長安大學(xué)

1、,公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范 （JTG D40-2012) 介紹 王秉綱 2012.6 北戴河,,前言,《公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》（JTG D40—2002）發(fā)布實施

2、以來，我國水泥混凝土路面有了很大的發(fā)展，積累了豐富的經(jīng)驗，取得了許多研究成果，使水泥混凝土路面的技術(shù)提高到一個新的水平。為此，有必要對原規(guī)范進行修訂，以提高水泥混凝土路面技術(shù)水平、使用品質(zhì)和設(shè)計質(zhì)量，保證工程安全可靠、經(jīng)濟合理，適應(yīng)我國交通運輸發(fā)展和公路建設(shè)需要。根據(jù)交通部《關(guān)于下達2007年度公路工程制修訂項目計劃的通知》（交公路發(fā)[2007]378號）要求進行了修訂工作。,交通部2007年下達任務(wù)，中交公路規(guī)劃院承擔(dān)修編工作。成立以

3、中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司為主編單位，中交路橋技術(shù)有限公司、同濟大學(xué)、長安大學(xué)、重慶交通大學(xué)和山西省交通科學(xué)研究院為參編單位成立編寫組。歷經(jīng)三年多時間完成修編工作。,,,1 修訂規(guī)范總體評價（1）重點修訂內(nèi)容及成熟程度 修訂后的規(guī)范主要內(nèi)容包括水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計、厚度設(shè)計、接縫設(shè)計、混凝土面層配筋設(shè)計和加鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計等。本次修訂，主要增加了混凝土板極限斷裂的驗算標準和貧混凝土及碾壓混凝土基層的疲勞斷裂設(shè)計標準，增

4、加了極重交通荷載等級以便考慮特種車輛和專用道路結(jié)構(gòu)設(shè)計；改進了接縫設(shè)計及填縫材料的選型；完善了連續(xù)配筋的裂縫間距和裂縫寬度兩個設(shè)計指標的計算公式，完善了材料試驗方法并補列了材料設(shè)計參數(shù)經(jīng)驗參考值；提高了混凝土板錯臺量和接縫傳荷能力的評級標準。,,,(2)與國外水平對比 通過本次修訂，進一步提高了規(guī)范的系統(tǒng)性、先進性和適用性；同時，增加了混凝土板極限斷裂驗算標準和基層疲勞斷裂設(shè)計指標，使公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范設(shè)

5、計方法更趨完善，保持在國際先進水平的行列。(3) 實施后的經(jīng)濟效益 修訂后的規(guī)范更加符合實際，對避免水泥混凝土路面早期損壞和提高使用壽命具有重要意義，本次規(guī)范經(jīng)修訂并頒布實施將產(chǎn)生顯著的社會經(jīng)濟效益。,,,,2 原規(guī)范修訂的必要性,（1）原規(guī)范未能反映公路車輛重載超載情況 公路車輛重載超載是導(dǎo)致混凝土路面過早損壞的主要原因之一。原規(guī)范沒有反映這一狀況，本次修訂增加超重載設(shè)計標準和交通等級。,（

6、2）力學(xué)模型和溫度應(yīng)力計算方法有待進一步改善,原規(guī)范力學(xué)計算模型在反算地基模量時，由于荷載作用位置的不同，反算結(jié)果相差較大，有必要進行完善；,原規(guī)范采用查諾模圖的方式獲取綜合溫度翹曲應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力的溫度應(yīng)力系數(shù)，既不方便，也不精確，本次修訂將增補溫度應(yīng)力系數(shù)的數(shù)值解，進一步完善溫度應(yīng)力分析方法。,,,,（3）舊水泥砼路面評級標準和處治措施需要進充實,今后一段時期內(nèi)，相當數(shù)量的水泥混凝土路面面臨大、中修和改建。原規(guī)范關(guān)于舊路面損壞狀況評級標

7、準偏低，不利于控制加鋪層的時機。需調(diào)整這方面的內(nèi)容，以指導(dǎo)今后的修復(fù)和改建設(shè)計。,（4）路面材料的試驗方法及設(shè)計參數(shù)需進行驗核、調(diào)整和完善； 近幾年路面材料試驗方法及設(shè)計參數(shù)已有新的研究成果和使用經(jīng)驗應(yīng)予吸納。,（5）需要吸收近年來積累的實踐經(jīng)驗。,,,（1）調(diào)整可靠度設(shè)計標準；（2）增加設(shè)計標準，以考慮基層和重載交通的影響；（3）增加極重交通等級及相關(guān)設(shè)計軸載規(guī)定；（4）改進力學(xué)模型和結(jié)構(gòu)應(yīng)力計算方法； （5）強化結(jié)構(gòu)

8、組合和材料組成設(shè)計；（6）改進連續(xù)配筋混凝土縱向配筋率設(shè)計標準；（7）修改舊混凝土路面損壞評定標準，增加加鋪 方案的選用原則；（8）完善路面結(jié)構(gòu)層材料設(shè)計參數(shù)。,3 主要修訂內(nèi)容,,,規(guī)范組成和內(nèi)容,修訂后的規(guī)范分8章和5個附錄。,1. 總則2. 術(shù)語、符號3. 結(jié)構(gòu)組合設(shè)計4. 厚度設(shè)計依據(jù)5. 接縫設(shè)計6. 混凝土面層配筋設(shè)計7. 材料組成和設(shè)計參數(shù)8. 加鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計附錄A 交通荷載分析

9、附錄B 混凝土板應(yīng)力分析及厚度計算附錄C 有瀝青上面層的混凝土板應(yīng)力分析附錄D 連續(xù)配筋混凝土面層縱向配筋計算附錄E 材料設(shè)計參數(shù)經(jīng)驗參考值,,1 路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計,1.1 結(jié)構(gòu)組合設(shè)計原則,◆ 依據(jù)公路技術(shù)等級、交通荷載、路基條件以及當?shù)販囟群蜐穸葼顩r，選擇及組合與之相適應(yīng)的水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)，并滿足預(yù)定的使用性能要求。 ◆ 路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計，應(yīng)使各個結(jié)構(gòu)層的力學(xué)特性及其組成材料性質(zhì)滿足各自的功能要求。 ◆ 應(yīng)充分

10、考慮結(jié)構(gòu)層上下層次的相互作用、層間結(jié)合條件和要求以及組合結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)和平衡。 ◆ 應(yīng)充分考慮地表水的滲入和沖刷作用，采取封堵和疏排措施，以減少地表水入滲和防止?jié)B入水積滯在路面結(jié)構(gòu)內(nèi)，并選用抗沖刷能力強的材料做基層。,,,1.2 設(shè)計荷載,交通荷載分級,注 : ①據(jù)交通軸載調(diào)查和分析； ②承受特重軸載車輛或特種車輛作用的路面，按所選設(shè)計軸載計算累計作用次數(shù)。,,,軸載換算 按疲勞斷裂設(shè)計標準進行結(jié)構(gòu)分析時

11、，以100kg雙輪組荷載作為設(shè)計軸載。行駛特重軸載車輛或特種車輛的水泥混凝土路面，宜選用特重車或特種車中主導(dǎo)車輛的軸載作為設(shè)計軸載。各種軸型的軸載作用次數(shù)Ni 累計作用次數(shù),為了簡化計算，對多聯(lián)軸的軸載換算作偏保守處理，忽略鄰軸的影響（應(yīng)力降低作用），雙聯(lián)軸按2次單軸計，三聯(lián)軸按3次單軸計,,,1.3 路基,混凝土路面下路床頂面的荷載應(yīng)力很小，對路基承載能力的要求并不高。路基出現(xiàn)不均勻變形時，混凝土面層與下臥層之間會出現(xiàn)局部脫空，導(dǎo)致面

12、層板斷裂。對路基的基本要求是提供均勻的支承，即路基在環(huán)境和荷載作用下產(chǎn)生的不均勻變形小。,為控制路基的不均勻變形，須在地基、填料、壓實和排水等方面采取相應(yīng)的措施。,路基彈性模量,按照交通荷載等級，路床頂?shù)木C合回彈模量值應(yīng)分別不低于： 40MPa（輕交通荷載等級），60MPa（中等或重交通荷載等級），80MPa（特重或極重交通荷載等級）。對于不能滿足綜合回彈模量值要求的路應(yīng)采取更換填料、增設(shè)粒料層或低劑量無機結(jié)合料穩(wěn)定層等措

13、施。,,,1.4 墊層 設(shè)置條件防凍墊層：路面結(jié)構(gòu)厚度小于最小防凍厚度排水墊層：水文地質(zhì)條件不良土的質(zhì)路塹,,,1.5 基層 基層要求具有足夠的抗沖刷能力，適當?shù)膭偠?極重、特重、重交通時設(shè)基層和底基層 基層為無機結(jié)合料穩(wěn)定類材料、上路床為細粒土?xí)r設(shè)粒料類底基層 中等、輕交通時可不設(shè)底基層 石灰生產(chǎn)、消解會產(chǎn)生大量二氧化碳，基層、底基層使用石灰穩(wěn)定

14、類材料時需考慮碳排放問題 建筑垃圾可供應(yīng)用,,,適宜于各交通荷載等級的基層和底基層類型,貧混凝土或碾壓混凝土基層應(yīng)鋪設(shè)瀝青混凝土夾層， 層厚不宜小于40mm。無機結(jié)合料穩(wěn)定碎石基層應(yīng)設(shè)置封層，可采用單層瀝青表面處治等， 層厚不宜小于6mm。,,,潮濕多雨地區(qū)，路基由低透水性細粒土組成的高速公路和一級公路或者承受極重或特重交通的二級公路，宜設(shè)置開級配配瀝青穩(wěn)定碎石或開級配水泥穩(wěn)定碎石排水基層。 排水基層下應(yīng)設(shè)置

15、密級配粒料或水泥穩(wěn)定碎石不透水底基層。 底基層頂面宜鋪設(shè)瀝青類封層或防水土工織物。,,,基層和底基層材料的結(jié)構(gòu)層適宜厚度,,,1.6 面層,面層一般采用接縫設(shè)置傳力桿的普通水泥混凝土。 面層板的平面尺寸較大或形狀不規(guī)則，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，應(yīng)采用接縫設(shè)置傳力桿的鋼筋混凝土面層。 其他面層類型可依據(jù)適用條件按下表選用。,,,

16、其他面層類型選擇,,,水泥混凝土面層厚度的參考范圍,面層設(shè)計厚度依據(jù)計算厚度加6mm磨耗層后，按10mm向上取整。,,,1.7 路肩 路肩鋪面結(jié)構(gòu)應(yīng)具有一定的承載能力，其結(jié)構(gòu)層組合和材料選用應(yīng)與行車道路面相協(xié)調(diào)，并使進入行車道路面結(jié)構(gòu)中的水不被封堵。 高速和一級公路的水泥混凝土路肩宜采用與行車道相同的路面結(jié)構(gòu)和厚度。選用薄混凝土面層時，其厚度不宜小于150mm，基層用級配粒料或多孔隙水泥穩(wěn)定碎石。路

17、肩與行車道之間的縱縫應(yīng)設(shè)置拉桿。,,,2 結(jié)構(gòu)設(shè)計方法2.1 設(shè)計標準 混凝土面層 設(shè)計標準：設(shè)計基準期內(nèi)行車荷載和溫度度梯度綜合作用 面層板產(chǎn)生疲勞斷裂。 驗算標準：設(shè)計基準期內(nèi)最重軸載和最大溫度梯度綜合作用面層板產(chǎn)生極限斷裂。,,,式中 σpr——面層板在臨界荷位處產(chǎn)生的行車荷載疲勞應(yīng)力（MPa）； σtr——面層板在臨界荷位處產(chǎn)生的溫度梯度疲勞應(yīng)力（MPa）；

18、 σp,max ——最重的軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的最大荷載應(yīng)力（MPa）； σt,max——最大溫度梯度在臨界荷位處產(chǎn)生的最大溫度翹曲應(yīng)（MPa）；,γγ——可靠度系數(shù)，依據(jù)所選目標可靠度及變異等級確定 ； fr ——水泥混凝土彎拉強度標準值（MPa）。,可靠度設(shè)計標準,,,,貧混凝土或碾壓混凝土基層,設(shè)計標準：設(shè)計荷載產(chǎn) 生疲勞斷裂。,,,可靠度系數(shù),,,2.2

19、 力學(xué)模型,★ 彈性地基單層板模型——粒料基層上混凝土面層；粒料類基層及各類底基層和墊層，與路基一起視作多層彈性地基，以地基頂面當量回彈模量表征；★ 彈性地基雙層板模型——無機結(jié)合料類基層或瀝青類基層上混凝土面層；舊混凝土路面上加鋪分離式混凝土面層；★復(fù)合板模型——兩層不同性能材料組成的面層或基層復(fù)合板，舊混凝土路面上加鋪結(jié)合式混凝土面層。 面層板及基層的臨界荷位均位于縱縫邊緣中部。,水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)分析采用彈性地基板理論

20、。,,,2.3 單層板應(yīng)力 荷載應(yīng)力 設(shè)計軸載在面層板臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力,最重軸載在面層板臨界荷位處產(chǎn)生的最大荷載應(yīng)力,,,溫度應(yīng)力,面層板臨界荷位處產(chǎn)生的溫度疲勞應(yīng)力,式中σt..max——最大溫度梯度時面層板產(chǎn)生的最大溫度應(yīng)力(MPa) ； kt ——考慮溫度應(yīng)力累計疲勞作用的溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)。,,,最大溫度梯度時混凝土面層板最大溫度應(yīng)

21、力,式中 αc——混凝土的線膨脹系數(shù)； Tg——最大溫度梯度； BL ——溫度應(yīng)力系數(shù)。,,,2.4 雙層板應(yīng)力 荷載應(yīng)力,面層板或上面層板的荷載疲勞應(yīng)力及其荷載疲勞應(yīng)力系數(shù)kf、應(yīng)力折減系數(shù)kr和綜合系數(shù)kc的確定方法，與單層板的相同，設(shè)計軸載Ps在上層板臨界

22、荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力,,,貧混凝土或碾壓混凝土基層板或者下面層板的荷載疲勞應(yīng)力及其疲勞應(yīng)力系數(shù)kf 和綜合系數(shù)kc 的確定方法與單層板的相同；設(shè)計軸載Ps 在下層板臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力,式中 σbpr——下層板的荷載疲勞應(yīng)力（MPa）； σbps——設(shè)計軸載Ps在下層板臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力(MPa) 。,,,溫度應(yīng)力,上層板的溫度疲勞應(yīng)力σtr、最大溫度翹曲應(yīng)力σt.max、綜合溫度翹曲應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力作用

23、的溫度應(yīng)力系數(shù)BL的計算式與單層板的基本相同。 下層板的溫度疲勞應(yīng)力不需計算分析。,,,2.5 復(fù)合板應(yīng)力 荷載應(yīng)力 面層復(fù)合板的荷載疲勞應(yīng)力和最大荷載應(yīng)力計算，與單層板或上層板完全相同，只需用面層復(fù)合板的截面彎曲剛度和等效厚度替代單層板或上層板的彎曲剛度Dc 和厚度hc 即可，板相對剛度半徑r 或rg 需依據(jù)面層復(fù)合板彎曲剛度重新計算。,,,溫度應(yīng)力 面層復(fù)合板的疲勞溫度應(yīng)力計算和疲勞

24、溫度應(yīng)力系數(shù)與單層板的相同。 最大溫度應(yīng)力σt.max,,,3.1 材料試驗方法 土和粒料的回彈模量采用重復(fù)加載三軸壓縮試驗測定。無機結(jié)合料穩(wěn)定類材料的彈性模量采用單軸單調(diào)壓縮試驗測定。水泥穩(wěn)定類材料的試件齡期為90d，石灰粉煤灰穩(wěn)定類材料的試件齡期為180d，測定前試件浸水1d。瀝青混合料動態(tài)模量采用周期加載單軸壓縮試驗測定。,3 材料設(shè)計參數(shù),,,3.2 材料參數(shù)取值 按經(jīng)驗數(shù)值范圍確定路基和路面各結(jié)

25、構(gòu)層的各項設(shè)計參數(shù)值時，可參照附錄查取。按土類查取回彈模量經(jīng)驗參考值，并按路床底距地下水位的距離查取路基的濕度調(diào)整系數(shù)，二者相乘后得到回彈模量值。依據(jù)粒料類別選取粒料層的回彈模量值時，按材料類型由表查取 無機結(jié)合料穩(wěn)定類基層或底基層的彈性模量，應(yīng)采用考慮結(jié)構(gòu)層收縮開裂后的有效模量，參照附錄選用。 基層瀝青混合料的動態(tài)模量值，參照附錄查取。,,,3.2.1 路基和粒料層回彈模量試驗測試反復(fù)加載三軸壓縮標準試驗方法

26、 ——試件尺寸、試件制備和預(yù)加載條件 ——應(yīng)力水平（各種路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀況分析） ——加載序列回彈模量本構(gòu)模型（三參數(shù)）,,,,回彈模量標定測試 ——12種土、3種含水量、2種壓實度 ——補充國外各類土的測試數(shù)據(jù),,,物性參數(shù)經(jīng)驗?zāi)Ｐ?土 粒料,,,,,,當量回彈模量 ——彎沉等效原則

27、 ——模量當量的應(yīng)力水平當量應(yīng)力水平 粒料類基層和底基層：按層位和交通荷載等級取用 瀝青和無機類基層下底基層——體應(yīng)力72kPa，八面體 剪應(yīng)力12kPa 路基：體應(yīng)力70kPa，八面體剪應(yīng)力13kPa,,,路基回彈模量經(jīng)驗參考值,注： 1. 對于礫和砂，D60（通過率為60%時的

28、顆粒粒徑）大時，模量取高值，D60小時，模量取低值； 2. 對于其他含細粒的土組，小于0.075mm顆粒含量大和塑性指數(shù)高時，模量取低值，反之，模量取高值。,,,路基回彈模量濕度調(diào)整系數(shù),注：1. 對于礫和砂，D60（通過率為60%時的顆粒粒徑）大時，調(diào)整系數(shù)取高值，D60小時，調(diào)整系數(shù)取低值； 2. 對于其他含細粒的土組，小于0.075mm顆粒含量大和塑性指數(shù)高時，調(diào)整系數(shù)取低值，反之，調(diào)整系數(shù)取高值

29、。,,,3.2.2 基層材料回彈模量粒料類基層和底基層材料回彈模量經(jīng)驗參考值,,,無機結(jié)合料穩(wěn)定類基層材料模量測試方法 ——壓縮、彎拉、直接拉伸、間接拉伸 ——單調(diào)、反復(fù)、周期加載 ——頂?shù)酌娣ê椭虚g段法應(yīng)變量測,,,由測試結(jié)果得到：（1）周期加載壓縮彈性模量與單調(diào)加載壓縮彈性模量測定值相近。（2）彎拉彈性模量值與壓縮彈

30、性模量值相近。 可以采用操作較簡便且精度較有保證的單調(diào)加載壓縮試驗測定無機結(jié)合料類材料的彈性模量。,各種方法比較,,,頂?shù)酌娣ㄅc側(cè)面法比較,采用頂?shù)酌娣繙y試件壓縮變形， 兩端端面有摩阻約束影響， 國外的試驗規(guī)程中已摒棄這種方法。 頂?shù)酌娣ê椭虚g段法的對比測試結(jié)果相差一個數(shù)量級。采用直徑與高度比為1：2的試件，在其中間段量測壓縮應(yīng)變，消除端面摩阻的影響，得到真實應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的壓縮彈性模量。,單調(diào)加載壓縮試驗（中間段

31、應(yīng)變、0.3Pmax）,,,無機結(jié)合料類基層和底基層材料彈性模量經(jīng)驗參考值（MPa）,,3.2.3 瀝青混合料彈性模量 瀝青混合料模量測試方法 周期加載單軸壓縮動態(tài)模量試驗 ——試件為直徑100mm、高150mm的圓柱體，由旋轉(zhuǎn)壓實儀成型直徑150mm、高170mm試件中鉆取芯樣得到 ——頻率25、10、5、1、0.5、0.1Hz ——溫度–10、5、20、35、50?

32、C ——簡化方法:頻率10、5、1、0.1Hz,溫度5、20、35?C ——通過沿圓周等間距安放在試件中部的3個位移傳感器，量測荷載作用下的軸向變形。 ——計算軸向應(yīng)力幅值和可恢復(fù)軸向應(yīng)變幅值，由二者之比計算得到壓縮動態(tài)模量，并按最后5次加載循環(huán)中變形峰值與荷載峰值的平均滯后時間和平均加載時間之比計算相位角。 ——試驗結(jié)果首先整理成等溫度動態(tài)模量曲線，隨后以參照溫度為20°

33、C將各條等溫度曲線平移后得到主曲線。,,,,,,瀝青混合料類基層材料動態(tài)模量經(jīng)驗參考值,,,3.2.4 水泥混凝土材料參數(shù)水泥混凝土強度和彈性模量經(jīng)驗參考值,水泥混凝土線膨脹系數(shù)經(jīng)驗參考值,,,混凝土面層與基層間摩阻系數(shù)經(jīng)驗參考值,注：當基層不是瀝青混合料，但基層與面層間設(shè)置瀝青隔層時，摩阻系數(shù)按照瀝青混合料基層時選取。,,4 水泥混凝土路面板厚度計算示例,,設(shè)計題：設(shè)計新建一級公路水泥混凝土路面。 公路自然區(qū)劃IV區(qū)

34、 路基土為低液限粉土，路床頂距地下水位1.0m 當?shù)禺a(chǎn)砂礫材料 設(shè)計軸載為Ps=100kN，最重軸載Pm=180kN 設(shè)計車道使用初期標準軸載日作用次數(shù)為3200 交通量年平均增長率為5％,,4.1 交通分析,一級公路的設(shè)計基準期為30年，安全等級為一級 (表3.0.1)臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)取0.22 (附錄表A.2.4)設(shè)計基準期內(nèi)設(shè)計車道標準荷載累計作用次數(shù)：,,屬重交通荷載等級

35、(表3.0.7 ),次,,4.2 初擬路面結(jié)構(gòu),施工變異水平取低等級。初擬普通混凝土面層厚度為0.26m (查表4-3)基層選用水泥穩(wěn)定礫石，厚0.20m底基層選用級配礫石（無土），厚0.18m單向路幅寬度為2×3.75m (行車道)+2.75 m (硬路肩)行車道水泥混凝土面層板平面尺寸取5.0×3.75m縱縫為設(shè)拉桿平縫橫縫為設(shè)傳力桿的假縫硬路肩面層采用與行車道面層等厚的混凝土，并設(shè)拉桿與行車道

36、板相連,,4.3 路面材料參數(shù)確定4.3.1 材料參數(shù)取值,面層混凝土的彎拉強度標準值取5.0MPa (表3.0.8和附錄E.0.3)混凝土彎拉彈性模量取31GPa，泊松比取0.15水泥混凝土的熱膨脹系數(shù)αc=11×10-6 /℃低液限粉土路基回彈模量取100MPa (附錄表E.0.1-1)低液限粉土距地下水位1.0m時的濕度調(diào)整系數(shù)取0.80 (查表E.0.1-2)路床頂綜合回彈模量取為100×0

37、.80 = 80MPa水泥穩(wěn)定礫石基層的彈性模量取2000MPa，泊松比取0.20 (附錄E.0.2)級配礫石底基層回彈模量取250MPa，泊松比取0.35 (附錄E.0.2),,,,,,4.3.2 地基綜合模量確定,板底地基綜合回彈模量,板底地基綜合回彈模量Et取為125 MPa,,4.3.3 路面剛度確定,混凝土面層彎曲剛度Dc,,,,半剛性基層彎曲剛度D,路面結(jié)構(gòu)總相對剛度半徑rg,,4.4 荷載應(yīng)力分析,設(shè)計軸載和極限荷

38、載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力：,,面層荷載疲勞應(yīng)力, 面層最大荷載應(yīng)力：,,,其中：應(yīng)力折減系數(shù)kr=0.87； 綜合系數(shù)kc=1.10； 疲勞應(yīng)力系數(shù),,4.5 溫度應(yīng)力分析,最大溫度梯度取92 ℃/m （表3.0.10 B.3.3） 綜合溫度翹曲應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力的溫度應(yīng)力系數(shù)BL ：,,,,,,,面層最大溫度應(yīng)力：,,溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)kt,溫度疲勞應(yīng)力：,,4.6 路面結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)校核,

39、一級安全等級，低變異水平條件下，可靠度系數(shù)γr取1.14。校核路面結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)是否滿足要求：,,滿足要求 擬定的路面結(jié)構(gòu)，厚度0.26m混凝土面層，厚0.20m水泥穩(wěn)定級配礫石基層，厚0.18m級配礫石底基層，可以承受設(shè)計基準期內(nèi)荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力的綜合疲勞作用，以及最重軸載和最大溫度梯度的一次作用。 考慮混凝土面層磨耗加6mm，取整得混凝土面層設(shè)計厚度為0.27m。,,,5 其它混凝土路面結(jié)構(gòu)5.1 連續(xù)配筋

40、混凝土路面,5.1.1 機理與要求 縱向鋼筋配筋率設(shè)計，主要考慮對橫向裂縫縫隙寬度、橫向裂縫間距、裂縫傳荷能力、鋼筋所承受的拉應(yīng)力以及混凝土出現(xiàn)由縱向裂縫產(chǎn)生的斷裂塊進行控制，最主要的是對裂縫縫隙寬度的控制。,連續(xù)配筋混凝土路面會在橫向開裂后出現(xiàn)縱向疲勞開裂，進一步發(fā)展為縱向斷裂塊。出現(xiàn)混凝土塊斷裂破壞，會使路面的平整度下降。因此，增加配筋量，減小裂縫間距和縫隙寬度，提高裂縫傳荷能力，就可以減少混凝土的斷裂破壞，提高面層的平整度。,

41、橫向裂縫眾多的影響因素交互作用，使收縮變形和收縮受阻帶有很大的隨機性，裂縫間距和縫隙寬度也就存在很大的變異性。規(guī)范要求和指標，是指的平均情況和平均值。,,,5.1.2 配筋設(shè)計連續(xù)配筋混凝土面層的縱向配筋量按下述要求確定：縱向鋼筋埋置深度處的裂縫縫隙平均寬度不大于0.5mm；橫向裂縫的平均間距不大于1.8m；鋼筋所承受的拉應(yīng)力不超過其屈服強度。滿足上述要求所需的縱向配筋率，一般為0.6%~0.7%（中等交通）、0.7%~0.8

42、%（重交通）、0.8%~0.9%（特重交通）或 0.9%~1.0%（極重交通）。冰凍地區(qū)路面的配筋率宜高于一般地區(qū)0.1%。,,,5.1.3 縱向配筋率計算步驟 ①初擬配筋率，計算橫向裂縫平均間距Ld。當Ld>1.8m時，應(yīng)增大配筋率，重復(fù)上述計算至符合要求。 ②計算裂縫縫隙平均寬度bj。當bj≤0.5mm時，滿足要求；否則應(yīng)增大配筋率，重復(fù)上述計算至符合要求。 ③計算鋼筋應(yīng)力。當不大于鋼筋屈服強度

43、時，滿足要求；否則應(yīng) 增大配筋率，重復(fù)上述計算至符合要求。 ④綜合上述計算結(jié)果，最終確定配筋率，并進一步確定鋼筋根數(shù)。 在滿足縱向鋼筋間距要求的條件下，宜選用直徑較小的鋼筋。,,,5.2 鋼纖維混凝土路面 鋼纖維體積率：一般為0.6%~ 1.0%。 面層厚度：普通混凝土面層厚度的0.75 ~0.65倍，按鋼纖維摻量確定。最小厚度，極重、特重或重交通180mm

44、；中等或輕交通160mm。集料公稱最大粒徑：鋼纖維長度的1/2~2/3，并不宜大于26.5mm（銑削型鋼纖維）或19mm（剪切型或熔抽型鋼纖維）。鋼纖維抗拉強度標準值：不宜小于600級（600~1000MPa）。水泥用量：不得少于，非冰凍地區(qū)360kg /m3，冰凍地區(qū)380kg /m3,5.3 復(fù)合式路面 瀝青混凝土上面層的厚度不宜小于40mm。混凝土下面層的計算厚度，應(yīng)滿足下式的要求?；炷料旅鎸优c瀝青混凝土上面

45、層之間應(yīng)設(shè)置粘層。,,,混凝土下面層的臨界荷位，為板的縱向邊緣中部。設(shè)計軸載Ps在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力，按單層板計算確定。應(yīng)力折減系數(shù)、荷載疲勞應(yīng)力系數(shù)和綜合系數(shù)的確定方法，與無瀝青上面層時完全相同。 設(shè)計軸載Ps和最重軸載Pm在混凝土下面層臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力和最大荷載應(yīng)力分別按下式計算。,,,5.4 加鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計5.4.1路面損壞狀況調(diào)查評定舊混凝土路面的損壞狀況采用斷板率和平均錯臺量兩項

46、指標評定路面損壞狀況分為4個等級，各個等級的斷板率和平均錯臺量的分級標準見下表。 路面損壞狀況分級標準,,,5.4.2 接縫傳荷能力和板底脫空狀況調(diào)查評定? 舊混凝土面層板的接縫傳荷能力和板底脫空狀況采用彎沉測試法調(diào)查評定，彎沉測試宜采用落錘式彎沉儀。? 測定接縫傳荷能力的試驗荷載應(yīng)接近于設(shè)計軸載的一側(cè)輪載。將荷載施加鄰近接縫的路面表面，實測接縫兩側(cè)邊緣的彎沉值。按下式計算傳荷接

47、縫的系數(shù),舊混凝土面層的接縫傳荷能力分為4個等級。,接縫傳荷能力分級標準,,,5.4.3 瀝青加鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計瀝青加鋪層可設(shè)單層或雙層瀝青面層，至少有一層采用密級配瀝青混料，可根據(jù)需要設(shè)置調(diào)平層，在路面邊緣設(shè)置內(nèi)部排水系統(tǒng)。瀝青加鋪層與原水泥混凝土面板之間宜撒布改性瀝青，加強層間結(jié)合，避免層間滑移。減緩反射裂縫的措施： ⑴ 增加瀝青加鋪層的厚度； ⑵采用摻加纖維及橡膠等改性瀝青混合料； ⑶ 在舊混凝土板

48、頂面或加鋪層內(nèi)設(shè)置應(yīng)力吸收層等夾層； ⑷瀝青加鋪層下層可采用大粒徑瀝青碎石。瀝青加鋪層厚度應(yīng)與混合料的公稱最大粒徑相匹配，按減緩反射裂縫的要求確定。高速公路和一級公路的最小厚度宜為100mm，其他等級公路的最小厚度宜為80mm。,,,5.4.4 分離式混凝土加鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計在舊混凝土面層與加鋪層之間應(yīng)設(shè)置隔離層。隔離層材料宜選用瀝青混凝土，厚度不宜小于40mm。分離式混凝土加鋪層的接縫形式和位置，按新建混凝土面層的要求布置

49、。加鋪層可采用普通混凝土、鋼纖維混凝土、鋼筋混凝土和連續(xù)配筋混凝土。普通混凝土、鋼筋混凝土和連續(xù)配筋混凝土加鋪層的厚度不宜小于180mm；鋼纖維混凝土加鋪層的厚度不宜小于140mm。加鋪層和舊混凝土面層應(yīng)力分析，按分離式雙層板進行，舊混凝板各參數(shù)采用實測值。加鋪層的設(shè)計厚度，按加鋪層和舊混凝土板的應(yīng)力分別滿足要求確定。,,,5.4.5 結(jié)合式混凝土加鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計采用銑刨、噴射高壓水或鋼珠、酸蝕等方法，打毛清理舊混凝土面層表面，

50、并涂敷粘結(jié)劑，使加鋪層與舊混凝土面層結(jié)合成整體。 結(jié)合式加鋪層厚度不宜小于60mm。加鋪層的接縫形式和位置應(yīng)與舊混凝土面層的接縫完全對應(yīng)和對齊，加鋪層內(nèi)可不設(shè)拉桿或傳力桿。 加鋪層和舊混凝土板的應(yīng)力分析，按結(jié)合式雙層板進行。舊混凝土板的 參數(shù)實測值。加鋪層的設(shè)計厚度，按計算 及要求確定。,,,5.4.6 舊瀝青路面加鋪水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計在舊瀝青面層與水泥混凝土加鋪層之間應(yīng)設(shè)置調(diào)平層。調(diào)平層材料可選用瀝青混凝土等。

51、加鋪層可采用普通混凝土、鋼纖維混凝土、鋼筋混凝土和連續(xù)配筋混凝土。普通混凝土、鋼筋混凝土和連續(xù)配筋混凝土加鋪層的厚度不宜小于180mm；鋼纖維混凝土加鋪層的厚度不宜小于140mm.計算確定舊瀝青路面頂面的當量回彈模量，并按照新建水泥混凝土路面進行加鋪層設(shè)計。超薄水泥混凝土加鋪層的厚度宜為80~130mm，面板平面尺寸1.0~2.5m，切縫深度為面層板厚的1/4～1/3，縫寬3~5 mm，無需封縫。,,,尚需研究的問題 1

52、 基層 本次修訂提出了適應(yīng)不同交通等級的基層類型，主要是依據(jù)部分經(jīng)驗，對基層類型選擇及厚度確定尚缺乏合理具體的設(shè)計方法，對基層材料的技術(shù)要求也應(yīng)有明確依據(jù)的規(guī)定。 2 夾層、封層 為了克服貧混凝土基層和水泥穩(wěn)定基層上混凝土面板產(chǎn)生的損壞，修訂規(guī)范規(guī)定分別設(shè)40mm夾層和6mm封層，主要參考國外經(jīng)驗但厚度較國外小。為此需分析基層剛度對混凝土面板應(yīng)力（主要是溫度翹曲應(yīng)力）的影響等，提

53、出夾層與封層設(shè)置的理論依據(jù)、結(jié)構(gòu)厚度及適用材料。,,,3 水泥混凝土板上加瀝青層 新建或原有混凝土板上加瀝青層路面設(shè)計方法僅給出混凝土板厚度確定方法，對瀝青層只提出經(jīng)驗厚度最小值，無明確結(jié)構(gòu)與材料要求，其厚度如何尚不確定。因此，應(yīng)從理論和使用上深入研究這種路面的合理結(jié)構(gòu)和材料，提出相應(yīng)的的設(shè)計標準與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。,,,4 連續(xù)配筋混凝土路面 修訂后的連續(xù)配筋混凝土路面設(shè)計標準更加合理，考

54、慮的因素更加全面，但仍有不足。設(shè)計標準原想引入沖斷破壞，后因研究與資料尚欠充分而放棄。計算方法主要借鑒美國經(jīng)驗公式，需結(jié)合我國實際驗證修正，方法也需適當簡化。 現(xiàn)今已出現(xiàn)礦物纖維筋如玄武巖筋，具有良好應(yīng)用前景，也應(yīng)研究應(yīng)用。 5 路基穩(wěn)定處理 規(guī)范提出路基要求模量值，而僅通過強化路基壓實一往往難以達到，需采取穩(wěn)定加強措施，如路基上層一定深度填筑粒料材料，或進行無機結(jié)合料穩(wěn)定

55、處理。 選用何種處治措施，處治厚度，處治要求，以及路基工作區(qū)，均需研究解決。。,復(fù)合式路面,,,,河南、山西、廣西、山東、廣東等省試驗使用(1) 河南 早期： 碾壓混凝土面層 200㎜，瀝青上面層 50㎜ 層間灑粘層油，個別接縫試鋪土工布 總體良好，是該省使用壽命最長的路面。有反射裂縫，裂縫處局部推移、松散。,1. 復(fù)合式路面試驗應(yīng)用,,,,,,,改性瀝青砼面層 4cm,水泥砼面層 28cm,,二灰

56、碎石基 層18cm,灰土或固化劑處理路床 20cm,沖擊壓實處理路床（影響深度80cm）,,應(yīng)力吸收層2cm,,防水聯(lián)接層1.5cm,,,,,近期：,,厚度53.5cm,,（2）廣西,混凝土下面層280㎜ 改性瀝青混凝土或SMA上面層，厚40㎜ 混凝土層表面機械鑿毛，或5﹪稀鹽酸處理，摩擦系數(shù)0.65以上。 設(shè)高分子改性瀝青粘層，或環(huán)氧瀝青粘層，或橡膠瀝青應(yīng)力吸收層20㎜。 使用3年，整體效果良好

57、，局部路段輕微推移。,,,(3) 山西 晉焦高速32km 下面層連續(xù)配筋混凝土250㎜，配筋率0.33﹪ 上面層（AC-20）40㎜十（SBR改性SMA-16） 35㎜ 層間灑乳化瀝青粘層 使用狀況：部分路段約5km推移，其中1km彎道段推移開裂嚴重，其原因混凝土表面未處理好，乳化瀝青粘層抗剪力不足,,,（4）山東 2004年和2

58、005年分別修筑復(fù)合式路面試驗路，其結(jié)構(gòu)和使用狀況如下兩表。,,,,,（5）廣東 下層混凝土為碾壓貧混凝土，水泥用量為240 kg/m3，用水量為145kg/m3，其配制的碾壓混凝土改進VC值為28s，7d抗壓強度為15.5MPa，7d抗彎拉強度為2.14MPa，28d抗彎拉強度為3.65MPa，28d抗壓強度為19.8MPa 。,,,復(fù)合式路面結(jié)構(gòu),,復(fù)合式瀝青路面結(jié)構(gòu)層組合方案,,,,,,,,復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)設(shè)計

59、（1）復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)組合,普通水泥混凝土路面可用于二級及以下公路。 高速、一級公路可使用復(fù)合式路面，以改善行車舒適性，便于養(yǎng)護等。,,,（2） 混凝土下面層 貧混凝土 強度 28天彎拉2~3MPa, 水泥用量200~250kg/m3 普通混凝土 按混凝土路面設(shè)計要求 5cm瀝青層可減薄混凝土層厚度1cm 連續(xù)

60、配筋混凝土 下面層縱向配筋率可降低0.1%。 預(yù)應(yīng)力混凝土,,,瀝青上面層厚度 薄型：≤60㎜，采用橡膠瀝青、聚合物改性瀝青等混合料 厚型：≥100㎜ ，同路面面層，設(shè)防裂結(jié)構(gòu)層或應(yīng)力吸收層 層間處理： 瀝青層與混凝土層間設(shè)粘結(jié)層 混凝土下面層表面處理： 除浮漿，表面糙化,（3）瀝青上面層,,謝 謝！,斜向預(yù)應(yīng)力混凝土路面,,,斜向預(yù)應(yīng)力無縫水泥混凝土路面是對路面施加斜向

61、預(yù)應(yīng)力，使路面既可以產(chǎn)生縱向預(yù)應(yīng)力，也可以產(chǎn)生橫向預(yù)應(yīng)力，克服路面各方向力的影響，使路面在較長范圍內(nèi)不設(shè)置縮縫，這樣可以解決水泥混凝土路面由于接縫產(chǎn)生的損害現(xiàn)象，可以有效地延長水泥混凝土路面的使用壽命。,斜向預(yù)應(yīng)力無縫混凝土路面示意圖,1 斜向預(yù)應(yīng)力水泥混凝土試驗路面,,已先后鋪筑試驗段七處，鋪筑面積累計達到25000m2，施工工藝日趨完善，施工技術(shù)日趨成熟。目前已經(jīng)形成斜向預(yù)應(yīng)力混凝土路面一整套設(shè)計、施工技術(shù)，為施工進度和施工質(zhì)量提供

62、技術(shù)保障。,,試驗段位于G210國道南山峁隧道外，試驗路面寬9m，長100m，分兩幅施工。這是斜向預(yù)應(yīng)力混凝土路面首次應(yīng)用，經(jīng)過近三年的觀測，試驗路使用情況良好。,,2010年7月，為了驗證斜向預(yù)應(yīng)力路面的使用效果，選擇府店一級公路為試驗路，此處大多為大型運煤車輛，交通量密集，超限超載現(xiàn)象嚴重。試驗路面寬9m，長258m，分兩段鋪筑 。通車一年，同期鋪筑的鋼纖維水泥混凝土路面裂縫較多；而斜向預(yù)應(yīng)力水泥混凝土路面試驗段未出現(xiàn)任何裂縫等病害

63、，行車舒適性好、噪音小。,,2010年9月將斜向預(yù)應(yīng)力水泥混凝土路面加鋪在舊水泥混凝土路面板上，為了預(yù)防路面的反射裂縫，試驗路面寬7m，長600m，與原挖除路面設(shè)計方案相比，節(jié)約資金20%以上，通過一年多的觀察，路面無裂縫，未出現(xiàn)病害。,,首次將斜向預(yù)應(yīng)力混凝土路面應(yīng)用于公路收費站，以解決收費站水泥路面斷板和錯臺問題，鋪筑面積達5100m2。,,斜向預(yù)應(yīng)力混凝土路面首次應(yīng)用于高速公路復(fù)合式路面，寬12m，長237m，以解決橋梁與橋梁之間

64、瀝青路面基層壓實不均勻和錯臺后跳車問題，阻止基層反射裂縫，并降低瀝青路面的造價，減少成本，應(yīng)用前景廣闊。,,有效阻止反射裂縫,,銅川耀旬二級公路試驗段路面寬6.5m，長770m，斜向預(yù)應(yīng)力混凝土路面采用全幅一次鋪筑，取消中縫使路面板整體性提高。,,河北南石線二級公路試驗段為了測量張拉過程中的錨固區(qū)應(yīng)力損失，路面寬12m，長300m，斜向預(yù)應(yīng)力混凝土路面采取半幅施工方式，目前已施工完成，正在進一步觀測中。,,從普通水泥混凝土路面與預(yù)應(yīng)力水

65、泥混凝土路面的設(shè)計標準可以看出：,混凝土開裂,普通水泥混凝土路面：,預(yù)應(yīng)力混凝土路面：,由于預(yù)應(yīng)力混凝土內(nèi)布置預(yù)應(yīng)力鋼筋，張拉時可產(chǎn)生1.2~2.5MPa的預(yù)應(yīng)力，也就是說普通水泥混凝土路面的彎拉強度為5MPa時，保持混凝土配合比設(shè)計方案不變，預(yù)應(yīng)力水泥混凝土的彎拉強度將達到6~7MPa，相當于提高了路面的承載能力。,,上面層：4cmSMA-13（SBS改性瀝青）細粒式瀝青混凝土 中面層：6cmAC-20（SBS改性瀝青）中粒

66、式瀝青混凝土下面層：12cmATB-30粗粒式密級配瀝青碎石基 層：40cm水泥穩(wěn)定碎石（5%）底基層：18cm水泥穩(wěn)定碎石（4%）,原路面結(jié)構(gòu),路面總厚度80cm,上面層：4cmSMA-13（SBS改性瀝青）細粒式瀝青混凝土中面層：6cmAC-20（SBS改性瀝青）中粒式瀝青混凝土下面層：20cm斜向無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力水泥混凝土路面滑動層：細砂+水泥+聚乙烯薄膜（厚度不計入路面總厚度）基 層：32cm水泥穩(wěn)定碎石（5

67、%）底基層：18cm水泥穩(wěn)定碎石（4%）,現(xiàn)路面結(jié)構(gòu),,,路面總厚度80cm,2 高速公路斜向預(yù)應(yīng)力復(fù)合式路面,,復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)示意圖,,12cm 瀝青混凝土上面層及中面層,,層間粘結(jié)對策,拉毛,為了防止在車輛荷載作用下瀝青混凝土面層與預(yù)應(yīng)力路面之間發(fā)生推移，與橋面鋪裝類似，可采用銑刨、拉毛、刻槽等方式增強兩層之間的粘結(jié)力，本次設(shè)計方案采用拉毛或刻槽的方法。,與水泥穩(wěn)定碎石基層之間的粘結(jié)：,與瀝青混凝土面層之間的粘結(jié)：,為了減少預(yù)

68、應(yīng)力混凝土路面板底與路面基層之間的摩擦，兩層之間設(shè)計滑動層。滑動層的材料可選用土工織布、油毛氈、聚乙烯薄膜，粒徑相近的細砂或石屑。本此設(shè)計的滑動層材料為細砂+聚乙烯薄膜。,,3 高速公路路面斜向預(yù)應(yīng)力構(gòu)造,,4 應(yīng)用前景,通過對斜向無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力無縫水泥混凝土路面技術(shù)的研究，旨在推廣高性能無縫混凝土路面技術(shù)，使路面的使用性能有較大的提高，在較長范圍內(nèi)不設(shè)伸縮縫，減少路面病害，延長路面的使用壽命40%~60%，消除瀝青路面在修建和養(yǎng)護過