混凝土路面设计计算书(终极版)

1、2010级路面工程课程设计目 录1课程设计题目12课程设计目的13课程设计主要内容14路面厚度计算1 4.1 交通分析14.2初拟路面结构34.3路面材料参数确定44.4 荷载疲劳应力64.5温度疲劳应力74.6验算初拟路面结构85接缝设计85.1纵向接缝85.2横向接缝96混凝土面板钢筋设计106.1 边缘补强钢筋106.2 角隅钢筋117材料用量计算117.1 面层117.2 基层127.3 垫层138施工要求说明13参考资料15I水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：公路自然区划区拟建一条一级公路，路基为粘质土，采用普通混凝土路面，双向四车道，经交通调查得知，设计车道

2、使用初期轴载日作用次数为4500。试设计该路面结构。2课程设计目的通过课程设计巩固和加深所学的专业知识，熟悉相关的设计规范和施工规范，掌握实际工程结构设计的全过程。使学生将所学的专业基础和专业课知识在课程设计过程中有机的联系在一起，为进行实际的工程设计奠定基础。要求学生课程设计之后对相关的设计规范、施工和试验规范等有比较系统和全面的了解，综合解决水泥混凝土路面结构设计中的实际问题，深入理解水泥混凝土路面的设计理论，掌握设计方法。3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；（8）施工

3、要求说明。（9）设计图纸为A3路面结构详图一张（手工绘图），要求整洁、规范，图幅和数量符合要求。（10）附参考文献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如下表： 可靠度设计标准 表4-1公路技术等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路安全等级一级二级三级四级设计基准期30302020目标可靠度（%）95908580目标可靠指标1.641.281.040.84变异水平等级低低中中中高由表4-1知，一级公路的设计基准期为30年，安全等级为二级。混凝土路面临界荷位车辆轮迹横向分部

4、系数 表4-2公 路 等 级纵 缝 边 缘 处高速公路、一级公路、二级公路0.170.22二级及二级以下公路行车道宽7m0.340.390.540.62行车道宽7m由表4-2知，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取0.18。交通量年平均增长率变化范围（%） 表4-3公路等级设计年限1015203040高速公路5947473624一级公路61149392624二级公路51238262413三级公路3242182131816如表4-3，可取交通量年平均增长率为。则设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为：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。

5、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，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2000100200031003由表4-4可得该公路属于重交通等级。4.2初拟路面结构由上表4-1知，安全等级为二级的道路对应的变异水平等级为中级。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）260250

6、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（mm）240210230200220200230220根据一级公路、重交通等级和中级变异水平等级，由表4-5知，初拟普通混凝土面层厚度为。 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、

7、重交沥青稳定碎石排水基层80100高速、一级、重交如上表4-6，基层可选用水泥稳定粒料类，厚，为保证模板和轨模式摊铺机轨道的安装、滑模式摊铺机的施工，以及混凝土面板边缘的强度和稳定性当采用小型机具或轨模式摊铺机施工时，基层的宽度比混凝土面板每侧宽出25cm；。垫层选用石灰粉煤灰稳定粒料，每侧比基层宽出25cm。普通混凝土板的平面尺寸宽、长；纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝，中间带为3，每幅路面宽 。图4-1 路面结构图（单位：mm）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强度相比很小，而所受的弯拉应

8、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

9、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4-7交通等级特重重中等轻水泥混凝土的弯拉强度标准值（）5.05.04.54.0钢纤维混凝土的弯拉强度标准值（）6.06.05.55.0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，。水泥混凝土弯拉弹性模量经验参考值 表4-8弯拉强度（）1.01.52.02.53.0抗压强度（）5.07.711.014.919.3弯拉弹性模量（）1015182123弯拉强度（）3.54.04.55.05.5抗压强度（）24.219.735

10、.841.848.4弯拉弹性模量（）2527293133 按表4-8取普通混凝土面层的弯拉弹性模量标准值为。中湿路基路床顶面回弹模量经验参考值范围 表4-9土组公路自然区划土质砂26424050395035605060黏质土25453040254530453045粉质土22463254305027433045 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（）材料类型回弹模量（）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，）600800极配碎砾石（垫层）200250沥青混凝土（粗粒

11、式，）8001200极配碎砾石（基层）250350沥青混凝土（中粒式，）10001400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（，沥青含量2.5%3.5%）600800按表4-9，路基土回弹模量取。按表4-10，石灰粉煤灰稳定粒料垫层回弹模量取，水泥稳定粒料基层回弹模量取。则有：基层顶面当量回弹模量计算如下： 式中：路床顶面的回弹模量（），查用表4-9的参考值；基层和底基层或垫层的当量回弹模量（）；基层和底基层或垫层的回弹模量（），查表4-10的参考值；基层和底基层或垫层的当量厚度（）；基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度（

12、）；基层和底基层或垫层的厚度（）；与有关的回归系数；基层顶面当量回弹模量（），此为新建公路的基层顶面当量回弹模量。普通混凝土面层的相对刚度半径按下式计算为；混凝土板的相对刚度半径（）；混凝土板的厚度（）；水泥混凝土的弯拉弹性模量（），可查用表4-8的参考值。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： 式中：标准轴载在临界荷位处产生的荷载疲劳应力（）；考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为设拉杆的平缝：，纵缝位不设拉杆平缝或自由边界：，纵缝为设拉杆的企口缝：；考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数，按下式计算确定。式中：设计基准期内标准轴载累计作用次数；与混合料

13、性质有关的指数，普通混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土；因纵缝为设拉杆平缝，故取。考虑设计基准期内荷载应力疲劳作用的疲劳应力系数。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 表4-11公路等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路1.301.251.201.10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。则荷载疲劳应力为 4.5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。

14、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)后回到零的周期性变化。混凝土面板的最大温度梯度计算值，可根据公路所在地的公路自然区划按表4-12选用。最大温度梯度标准值 表4-12公路自然区划、最大温度梯度（）8388909586929398由表4-12，区最大温度梯度为85（），板长为，。则当混凝土板厚度为时，查下图5-1可得。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 回归系数、和 表4-13系数公路自然区划0.8280.8550.8410.8710.8370.8340.0410.0410.0580.0710.0380.0

15、521.3231.3551.3231.2871.3821.270温度疲劳应力系数，按下式计算，根据表4-13知，自然区划区中，为则温度疲劳应力为 4.6验算初拟路面结构 可靠度系数 表4-14变异水平等级目标可靠度（）95908580低1.201.331.091.161.041.08中1.331.501.161.231.081.131.041.07高1.231.331.131.181.071.11由表4-1知，一级公路的安全等级为二级，相应于二级安全等级的变异水平等级为中级，目标可靠度为。再据查得的目标可靠度和安全等级，由表4-14知，可靠度系数为。则，因而，所选普通混凝土面层厚度（）可以承受

16、设计基准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纵向接缝原定平面尺寸宽3.75米，长5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。接缝布置如下表5-1所示：拉杆直径、长度和间距(mm) 表5-1面层厚度（mm)到自由边或未设拉杆纵缝的距离(m)3.003.503.754.506

17、.007.520025014×700×90014×700×800 14×700×70014×700×600 14×700×50014×700×40026030016×800×90016×800×80016×800×70016×800×60016×800×50016×800×400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

18、切槽口，深度为，宽度为，槽内灌塞填缝料，构造如下图所示： 图5-1 纵缝构造图（单位：mm）5.2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，间距为。最外侧传力杆距纵向接缝或自由边的距离为。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2202840030024030400300260324503

19、002803545030030038500300横向接缝的细部构造见下图： 图5-2 横向接缝构造图（单位：mm）6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。6.1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，布置在板的下部，距板底约为板厚的即，间距为，钢筋两端应向上弯起，钢筋保护层的厚度为，如下图所示。图6-1 边缘钢筋（单位：）6.2角隅钢筋角隅补强部分的补强，选用根直径为的螺纹钢，布置在板的上部，距板顶，距板边为，钢筋保护层的厚度为，如下图所示。图6-2 角隅钢筋(单位：）7材料用

20、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。 面层工程数量表 表7-1材料普通混凝土面板长度（m）1000宽度（m）19.5厚度（cm）26体积（）混凝土面板数量（m）接缝数量表（个）横缝纵缝接缝钢筋数量（kg）横缝传力杆纵缝拉杆边缘补强钢筋水泥用量（kg）砂和碎石（kg）钢筋用量（kg）7.2 基层W/C一般为0.3，水泥用量为。粗集料使用连续级配，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

21、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0.25m，计算结果见表7-2所示。 基层工程数量表 表7-2 材料水泥稳定粒料基层长度（m）1000宽度（m）19.5+20.25=20厚度（m）0.18体积（）水泥用量（kg）砂和碎石（kg）粉煤灰（kg） 7.3 垫层 垫层工程量表的内容和基层类似，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）19.5+20.25+20.25=20.5厚度（m）0.15体积（）砂和碎石（kg）粉煤灰（kg）528900石灰（kg）766828施工要求说明二级公路修建水泥混凝土路面，对平整度要求高，由于工程量大，要保证