1、第十章 水泥混凝土路面設計第10-1節 設計內容與設計參數 一、混凝土路面的設計內容水泥混凝土路面設計應包括以下內容：1路基和基(墊)層的結構組合設計；2混凝土面板的平面尺寸確定和板厚計算；3接縫設計；4配筋設計；5混凝土的材料組成設計。二、設計參數(一)標準軸載與軸載換算公式1標準軸載 我國公路水泥混凝土路面設計規范(JTJ01294)規定：水泥混凝土路面設計以軸重100kN的單軸荷載作為標準軸載，其他各級軸載均應換算成標準軸載，然后再進行混凝土路面設計。對于單軸荷載以其實際作用次數和軸重計，對于雙軸荷載，后軸經過一次可視為作用一次，軸重以雙軸的總重計。2軸載換算 軸載換算依據等效疲勞損壞的

2、原則進行。所謂等效，是指同一路面結構在不同軸載作用下達到相同的疲勞程度。公路水泥混凝上路面設計規范(JTJ01294)規定以疲勞斷裂作為混凝土路面的損壞標準。如對某一種路面結構，軸載P1作用N1次以后，混凝土面板處于疲勞斷裂狀態；軸載P2作用N2次后，混凝土面板處于同樣的破壞狀態，則二者是等效的。由此，采用疲勞斷裂為標準建立的疲勞方程，可以推導產生等效疲勞損壞時的軸載換算公式和換算系數： (二)交通分級 交通量相軸載大小是路面設計的基本依據。隨著交通量增大，對路面使用性能和使用壽命的要求相應提高。由此，在使用年限內對混凝土強度、面板厚度、基層類型和模量等方面提出了不同的技術要求。為了區分各項要

3、求在程度上的差別，按使用初期設計車道每日通過的標準鈾載作用次數，將水泥混凝土路面承受的交通劃分為特重、重、中等和輕四個等級，見表2-8-1。設計車道為行車道內承受交通最繁重的一個車道。設計車道內的標準軸載日作用次數Ns1，系由斷面標準軸載作用次數乘以(行駛)方向分配系數和車道分配系數，即：Ns1Ns1， (2-8-3)式中：Ns1路段(斷面)日標準軸載作用次數，次日；方向分配系數，通常取0.50.6；1車道分配系數，通常，單車道方向，取1.0；雙車道方向，取0.81.0；3車道/方向，取0.60.8；具體數值依據交通情況和車道數通過調查確定。 (三)設計使用年限與累計軸載作用次數 路面的設計使

4、用年限是指路面到達預定損壞標準時所能使用的年限。超過此年限，路面并非完全破壞面不能使用，只是其實用性能太差和運行費用過高。 各國對水泥混凝土路面設計使用年限的規定為2040年不等，如：美國、日本定為20年，前蘇聯和西班牙定為30年英國定為40年。設計使用年限長，則交通組成難以預估準確，初期投資也較高。然而，技現行設計方法計算分析的結果表明，混凝土面板厚度的少許增加，可使路面壽命有較大的增長。因而，規定較長的使用年限，混凝土面板的厚度實際上增加并不多，雖然初期投資要高些，但從整個使用期來看，經濟上還是合算的。考慮到路面改建會影響行車而增加運行費用我國公路水泥混凝土路面設計規范(JTJ01294)

5、規定丁2030年不等的使用年限，見表2-8-2。交通越繁重，設計使用年限越長。 設計使用年限內路面臨界荷位上所受到的標準軸載累計作用次數，依據設計車道內的初始標準軸載的作用次數、交通量年平均增長率和車輪輪跡在車道橫斷面上的橫向分布系數確定，其計算公式為：式中：Ns1使用初期設計車道標準荷載作用次數，次日；r交通量年平均增長率(%)，由調查確定；T設計使用年限，年；車輪輪跡橫向分布系數，按表2-4-3取值。 (四)綜合影響系數綜合影響系數考慮了由于超過額定載重和載重在各側車輪上分配的不均勻性；在行駛過程中因路表不平整和車輛自振所引起的變動，以及路面結構厚度和材料性質的變異等因素對路面疲勞損壞的影

6、響，它實際上是荷載應力安全系數。其數值是參照國內外資料確定的，見表2-8-4所示。 (五)基層頂面的當量回彈模量和計算回彈模量 在水泥混凝土路面設計理論中，把混凝土面板下的基層、墊層和土基看做一層考慮故設計時應將基層、墊層和土基換算成與土基相當的一層，其強度用基層頂面的當量回彈模量來表示。具體確定時按新建公路和改建公路分別考慮： 1新建公路基層頂面的當量回彈模量Et的計算： (1)根據土類、自然區劃和路基于濕狀態，確定土基的回彈模量E0； (2)根據己擬定的路面結構層的類型，厚度和材料組成，確定各結構層的回彈模量Ei；(3)根據E1/E0和基層厚度h查圖2-8-l確定Et1/E0的值K，則Et

7、1=KE0。如有多層，可以此類推，求得Et2，Et3，Etn圖中：E0土基回彈模量；E1第一層基層的回彈模量；En第n層基層的回彈模量；Et1第一層基層頂面的當量回彈模量；Etn第n層基層頂面的當量回彈模量。2改建公路基層頂面的當量回彈模量Et的計算 在原有柔性路面上鋪筑水泥混凝土路面時，應通過承載板試驗確定原有柔性路面頂面的當量回彈模量Et；如條件不具備或有困難時，可用汽車實測路段的回彈彎沉值，然后考慮一定的保證率、季節影響和濕度影響后確定計算回彈彎沉值，再按式(2-8-5)確定基層頂面的當量回彈模量。式中：L0以后軸重l00KN的車輛測得的計算回彈彎沉值，1100mm。 混凝土面板具有較大

8、的剛性和擴散荷載的能力，因而傳到基層頂面的荷載壓力小，分布范圍大，所產生的彎沉量小，這同瀝青面層下基層頂面所受到的壓力大小，分布范圍和彎沉量有很大的差異，并且土基和基層(墊層)材料都不是理想彈性體。因此，不能簡單地直接采用柔性路面中用剛性承載板或彎沉測定所得到的土基和基層材料的回彈模量他作為混凝土路面中土基和基層材料的剛度指標。同時，實際的地基(土基、墊層和基層)并不是半無限體，下部地基的剛度狀態對于按半無限體地基假設分析的結果有一定的影響，因此，將要對當量回彈模量進行修正，其修正公式為：EtcnEt式中：Etc基層頂面的計算回彈模量；n模量修正系數。計算荷載應力時，按下式確定其中：h一混凝土

9、面板的厚度，cm；Et基層頂面的當量回彈模量，MPa； Ec混凝土彎拉彈性模量，MPa。 計算溫度應力時，n=0.35。 (六)混凝土設計強度和彎拉彈性模量 混凝土面板在行車荷載和溫度變化等因素的作用下，將產生壓應力和彎拉應力。混凝土面板所受的壓應力與混凝土的抗壓強度相比很小，而所受的彎拉應力與抗彎拉強度相比則大得多，可能導致混凝土面板開裂破壞。因此，在設計混凝土面板厚度時，應以彎拉強度為其設計標準。 混凝土的強度隨齡期而增長，通常以28日齡期的強度為標準。各級交通要求的混凝土設計彎拉強度不得低于表2-8-5的規定。當90日內不開放交通時，則可采用90日齡期的強度(為28日強度的1.1倍)。混

10、凝土的強度對路面的使用壽命有重大影響，強度的變化同路面容許的標準鈾載作用次數的對數成正比。增加混凝土的強度，可以大大延長路面的使用壽命，取得十分顯著的經濟效益。因而，應盡可能提高混凝土的強度。結合我國的材料情況和施工工藝水平，公路水泥混凝土路面設計規范(JTJ01294)規定了設計強度的最低值。條件許可時，應盡量采用高值，尤其是對于特重交通的公路。 混凝土彎拉彈性模量的測試工作，很費時而又不易準確，且其數值的變化對荷載應力計算結果的影響不大。因而，在無條件測試時，可直接采用表2-8-5所列數值，或者對照下述經驗關系式，由彎拉強度推算： (七)混凝土面板內最大溫度梯度 混凝土面板頂面和底面的溫度

11、之差除以板的厚度，即為板的溫度梯度。在晴天，混凝土面板的溫度梯度經歷了由零經正最大(板頂高于板底)到零，再經負最大(板頂低于板底)后回到零的周期性變化。同時，在一年內是呈現周期性變化的，最大值出現在57月份，最小值出現在12月份。混凝土面板的最大溫度梯度計算值Tg，可根據公路所在地的公路自然區劃按表2-8-6選用。第10-2節 混凝土路面結構層組合設計 一、路 基 混凝土路面下的路基必須密實、穩定和均質。影響路基強度和穩定性的地面水和地下水，必須攔截或排出路基范圍以外，一般要求路基處于干燥或中濕狀態，過濕或強度與穩定性不符合要求的潮濕狀態的路基，必須經過處理；路基施工中必須分層填筑，分層壓實，

12、其壓實標準應符合現行的公路路基設計規范(JTJ01395)的有關規定。 二、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。從面改善土基的濕度和溫度狀況，保證混凝土面板和基層的強度、穩定性及抗凍脹能力；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

13、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，混凝土路面防凍最小厚度規定見表2-8-7。否則，應通過設置墊層補足。 三、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，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，可以確保混

14、凝土路面良好的使用特性和延長路面的使用壽命。基層材料應根據交通等級，當地條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

15、膨脹土或排水不良時，應與路基同寬。 1新建公路的基層 根據國內外混凝土面板下設置基層的經驗，基層的厚度不宜小于15cm，但也不宜太厚，特別是粒料基層，以避免基層本身的固結變形。 為避免基層出現過量的塑性變形和引起板底脫空，基層頂面以下結構的整體強度應大于表2-8-8的規定。 2原有柔性路面做基層 在原有公路上鋪筑混凝土路面時，原有柔性路面應平整密實，符合路供要求，其頂面的當量回彈模量與新建公路基層頂面的當量回彈模量規定相同。當原合公路柔性路面的當量回彈模量值小于表2-8-8的規定值或不符合路拱要求時，應設置補強層或整平層。 當原有柔性路面需要補強時，可將原合柔件路面頂面的當量回彈模量視為土基E

16、0，按新建公路的設計方法進行計算，但補強層的計算厚度不得小于公路水泥混凝土路面設計規范(JTJ012一94)規定的最小厚度，見表2-8-9。 整平層是為了使原有路面或石質路基頂面符合基層頂面平整度要求而設置的，其厚度視整平層所用的材料及原有路面或石質路基的平整度而定，在一般情況下、可取610cm。 四、混凝土面板 混凝土面板直接承受行車荷載和自然因素的作用，并直接體現使用功能的好壞，同時又是混凝土路面的承重結構。混凝土面板應保證表面平整、耐磨、抗滑。應滿足以下要求。 1混凝土的彎拉強度應滿足表2-8-5的要求。 2有足夠的表面平整度。混凝土路面的平整度以3m直尺量測為準，3m直尺與路面表面之間

17、的最大間隙，高速公路和級公路不應大于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。混凝土路面的抗滑性以構造深度(TD)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。 混凝土面板的橫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(JTJ012一94)的有關規定。五、路拱與路肩 1混凝土路面橫斷面一般如圖2-8-2所示。 2水泥混凝土路面常用的路拱形式有直線形、二次拋物線形等，設計時可根據工程具體情況和當地條件，選擇合適的路拱形式。

18、3混凝土路面橫向坡度一般采用1%2%，硬路肩的橫坡度與路面的橫坡度一致，土路肩橫向坡度應較路面橫向坡度大12%。 4路肩 高速公路和一級公路上的硬路肩宜采用瀝青混合料或水泥混凝土面層，其基(墊)層結構應考慮行車道路面的結構和排水要求，其他各級公路的路肩可視具體情況采用瀝青混合料面層或其他材料加固。第10-3節 普通混凝土路面板厚計算 在一般路段上，混凝土面板通常采用縱縫同橫縫垂直相交的矩形形式。國外也有采用橫縫同縱縫斜交的形式。斜交的優點是：可以減少接縫處的撓度和應力，并且減少車輛駛經接縫時的跳動。橫縫的斜度約為1：6。由于難以使傳力桿準確定值，斜縫僅適用于不設傳力桿的縮縫。 縱縫對側的橫縫需

19、對接上，以避免縱縫處兩側板塊粘連時由于縱向相對位移受阻而使橫縫對側的板塊出現橫向感應裂縫。 縱縫間距通常按車道寬度確定。但帶有路緣帶的高速公路和一級公路，板寬可按車道和路緣帶的寬度確定；路面寬為9m的二級公路，板寬可按路面寬度的一半(45m)確定。由于板塊過寬易產生縱向斷裂，特別是在舊路加寬或半填半挖的路段上，因而公路水泥混凝土路面設計規范(JTJ012-94)規定板寬不得超過4.5m。 橫縫間距大小將影響板內溫度應力、接縫縫隙寬度相接縫傳荷能力，根據國內外的使用經驗，橫縫間距宜為46m。路面結構相對剛度半徑大的可取高值；反之，取低值。板越厚，基層頂面的回彈模量值越小，橫縫間距可較大。 混凝土

20、面板板塊宜盡可能接近正方形，以改善其受力狀況。一般將板寬和板長之比控制在1：13之內。也即，對于窄板，橫縫間距要短些。二、設計理論與應力分析1 設計理論與設計方法目前，世界各國剛性路面設計方法所依據的力學理論主要是彈性地基板理論，其基本假定如下： (1)板為具有彈性模量E和泊松比u的等厚體。 (2)作用于板上的荷載，其施壓面的寬度和長度均大于板厚，此時可用薄板彎曲理論進行計算，當施壓面積很小時，需按厚板理論對它進行修正。 (3)地基對板僅有豎向反力，即地基和板之間無摩阻力，同時地基與面板存在著完全的接觸，即使在反力為負值(向下)時也是如此。 (4)地基頂面撓度同反力之間的關系，有著兩種不同的假

21、說： 1)溫克勒地基假說； 2)半空間(半大限)地基假說。 半空間地基假說要比溫克勒地基假說更符合地基實際的工作情況，但在荷載作用于板邊或板角隅處；對有限尺寸的矩形板，運用半無限地基板理論的計算方法無法解決不同的荷載組合作用于板上任何位置等問題，因此，在實際計算中常采用近似的數值計算方法一有限元法。 根據我國的生產實踐和科研成果，我國現行規范亦是采用彈性地基板理論，而地基模型則采用以彈性模量和泊松比表征的彈性半無限體地基假說。 路面厚度的設計方法有經驗法和解析法兩大類：經驗法是以足尺試驗路為基礎，經過長期的觀測建立起標準軸載作用次數、路面結構厚度和使用性能之間的經驗公式，如美國的從AASHO法

22、；解析法則是以結構分析為基礎，利用彈性地基板理論來計算荷載應力，并以疲勞開裂作為路面破壞臨界狀態，如美國的PCA法。 我國目前仍采用解析法。板厚的確定，與混凝土的彈性模量、抗彎拉強度、土基、基層的力學性質、路面設計使用年限、交通量組成及其增長率、溫度等眾多因素有關。設計板厚的方法有多種，而設計標準可以概括為兩種： 1)以混凝土面板的使用特性在使用期末下降到行車所不允計的程度為標準； 2)以使用年限期末混凝土面板出現疲勞開裂為臨界狀態做標準，我國現在就是采用這種標準。 2臨界荷位的確定 混凝土路面設計是以荷載應力和溫度應力產生的綜合疲勞損壞作為設計標準的，因而選用使路面板產生最大綜合疲勞損壞的位

23、置作為臨界荷位。根據大量的計算結果，對于考慮荷式中：ps標準軸載在臨界荷位產生的未考慮接縫傳荷能力的荷載應力，MPa； Kr考慮接縫傳荷能力的應力折減系數；Kf產考慮設計使用年限內荷載應力累計疲勞作用的疲勞應力系數；Kc考慮超載和動載等因素對路面疲勞損壞的綜合影響系數。 (1)ps的計算 根據大量的計算結果，可以繪制出單軸軸載作用于縱縫邊緣中部的應力計算用圖，如圖2-8-4。同時，利用同樣的計算結果可回歸出荷載應力的計算公式，對于作用荷載為標準軸載的情況，則該式可簡化為： (2)Kr的計算 混凝土路面的接縫具有一定的傳荷能力。縱縫通常有三種形式：不設拉桿的平縫或假縫，設拉桿的平縫或假縫，設拉桿

24、的企口縫。第一種接縫，由于在使用過程中，其縫隙會逐漸變寬而喪失傳荷能力，類似于自由縱邊，第二和第三種縱縫，由于拉桿將相鄰板拉住，具有一定的傳荷能力，企口縫比平縫的傳荷能力大些。 根據國0.920.87(剛性和半剛性基層取低值，柔性基層取高值)；不設拉桿的平縫或自由邊，Kr可取為1.0。(3)Kf的計算混凝土路面承受行車荷載的重復疲勞作用，其疲勞應力系數可按式(2-8-12)確定。 Kf=Ne0.0516 (2-8-12)4溫度應力計算 混凝土面板內的溫度沿其截面呈非線性分布。它一方面使混凝土面板由于板頂和板底的溫度差而產生翹曲應力，另一方面出于板截面的平面變形而產生內應力。溫度梯度作用在板邊緣

25、中點處產生的溫度疲勞心力，可按式(2-8-13)確定。t=Kttm (2-8-13)式中：tm最大溫度梯度時混凝土而板的溫度應力，MPa； Kt考慮溫度應力累計疲勞作用的疲勞應力系數。 (1)tm的計算最大溫度梯度時混凝土面板的溫度應力(MPa)，按式(2-8-14)確定(2)Kt的計算混凝土路面承受著不斷變化的溫度梯度作用，為了考慮其累計疲勞損耗，采用了與考慮荷載應力累計疲共損耗相同的方法，依據等效疲勞損耗原則和混凝土疲勞方程，將經歷日變化和年變化的溫度應力等效地轉換成由最大溫度應力和疲勞溫度應力系數組成的疲勞溫度應力。混凝土的溫度疲勞應力系數Kt，按所在地區公路自然區劃和最大溫度應力與混凝

26、土設計彎拉強度的比值tm/fcm，由表2-8-10確定。 (2)板厚的確定 按路面所承受的交通等級，參照表2-8-11選擇初估板厚，由式(2-8-9)和2-8-13分別求得荷載疲勞應力和溫度疲勞應力。當兩者之和不大于混凝土設計彎拉強度fcm的103和不低于fcm的95時，則初估板厚可作為設計板厚。否則，應改選切估板厚，或改變板的平面尺寸，重新計算，直到滿足上述要求為止。三、混凝土板厚的計算步驟 1收集交通資料，包括：初始年日平均交通量和交通組成(即各種車輛的比例)，方向分配系數(來向和去向的比例)和車道分配系數(每個方向有兩個以上車道時每個車道的比例)，交通量的年平均增長率。 2利用以上資料，

27、計算設計車道上的初始年日標準軸載作用次數Ns；按表2-8-1確定公路的交通等級；按表2-8-2確定其設計使用年限T；根據公路的交通組成狀況和車道寬度，按表2-8-3選定輪跡橫向分布系數；然后計算設計車道使用年限內的標難軸載累計作用次數Ne。 3初擬路面結構，包括：路基干濕類型和土質，墊層類型和厚度，基層類型和厚度，面板初估厚度和平面尺寸。 4根據混凝土設汁彎拉強度的最低要求，進行混凝土混合料組成設計。通過對混合料的強度測試，確定28天或90天設計彎拉強度fcm，并且確定混凝土的彎拉彈性模量Ec。 5確定基層頂面計算回彈模量Etc。對于新建公路，按初擬路面結構，確定各層的彈性模量，并利用圖2-8

28、-1確定基層頂面當量回彈模量；對于老路，用承載扳或彎沉法確定基層頂面的當量回彈模量Et。然后，按式(2-8-5)和式(2-8-6)計算基層頂面的計算回彈模量。 6計算荷載疲勞應力p。先利用圖2-8-4確定標準荷載產生的荷載應力；依據縱縫類型相交通等級，選定應力折減系數Kr和綜合影響系數Kc(表2-8-4)。由第2步中得到的Ne，按式(2-8-12)計算確定疲勞荷載應力系數Kf。將以上各項相乘后即得到荷載疲勞應力p。 7計算溫度疲勞應力t。由表2-8-6，按公路所在自然區劃選取最大溫度梯度Tg，按式(2-8-11)計算路面結構的相對剛度半徑r，按相對板長Lr和板厚h，出圖2-8-5查取溫度應力系

29、數Kx。由式(2-8-14)計算確定最大溫度梯度時的溫度應力tm、按tm/fcm和公路所在地區的自然區劃，查表2-8-10確定溫度疲勞應力系數Kt。tm同Kt相乘即得到溫度疲勞應力t。 8檢驗t與p之和是否滿足下列要求： 095fcmp十t1.03fcm如滿足，則初估定厚度可以作為設計厚度。如不滿足，則重新擬定路面結構，重復第5步以下的計算，直到上述要求滿足為止，設計厚度取整至厘米。 四、設計示例 河南某地(5區)一級公路擬建水泥混凝土路面，由交通調查和預測得知，設計車道在使用初期的標準軸載作用次數為880次日 。路基土的回彈模量為20Mpa。試確定混凝土面板所需厚度和板平面尺寸。 解 1交通

30、分析 由表2-8-1和表2-8-2，此路面屬重交通，設計使用年限為30年。取交通量年平均增長率為5。由式(2-8-3)和表2-8-3取輪跡橫向分布系數為0.20，可計算得到設計年限內標準軸載累計作用次數Ne為 2初擬路面結構 由表2-8-11初估混凝土面層厚24cm。基層選用水泥穩定砂礫，厚20cm，E2=400Mpa。墊層為天然砂礫，厚20cm，E3=150MPa。板的平面尺寸選為寬375m，長5.0m。縱縫為拉桿平縫，橫縫為不設傳力桿的縮縫(假縫)。 3板和地基模量值的確定 按表2-8-5，取混凝土的設計抗彎強度fcm=5.0MPa，彎拉彈性模量Ec3.0×104MPa由墊層和路

31、基的模量比E3E01502075，墊層厚20cm，查圖2-8-1，可得墊層頂面的當量模量為EtE0244，Et244x 20488MPa。由基層和Et的模量比E2Et400488820，基層厚20cm，查圖2-8-1，可得Et254，由此，基層頂面的當量模量Et254x 488124MPa。滿足表2-8-8中對基層頂面當量回彈模量的要求(100MPa)。由式(2-8-7)，計算荷載應力時的模量修正系數n為：基層頂面的計算回彈模量EtcnEt=176x1242182MPa 由式(2-8-6)，計算溫度應力時的模量修正系數n為0.35，基層頂面的計算回彈模量Etc 035×124434M

32、Pa。 4荷載疲勞應力 由EcEtc30x1042182=137.6和h=0.87。由表2-8-4，可得板邊緣中部的最大應力為ps149MPa。 因縱縫為設拉桿平縫，取應力折減系數Kro87。由表2-8-4，選用重交通的綜合系數Kc=135。 按式(2-8-12)，得疲勞應力系數Kf為 Kf=Ne0.0516(4268×106)0.0516220于是，荷載疲勞應力為p=KrKfKcpsO87x 220×135×149385MPa 5溫度疲勞應力 河南5區，由表2-8-6取最大溫度梯度Tg0.85°Ccm 由式(2-8-11)，混凝土結構的相對剛度半徑為r

33、0537h(EcEtc)1/3O.537x24(30000434)1/3114cm板長為5m，L/r=51144386。當L/r=4386和h24cm時，由圖2-8-5可查到Kx0.66由式(2-8-14)，得板邊緣中點在最大溫度梯度時的溫度應力為：混凝土的設計抗彎拉強度為fcm=5MPa。由tmfcm2.045.0=0.048，查表2-8-10可得到5區的溫度應力疲勞作用系數為Kt0.57 由此，由式(2-8-13)。計算溫度疲勞應力為tKttm=0.57×204116MPa 6檢驗初擬厚度p十t385+1.16501MPa0.95fcm=4.75p十t =5.011.03fcm=

34、5.15因而，所選路面厚度(24M)可以承受荷載應力和溫度應力的綜合疲勞作用，選用這結構。第10-4節 水泥混凝土路面的構造 一、接縫設置的原因混凝上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。而在一晝夜戶，白天氣溫升高，混凝土板頂面溫度較底面為高，這種濕度坡差會造成面板的中部突起。夜間氣溫降低，混凝土板頂面溫度較底面為低，會使板的周圍和角隅翹起；(如圖2-8-6a)。這些變形會受到面板與基礎之間的摩阻力和粘結力，以及板自重和車輪荷載等的約束。致使板內產生過大的應力，造成板的斷裂(圖2-8-6b)或拱脹破壞(圖2-8-6c

35、)。由圖2-8-6可見，由于翹曲而引起的裂縫，則在在裂縫發生后被分割的兩塊板體尚不致完全分離，還具有傳遞荷載的能力，倘若板體溫度均勻下降引起收縮，則將使兩塊板拉開(圖2-8-6c)，從而失去傳遞荷載的能力。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稱為縱縫，與路線垂直的接縫稱為橫縫。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。 二、縱縫及其構造 縱縫一般分為縱向縮縫和縱向施工縫。縱縫的寬度(即縱縫的間距或縱縫

36、與自由邊的間距)，應為一個車道的寬度，且不得超過45m。實踐證明，過寬時容易出現縱向裂縫，在短期內面板即發生破壞。當一次鋪筑的寬度超過45m，應增設縱向縮縫。 1縱向縮縫 當一次鋪筑的寬度大于45m時，應增設縱向縮縫。縱向縮縫可采用假縫加拉桿型，其構造如圖2-8-7所示。設置拉桿，可以防止板塊橫向位移使縫隙擴大，拉桿應設置在板厚的12處；在縮縫上部設置的槽口，一般應在混凝土澆筑后，并達到一定的抗壓強度(碎石混凝土為6.012.0MPa礫石混凝土為9.012.0MPa)時，用切縫機進行切割，或在混凝土澆筑時振人木條。槽門深度要適中，過淺，則混凝土截面的強度削弱得不夠，從而不能保證以后的開裂發生在

37、接縫位置上；過深，則不規則斷裂面面積過少，接縫傳荷能力降低。根據經驗，槽深般為板厚的141/5，槽口寬度根據施工條件，宜盡可能窄些，通常為38mm。2縱向施工縫 由于施工條件等原因，當次鋪筑寬度小于路面寬度需分兩次以上澆筑時，則應設置縱向施工縫。縱向施工縫按其構造的不同，可分為平縫和企口縫兩種形式：一般采用平縫，并應在板厚中央設置拉桿，以防止接縫張開和板的上下錯動。其構造如圖2-8-8所示。根據國內外的實踐經驗，企口縫易產生破壞，其原因有：榫舌尺寸過大，降低了接縫處的強度，并可能導致榫舌破壞；大而深的企口，在澆筑混凝土時出現漏漿，榫舌和棱角變形，拆模困難、振動大，常給企口造成早期損傷，有時甚至

38、振壞企口，需重新修補。這些損傷以細微紋潛于陰企口，在重復荷載作用下局部應力集中，導致裂縫發展直至破壞。此外，施工比較麻煩。三、橫縫及其構造橫縫一般分為橫向縮縫、脹縫和橫向施工縫。1脹縫 在脹縫處混凝土面板完全斷開，因而也稱之為真縫。脹縫的設置目的是為混凝土板的膨脹提供伸長的余地，從而避免產生過大的熱壓應力。脹縫的構造如圖2-8-9所示。脹縫必須貫穿到底，縫壁垂直：縫寬為2025cm，在板厚的中央設置傳力桿。傳力桿的一半以上應涂瀝青或加塑料套，并加長10cm的小套子，套底和傳力桿頭之間留3cm的空隙(用紗頭填)。其下部設接縫板(木板涂以瀝青)，上部34m范圍內灌填縫料進行封層。同結構物相接處或與

39、其他公路交叉處的脹縫，無法設置傳力桿時，可采用邊緣鋼筋型或厚邊型：其構造如圖2-8-9a)、b)所示。 設置脹縫，給施工帶來不便。同時，由于施工時傳力桿設置不當(未能正確定位)或封縫不好等原因使脹縫處的混凝土板常出現碎裂等病害。使用經驗和觀測資料表明，脹縫間距較短的路段(100m以下)，在使用過程中往往會出現脹縫縫隙增大，使依靠集料嵌鎖作用的接縫傳荷能力大大降低；且因填縫料難于保持其效能，砂石等雜物便易于落入縫內，造成接縫區的混凝土在膨脹受阻時產生碎裂破壞，或者拱起。少設(加大脹縫間距)或不設(僅在同結構物交接處設)脹縫，一方面便利了施工，另一方面約束了板的位移減少了接縫縫隙，使傳荷能力增加，

40、錯臺、碎裂和拱起等病害減少。因此，脹縫只設置在以下場合：鄰近橋梁或其他固定構筑物處；與柔性路面相接處；板厚改變處；隧道口；小半徑平曲線和凹形豎曲線縱坡變換處。在鄰近構造物處的脹縫，應根據施工溫度至少設置兩條。除上述位置以外的脹縫宜盡量不設或少設，其間距可根據施工溫度、混凝土集料的膨脹性并結合當地經驗具體確定。 2橫向縮縫 橫向縮縫是為減少混凝土的收縮應力和溫度翹曲應力而設冒的。一般采用假縫形式，不設傳力桿。但在特重交通的公路上，由于荷載的重復作用次數多和軸載大，使接縫的傳荷能力迅速降低，出現錯臺現象，故宜加傳力桿：在其他各級交通的公路上，鄰近脹縫或自由端的縮縫，其縫隙會隨著相鄰脹縫或路面自由凝

41、土面板的反復伸縮而逐漸張開，為保證這些接縫的傳荷能力，在鄰近脹縫或路面自由端的三條縮縫內，均宜加設傳力桿。橫向縮縫的構造如圖2-8-10所示。 縮縫上部設置的槽口，在澆筑混凝土后用切縫機進行切割，其寬度為38mm，深度為板厚的1415，槽口內填填縫料，其目的是為了防止水分的滲入和雜質的嵌入。當設置傳力桿時，傳力桿長度的12以上要涂以瀝青，以便接縫兩側的混凝土面板能自由收縮。 1拉桿拉桿是為了防止板塊橫向位移而設置在縱縫上的異形鋼筋。拉桿應采用螺紋鋼，設在板厚中央，并應對拉桿中部10cm范圍內進行防銹處理。拉桿的尺寸和間距可按表2-8-12選用。其最外邊的拉桿距接縫或自由邊的距離一般為2535c

42、m。值得注意的是：表2-8-12中的數據系按鋼筋的屈服強度取286MPa，鋼筋同混凝土的容許粘結力取18MPa計算的，當實際中采用的數值與上述數值不同時，拉桿的長度和面積可根據下式計算：式中：Aa每延米縱縫長所需拉桿的截面積，cm2； B設拉桿縱縫到相鄰縱縫或自由邊之間的距離，m；h混凝土板厚，cm； fsy鋼筋的屈服強度；MPa； L0一拉桿長度，cm；d拉桿直徑，cm；Za鋼筋同混凝土的容許粘結應力，Mpa。 2傳力稈 傳力桿的設置目的是為了保證接縫的傳荷能力和路面的平整度，防止錯臺等病害的產生。傳力桿主要用于橫向的接縫，采用光圓鋼筋。由于其在脹縫和縮縫所起的作用不同，尺寸上應有所不同，前

43、者要大些。對設在縮縫處的傳力扦，其長度的一半再加5cm，應涂以瀝青或加塑料套，涂瀝青端宜在相鄰板中交錯布置；對設在脹縫處的傳力桿，尚應在涂瀝青一端加一套子，內留3cm的空隙，填以紗頭或泡沫塑料。套子端宜在相鄰板中交錯布量。傳力桿尺寸及間距可按表2-8-13選用。其最外邊的傳力桿距接縫或自由邊的距離一般為1525cm。五、水泥混凝土路面與構筑物的銜接 與混凝土路面連接部位有瀝青路面、橋梁、涵洞和通道等，相接部位與般路段有所不同。這些部位的混凝土路面往往會發生跳車現象，嚴重影響行車速度和舒適性以及路面的使用壽命。其原因是多方面的，主要則是由于這些部位的差異沉降所致。防治的原則，一是減少這些部位的基

44、礎竣工后的沉降量；二是加強和提高路面整體的耐久性。 1混凝土路面與瀝青路而相接 在混凝土路面和瀝青路面相接處，由于瀝青路面難以頂住混凝土面板末端的水平推力，因而首先在瀝青路面的一端，然后在混凝土路面的一端發生損壞。此外，出于瀝青路面與混凝土路面之間的沉降不同，使得接頭處變得不平整，引起跳車。因此，對高速公路和一級公路，混凝土路面與瀝青路面相接時，應在瀝青路面面層下埋設長度為3m的混凝土板，此板在混凝土路面相接的一端的厚度與混凝土面板相同，另一端不小于15cm，如圖2-8-12所示。埋設在混凝土板與混凝土路面相接處的拉桿，應采用螺紋鋼，直徑一般為25cm，長70cm，間距40cm。對于其他各等級

45、公路由于汽車行駛速度較低，交通量不大，水泥混凝土路面與瀝青路面相接，可采用混凝土預制塊過渡或徑相連接。 2混凝土路面與橋梁相接 混凝土路面與橋梁相接，可根據公路等級，使用要求和當地經驗選用以下或其他適當的措施。 在各等級的公路上，特別是在高等級的公路上，應設置橋頭搭板。搭板與混凝上路面之間采用鋼筋混凝土面板過渡，其長度不小于5m。搭板與鋼筋混凝土面板之間的接縫應設置傳力桿。鋼筋混凝土面板與混凝土面板之間應設置脹縫，如圖2-8-13所示。當與橋梁為斜交時，鋼筋混凝土面板的銳角部分應采用鋼筋網補強，如圖2-8-16所示。鋼筋混凝土面板按鋼筋混凝土路面的有關規定執行。搭板與鋼筋混凝土面板相接處設拉桿

46、，其尺寸、間距和混凝土路面與瀝青路面相交時設置的拉桿相同。對于等級較低的公路，或作為高等級公路的過渡措施，橋頭可鋪筑一段混凝土預制塊或瀝青路面，待沉降穩定后，再鋪筑混凝土路面。當橋頭設有搭板時，其長度不小于5m；當橋頭末設搭板時，其長度不小于8m。 3構造物橫穿公路 為了防止過路構造物如涵洞等上方的路面出現橫向裂縫、錯臺和跳車等現象，應將構造物頂部及兩側適當范圍內的混凝土面板采用鋼筋網補強，或采用鋼筋混凝土面板。 對于箱狀構造物，當項面至板底的距離d小于80cm時，其頂面及兩側各6m范圍內的混凝土板采用鋼筋網補強。當d小于30cm或嵌入基層時，應采用雙層鋼筋網補強。鋼筋網分別布設在距板底和板頂

47、1/31/4板厚處。鋼筋采用直徑為1012mm的光面鋼筋，縱筋間距10cm，橫筋間距2030cm。如構造物頂面上的基層厚度小于10cm，基層改為混凝土找平；當J當d為3080cm時，可采用單層鋼筋網補強，鋼筋網布設在距板頂1/31/4板厚處、鋼筋采用直徑為810mm的光圓鋼筋，縱筋間距1015cm，橫筋間距2030cm。板厚處，鋼筋采用直徑為1020mm的光面圓鋼筋，縱筋間距10cm，橫筋間距2030cm。 4補強鋼筋 混凝土面板縱橫自由邊邊緣下的基礎，當有可能產生較大的變形時，宜在板邊緣加設補強鋼筋，角隅加設發針形鋼筋或鋼筋網。 (1)板邊補強 混凝土面板邊緣部分的補強，一般選用2根1216

48、mm的螺紋鋼筋，布置在板的下部，距板底為板厚的14，并不應小于5cm，間距一般為10cm，鋼筋兩端應向上彎起，如圖2-8-15所示。鋼筋保護層的最小厚度不應小于5cm。(2)角隅補強角隅補強部分的補強，可選用2根直徑為1216mm的螺紋鋼，布置在板的上部，距板頂不應小于5cm，距板邊為10cm，如圖2-8-16所示。板角小于90°時，亦可采用雙層補強鋼筋網補強，鋼筋可選用直徑6mm，布置在板的上下部，距板頂和板底以510c為宜，如圖2-8-17所示。鋼筋保護層的最小厚度不應小于5cm。第10-5節 其他混凝土路面簡介 鋼筋混凝土路面是指為防止可能產生的裂縫縫隙張開，板內配置縱、橫向鋼

49、筋或鋼絲網的水泥混凝土路面。 對于素混凝土面板，在下述情況下，混凝土面板內可能出現裂縫：板的尺寸過大，例如板長為1020m；板下埋設地下設施或路基和基層可能產生不均勻沉降；板的平面形狀不規則，例如，檢查并等處的板，等等。為防止所產生的裂縫縫隙張開，宜采用鋼筋混凝土面板。據此可知設置鋼筋的目的并不是增加板的抗彎拉強度，而是把開裂的板拉在一起。故鋼筋混凝土路面的厚度設計與普通混凝土路面相同。但在計算普通混凝土面板的厚度時，以板長5m為準，即鋼筋混凝土面板的厚度取普通混凝土面板長度為5m對的厚度。 1鋼筋量和鋼筋布置 對于混凝土路面，若假定混凝土面板是均質的，板與地基之間的摩擦力沿平面是均勻分布的，

50、則最大拉應力特產生在混凝土面板縱向或橫向中央，該處便產生裂縫。鋼筋混凝土面板的鋼筋量，就是按承受這種摩阻力引起的最大拉應力確定的。每延米板寬或板長所需的鋼筋面積，可由式(2-8-17)計算。式中：A每延米板所需的鋼筋面積，cm2； ls計算縱向鋼筋時，為橫縫間距，m；計算橫向鋼筋時，為縱縫之間或縱縫與自由邊之間的距離，m；h面板厚度，cm；fsy鋼筋的屈服強度，MPa，可按表2-8-14選用。鋼筋采用普通鋼筋或異形鋼筋均可，為避免應力集中，使應力盡量分散，采用小直徑的鋼筋比大直徑的鋼筋效果好。為方便施工，縱向和橫向鋼筋宜采用相同的直徑。鋼筋網的最小問題應為集料最大粒徑的2倍。鋼筋的最大間距和最

51、小直徑，一般規定如表2-8-15。鋼筋的搭接長度宜大于其直徑的25倍。鋼筋應設在板下131/2板厚的范圍內。外側鋼筋中心距接縫或自由邊的距離為1015cm。鋼筋保護層的最小厚度不應小于5cm。 2接縫設置 增大鋼筋混凝上面板的長度，即增大橫向縮縫間距時，應根據鋼筋的價格、編縫的數量及造價，預計季節變化時接縫的最大開裂度等進行論證后確定。原則上，當鋼筋及設置傳力桿的接縫總造價為最小時，橫縫間距最經濟，一般為1020m，最大不得超過30m，也可按下式計算：式中：L鋼筋混凝土面板長m； h鋼筋混凝土面板厚，cm； p縱向鋼筋斷面面積和混凝土面積之比 fsy鋼筋的屈服應力。 由于鋼筋混凝土扳的面板長較普通混凝土的板長為長，因而前者的橫向縮縫張開寬度較后者為大。為提高扳的傳荷能力，鋼筋混凝土路面的所有橫向縮縫必須設置傳力桿。二、碾壓混凝土路面 碾壓混凝土路面指水泥和水的用量較普通混凝土路面顯著減少的水泥混凝土用合料經攤鋪、碾壓成型的水泥混凝土路面。碾壓混凝土是一種含水率