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第十二章 水泥混凝土路面设计 §12.1 概述 一、水泥混凝土路面结构特征 力学分析上，水泥混凝土路面结构属于弹性层状体系。 特点： 混凝土路面板的弹性模量及力学强度大大高于基层和土基的相应模量和强度； 混凝土的抗弯拉强度远小于抗压强度，约为其1/7～1/6，取水泥混凝土板的抗弯拉强度指标作为设计指标； 混凝土板与基层或土基之间的摩阻力一般不大，从力学模型考虑，可把水泥混凝土路面结构看作是弹性地基板，用弹性地基板理论进行分析计算。 要求：为使路面能够经受车轮荷载的多次重复作用、抵抗温度翘曲应力、并对地基变形有较强的适应能力，混凝土板必须具有足够的抗弯拉强度和厚度。 二、混凝土路面结构设计内容 1．路面结构层组合设计 根据该路的交通繁重程度，结合当地环境条件和材料供应情况，选择安排混凝土路面的结构层层次，包括土基、垫层、基层和面层的结构层位，各层的路面结构类型、弹性模量和厚度。 技术先进、工程经济合理的路面结构组合设计方案，应能保证混凝土面板在设计使用期内能承受预期交通的作用、提供良好的路用品质。 2．混凝土面板厚度设计 3．混凝土面板的平面尺寸与接缝设计 4．路肩设计 5．混凝土路面的钢筋配筋率设计 三、混凝土路面结构设计原则 应根据使用要求及气候、水文、土质等自然因素，密切结合本地区实践经验，将混凝土路面板按重要工程结构的要求完成。保证工程的质量与耐久性；基层、底基层、垫层设计在满足设计要求的前提之下，尽可使用当地材料修建。 遵循因地制宜、合理选材、方便施工、利于养护、节约投资的原则进行路面设计方案的比较，选择技术先进、经济合理、安全可靠的方案。 结合当地实践基础，积极推广成熟的科研成果。 充分考虑沿线环境的保护，自然生态的平衡，有利于施工、养护工作人员的健康与安全。 尽可能选择有利于机械化、工厂化施工的设计方案。 地处不良地基的路段，应采取有效措施加快稳定路基沉降。 §12.2 破坏模式和设计标准 一、破坏模式 破坏类型与影响因素 断裂； 唧泥 拱起、错台 接缝挤碎等。 影响因素：轮载、温度、水分、基层、接缝构造、材料以及施工和养护情况等。 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，应严格控制接缝两侧的错台量。断裂、错台等的成因是多方面的，因此，混凝土路面设计必须从多方面采取措施来保证它的使用寿命。 混凝土路面板的疲劳破坏不仅与荷载重复次数有关，而且与温度周期性变化产生的温度翘曲应力重复作用有关。路面板为防止两种因素综合作用产生的疲劳开裂，必须使荷载疲劳应力与温度疲劳翘曲应力之和不超过混凝土的抗弯拉强度。 二、混凝土路面结构设计理论与方法 目前世界各国的混凝土路面设计方法都是以弹性地基板的荷载应力、温度应力分析方法为基本理论，以混凝土路面板的弯拉应力作为极限状态和设计控制指标。 引入可靠度的设计方法： 路面结构可靠度：在规定的时间内，在规定的条件下，路面使用性能满足预定水平的概率。 以面板的疲劳断裂作为路面损坏的主要模式。 规范列出的设计方法以弹性半空间地基有限大矩形板模型为基础，以100kN单轴双轮标准轴载作用于矩形板纵向边缘中部产生的最大荷载应力控制设计。采用可靠度设计方法，以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态。 §12.3 水泥混凝土路面结构组合设计 一、面层混凝土板 要求：应具有足够的强度、耐久性、表面抗滑、耐磨、平整等良好的路用性能。 类型：面层一般采用设接缝、不配筋的普通混凝土路面板。对于不同等级公路承受不同交通等级的道路，也可采用其他类型混凝土面板。 平面尺寸：普通混凝土、钢筋混凝土、碾压混凝土或钢纤维混凝土面层板一般采用矩形，用纵横接缝分隔，纵向和横向接缝应垂直相交，纵缝两侧的横缝不得相互错位。纵缝间距按路面宽度在3.0～4.5m范围内确定。普通混凝土面层板的横缝间距一般为4～6m，长宽比不宜超过1.50，平面尺寸不宜大于25m2；碾压混凝土或钢纤维混凝土面层板的横缝间距一般为6～10m，钢筋混凝土面层板一般为6～15m。 厚度：混凝土面层板的厚度决定于公路和交通等级，对于普通混凝土，钢筋混凝土、碾压混凝土或连续配筋混凝土面层板所需的厚度可参考表12-2所示的范围初步选定。钢纤维混凝土面层板的厚度一般为普通混凝土路面厚度的0.65～0.75倍，特重或重交通时，最小厚度为160mm；中等或轻交通时，最小厚度为140mm。复合式路面沥青上面层的厚度一般为25～80mm。 轮载作用于板中部时，板所产生的最大应力约为轮载作用与板边部时的2/3。因此，面层板应该采用中间薄两边厚的型式，以适应荷载变化。一般边部厚度约比中部大25%，是从路面最外侧板的边部，在0.6-1.0m宽度范围内逐渐加厚。但对土基和基层施工