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—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
加铺层结构设计
根据上述两项指标， 根据上述两项指标，混凝土路面的损坏状况分为四 个等级。 个等级。
加铺层结构设计
（3）接缝传荷能力和板底脱空状况调查评定 • 旧混凝土路面板的接缝传荷能力和板底空状况 采用落锤式弯沉仪或梁式弯沉仪进行调查和评定。 采用落锤式弯沉仪或梁式弯沉仪进行调查和评定。 • 以接缝传荷系数来衡量接缝的传荷能力：以标准 以接缝传荷系数来衡量接缝的传荷能力： 轴载一侧轮重（50kN） 轴载一侧轮重（50kN）施加于接缝一侧的面板边 接缝两侧边缘弯沉之比值称为接缝传荷系数。 缘，接缝两侧边缘弯沉之比值称为接缝传荷系数。
设计方法
新规范规定： 新规范规定：水泥混凝土路面结构设计以行 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。采用可靠度设计方法。 作为设计的极限状态。采用可靠度设计方法。 可靠度设计方法
γ r (σ pr +σtr ) ≤ fr
可靠度系数，依据目标可靠度 目标可靠度及 1、γγ－可靠度系数，依据目标可靠度及变异水 平等级选取 选取。 平等级选取。
加铺层结构设计
2．加铺方案及路面结构组合设计 结合式混凝土加铺层； 结合式混凝土加铺层； 分离式混凝土加铺层； 分离式混凝土加铺层； 薄层沥青混凝土加铺层； 薄层沥青混凝土加铺层； • 将旧砼板破碎成小块，加铺沥青混凝土结构层或新混凝土 将旧砼板破碎成小块， 板。 • 加铺层方案选择主要根据旧路面板损坏分级，接缝传荷能 加铺层方案选择主要根据旧路面板损坏分级， 力以及板底脱空的调查结论来确定， 力以及板底脱空的调查结论来确定，同时也应考虑原路面 结构的特点和交通预测状况作调整。 结构的特点和交通预测状况作调整。
加铺层结构设计
3．加铺层厚度设计及结构可靠度验算 • 旧混凝土路面加铺混凝土新结构层采用的设计方法与新建 混凝土路面的设计方法一样，即采用单轴双轮组100kN 100kN标 混凝土路面的设计方法一样，即采用单轴双轮组100kN标 准轴载作用下的弹性半空间地基有限大矩形薄板理论有限 元解， 元解，以路面板纵缝边缘荷载与温度综合疲劳弯拉应力为 设计指标进行路面板厚度设计，设计完成后， 设计指标进行路面板厚度设计，设计完成后，路面板的综 合疲劳应力应满足以目标可靠度为依据的极限平衡方程式。 合疲劳应力应满足以目标可靠度为依据的极限平衡方程式。
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
上级 上页 下页
§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；
上级 上页 下页
§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
上级 上页 下页
§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。
第十六章(08)路基路面工程教案
课题:沥青路面设计目的要求:掌握车辆荷载作用；环境因素对路面设计的影响；柔性路面设计的计算理论；柔性路面结构组合设计；我国现行柔性路面厚度设计方法；设计弯沉为指标的厚度设计法；了解结构层的剪拉应力计算；旧路改建设计。
教学重点:车辆荷载作用；环境因素对路面设计的影响；柔性路面设计的计算理论；柔性路面结构组合设计；我国现行柔性路面厚度设计方法；设计弯沉为指标的厚度设计。
教学难点:柔性路面设计的计算理论；柔性路面结构组合设计；我国现行柔性路面厚度设计方法；设计弯沉为指标的厚度设计法。
教学课时:6h教学方法:理论教学教学内容和步骤§16.1概述1．沥青路面：是在柔性基层、半刚性基层上，铺筑一定厚度的沥青路混合料作面层的路面结构。
2．沥青路面设计任务：确定经济合理的路面结构，使之能承受交通荷载和环境因素的作用，并满足承载能力、耐久性、舒适性、安全性的要求。
3．路面设计的内容：原材料的选择，混合料配合比设计和设计参数的确定（与测试），路面结构组合与厚度计算，路面结构的方案比选等。
对高速公路、一级公路还应包括路缘带、硬路肩、加减速车道、紧急停车带、收费站和服务区的场面设计以及路面排水系统的设计；对其它公路应包括路肩加固、路缘石和路面排水设计。
4．目前沥青路面设计方法①以经验或试验为依据的经验法；②以力学分析为基础，考虑环境、交通条件以及材料特性为依据的理论法。
我国沥青路面设计规范规定沥青路面设计理论以弹性层状体系统理为基础。
弹性层状体系是由若干个弹性层组成，上面各层具有一定厚度，最下一层为弹性半空间体。
§16.2 行车荷载汽车是道路的服务对象，也是使道路遭受损坏的主要原因，因此必须分析汽车的特性及其人对路面的作用，路面设计要考虑的车辆因素：1、车辆作用于路面的法向力，切向力的大小和特性；2、不同类型和轴载大小的车辆在路面使用年限内的变化情况和数量。
采用一定标准轴载BZZ－100(后轴重100KN,单轴双轮组)一、车辆的种类1、按其使用功能分：客车（小客车、中客车、大客车）货车(整车,牵扯引式挂车和牵引式半挂车)2、按轴型分：牵引车类：货与汽车发动机为一整体；牵引式半拖车类：通过铰接装置，在牵扯引车后附加拖车拖车类：在整车或牵扯引式半拖车类后附加拖车。
水泥混凝土路面施工设计
水泥混凝土路面施工设计水泥混凝土路面是指使用水泥作为主要胶凝材料，与石料、细集料和水按照一定比例混合制成的路面材料。
水泥混凝土路面具有强度高、耐久性强、施工方便等特点，广泛应用于各种道路、机场跑道、停车场等场所。
本文将对水泥混凝土路面的施工设计进行详细介绍。
一、基础处理在进行水泥混凝土路面施工之前，必须对基础进行处理。
首先，清除基础上的油污、灰尘等杂物，并保持基础表面干燥。
其次，进行基础的平整、压实和处理。
如果基础较为松软，可以采取填土加固的方式，提高基础的承载能力。
二、材料选用在水泥混凝土路面的施工过程中，需要选用合适的材料。
首先，选择优质的水泥，保证水泥的质量和稳定性。
其次，选择合适的石料、细集料和水，确保混凝土的强度和耐久性。
在选择石料时，应考虑石料的硬度、强度和颗粒分布等因素。
三、混合比设计水泥混凝土路面的混合比设计是路面施工的关键。
根据路面的设计要求和使用环境，确定合适的混合比。
混合比设计包括水灰比、石料、细集料和水的配合比例。
通过试验和实践，确定最佳的混合比，以保证混凝土的强度和耐久性。
四、施工工艺水泥混凝土路面的施工工艺主要包括浇筑、振实和养护。
首先，在施工之前，需要搭建好施工框架，确保混凝土的浇筑和振实工作能够顺利进行。
其次，在浇筑阶段，需要根据混凝土的流动性和稠度进行浇筑，确保整个路面的均匀性和密实性。
最后，在养护阶段，需要对新浇筑的水泥混凝土路面进行养护，保持路面的湿润和温度适宜，防止龟裂和开裂的产生。
五、质量控制在水泥混凝土路面施工的过程中，需要进行质量控制，确保路面的质量达到设计要求。
质量控制包括对原材料的检验、混凝土的强度试验、路面平整度的检测等。
通过对施工过程的全程监控和质量检验，确保施工质量和路面的使用寿命。
六、环境保护在水泥混凝土路面施工的过程中，需要注意环境保护问题。
首先，在施工现场周围设置挡土墙和护坡，防止施工期间的泥沙和污水流入附近的河流和水域。
其次，在施工过程中，减少噪音和粉尘的产生，保护周边环境。
16水泥混凝土路面设计 (2)资料
为了防止混凝土路面拱起、错台、接缝挤碎和唧泥，除了采 用排水基层、耐冲刷基层和增强接缝传荷能力外，还可加强日 常养护等。
二、水泥混凝土路面结构设计内容
1. 路面结构层组合设计 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(连续配筋、钢筋混凝土路面)的钢筋配筋率设计
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，并保证进入路面结构中的水的 排除。
2、路肩铺面可选用水泥混凝土面层或沥青面层。
3、路肩水泥混凝土面层的厚度通常采用与行车道面层等厚， 其基层宜与行车道基层相同。选用薄面层时，其厚度不宜小于 150mm，基层应采用开级配粒料。
Ns
ADTT 3000
ni (k p,ij pij )
i
j
kp,ij—各种轴型不同轴载级位的标准轴载当量换算系数； ni—每3000辆2轴6轮以上客、货车辆中i种轴型出现的次数； Pij—i种轴型j级轴载的频率(以分数计)
4.标准轴载累计当量作用次数
Ne
Ns
[(1 gr gr
)t
三、混凝土路面结构设计理论与方法力、温度应力分析方法为基本理 论，以混凝土路面板的弯拉应力作为极限状态和设计控制指 标。
采用温克勒地基模型或弹性半空间均质地基模型。
2. 我国
《公路水泥混凝土路面设计规范》JTG D40-2011: 以弹性半空间地基有限大矩形板模型为基础，以100KN单
普通混凝土面层一般为4～6m，面层板的长宽比不宜超过 1.30，平面尺寸不宜大于25m2；
碾压混凝土或钢纤维混凝土面层一般为6～10m；
水泥混凝土路面施工工艺全篇
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横缝－缩缝、胀缝、施工缝 胀缝－避免产生路面板在热天的拱胀和折断破坏，胀缝也能起
到缩缝的作用，真缝。设置胀缝位置：在邻近桥梁或其它固 定构筑物处、与柔性路面相接处、板厚改变处、隧道口、小 半径平曲线和凹形竖曲线纵坡变换处。
缺陷：薄弱环节；施工不便；传力杆设置不当（未能正确定 位）使胀缝处的混凝土碎裂；渗水；砂石进入胀缝后，造成 胀缝处板边挤碎、拱胀；引起行车跳动；填缝料又要经常补 充或更换。
③基层的检验与整修 混凝土路面板下基层的宽度、路拱与标 高、表面平整度和压实度。
④混合料配合比检验与调整 进行配合比设计及检验，选用水 泥用量最省、强度符合要求的最佳配合比。
⑤施工放样及机械准备 首先根据设计图纸恢复路中心线和混 凝土路面边线，在中心线上每隔20m设一中桩，同时布设曲 线主点桩及纵坡变坡点、路面板胀缝等施工控制点，并在路 边设置相应的边桩，重要的中心桩要进行拴桩。施工前必须 做好各种机械的检修工作，在保证主导机械发挥最大效率的 前提下，选用的配套机械应尽可能的少。 《路基路面工程》精品课程
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③细集料 混合料中小于5mm的细集料可采用天然砂、人工砂 或石屑。细集料颗粒要求坚硬耐磨，具有良好的级配，表面 粗糙而有棱角，清洁和有害杂质少，细度模数在2.5以上。
第十六章水泥混凝土路面设计
第⼗六章⽔泥混凝⼟路⾯设计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。
路基路面工程复习题
第一章总论一、填空1. 我国公路用土依据土的颗粒组成、塑性指标和有机质存在情况，可分为（巨粒土）﹑粗粒土）﹑（细粒土）﹑（特殊土）四类。
2．粉性土的毛细水上升速度快而且（高度大），水稳定性(差)。
3．公路路基用土按粒径划分为（巨粒）组、（粗粒）组和细粒组。
4. 公路要求路基路面具有的基本性能包括（承载能力）﹑（稳定性）﹑(耐久性)﹑（表面平整度）﹑（表面抗滑性能）。
6.公路自然区划是根据（道路工程特征相似原则）﹑（地表气候区划差异性原则）﹑（自然气候因素既有综合又有主导作用的原则）三个原则制定的。
7. 公路自然区划分（三）个级别，其中一级区划分（七个）区，二级区划的主要划分依据是（气候和地形）。
8. 路基干湿类型划分为（干燥）、（中湿）、（潮湿）和（过湿）四种。
9. 路基的干湿类型以（分界稠度）来划分。
对于原有公路，按不利季节（路槽底面以下80cm湿度内土的平均稠度）来确定，对于新建公路可以用（路基临界高度）作为判别标准。
三、选择1．用以下几类土作为填筑路堤材料时其工程性质由好到差的正确排列是（B ）。
A ．砂性土-粉性土-粘性土B ．砂性土-粘性土-粉性土C ．粉性土-粘性土-砂性土D ．粘性土-砂性土-粉性土2 ．在公路土中，巨粒土和粗粒土的分界粒径是（B ）。
A ．200mmB ．60,,C ．20mmD ．5mmm3 ．已知某路段预估路面厚度约30cm ，路面表层距地下水位的高度为1.65m，查得临界高度H1 =1.7~ 1.9m，H2 =1.2~ 1.3m，H3 =0.8~ 0.9m，则该路段干湿类型是（B）。
A．干燥B．中湿C．潮湿D．过湿4 ．新建公路路基干湿类型判断的依据是（C ）。
A．填方或挖方高度B．地表水及地下水位C．临界高度D．分界相对含水量7. 确定新建公路路基干湿类型的指标是（C）。
A、平均稠度B、平均相对含水量C、路基临界高度D、路基设计高度8 ．我国公路自然区划的一级区是按（A ）划分的。
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。
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第十六章 水泥混凝土路面设计
四、路面结构可靠度的计算 由公式（16-44）可知，只要知道了轴载作用次数和疲劳 寿命的分布函数，就可得到路面结构的可靠值。 1、路面疲劳寿命的分布 根据试验结果，混凝土弯曲疲劳寿命服从两参数的威布 尔分布。分布函数见（16-45）。按现行混凝土路面设计 规范的结构设计方法，路面疲劳寿命为混凝土抗折强度 和荷载应力及疲劳温度应力的函数，关系式为（16-46）。 2、累计当量标准轴载作用次数的分布 以采用对数正态分布假定为宜，其分布密度函数为（1647）
第十六章 水泥混凝土路面设计
成标准轴载的作用次数。 3、交通调查与轴载分析 通过分析调查交通量资料，提出设计车道的年平均日货 车交通量ADTT以及设计基准期内的交通量年平均增长率。 设计车道在设计基准期初期的标准轴载日作用次数按式 （16-3）计算。 4、标准轴载累计当量作用次数 通过式（16-4）确定； 5、混凝土路面交通等级划分 按设计基准期内设计车道临界荷位承受的标准轴载当量 累计作用次数分为4级，见表16-4。
第十六章 水泥混凝土路面设计
水泥混凝土路面的破坏类型主要有：断裂、唧泥、错台、 拱起、接缝挤碎等。 影响使用性能的因素是多方面的，混凝土路面结构设计 应以防止面层断裂为主要设计标准。 二、混凝土路面结构设计内容 1、路面结构层组合设计——应根据路的交通繁重程度， 结合当地环境条件和材料供应情况来进行。选择安排混 凝土路面的结构层次，包括土基、垫层、基层和面层的 结构层位，各层的结构类型、弹性模量和厚度。 2、混凝土面板厚度设计——应按照设计标准的要求，确 定满足设计年限内使用要求所需的混凝土面层的厚度。
第十六章 水泥混凝土路面设计
第二节 弹性地基板体系理论简介 一、小挠度弹性薄板的基本假设 研究弹性小挠度薄板在垂直于中面的荷载作用下的弯曲 时,通常采用下述三项基本假设： A、垂直于中面方向的应变极其微小，可以忽略不计； B、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； C、中面上各点无平行于中面的位移。 对于弹性地基薄板，板与地基的联系又采用如下假设： 1、在变形过程中，板与地基的接触面始终吻合，即板面 与地基表面的竖向位移是相同的； 2、在板与地基的接触面之间没有摩阻力，即接触面上的
第十六章 水泥混凝土路面设计
1、弹性地基上分离式双层板 计算公式（16-27），可见弹性地基分离式双层板的两层板间的弯矩 分配与两层板的刚度分配有关。
2、弹性地基上结合式双层板 其求解比分离式的复杂，由于上下层完全紧密结合，如同单层板一 样工作时，两层板只有一个中面，该中面的位置可根据作用于两板 横断面上内力之和为零的条件求得。上下层弯拉应力计算公式见 （16-32） 四、水泥混凝土路面温度应力分析
第十六章 水泥混凝土路面设计
路基沉降，路基沉降速率达不到限定要求时，决不能仓 促施工提前铺筑路面板。 四、混凝土路面结构设计理论与方法 把水泥混凝土路面板看作是支撑弹性地基上的小挠度弹 性板，用弹性地基板理论进行分析计算。 对地基采用不同的力学模型： 1、温克勒地基模型——地基如同由许多竖向紧密排列而 互不关联的线性弹簧所组成，地基顶面任一点的挠度仅 同作用于该点的压力成正比，而与其他点上的压力无关。 2、弹性固体地基模型——地基看作是均质的半无限连续 介质。地基顶面上任一点的挠度不仅同作用于该点的压 力有关，也同顶面其他点的压力有关。 3、巴斯特纳克地基模型——假设文克勒地基的弹簧单元 之间存在一定程度的剪切阻尼作用，类似于弹簧顶部与
第五节 水泥混凝土路面结构组合设计 一、面层混凝土板 面层应具有足够的强度、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、不配筋的普通 混凝土路面板。混凝土面板层的厚度取决于公路和交通 等级，可参照表16-17。 二、混凝土路面基层结构 应具有足够的抗冲刷能力和一定的刚度。各类基层的适 宜交通等级与适宜厚度范围见表16-19。 三、混凝土路面垫层结构 一般为应对路基的特殊需求而设置，分为防冻垫层、排 水垫层与加固垫层三类。
第十六章 水泥混凝土路面设计
五、路面结构的可靠性设计 为能考虑各设计参数变异性影响，可以通过引入一个可 靠度系数，将可靠度概念应用到考虑荷载应力和温度应 力综合疲劳作用的路面结构设计方法中，它不改变原设 计方法的步骤。 路面结构可靠度系数定义为疲劳方程求得的最大允许应 力与实际最大应力之比。
第十六章 水泥混凝土路面设计
1、胀缩应力 当气温缓慢变化时,板内温度均匀升降，则面板沿断面的深度均匀胀 缩，任一点的应变为式（16-33），则由边界条件，应力为式（1634）； 板被划分为有限尺寸的板块，板因变形受阻而产生的板内最大应力 出现于板长的中央，其值按公式（16-36）计算；
第十六章 水泥混凝土路面设计
2、翘曲应力 由于板的自重、地基反力和相邻板的钳制作用，使部分 翘曲变形受阻，从而使板内产生翘曲应力。 为分析该应力，作如下假设： 温度沿板断面呈直线变化、板和地基始终保持接触，不 计板重，从而导出了板仅受地基约束时的翘曲应力计算 公式。计算公式见（16-37）、（16-38）为方便计算，工 程中采用有限元计算。
第十六章 水泥混凝土路面设计
四、混凝土路面的路基结构 应满足稳定、密度、均质、耐久的要求。对路基土质的 要求很严，一般高液限粘土及含有机质细粒土均不能用 于高速公路和一级公路的路床填料，也不能用于二级和 二级以下公路的上路床填料。
第十六章 水泥混凝土路面设计
第六节 我国水泥混凝土路面设计方法 我国水泥混凝土路面设计方法采用单轴双轮组100KN标 准轴载作用下的弹性半空间地基有限大矩形薄板理论有 限元解为理论基础，以路面板纵缝边缘荷载与温度综合 疲劳弯拉应力为设计指标进行路面板厚度设计。 一、目标可靠度与疲劳极限状态方程式 见表16-20规定。 水泥混凝土路面结构设计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。极限状态方程 为（16-48）。 二、弯拉应力分析及厚度设计
第十六章 水泥混凝土路面设计
第四节 水泥混凝土路面可靠度设计 一、路面可靠度的定义和极限状态函数 路面可靠度广义定义：在设计使用年限内，在将遇到的 环境条件和荷载作用下，路面能够发挥其预期功能的概 率。 我国现行的混凝土路面设计规范采用的结构设计方法是 以混凝土路面板在车辆荷载应力和温度应力综合作用下， 在纵缝边缘中部出现纵向疲劳开裂作为临界损坏状态， 设计时以荷载应力和疲劳温度应力的叠加小于等于混凝 土疲劳强度作为设计标准。 路面可靠度定义：在设计使用年限内，在车辆荷载应力 和温度应力综合作用下，路面板纵缝中部不出现疲劳开
第十六章 水泥混凝土路面设计
裂的概率。
路面极限状态的函数为式（16-40）。在保持控制失效模 式的实质不变的前提下，也可采用路面结构疲劳寿命大 于等于累计当量标准轴载作用次数作为路面结构极限状 态函数。路面结构的可靠度可表示为（16-43） 二、路面结构的目标可靠度
是在满足高等级公路行驶安全和舒适性要求的前提下， 考虑道路初期费用，养护费用与用户费用对目标可靠度 的影响后综合确按现行规范设计方法所设计的路面 进行路面隐含可靠度的分析，以这些隐含可靠度作为目 标可靠度，则所设计的路面结构具有与原确定型设计方 法相同的可靠度水平。
第十六章 水泥混凝土路面设计
三、设计参数均值的取值和变异系数范围 设计参数有：设计年限内累计轴载作用次数，混凝土的 抗弯拉强度和弹性模量以及路面板厚度等。 1、设计年限内累计当量标准轴载作用次数 由使用初期当量轴次、年增长率和横向分布系数三个随 机变量决定。 2、混凝土的抗弯拉强度和弹性模量 见表16-11、16-12 3、路面板厚度 路面板厚度的变异系数见表16-13 4、基层和土基抗压回弹模量以及基层顶面综合回弹模量 见表16-14、16-12
第十六章 水泥混凝土路面设计
剪应力视为零。 二、挠曲面微分方程 按弹性力学知识，见式（16-8）～（16-10）
第十六章 水泥混凝土路面设计
第三节 水泥混凝土路面应力分析 一、温克勒地基板的荷载应力分析 威斯特卡德采用文克勒地基模型，分析了三种车轮荷载 位置下板的挠度和弯矩： 1、轮载作用于无限大板中央，分布于半径为R的圆面积 内，荷载中心处板底最大弯拉应力——计算公式（16-11） 2、荷载作用于板边缘中部，荷位下板底的最大弯拉应 力——计算公式（16-12） 3、荷载作用于板角隅，最大拉应力产生在板的表面离荷 载圆中心为X1的分角线上——计算公式（16-13）
第十六章 水泥混凝土路面设计
1、荷载应力分析 标准轴载在临界荷位处产生的荷载疲劳应力按式（16-49） 计算； 2、温度应力分析 在临界荷位处的温度疲劳应力按式（16-55）计算确定。 3、混凝土路面板厚度设计 考虑荷载应力和温度翘曲应力综合疲劳损坏作用的混凝 土面层厚度和板平面尺寸确定方法，可遵循如下设计步 骤： A、收集并分析交通参数；B、初拟路面结构； C、确定材料参数；D、计算荷载疲劳应力和温度应力； E、检验初拟路面结构；
第十六章 水泥混凝土路面设计
由不可压缩的梁或板单元组成的剪切层相联结，层内各 单元间由于横向剪切而变形。 弹性地基板在承受局部荷载作用时的挠度和应力分析， 可以采用数值法或解析法（主要是有限元法）。 五、混凝土路面交通等级 1、混凝土路面设计基准期 是计算路面结构可靠度时，考虑各项基本度量与时间关 系所取用的基准时间，也可理解为保证路面结构达到规 定可靠度指标的有效期间。通常参照表16-1选定。 2、标准轴载及轴载当量换算 不同轴－轮型和轴载的作用次数，应根据（16-1）换算
第十六章 水泥混凝土路面设计
3、混凝土面板的平面尺寸与接缝设计 4、路肩设计——高速公路和一级公路中间带和路肩路缘 带的结构应与行车道的混凝土路面相同，并与行车道部 分的混凝土板浇筑为整体。 5、混凝土路面的钢筋配筋率设计——当混凝土面板较长 或交通量较大时，发基有不均匀沉降或板的形状不规则 时，可沿板的纵向加设钢筋，在角隅处加设角隅钢筋或 钢筋网，以阻止可能出现的裂缝。 三、混凝土路面结构设计原则 1、根据使用要求及气候、水文、土质等自然因素，密切 结合本地区的实践经验，应保证工程的质量与耐久性。