[工学]第十四章刚性路面设计

刚性路面工程的设计与施工技术随着城市化进程的加快和交通需求的不断增加，道路建设成为了一个不可回避的问题。

而刚性路面工程作为道路建设的重要组成部分，其设计与施工技术的优化和创新，对于保障道路的持久性和安全性具有重要意义。

本文将探讨刚性路面工程的设计与施工技术，包括材料选择、结构设计、施工工艺等方面的内容。

首先，刚性路面工程的材料选择是至关重要的。

目前常见的路面材料有水泥混凝土和沥青混凝土两种。

水泥混凝土具有较高的强度和耐久性，适用于承受重载和高频率交通的道路。

而沥青混凝土具有较好的柔性和防滑性能，适用于低速道路和轻型交通。

在材料选择上，需要根据道路的使用情况和环境条件进行合理选择，以确保道路的稳定性和耐久性。

其次，刚性路面工程的结构设计是决定道路性能的关键。

在结构设计上，需要考虑道路的荷载特性、地基土质、路面厚度等因素。

通过合理的结构设计，可以使路面承受荷载均匀分布，减小路面的应力集中，提高路面的抗压性和抗裂性。

同时，结构设计还应考虑下层材料的选择和摊铺方式，以确保整个路面结构的协同工作，减少破损和变形的可能性。

此外，刚性路面工程的施工工艺也影响着道路的质量和寿命。

在施工工艺上，需要注意以下几点。

首先是基层处理，即路面下的地基土层处理。

地基土层的稳定性和排水性对路面的影响很大。

在施工前，需要对地基土质进行测试和评估，合理选择加固材料和施工方法，以提高地基土层的稳定性。

其次是混凝土浇筑工艺。

混凝土浇筑过程中，需要注意浇筑温度，控制水灰比，采取合理的浇筑方式和振捣方法，以保证混凝土的均质性和致密性。

最后是养护工艺。

新铺设的刚性路面需要经过一段时间的养护，以确保混凝土的强度和抗裂性能。

养护工艺包括湿润养护、防脱颗粒养护等，需要根据实际情况采取相应措施。

此外，为了提高刚性路面的性能和使用寿命，还需要进行常规的养护和维修工作。

养护工作包括定期清理、疏通排水系统、检查路面平整度和裂缝情况等。

维修工作则包括定期补修路面破损和裂缝，根据实际情况采取相应的维修方法，以延长路面的使用寿命。

路基路面工程习题参看答案路基路面工程复习题参考答案（要点－结合要点阐述）（华南理工大学交通学院）1、对于综述题－需要结合要点阐述2、不完整的参见教案与课本第一章总论1、对路基路面的要求对路基基本要求：A 结构尺寸的要求，B 对整体结构（包括周围地层）的要求C 足够的强度和抗变形能力，D 足够的整体水温稳定性对路面基本要求(1)具有足够的强度和刚度(2)具有足够的水温稳定性(3)具有足够的耐久性和平整度(4)具有足够的抗滑性(5)具有尽可能低的扬尘性(6)符合公路工程技术标准规定的几何形状和尺寸2、影响路基路面稳定的因素－此章节内容需要学后再看水文水文地质气候地理地质土的类别3、公路自然区划原则3个4、路基湿度来源5、路基干湿类型的分类？一般路基要求工作在何状态？6、路基平均稠度和临界高度7、路面结构层位与层位功能面层：直接承受行车车轮作用及自然因素底作用，并将所受之力传递给下层，要求路面材料有足够的力学强度和稳定性，并要求表面平整、抗滑、防渗性能好。

基层：主要承受车辆荷载的竖向力，并把由面层传下来的应力扩散到垫层和土基，故必须有足够的力学强度和稳定性及平整度和良好的扩散应力性能。

垫层：起排水隔水、防冻和防污等多方面作用，而主要作用是调节和改善土基的水温状态，扩散由基层传递下来的荷载应力的作用。

8、各类路面的特点参见教案9、路面横断面由什么组成？高速公路、一般公路第二章行车荷载、环境因素、材料的力学性质1、什么叫标准轴载？什么叫当量圆？路面设计中将轴载谱作用进行等效换算为当量轴载作用的轴载。

（我国标准轴载为双轮组单轴重100KN的车辆，以BZZ-100表示）当量圆：椭圆形车辆轮胎面积等效换算为圆2、什么叫动载特性水平力振动力瞬时性3、自然因素对路面的影响主要表现在那些方面？温度及其温度变化水4、路基工作区？路基工作区－路基某一深处，车轮荷载引起的垂直应力与路基土自重应力引起的垂直应力相比所占比例很小，仅为1/10~1/5时，该深度范围内的路基5、回弹模量？K? CBR?回弹模量:土基在荷载作用下产生应力与与其相应的(可恢复)回弹变形比值；K:土基顶面的垂直压力与该压力下弯沉的比值。

路面设计原理与方法路面设计原理与方法1．柔性路面，刚性路面定义，结构特性，二者在设计理论与方法上有何主要区别在柔性基层上铺筑沥青面层或用有一定塑性的细粒土稳定各种集料的中、低级路面结构，因具有较大的塑性变形能力而称这类结构为柔性路面。

它的总体结构刚度较小，刚性路面采用波特兰水泥混凝土建造，用水泥混凝土作面层或基层的路面结构。

它的分析采用板体理论，不用层状理论。

板体理论是层状理论的简化模型。

它假设混凝土板是中等厚度的平板，其截面在弯曲前和弯曲后均保持平面形状。

如果车轮荷载作用在板中，无论是板体理论，还是层状理论均可采用，两者将得到几乎相同的弯拉应力和应变。

如果车轮荷载作用在板边，假定离板边距离小于0.61m（2ft），只能用板体理论分析刚性路面。

层状理论之所以适用于柔性路面而不适合于刚性路面，是因为水泥混凝土的刚性比HMA大得多，荷载分布的范围很大。

而且刚性路面有接缝存在，这也使得层状理论不能适用。

刚性路面和柔性路面不同，刚性路面可以直接铺设在压实的土基上，或者铺设在加铺的粒料或稳定材料层上。

柔性路面设计以层状理论为基础，假设各层在水平方向是无限的，且是连续的。

刚性路面由于板的刚度大和存在接缝，设计基础采用板体理论。

如果荷载作用在板中，层状理论同样也能用于刚性路面设计中。

2．机场道面、道路路面各有什么特点。

二者在功能和构造方面有什么主要区别？各自的设计原理与方法有什么相同点和不同点机场道面的功能性能包括平整度、抗滑性能(对于跑道和快滑道)、纵横坡和排水性能等。

道面使用要求：具有足够的结构强度表面具有足够的抗滑能力表面具有良好的平整度面层或表层无碎屑机场道面是指在民用航空运输机场飞行区范围内供飞机运行使用的铺筑在跑道、滑行道、站坪、停机坪上的结构物。

由于飞机运行方式对安全使用的要求高、飞机荷载重量和轮胎接地压力大于车辆荷载等原因，机场道面一般采用热拌热铺沥青混凝土。

最多采用的热拌沥青混凝土结构是连续式密级配沥青混凝土，也有少数OGFC，SMA的应用也较为广泛。

刚性路面设计方案刚性路面设计方案是一种将混凝土作为路面材料的道路设计方案，具有高强度、耐久性强、适用于高交通流量等特点。

下面是一个700字的刚性路面设计方案：设计方案概述：本设计方案旨在为道路提供一种高强度、耐久性强的刚性路面材料，以满足高交通流量的需求。

采用了混凝土作为路面材料，同时结合了合适的路基结构和路面厚度，以确保道路的稳定性和安全性。

1. 道路设计参数：- 设计交通流量：每天4000辆- 设计车辆类型：中等重型载货车- 设计寿命：20年2. 路基设计：- 路基宽度：根据道路设计交通流量确定，保证良好的车辆通行能力- 路基材料：采用适当的岩石、土壤填料，保证路基的稳定性- 路基坡度：根据道路地势和水平曲线来确定，确保水流自然排放3. 路面设计：- 路面厚度：根据设计车辆类型和交通流量来确定，保证路面的强度和耐久性- 路面材料：选择高强度混凝土，确保路面的承载能力和耐久性- 路面排水：通过合适的横断面坡度和纵向坡度，确保水流顺畅排放4. 路面施工：- 路面基层施工：首先进行路基平整和压实，然后再进行基层混凝土的浇筑和振捣，确保基层的密实性- 路面面层施工：在基层完全凝固后，进行面层混凝土的浇筑和振捣，确保路面的平整度和强度- 路面养护：在路面施工完成后，进行适当的养护保养，如浇水保湿、定期修补等，以延长路面使用寿命5. 路面维护：- 定期巡检：定期巡视路面状况，及时发现并修补路面破损，防止进一步恶化- 清理杂物：定期清理路面上的杂物，如石头、沙子、积水等，保持路面的干净整洁- 路面修复：对路面出现的裂缝、坑洼等进行及时修复，确保车辆通行的平稳性和安全性通过以上的设计方案，可以为道路提供一种高强度、耐久性强的刚性路面材料，以适应高交通流量的需求。

同时，在施工和维护过程中，需要加强监督和管理，以确保路面的质量和安全性。

为了延长路面的使用寿命，还需要加强路面维护和修复的工作，保持路面的平稳和安全。

路面设计原理与方法1．柔性路面，刚性路面定义，结构特性，二者在设计理论与方法上有何主要区别在柔性基层上铺筑沥青面层或用有一定塑性的细粒土稳定各种集料的中、低级路面结构，因具有较大的塑性变形能力而称这类结构为柔性路面。

它的总体结构刚度较小，刚性路面采用波特兰水泥混凝土建造，用水泥混凝土作面层或基层的路面结构。

它的分析采用板体理论，不用层状理论。

板体理论是层状理论的简化模型。

它假设混凝土板是中等厚度的平板，其截面在弯曲前和弯曲后均保持平面形状。

如果车轮荷载作用在板中，无论是板体理论，还是层状理论均可采用，两者将得到几乎相同的弯拉应力和应变。

如果车轮荷载作用在板边，假定离板边距离小于0.61m（2ft），只能用板体理论分析刚性路面。

层状理论之所以适用于柔性路面而不适合于刚性路面，是因为水泥混凝土的刚性比HMA大得多，荷载分布的范围很大。

而且刚性路面有接缝存在，这也使得层状理论不能适用。

刚性路面和柔性路面不同，刚性路面可以直接铺设在压实的土基上，或者铺设在加铺的粒料或稳定材料层上。

柔性路面设计以层状理论为基础，假设各层在水平方向是无限的，且是连续的。

刚性路面由于板的刚度大和存在接缝，设计基础采用板体理论。

如果荷载作用在板中，层状理论同样也能用于刚性路面设计中。

2．机场道面、道路路面各有什么特点。

二者在功能和构造方面有什么主要区别？各自的设计原理与方法有什么相同点和不同点机场道面的功能性能包括平整度、抗滑性能(对于跑道和快滑道)、纵横坡和排水性能等。

道面使用要求：具有足够的结构强度⏹表面具有足够的抗滑能力⏹表面具有良好的平整度⏹面层或表层无碎屑机场道面是指在民用航空运输机场飞行区范围内供飞机运行使用的铺筑在跑道、滑行道、站坪、停机坪上的结构物。

由于飞机运行方式对安全使用的要求高、飞机荷载重量和轮胎接地压力大于车辆荷载等原因，机场道面一般采用热拌热铺沥青混凝土。

最多采用的热拌沥青混凝土结构是连续式密级配沥青混凝土，也有少数OGFC，SMA的应用也较为广泛。

一、刚性路面的AASHTO 法刚性路面设计指南是与柔性路面设计指南同时编制完成的，并且公布在同一手册中。

设计是根据AASHTO 道路试验和进一步理论和经验修正的经验方程来进行的。

本节仅介绍厚度设计。

钢筋和拉杆的设计与4.3.2节所述相类似，这里不作介绍。

一、设计方程式由AASHTO 道路试验推导的刚性路面基本方程式，与柔性路面的方程形式相同，只是回归常数值有区别。

后来对次方程式作了修正，包括了原先AASHTO 道路试验没有考虑的许多变量。

一、初始方程式与柔性路面相似，回归方程式为：(log log )t t G W βρ=-5.20128.463.5223.63()100(1)L L D L β+=++122log 5.857.35log(1) 4.62log() 3.28log D L L L ρ=++-++式中：log[(4.5)/(4.5 1.5)]t t G p =--，这里4.5为AASHTO 道路试验时刚性路面的初始服务能力，该值与柔性路面的4.2不同。

t p 为时间t 时的服务能力，D=板厚，用以代替柔性路面的SN 。

对于80KN 当量单轴荷载，1L =18，2L =1，1878.46log[(4.5)/(4.5 1.5)]log 7.35log(1)0.061 1.62410/(1)t t p W D D --=+-++⨯+（12-12）式中：18t W 为到时间t,80KN 单轴荷载的作用次数。

此式适用于具有下列条件的AASHTO 道路试验的路面：混凝土弹性模量29c E GPa=，混凝土抗弯拉强度 4.8c S M Pa =，地基反映模量316/k MN m =，传荷系数J=3.2和排水系数 1.0d C =。

二、修正方程式为了考虑与道路试验不同的其它条件，必须按经验和理论对上式进行修正。

将道路试验路面量测的应变计算所得应力，与理论解作比较之后，AASHTO 选用角隅加荷的史盼格勒方程。

道面设计原理与方法路面类型一般按路面所使用的主要材料划分，如水泥混凝土路面、沥青路面、砂石路面等。

但在进行路面结构设计时，主要从路面结构的力学特征出发，将路面划分为柔性路面和刚性路面。

刚性路面（rigid pavement）指的是刚度较大、抗弯拉强度较高的路面。

一般指水泥混凝土路面。

水泥混凝土的强度高，与其他筑路材料比较，其抗压强度、抗弯拉强度和弹性模量较其他各种路面材料要大得多，故呈现出较大的刚性。

在行车荷载作用下，水泥混凝土结构层处于板体工作状态，竖向弯沉较小，路面结构主要靠水泥混凝土板的抗弯拉强度承受车辆荷载，通过板体的扩散分布作用，传递给基础上的单位压力较柔性路面要小得多。

具有较强的扩散应力能力。

另外，用水泥、石灰、粉煤灰等无机结合料稳定土或碎(砾)石来修筑的基层，通常称为半刚性基层。

此类基层初期强度和刚度较小，其强度和刚度随龄期增长，所以后期体现出刚性路面的特性，但最终强度和刚度仍远小于刚性路面。

用半刚性基层修筑的沥青类路面称为半刚性基层沥青路面，这类路面的设计仍然采用柔性路面理论来设计。

柔性路面（flexible pavement）指的是刚度较小、抗弯拉强度较低，主要靠抗压、抗剪强度来承受车辆荷载作用的路面。

总体结构刚度较小，在行车荷载作用下的弯沉变形较大，路面结构本身抗弯拉强度较低，它通过各结构层将车辆荷载传递给土基，使土基承受较大的单位压力，路基路面结构主要靠抗压强度和抗剪强度承受车辆荷载的作用。

这样的路面叫柔性路面。

柔性路面主要包括各种未经处理的粒料基层和各类沥青面层、碎(砾)石面层或块石面层组成的路面结构。

因沥青混合料在配合比设计中有空隙率的考虑，高温环境下，碎石作为骨架基本不动，其他的细微膨胀由预留的空隙消化，即使多年的路面，空隙完全闭合，膨胀量也可以由沥青向上发展消化。

更重要的是柔性路面的“柔”，其本身就有一定的低温抗裂性能，这也是柔性路面优势之一，而且低温环境下发生的部分细微裂缝在高温环境下也能自身愈合。

高速公路水泥混凝土路面设计实例一、轴载换算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。

（1） ; （2）（3）；（4）Ns——100KN的单轴-双轮组标准轴载的作用次数；Pi-—单轴-单轮、单轴—双轮组或三轴-双轮组轴型级轴载的总重（KN）；——轴型和轴载级位数;——各类轴型级轴载的作用次数;——轴—轮型系数，单轴—双轮组时，=1;单轴-单轮时，按式（2)计算；双轴-双轮组时,按式（3）计算;三轴-双轮组时,按式（4）计算.轴载换算和等于40KN（单轴）和80KN（双轴）的轴载可略去。

调查分析双向交通的分布情况，选取交通量方向分布系数，一般取0.5,车道数为6，所以交通量车道分布系数取0.6.Ns=∑0.5×0.6×5693。

4073=1708。

02次查《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40—2002)》，此路面属重交通,设计使用年限为30年。

由《公路水泥砼路面设计规范（JTG D40-2002）》取轮迹横向分布系数为0.22,可计算得到设计年限内标准轴载累计作用次数Ne为：二、路面板厚度计算路基的强度和稳定性同路基的干湿状态有密切关系，并在很大程度上影响路面结构的设计，路基按干湿状态不同，分为四类：干燥、中湿、潮湿和过湿。

为了保证路基路面结构的稳定性一般要求路基处于干燥或中湿状态，当处于过湿状态时，路基不稳定，冰冻区春融翻浆,非冰冻区弹簧，路基经处理后方可铺筑路面.下面对潮湿、中湿、干燥3种状态分别讨论。

（一）干燥状态1、初拟路面结构查《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40—2002)》表4.4.6，初拟普通水泥混泥土路面层厚度为h=0.26m, 基层选用水泥稳定碎石（水泥用量为5％），厚为h 1=0.22m.底基层厚度为h2=0。

20m的级配碎石。

普通水泥混凝土板的平面尺寸宽为3。

75m,长为5.0m。

路⾯结构设计计算书（有计算过程的）公路路⾯结构设计计算⽰例⼀、刚性路⾯设计1）轴载分析路⾯设计双轮组单轴载100KN⑴以设计弯沉值为指标及验算⾯层层底拉⼒中的累计当量轴次。

①轴载换算：161100∑=?=ni i i i s P N N δ式中：sN ——100KN 的单轴—双轮组标准轴载的作⽤次数；iP —单轴—单轮、单轴—双轮组、双轴—双轮组或三轴—双轮组轴型i 级轴载的总重KN ；i N—各类轴型i 级轴载的作⽤次数； n —轴型和轴载级位数；i δ—轴—轮型系数，单轴—双轮组时，i δ=1；单轴—单轮时，按式43.031022.2-?=i i P δ计算；双轴—双轮组时，按式22.051007.1--?=i i P δ；三轴—双轮组时，按式22.081024.2--?=i i P δ计算。

注：轴载⼩于40KN 的轴载作⽤不计。

②计算累计当量轴次根据表设计规，⼀级公路的设计基准期为30年，安全等级为⼆级，轮迹横向分布系数η是0.17~0.22取0.2，08.0=r g ，则[][]362.69001252.036508.01)08.01(389.8343651)1(30=??-+?=?-+=ηr t r s e g g N N 其交通量在44102000~10100??中，故属重型交通。

2）初拟路⾯结构横断⾯由表3.0.1，相应于安全等级⼆级的变异⽔平为低~中。

根据⼀级公路、重交通等级和低级变异⽔平等级，查表4.4.6 初拟普通混凝⼟⾯层厚度为24cm ，基层采⽤⽔泥碎⽯，厚20cm ；底基层采⽤⽯灰⼟，厚20cm 。

普通混凝⼟板的平⾯尺⼨为宽3.75m ，长5.0m 。

横缝为设传⼒杆的假缝。

3）确定基层顶⾯当量回弹模量tc s E E ,查表的⼟基回弹模量a MP E 0.350=，⽔泥碎⽯a MP E 15001=，⽯灰⼟a MP E 5502= 设计弯拉强度：acm MP f 0.5=，ac MP E 4101.3?=结构层如下：⽔泥混凝⼟24cm ⽔泥碎⽯20cm ⽯灰⼟20cm×按式（B.1.5）计算基层顶⾯当量回弹模量如下：a x MP h h E h E h E 102520.020.055020.0150020.022222221222121=+?+?=++= 12211221322311)11(4)(1212-++++=h E h E h h h E h E D x1233)2.055012.015001(4)2.02.0(122.0550122.01500-?+?++?+?=)(700.4m MN -=m E D h x x x 380.0)10257.412()12(3131=?==165.4)351025(51.1122.6)(51.1122.645.045.00=-=-?=--E E a x786.0)351125(44.11)(44.1155.055.00=?-=-=--E E b xa x bx t MP E E E ah E 276.212)351025(35386.0165.4)(31786.03100===式中：t E ——基层顶⾯的当量回弹模量，aMP ；0E ——路床顶⾯的回弹模量，x E ——基层和底基层或垫层的当量回弹模量， 21,E E ——基层和底基层或垫层的回弹模量， x h ——基层和底基层或垫层的当量厚度， x D ——基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度， 21,h h ——基层和底基层或垫层的厚度， b a -——与E E x有关的回归系数普通混凝⼟⾯层的相对刚度半径按式（B.1.3-2）计算为： ()m E E h r tc679.0)276.21231000(24.0537.0)(537.03131=??==4）计算荷载疲劳应⼒p σ按式（B.1.3），标准轴载在临界荷位处产⽣的荷载应⼒计算为： a ps MP h r 060.124.0679.0077.0077.026.026.0=??==--σ因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能⼒的应⼒折减系数87.0=r K 。

刚性路面的设计与施工技术在现代城市化的发展过程中，交通基础设施的建设起到了非常重要的作用。

道路是城市的血脉，而刚性路面作为道路的重要组成部分，直接影响着交通的安全性和顺畅性。

因此，对于刚性路面的设计与施工技术必须引起足够的重视。

一、刚性路面的设计刚性路面的设计是确保道路安全和使用寿命的关键。

在进行设计之前，需要全面考虑以下几个方面。

首先是交通状况和预计的交通流量。

交通流量是刚性路面设计的重要参数，它会直接影响路面的厚度和强度要求。

不同的道路等级和车辆类型都具有不同的交通流量，因此需要依据实际情况而定。

其次是地质条件和基础稳定性。

刚性路面的设计需要考虑到地下土壤的承载力和稳定性，以确保路面的正常使用。

对于土质较差且基础不稳定的地区，需要采取一系列的处理措施，如土壤改良和增强，以提高路面的稳定性。

此外，还需要考虑到环境因素和气候条件。

道路所处的环境和气候条件会对刚性路面产生不同的影响。

例如，高温和低温导致路面的膨胀和收缩，容易造成路面的开裂和破损。

在设计中需要选用适当的材料和结构，以应对不同的环境和气候条件。

二、刚性路面的施工技术刚性路面的施工技术是保证道路质量的关键。

在进行施工之前，需要做好周密的准备工作。

首先是基础处理。

基础处理是确保刚性路面稳定性的关键。

在进行施工之前，需要对地基进行充分的开挖和平整，确保没有松散物或其他障碍物。

如果地基存在较大的不均匀沉降或水分问题，还需要进行适当的加固和排水处理。

其次是混凝土浇筑。

混凝土作为刚性路面的主要材料，其质量和施工过程至关重要。

在进行混凝土浇筑时，需要注意控制好砂浆的水灰比和搅拌时间，以确保混凝土的强度和耐久性。

另外，还需要合理安排施工工艺，避免混凝土的开裂和收缩。

另外，还需要注意施工工艺和质量控制。

在刚性路面的施工中，需要遵循一系列标准和规范，确保施工质量。

例如，需要控制好混凝土浇筑的温度和湿度，防止开裂和破损。

同时，还需要进行适当的养护和维修，延长路面的使用寿命。