1、路面工程課程設計長 沙 學 院課程設計說明書題目水泥混凝土路面設計系(部)土木工程專業(班級)09路橋 2班姓名王益凱學號2009113232指導教師匡希龍起止日期2012.11.1 2011.11.5長沙學院課程設計鑒定表姓名王益凱學號2009113232專業09路橋班級二班設計題目水泥混凝土路面設計指導教師匡希龍指導教師意見：評定等級： 教師簽名： 日期： 答辯小組意見：評定等級：答辯小組長簽名：日期：教研室意見：教研室主任簽名： 日期： 系（部）意見：系主任簽名：日期：說明課程設計成績分“優秀”、“良好”、“及格”、“不及格”四類；目 錄一、課程設計題目4二、課程設計目的4三、課程設計內

2、容4四、路石厚度計算51、交通分析52、初擬路面結構53、路石材料參數確定64、荷載疲勞應力85、溫度疲勞應力86、檢驗初擬路面結構107、接縫設計107.1縱向接縫107.2橫向接縫118、混凝土面板鋼筋設計118.1邊縫補強設計118.2角隅鋼筋129、材料用量計算129.1面層129.2基層139.3墊層1410、施工要求說明1411、參考文獻1512、附圖16一、 課程設計的題目水泥混凝土路面設計：公路自然區劃區擬建一條一級公路，路基為粘質土，采用普通混凝土路面，路面寬9m，經交通調查得知，設計車道使用初期軸荷載日作用次數為5500。試設計該路面結構。二、 課程設計的目的通過課程設計鞏

3、固和加深所學的專業知識，熟悉相關的設計規范和施工規范，掌握實際工程結構設計的全過程。使學生將所學的專業基礎和專業課只是在課程設計過程中有機的聯系在一起，為進行實際的工程設計奠定基礎。要求學生在課程設計之后對相關的設計規范、施工和試驗規范等有比較系統和全面的了解，綜合解決水泥混凝土路面結構設計中的實際問題，深入理解水泥混凝土路面的設計理論，掌握設計方法。三、設計內容（主要技術關鍵的分析、解決思路和方案比較等）1、結構組合設計；2、材料組成設計；3、混凝土板厚的確定；4、板的平面尺寸確定；5、接縫設計；6、配筋設計；7、材料用量計算；8、施工要求說明；9、設計圖紙為A3路面結構詳圖一張（手工繪制）

4、，要求整潔、規范、圖幅和數量符合要求。10、附參考文獻路石厚度計算公路自然區劃區擬新建一條一級公路，路基為粘質土，采用普通混凝土路面，路面寬9米。經交通調查得知，設計車道使用初期標準軸載日作用次數為6500。設計中參數表格均依據公路水泥混凝土路面設計規范（JTG D40-2002）表1-11.交通分析可靠度設計標準公路技術等級高速公路一級公路二級公路三、四級公路安全等級一級二級三級四級設計基準期30302020目標可靠度（%）95908580目標可靠指標1.641.281.040.84變異水平等級低低中中中高表1-2表1-1混凝土路面臨界荷位車輛輪跡橫向分布系數公路等級縱縫邊緣處高速公路、一級

5、公路、二級公路0.170.22二級及二級以下公路行車道寬7m0.340.390.540.62行車道寬7m表1-3公路混凝土路面交通分級交通等級特重重中等輕設計車道標準軸載累計作用次數Ne（104）2000100200031003由表1-1知，一級公路的設計基準期為30年，安全等級二級。由表1-2知，臨界荷位處得車輛輪跡橫向分布系數取0.20取交通量年平均增長率為5%。則設計基準期內設計車道標準荷載累計作用次數為： 3.15107（次）2.0107（次）由表1-3知屬于特重交通等級。2.初擬路面結構 由表1-1知，安全等級為一級的道路對應的變異水平等級為中級。根據一級公路、特重交通等級和中級變異

6、水平等級，由表2-1知，初擬普通混凝土面層厚度為0.3m。基層選用瀝青混凝土（中粒式1.5cm）基層，厚0.05m。墊層為0.15m石灰粉煤灰土。普通混凝土板的平面尺寸長為4.0m、寬4m；縱縫為設拉桿平縫，橫縫為設傳力桿的假縫。中間帶為1.5m，路綠帶寬0.5m，中央分隔帶0.5m。每幅路面寬3.75m。 路面結構如下圖2-1所示：表2-1水泥混凝土面層厚度的參考范圍交通等級特重重公路等級高速一級二級高速一級二級變異水平等級低中低中低中低中面層厚度（mm）260250240270240260230250220交通等級中等輕公路等級二級三、四級三、四級三、四級變異水平等級高中高中高中面層厚度（

7、mm）240210230200220200230220表3-13.路面材料參數確定混凝土彎拉強度標準值fr交通等級特重重中等輕水泥混凝土的彎拉強度標準值（MPa）5.05.04.54.0鋼纖維混凝土的彎拉強度標準值（MPa）6.06.05.55.0表3-2水泥混凝土彎拉彈性模量經驗參考值彎拉強度（MPa）1.01.52.02.53.0抗壓強度（MPa）5.07.711.014.919.3彎拉彈性模量（MPa）1015182123彎拉強度（MPa）3.54.04.55.05.5抗壓強度（MPa）24.219.735.841.848.4彎拉彈性模量（MPa）2527293133表3-3穩定粒料基層

8、和土基彎拉強度和抗壓回彈模量項目抗彎拉強度抗壓回彈模量（MPa）水泥穩定粒料1.013001600二灰穩定粒料1.013001600土基3080表3-4材料類型回彈模量（MPa）材料類型回彈模量（MPa）中、粗砂80100石灰粉煤灰穩定粒料13001700天然砂礫150200水泥穩定粒料13001700未篩分碎石180220瀝青碎石（粗粒式，20）600800級配碎礫石（墊層）200250瀝青混凝土（粗粒式，20）8001200級配碎礫石（基層）250350瀝青混凝土（中粒式，20）10001400石灰土200700多孔隙水泥碎石（水泥劑量9.5%11%）13001700石灰粉煤灰土60090

9、0多孔隙瀝青碎石（20，瀝青含量2.5%3.5%）600800墊層和基層材料回彈模量經驗參考值范圍按表3-1和表3-2，取普通混凝土面層的彎拉強度標準值為5.0MPa，相應彎拉彈性模量標準值為31GPa。按表3-3，路基土回彈模量取30MPa。按表3-4，石灰粉煤灰土墊層回彈模量取800MPa，瀝青混凝土基層回彈模量取1000MPa。則有：基層頂面當量回彈模量計算如下：普通混凝土面層的相對剛度半徑按下式計算為4.荷載疲勞應力綜合系數 表4-1公路等級 高速公路 一級公路 二級公路 三、四級公路 1.30 1.25 1.20 1.10 標準軸載在臨界荷位處產生的荷載應力計算為： 因縱縫為設拉桿平

10、縫，按縫傳荷能力的應力折減系數。考慮設計基準期內荷載應力疲勞作用的疲勞應力系數=。根據公路等級和表4-1，考慮偏載和動載等因素對路面疲勞損壞影響的綜合系數為。 則荷載疲勞應力為5.溫度疲勞應力最大溫度梯度標準值 表5-1公路自然區劃 、最大溫度梯度（0C/m）8388 9095 8692 9398由表5-1，區最大溫度梯度為88（0C/m），板長為4m，l/r=4.0/1.29=3.1,則當混凝土板厚度為h=0.3m時，查下圖5-1可得Bx=0.15。則有最大溫度梯度時混凝土板的溫度翹曲應力為回歸系數a，b和c 表5-2系數公路自然區劃分a0.8280.8550.8410.8710.8370.

11、834b0.0410.0410.0580.0710.0380.052c1.3231.3551.3231.2871.3821.270溫度疲勞應力系數，按下式計算，根據表5-2知，自然區劃區中，回歸系數=0.828，b=0.041，c=1.323，為則溫度疲勞應力為6.檢驗初擬路面結構可靠度系數 表6-1變異水平等級目標可靠度（%）95908580低1.201.331.091.161.041.08中1.331.501.161.231.081.131.041.07高1.231.331.131.181.071.11由表1-1知，一級公路的安全等級為二級相應于二級安全等級的變異水平等級為中級，不表可靠度

12、為90%。再據插得的目標可靠度和安全等級，由表6-1知，可靠度系數為。則：因而，所選普通混凝土面層厚度（0.3m）可以承受設計基準期內荷載應力和溫度應力的綜合疲勞作應。7. 接縫設計混凝土面層是由一定厚度的混凝土面板組成的，具有熱脹冷縮的性質。由于一年四季氣溫的變化，混凝土板會產生不同程度的膨脹和收縮。而在一晝夜后，白天氣溫升高，混凝土板頂面溫度較低面為高，這種溫度坡差會使板的中部形成隆起的趨勢。夜間氣溫降低，混凝土板頂面溫度較低面為低，會使板的周圍和角隅發生翹起的趨勢。這種變形會受到面板與基礎質檢的摩阻力和黏結力，以及板自重和車輪荷載等得約束，致使板內產生過大的應力，造成板的斷裂或拱脹等破壞

13、。為了避免這些缺陷，水泥混凝土路面不得不在縱橫兩個方向設置許多接縫。把整個路面分割成為許多板塊。水泥混凝土路面的接縫可分為縱縫和橫縫兩大類。與路線中線平行的接縫為縱縫，與路線垂直的接縫為橫縫。接縫設計應能：控制收縮應力和翹曲應力所引起的裂縫出現的位置；通過接縫提供足夠的荷載傳遞；防止堅硬的雜物落入接縫縫隙內。7.1 縱縫接縫 縱向接縫的布設視路面寬度和施工鋪筑而定：因一次鋪筑寬度小于路面寬度，設置縱向施工縫?？v向施工縫采用平縫形式，上部鋸切槽口，深度為30mm，寬度為8mm，槽內灌塞填縫料。 縱向接縫的拉桿采用螺紋鋼筋，設在板厚的中央，并對拉桿中部100mm范圍內做防銹處理，拉桿直徑為10mm

14、，長度為700mm，間距為700mm。最外側拉桿距橫向接縫距離為100mm。構造如下圖7-1所示：圖71 設拉桿平縫（單位：mm）7.2 橫縫接縫 每日施工結束或因臨時原因中斷施工時，必須設置橫向施工縫，其位置應盡可能選在縮縫或脹縫處。施工縫采用加傳力桿的平縫形式。橫向縮縫采用假縫等間距設置。 傳力桿采用光面鋼筋，傳力桿直徑為32mm，長度為450mm，間距為300mm。最外則拉桿距自由邊的距離為150mm。 橫向接縫的細部構造見下圖7-2所示：圖72 設傳力桿平縫（單位：mm）8.配筋設計 混凝土面板縱橫自由邊邊緣下的基礎，當有可能產生效大的塑性變形時，宜在板邊緣加設邊緣補強鋼筋，角隅加設發

15、針形鋼筋或鋼筋網。8.1 邊緣補強鋼筋 混凝土面板邊緣部分的補強，選用2根12mm的螺紋鋼筋，箍筋采用直徑6mm光圓鋼筋，設在距板底邊緣的70mm處，兩根鋼筋間距為100mm。為加強錨固能力鋼筋兩端向上彎起45度，構造如圖8-1所示：圖81 邊緣鋼筋（單位：mm）8.2角隅鋼筋 角隅鋼筋部分的補強，選用2根直徑為12mm的螺紋鋼，布置在板的上部，距板頂50mm，距板邊100mm，如下圖8-2所示。鋼筋保護層的最小厚度不應小于50mm。9材料用料計算 9.1面層 混凝土面板直接承受行車荷載和自然因素的作用，并直接體現使用的功能的好壞，同時又是混凝土路面的承重結構?；炷撩姘寰捅ＷC表面平整、耐磨、

16、抗滑。就滿足以下要求。（1） 混凝土的彎拉強度應滿足表3-1的要求。（2） 有足夠的表面平整度?；炷谅访娴钠秸纫?m直尺量測為準，3m直尺與路面表面之間的最大間隙，高速公路和一級公路不應大于3mm；其他各級公路不應大于5mm；混凝土路面的平整度也可用平整度儀測定。（3） 有足夠的抗滑性?；炷谅访娴目够砸詷嬙焐疃龋═D）為指標。其竣工驗收值，對高速公路和一級公路不應低于0.8mm，對其他各級公路不應低于0.6mm，對年降雨量在500mm以下的地區，可適當降低?；炷撩姘宓臋M斷面一般采用等厚式，其厚度和平面尺寸應符合公路水泥混凝土路面設計規范（JTG D402002）的有關規定。本段路面混

17、凝土選用C30普通混凝土，查定額可得 面層材料統計表 表91材料32.5級水泥中（粗）砂碎石（4cm)16螺紋鋼筋6光圓鋼筋用量1038.222t1266.732 m32286.036 m35.8t6.491t單價（元/噸）320605534003300金額（元）332231759971257321972021420由上表9-1可得面層費用為575100元9.2基層混凝土面板下設置基層，不僅為混凝土面板提供均勻而穩定的支承，且能防止唧泥、錯臺、凍脹等病害，從而保證路面的整體性，延長路面的使用壽命。因此，除非土基本身就是有良好級配的砂礫類土，而且是有良好排水條件的輕交通之外，都應設置基層。同時，

18、基層應具有足夠的剛度和穩定性，且斷面正確，表面平整。理論計算和實踐都已證明，采用整體性好，具有較高的彈性模量的材料修筑基層，可以確?；炷谅访媪己玫氖褂锰匦院脱娱L路面的使用壽命?；鶎硬牧蠎鶕煌ǖ燃墸數貤l件和經濟性等因素選用貧混凝土、瀝青混合料、水泥穩定土、石灰穩定工業廢渣、級配碎(礫)石、填跟碎石等。由于石灰穩定土的強度較低，在特重和重交通的公路上，或冰凍地區潮濕路段及其他地區的過濕路段上，不宜采用石灰穩定土基層。各種基層的技術要求應符合現行公路路面基層施工技術規范(JTJ034一93)的規定。 為保證模板和軌模式攤鋪機軌道的安裝、滑模式攤鋪機的施工，以及混凝土面板邊緣的強度和穩定性當采

19、用小型機具或軌模式攤鋪機施工時，基層的寬度應比混凝土面板每側寬出2535cm；當采用滑模式攤鋪機施工時，每側寬出5060cm；當路基為膨脹土或排水不良時，應與路基同寬。本段路面采用5cm水瀝青混凝土，查定額可得基層材料統計表 表9-2材料石油瀝青路面用碎石（1.5cm）用量50.985t125.1 m3單價（元/噸,元/ m3）380065金額（元）1937438132由表9-2可得基層費用為201875元9.3墊層在路基水溫狀況不良的路段上,路基與基層之間宜設墊層。從而改善土基的濕度和溫度狀況，保證基層強度、穩定性以及抗凍脹能力，擴散由基層傳來的荷載應力，減少土基的應力和變形。此外，墊層還能

20、阻止路基土擠入基層中，以保證路面結構的穩定性。墊層材料的強度要求不一定要高，但其水穩性、隔熱性能要好。墊層材料以就地取材為原則，一般采用顆粒材料(砂、砂礫、爐渣等)。當采用砂或砂礫時，通過0.075mm篩孔的顆粒含量不宜大于5%；當采用爐渣時，小于2mm的顆粒含量不宜大于20%。墊層的最小厚度為15cm，其寬度應比基層每側至少寬出25cm，當路基為膨脹土或路面排水不良時，墊層應與路基向寬。在季節性冰凍地區，為了防止不均勻凍脹，要求路面的總厚度應不小于混凝土路面防凍最小厚度，否則，應通過設置墊層補足。 本段路面選用15cm石灰粉煤灰（石灰：粉煤灰：土=12：35：53），查定額可得墊層材料統計表 表9-3材料生石灰粉煤灰砂用量235.944t629.19