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1、第五章 路面工程,路面是支承在路基之上的各個(gè)結(jié)構(gòu)層的總稱，它包括面層、基層、墊層等層次 路面直接承受荷載和自然因素的作用,面層 面層直接承受行車荷載的垂直力、水平力、以及車身后所產(chǎn)生的真空吸力的反復(fù)作用，同時(shí)受到降雨和氣溫變化的不利影響最大，是最直接地反映路面使用性能的層次。因此，面層應(yīng)具有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，并且耐磨、不透水，其表面還應(yīng)具有良好的抗滑性和平整度。道路等級(jí)愈高、設(shè)計(jì)車速愈大，對(duì)路面抗滑性、平整度的要求愈高。 修筑高等級(jí)道路面層所用的材料主要有瀝青混合料和水泥混凝土等。,5.1 概述,5.1.1 路面結(jié)構(gòu)組成,基層 基層主要承受面層傳遞的車輪垂直力的作用，

2、并把它擴(kuò)散到墊層和土基，基層還可能受到面層滲水以及地下水的侵蝕。故需選擇強(qiáng)度較高，剛度較大，并有足夠水穩(wěn)性的材料。 用來修筑基層的材料主要有：水泥、石灰、瀝青等穩(wěn)定土或穩(wěn)定粒料(如碎石、砂礫)，工業(yè)廢渣穩(wěn)定土或穩(wěn)定粒料，各種碎石混合料或天然砂礫。,墊層 并非所有的路面結(jié)構(gòu)中都需要設(shè)置墊層，只有在土基處于不良狀態(tài)，如潮濕地帶、濕軟土基、北方地區(qū)的凍脹土基等，才應(yīng)該設(shè)置墊層，以排除路面、路基中滯留的自由水，確保路面結(jié)構(gòu)處于干燥或中濕狀態(tài)。 修筑墊層的材料，強(qiáng)度不一定很高，但隔溫、隔水性要好，一般以就地取材為原則，選用粗砂、砂礫、碎石、煤渣、礦渣等松散顆粒材料，或采用水泥、石灰煤渣穩(wěn)定的

3、密實(shí)墊層。一些發(fā)達(dá)國(guó)家采用聚苯乙烯板作為隔溫材料。,路面分類 按材料分：瀝青混合料類、水泥混凝土類 按強(qiáng)度構(gòu)成分：密實(shí)類、嵌擠類 從力學(xué)性能分：柔性路面、剛性路面 ,5.1.2 路面類型與等級(jí),剛性路面指水泥混凝土路面。包括素水泥混凝土和鋼筋混凝土路面等。它的強(qiáng)度高，剛性大，板體性好，有較強(qiáng)的擴(kuò)散應(yīng)力的能力。路面結(jié)構(gòu)計(jì)算采用彈性地基板理論。 柔性路面主要指各類瀝青路面。它的剛度較小，在荷載作用下彎沉變形較大，抗剪、抗彎拉強(qiáng)度較低。土基和基層的強(qiáng)度對(duì)路面結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度有較大的影響。此類路面有彈性，柔性較好，路面無接縫，有較好的行車舒適性能。路面結(jié)構(gòu)計(jì)算采用彈性層狀體系理論。,路面

4、等級(jí) 分為高級(jí)、次高級(jí)、中級(jí)和低級(jí)路面四級(jí)。,5.1.3 路拱橫坡,通過設(shè)置路拱橫坡，將路表水向兩側(cè)排流 。 路拱橫坡度的大小，應(yīng)考慮行車平穩(wěn)和有利于橫向排水兩方面的要求。 路面、路肩的橫向坡度范圍,5.1.4 對(duì)路面的基本要求,1.足夠的強(qiáng)度和剛度 2.良好的穩(wěn)定性(水、溫) 結(jié)構(gòu)性能( ) 3.耐久性 4.平整度 5.表面抗滑性能,,,,,,使用性能(Present Servieability Index、Running Quality Index、 Texture Depth),5.2 瀝青路面,一.定義 瀝青路面是在柔性基層、半剛性基層上，鋪筑一定厚度的瀝青混合料作面層

5、的路面結(jié)構(gòu)。,,,,,5.2.1 瀝青路面特點(diǎn),瀝青混合料,瀝青混凝土 (Asphalt Concrete) 瀝青碎石(Asphalt Macadam) 瀝青瑪蹄脂(Stonefilled Mastic Asphalt) ,二.特點(diǎn) 表面平整無接縫，行車振動(dòng)小，噪音低，開放交通快，養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)便，適宜于路面分期修建。 瀝青路面的缺點(diǎn)是溫度敏感性較高。夏季強(qiáng)度下降，若控制不好會(huì)使路面發(fā)軟泛油或推移剪裂破壞。低溫時(shí)瀝青材料變脆可能引起路面開裂。,5.2.2 路面材料的強(qiáng)度與穩(wěn)定性,一.強(qiáng)度和應(yīng)力-應(yīng)變,力學(xué)參數(shù),抗壓強(qiáng)度 抗剪強(qiáng)度 抗(彎)拉強(qiáng)度,應(yīng)力-應(yīng)變:,勁度模量，彈性模量,,應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系,

6、瀝青混合料的彈、粘、塑性性質(zhì),勁度模量,作為表征彈--粘塑性材料的性質(zhì)指標(biāo)，勁度模量：,二、穩(wěn)定性,瀝青混合料的穩(wěn)定性通常指高溫穩(wěn)定性、低溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)性三個(gè)方面。,穩(wěn)定性試驗(yàn) 各項(xiàng)指標(biāo)的試驗(yàn)應(yīng)按現(xiàn)行公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程(JTJ052-2000)規(guī)定的方法執(zhí)行。,5.2.3 瀝青路面設(shè)計(jì),經(jīng)驗(yàn)法(AASHTO，CBR) 理論法（AI，Shell),設(shè)計(jì)方法,,公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D50-2006 )規(guī)定：新建路面、改建路面，都采用理論法。,,基本假設(shè)： 1.各層連續(xù)，完全彈性，各向同性，位移、形變微?。?2.無限遠(yuǎn)處，應(yīng)力、形變、位移為0； 3. 層間接觸，連續(xù)或滑動(dòng)；

7、4. 不計(jì)自重。,彈性層狀體系理論,結(jié)構(gòu)對(duì)稱 荷載對(duì)稱,軸對(duì)稱彈性空間課題,,將各應(yīng)力分量,代入平衡方程,變形連續(xù)方程中:,積分變換法求解,例：圓形均布垂直荷載下雙層體系垂直位移(彎沉),單圓圖示,令,--彎沉系數(shù)。計(jì)算或查圖14-4(P335),則，理論彎沉,式中： --彎沉系數(shù)。計(jì)算或查圖14-13(P359),雙圓圖示,單圓疊加,理論彎沉,N層彈性層狀體系計(jì)算圖示,彈性層狀體系理論可求出任一位置應(yīng)力、變形。 --計(jì)算軟件BISAR(Shell),1.沉陷、車轍、彈簧垂直力作用，整體強(qiáng)度不足 2. 推移、搓板、擁包垂直力、水平力綜合作用， 抗剪強(qiáng)度不足 3. 縱、橫、網(wǎng)

8、裂疲勞開裂，低溫裂縫，其它 4. 松散、泛油、啃邊材料選擇，施工質(zhì)量,瀝青路面的損壞狀況,5.2.3.1瀝青路面的破壞狀態(tài)與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),路面設(shè)計(jì)只針對(duì)最容易損壞點(diǎn)(控制點(diǎn))進(jìn)行分析、計(jì)算。,綜合考慮前三種損壞，制定控制指標(biāo)。 1.公路 (1) 路面結(jié)構(gòu)表面綜合彎沉 --反映結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度和 剛度，且與使用狀態(tài) 存在一定聯(lián)系。 要求： 控制第1類破壞。,,,,ls,瀝青路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),(2) 整體性結(jié)構(gòu)層拉應(yīng)力 但 要求： 控制第3類破壞,,半剛性基層,瀝青混凝土路面,*整體性結(jié)構(gòu)層,5.2.3.2 瀝青路面設(shè)計(jì),路面設(shè)計(jì)主

9、要包括以下三方面內(nèi)容：,1).結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計(jì) 根據(jù)路面等級(jí)，結(jié)合考慮當(dāng)?shù)亟煌?、氣候和路用材料特點(diǎn)，擬定路面各結(jié)構(gòu)層?？勺?3個(gè)組合設(shè)計(jì)方案，加以比較并擇優(yōu)選取。,2).路面材料配合比設(shè)計(jì) 對(duì)選定的路面結(jié)構(gòu)層(面層、基層、墊層)所用的材料，進(jìn)行原材料選擇，混合料配合比設(shè)計(jì)，包括目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)、生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)和試拌試鋪試驗(yàn)路檢驗(yàn)。,3).路面結(jié)構(gòu)計(jì)算 由設(shè)計(jì)年限累計(jì)交通量，確定路面設(shè)計(jì)彎沉值，以它為指標(biāo)來進(jìn)行路面厚度計(jì)算。 對(duì)高速公路，一級(jí)、二級(jí)公路瀝青混凝土面層和半剛性基層，應(yīng)驗(yàn)算拉應(yīng)力是否滿足相應(yīng)的容許拉應(yīng)力的要求。 在季節(jié)性冰凍地區(qū)，尚應(yīng)驗(yàn)算防凍厚度是否滿足要求。,一. 組合設(shè)計(jì)原則

10、充分考慮道路所承擔(dān)的交通荷載特點(diǎn)、當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境、材料供用情況，以路面結(jié)構(gòu)達(dá)到最佳的工作狀態(tài)，方便施工為原則。 二. 結(jié)構(gòu)層數(shù)、類型 1.面層 瀝青面層通常由雙層或三層組成。,5.2.3.3 路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì),2.基層 選擇基層結(jié)構(gòu)類型時(shí)，應(yīng)充分考慮材料供用及各類基層的特點(diǎn)及適用性。 適宜各公路等級(jí)的基層類型,注：粒料包括碎石、礫石、砂礫,3.墊層 并非所有路段都需要設(shè)置墊層，只有在路基處于不良狀態(tài)，如潮濕地帶、濕軟土基、凍脹土基等，才應(yīng)該設(shè)置墊層。 墊層材料可選用粗砂、砂礫、碎石、煤渣、礦渣等粒料以及水泥或石灰煤渣穩(wěn)定類、石灰粉煤灰穩(wěn)定類等。 墊層厚度一般為20cm，并結(jié)合防凍

11、要求設(shè)置(路面最小防凍厚度)。,4.自然因素,濕熱多雨地區(qū)路表水排除與防滲、地下水的處理，表面層防滑、防滲，如采用SMA-13，AC-13或AC-16。中面層考慮足夠的抗變形能力，特別是高溫條件下抵抗變形的能力，可采用AC-20、AC-25、ATB-25(密級(jí)配瀝青碎石)?；鶎討?yīng)選擇水穩(wěn)性好，抗沖刷性強(qiáng)的材料，如貧混凝土、瀝青碎石，水泥穩(wěn)定碎石等。,干旱缺水地區(qū)，基層宜少用水硬性材料（如水泥），砂石路面可用干壓碎石。,在季節(jié)性冰凍地區(qū)應(yīng)設(shè)置防止凍脹和翻漿的墊層。此外，路面總厚度必須大于當(dāng)?shù)氐谋鶅錾疃取?三、結(jié)構(gòu)組合,層間連續(xù) 層與層之間應(yīng)灑透層瀝青、粘層油或釘子石等。 相鄰層次的相互影響

12、 公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D50-2006 )規(guī)定：對(duì)于半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)，基層與瀝青面層的模量比宜在1.53之間；基層與底基層的模量比不宜3；底基層與土基模量比宜在2.512.5之間。,公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D50-2006 ) 二指標(biāo)設(shè)計(jì)方法,5.2.3.4 新建路面厚度設(shè)計(jì),1. 路面彎沉 采用雙圓垂直均布荷載作用下的多層彈性層狀體系理論，以設(shè)計(jì)彎沉值為路面整體剛度指標(biāo)，進(jìn)行路面厚度設(shè)計(jì)。,路面彎沉標(biāo)準(zhǔn) LsLd 式中： Ls輪隙中心路表的實(shí)際彎沉，0.01mm； Ld路面的設(shè)計(jì)彎沉，0.01mm。,式中： Ne設(shè)計(jì)年限內(nèi)

13、設(shè)計(jì)車道上通過的累計(jì)當(dāng)量軸次； Ac公路等級(jí)系數(shù)； As面層類型系數(shù)； Ab基層類型系數(shù)。,1)設(shè)計(jì)彎沉Ld,Ld=600Ne-0.2AcAsAb (5.8),2) 實(shí)際彎沉Ls,圖中A點(diǎn)的彎沉值可以根據(jù)彈性層狀體系理論計(jì)算。而實(shí)際彎沉(Ls)為理論彎沉(Lc)乘以修正系數(shù)F，即：,式中：p、 標(biāo)準(zhǔn)軸載輪胎接地壓強(qiáng)和當(dāng)量圓半徑， F 彎沉綜合修正系數(shù)； E0土基彈性模量，MPa； 理論彎沉系數(shù)，由彈性層狀體系理論計(jì)算得出。,拉應(yīng)力均應(yīng)滿足小于容許拉應(yīng)力的要求： 1)層底最大拉應(yīng)力,2. 路面結(jié)構(gòu)層底拉應(yīng)力驗(yàn)算,2) 容許拉應(yīng)力,

14、式中： 劈裂抗拉強(qiáng)度，MPa 抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)。,對(duì)于瀝青混凝土面層： 對(duì)于無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定集料： 對(duì)于無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定細(xì)料土類：,抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)：,式中： Ac 公路等級(jí)系數(shù)； Aa 瀝青混凝土類型系數(shù)。,3.瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù) 交通荷載參數(shù) (1)標(biāo)準(zhǔn)軸載及軸載換算 以雙輪組單軸載100kN為標(biāo)準(zhǔn)軸載(BZZ-100)。 標(biāo)準(zhǔn)軸載的計(jì)算參數(shù),,) 以設(shè)計(jì)彎沉為指標(biāo)計(jì)算路面厚度及驗(yàn)算瀝青層層底拉應(yīng)力時(shí)，各級(jí)軸載(包括車輛的前、后軸)Pi的作用次數(shù)ni，均按下式換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載P的當(dāng)量作用次數(shù)N： 式中： C1軸數(shù)系數(shù)； C2輪組系數(shù)。,,) 驗(yàn)算半剛性基層層底拉

15、應(yīng)力時(shí)，各級(jí)軸載（包括車輛的前后軸）Pi的作用次數(shù)ni，按下式換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載P的當(dāng)量作用次數(shù)N： 式中： 軸數(shù)系數(shù)； 輪組系數(shù)。,(2)累計(jì)當(dāng)量軸次 設(shè)計(jì)年限 (t年)內(nèi)設(shè)計(jì)車道上的累計(jì)當(dāng)量軸次Ne按下式計(jì)算： 式中： N1第一年雙向日平均當(dāng)量軸次(次/日)； 設(shè)計(jì)年限內(nèi)交通量的平均年增長(zhǎng)率(%) ； 設(shè)計(jì)車道的車輪輪跡橫向分布系數(shù)(Tab.5.9)。,,,,新建公路初步設(shè)計(jì)時(shí)： 查表法、室內(nèi)試驗(yàn)法、換算法等。 當(dāng)路基建成后： 在不利季節(jié)實(shí)測(cè)各路段土基回彈模量代表值。,材料性質(zhì)參數(shù),土基回彈模量E0,)查表法,根據(jù)土類、自然區(qū)劃和干濕類型，平均稠度wc，

16、查公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D50-2006)附表F。,)室內(nèi)試驗(yàn)法,取代表性土樣，按照公路土工試驗(yàn)規(guī)程(JTJ051)小承載板法試驗(yàn)步驟測(cè)定土的回彈模量。,承載板法 按照公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程(JTJ059)規(guī)定，采用直徑30cm的剛性承載板，在土基表面逐級(jí)加載和卸載，測(cè)出與每級(jí)荷載pi相對(duì)應(yīng)的回彈變形li，繪制 曲線，取其直線段。,)換算法,土的回彈模量E0，土基穩(wěn)定含水量wc，壓實(shí)度(重型Kh)，CBR值各指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系式 (表14-11和表14-12)。,)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)法,土基回彈模量E0： 式中： D承載板直徑，D=30cm； 土的泊松比，取0.35；

17、pi、li各級(jí)壓強(qiáng)(MPa)與其相對(duì)應(yīng)的回彈變形值(0.01mm)，(li1mm，p0.7MPa)。 路段路基回彈模量設(shè)計(jì)值： 式中： 高速、一級(jí)公路為2，二、三級(jí)公路為1.645； K1季節(jié)影響系數(shù)。,,,( --高速、一級(jí)公路為2，二、三級(jí)公路為1.645),用標(biāo)準(zhǔn)車停駐在土基表面，測(cè)定輪隙中心下的回彈彎沉值，按下式計(jì)算土基回彈模量E0： 式中： p輪胎接地壓強(qiáng)(MPa)與當(dāng)量圓半徑(cm)； l0回彈彎沉代表值0.01mm ，,,,,彎沉測(cè)定法,,計(jì)算路面厚度時(shí)，各層材料采用20抗壓回彈模量 驗(yàn)算層底拉應(yīng)力時(shí)，采用15抗壓回彈模量、 15劈裂強(qiáng)度。 路面材料的泊松比均取0

18、.25，即 =0.25； 路面材料設(shè)計(jì)參數(shù)參見公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D50-2006 ),,,(3) 路面材料設(shè)計(jì)參數(shù)值,小結(jié),新建路面厚度設(shè)計(jì)方法,5.2.3.4 瀝青路面補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì),1)對(duì)現(xiàn)有路面結(jié)構(gòu)狀況進(jìn)行調(diào)查，舊路面強(qiáng)度評(píng)定； 2)根據(jù)使用要求及工程實(shí)際情況，選用水泥混凝土加鋪結(jié)構(gòu)，或者瀝青混凝土加鋪結(jié)構(gòu)； 3)確定原路面的當(dāng)量回彈模量； 4)擬定幾種可能的結(jié)構(gòu)組合，確定各補(bǔ)強(qiáng)層的材料參數(shù)； 5)計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度，對(duì)季節(jié)性冰凍地區(qū)的潮濕、過濕路段還應(yīng)驗(yàn)算防凍厚度； 6)根據(jù)各方案的計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定采用的補(bǔ)強(qiáng)方案； 7)地表或地下排水不良路段，應(yīng)采取措施改善或增設(shè)排

19、水設(shè)施；,在舊路面上加鋪補(bǔ)強(qiáng)層，可以提高路面的承載能力，改善使用性能。,補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)包括如下主要內(nèi)容：,現(xiàn)有路面狀況調(diào)查 對(duì)于當(dāng)前的交通量和車型組成進(jìn)行實(shí)地觀測(cè)，并預(yù)估交通量增長(zhǎng)趨勢(shì)，確定年平均增長(zhǎng)率； 公路新建和養(yǎng)護(hù)的有關(guān)技術(shù)資料、現(xiàn)有路況、病害種類與程度、排水與積水狀況以及有無積雪、積沙等； 路面結(jié)構(gòu)、寬度、各層厚度。對(duì)面層、基層、墊層等應(yīng)分層取樣試驗(yàn)，判斷其結(jié)構(gòu)層或材料是否可以利用； 路床范圍內(nèi)路基土的壓實(shí)度、分層含水量與土質(zhì)類型等。,原路面強(qiáng)度評(píng)價(jià),,,,樁號(hào),段長(zhǎng),,,段長(zhǎng),在不利季節(jié)進(jìn)行，采用標(biāo)準(zhǔn)軸載(BZZ-100)汽車測(cè)定原有路面的彎沉。測(cè)點(diǎn)間距一般為2050m。,原路面分段 分段

20、時(shí)應(yīng)考慮下列因素： )同一路段路基的干濕類型與土質(zhì)基本相同； )同一路段內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的彎沉值比較接近; )各路段的最小長(zhǎng)度應(yīng)與施工方法相適應(yīng)，一般不小于500m，機(jī)械化施工時(shí)不應(yīng)小于1km。,各路段的計(jì)算彎沉 計(jì)算回彈彎沉按下式計(jì)算： 式中： 實(shí)測(cè)彎沉的平均值(0.01mm)； S 實(shí)測(cè)彎沉的標(biāo)準(zhǔn)差(0.01mm)； Za保證率系數(shù)，高速、一級(jí)公路:1.645，其它公路取1.5； K1、K2季節(jié)影響系數(shù)、濕度影響系數(shù)； K3溫度修正系數(shù)。 如果 ，需進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì),舊瀝青路面上加鋪瀝青混凝土面層 1)舊瀝青路面的頂面當(dāng)量回彈模量值,2)補(bǔ)強(qiáng)層厚度設(shè)計(jì),組合設(shè)計(jì) 設(shè)

21、計(jì)控制指標(biāo)--,5.3 水泥混凝土路面,一、定義 水泥混凝土路面(Cement Concrete Pavement)是指以水泥混凝土板作為面層，下設(shè)基層、墊層所組成的路面結(jié)構(gòu)，又稱剛性路面。 PC(plain concrete) CCP RC(reinforced concrete） RCC（rolled compact concrete) SFRC(steel fiber reinforced concrete),,5.3.1 概述,二、構(gòu)造特點(diǎn) 混凝土隨溫度、濕度的變化而發(fā)生變形，導(dǎo)致混凝土路面產(chǎn)生收縮、膨脹或翹曲。如果板的尺寸過大，這些變形會(huì)受到約束，使板內(nèi)產(chǎn)生較大的

22、應(yīng)力，而出現(xiàn)開裂、拱脹，甚至斷裂等破壞。為減少溫、濕度影響產(chǎn)生的應(yīng)力，防止出現(xiàn)不規(guī)則的裂縫，混凝土路面(除連續(xù)配筋混凝土路面外)需要在縱、橫兩個(gè)方向設(shè)置接縫，將板體劃分成一定尺寸的矩形板。 混凝土路面強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好，使用壽命長(zhǎng)，適用于繁重交通道路。但需設(shè)置許多接縫，這些接縫增加了施工的復(fù)雜性，并且影響行車的舒適性，接縫又是路面的薄弱點(diǎn)。,5.3.2 混凝土路面構(gòu)造設(shè)計(jì) 5.3.2.1 路面組合 基層 基層應(yīng)具有足夠的抵抗沖刷的能力和一定的剛度。 適宜各交通等級(jí)的基層類型 交通等級(jí) 基層類型 特重交通 貧混凝土、碾壓混凝土或?yàn)r青混凝土 重交通 水泥穩(wěn)定粒料或?yàn)r青穩(wěn)定碎石

23、中等或 水泥穩(wěn)定粒料、石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料或者 輕交通 級(jí)配粒料 注: 混凝土預(yù)制塊面層應(yīng)采用水泥穩(wěn)定粒料基層。 濕潤(rùn)和多雨地區(qū)，路基為低透水性細(xì)粒土的高速公路、一級(jí)公路或者承受特重交通、重型交通的二級(jí)公路，宜選用排水基層。,,,,,,,面層 一般采用素混凝土。 面板的平面尺寸較大、形狀不規(guī)則，或路面結(jié)構(gòu)下埋有地下設(shè)施、高填方、軟土地基、填挖交界段的路基有可能產(chǎn)生不均勻沉降時(shí)，應(yīng)采用鋼筋混凝土面層。 承受重載、大交通的高等級(jí)公路可選用連續(xù)配筋混凝土面層。 二級(jí)及二級(jí)以下公路、服務(wù)區(qū)停車場(chǎng)，可選用碾壓混凝土作面層。 標(biāo)高受限制路段、收費(fèi)站、混凝土加鋪層、橋面鋪裝等處，可

24、選用鋼纖維混凝土面層。 服務(wù)區(qū)停車場(chǎng)、二級(jí)及二級(jí)以下公路橋頭引道沉降未穩(wěn)定段的路面，可選用由矩形或異形混凝土預(yù)制塊鋪砌的面層。 面層厚度由計(jì)算確定。,5.3.2.2 接縫設(shè)計(jì) 接縫是路面的薄弱環(huán)節(jié)，混凝土路面既要設(shè)置接縫，又應(yīng)盡量使接縫數(shù)量減少，并且從接縫構(gòu)造上設(shè)法保持兩側(cè)面板的整體性，以提高傳荷能力。 混凝土路面的接縫可分為四種類型：橫向縮縫、脹縫、橫向施工縫和縱縫。 接縫設(shè)計(jì)主要解決三個(gè)問題：(1)接縫設(shè)置的合理間距；(2)接縫構(gòu)造及荷載傳遞；(3)縱、橫縫的布置。,1. 橫向縮縫 設(shè)置橫向縮縫是為了減少混凝土的收縮應(yīng)力和溫度翹曲應(yīng)力，避免混凝土板出現(xiàn)不規(guī)則的裂縫。

25、 縮縫采用假縫形式，在混凝土澆筑后達(dá)到一定抗壓強(qiáng)度(碎石混凝土6.012.0MPa，礫石混凝土9.012.0MPa)，用切縫機(jī)切割一槽口，以誘導(dǎo)路面板的收縮變形沿縮縫展開，形成規(guī)則的接縫。,橫向縮縫間距即混凝土板長(zhǎng)度，素混凝土面層一般為4.55.5m；碾壓混凝土或鋼纖維混凝土面層一般為610m；鋼筋混凝土面層一般為615m。 不設(shè)傳力桿假縫(如圖a) 有一定的傳荷能力，它通過斷裂面處的嵌鎖作用進(jìn)行荷載的傳遞，它的最大優(yōu)點(diǎn)是施工方便，適用于輕型、中等交通道路； 板厚中央加設(shè)傳力桿，可以大大加強(qiáng)接縫傳荷能力，有效防止錯(cuò)臺(tái)，在特重和重交通道路、收費(fèi)廣場(chǎng)以及鄰近脹縫或自由端部的3條縮

26、縫，應(yīng)采用設(shè)傳力桿假縫形式，其構(gòu)造如圖b)所示。,2. 脹縫 設(shè)置脹縫的目的是為混凝土板的膨脹提供伸長(zhǎng)的余地，從而避免產(chǎn)生過大的熱壓應(yīng)力，引起路面板在高溫季節(jié)拱脹和折斷。應(yīng)盡可能少設(shè)。,脹縫處板需要完全斷開，縫壁必須垂直，下部設(shè)彈性填縫板，上部灌填縫料,3. 橫向施工縫 每天完工或因天雨等原因不能繼續(xù)施工，必須設(shè)置橫向施工縫，其位置最好設(shè)在縮縫或脹縫處。 設(shè)在縮縫處的施工縫，應(yīng)采用加傳力桿的平縫形式。,設(shè)在脹縫處的施工縫，其構(gòu)造與脹縫相同：,4. 縱向接縫 路面分幅鋪筑時(shí)，應(yīng)設(shè)縱向施工縫(見圖a)；一次鋪筑寬度大于4.5m時(shí)，應(yīng)設(shè)置縱向縮縫(見圖b)。,彈性地基上的彈性薄板,5

27、.3.3 剛性路面設(shè)計(jì)理論,板撓曲面微分方程：,平衡條件： Z=0， My=0， Mx=0,,板中心撓曲面微分方程：,地基模型(Fig.5.13)：,K地基：,E地基：,小撓度彈性薄板理論--應(yīng)力、應(yīng)變分析,5.3.4 混凝土路面應(yīng)力分析 荷載應(yīng)力+溫度應(yīng)力 混凝土隨溫度、濕度的變化而產(chǎn)生收縮、膨脹或翹曲。 溫度均勻升降 (脹縮應(yīng)力) 升 降 溫度坡差 (翹曲應(yīng)力),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,為了減少溫度、濕度影響產(chǎn)生的應(yīng)力，防止出現(xiàn)不規(guī)則裂縫，混凝土路面不得不在縱、橫兩個(gè)方向設(shè)置許多接縫。,平面分塊設(shè)計(jì)

28、混凝土路面一般采用矩形板，原則上取車道寬度作為板寬。 板的長(zhǎng)度與面層類型和板厚有關(guān)：素混凝土面層一般為4.55.5m；碾壓混凝土或鋼纖維混凝土面層一般為610m；鋼筋混凝土面層一般為615m。,一、荷載應(yīng)力 軸載在混凝土面層內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力，采用半無限地基上彈性小撓度薄板的力學(xué)模型，應(yīng)用有限元法進(jìn)行分析計(jì)算。 1. 臨界荷位 為了簡(jiǎn)化計(jì)算工作，通常選取使面層板內(nèi)產(chǎn) 生最大應(yīng)力和最大疲勞 損傷的荷載位置作為應(yīng) 力計(jì)算時(shí)的臨界荷位。,2. 荷載疲勞應(yīng)力 標(biāo)準(zhǔn)軸載Ps在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力，按下式計(jì)算： 式中： kr接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)； kf疲勞應(yīng)力系數(shù)；

29、 標(biāo)準(zhǔn)軸載Ps在四邊自由板臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力； h混凝土面層的厚度(m)； r混凝土面層的相對(duì)剛度半徑(m)； kc考慮偏載和動(dòng)載等因素對(duì)路面疲勞損壞影響的綜合系數(shù)：,,,,,,綜 合 系 數(shù) kc 高速公路 一級(jí)公路 二級(jí)公路 三、四級(jí) 1.30 1.25 1.20 1.10,二、溫度應(yīng)力 在臨界荷位處的溫度疲勞應(yīng)力，按下式計(jì)算 式中： a、b、c回歸系數(shù)，按所在地區(qū)的公路自然區(qū)劃查表確定； 最大溫度梯度時(shí)混凝土面層的溫度翹曲應(yīng)力(MPa)； 混凝土線脹系數(shù)(1/)，通?？扇?10-5/； Tg最大溫度梯度

30、，查表5.4.9-2取用； Bx溫度應(yīng)力系數(shù)，可按l/r和h查圖確定； l板長(zhǎng)，即橫縫間距(m)。,,,,,,溫度應(yīng)力系數(shù),一、設(shè)計(jì)依據(jù)公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范 水泥混凝土路面設(shè)計(jì)己引入可靠度概念。路面結(jié)構(gòu)可靠度可定義為，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，路面使用性能滿足預(yù)定水平要求的概率。,5.3.5 混凝土路面設(shè)計(jì)方法,1、可靠度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),可靠度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),2.主要設(shè)計(jì)參數(shù)的變異系數(shù)CV 變異系數(shù)Cv的變化范圍 變 異 水 平 等 級(jí) 低 中 高 水泥混凝土彎拉強(qiáng)度、 彎拉彈性模量 Cv0.10 0.10

31、頂面當(dāng)量回彈模量 Cv0.25 0.25

32、1.33 1.091.16 1.041.08 中 1.331.50 1.161.23 1.081.13 1.041.07 高 1.231.33 1.131.18 1.071.11,,,,,,,,二、設(shè)計(jì)內(nèi)容 設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括： 結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì) 擬定結(jié)構(gòu)層次，選定各層材料類型及厚度。 材料組成設(shè)計(jì) 按照交通等級(jí)所規(guī)定的抗折強(qiáng)度及其它技術(shù)性能的要求，通過理論和經(jīng)驗(yàn)計(jì)算得到混凝土配合比。 平面分塊設(shè)計(jì) 路面板通常劃分成矩形板。交叉口，車道寬度變化處等特殊路段，應(yīng)進(jìn)行個(gè)別設(shè)計(jì) 接縫設(shè)計(jì) 按照接縫功能，并基于方便施工的原則，進(jìn)行接縫構(gòu)造設(shè)計(jì)。 水泥混凝土路面厚度設(shè)計(jì)

33、 計(jì)算荷載疲勞應(yīng)力( )與溫度疲勞應(yīng)力( )產(chǎn)生的綜合應(yīng)力，在足夠的可靠度水平下，不超過混凝土的抗彎拉強(qiáng)度。,,,水泥混凝土路面設(shè)計(jì)參數(shù) 水泥混凝土路面設(shè)計(jì)需要確定荷載參數(shù)和材料參數(shù)。 1.標(biāo)準(zhǔn)軸載與軸載換算 水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以BZZ-100KN作為標(biāo)準(zhǔn)軸載，即，標(biāo)準(zhǔn)軸載Ps=100KN。 不同軸-輪型軸載Pi的作用次數(shù)Ni，按下式換算為標(biāo)準(zhǔn)軸載Ps的作用次數(shù)Ns：,,式中： Pi各級(jí)軸載單軸或雙軸總重(KN)； Ni各級(jí)軸載的作用次數(shù)； N 軸載的分級(jí)數(shù)目； 軸-輪型系數(shù)，單軸-雙輪組時(shí)， =1；單軸-單輪組時(shí)，按式(a)計(jì)算；雙軸-雙輪組時(shí)，按式(b)計(jì)算；三軸-雙輪組

34、時(shí)，按式(c)計(jì)算。,,,,,,,,,,,,,2.累計(jì)作用次數(shù)和交通分級(jí) 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期(t年)內(nèi)水泥混凝土面層臨界荷位處所承受的標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)Ne按下式計(jì)算： 式中： 交通量年平均增長(zhǎng)率； 臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)，按表選用。 車輛輪跡橫向分布系數(shù) 公 路 等 級(jí) 縱縫邊緣處 高速、一級(jí)公路、收費(fèi)站 0.170.22 二級(jí)及二級(jí)以下公路 行車道寬7m 0.340.39 行車道寬7m 0.540.62,,,,,,,,水泥混凝土路面所承受的交通，按標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)劃分為四個(gè)等級(jí)，即特重交通、重交通、中等交通和

35、輕交通。,3.基層頂面當(dāng)量回彈模量Et 新建公路的基層頂面當(dāng)量回彈模量Et按下式計(jì)算：,,,,,,,式中：Ex基層和底基層(或墊層)的當(dāng)量回彈模量(MPa) ； E1、E2基層和底基層(或墊層)的回彈模量(MPa)； hx基層和底基層(或墊層)的當(dāng)量厚度(m) ； Dx基層和底基層(或墊層)的當(dāng)量彎曲剛度(KN-m) ； h1、h2基層和底基層(或墊層)的厚度(m)； a、b與Ex/E0有關(guān)的回歸系數(shù)。 底基層和墊層同時(shí)存在時(shí)，可將底基層和墊層換算成具有當(dāng)量回彈模量和當(dāng)量厚度的單層，然后再與基層一起計(jì)算基層頂面當(dāng)量回彈模量。 無底基層和墊層時(shí)，相應(yīng)層的厚度和回彈模

36、量分別以0代入上述各式進(jìn)行計(jì)算。,4.水泥混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度與彎拉彈性模量 水泥混凝土的強(qiáng)度以28d齡期的彎拉強(qiáng)度控制。當(dāng)混凝土澆筑后90d內(nèi)不開放交通時(shí)，可采用90d齡期的彎拉強(qiáng)度。各交通等級(jí)要求的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值不得低于規(guī)定。 混凝土的設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度與彈性模量 交 通 等 級(jí) 特重、重 中 等 輕 設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度fr(MPa) 5.0 4.5 4.0 彎拉彈性模量Ec( MPa) 31 29 27,,,,水泥混凝土路面厚度設(shè)計(jì)步驟： 1.交通分析 Ne(軸次) 交通等級(jí)。 2.初擬路面結(jié)構(gòu) 3.路面材料參數(shù)確定 水泥混凝土面層的彎拉強(qiáng)度，相應(yīng)彎拉彈性模量。 計(jì)算基層頂面當(dāng)量回彈模量 4.荷載疲勞應(yīng)力 5.溫度疲勞應(yīng)力 6.檢驗(yàn),,,