纸或者有相关意见及建议，请私信作者！）团队成果，侵权必究！（温馨提示，本文档没有计算功能，请在作者个人中心中下载对应的Excel计算表格，填入基本参数后，Excel表格会计算出各分项结果，并显示计算过程！）1.水泥混凝土路面设计1.1引言水泥混凝土路面板为刚性路面，具有较高的力学强度，在车轮荷载作用下变形较小。
所以，混凝土板通常工作在弹性阶段。
本水泥混凝土路面设计主要依据《公路水泥混凝土路面设计规范》。
在荷载图示方面采用静力作用均布面荷载，在地基模型方面，采用温克勒地基模型。
在路面板形态方面，采用半空间弹性地基有限大矩形板理论。
1.2题目广西隆林至百色高速公路（K10+800~K16+000）沥青及水泥混凝土路面设计。
1.3设计资料1、自然条件本项目（K10+800~K16+000）位于广西西北端，是滇、黔、桂三省区结合部，属广西山区与云贵高原东南边缘的过渡地带，区域地势由西北向东南逐渐降低，地形以山地为主。
当地属亚热带季风气候类型。
2、设计参数本道路预测交通量较大，重载运营车辆较多，超载现象严重。
标准轴载采用BZZ-100。
沥青路面设计年限（基准期）为15年。
水泥混凝土路面设计年限（基准期）为30年。
设计基准期内，预测交通量年增长率为8%~12%。
设计初始年交通组成如表1所示。
设计路段路基土为粘性路，路基平均填土高度为2.0m。
地下水位为地面下-1.0m。
2.行车荷载2.1车辆的类型和轴型由交通调查和预测得知，本路建成初期每昼夜双向混合交通量组成如上表，通过查表可知车辆轴重参数如下：在满足任务要求的前提下拟定年平均交通增长率为8.0%。
轴载换算由《公路水泥混凝土路面设计规范》得标准轴载的有关计算参数见下表：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。
第16章水泥混凝土路面设计
第十六章水泥混凝土路面设计§16-1 概述水泥混凝土路面板具有较高的力学强度，在车轮荷载作用下变形小，同时按照现行的设计理论，混凝土板工作在弹性阶段，也就是在计算汽车荷载作用下，板内产生的最大应力不超过水泥混凝土的比例极限应力。
当水泥混凝土板工作在弹性阶段时，基层和土基所承受的荷载单位压力及产生的变形也微小，它们也都工作于弹性阶段，因此从力学体系上看，水泥混凝土路面结构也属于弹性层状体系。
然而，作为刚性路面的水泥混凝土路面，同柔性路面相比，有其自己的特性。
首先，混凝土路面板的弹性模量及力学强度大大高于基层和土基的相应模量和强度；其次，混凝土的抗弯拉强度远小于抗压强度，约为其1/6～1/7，因此决定水泥混凝土板尺寸的强度指标是抗弯拉应力；同时，由于混凝土板与基层或土基之间的摩阻力一般不大，所以在力学图式上可把水泥混凝土路面结构看作是弹性地基板，用弹性地基板理论进行分析计算。
由于混凝土的抗弯拉强度比抗压强度低得多，在车轮荷载作用下当弯拉应力超过混凝土的极限抗弯拉强度时，混凝土板便产生断裂破坏。
且在车轮荷载的重复作用下，混凝土板会在低于其极限抗弯拉强度时出现破坏。
此外，由于板顶面和底面的温差会使板产生温度翘曲应力，板的平面尺寸越大，翘曲应力也越大。
另外，水泥混凝土又是一种脆性材料，它在断裂时的相对拉伸变形很小。
因此，在荷载作用下土基和基层的变形情况对混凝土板的影响很大，不均匀的基础变形会使混凝土板与基层脱空，在车轮荷载作用下板产生过大的弯拉应力而遭破坏。
基于上述，为使路面能够经受车轮荷载的多次重复作用、抵抗温度翘曲应力、并对地基变形有较强的适应能力，混凝土板必须具有足够的抗弯拉强度和厚度。
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：1）断裂；2）唧泥；3）错台；4）拱起；5）接缝挤碎等。
从水泥混凝土路面的几个主要破坏类型可以看出，影响混凝土路面的使用性能的因素是多方面的，如轮载、温度、水分、基层、接缝构造、材料以及施工和养护情况等。
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
B05第十六章 水泥混凝土路面设计B
§16-1 概述P453-458
临界荷位车辆轮迹横向分布系数
公路等级 高速公路、一级公路 纵缝边缘处 0.17-0.22
二级、二级 以下公路
行车道宽＞7m
行车道宽<7m
0.34-0.39
0.54-0.62
5.交通等级划分 交通分级
交通等级 设计车道标准轴 载累计作用次数 Ne（104） 特重 ＞2000 重 100～2000 中等 3～100 轻 ＜3
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§16-1 概述P453-458
三、结构设计原则
① 根据使用要求及气候、水文、土质等自然因 素，密切结合本地区实践经验；
② 遵循因地制宜、合理选材、方便施工、利于 养护、节约投资； ③ 积极推广成熟的科研成果； ④ 注意环境保护； ⑤ 尽可能机械化、工程化；
⑥ 处理好地基不良地段。
四、路基
路基应稳定、密实、均质，对路面结构提供均匀的 支承。
注意事项： ① 高液限粘土及含有机质细粒土，不能用做高 速公路和一级公路的路床填料或二级 和二级 以下公路和上路床填料；
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§16-5 水泥砼路面结构组合设计P475-478
② 高液限粉土及塑性指数大于16或膨胀率大于3 ％的低液限粘土，不能用做高速公路和一级 公路的上路床填料。 ※因条件限制而必须采用上述土做填料时，应掺 加石灰或水泥等结合料改善。 ③ 地下水位高时，宜提高路堤设计标高。
多孔隙水泥稳定碎石排水基层
沥青稳定碎石排水基层
100～140
80～100
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§16-5 水泥砼路面结构组合设计P475-478
三、垫层
遇有下述情况时，需在层基下设置垫层：
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。
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第十六章水泥混凝土路面设计一、教学目的和要求1、教学目的：本章主要学习水泥混凝土路面的损坏模式和设计标准，弹性地基板的应力分析、水泥混凝土路面结构层组合设计、水泥混凝土路面板平面尺寸的确定、水泥混凝土路面的接缝设计和加铺层设计。
2、教学要求：掌握水泥混凝土路面板厚设计，水泥混凝土路面荷载应力和温度应力分析；熟悉弹性地基板体系理论，复合式混凝土路面厚度设计；了解其他设计方法简介；二、教学重点、难点重点：水泥混凝土路面板厚设计步骤；难点：弹性地基板体系理论。
三、授课学时：4学时四、教学进程本章学习要求：一、水泥混凝土路面的损坏模式和设计标准掌握水泥混凝土路面在行车荷载和环境因素作用下出现的破坏类型，主要有断裂、唧泥、错台、拱起和接缝挤碎等，了解产生损坏类型的原因。
重点掌握水泥混凝土路面结构设计是以防止面层板断裂为主要设计标准，了解水泥混凝土路面设计的弹性地基板理论。
二、水泥混凝土路面结构设计内容熟悉水泥混凝土路面结构设计包括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、普通混凝土路面的钢筋配筋率设计等内容。
三、水泥混凝土路面板厚设计1.交通分析与轴载换算掌握我国公路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。
熟悉对于各种不同汽车轴载的作用次数，可按等效疲劳断裂原则换算成标准轴载的作用次数，并根据标准轴载的作用次数判断道路的交通繁重程度，熟悉轴载换算公式。
掌握按设计基准期内设计车道所承受的标准轴载累计作用次数分为特重、重、中等和轻4个等级。
2.基层顶面当量回弹模量熟悉水泥混凝土面板下的地基依据等弯曲刚度的原则换算为回弹模量和厚度当量的单层结构，按双层体系进行计算。
了解其计算分为新建公路和旧柔性路面两种情况。
重点熟悉新建公路的基层顶面当量回弹模量值的计算，并注意区分新旧规范的差别。
3.混凝土板的设计弯拉强度掌握水泥混凝土路面的强度以28d龄期的弯拉强度作为设计控制指标。
设计时根据各交通等级要求按规范采用相应的混凝土弯拉强度标准值。
4.水泥混凝土路面板应力分析理解水泥混凝土路面板在荷载和温度作用下，在临界荷位处产生的疲劳应力，包括荷载疲劳应力和温度疲劳应力。
熟悉荷载疲劳应力和温度疲劳应力的计算公式，掌握荷载疲劳应力和温度疲劳应力的概念。
5.水泥混凝土板的综合疲劳作用水泥混凝土板在使用过程中，板的应力来自汽车荷载疲劳作用和温度反复变化作用。
为保证混凝土板在设计使用年限内板不过早破坏，必须综合考虑这些作用的影响，不导致板的应力过大。
熟悉水泥混凝土板的综合疲劳作用是汽车荷载和温度对板产生的应力总和，掌握根据公式分别求出板的荷载疲劳应力和温度应力，然后按现行水泥混凝土路面设计规范中采用路面结构可靠度设计方法，即以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为极限设计状态，重点熟悉其表达式为：γr(σpr+σtr)≤f r。
6.混凝土板厚设计过程熟悉水泥混凝土面层厚度设计步骤，主要包括：收集并分析交通参数，初拟路面结构，确定材料参数，计算荷载疲劳应力，计算温度应力及检验初拟路面结构等。
四、水泥混凝土路面板平面尺寸确定熟悉水泥混凝土路面板平面尺寸确定的过程，以及板块划分的原则。
五、水泥混凝土路面加铺层设计熟悉对旧水泥混凝路面的技术调查内容，包括路面损坏状况调查评定、接缝传荷能力和板底脱空状况调查评定、旧混凝土路面结构参数调查；了解水泥混凝土路面加铺层结构设计的种类，主要有，分离式混凝土加铺层结构设计、组合式混凝土加铺层结构设计、沥青加铺层结构设计。
16.1 水泥混凝土路面的损坏模式和设计标准一、水泥混凝土路面的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.唧泥唧泥是车辆行经接缝时，由缝内喷溅出稀泥浆的现象。
原因：在轮载的重复作用下，板边缘或角隅下的基层由于塑性变形累积而同混凝土面板脱离，或者甚层的细颗粒在水的作用下强度降低，当水分沿缝隙下渗而积聚在脱空的间隙内或细颗粒土中，在车辆荷载作用下积水形成水压，使水和细颗粒土形成的泥浆而从缝隙中喷溅山来。
唧泥的出现，使路面板边缘部分，逐渐形成脱空区，随荷载重复作用次数的增加，脱空区逐渐增大，最终使板出现断裂。
3．错台错台是指接缝两侧出现的竖向相对位移。
原因：当胀缝下部填缝板与上部缝槽未能对齐，或胀缝两侧混凝土壁面不垂直，在胀缩过程中接缝两侧上下错位而形成错台。
横缝处传荷能力不足，或唧泥发生过程中，使基层材料在高压水的作用下冲积到后方板的板底脱空区内，使该板抬高，形成两板间高度差。
当交通量或地基承载力在横向各块板上分布不均匀，各块板沉陷不一致时，纵缝处也会产生错台现象。
错台降低了行车的平稳性和舒适性。
4.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。
原因：由于板收缩时接缝缝隙张开，填缝料失效，硬物嵌入缝内，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。
5.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。
二、设计标准从保证路面结构承载能力的角度，混凝土路面结构设计应以防止面层板断裂为主要设计标准。
从保证汽车行驶性能的角度，应以接缝两侧的错台为主要控制标准。
我国规范采用荷载疲劳应力和温度疲劳翘曲应力综合作用所产生的疲劳损坏作为确定混凝土板厚的设计依据。
16.2 弹性地基板的应力分析在力学图式上可把水泥混凝土路面结构看做是弹性地基板，用弹性地基板理论进行分析计算。
一、弹性地基板基本假定一般采用小挠度弹性薄板理论进行分析。
三项基本假设：(1)垂直于中面方向的应变极其微小，可以忽略不计，薄板全厚度范围内的所有各点都有相同的位移W。
(2)垂直于中面的法线，在弯曲变形前后均保持为直线并垂直于中面，因而无横向剪切应变。
(3)中面上各点无平行于中面的位移。
二、文克勒地基与弹性半空间地基文克勒地基假设提出地基反力只有垂直力，它是以反应模量K表征的弹性地基。
并假设地基上任一点的反力q(x,y)仅同该点的挠度W(x,y)成正比，而同其他邻点无关，可用下式表示为：q(x,y)= KW(x,y)式中：q(x,y)——地基顶面某一点的反力(MPa)；Ｋ——地基反力模量(MPa/m3)；W(x,y)——竖向挠度(cm)。
文克勒地基假设认为地基顶面某一点的沉陷仅决定于作用于该点的压力，而与相邻的地基不发生任何关系，地基的受压作用正如许多彼此互不相联系的弹簧受压的情况一样。
弹性半空间地基是以弹性模量和泊松比表征的弹性地基。
它假设地基为一各向同性的弹性半无限体(故又称半无限地基)。
地基在荷载作用范围内及影响所及时以外部分均产生变形，其顶面上任一点的挠度不仅同该点的压力有关，也同其他各点的压力有关，可以用如下计算公式表示：q(x，y) ＝fW(x，y)我国现在采用弹性半无限地基上的弹性薄板理论和有限元位移法计算荷载应力和温度应力。
三、半无限地基板荷载应力的有限元解1.有限元法有限元法是结构和连续介质应力分析中的一种有效的计算方法。
采用有限元法分析水泥混凝土路面的荷载应力优点如下：(1)可以按板块的实际大小求解有限尺寸的板，从而消除无限大板的假设所带来的误差(此误差随荷载接近板边缘和相对刚度半径的增大而增加)；(2)可以考虑各种荷载情况(包括荷载组合和荷载位置)，而不必像前述方法那样规定若干种典型荷位，并且能解算简单的荷载组合情况。
因此，可以求得符合实际荷载情况的应力分析，(3)可以计及板的实际边界条件，如接缝的传荷能力、板和地基的脱空(不连续接触)等；(4)所解得的结果是整个板面上的位移场和应力场，从而可以更全面地分析板的受荷情况。
2.临界荷位的确定为简化计算工作，通常选取使路面板产生最大应力、最大挠度或最大损坏的一个轴载作用位置作为临界荷位。
《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40—2002)以荷载应力和温度应力产生的综合疲劳损坏作为设计标准。
经过几种典型路面结构的荷载和强度梯度的损耗分析，只有在纵缝为具有较大传荷能力的企口缝，横缝为不考虑其传荷能力的假缝(当作自由边处理)时，临界荷位出现在横缝边缘中部(但前者出现的可能性很小)，其余情况均应选取纵缝边缘中部为临界荷位。
因此选取纵缝边缘中部作为临界荷位，用以计算板内最大弯拉应力值。
16.3 水泥混凝土路面结构层组合设计一、结构组合设计原则1. 土基和基层(1)土基土基是混凝土路面的基础。
没有坚固、密实、均匀、稳定的路基，就没有稳固的路面。
路基质量的好坏，直接关系到路面的使用品质。
如果土基的稳定性不足，在自然因素如水温变化等影响下，路基出现较大的变形，造成土基不均匀沉陷，导致对面层板的不均匀支撑，会使面层板在荷载作用下底部产生过大的弯拉应力而破坏。
因此，对土基的要求首先要保证足够的稳定性和强度，与路面紧密接触，不致因承受荷载、气候及其他因素的影响而改变形状、降低强度等；同时应平整，有一定的路拱横坡度。
(2)基层对水泥混凝土面层下基层的首要要求是抗冲刷能力。
不耐冲刷的基层表面，在渗入水和荷载的共同作用下，会产生唧泥、板底脱空和错台等病害，导致行车的不舒适，并加速和加剧板的断裂。
提高基层的刚度，有利于改善接缝的传荷能力。
交通繁重程度影响到基层受冲刷的程度以及唧泥和错台出现的可能性和程度。
各种基层具有不同的抗冲刷能力，它取决于基层材料中结合料的性质和含量以及细料的含量。
依据上述首要要求，按交通等级和基层的抗冲刷能力，提出了各交通等级宜选用的基层类型（见表16.1）。
(3)垫层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。
表16.2 水泥混凝土路面最小防冻层厚度(m)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。
2.混凝土面板轮载作用于板中部时所产生的最大应力约为轮载作用于板边部时的2/3，但是采用厚边式路面对土基和基层的施工带来不便，而且使用经验也表明，在厚度变化转折处，易引起板的折裂。