1、1目 录1 课程设计题目 .22 课程设计主要内容 .23 路面厚度计算 .23.1 交通分析 .23.2 初拟路面结构 .43.3 路面材料参数确定 .53.4 荷载疲劳应力 63.5 温度疲劳应力 .73.6 验算初拟路面结构 .84 接缝设计 .94.1 纵向接缝 .94.2 横向接缝 .95 混凝土面板钢筋设计 .105.1 边缘补强钢筋 105.2 角隅钢筋 106 材料用量计算 .116.1 面层 116.2 基层 126.3 垫层 127 施工的方案及工艺 152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：此为城市主干道三级公路，路基为粘质土，采用普通混凝土路面，路
2、面宽 24m，经交通调查得知，设计车道使用初期轴载日作用次数为 500。试设计该路面结构。2 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；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查规范可知：三级公路的设计基准期为 30 年，安全等级为四级。混凝土路面临界荷位车辆轮迹横向分部系数 表 4-23公 路 等 级纵 缝 边 缘 处高速公路、一级公路、二级公路 0.1
3、70.22行车道宽7m二级及二级以下公路 行车道宽7m0.340.390.540.62由表 4-2 知，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取 0.35已知交通量设计年限内年增长率：8%。荷载累计作用次数为： （ 次 ）410597.23.036508.1)(5361)( 3 rtsegN交通量相轴载大小是路面设计的基本依据。随着交通量增大，对路面使用性能和使用寿命的要求相应提高。由此，在使用年限内对混凝土强度、面板厚度、基层类型和模量等方面提出了不同的技术要求。为了区分各项要求在程度上的差别，按使用初期设计车道每日通过的标准铀载作用次数，将水泥混凝土路面承受的交通划分为特重、重、中等和轻四个等级
4、，标准如下：公路混凝土路面交通分级 表 4-4交通等级 特重 重 中等 轻设计车道标准轴载累计作用次数 4(10)eN2000 1002000 3100 3由表 4-4 可得 该公路属于重交通等级。44.2 初拟路面结构由上表 4-1 知，安全等级为四级的道路对应的变异水平等级为低级。水泥混凝土面层厚度的参考范围 表 4-5交通等级 特重 重公路等级 高速 一级二级高速 一级二级变异水平等级低 中 低 中 低 中 低 中面层厚度（mm）260 250 240270240260230250220交通等级 中等 轻公路等级 二级三、四级三、四 级 三、四级变异水平等级高 中 高 中 高 中面层厚度
5、（mm）240210 230200 220200 230 220根据三级公路、重交通等级和低级变异水平等级，由表 4-5知，初拟普通混凝土面层厚度为 220mm。5各类基层适宜交通等级与适宜厚度的范围 表 4-6基层类型厚度适宜的范围（mm）适宜交通等级贫混凝土或碾压混凝土基层120200 特重交通水泥稳定粒料基层 150250 重交通沥青混凝土基层 4060 特重交通沥青稳定碎石基层 80100 重交通石灰粉煤灰稳定粒料、级配粒料基层150200 中等或轻交通多孔隙水泥稳定碎石排水基层100140高速、一 级、重交沥青稳定碎石排水基层 80100高速、一 级、重交如上表 4-6，基层可选用水
6、泥稳定粒料类，厚 180mm，垫层选用低剂量无机结合料稳定土，厚 150mm。普通混凝土板的平面尺寸宽 4.5m、长 5.0m；纵缝为设拉杆平缝 ，横缝为设传力杆的假缝。 4.3 路面材料参数确定混凝土面板在行车荷载和温度变化等因素的作用下，将产生压应力和弯拉应力。混凝土面板所受的压应力与混凝土的抗压6强度相比很小，而所受的弯拉应力与抗弯拉强度相比则大得多，可能导致混凝土面板开裂破坏。因此，在设计混凝土面板厚度时，应以弯拉强度为其设计标准。混凝土的强度随龄期而增长，通常以 28 日龄期的强度为标准。各级交通要求的混凝土设计弯拉强度不得低于表 4-7 的规定。当 90 日内不开放交通时，则可采用
7、 90 日龄期的强度(为 28 日强度的 1.1 倍) 。混凝土的强度对路面的使用寿命有重大影响，强度的变化同路面容许的标准铀载作用次数的对数成正比。增加混凝土的强度，可以大大延长路面的使用寿命，取得十分显著的经济效益。因而，应尽可能提高混凝土的强度。结合我国的材料情况和施工工艺水平， 公路水泥混凝土路面设计规范(JTJ01294)规定了设计强度的最低值。条件许可时，应尽量采用高值，尤其是对于特重交通的公路。混凝土弯拉 强度标准值 表 4-7rf交通等级特重重 中等 轻水泥混凝土的弯拉强度标准值（）MPa5.0 5.0 4.5 4.0钢纤维混凝土的弯拉强度标准值（ ）6.0 6.0 5.5 5
8、.07混凝土弯拉弹性模量的测试工作，很费时而又不易准确，且其数值的变化对荷载应力计算结果的影响不大。因而，在无条件测试时，直接采用表 4-7 所列数值， 。=5.0rfMPa水泥混凝土弯拉弹性模量经验参考值 表 4-8弯拉强度（ ）MPa1.0 1.5 2.0 2.5 3.0抗 压强度（ ） 5.0 7.7 11.0 14.9 19.3弯拉弹性模量（）GPa10 15 18 21 23弯拉强度（ ）M3.5 4.0 4.5 5.0 5.5抗 压强度（ ）Pa24.2 19.7 35.8 41.8 48.4弯拉弹性模量（）Ga25 27 29 31 33按表 4-8 取普通混凝土面层的弯拉弹性模
9、量标准值为。PEc31中湿路基路床顶面回弹模量经验参考值范围 表 4-9公路自然区划土组 8土质砂 2642 4050 3950 3560 5060黏质土 2545 3040 2545 3045 3045粉质土 2246 3254 3050 2743 3045垫层和基层材料回弹模量经验参考值范围 表 4-10材料类型回弹模量（）MPa材料类型回弹模量（）MPa中、粗砂 80100石灰粉煤灰稳定粒料13001700天然砂砾 150200 水泥稳定粒料 13001700未筛分碎石 180220沥青碎石（粗粒式，）20C600800极配碎砾石（垫层）200250沥青混凝土（粗粒式， ）8001200
10、极配碎砾石（基层）250350沥青混凝土（中粒式， ）20C10001400石灰土 200700多孔隙水泥碎石（水泥剂量9.5%11%）13001700石灰粉煤灰土600900多孔隙沥青碎石（，20C6008009沥青含量2.5%3.5%）按表 4-9，路基土回 弹模量取 。按表 4-10，低剂量MPaE30无机结合料稳定土垫层回弹模量取 ，水泥稳定粒料基62层回弹模量取 。MPaE1302则有：基层顶面当量回弹模量计算如下：MPahx 1035.018.62221 )(57.2 15.068.1304)5.8.0(15.608.30)(2331232mMNhEhEDx )(2.01357.2
11、3 mEDhXxx 293.4301566 5.45.0 ax 792.3014.4.1.5.0 Ebx MPaahxbxt 16532.9.816.310 普通混凝土面层的相对刚度半径按下式计算为 mEhrtc 67.01532.57.537. 4.4 荷载疲劳应力标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为：MPahrps 259.1.067.0.07. .26. 10因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数为,故取 。考虑设计基准期内荷载应力疲劳作92.087.rK87.0rK用的疲劳应力系数 。504.2)15.9(07.6vefN由于超过额定载重和载重在各侧车轮上分配的不均匀性，在
12、行驶过程中因路表不平整和车辆自振所引起的变动，以及路面结构厚度和材料性质的变异等因素对路面疲劳损坏的影响的综合系数。其数值是参照国内外资料确定。综合系数 cK表 4-11公路等级 高速公路 一级公路 二级公路三、四 级公路cK1.30 1.25 1.20 1.10根据公路等级和表 4-11，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数为 。20.1cK则荷载疲劳应力为MPapscfrp 29.35.154.874.5 温度疲劳应力混凝土面板顶面和底面的温度之差除以板的厚度，即为板的温度梯度。在晴天，混凝土面板的温度梯度经历了由零经正最大(板 顶 高于板底 )到零，再 经负最大(板顶低于板底
13、 )后回到零的周期性变化。11混凝土面板的最大温度梯度计算值 ，可根据公路所在地的gT公路自然区划按表 4-12 选用。最大温度梯度标准值 表 4-12gT公路自然区划 、 、 最大温度梯度（）/Cm8388 9095 8692 9398由表 4-12，区最大温度梯度为 88（ ），板长为 5m，/Cm。39.76.05rl则当混凝土板厚度为 时，查下图 5-1 可得 。h2.071.0xB图 5-1 温度应力系数则有最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力为 MPaBhTExgctm 13.27.028.31025 回归系数 、 和 表 4-13abc12公路自然区划系数 a0.828 0.85
14、5 0.841 0.871 0.837 0.834b0.041 0.041 0.058 0.071 0.038 0.052c1.323 1.355 1.323 1.287 1.382 1.270温度疲劳应力系数 ，按下式计算，根据表 4-13 知，自然区tK划区中， ， ， ， 为0.82a.041b.32ctK532.041.0.518532. ffKcrtmtrt则温度疲劳应力为MPaKtmtr 13253.04.6 验算初拟路面结构可靠度系数 表 4-14目标可靠度（ ）%变异水平等级 95 90 85 80低 1.201.33 1.091.16 1.041.08 中 1.331.50
15、1.161.23 1.081.13 1.041.07高 1.231.33 1.131.18 1.071.11由表 4-1 知，三 级公路的安全等级为四级，相应于四级安全等级的变异水平等级为低级，目标可靠度为 。再据 查得的目90%标可靠度和安全等级，由表 4-14 知，可靠度系数为 。则，13.r13MPafartrpr 0.59.4)13.2(13.)( 因而，所选普通混凝土面层厚度（ ）可以承受设计基准m2.0期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。5 接缝设计为避免混凝土面层因为热胀冷缩而引起的变形计破坏，在纵横两个方向设置许多接缝，且做成垂直正交，把整个路面分割成许多板块。5.1 纵向接
16、缝原定平面尺寸宽 3.75 米，长 4 米，则应在纵向设置施工缝，纵向接缝的布设根据路面宽度和施工铺筑宽度而定。本段路面设计按一个车道施工，故采用拉杆平缝形式。接缝拉杆采用螺纹钢筋，设 置在板厚的中央，并对拉杆中部 100mm 范围内作防锈处理。拉杆的直径、长度和间距查下表选用 。接缝布置如90814下表 5-1 所示：拉杆直径、 长度和 间距(mm) 表 5-1到自由 边或未设拉杆 纵缝的距离(m)面层厚度（mm) 3.00 3.50 3.75 4.50 6.00 7.5200250 14700900 14700800 14700700 14700600 14700500 147004002
17、60300 16800900 16800800 16800700 16800600 16800500 16800400注：拉杆直径、长度和间距的数字为直径 长度 间距。缝的上部锯切槽口，深度为 ，宽度为 ，槽内灌塞填60m8缝料。145.2 横向接缝每日施工结束或因临时原因中断施工时，必须设置横向施工缝，其位置应尽可能选在缩缝或胀缝处。且由于本路属于重交通等级，故施工缝采用加传力杆的平缝形式。横向缩缝采用假缝等间距设置。缝的上部锯切槽口，深度为 ，宽度为 ，槽内灌60m8塞填缝料。传力杆采用光圆钢筋，其尺寸和间距根据表 5-2 可选用传力杆直径为 ，长度 为 400mm，间距为 。最外侧传力杆
18、距m2830m纵向接缝或自由边的距离为 。150传力杆尺寸和间距（mm ） 表5-2面层厚度（mm）传力杆直径 传力杆最小长度传力杆最大间距220 28 400 300240 30 400 300260 32 450 300280 35 450 300300 38 500 3006 混凝土面板钢筋设计混凝土面板纵横自由边边缘下的基础，当有可能产生较大的塑性变形时，宜在板边缘加设边缘补强钢筋，角隅加设发针形钢筋或钢筋网。156.1 边缘补强钢筋混凝土面板边缘部分的补强，选用 根 的螺纹钢筋，布216m置在板的下部，距板底约为板厚的 即 ，间距为 ，钢/4510筋两端应向上弯起，钢筋保护层的厚度为
19、 。06.2 角隅钢筋角隅补强部分的补强，选用 根直径为 的螺纹钢，布置214m在板的上部，距板顶 wa，距板边为 ，钢筋保护层的厚度为0。50m7 材料用量计算7.1 面层面层工程量表主要包括：面板混凝土数量； 接缝数量表；接 缝钢筋数量 角隅等 处的钢筋数量， 计算结果见表 7.1。取长度 1000m 为计算标 准。基层工程数量表 表 7-1材料 普通混凝土面板长度（m） 1000宽度（m） 20.5厚度（ cm） 25体积（ ）3 512.015.2混凝土面板数量（m ）3367.4.接缝数 横缝 98)0.(116量表（个）纵缝 4928横缝传力杆3542780)23.0(1.503.
20、798接缝钢筋数量（kg）纵缝拉杆 7.04)6.(4.2边缘补强钢筋 35.187)21.(.367水泥用量（kg） 960208.砂和碎石（kg） 3841.37钢筋用量（kg） 7.2915.7.250.187.2 基层W/C 一般为 0.3，水泥用量为 。粗集料使用连续级配，3/20mkg集料的最大粒径一般为 15 mm。细浆料含砂率超 过 25%。利用粉煤灰掺量为 30%。基 层工程数量表涵盖了基层的长度，宽度，厚度等一些基本的数据，为概预算设计作铺垫。基层拟采用小型机具施工，依据规范知基层的宽度应比混凝土面层每侧至少宽出250mm，取为 0.30m，计算结果见表 7.2 所示。基层
21、工程数量表 表 7-2 材料 碾压混凝土基层长度（m ） 1000宽度（m ） 10.5+2 0.30=11.117厚度（m ） 0.18体积（ ）3 198.01.水泥用量（kg） 4356298砂和碎石（kg） 2.0-14356粉煤灰（kg） 9/.7.3 垫层 垫层工程量表的内容和基层差不多，垫层拟采用小型机具施工，垫层 的宽度比基层每侧宽出 250mm，取 为 0.25m，详细内容见表 7.3 所示。垫层工程数量表 表 7-3 材料 石灰粉煤灰稳定粒料垫层长度（m ） 1000宽度（m ） 10.1+2 0.30+2 0.30=11.6厚度（m ） 0.15体积（ ）3 17405.
22、06.1砂和碎石（kg） 93粉煤灰（kg） 2石灰（kg） 841187.施工的方案及工艺 1、基层的准备及放样：将基层上的杂物及浮土清除干净，并复核基层标高、坡度及平整度，达到施工规范标准。然后恢复中线，每 10m 一桩，放出边桩 ，再拉出混凝土路面边桩，测量标高，在桩上标出路面设计标线位置。2、模板安装：根据路面 标高线安装混凝土路面边模，模板安装好，再测量模板顶面标高，根据测量标高再调整模板。调整后，再测量模板顶标高，如不符合要求，再调整，直至满足施工规范要求。3、检查并调试拌和机及其它机械 设备性能，做好施工前的准备工作。4、确定混凝土施工配合比： 测定现场集料的含水量，根据集料含水
23、量调整混凝土设计配合比，确定施工配合比，根据配合比，调整拌和机的设定参数，使之符合混凝土施工规范要求。因混凝土路面的质量很大重度上取决于混凝土的质量，所以，混凝土配合比一定按规范要求严格控制，使新拌混凝土符合设计及规范要求。5、拌和料的运输：因运 输距离很近，拌和料运输采用 5 m3 翻斗车运输，考虑到施工季节气温的关系，拌和料在保湿上应注意。6、混凝土摊铺：摊铺时 ，用人工配合挖掘机摊铺混凝土拌和料。每次摊铺一个车道宽，在摊铺前，检查模板标高，并使基层顶面19保持湿润、清洁，保证混凝土面层与基层的良好结合。粗平后，用振动梁震捣，然后人工拉毛、压缝。根据砂浆厚度、气温情况、初凝时间掌握好拉毛、压缝时间。拉毛要求整齐，不起毛为度，压缝要求整齐，且满足构造缝深度要求。7、养生：采用湿润法养生，养生 时间不少于 14 天。养生在压缝后紧接着进行，用湿草帘或麻袋等覆盖在混凝土板表面，每天洒水喷湿 3-5 次，保持湿润。8、切缝：在养生期间 ，混凝土震捣 8 小时左右进行切缝。切缝的原则为：先横缝，后纵缝；先大块，再小块。切缝后，立即把湿草帘或麻袋还原，继续进行养生。9、模板拆除：模板在 浇筑混凝土 20h 内拆除。拆模时，不应损坏混凝土板和模板。
