1、7.2.1 路面结构设计内容路面是在路基顶面行车部分用各种坚硬材料铺设的层状结构物。有了路面，车辆才能沿着预定的路线，通畅、快速、安全、舒适、经济地运行。在使用过程中，由于行车荷载和气候因素（冷热、干湿）的多次重复作用，路面结构会出现疲劳破坏、塑性变形累积和表面磨损。路面结构还可能因材料的老化衰变而导致破坏。因此，路面在使用一定年限后，就需要进行修复或改建。路面的使用年限过短，将增加养护工作量和费用，并严重干扰路上的正常交通。所以，设计的路面应经久耐用，具有较高的抗疲劳能力。路面设计的主要内容：(1) 根据道路等级、使用任务、当地自然环境、路基支承条件和材料供应等情况，选择面层类型，并提出结构
2、层组合方案。(2) 根据对所选材料的性状要求和当地自然条件，进行各结构层材料的组成设计。(3) 根据路面结构的破坏标准、力学模型和相应的计算理论，或按经验方法确定满足交通和环境条件及使用年限要求的各结构层尺寸。对于水泥混凝土路面还要进行接缝和配筋等方面的设计。 路面结构层所选材料应满足强度稳定性和耐久性的要求同时路面垫层材料宜采用水稳性好的粗粒料或各种稳定类粒料。7.2.2 路面结构计算7.2.2.1 路面结构层的确定本设计采用的水泥混凝土路面结构，水泥混凝土按照线弹性材料处理。力学参数主要是其抗弯拉强度和弹性模量。一、原始资料公路自然区划： IV4 区公路等级： 二级公路路基土质： 粘质土路
3、面宽度(m)： 7.0交通量平均增长： 6 %计算类型： 普通水泥混凝土路面厚度计算二、交通分析根据公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2003)表可靠度设计标准 ，本道路的等级为二级公路，故设计基准期为 20 年，安全等级为三级，目标可靠度 85%，目标可靠度指标 1.04，变异水平等级评为：中等。由 85%的目标可靠度和中等变异水平可选定可靠度系数：1.10。由公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2003)车辆轮迹横向分布系数 ，一个车道上考虑双向不均匀系数为 0.5，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取 0.55，车道分配系数1.0。交通量的年增长率为 6%。标准轴载当量换
4、算 1610niSiPN式中，Ns 100kN 的单轴双轮组标准轴载的通行次数；Pi 各类轴轮型 i 级轴载的总重（kN ） ；n 轴型和轴载级位数；Ni 各类轴轮型 i 级轴载的通行次数；轴轮型系数i单轴双轮组： =1.0i单轴单轮组： 0.43 =2.1iiP双轴双轮组： 0.2-57i i三轴双轮组： 0.2-8 .4i i表 7-1 交通量调查表车型名称 轴 Pi(kN)i Ni 后轴数160iiPN前轴 49 1 250 1 0 黄 海DD680 后轴 91.5 1 250 1 60.35前轴 50.7 9-04.500 3 0东 风SP9250 后轴 113.3 -.7500 3
5、0前轴 23.6 1 300 1 0 东 风 EQ140 后轴 69.3 1 300 1 0.85前轴 58.6 1 850 1 0.16黄河JN163后轴 101.6 1 850 1 1095.77前轴 13.4 1 180 1 0北京BJ130后轴 27.2 1 180 1 016n1)0(iispN1157.13二级公路的设计基准期为 20 年。设计基准期内交通量年平均增长率为 6%时，设计车道上的标准轴载累计作用次数按下式计算确定： = 8545066.51（次） 1/365reS rNg式中： Ne 标准轴载累计当量作用次数；r 设计基准期（年） ；N 路面营运第一年双向日平均当量轴
6、次（次 /日） ；gr 交通量平均增长率（% ） ； 临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，取 0.55。查公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2003)表交通分级 ，此设计车道的标准轴载累计作用次数属重交通等级。初拟路面结构采用普通混凝土面层，选用水泥稳定粒料（水泥用量 5%）做基层，低剂量无机结合稳定土做垫层。初拟水泥混凝土路面厚度为：0.22m，基层选用刚性和半刚性材料，厚度为 0.18m，垫层厚度为 0.15m。水泥混凝土面板长度为：4m，宽度为 3.5m。纵缝为设拉杆平缝。按公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2003)表混凝土弯拉强度标准值可确定混凝土弯拉强度标准值为：
7、5MPa。根据公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2003)表水泥混凝土弯拉弹性模量经验参考值可确定弯拉弹性模量为 31GPa。路基回弹模量选用：30MPa。基层回弹模量选用1300MPa。垫层回弹模量选用 600MPa。路面当量回弹模量计算： 2211/xEhh=1013 Mpa 332112112(/)(/)()(/)(/)/4xDEEh=2.57 MNm 3(/)xxh=0.312m 0.456.21.5(/)xaE=4.154 0.51.4(/)xb=0.774 =181.21 Mpa 1/30()btxEahE相对刚度半径： =0.656 m 1/3.57()ctrh标准轴载
8、产生的疲劳应力： =1.235 Mpa 0.62psr疲劳应力系数： =2.588 n=0.057(普通混凝土)nfeKN荷载疲劳应力： =3.09 Mpa prfcpsK（根据公路等级，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综10.Kc合系数） （因为纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系8.数）查阅规范，区的最大温度梯度取 95/m板长 4 米，l/r=6.10由温度应力系 Bx 图查得，混凝土板厚 h=0.22m,Bx=0.58最大温度温度翘曲应力： =1.88 Mpa (/2)tmcgxEhTB温度疲劳应力系数： =0.495 (trttmrKffb温度疲劳应力： =0.93 M
9、pa tt可靠性方程： 1.3(2.918)4.65r MPa即： rprtrf因此，所选的混凝土面板厚度能够满足设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。7.2.2.2 路面接缝设计(1) 缝的种类与构造水泥混凝土路面主要有横向缩逢胀缝、横向施工缝和纵缝四种，接缝设计包括缝的布置和缝的构造设计。一次铺筑宽度大于45m时，应增设纵向缩缝。纵向缩缝采用假缝，并应设置拉杆。其一次铺筑宽度小于路面宽度时，应设置纵向施工缝。纵向施工缝采用平缝，并应设置拉杆。横缝一般分为横向缩逢、胀缝和横向施工缝。横向缩逢采用假缝。在特重交通的公路上，横向缩逢宜加设传力杆；其它各级交通的公路上，在邻近胀缝或路面自由
10、端部的3条缩缝内，均宜加设传力杆。在邻近桥梁或其他固定构筑物处、与柔性路面相接处、板厚改变处、隧道口、小半径平曲线和凹形竖曲线纵坡变换处，均应设置胀缝。在邻近构筑物处的胀缝，应根据施工温度至少设置2条。此外，胀缝宜尽量不设或少设。胀缝应采用滑动传力杆，并设置支架或其他方法予以固定。每日施工终了，或浇筑混凝土过程中因故中断浇筑时，必须设置横向施工缝。其位置宜设在胀缝或缩缝处。设在缩缝处的施工缝应采用平缝加传力杆型。交叉口混凝土面板的接缝布置应与交通流相适应，并易于排水，整齐美观，施工方便。相邻板的接缝应对齐。当出现错缝时，应对与接缝相对应的板边加设防裂钢筋。板角不宜小于90 o。当出现锐角时，应
11、进行补强。板块接缝边长不宜小于lm。本设计设置了 胀缝，缩缝和纵缝。(2) 拉杆拉杆应采用螺纹钢筋，设在板厚中央，并应对拉杆中部10cm范围内进行防锈处理。拉杆尺寸及间距一般按规范建议值选用。其最外边的拉杆距接缝或自由边的距离一般为2535cm。(3) 传力杆传力杆应采用光面钢筋，其长度一半再加5cm，应涂以沥青或加塑料套。胀缝处的传力杆，尚应在涂沥青一端加一套子，内留3cm的空隙，填以纱头或泡沫塑料。套子端宜在相邻板中交错布置。传力杆直径、最小长度和间距可按规范建议值选用。其最外边的传力杆距接缝或自由边的距离一般为1525cm。 (4) 接缝材料及技术要求接缝材料按使用性能分为接缝板和填缝料
12、两类。接缝板应选用能适应混凝土面板膨胀收缩、施工时不变形、耐久性良好的材料。填缝料应选用与混凝土面板缝壁粘结力强、回弹性好、能适应混凝土面板收缩、不溶于水和不渗水、高温时不溢出、低温时不脆裂和耐久性好的材料。(5) 需要配筋部位缩缝间距短的素混凝土路面，除了接缝处设置传力杆和拉杆外，一般不须再配置钢筋，混凝土面板纵横向自由边的基础有可能产生较大塑性变形时，可在板边缘配置钢筋，角隅处加设发针型钢筋或钢筋网。混凝土路面与其它结构物和沥青路面相接处，除应加强路基和基层垫层的压实和桥(涵)台背后填料的选择和压实外，应根据不同情况对路面板予以补强。因此，素水泥混凝土路面板需要配置内部钢筋位置大概有以下类型：板边补强、角隅补强、混凝土路面与沥青路面相接处、混凝土路面与桥涵相接处、构造物穿过公路等。(6) 配筋设计（1） 板边补强。混凝土面板边缘部分的补强，一般选用2根直径为1216mm的螺纹钢筋，布置在板的下部。（2） 角隅补强。角隅部分的补强，可选用2根直径为1216mm的螺纹钢筋，布置在板的上部，板角小于90 o时，亦可采用双层钢筋网补强。钢筋保护层的最小厚度不应小于5cm。（2） 混凝土路面与沥青路面相接。混凝土路面与沥青路面相接，对高速公路和一级公路应采用适当的处理措施，对其他各级公路，可采用混凝土预制块过渡，或迳相连接。
