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第十三章 水泥混凝土路面设计 13.1 水泥混凝土路面设计标准和内容 13.2 水泥混凝土路面板厚设计计算 13.3 水泥混凝土面板的平面尺寸和接缝设计 13.1 水泥混凝土路面设计标准和内容 一、损坏模式 二、设计标准 三、设计内容 一、损坏模式 在行车荷载和环境因素的作用下可能出现的破坏类型有： 1.断裂：路面板内应力超过混凝土强度时会出现纵向、横向、斜向或角隅断裂裂缝。 原因：板太薄、轮载过重、板的平面尺寸过大，地基不均匀沉降或过量塑性变形使板底脱空失去支承，施工养生期间收缩应力过大等。断裂破坏了板的整体性，使板承载能力降低。因而，板体断裂为水泥混凝土面层结构破坏的临界状态。 2.唧泥：车辆行经接缝时，由缝内喷溅出稀泥浆的现象。 原因：在轮载的重复作用下，板边缘或角隅下的基层由于塑性变形累积而同混凝土面板脱离，或者基层的细颗粒在水的作用下强度降低，当水分沿缝隙下渗而积聚在脱空的间隙内或细颗粒土中，在车辆荷载作用下积水形成水压，使水和细颗粒土形成的泥浆而从缝隙中喷溅山来。唧泥的出现，使路面板边缘部分，逐渐形成脱空区，随荷载重复作用次数的增加，脱空区逐渐增大，最终使板出现断裂。 ?3．错台：指接缝两侧出现的竖向相对位移。 原因：当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，在胀缩过程中接缝两侧上下错位而形成。 横缝处传荷能力不足，或唧泥发生过程中，使基层材料在高压水的作用下冲积到后方板的板底脱空区内，使该板抬高，形成两板间高度差。 当交通量或地基承载力在横向各块板上分布不均匀，各块板沉陷不一致时，纵缝处也会产生错台现象。错台降低了行车的平稳性和舒适性。 ?4.拱起：混凝土路面在热胀受阻时，横缝两侧的数块板突然出现向上拱起的屈曲失稳现象，并伴随出现板块的横向断裂。 原因：由于板收缩时接缝缝隙张开，填缝料失效，硬物嵌入缝内，致使板受热膨胀时产生较大的热压应力，从而出现这种纵向屈曲失稳现象。 5.接缝挤碎：指邻近横向和纵向两侧的数十厘米宽度内，路面板因热胀时受到阻碍，产生较高的热压应力而挤压成碎块。 原因：由于胀缝内的传力杆排列不正或不能滑动，或者缝隙内落入硬物所致。 二、设计标准 从保证路面结构承载能力的角度，混凝土路面结构设计应以防止面层板断裂为主要设计标准。 从保证汽车行驶性能的角度，应以接缝两侧的错台为主要控制标准。 车辆荷载重复作用下?荷载疲劳应力σp?断裂破坏 温度变化（面板顶与底的温差）?温度疲劳应力σt ?断裂破坏 我国规范采用荷载疲劳应力和温度疲劳翘曲应力综合作用所产生的疲劳损坏作为确定混凝土板厚的设计依据。 σp + σt ≤ fcm –混凝土的抗弯拉强度 三、设计内容 1. 路面结构层组合设计 2. 混凝土面板厚度计算 3. 混凝土面板的平面尺寸确定与接缝构造设计 4. 路肩设计 5. 配筋设计 13.2 水泥混凝土路面板厚设计计算 一、设计步骤 二、轴载换算 三、累积当量轴次 四、检验 一、设计步骤 1.收集并分析交通参数——收集日交通量和轴载组成数据，确定轮迹分布系数，计算设计车道标准轴载日作用次数；由此确定道路的交通等级，并进而选定设计年限、选定交通量年平均增长率，计算使用年限内标准轴载的累计作用次数。 2.初拟路面结构——初选路面结构层次、类型和材料组成；拟定各层的厚度、面层板平面尺寸和接缝构造。 3.确定材料参数——试验确定混凝土的设计弯拉强度和弹性模量，基层、垫层和路基的回弹模量，基层顶面的当量回弹模量。 一、设计步骤 4.计算荷载疲劳应力σp——计算得到标准轴载作用下板边中部的最大荷载应力；按接缝类型选定接缝传荷系数；按标准轴载累计作用次数计算得到疲劳应力系数；按交通等级选定综合系数；综合上述计算结果可得到荷载疲劳应力。 5.计算温度应力σt——由所在地公路自然区划选择最大温度梯度；按路面结构和板平面尺寸计算最大温度梯度时的温度翘曲应力；按自然区划及σtm和fr确定温度应力累计疲劳作用系数；由此计算确定温度疲劳应力 。 6.检验初拟路面结构——行车荷载和温度梯度综合作用满足验算公式，说明拟定的板厚合理，上述检验条件如不符合，则重新拟定路面结构或板平面尺寸，重新计算，直到满足为止 。 混凝土板厚度计算流程图 二、轴载换算 不同轴载的当量作用次数N： 三、累积当量轴次 设计使用年限内设计车道的标准轴载累计作用次数与使用初期的交通量、交通组成和交通量的增长情况等因素有关。上述交通参数应进行详细调查、观测与预测,然后按下式确定 车辆轮迹横向分布系数 交通分级 水泥混凝土面层厚度的参考范围 四、检验 按现行水泥混凝土路面设计规范中采用路面结构可靠度设计方法，即以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲