16水泥混凝土路面设计
公路水泥混凝土路面设计规范标准
1总则1．0．1 为适应交通运输发展和公路建设的需要，提高水泥混凝土路面的设计质量和技术水平，保证工程安全可靠、经济合理，制定本规范。
1．0．2 本规范适用于新建和改建公路和水泥混凝土路面设计。
1．0．3 水泥混凝土路面设计方案，应根据公路的使用任务、性质和要求，结合当地气侯、水文、土质、材料、施工技术、实践经验以及环境保护要求等，通过技术经济分析确定。
水泥混凝土路面设计应包括结构组合、材料组成、接缝构造和钢筋配制等。
水泥混凝土路面结构应按规定的安全等级和目标可靠度，承受预期的荷载作用，并同所处的自然环境相适应，满足预定的使用性能要求。
1．0．4 水泥混凝土路面设计除应符合本规范外，尚应符合国家现行有关标准的规定。
2 术语、符号2．1 术语2．1．1 水泥混凝土路面cement concrete pavement以水泥混凝土做面层（配筋或不配筋）的路面，亦称刚性路面。
2．1．2 普通混凝土路面plain concrete pavement除接缝区和局部范围外面层内均不配筋的水泥混凝土路面，亦称素混凝土路面。
2．1．3 钢筋混凝土路面jointed reinforced concrete pavement 面层内配置纵、横向钢筋或钢筋网并设接缝的水泥混凝土路面。
2．1．4 连续配筋混凝土路面continuous reinforced concrete pavement面层内配置纵向连续钢筋和横向钢筋，横向不设缩缝的水泥混凝土路面。
2．1．5 钢纤维混凝土路面steel fiber reinforced concrete pavement 在混凝土面层中掺入钢纤维的水泥混凝土路面。
2．1．6 复合式路面composite pavement面层由两层不同类型和力学性质的结构层复合而成的路面。
2．1．7 水泥混凝土预制块路面concrete block pavement面层由水泥混凝土预制块铺砌成的路面。
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。
公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40 2011)原文+标准体系结构
公路⼯程标准体系结构2011年09月19日发布的公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40 2011），作为公路工程行业标准，自 2011 年 12 月 01 日起施行。
属于公路工程标准体系的“建设”板块“造价”模块。
公路工程标准体系由总体、通用、公路建设、公路管理、公路养护、公路运营六个板块构成，包含255个标准。
一、总体板块总体板块是公路工程标准体系、标准管理及标准编制的总体要求，明确公路工程标准的定位，是公路工程标准管理及编写应执行的规定和要求。
包含6个标准。
二、通用板块通用板块是公路建设、管理、养护、运营所遵循的基本要求，明确公路建设、公路管理、公路养护和公路运营四个板块的共性功能、指标及相互关系， 共40个标准，包含基础模块(12个标准)、安全模块(15个标准)、绿色模块(6个标准)、智慧模块(7个标准)。
三、公路建设板块公路建设板块是实施公路新建和改扩建工程所遵循的技术和管理要求，共135个标准，项目管理模块(1个标准)、勘测模块(10个标准)、设计模块(78个标准)、通用图模块(3个标准)、试验模块(9个标准)、检测模块(4个标准)、施工模块(20个标准)、监理模块(1个标准)、造价模块(9个标准)。
四、公路管理板块公路管理板块是公路管理和运政执法所遵循的技术和管理要求，共4个标准，站所模块(1个标准)、信息系统模块(2个标准)、执法模块(2个标准)。
五、公路养护板块公路养护板块是公路既有基础设施维护所遵循的技术和管理要求，共47个标准，综合模块(16个标准)、检测评价模块(12个标准)、养护决策模块(1个标准)、养护设计模块(4个标准)、养护施工模块(8个标准)、养护施工模块(6个标准)。
六、公路运营板块公路运营板块是公路运营、出行服务和智能化所遵循的技术、管理和服务要求，共17个标准，运营监测模块(6个标准)、出行服务模块(3个标准)、收费服务模块(4个标准)、应急处置模块(2个标准)、车路协同模块(1个标准)、造价模块(1个标准)。
4、6、12、15米宽水泥混凝土路面结构设计图
水泥砼道路的施工方案设计
水泥砼道路的施工方案设计
一、施工前准备工作
1.确定施工地点和道路规划
2.进行必要的地质勘察和土壤测试
3.准备相关施工材料和设备
二、基底处理
1.清理施工区域，除去杂物和沉积物
2.进行平整化处理，填平坑洼和凹陷部分
3.进行必要的排水设计，确保道路排水畅通
4.铺设垫层，通常使用砂石或碎石作为垫层材料
三、砼材料准备
1.按照设计要求，准备所需的水泥、砂浆、骨料等材料
2.对水泥进行质量检测，确保符合施工标准
3.按照比例将水泥、骨料、砂浆等材料进行搅拌和混凝
四、施工工艺
1.进行道路模板的安装，确保道路形状和线路的准确性
2.将预制的砼料倒入道路模板内，利用振动器进行浇筑和压实
3.对砼材料进行充分的压实和振实，确保道路面的平整度和密实度
4.在浇筑完成后，及时进行表面处理，如喷水、刷涂等，防止砼表面龟裂和开裂
五、养护保养
1.在道路砼浇筑完成后，进行养护保养，覆盖防尘网等保护措施，防止外界污染和损害
2.定期进行养护，进行除尘、清洁和修补工作，保持道路的平整度和平滑度
3.协调车辆通行
六、交付使用
1.经过养护保养，确保道路的稳定性和使用性，并进行质量检测
2.通知相关部门进行验收，确认道路符合相关规定和标准
3.在验收通过后，将道路交付给相应的部门或用户使用
总结：水泥砼道路的施工方案设计要考虑到施工前准备工作、基底处理、砼材料准备、施工工艺、养护保养和交付使用等环节，严格按照设计要求和相关标准进行施工，确保道路的质量和使用性能。
同时，还需要合理安排施工进度和施工人员，加强施工现场管理，确保施工的安全和顺利进行。
16水泥混凝土路面设计
5.交通等级划分
第三节 水泥混凝土路面应力分析
一、水泥混凝土路面温度应力分析
水泥混凝土路面板内不同深处的温度，随气温的 变化而变化。这种变化使混凝土板出现膨胀和收缩变 形的趋势。当变形受阻时，板内便产生胀缩应力的初期，混凝土尚未完全硬化，其抗拉强度 不足以抵抗收缩应力，板将出现开裂。
各级公路水泥混凝土面层的表面构造深度(mm)要求
公路等级 一般路段 特殊路段
高速公路、一级公路 0.70～1.10 0.80～1.20
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 D40-2019: 以弹性半空间地基有限大矩形板模型为基础，以100KN单
轴双轮标准轴载作用于矩形板纵向边缘中部产生的最大荷载 应力控制设计。
采用了可靠度设计方法，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。
4.标准轴载累计当量作用次数
NeNs[1(g rgr)t 1]36 5
临界荷位处车辆轮迹横向分布系数η
公路等级
高速公路、一级公路
二级、二级以 下公路
行车道宽＞7m 行车道宽<7m
纵缝边缘处 0.17-0.22 0.34-0.39 0.54-0.62
注：车道、行车道较宽或者交通量较大时，取高值；反之，取低值。
极重
特重
重
-
高速
一级
二级 高速
一级
二级
低
低
中
低中 低
中低中
≥320 320~280 300~260
280~240
270~230 260~220
二级
中等 三、四级
三、四级
轻 三、四级
水泥混凝土道面分块设计
水泥混凝土道面分块设计最初，当采用水泥混凝土修筑路面时，并不做分块设计，除施工缝外，也不做任何接缝，面板浇筑的很长。
到20年代，发现早期建造的混凝土路面，冬天发生断裂，夏天则容易引起拱胀和挤碎破坏。
于是，在这一时期修建的混凝土路面，每隔9～12m(30～40ft)设置一条胀缩缝，缝宽10～15mm(in)，中填沥青类材料。
到30年代，发现这种长板最后总是每隔3～4m产生横向裂缝，并且在胀缩缝处容易错台和唧泥等病害，经过近20年的摸索之后人们认识到，水泥混凝土板的平面尺寸不能太大。
胀缝设置也不能过多，目前趋向于不设或少设胀缝，减小缩缝间距。
板的长度在公路上素混凝土板取4～6m，在机场道面取为4m×4m、4m×5m、5m×5m、5m×6m等。
配有钢筋的板的平面尺寸可大些。
一、分块设计的原则机场道面一般采用矩形板，因矩形板平整性好，便于施工，在进行分块设计时，应遵循下列原则：1、尽可能将板划分为正方形或接近正方形，这样板的受力性能好，强度高，计算表明，在相同条件下，令圆板的强度为1，则六角形板的强度为0.86，正方形板为0.76，矩形板为0.76×(a为短边，b为长边)。
矩形板的长宽之比采用1.25：1～1：1为宜。
2、同一机场道面板的平面尺寸种类不宜过多，以减少模板种类，便于施工。
数量较多的规格板的尺寸，应与机械作业宽度相一致，常用宽度为4～5m。
在机械化程度低或手工操作的情况下，板的尺寸不宜过大，以免一块板的摊铺时间长，影响混凝土质量。
3、规格板的尺寸应与跑道、滑行道、集体停机坪等道坪的外廓尺寸相协调，最好只用一种基本尺寸，并成倍数关系。
尽量减少非规格板的数目，以简化施工。
规格板的最小边长为3m，最大边长为6m。
非规格板的最短边长不小于1m。
板角应避免有小于90°的锐角，防止因受力条件差而产生板角断裂。
4、双面坡跑道的中心线应与纵缝重合，切忌将跑道中心线位于板中(该板浇筑成“人”形折线板)。
混凝土路面设计计算书(终极版)
目录1课程设计题目 (1)2课程设计目的 (1)3课程设计主要内容 (1)4路面厚度计算 (1)4.1交通分析 (1)4.2初拟路面结构 (3)4.3路面材料参数确定 (4)4.4 荷载疲劳应力 (6)4.5温度疲劳应力 (7)4.6验算初拟路面结构 (8)5接缝设计 (8)5.1纵向接缝 (8)5.2横向接缝 (9)6混凝土面板钢筋设计 (10)6.1 边缘补强钢筋 (10)6.2 角隅钢筋 (11)7材料用量计算 (11)7.1 面层 (11)7.2 基层 (12)7.3 垫层 (13)8施工要求说明 (13)参考资料 (15)水泥混凝土路面设计计算书1课程设计题目水泥混凝土路面设计：公路自然区划Ⅱ区拟建一条一级公路，路基为粘质土，采用普通混凝土路面，双向四车道，经交通调查得知，设计车道使用初期轴载日作用次数为4500。
试设计该路面结构。
2课程设计目的通过课程设计巩固和加深所学的专业知识，熟悉相关的设计规范和施工规范，掌握实际工程结构设计的全过程。
使学生将所学的专业基础和专业课知识在课程设计过程中有机的联系在一起，为进行实际的工程设计奠定基础。
要求学生课程设计之后对相关的设计规范、施工和试验规范等有比较系统和全面的了解，综合解决水泥混凝土路面结构设计中的实际问题，深入理解水泥混凝土路面的设计理论，掌握设计方法。
3课程设计主要内容（1）结构组合设计；（2）材料组成设计；（3）混凝土板厚的确定；（4）板的平面尺寸确定；（5）接缝设计；（6）配筋设计；（7）材料用量计算；（8）施工要求说明。
（9）设计图纸为A3路面结构详图一张（手工绘图），要求整洁、规范，图幅和数量符合要求。
（10）附参考文献4路面厚度计算4.1交通分析根据《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTJ012一94)，不同等级公路的路面结构设计安全等级及相应的设计基准期、可靠度指标和目标可靠度如下表：公路技术等级 高速公路 一级公路 二级公路 三、四级公路安全等级 一级 二级 三级 四级 设计基准期 30 30 20 20 目标可靠度（%） 95 90 85 80 目标可靠指标 1.64 1.28 1.04 0.84 变异水平等级 低低~中中中~高由表4-1知，一级公路的设计基准期为30年，安全等级为二级。
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高速 一级 30年 1.64
95% 低
一级 二级 30年 1.28
90% 低-中
二级 三级 20年 1.04
85% 中
三、四级 四级 20年 0.84
80% 中-高
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2.变异系数范围
变异水平等级
低
中
高
混凝土弯拉强度、 0.05~0.10 0.10~0.15 0.15~0.20 弯拉弹性模量
由力的平衡方程得：
P－－板表面竖向荷载 q－－地基对板底面竖向反力
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板中心挠曲面微分方程求解
由上式p、q、w、D知，
W q P、D已知，如求得
~ （x,y)
(x,y)
则可求出W.
进而可求出板应力σ
的关系 ，
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W q ~ （x,y)
(x,y)
两种地基模型： 文克勒地基模型q(x,y)=kW(x,y) 弹性半空间地基模型 q(x,y)=f5 0.25~0.35 0.35~0.55 量
面层厚度
0.02~0.04 0.04~0.06 0.06~0.08
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3.可靠度设计表达式
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，
其表达式为：
r(p r tr )fr
后，因收缩而产生的应力很小，可不予考
虑。
2. 翘曲应力
气温升降，板顶和板底产生温差，使板产生 翘曲变形。
翘曲应力公式（式16－37、式16－38）
气温升高时
气温降低时
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第五节 水泥混凝土路面板厚设计方法
一． 设计依据－结构可靠度设计方法
1. 可靠度设计标准
公路等级 安全等级 设计基准期 目标可靠指标 目标可靠度 变异水平等级
式中：
－可靠度系数，依所选目标可靠度及变异水平等级确定；
r
pr
tr
f r
－行车荷载疲劳应力（MPa)，计算方法见后； －温度梯度疲劳应力（MPa),计算方法见后； －水泥混凝土弯拉强度标准值(MPa).
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可靠度系数
变异
目标可靠度(%)
水平 等级
95
90
85
80
低 1.20~1.33 1.09~1.16 1.04~1.08
板内无横向剪切应变。 中性面上各点无平行于中面的位移。 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。 在板与地基的两接触面之间没有摩阻力（可以
自由滑动），即接触面上的剪应力视为零。
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2.板挠曲面微分方程
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6
板挠曲面微分方程
--
中 1.33~1.50 1.16~1.23 1.08~1.13 1.04~1.07
高
--
1.23~1.33 1.13~1.18 1.07~1.11
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混凝土弯拉强度标准值
水泥混凝土的强度以28天龄期的弯拉强度控制。当混凝 土浇筑后90天内不开放交通时，可采用90天龄期的弯拉 强度。各交通等级要求的混凝土弯拉强度标准值不得低 于下表的规定：
交通等级
特重 重 中等 轻
水泥混凝土的弯拉强度标准值(MPa) 5.0 5.0 4.5 4.0
钢纤维混凝土的弯拉强度标准值 (MPa)
6.0 6.0 5.5 5.0
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二、设计参数
1. 标准轴载：100KN的单轴－双轮组荷载
2. 轴载换算：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(P436式16-1)：
f 的抗弯拉强度即
p
t
cm
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水泥混凝土路面设计内容
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 路面排水设计 普通混凝土路面的钢筋配筋率设计
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第二节 弹性地基板体系理论概述
1. 小挠度弹性薄板的基本假设
薄板全厚度范围内的所有各点具有相同的竖向 位移。
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第三节 水泥混凝土路面荷载应力分析
二． 弹性半空间体地基板的荷载应力分析
弹性半空间体地基q(x,y)=f{W(x,y)}
无限大板－解析解 有限尺寸矩形板
无解析解 可得到有限元解
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第四节 水泥混凝土路面温度应力分析
1. 胀缩应力
2.
混凝土面板设接缝划分为有限尺寸板
3. 交通分级
交通等级 特重
重
中等 轻
设计车道标准 >2000 100~2000 3~100 <3 累计作用轴次
Ne(104)
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16
N
n
s
i1
iN
i
P 100
i
(3.0.4 - 1)
10 P 2 . 22 i
3 0 . 43 i
10 P 1 . 07 i
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16水泥混凝土路面设计
第十六章 水泥混凝土路面设计
第一节 概述
一． 设计理论
弹性地基上的小挠度薄板理论
水泥混凝土路面破坏的力学分析
荷载的疲劳应力
温度翘曲应力
不均匀的基础变形使板底脱空而产生过大的弯拉应力
水泥路面的破坏型式：断裂、唧泥、错台、拱起、接缝 挤碎等
设计要求：荷载疲劳应力＋温度翘曲应力不超过混凝土
5 0 . 22 i
10 P 2 . 24 i
8 0 . 22 i
式中：
(3.0.4 - 2) (3.0.4 - 3) (3.0.4 - 4)
N
100KN
s
的单轴－双轮组标准轴
载的作用次数；
P i 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 ）；
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板内应力求解
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第三节 水泥混凝土路面荷载应力分析
一． 文克勒地基板的荷载应力分析－无限大板
文克勒地基模型q(x,y)=kW(x,y) 威斯特卡德(H.M.S.Westergaard)求出三种荷位下无限
大板的挠度、弯矩和板底的最大弯拉应力
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n 轴型和轴载级位数；
N
各类轴型
i
i 级轴载的作用次数；
轴－轮型系数， i
单轴－双轮组时，
＝ 1；
i
单轴－单轮时，按式（
3 .0 . 4 － 2）计算；
双轴－双轮组时，按式
（ 3 .0 .4 － 3）计算；
三轴－双轮组时，按式
（ 3 .0 .4 － 4）计算。
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4.设计基准期内设计车道的累计标准轴载作用次数