第八章 水泥混凝土路面及其结构设计[研究材料]
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水泥混凝土路面沥青加铺层设计方法研究
摘
要： 一些水泥混凝 土路 面由于结构设计和施工质量等方面存在缺陷 ， 导致水泥混凝 土路 面板块 出现了错
台、 脱空 、 断板等病害 ， 使得道路 的服务质量急剧下降 ， 严重影响了车辆 的行驶安全 。如何有效地对 旧水 泥混 凝土路 面功 能进行修复和改善 ， 采取积极有效的措施对现有道路资产进行保 护 ， 已成为城市迫切需要 面对 的
问题 ， 将直接关系到城 市整个路 网的顺利运营 。 关键词 ： 路面 ； 加铺层 ； 设计
中图分 类号 ： ４ ６２ ６ Ｕ １． １ 文 献标 识码 ： Ｃ 文 章 编 号 ：０８— ３３ ２ １ ）８— １８— １ １０ ３ ８ （０ ０ ０ ０ １ ０
１ 沥 青 加 铺层 厚 度 设 计 现行 的《 公路水 泥混 凝土 路 面设 计规 范》（Ｔ ４ ＪＧ Ｄ ０— ２０ ） ０２ 对在旧混凝土路面加铺层设计作 了以下几个方 面的规
②拌 和时 间与温度 的调整 。由于 Ｓ ＷＩ Ａ 在施 工时铺层 很薄降温很快 ， 因此对混合料 的加热温度 以及温控精度 提出 了很 高的要求 。若 出料温度偏低 ， 摊铺到路面上 ， 温降很快 ， 往往难于达到碾压要求 ， 空隙率则偏大 ； 出料温度太高 ， 沥青 老化十分严重 ， 影响混合料质量 。因此要求出料温度控制在 允许 出料 温度的上 限附近 ， 温度 波动控制 在 ± ． ２ ５℃以 内。 特别需要指 出的是 ， 层温 降受环境 温度、 加铺 风速 和铺层厚 度影响很大 ， 应根据具体情况适 当调整 。 ③引风除尘 。由于原 材料 含 有较 多 的小 于 ０ ０ ５ｍｍ ． ７
的粉 尘 ， 要 依 靠 搅 拌 设 备 的 除尘 系 统 进 行 净 化 ； 时 除 尘 需 同 系统的作用是 使滚 筒内有一个合适 的负压 ， 保证燃烧器的火 焰充分燃烧 。 １ ４ 厚度 设 计 ． （ ）Ａ 施工技术要 点。Ｓ ＷＩ ２ Ｓ ＷＩ Ａ 沥青混合料摊铺和碾压 沥青加铺层的厚度 按减缓反 射裂缝 的要求 确定 。高速 Ｓ ＷＩ Ａ 应力吸收防水粘结层的主要功能是延缓反射裂缝上穿、 公路和一级公路 的最 小厚度 为 １０ｍｍ， ０ 其他 等级 的公 路最 防止水分进 ＾、 层间粘结 的作用 ， 其铺层厚度要求为（． ± ．） ２５ ０５ 小厚度宜为 ７ ｍ。旧混凝 土板 的厚度 、 ０ｍ 混凝土的弯拉强度 ｃ 铺层过厚难于碾压 ， ｍ， 不利于高温稳定性 ； 铺层太薄难于施工 ， 和弹性模量标 准值 以及基层顶面 当量 回弹模量标准值 ， 采用 亦容易产生离析现象 ， 也不利于延缓反射裂缝。因此旧水泥混 旧混凝土路面的实测值。 凝土板块上应铺筑厚度均匀 的沥青混合料薄层。 ２ 加 铺 层 结 构设 计及 施 工 ３ 施 工 技术 要 求 试验路先刨除 旧沥青混凝土罩面 ， 经过 旧水泥路面稳定 ３ １ 施 工和 碾 压 温度 ． 处治后 ， 根据旧路处治结果 ， 并结 合城 市多数市政 道路 的现 改性沥青加热 温度 及改性 沥青混合料 施工温度应 符合 状 ， 出薄层 加铺 的结构设计方案。 提 规定 ， 并根据沥青 品种 、 度 、 粘 气候 条 件及铺 筑层 的厚度 选 ２ １ 材料技 术要求 ． 择。由于改性沥青 的粘度 的增大 ， 证较高的施工温度成了 保 （） １ 沥青防反射裂 缝应力 吸 收层 的胶 结料 为特 种聚合 施 工 的 最重 要 的技 术 关 键 。如 果 温 度 不 够 ， 合 料 不 可 能 拌 混 物改性沥青 ， 其具有较高的高温黏度 和低 温延度 ， 因此 ， 其混 和均匀 ， 摊铺平整度无 法保 证 ， 碾压不可能达到压 实度 ， 施工 合料具有较好的高温稳定性和低温抗疲劳性能。 （ 转 第 １０页 ） 下 ２
水泥混凝土路面结构设计
水泥混凝土路面结构设计水泥混凝土是一种常见的道路材料，其优势在于耐久性、坚固性和可维护性，在道路建设中被广泛应用。
水泥混凝土路面结构设计的目标是提供一个安全、平稳和持久的路面，以满足交通负荷和环境要求。
本文将详细介绍水泥混凝土路面结构设计的步骤和关键要素。
1.交通负荷评估：首先，需要评估道路的预期交通负荷，包括车辆类型、数量和分布，以及道路的设计寿命和使用率。
这些信息将有助于确定设计强度和厚度。
2.地基评估：下一步是评估道路基础土壤的承载能力和稳定性。
这可以通过进行土壤试验和分析来完成，以确定所需的地基改良措施。
3.设计强度：在确定交通负荷和地基条件后，需要确定水泥混凝土路面的设计强度。
这可以通过确定路面的抗裂层、基层和底基层的厚度和强度来实现。
4.施工材料选择：选择适当的水泥混凝土材料也是结构设计的一个重要方面。
需要考虑的因素包括水泥的类型和强度等级、骨料的选择和比例、添加剂的使用以及抗裂层和基层的材料等。
5.结构设计：根据设计强度和材料选择，可以确定水泥混凝土路面结构设计的具体参数。
这包括各层的厚度、强度和材料属性，以及铺设方法和施工顺序等。
6.施工控制：最后，需要进行施工控制以确保设计要求的实现。
这包括材料质量控制、施工过程控制、工程质量检验和验收等。
1.路面厚度：路面厚度的确定需要考虑交通负荷、地基条件和设计寿命等因素。
一般而言，较大的交通负荷和较差的地基条件会导致更大的路面厚度要求。
2.强度要求：水泥混凝土路面需要具备足够的强度来承受交通负荷和环境荷载。
设计强度可以通过材料和结构参数的选择来实现，并且需要考虑到抗裂层、基层和底基层的设计。
3.材料选择：水泥混凝土路面的关键材料包括水泥、骨料、添加剂和沥青砂浆等。
这些材料的选择需要考虑到交通和环境要求，以及施工可行性和经济性等因素。
4.施工方法：水泥混凝土路面施工方法的选择对于路面质量的保证非常重要。
常见的施工方法包括摊铺、振动、压实和养护等。
第八章 柔性路面结构设计
中 湿
150～200 大于200
60～100
100～150 潮 湿 150～200 大于200
45～55
55～60 60～70 70～80
40～50
50～55 55～65 65～75
35～45
45～50 50～55 55～70
50～60
60～70 70～80 80～100
45～55
55～65 65～70 70～90
2. 各层厚度的确定
3. 各层材料的组成设计 六、柔性路面设计方法 1. 经验法 2. 解析理论法
第一节 柔性路面的损坏模式和设计标准
一、路面局部沉陷
（一）表现
在车轮作用下表面产生的较大 凹陷变形，有时凹陷两侧伴有 隆起现象
（二）起因 当路基土的承载能力较低，不能承受从路面传至路基表面的车轮压力，便 产生较大的垂直变形即沉陷。 （三）设计指标
半无限体的应变
Z f ( z)
容许应变
Z f ( z)
（二）适当的层数和层厚
Z
结构层数既要体现强度和刚度沿深度递减的规律 ，又要考虑施工工艺、材料 规格和强度形成原理 根据公路等级、交通量大小、重车所占的比例、选用沥青质量等因素，综合考 虑确定沥青层厚度 基层、底基层厚度应根据交通量大小、材料力学性能和扩散应力的效果，发挥 压实机具的功能以及有利于施工等因素选择 各类结构层具有满足施工要求的最小厚度和适宜厚度
2 2 2h
L: e
d
图12-4
双层体系表面垂直位移系数ω诺谟图
四、弹性三层体系解
(1)表面弯沉
(2)上、中层底面最大弯拉应力
图12-5
双圆均布荷载下弹性三层体系
(3)上层表面最大剪应力
wA水泥混凝土路面结构设计资料
混凝土小块铺砌路面简介
特点：小尺寸（一般小于0.03m2），抗压强度高 （60MPa），在基层上设置3cm左右的整平层，然后进 行拼装。 优点：便于维修，耐压 适用场合：城市道路人行道，停车场、堆场等。
连续配筋水泥混凝土路面（CRCP）简介 (Continuously Reinforced Concrete Pavement)
水泥混凝土路面结构层 认知
水泥混凝土路面分类
• 普通混凝土路面 • 钢筋混凝土路面 • 连续配筋混凝土路面 • 预应力混凝土路面 • 装配式混凝土路面 • 钢纤维混凝土路面 • 碾压混凝土路面 • 裸石露石混凝土路面
• 基本概念
• 水泥混凝土路面： 包括普通混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混
凝土、预应力混凝土、装配式混凝土和钢纤维混 凝土等面层板和基（垫）层所组成的路面。
影响水泥混凝土强度的因素（抗折强度）
细集料：
细度模数的影响：随着砂细度模数增加，抗折强度和抗压强度均略有 增大。当砂越来越粗时，砂对于嵌锁力的贡献逐渐增强，而嵌锁力提 高必然带来抗折强度的增大。 单位水含泥泥用量量的：影响：
随着水泥用量的增大，混凝土抗折强度增大。单位水泥用量增大100kg/m3 时，抗压强度可提高35%左右，砾石混凝土抗折强度仅增加5%，碎石混凝土 增加12%左右。 水灰比：
5
§水泥混凝土路面的损坏模式
(5) 错台 现象：接缝或裂缝两侧路面板端部 出现的竖向相对位移。
• 原因：横缝处传荷能力不足，车轮经过时相邻板端部会出现 挠度差，使沿缝隙下渗的水带着基层被冲蚀的碎屑向后方板 下运动，把该板抬起。胀缝下部填缝板与上部缝槽未能对齐， 或胀缝两侧混凝土壁面不垂直，使缝旁两板在伸胀持压过程 中，会上下错位而形成错台。当交通量或地基承载力在横向 各块板之间不一致时，纵缝止也会产生错台现象。错台的出 现，降低了行车的平稳性和舒适性。
特点：小尺寸（一般小于0.03m2），抗压强度高 （60MPa），在基层上设置3cm左右的整平层，然后进 行拼装。 优点：便于维修，耐压 适用场合：城市道路人行道，停车场、堆场等。
连续配筋水泥混凝土路面（CRCP）简介 (Continuously Reinforced Concrete Pavement)
水泥混凝土路面结构层 认知
水泥混凝土路面分类
• 普通混凝土路面 • 钢筋混凝土路面 • 连续配筋混凝土路面 • 预应力混凝土路面 • 装配式混凝土路面 • 钢纤维混凝土路面 • 碾压混凝土路面 • 裸石露石混凝土路面
• 基本概念
• 水泥混凝土路面： 包括普通混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混
凝土、预应力混凝土、装配式混凝土和钢纤维混 凝土等面层板和基（垫）层所组成的路面。
影响水泥混凝土强度的因素（抗折强度）
细集料：
细度模数的影响：随着砂细度模数增加，抗折强度和抗压强度均略有 增大。当砂越来越粗时，砂对于嵌锁力的贡献逐渐增强，而嵌锁力提 高必然带来抗折强度的增大。 单位水含泥泥用量量的：影响：
随着水泥用量的增大，混凝土抗折强度增大。单位水泥用量增大100kg/m3 时，抗压强度可提高35%左右，砾石混凝土抗折强度仅增加5%，碎石混凝土 增加12%左右。 水灰比：
5
§水泥混凝土路面的损坏模式
(5) 错台 现象：接缝或裂缝两侧路面板端部 出现的竖向相对位移。
• 原因：横缝处传荷能力不足，车轮经过时相邻板端部会出现 挠度差，使沿缝隙下渗的水带着基层被冲蚀的碎屑向后方板 下运动，把该板抬起。胀缝下部填缝板与上部缝槽未能对齐， 或胀缝两侧混凝土壁面不垂直，使缝旁两板在伸胀持压过程 中，会上下错位而形成错台。当交通量或地基承载力在横向 各块板之间不一致时，纵缝止也会产生错台现象。错台的出 现，降低了行车的平稳性和舒适性。
第八章水泥混凝土路面设计
8
1）.纵向接缝的间距按路面宽度在3.O—4.5m 范 纵向接缝的间距按路面宽度在3.O— 3.O 围内确定。碾压混凝土、钢纤维混 围内确定。碾压混凝土、钢纤维混凝土面层在全 幅摊铺时,可不设纵向缩缝。 幅摊铺时,可不设纵向缩缝。 横向接缝的间 2）.横向接缝的间距按面层类型和厚度选定 : A.普通混凝土面层一般为 普通混凝土面层一般为4 A.普通混凝土面层一般为4—6米,面层板的长宽 比不宜超过1.30,平面尺寸不宜大于25 1.30,平面尺寸不宜大于25m 比不宜超过1.30,平面尺寸不宜大于25m2 ; B.碾压混凝土或钢纤维棍凝土面层一般为 碾压混凝土或钢纤维棍凝土面层一般为6 B.碾压混凝土或钢纤维棍凝土面层一般为6— 10m。 10m。 C.钢筋混凝土面层一般为 钢筋混凝土面层一般为6 15m。 C.钢筋混凝土面层一般为6—15m。 4.厚度 厚度： 4.厚度： 普通混凝土、钢筋混凝土、 1）普通混凝土、钢筋混凝土、碾压混凝土或连续 配筋混凝土面层所需的厚度,可参照规范的要求 配筋混凝土面层所需的厚度,可参照规范的要求 取值P327 取值P327
轻 三、四级 高 ≤230 中 ≤220
10
面层厚度（mm） 240~210
2）钢纤维混凝土面层的厚度按钢纤维掺量确定, 钢纤维混凝土面层的厚度按钢纤维掺量确定, 钢纤维体积率为0.6%~1.0% 0.6%~1.0%时 钢纤维体积率为0.6%~1.0%时,其厚度为普通混凝 0.65~075倍 特重或重交通时, 土面层厚度的 0.65~075倍。特重或重交通时,其 最小厚度为160mm;中等或轻交通时, 160mm;中等或轻交通时 最小厚度为160mm;中等或轻交通时,其最小厚度 140mm。 为140mm。 复合式路面沥青上面层的厚度一般25~8 25~80 3）复合式路面沥青上面层的厚度一般25~80mm 。 各种混凝土面层的计算厚度应满足规范要求。 规范要求 5. 各种混凝土面层的计算厚度应满足规范要求。 面层设计厚度依计算厚度按l mm向上取整 向上取整。 面层设计厚度依计算厚度按l0mm向上取整。
第八章水泥混凝土路面设计共39页
8
四）面层：
类型
有或无传力杆的横缝
1、有接缝的普通混凝土路面
有或无传力杆的横缝
有拉杆的纵缝
钢丝网 2、有接缝的钢筋混凝土路面
连续配筋 3、连续配筋混凝土路面
钢筋丝
9
4、预应力混凝土路面
1.面层一般采用设接缝的普通混凝土;面层板 的平面尺寸较大或形状不规则,路面结构下 埋有地下设施,高填方、软土地基、填挖交 界段的路基等有可能产生不均匀沉降时,应 采用设置接缝的钢筋混凝土面层。其他面 层类型可根据适用条件按规范取用。
5.基层下未设垫层,上路床为细粒土、粘土质砂或级配不 良砂(承受特重或重交通时),或者为细粒土(承受中等交 通时), 应在基层下设置底基层。底基层可采用级配粒 料、水泥稳定粒料或石灰粉煤灰稳定粒料 , 厚度一般 为200mm。排水基层下应设置由水泥稳定粒料或者密级 配粒料组成的不透水底基层 , 厚度 一般为 2 00mm 。 底基层顶面宜铺设沥青封层或防水土工织物。
3）排水垫层：水文地质条件不良的土质路基,路床土湿度较大 时；
4）隔离层：水文地质条件不良的土质路基,路床土湿度较大时；
2.垫层的宽度应与路基同宽,其最小厚度为 150mm。
3.防冻垫层和排水垫层宜采用砂、砂砾等颗粒材料；防污垫层
或隔离层可采用低剂量无机结合料稳定粒料或土。
5
三）基层 作用 ：1.防止唧泥 ；2.防冰冻作用；3.为面层提供均匀的
3）复合式路面沥青上面层的厚度一般25~80mm 。 5. 各种混凝土面层的计算厚度应满足规范要求。
面层设计厚度依计算厚度按l0mm向上取整。
13
二、接缝设计 1.作用：
14
2.接缝的种类及构造：按方向分有纵缝和横缝；按形 式分有真缝（分平口和企口）和假缝；按缝填封材料 分有接缝板和填缝料。 ❖ 横缝：有缩缝、施工缝和胀缝。 ❖ 设置胀缝：是使混凝土板有膨胀的余地，从而避免 产生过大的热压应力。胀缝采用平缝形式，下部设 接缝板，上部为填封料，并设置传力杆。常用的胀 缝缝隙宽度为2.0~2.5cm。
四）面层：
类型
有或无传力杆的横缝
1、有接缝的普通混凝土路面
有或无传力杆的横缝
有拉杆的纵缝
钢丝网 2、有接缝的钢筋混凝土路面
连续配筋 3、连续配筋混凝土路面
钢筋丝
9
4、预应力混凝土路面
1.面层一般采用设接缝的普通混凝土;面层板 的平面尺寸较大或形状不规则,路面结构下 埋有地下设施,高填方、软土地基、填挖交 界段的路基等有可能产生不均匀沉降时,应 采用设置接缝的钢筋混凝土面层。其他面 层类型可根据适用条件按规范取用。
5.基层下未设垫层,上路床为细粒土、粘土质砂或级配不 良砂(承受特重或重交通时),或者为细粒土(承受中等交 通时), 应在基层下设置底基层。底基层可采用级配粒 料、水泥稳定粒料或石灰粉煤灰稳定粒料 , 厚度一般 为200mm。排水基层下应设置由水泥稳定粒料或者密级 配粒料组成的不透水底基层 , 厚度 一般为 2 00mm 。 底基层顶面宜铺设沥青封层或防水土工织物。
3）排水垫层：水文地质条件不良的土质路基,路床土湿度较大 时；
4）隔离层：水文地质条件不良的土质路基,路床土湿度较大时；
2.垫层的宽度应与路基同宽,其最小厚度为 150mm。
3.防冻垫层和排水垫层宜采用砂、砂砾等颗粒材料；防污垫层
或隔离层可采用低剂量无机结合料稳定粒料或土。
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三）基层 作用 ：1.防止唧泥 ；2.防冰冻作用；3.为面层提供均匀的
3）复合式路面沥青上面层的厚度一般25~80mm 。 5. 各种混凝土面层的计算厚度应满足规范要求。
面层设计厚度依计算厚度按l0mm向上取整。
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二、接缝设计 1.作用：
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2.接缝的种类及构造：按方向分有纵缝和横缝；按形 式分有真缝（分平口和企口）和假缝；按缝填封材料 分有接缝板和填缝料。 ❖ 横缝：有缩缝、施工缝和胀缝。 ❖ 设置胀缝：是使混凝土板有膨胀的余地，从而避免 产生过大的热压应力。胀缝采用平缝形式，下部设 接缝板，上部为填封料，并设置传力杆。常用的胀 缝缝隙宽度为2.0~2.5cm。
路基路面课程设计水泥混凝土沥青
路基路面课程设计水泥混凝土沥 青
• 课程设计背景与目的 • 路基路面设计基础 • 水泥混凝土路面施工技术 • 沥青路面施工技术 • 质量检测与验收标准 • 课程设计案例分析
01
课程设计背景与目的
背景介绍
交通运输工程重要性
01
路基路面是交通运输工程的重要组成部分，其质量直接影响道
路使用寿命和行车安全。
路面结构类型
包括柔性路面、刚性路面和半刚性路面等。柔性路面以沥青混凝土为代表，刚 性路面以水泥混凝土为代表，半刚性路面则采用沥青碎石等材料。
选择依据
根据道路等级、交通量、气候条件、材料来源和工程造价等因素，选择合适的 路面结构类型。
水泥混凝土路面设计要点
设计参数
确定水泥混凝土路面的厚度、 强度等级、抗折强度、耐磨性
浇筑前应对模板进行检查，确保其位置、尺寸准确无误。浇筑时应分层 进行，每层厚度不超过30cm，同时采用振捣棒进行振捣，确保混凝土密 实。
振捣、整平与养护措施
整平采用刮尺刮平，同时用木抹子反复搓平表面，确 保路面平整度。
采用插入式振捣棒进行振捣，振捣时应快插慢拔，确 保混凝土密实度。
混凝土浇筑完成后，应及时进行养护。一般采用覆盖 保湿养护法，即在混凝土表面覆盖一层塑料薄膜或草 帘等保湿材料，并定期浇水保持湿润状态。养护时间 一般不少于14天。
通过渗水试验，检查路 面的渗水性能是否满足
设计要求。
验收标准与程序
验收标准
根据设计文件、施工图纸和相关规范，制定具体的验收标准，包括各项质量指标 的合格范围。
验收程序
首先进行外观检查，确认路面无明显缺陷；然后进行各项质量检测，确保各项指 标均符合验收标准；最后进行综合性评估，确定路面质量等级并出具验收报告。
• 课程设计背景与目的 • 路基路面设计基础 • 水泥混凝土路面施工技术 • 沥青路面施工技术 • 质量检测与验收标准 • 课程设计案例分析
01
课程设计背景与目的
背景介绍
交通运输工程重要性
01
路基路面是交通运输工程的重要组成部分，其质量直接影响道
路使用寿命和行车安全。
路面结构类型
包括柔性路面、刚性路面和半刚性路面等。柔性路面以沥青混凝土为代表，刚 性路面以水泥混凝土为代表，半刚性路面则采用沥青碎石等材料。
选择依据
根据道路等级、交通量、气候条件、材料来源和工程造价等因素，选择合适的 路面结构类型。
水泥混凝土路面设计要点
设计参数
确定水泥混凝土路面的厚度、 强度等级、抗折强度、耐磨性
浇筑前应对模板进行检查，确保其位置、尺寸准确无误。浇筑时应分层 进行，每层厚度不超过30cm，同时采用振捣棒进行振捣，确保混凝土密 实。
振捣、整平与养护措施
整平采用刮尺刮平，同时用木抹子反复搓平表面，确 保路面平整度。
采用插入式振捣棒进行振捣，振捣时应快插慢拔，确 保混凝土密实度。
混凝土浇筑完成后，应及时进行养护。一般采用覆盖 保湿养护法，即在混凝土表面覆盖一层塑料薄膜或草 帘等保湿材料，并定期浇水保持湿润状态。养护时间 一般不少于14天。
通过渗水试验，检查路 面的渗水性能是否满足
设计要求。
验收标准与程序
验收标准
根据设计文件、施工图纸和相关规范，制定具体的验收标准，包括各项质量指标 的合格范围。
验收程序
首先进行外观检查，确认路面无明显缺陷；然后进行各项质量检测，确保各项指 标均符合验收标准；最后进行综合性评估，确定路面质量等级并出具验收报告。
水泥混凝土路面结构设计
PS在四边自由板临界荷位处产生的荷 载应力按下式计算。
σps——标准轴载PS在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力(MPa)； r ——混凝土板的相对刚度半径(m)； h——混凝土板的厚度(m)； Ec——水泥混凝土的弯拉弹性模量(MPa)； Et——基层顶面当量回弹模量(MPa)，
设计依据——可靠度系数γ r
可靠度系数取值
设计依据——水泥混凝土弯拉强度标准值fr
水泥混凝土完拉强度标准值
交通分级
交通荷载分析
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。
Ns =
∑
n
i =1
Pi δiNi 100
L——板长，即横缝间距(m)。 r——板相对刚度半径
温度疲劳应力—最大温度梯度Tg ，查表
最大温度梯度标准值Tg 最大温度梯度标准值
温度疲劳应力—综合温度翘曲应力和内应力作用的温度应力系数Bx
温度应力系数Bx 温度应力系数
温度疲劳应力—疲劳应力系数k
t
温度疲劳应力系数可按下式计算确定。
防冻厚度设计
Et——基层顶面的当量回弹模量(MPa)
E0——路床顶面的回弹模量(MPa)； E1、E2——基层和底基层或垫层的回弹模量(MPa)；
Ex——基层和底基层或垫层的当量回弹模量(MPa)； hx——基层和底基层或垫层的当量厚度(m) ； h1、h2——基层和底基层或垫层的厚度(m)；
Dx——基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度(MN-m) ； a、b——与Ex／E0有关的回归系数，
设计依据——可靠度系数γ r
可靠度设计标准
设计依据——可靠度系数γ r
σps——标准轴载PS在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力(MPa)； r ——混凝土板的相对刚度半径(m)； h——混凝土板的厚度(m)； Ec——水泥混凝土的弯拉弹性模量(MPa)； Et——基层顶面当量回弹模量(MPa)，
设计依据——可靠度系数γ r
可靠度系数取值
设计依据——水泥混凝土弯拉强度标准值fr
水泥混凝土完拉强度标准值
交通分级
交通荷载分析
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。
Ns =
∑
n
i =1
Pi δiNi 100
L——板长，即横缝间距(m)。 r——板相对刚度半径
温度疲劳应力—最大温度梯度Tg ，查表
最大温度梯度标准值Tg 最大温度梯度标准值
温度疲劳应力—综合温度翘曲应力和内应力作用的温度应力系数Bx
温度应力系数Bx 温度应力系数
温度疲劳应力—疲劳应力系数k
t
温度疲劳应力系数可按下式计算确定。
防冻厚度设计
Et——基层顶面的当量回弹模量(MPa)
E0——路床顶面的回弹模量(MPa)； E1、E2——基层和底基层或垫层的回弹模量(MPa)；
Ex——基层和底基层或垫层的当量回弹模量(MPa)； hx——基层和底基层或垫层的当量厚度(m) ； h1、h2——基层和底基层或垫层的厚度(m)；
Dx——基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度(MN-m) ； a、b——与Ex／E0有关的回归系数，
设计依据——可靠度系数γ r
可靠度设计标准
设计依据——可靠度系数γ r
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第八章 水泥混凝土路面及其结构设计
李波（副教授）
兰州交通大学调研学土习 木工程学院
1
Contents
目
录
03 04
01
概述
02
水泥混凝土路面结构
弹性地基板的荷载应力分析
我国水泥混凝土路面结构设计
05
国外水泥混凝土路面设计方法
调研学习
2
第一节 概述
调研学习
3
第一节 概述
优点：
缺点：
强度高；
水和水泥用量大；
沥青混凝土
级配碎石、石灰、粉煤
灰稳定碎石、水泥稳定
重
密集配沥青稳定碎石
碎石
水泥稳定碎石
级配碎石
中等、轻
级配碎石
级配碎石、未筛分碎石 或不设
石灰 粉煤灰稳定碎 石
未筛分碎石
调研学习
25
第二节 水泥混凝土路面结构
面层
应具有足够的强度、耐久性、表面抗滑、耐磨、平整。
选择方法
面层一般采用设接缝的普通混凝土； 面层板的尺寸较大或形状不规则，路面结构下埋有地下设 施，高填方、软土地基、填挖交界段的路等有可能产生不 均匀沉降时，应采用设置接缝的钢筋混凝土面层。
基层和底基层 作用：
防唧泥、冰冻 减少路基顶面的压应力，并缓和路基不均匀变形对面层的 影响 提高路面结构的承载能力，延长路面的使用寿命 防水，为面层施工提供方便
调研学习
24
第二节 水泥混凝土路面结构
适宜于各交通荷载等级的基层和底基层类型
交通荷载等级
基层类型
底基层类型
极重、特重
贫混凝土、碾压混凝土
级配碎石
调研学习
19
第二节 水泥混凝土路面结构
调研学习
20
第二节 水泥混凝土路面结构
水泥路面分层
CTB、 LFTB…
砂石材料 级配碎石
面层 基层 路基
水泥混凝土
上基层
下基层（底基层） 上路床 下路床 上路堤 下路堤
改良土 或改善 土
调研学习
21
第二节 水泥混凝土路面结构
路基：
对路基的要求 稳定、密实、均质，对路面结构提供均匀的支撑。
稳定性好；
有接缝，舒适性差；
耐久性好；
开放交通迟；
养护费用少，运输成本低； 修复困难；
有利于夜间行车。
对超载敏感
调研学习
4
第一节 概述
类型： 普通混凝土； 钢筋混凝土； 连续配筋混凝土； 预应力混凝土； 装配式混凝土； 钢纤维混凝土等。
调研学习
5
第一节 概述
普通混凝土路面
除接缝区和局部范围外不配置钢筋的
缩缝：保证板因温度和湿度的降低而收缩时沿该 薄弱断面缩裂，从而避免产生不规则的裂缝。
产生不均匀支撑的原因 ◆ 不均匀沉陷 ◆不均匀冻胀 ◆膨胀土
调研学习
22
第二节 水泥混凝土路面结构
垫层：
垫层的作用： 改善路基水温状况 阻止路基土挤入基层 保证路面结构的稳定性，减少路基顶面的应力和变形 达到路面结构总厚度（对季节性冰冻地区，路面有最小防 冻厚度要求）
调研学习
23
第二节 水泥混凝土路面结构
公路等级
二级
三、四级 三、四级
变异水平等级 高 中 高
中
面层厚度 240～210 230～200 （mm）
220～200
轻
三、四级
高
中
≤230 ≤220
调研学习
28
第二节 水泥混凝土路面结构
面层类型
其他面层类型选择
适用条件
连续配筋混凝土面层
高速公路
沥青上面层与连续配筋混凝土或横 缝设传力杆的普通混凝土下面层的
在混凝土中掺入一些低碳钢，不锈
钢纤维或其他纤维（如塑料纤维、纤维网等），即成为一
种均匀而多向配筋的混凝土路面。
特点：显著提高混凝土的抗拉强度、抗冻性、抗冲击性、抗 摩性、抗疲劳性，可以显著减薄路面厚度，改善路用性能。
调研学习
11
第一节 概述
水泥混凝土路面的破坏类型：
断 裂 唧 泥 错 台 拱 起 接缝挤碎
调研学习
12
第一节 概述
错台
唧泥
拱起
调研学习
13
第一节 概述
接缝挤碎
调研学习
14
第一节 概述
调研学习
15
第一节 概述
调研学习
16
第一节 概述
调研学习
17
第一节 概述
水泥路面的设计标准
调研学习
18
第一节 概述
水泥混凝土路面结构设计主要内容
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 混凝土路面的钢筋配筋设计
连续配筋混凝土路面
除在邻近构造物处或与其他路面交
接处设置胀缝，以及视施工需要设置施工缝外，在路段长
度范围内不设横缝，而配置纵向连续钢筋和横向钢筋的混
凝土面层。
适用于：高速公路、一级公路
调研学习
8
第一节 概述
预应力混凝土路面
事先在工作截面上施加压应力，以提
高它的抗弯拉强度，提高承受荷载能力。
优点：1）路面板厚度小；2）接缝数量小，行车平稳；3） 横向开裂少，耐久性好。
混凝土路面（素混凝土路面应具有足够的耐久性，面板必
须设置在坚固耐久的的基础上，以保证行车要求。
调研学习
6
第一节 概述
钢筋混凝土
为防止可能产生的裂缝缝隙张开，板内配置
有纵、横向钢筋网的混凝土路面。
适用于:1）混凝土平面尺寸较大；2）路基或基层可能产生不 均匀沉陷；3）板下埋有地下设施。
调研学习
7
第一节 概述
复合式路面 碾压混凝土面层
钢纤维混凝土面层
矩形混凝土预制块面层
特重交通的高速公路
二级及二级以下公路、服务区停车 场
标高受限制路段、收费站、混凝土 加铺层及桥面铺装 服务面结构
调研学习
30
第二节 水泥混凝土路面结构
接缝
设置目的：防止温度变化引起的胀缩应力、翘曲 应力和施工要求。
缺点：需大量的预应力筋腱，施工工艺复杂，人力工作量大， 难以实现机械化施工，初期投资大。
调研学习
9
第一节 概述
装配式混凝土路面
在工厂中把混凝土预制成板块，然
后运至工地现场装配而成的混凝土路面。
适用于：
城市道路、厂矿道路。大型基建场地、停车站场和软弱土地 基上。
调研学习
10
第一节 概述
钢纤维混凝土路面
调研学习
26
第二节 水泥混凝土路面结构
面层厚度参考范围
交通等级
特重
公路等级 高速 变异水平等级 低
一级
二 级
中 低中
面层厚度 （mm）
≥26 0
≥250
≥240
高速
低
270～ 240
重
一级
二级
中 低中
260～ 230
250～220
调研学习
27
第二节 水泥混凝土路面结构
面层厚度参考范围
交通等级
中等
温度升高时
调研学习
温度降低时
31
第二节 水泥混凝土路面结构
接缝分类 （1）从接缝的方向分：横缝、纵缝
横缝：垂直于行车方向的接缝 纵缝：平行于行车方向的接缝
路面接缝设置图 （1-横缝；2-纵缝）
调研学习
32
第二节 水泥混凝土路面结构
调研学习
33
第二节 水泥混凝土路面结构
(2)从接缝的功能分：缩缝、胀缝、施工缝
李波（副教授）
兰州交通大学调研学土习 木工程学院
1
Contents
目
录
03 04
01
概述
02
水泥混凝土路面结构
弹性地基板的荷载应力分析
我国水泥混凝土路面结构设计
05
国外水泥混凝土路面设计方法
调研学习
2
第一节 概述
调研学习
3
第一节 概述
优点：
缺点：
强度高；
水和水泥用量大；
沥青混凝土
级配碎石、石灰、粉煤
灰稳定碎石、水泥稳定
重
密集配沥青稳定碎石
碎石
水泥稳定碎石
级配碎石
中等、轻
级配碎石
级配碎石、未筛分碎石 或不设
石灰 粉煤灰稳定碎 石
未筛分碎石
调研学习
25
第二节 水泥混凝土路面结构
面层
应具有足够的强度、耐久性、表面抗滑、耐磨、平整。
选择方法
面层一般采用设接缝的普通混凝土； 面层板的尺寸较大或形状不规则，路面结构下埋有地下设 施，高填方、软土地基、填挖交界段的路等有可能产生不 均匀沉降时，应采用设置接缝的钢筋混凝土面层。
基层和底基层 作用：
防唧泥、冰冻 减少路基顶面的压应力，并缓和路基不均匀变形对面层的 影响 提高路面结构的承载能力，延长路面的使用寿命 防水，为面层施工提供方便
调研学习
24
第二节 水泥混凝土路面结构
适宜于各交通荷载等级的基层和底基层类型
交通荷载等级
基层类型
底基层类型
极重、特重
贫混凝土、碾压混凝土
级配碎石
调研学习
19
第二节 水泥混凝土路面结构
调研学习
20
第二节 水泥混凝土路面结构
水泥路面分层
CTB、 LFTB…
砂石材料 级配碎石
面层 基层 路基
水泥混凝土
上基层
下基层（底基层） 上路床 下路床 上路堤 下路堤
改良土 或改善 土
调研学习
21
第二节 水泥混凝土路面结构
路基：
对路基的要求 稳定、密实、均质，对路面结构提供均匀的支撑。
稳定性好；
有接缝，舒适性差；
耐久性好；
开放交通迟；
养护费用少，运输成本低； 修复困难；
有利于夜间行车。
对超载敏感
调研学习
4
第一节 概述
类型： 普通混凝土； 钢筋混凝土； 连续配筋混凝土； 预应力混凝土； 装配式混凝土； 钢纤维混凝土等。
调研学习
5
第一节 概述
普通混凝土路面
除接缝区和局部范围外不配置钢筋的
缩缝：保证板因温度和湿度的降低而收缩时沿该 薄弱断面缩裂，从而避免产生不规则的裂缝。
产生不均匀支撑的原因 ◆ 不均匀沉陷 ◆不均匀冻胀 ◆膨胀土
调研学习
22
第二节 水泥混凝土路面结构
垫层：
垫层的作用： 改善路基水温状况 阻止路基土挤入基层 保证路面结构的稳定性，减少路基顶面的应力和变形 达到路面结构总厚度（对季节性冰冻地区，路面有最小防 冻厚度要求）
调研学习
23
第二节 水泥混凝土路面结构
公路等级
二级
三、四级 三、四级
变异水平等级 高 中 高
中
面层厚度 240～210 230～200 （mm）
220～200
轻
三、四级
高
中
≤230 ≤220
调研学习
28
第二节 水泥混凝土路面结构
面层类型
其他面层类型选择
适用条件
连续配筋混凝土面层
高速公路
沥青上面层与连续配筋混凝土或横 缝设传力杆的普通混凝土下面层的
在混凝土中掺入一些低碳钢，不锈
钢纤维或其他纤维（如塑料纤维、纤维网等），即成为一
种均匀而多向配筋的混凝土路面。
特点：显著提高混凝土的抗拉强度、抗冻性、抗冲击性、抗 摩性、抗疲劳性，可以显著减薄路面厚度，改善路用性能。
调研学习
11
第一节 概述
水泥混凝土路面的破坏类型：
断 裂 唧 泥 错 台 拱 起 接缝挤碎
调研学习
12
第一节 概述
错台
唧泥
拱起
调研学习
13
第一节 概述
接缝挤碎
调研学习
14
第一节 概述
调研学习
15
第一节 概述
调研学习
16
第一节 概述
调研学习
17
第一节 概述
水泥路面的设计标准
调研学习
18
第一节 概述
水泥混凝土路面结构设计主要内容
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 混凝土路面的钢筋配筋设计
连续配筋混凝土路面
除在邻近构造物处或与其他路面交
接处设置胀缝，以及视施工需要设置施工缝外，在路段长
度范围内不设横缝，而配置纵向连续钢筋和横向钢筋的混
凝土面层。
适用于：高速公路、一级公路
调研学习
8
第一节 概述
预应力混凝土路面
事先在工作截面上施加压应力，以提
高它的抗弯拉强度，提高承受荷载能力。
优点：1）路面板厚度小；2）接缝数量小，行车平稳；3） 横向开裂少，耐久性好。
混凝土路面（素混凝土路面应具有足够的耐久性，面板必
须设置在坚固耐久的的基础上，以保证行车要求。
调研学习
6
第一节 概述
钢筋混凝土
为防止可能产生的裂缝缝隙张开，板内配置
有纵、横向钢筋网的混凝土路面。
适用于:1）混凝土平面尺寸较大；2）路基或基层可能产生不 均匀沉陷；3）板下埋有地下设施。
调研学习
7
第一节 概述
复合式路面 碾压混凝土面层
钢纤维混凝土面层
矩形混凝土预制块面层
特重交通的高速公路
二级及二级以下公路、服务区停车 场
标高受限制路段、收费站、混凝土 加铺层及桥面铺装 服务面结构
调研学习
30
第二节 水泥混凝土路面结构
接缝
设置目的：防止温度变化引起的胀缩应力、翘曲 应力和施工要求。
缺点：需大量的预应力筋腱，施工工艺复杂，人力工作量大， 难以实现机械化施工，初期投资大。
调研学习
9
第一节 概述
装配式混凝土路面
在工厂中把混凝土预制成板块，然
后运至工地现场装配而成的混凝土路面。
适用于：
城市道路、厂矿道路。大型基建场地、停车站场和软弱土地 基上。
调研学习
10
第一节 概述
钢纤维混凝土路面
调研学习
26
第二节 水泥混凝土路面结构
面层厚度参考范围
交通等级
特重
公路等级 高速 变异水平等级 低
一级
二 级
中 低中
面层厚度 （mm）
≥26 0
≥250
≥240
高速
低
270～ 240
重
一级
二级
中 低中
260～ 230
250～220
调研学习
27
第二节 水泥混凝土路面结构
面层厚度参考范围
交通等级
中等
温度升高时
调研学习
温度降低时
31
第二节 水泥混凝土路面结构
接缝分类 （1）从接缝的方向分：横缝、纵缝
横缝：垂直于行车方向的接缝 纵缝：平行于行车方向的接缝
路面接缝设置图 （1-横缝；2-纵缝）
调研学习
32
第二节 水泥混凝土路面结构
调研学习
33
第二节 水泥混凝土路面结构
(2)从接缝的功能分：缩缝、胀缝、施工缝