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。

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（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。

水泥混凝土路面设计1标准轴载交通量分析高速公路设计基准期为30年，安全等级为一级，我国公路水泥混凝土路面 设计规范以汽车轴重为100kN 的单轴荷载作为设计标准轴载，表示为BZZ —100 凡前、后轴载大于40KN （单轴）的轴数均应换算成标准轴数，换算公式为：nP i 16N si 1^100)式中： N s — 100KN 的单轴一双轮组标准轴数的通行次数;R —各类轴一轮型；级轴载的总重（KN ）； n —轴型和轴载级位数；叫一各类轴一轮型i 级轴载的通行次 j —轴一轮型系数。

表1-1轴载换算结果式中： N e —标准轴载累计当量作用次数（日）；t —设计基准年限；g r — 交通量年平均增长率，由材料知，g r =0.05；n —临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，如下（表1-2），取0.20。

则设计年限内设计车道的标准轴载累计作用次数:N eN s [(1 g r )t 1] 365g表1-2 混凝土路面临界荷位车辆轮迹横向分布系数公路等级纵缝边缘处高速公路、一级公路、收费站0.17 〜0.22 / / ”行车道宽＞7m0.34 〜0.39二级及二级以下公路行车道宽＜7m0.54 〜0.62 N sni 1i N 喘）16=51®N e248 X104因为交通量100X104V 248X104＜ 2000X104次，故可知交通属于重交通等级。

2拟定路面结构由上述及表16-20知相应于安全等级一级的变异水平的等级为低级，根据高速公路重交通等级和低级变异水平等级查表16-17得初拟普通混凝土面层厚度大于240mm。

普通混凝土板的平面尺寸为宽4m,长4.5m，拟定各结构层厚：普通混凝土面层厚为250mm；基层选用水泥稳定粒料，厚为180mm;二级自然区划及规范知垫层为150mm的天然砂砾，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0Mpa，路基回弹模量为30Mpa ;低剂量无机结合稳定土垫层回弹模量去600Mpa；水泥稳定粒料基层回弹模量取1300Mpa。

路面设计说明4.1、主要技术指标车行道：双车道面层类型：水泥混凝土路面自然区划：本路段经过地区属中华人民共和国自然区划V2区设计标准轴载：双轮组单轴IOOkN横坡：时单向坡4.2、路面结构设计水泥险路面面层：水泥混凝土路面，厚度20cm。

调平层：级配碎石调平层，厚度4cm底基层：手摆片石，厚度16CIDO水泥混凝土路面设计基准期10年，设计基准期内车道所承受的标准轴载BZZ-IOO,累计作用次数为950932次，为中交通等级，基层顶面当量回弹模量146.2MPa,变异水平等级为中级，可靠度系数为106。

基层顶面竣工验收弯沉值1S=100.0（0.O1nun）土基顶面竣工验收弯沉值1S=310.0（0.O1mm）水泥混凝土设计抗弯（折）拉强度为4.5Mpa（抗压强度不小于30Mpa）,混凝土弯拉模量29GPa.水泥稳定粒料回弹模量为1500MPa,新建路基30Mpa o4.3、水泥混凝土面层组成设计设计以荷载应力和温度应力产生综合疲劳损坏作为设计标准，以纵缝边缘中部作为临界荷位，综合疲劳应力不高于水泥混凝土板的弯拉强度作为控制指标，对路面厚度进行了计算。

中湿段的路面总厚度不小于水泥混凝土路面的防冻最小厚度。

单车道路面混凝土基本板块尺寸为4.5mX4.5m（长X宽）。

水泥混凝土板厚均为20厘米，设计弯拉强度不小于 4.5MPa,路面面层弯拉弹性模量为Ec=29GPa,要求使用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和道路硅酸盐水泥，水泥标号为42.5号，所用石料必须满足有关规范对石料强度指标的技术要求，砂的细度模数宜在2.0-3.5之间。

路面的抗滑以构造深度不低于0.6mm,混凝土水灰比不大于0.46,掺用的外加剂应经配合比试验应符合要求后方可使用。

假缝上部的槽口用切缝机进行切割。

构造物横穿公路时，构造物顶面至板底距离小于120Cm时，其顶面及两侧各6m范围内的混凝土面板采用钢筋网补强。

⑴材料要求a.水引用水可直接作为混凝土搅拌和养护用水，对水质有疑问时,，应检验下列指标，合格者方可使用：硫酸盐含量小于等于270（⅛g∕1,含盐量不得小于等于3500mg∕1,PH值不得小于4.5,不得含有油污、泥和其他有害杂质。

取值0.353100050.150.000010.22700040.150.2200058204100207255752140.91.150.0570.0653.8729414.68352695267410.8341.270.0525混凝土板长L=5m最大温度梯度Tg=95℃/m面层与基层之间竖向接触刚度κn=3000MPa/m温度回归系数bt=1.27温度回归系数at=0.834温度回归系数ct=0.052基层疲劳应力系数κf 面路水泥混凝土面层水泥混凝土面层综合温度翘贫混凝土基层标设计参数板水泥稳定碎石底基层厚度h1=0.2m 水泥混凝土面层厚度hc=0.35m水泥混凝土面层弯拉弹性模量Ec=31000MPa 水泥混凝土面层弯拉强度标准值fcr=5MPa水泥混凝土面层泊松比v=0.15水泥混凝土面层线膨胀系数αc=0.00001贫混凝土基层厚度hb=0.2m贫混凝土基层弯拉弹性模量Eb=27000MPa 贫混凝土基层弯拉强度标准值fcb=4MPa水泥稳定碎石底基层回弹模量E1=2000MPa贫混凝土基层λ=0.065面层疲劳应力系数κf 贫混凝土基层泊松比v=0.15标准荷载Ps=100kN接缝传荷应力折减系数κr=0.9土基回弹模量E0=58MPa 最重荷载Pm=204kN 累计当量轴次Ne=20725575214次综合系数κc=1.15水泥混凝土面层λ=0.057计算过程计算结果结构极限判断Ex 2000hx 0.2α0.441546Et 276.9174Dc 113.3099Db 18.41432rg 0.944548σps 0.744268σpm 1.454729σbps 0.360201κf 3.872941κf 4.683526σpr 2.983396σp，max 1.505644σbpr1.940062r β0.156007ξ0.978698t 1.764513CL 0.85413BL 0.296046σt,max 1.525746κt 0.434911σtr0.663563可靠度系数r 面层疲劳应面层最大应基层疲劳应面层最大温度应力σt,max 温度疲劳应力系数κt 面层疲劳系数κf 基层疲劳系数κf 面层荷载疲劳应力σpr 面层最大荷载应力σp，max 基层荷载疲劳应力σbpr半刚性基层板弯曲刚度Db 路面结构总相对刚度半径rg土面层标准荷载在临界荷位产生的荷载应力σps 土面层最重荷载在临界荷位产生的荷载应力σpm 温度疲劳应力σtr温度翘曲应力和内应力的温度应力系数BL基层标准荷载在临界荷位产生的荷载应力σbps计算项目混凝土面板弯曲刚度Dc 板底地基综合当量回弹模量Et结构极限判断结算结果1.274.6316373.8498652.463878计算公式1.27系数rr=1.27疲劳应力最大应力疲劳应力。

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。