现浇钢筋混凝土楼盖课程设计指导书

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现浇钢筋混凝土楼盖课程设计指导书（完整版）资料(可以直接使用，可编辑优秀版资料，欢迎下载）现浇钢筋混凝土楼盖课程设计指导书学生姓名:专业学号：指导教师:福建工程学院土木工程系2021.2钢筋混凝土单向板肋梁楼盖课程设计任务书一、设计题目设计某多层工业建筑（某生产车间）的中间楼面如图所示，其中纵向尺寸5＊A，横向尺寸3＊B；楼盖尺寸由教师指定（根据学号进行分配）（采用现浇钢筋混凝土单向板肋梁楼盖）。AAAAAABBB楼盖平面轴线尺寸示意图二、设计内容1、结构平面布置图：柱网、主梁、次梁及板的布置2、板的强度计算（按塑性内力重分布计算）3、次梁强度计算（按塑性内力重分布计算）4、主梁强度计算（按弹性理论计算）5、绘制结构施工图（1）结构平面布置图（1：200）（2）板的配筋图（1：50）（3）次梁的配筋图（1：50；1：25）（4）主梁的配筋图（1：40；1：20）及弯矩M、剪力V的包络图（5）结构设计说明三、设计资料1、A和B尺寸A1（mm）A2（mm）A3（mm）A4（mm）A5（mm）A6（mm）600066006900720075007800B1（mm）B2（mm）B3（mm）B4（mm）B5（mm）B6（mm）6600690072007500780081002、生产车间的四周外墙均为承重砖墙，其中纵墙厚370mm，横墙厚度240mm，采用MU10烧结普通砖、M5混合砂浆砌筑。内设钢筋混凝土柱，其截面尺寸为350mm×350mm。3、荷载（1）楼面活荷载，单位为（见表一）（2）楼面面层：水磨石地面（3）楼盖自重：钢筋混凝土自重标准值（4）平顶粉刷：编号1234564.55.05.56.06.57.04、材料（1）混凝土：C20或C25（2）钢筋：主梁及次梁受力筋用Ⅱ级钢筋，板内及梁内的其它钢筋可以采用Ⅰ级。四、设计要求1.按指导教师给定的设计号进行设计（设计号给定的方式为：A＊B＊q*，如A1B3q4）,编制设计计算书。2.绘制楼盖结构施工图，包括结构平面布置图，板配筋图，次梁和主梁配筋图。3.结构平面布置：按选定的设计号进行单向板肋梁楼盖布置，各构件按类型编号，主梁建议采用横向布置，梁宜贯通，布置应规整，同类型构件截面应尽可能统一。4.板和次梁采用塑性内力重分布方法计算；主梁采用弹性理论计算；5.课程设计分组情况现浇钢筋混凝土单向板肋梁楼盖学号题号学号题号学号题号学号题号学号题号1A1B1q613A2B2q625A3B3q637A4B4q649A5B5q62A1B1q514A2B2q526A3B3q538A4B4q550A5B5q53A1B1q415A2B2q427A3B3q439A4B4q451A5B5q44A1B1q316A2B2q328A3B3q340A4B4q352A5B5q35A1B1q217A2B2q229A3B3q241A4B4q253A5B5q26A1B1q118A2B2q130A3B3q142A4B4q154A5B5q17A1B2q619A2B3q631A3B4q643A4B5q655A5B1q68A1B2q520A2B3q532A3B4q544A4B5q556A5B1q59A1B2q421A2B3q433A3B4q445A4B5q457A5B1q410A1B2q322A2B3q334A3B4q346A4B5q358A5B1q311A1B2q223A2B3q235A3B4q247A4B5q259A5B1q212A1B2q124A2B3q136A3B4q148A4B5q160A5B1q1五、进度安排（合计教学周1周）结构计算3天绘制结构施工图1天计算书、图纸整理1天六、具体要求计算书要求采用A4纸打印，条理清楚，页码齐全，表格规范并编写表格序号，主要计算步骤、计算公式、计算简图均应列入，并尽量利用表格编制计算过程。图面应整洁，布置应匀称，字体和线型应符合制图标准。提交全部成果时请自备档案袋，并在档案袋上写明专业、姓名、学号等。图纸按照标准格式折叠。七、参考文献1．《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）2．《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）3．混凝土结构设计原理，谢成新主编，中国建材工业出版社混凝土结构设计，曹秀玲主编，中国建材工业出版社

现浇钢筋混凝土楼盖课程设计计算书学生姓名:专业学号：指导教师:福建工程学院土木工程系2021.2

现浇钢筋混凝土单向板肋梁楼盖设计计算书班级学号：姓名：（设计号：ABq）一、平面结构布置柱网及梁格布置应根据建筑物使用要求确定，因本厂房在使用上无特殊要求，故结构布置应满足实用经济的原则，并注意以下问题。1.柱网布置可为正方形或长方形。3.对于板、次梁和主梁，实际上不宜得到完全相同的计算跨度，故可将中间各跨布置成等跨，而两边跨可布置得稍小些，但跨差不得超过10%。二、板的设计（按塑性内力重分布计算）1.板、次梁、主梁的截面尺寸确定板厚，（当时，满足刚度要求，可不验算挠度）。次梁～，～。主梁～，～。2.板的计算简图板为多跨连续板，对于跨数超过五跨的等截面连续板，其各跨受荷相同，且跨差不超过10%时，均可按五跨等跨度连续板计算。当按塑性内力重分布计算时，其计算跨度：中跨：边跨：.()3.荷载计算取1m宽板带计算：面层水磨石每平方米重×1=板自重板厚×γ×1=平顶粉刷每平方米重×1=恒载：活载：标准值×1设计值总值：=4.内力计算用塑性内力重分布理论计算，则有α系数如下：则5.配筋计算根据各跨跨中及支座弯矩可列表计算如下：截面1B2CM（）()选钢筋实际配筋位于次梁内跨上的板带，其内区格四周与梁整体连接，故其中间跨的跨中截面（、）和中间支座（）计算弯矩可以减少20%，其他截面则不予以减少。为了便于施工，在同一板中，钢筋直径的种类不宜超过两种，并注意相邻两跨跨中及支座钢筋宜取相同的间距或整数倍（弯起式配筋）6、确定各种构造钢筋：包括分布筋、嵌入墙内的板面附加钢筋，垂直于主梁的板面附加钢筋。7、绘制板的配筋示意图：可用弯起式或分离式配筋。三、次梁设计（按塑性内力重分布计算）1.确定计算跨度及计算简图当按塑性内力重分布计算时，其计算跨度：中跨：边跨：()当跨差不超过10%时，按等跨连续梁计算。2.荷载计算由板传来：板恒载×次梁间距=次梁肋自重：×钢筋混凝土容重=次梁粉刷重×粉刷层每平米重=恒载：活载：活载标准值×次梁间距设计值总值：=3.内力计算α值：β值：其中：4.正截面强度计算1）次梁跨中按T形截面计算，T形截面的翼缘宽度按且考虑。支座截面按矩形截面计算。所以确定。并判断是第几类T形截面。2）钢筋截面计算如下：截面1B2CM（）（）()选择钢筋实际配筋截面ACV（）(=)箍筋肢数、直径实配箍筋5.根据计算结果和构造要求，绘制次梁配筋示意图。四、主梁设计（内力按弹性理论计算）1.计算简图柱截面350×350，由于钢筋混凝土主梁抗弯刚度较钢筋混凝土柱大的多，故可将主梁视作铰支于钢筋混凝土柱的连续梁进行计算。主梁端部支承于砖壁柱上，其支承长度a=370。则主梁计算跨度：中跨：（支座中心线之距）边跨：2.荷载计算为简化计算，主梁自重亦按集中荷载考虑。次梁传来的荷载：次梁恒载×主梁间距=主梁自重：×次梁间距×γ=主梁粉刷重：×次梁间距×每平米粉刷层重=恒载：则活载：次梁活载×主梁间距1)其中，可由书中表查取，L计算跨度，对于B支座，计算跨度可取相邻两跨的平均值。2）其中，可由书中表查取，3.内力计算主梁弯矩计算项次荷载简图①②③④⑤ ()组合项次组合值()组合项次组合值由此可作出下列几种情况下的内力图：①+②；①+③；①+④；①+⑤将以上各图绘于同一坐标系上，取其外包线，则为弯矩包络图。主梁剪力计算项次荷载简图①②④ ()组合项次组合值()组合项次组合值同样可绘出剪力包络图。4.主梁正截面和斜截面承载力计算正截面配筋计算截面1B2M()选择钢筋实际钢筋注意：主梁跨中截面按T形截面计算，其翼缘宽度按如下计算：且，并判断是第几类T形截面。斜截面配筋计算截面AV（kN）箍筋直径、肢数弯起钢筋弯起钢筋面积实配箍筋5.主梁吊筋计算由次梁传于主梁的集中荷载F=G+Q则吊筋面积所以选吊筋为：面积：6.根据计算结果及构造要求绘制主梁配筋示意图7.材料图及纵筋的弯起和切断1）按比例绘出主梁的弯矩包络图2）按同样比例绘出主梁纵向配筋图，并满足以下构造要求：=1\*GB3①弯起筋应在被充分利用的截面以外距离的截面处弯起（下弯点），上弯点距支座边缘距离为50mm。=2\*GB3②切断钢筋应在“理论断点”以外，当时，从该钢筋充分利用截面伸出的长度；当时，从该钢筋充分利用截面伸出的长度=3\*GB3③纵筋伸入支座大于等于两根，且面积不得少于跨中钢筋面积的50%，并且伸入支座要有一定的锚固长度。五、有关制图的一些说明1.图纸：2.图标：3.字体及图线：图纸上所有字体一律采用仿宋字，所有图线、图例及尺寸标注均须符合制图标准。4.钢筋明细表：（可选则不画的内容）构件名称编号简图（mm）直径长度（mm）数量总长（m）板①②次梁①②主梁①②（1）对有弯钩的钢筋，在计算长度时，应加上弯钩长度，每两个半圆弯钩的长度为：钢筋直径（mm）6810121416182022252832每两个半圆弯钩长度（mm）80100120150180200240260290330370420（2）一般箍筋标准内包尺寸，箍筋的弯钩长度按下表：箍筋直径（mm）5～1012弯钩长度（2a）值（mm）纵筋d≤25150180d=28～40180210六、参考文献1.《混凝土结构设计规范》（GB50010－2002）2.《建筑结构荷载设计规范》（GB50009－2001）3．混凝土结构设计原理，谢成新主编，中国建材工业出版社混凝土结构设计，曹秀玲主编，中国建材工业出版社钢筋混凝土结构课程设计设计题目:渡槽（三）姓名：学号：年级专业：水利水电工程指导老师：提交时间：目录TOC\o"1-3"\h\u25991目录 121449摘要 29635第一章设计基础资料 418461第二章渡槽计算 537841.拟定渡槽尺寸 535672.槽身纵向计算 6160551)内力计算： 6272862)配筋计算： 744833.槽身横向计算 9116651)框架内力计算 9137212)人行道板 1073803)侧墙的配筋计算 11279954)底板计算 1273165)横杆计算 14210386)人行道板计算 1613948第三章刚架计算 17198241.刚架纵向计算 178722.刚架横向计算 21239903.刚架横向内力计算 22215304.刚架横向配筋计算 2213108①立柱配筋计算 226282②横梁的配筋计算： 2317479第四章牛腿配筋计算 25摘要渡槽是输送渠道水流跨越河渠，道路，山谷等的架空输水建筑物，是罐区水工建筑物中应用最广的建筑物之一，除用于输送渠水外还可以排洪和导流等之用。现支架钢筋混凝土矩形渡槽是渡槽的一种，由于它具有设计和施工上比较简单，架模容易，不易漏水等特点，因此广泛应用于丘陵罐区。许多水利工程、引水工程等大量地使用着渡槽，创造出很多富有特色的新式渡槽、现代化渡槽。为了摆脱这种困境，引水灌溉就成为一项突出的民生工程。随着大型灌区工程的发展，各种轻型结构渡槽、大跨度拱式渡槽被广泛应用，预制装配式施工方法也得到推广。结构形式优选理论、新型材料、电子计算机技术及先进施工技术等已开始应用。关键词：渡槽；钢筋混凝土；排洪；灌溉AbstractTheaqueductisconveyingchannelflowacrosstheriver,theoverheadroad,valleywaterbuilding,isoneofthemostwidelyusedbuildingtankhydraulicbuildings,exceptfortransportingwaterdiversionanddrainagecanalsobeused.Presently,thereinforcedconcreterectangularaqueductisakindofaqueduct.Itiswidelyusedinhillystorageareabecauseofitssimpledesignandconstruction,easyconstructionanddifficultwaterleakage.Manywaterconservancyprojects,waterdiversionprojectsandotherlargeuseaqueduct,andcreatedalotofcharacteristicsofthenewaqueduct,modernaqueduct.Inordertogetridofthispredicament,waterdiversionirrigationhasbecomeaprominentlivelihoodproject.Withthedevelopmentoflarge-scaleirrigationprojects,variouslightstructureaqueduct,largespanarchaqueductiswidelyapplied,prefabricatedconstructionmethodhasbeenpopularized.Structuralformoptimizationtheory,newmaterials,electroniccomputertechnologyandadvancedconstructiontechnologyhavealreadybeguntobeapplied.Keyword：aqueduct；Reinforcedconcrete；Flood；irrigation设计基础资料1.1根据初步设计成果，提出设计资料及有关数据如下：该输水渡槽跨越142m长的低洼地带见下图，需修建通过15m3/s设计流量及16m3/s校核流量，渡槽无通航要求。经水力计算结果，槽身最大设计水深H=2.75m，校核水深为2.90m。支承结构采用刚架，槽身及刚架均采用整体吊装的预制装配结构。设计一节槽身及一个最大高度的刚架。建筑物等级4级。建筑材料：混凝土强度等级：槽身及刚架采用C20级；基础采用C15级;基础垫层为C10级。刚筋混泥土槽身及刚架受力筋为HRB335；分布筋、箍筋、基础钢筋HPB235。荷载洼地高2.2m钢筋混凝土重力密度25KN/m3;人行道人群荷载3KN/m2施工荷载5KN/渡槽所在地区基本风压0.35KN/地基允许承载力200KN/基础埋置深度1.3m。栏杆重1.5KN/m24.使用要求：槽身横向计算迎水面裂缝宽度允许值[Wsmax]=0.3mm,[WLmax]=0.3mm。槽身纵向计算底板有抗裂要求。槽身纵向允许挠度[fs]=l0/500,[fL]=l0/550。钢筋槽身、纵梁级刚架受力筋为Ⅱ级；分布筋、箍筋及基础钢筋为Ⅰ级；支座钢垫板用厚度为6mm的Ⅰ级钢板。（7）附图：高程单位（m）5.附图6.设计要求在规定时间内，独立完成下列成果：（1）设计计算书一份。包括：设计题目、设计资料、结构布置及说明、槽身过水能力计算、槽身、刚架及基础的结构配筋计算（附必要的计算草图）。在全过程需详细的设计说明对计算书中没有表达完全部分的说明。（2）施工详图不少于2张（A2图纸），至少一张手工绘制图纸。一张用AutoCAD绘制。包括：槽身、刚架基础配筋图、钢筋表及必要说明。图纸要求布局合理，线条粗细清晰，尺寸、符号标注齐全，符合制图标准要求。渡槽计算拟定渡槽尺寸初步选取每节槽身长度14.2m，槽身底坡，取该渡槽槽壁糟率n=0.013，设底宽b=2.5m，①按设计水深h=2.75m过水面积：湿周：水力半径：谢才系数流量：≥满足设计要求②按校核水深h=2.9m过水面积：湿周：水力半径：谢才系数流量：≥满足校核要求槽身纵向计算纵向受拉钢筋配筋计算（满槽水+人群荷载）内力计算：半边槽身面积：半边槽身每米长度承受人群荷载设计值：半边槽身每米长度的自重值=满槽水时半边槽身每米长度承受水重设计值（忽略托乘长度）总的均布荷载：槽身跨度取7m(2)槽身纵向受力时，按简支梁处理计算跨度：（3）跨中截面弯矩设计值（四级建筑物k=1.15）配筋计算：因为：，①承载力计算中，不考虑混凝土承受拉力，故把侧墙看做T型梁：mm，H选为校核水深，钢筋需排成两排取a=90mm,,确定，，>0.1，为独立t型梁：故，上述两值均大于翼缘实有宽度，取第一类T型截面按宽度为400mm的单筋矩形截面计算，<>,满足要求，故可置；6A18，6A20()③抗裂验算:查附录表3得截面抵抗矩塑性系数考虑截面高度的影响对值进行修正，得：，在荷载效应标准组合下:<故槽身抗裂满足要求。④槽身挠度验算：荷载标准值在槽身纵向跨中产生的弯矩值：槽身纵向抗弯刚度：<[]故槽身纵向挠度验算满足要求。槽身纵向斜截面受剪承载力计算应为<所以满足抗剪要求，故不需要由计算配置抗剪腹筋，抗剪腹筋，架立筋，腰筋按构造要求配筋。槽身横向计算框架内力计算沿槽身纵向取单位长度脱离体进行计算。侧墙与底板为整体连接，交接处为刚性节点。横杆与侧墙也是整体连接，但因横杆刚度远比侧墙刚度小，故可假设与侧墙铰接。作用在矩形槽身上的荷载有①槽身结构自重，包括人行道板自重ga,底板自重gc,侧墙自重可略去不计；②人行道板上的人群荷载gk;③槽内侧向水压力及水重γH，H为最大水深，水位可近似取至横杆中心线处。H¦ΓHPH¦ΓH人行道板计算宽度：计算跨度：荷载：板自重，人群荷载侧墙的配筋计算环境类别为第三类，取c=30mm,a=40mm,则：，<4.0>故截面尺寸满足抗剪要求。计算受弯钢筋：选取4A12（），A12@200跨中最大正弯矩截面配筋背水面按二类环境，取，则<<所以取选取A12@280侧墙底部迎水面限裂验算：有效配筋率：<[]=满足限裂要求。底板计算按端部截面配筋，背水面a’=35mm,c=25mm迎水面a=40mm,c=30mm由于N作用于纵向钢筋范围之外，属于大偏拉构件，<0所以取选配A12@280因为>所以应该按最小配筋率配筋选取A12@280底板端部限裂验算:因为<，所以满足抗裂要求。最大弯矩抗剪要求取，则：，且<，满足要求因为>；故截面尺寸满足抗剪要求。配筋：>>故按最小配筋率配筋，选取A12@280斜截面受剪承载力计算：因为>；故不需要由计算确定抗剪腹筋。横杆计算截面尺寸抗剪计算与配筋取横杆间距，，，>因为横杆为大偏拉，因为<0，最小配筋率配筋所以选配2A10因为<，最小配筋率配筋所以选配2A10>满足截面尺寸抗剪要求。跨中最大弯矩配筋计算，，因为<，故为小偏心受拉<<故按最小配筋率配筋最小配筋为：选取2A10选取2A10人行道板计算取，，，，，板自重：人群荷载：跨中弯矩：配筋计算：取，，则：，满足<>故可以选配：2A10，分布钢筋选择A6@250刚架计算刚架纵向计算刚架纵向计算取单根立柱，按柱顶和柱底两个截面进行。分为正常运行和施工时两种情况进行配筋计算。考虑纵向弯曲影响，立柱视为下端固定，上端槽身对立柱有一定支承作用，因此立柱的计算长度取0.7l=0.7×15.25=10.675m.支撑刚架采用三层单刚架。高度为15.25m，两立柱中心距为2.8m。刚架立柱纵向、横向尺寸如左图所示。为加大槽身和刚架顶部的支承面积，刚架顶部沿纵向设有牛腿，尺寸如图所示。横梁与立柱连接处设有100mm×100mm托承以改善交角处的应力状态。（1）正常运行时，左右跨槽身传来的垂直力相等，按轴心受压构件计算（边刚架除外）。①柱顶截面配筋计算：承受轴向压力设计值为立柱截面形状为300×500的矩形，长细比>8考虑纵向弯曲的影响，查表得<0说明柱顶截面的受压筋将不能达到屈服，按构造配筋即可。取故选配4A18()②柱底截面配筋计算：柱底承受的轴向压力除槽身传下来的荷载外，还有刚架自重。P1、P2、P3为刚架自重化成的节点力，承受轴向压力设计值为:<0，说明柱顶截面的受压筋将不能达到屈服，按构造配筋即可。选配4A18（2）施工过程中，当一跨槽身吊装完毕，而临跨尚未吊装的情况下，刚架顶作用一偏心荷载，应按偏心受压构件计算。由于左右跨槽身都有可能先吊装，故采用对称配筋。柱顶截面配筋计算：承受压力设计值为刚架顶部反力为三角形分：偏心距e0=a=×700=466.67mm由，，>故按实际偏心距计算。因为>1，取>故按大偏心受压构件计算。<0，按最小配筋率配筋选配4A18<，故也按最小配筋率配筋。选配4A18柱底截面配筋计算：，，承受压力设计值为偏心距<故按实际偏心距计算。>1，故取故按大偏心受压构件计算。<0，故按最小配筋率配筋选配4A18<故按最小配筋率配筋，选配4A18刚架横向计算P为满槽水、有人群荷载时槽身传给刚架的荷载，P’为作用于槽身的水平风压力通过槽身支座，转化为作用于立柱顶的一拉一压垂直轴向力。其余荷载同槽身纵向计算。刚架横向内力计算刚架所受外荷载中，垂直的节点荷载只使立柱产生轴力，对刚架不产生弯矩和剪力；刚架所受的剪力和轴力主要由水平风荷载产生。将水平节点荷载分解为正对称和反对称，对称荷载只引起横梁轴力，反对称荷载使整个刚架产生弯矩、剪力及轴力。按“无剪力分配法”计算。刚架横向配筋计算立柱配筋计算由刚架内力图可知，立柱控制配筋的截面为柱底截面，弯矩M=81.7kN·m，剪力为52.1kN，轴力为496.5kN。由于风向不定，采用对称配筋。b×h=500mm×400mm，取，计算一节立柱时，按两端接点为不移动铰支座考虑其计算长度：>8，所以需要考虑纵向弯曲的影响。<故按实际偏心距e0=164.6mm计算。,>1，取，<，取，>故按大偏心受压构件计算。，，><，故按最小配筋率配筋选取4A12()剪力较小，不进行抗剪计算。横梁的配筋计算：由内力计算图可知，横梁控制配筋的截面为横梁1和横梁2，1承受最大的轴向压力，2承受最大的弯矩和剪力。同样由于风压力来自左右两个方向，横梁的配筋也采用对称配筋。已知：，，横梁1配筋计算（按偏压构件计算）梁端截面：，偏心距，>横梁两端接点按固定端考虑，其计算长度：<不需要考虑纵向弯曲的影响取=1。>故按大偏心受压构件计算。<>故选配4A14横梁2配筋计算（按受弯构件计算）受弯刚筋配筋控制截面为梁端截面：<>选配4A18斜截面承载力计算：验算截面尺寸：，<>故截面尺寸满足抗剪要求。>不需要由计算确定抗剪腹筋。牛腿配筋计算按正常运行满槽时荷载计算，其荷载组合为满槽水重+槽身自重+活荷重。荷载分布按三角形分布。由刚架内力计算结果可知取混凝土保护层厚度:,验算牛腿截面尺寸:>所以截面尺寸满足要求。剪跨比<选配3A20

参考文献SL191-2021水工混凝土结构设计规范【S】.北京：中国水利水电出版社，2021水工钢筋混凝土结构学/河海大学等编.-4般.-北京：中国水利水电出版社，2021水工混凝土结构习题与课程设计/赵鲁光主编.北京：中国水利水电出版社，1998水工建筑物/林继镛主编.—5版.—北京:中国水利水电出版社,2021.GB50010-2021混泥土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2021.SDJ20-78水工钢筋混泥土结构设计规范[S]。北京：水利水电出版社，1978.GB50009－2021建筑结构荷载规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2021SL252－200水利水电工程等级划分及洪水标注[S].北京：中国水利水电出版社，2001DL5180－2003水利枢纽工程等级划分及设计安全标准[S].北京：电力出版社，2003GB50011－2021建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，20210.目录1 路基设计 11.1 路基横断面设计 1 确定路基横断面形式 1 确定自然区划和路基干湿类型 1 路基横断面尺寸设计 21.2 道路横断面排水设计 3 边沟设计 3 排水沟设计 3 截水沟设计 41.3 路基稳定性验算 4 路基稳定性验算 4 路基坡面防护 61.4 路基施工设计 7 施工要点 7 路基压实 8 其它路基设施的施工 92 刚性路面设计 102.1 行车荷载 10 车辆类型和轴型 10 轴载换算 10 交通分析 122.2 路面结构组合设计 13 垫层设计 13 基层设计 14 面层设计 15 路肩设计 16 路面排水设计 162.3 路面结构层设计 17 初拟路面结构 17 路面材料参数确定 17 基层顶面回弹模量 18 荷载疲劳应力分析 20 温度疲劳应力 222.4 接缝设计 25 纵向接缝 25 横向接缝 262.5 水泥混凝土面层混合料设计 27 基本要求 27 配合比设计 272.6 钢筋用钢量计算 302.7 水泥混凝土路面机械摊铺施工 313 柔性路面设计 333.1 初拟路面结构方案 333.2 轴载换算并确定路面容许弯沉值 34 车辆类型和轴型 34 以设计弯沉值为指标轴载换算 34 层底拉应力验算轴载换算 363.3 确定路基回弹模量 383.4 确定材料回弹模量 383.5 三层体系简化确定路面结构 39 求算综合修正系数 403.6 验算结构层底地面拉应力 41 验算中粒式沥青混凝土面层 41 验算水泥砂砾基层 43 验算石灰水泥粉煤灰砂砾底基层 443.7 各结构层材料组成设计 453.8 各结构层施工技术要求及质量控制标准 453.9 工程量及材料组成设计 46参考文献 47路基设计路基是在地表按照道路路线位置和一定技术要求开挖或堆填而成的岩土结构物，是道路的主要组成部分之一，其好坏决定道路的使用品质。路基既要有足够的强度和稳定性，又要经济合理。因此在设计时，根据其使用要求和当地自然条件，并结合施工方案进行合理设计，必要时还要设计多种方案，综合比较后，以选最优。在实际工程中，水是影响路基强度和稳定性的一个非常重要的因素，因此在设计时要注意路基的排水，同时要结合路面排水，形成一个统一的排水系统。本设计主要依据《公路路基设计规范》(JTGD30—2004)、《道路勘测设计》和《路基路面工程》教材进行设计。路基横断面设计确定路基横断面形式路基横断面一般有路堤、路堑、半挖半添路基三种方式。根据设计任务书要求，本设计为南京地区的二级公路，主要为平原，因此主要采用路堤形式。设计为二级公路，双车道混合形式。确定自然区划和路基干湿类型根据《路基路面工程》可知：南京位于Ⅳ1长江下游平原润湿区。路基土质为低液限粘土。由《路基路面工程》得路基临界高度：表1.1路基临界高度参考值土土组路槽底至水位临界高度自然区划粉性土地下水H1H2H3Ⅳ11.7~1.91.2~1.30.8~0.9根据设计任务书，该公路为二级公路双车道混合行驶，路基高度为0.5m，地下水位1m，因此临界高度H=0.5+1=1.5m，H2<H<H1，故该路基干湿类型为中湿。路基横断面尺寸设计南京在长江三角洲地区，以平原为主，本公路为二级公路双车道混合行驶，并考虑该地区经济较发达，取计算行车速度为60Km/h（1）路基宽度：由《道路勘测设计》可归纳得：表1.2路基宽度参数二级公路双车道80Km/h行车道宽度(m)硬路肩(m)土路肩(m)3.751.50.75行车道宽度：3.75×2=7.5m硬路肩宽度：0.75×2=1.5m土路肩宽度：0.75×2=1.5m则，路基宽度：7.5+1.5+1.5=10.5m得路基横断面图如图1.1所示：图1.1路基横断面图（2）路基边坡坡率：路堤填土高度为0.5m，路基填料为细粒土，根据《公路路基设计规范》(JTGD30—2004)，由表1.3可得，取路基边坡坡率为1׃1.5，则边坡宽度b=1.5H=0.75m。表1.3路堤边坡坡率填料类别边坡坡率上部高度（H≤8m）下部高度（H≤12m）细粒土1׃1.51׃1.75粗粒土1׃1.51׃1.75巨粒土1׃1.31׃1.75道路横断面排水设计边沟设计路基边沟参照规范边沟类型及使用条件表，在一些低填方路（高度小于边沟深度）或者挖方段的路肩外侧设置边沟排水。边沟的纵坡一般与路线纵坡一致。边沟横断面采用梯形，内测边坡坡率为1׃1.5，外侧边坡坡度与挖方边坡坡度相同。由于该公路位于东南潮热区，降雨量较大，边沟采用浆砌片石铺砌，砌筑用砂浆M7.5号。沟底宽度0.4m边沟尺寸如图1.2图1.2边沟构造图排水沟设计排水沟用来将边沟、截水沟、和取土坑汇聚的水、边坡坡面水及路基附近的积水引出路基附近。排水沟应尽量采用直线，必须转弯时其半径不宜小于10m，排水沟的长度不宜大于500m。截水沟设计南京地区由于位于河流下游平原开阔地带，一般不必设截水沟。如必须设置，根据《公路路基设计规范》(JTGD30—2004)，挖方路基的堑顶截水沟应设在坡口5m之外，并宜结合地形进行布设。填方路基上侧的路堤截水沟距填方坡脚的距离，应不小于2m。截水沟断面形式应结合设置位置、排水量、地形及边坡情况确定，一般情况下，沟底纵坡不宜小于0.3%。截水沟应进行防渗加固。图1.3截水沟构造图路基稳定性验算路基稳定性验算路堤填土高h1=8m，路堤边坡坡率为m=1׃1.5，路堤填料为粘质土，粘聚力C=20KPa，内摩擦角φ=35°（tanφ=0.7）。土的容重取γ=20KN/m3。（1）车辆荷载的换算在进行路堤稳定性验算时，需将车辆荷载按最不利情况排列，并换算成相当的土层厚度，在计入条块面积内一起进行重力计算。由《路基路面工程》有：(1-1)式中：N—并列车辆数，双车道混合形式N=2；L—标准车辆轴载为12.8mQ—一辆重车的重力（标准车辆荷载为550KN）；γ—路基填料的重度为20KN/m3；B—荷载横向分布宽度，近似取路基宽10.5m数值带入计算可得：h0=0.41m，取h0=0.4m（2）路堤横断面用4.5H法滑动面圆心位置的辅助线，取通过路堤坡脚和距路基左边缘1/3路基跨度处的圆弧。绘出圆弧滑动面的计算图示，如图1.4所示：图1.44.5H法确定圆心位置图示其中，辅助线的作图表值参考表1.4：表1.4辅助线的作图表值边坡坡度边坡角β1β21׃1.530°40´26°35°（3）稳定系数K值由《路基路面工程》有：(1-2)式中：Ni—各土条的法向分力，Ni=Qicosαi；Ti—各土条的切向分力，Ti=Qisinαi；αi—各土条重心与圆心连接线对竖轴y的夹角；L—圆弧滑动面全长，L=18.64f—岩土的摩擦系数，f=tanφ边坡计算高度H=8m综上可列稳定性计算表如表1.5所示：表1.5路堤稳定性计算表编号αicosαisinαiAiQiNiTi1-4°53´0.99-0.081.4128.227.92-2.2622°36´0.990.043.9979.8793.19310°9´0.980.176.07121.4118.9720.64417°52´0.950.37.63152.6144.9745.78525°57´0.90.438.62172.4155.1674.13634°40´0.820.578.91178.2146.12101.57744°27´0.710.77.46149.2105.93104.44856°28´0.550.832.8356.631.1346.98总和46.92938.4809.2394.47则，稳定系数。由于K>1.45，所以路基稳定性验算结果满足要求。路基坡面防护由于南京地区处于亚热带湿热气候区，年降雨量在1000~1500mm，对路基冲刷较大，结合二级公路的标准，应设置路基坡面防护。根据《公路路基设计规范》(JTGD30—2004)，路基较低，路基边坡坡率为1:1.5，可设植被防护。植被防护时宜选择易成活、生长快、根系发达、叶茎矮或有匍匐茎的多年生草种。路基挖方较大时，可设骨架加固，即骨架植物防护。图1.5植被坡面防护图示图1.6骨架植物坡面防护图示路基施工设计路基施工主要是修筑路堤，并将其压实，同时注意排水工作。修筑路堤时要注意合理取土，因地制宜，符合环保要求，防止污染环境，以适当处理，减少弃土侵占耕地，防止水土流失和瘀塞河道。施工要点1）基本要求土质路基的挖填，首先必须搞好施工排水，包括地面临时排水沟槽及设法降低地下水位,以便始终保持施工场地的干燥。路基挖填范围内的地表障碍物，事先应予以拆除。路堑开挖，应在全横断面进行，自上而下一次成型。土质路堤分层填平压实，是确保施工质量的关键。主要采用机械化施工，人工辅助配合的方式进行路基施工。路堤填方材料，应有一定的强度。经野外取土试验，二级公路应符合表1.6的规定时才能使用。表1.6路堤填方材料最小强度和最大粒径表填料应有部位（路床顶面以下深度）（m）填料最小强度（CBR）(%)路堤上路床（0~30）6下路床（30~80）4上路堤（80~150）3下路堤（>150）2零填及路堑路床（0~30）6（30~80）4（2）填挖方案土质路堤填筑，主要采用不同的土水平分层平铺的方式，以保证强度均应。层填筑层压实分层的最大摊铺层厚土质类别实机具功能碾压遍数最大摊铺厚度，不宜超过50m，填筑至路床底面，最后一层的最小压实厚度，不应小于8m。路基压实采用重型压实标准，压实度应符合《公路路基设计规范》(JTGD30—2004)的要求。路基基底为耕地或土质松散时，应在填前进行压实路基设计时，可考虑了清理场地后进行填筑压实，厚度按需要开挖时，土质路堑开挖，主要采用纵向全款掘进和横向通道掘进两种方式。路基压实（1）机具选择与操作根据各种填料的不同性质以及不同土层厚度，采用最适宜的压实机械进行施工。路基压实应在最佳含水率条件下进行。（2）压实标准本公路为二级公路，按现行规范规定，路基压实度应满足表1.7的要求。表1.7路基压实度填挖类别路床顶面以下深度（m）路基压实度（%）零填及挖方0~0.3≥950.3~0.8≥95填方0~0.8≥950.8~1.5≥94>1.5≥92其它路基设施的施工这里主要包括边坡施工和排水设施（包括边沟、排水沟、截水沟等）施工，前面已经说明，这里不再赘述。但需要说明的是，边坡和排水设施施工时，应注意有足够的压实度。比如边坡坡面的压实，边沟、排水沟、截水沟沟底和沟底两侧坡面的压实，要符合相应的技术要求。刚性路面设计刚性路面即水泥混凝土路面，具有较高的力学强度，在车轮荷载作用下变形较小。所以，混凝土板通常工作在弹性阶段。本水泥混凝土路面设计主要依据《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40—2002)和《路基路面工程》教材。在荷载图示方面采用静力作用均布面荷载；在路面板形态方面，采用半空间弹性地基有限大矩形板理论。行车荷载车辆类型和轴型根据设计任务书及有关资料，得车辆轴重参数如下表：表2.1车辆轴重参数参考表车型分类汽车车型前轴重（kN）后轴重（kN）后轴数后轴轮组数后轴距（m）交通量小客车桑塔纳200000000959中客车江淮AL66001726.5120143大客车黄海DD6804991.5120248轻型货车北京BJ13013.427.4120361中型货车东风EQ14023.669.3120185中型货车黄河JN16358.6114120290铰接挂车东风SP925050.7113.3324196轴载换算根据《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40—2002)，我国路面设计规范中选用双轮组单轴轴载100KN（以BZZ-100表示）为标准轴载，标准轴载的有关计算参数具体见表2.2：表2.2标准轴载计算参数标准轴载BZZ—100轴载P（KN）100轮胎接地压强p（MPa）0.70单轮传压面当量直径d（cm）21.30两轮中心距（cm）1.5d水泥混凝土路面结构设计以100KN的单轴-双轮组荷载作为标准轴载。不同轴轮型和轴载的作用次数，换算为标准轴载的作用次数。由《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40—2002)有(2-1)(2-2)或(2-3)或(2-4)式中：Ns—100KN的单轴-双轮组标准轴载的作用次数；Pi—单轴-单轮、单轴-双轮组、双轴-双轮组或三轴-双轮组轴型级轴载的总重（KN）；—轴型和轴载级位数；—各类轴型级轴载的作用次数；—轴-轮型系数，单轴-双轮组时，=1；单轴-单轮时，按（2-2）计算；双轴-双轮组时，按（2-3）计算；三轴-双轮组时，按（2-4）计算。对于标准轴载作用次数的统计，去掉影响较小的轴载小于40KN的交通量。并由式2.1~2.3计算结果列表如下：表2.3轴载换算计算表轴载Pi（KN）每日通过次数（次/d）BZZ-100轴次（次/d）095910026.514310091.524810.24146027.436110069.318510.00281114.029018.137223603×113.31960.79×10-8317408558.9492∑=2913则可知本路建成初期每昼夜双向混合交通量换算成标准轴载的作用次数为2913次/d。交通分析由《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40—2002)可得二级公路的设计基准期为20年，具体数值见表2.4：表2.4可靠度设计指标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（a）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～高则设计基准期内路面所承受的标准轴载累计作用次数为Ni，则有：(2-5)其中，t=20，n1=2913，γ=7%。则有由于路面设计依据的交通量是设计车道上的交通量，所以，应对道路交通量乘以方向不均匀系数及车道不均匀系数。方向不均匀系数取0.5，车道不均匀系数取1.0。则有设计基准期内设计车道所承受的标准轴载累计作用次数Ns为：Ns=Ni×0.5×1.0=43588253×0.5×1.0=21294127(2-7)车道横断面上各点所受的轴载作用次数，仅为通过该车道断面的轴载作用次数的一部分。水泥混凝土路面的临界疲劳荷位为纵缝边缘中部，该处的轮迹横向分布系数，按实际测定结果参照表2.5所示。表2.5车辆轮迹横向分布系数公路等级纵缝边缘处高速、一级公路、收费站0.17~0.22二级及二级以下公路行车道宽大于7m0.34~0.39行车道宽小于或等于7m0.54~0.62本公路为二级公路双向混合形式，取η=0.38。则，设计基准期内面层临界荷位出得标准轴载累积作用次数Ne。Ne=Ns·η=×0.38=(2-8)水泥混凝土路面所承受的交通轴载作用，按设计基准期内设计车道所承受的标准轴载累计作用次数分为四级，分级范围如表2.6所示。表2.6交通分级交通等级特重重中等轻设计车道标准轴载累计作用次数Ne（104）＞2000100～20003～100＜3由表2.6可知，本道路交通属于重交通。路面结构组合设计垫层设计本公路由于位于南京地区，地下水位为1m，路基高度为0.5米，路基干湿类型为中湿，降雨量较多，需要在路基和基层之间设置垫层，以改善路基的湿度和温度状况，保证面层和基层的强度、刚度及温度性。由于修筑垫层的材料，强度要求不一定要求很高，但水稳性和隔温性能要好，本设计考虑到公路所在地区降雨量较大，地下水位较高，主要采用排水垫层。排水垫层所采用的材料是砂砾，砂砾垫层应采用洁净的中、粗砂及砾石，含泥量不大于5%，并将其中的植物、杂质清除干净，也可以采用天然级配的砂砾料，其最大粒径不大于50mm。应注意防止粗细粒料分离现象。由《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40—2002)，垫层的宽度应与路基同宽，其最小厚度为150mm。本设计取垫层厚度为160mm基层设计在面层下设置基层的主要目的是防止唧泥、错台和由此引起的面板断裂等损坏的出现，并承受面层传递下来的荷载。因此要求刚度与面层匹配，细粒土含量少、耐冲刷能力强和有排水设施，具有一定的刚度和承载能力。（1）类型由于本公路交通属于重交通。由《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40—2002)可得适宜的基层类型如表2.7所示。表2.7适宜各类交通等级的基层类型交通等级基层类型特重交通贫混凝土、碾压混凝土或沥青混凝土基层重交通水泥稳定粒料或沥青稳定碎石基层中等或轻交通水泥稳定粒料、石灰粉煤灰稳定粒料或级配粒料基层根据路基的基本参数和南京地区的自然环境，决定采用多空隙水泥稳定碎石排水基层，并在基层下铺设底基层，采用石灰粉煤灰稳定集料，以满足重交通的需要。（2）宽度由《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40—2002)知，基层的宽度应比混凝土面层每侧至少宽出300mm（采用小型机具施工时）或500mm（轨模式摊铺机施工时）或650mm（滑模式摊铺机施工时）。路肩采用混凝土面层，其厚度与行车道面层相同时，基层宽度宜与路基同宽。级配粒料基层的宽度也宜与路基同宽。本设计采用与路基同宽度的基层。（3）厚度由《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40—2002)。可知各类基层厚度的适宜范围，如表2.8所示。表2.8各类基层厚度的适宜范围基层类型厚度适宜的范围（mm）贫混凝土或碾压混凝土基层120～200水泥或石灰粉煤灰稳定粒料基层150～250沥青混凝土基层40～60沥青稳定碎石基层80～100级配粒料基层150～200多孔隙水泥稳定碎石排水基层100～140沥青稳定碎石排水基层80～100考虑到二级公路的设计要求，且交通量较大，多空隙水泥稳定碎石排水基层采用120mm，石灰粉煤灰稳定集料底基层采用200mm。面层设计类型根据《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40—2002)，水泥混凝土面层应具有足够的强度、耐久性，表面抗滑、耐磨、平整。面层一般采用设接缝的普通混凝土；面层板的平面尺寸较大或形状不规则，路面结构下埋有地下设施，高填方、软土地基、填挖交界段的路基等有可能产生不均匀沉降时，应采用设置接缝的钢筋混凝土面层。面层类型可根据适用条件按表2.9选用。表2.9其他面层类型选择面层类型适用条件连续配筋混凝土面层高速公路沥青上面层与连续配筋混凝土或横缝设传力杆的普通混凝土下面层组成的复合式路面特重交通的高速公路碾压混凝土面层二级及二级以下公路、服务区停车场钢纤维混凝土面层标高受限制路段、收费站、混凝土加铺层和桥面铺装矩形或异形混凝土预制块面层服务区停车场、二级及二级以下公路桥头引道沉降未稳定段本设计为二级道路，根据表2.9可知应采用碾压混凝土面层。宽度根据设计任务书要求，本设计面层宽度即路面宽度，为9m。厚度普通混凝土、钢筋混凝土、碾压混凝土或配筋混凝土面层所需的厚度，可参照表2.10所示参考范围。表2.10水泥混凝土面层厚度的参考范围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）≥260≥250≥240270～240260～230250～220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）240～210230～200220～200≤230≤220根据表2.10可知，二级公路，交通等级为重交通，因此碾压混凝土面层采用250mm。路肩设计路肩铺面结构应具有一定的承载能力，其结构层组合和材料选用应与行车道路面相协调，并保证进入路面结构中的水的排除。路肩铺面可选用水泥混凝土面层或沥青面层。本设计采用水泥混凝土硬路肩，设计厚度与行车道面层同厚，为250mm，且跟行车道面层一样采用碾压混凝土结构。路面排水设计路面横坡设计根据《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40—2002)，行车道路面应设置双向或单向横坡，坡度设计为2％。路肩铺面的横向坡度值宜比行车道路面的横坡值大1％～2％，设计为3%。（2）集水管和集水沟设计由于行车道路面结构设置了排水基层或垫层，应在排水基层或垫外侧边缘设置纵向集水沟和带孔集水管，并间隔80m设置横向排水管。带孔集水管和孔径采用120mm。集水沟的宽度采用300mm。集水沟的深度应能保证集水管管顶低于排水层底面，并有足够厚度和回填料使集水管不被施工机械压裂。沟内回填料宜采用与排水基层或垫层相同的透水性材料，或者不含细料的碎石或砾石粒料。回填料与沟壁间应铺设无纺反滤织物。横向排水管不带孔，其管径与集水管相同。集水沟和集水管的纵坡与路线纵坡相同，且不小于0.25%。横向排水管的坡度为7%。路面结构层设计初拟路面结构根据路面结构组合设计，可知路面结构层设计参数如下表：表2.11路面结构层设计参数路面结构层厚度（m）宽度（m)结构类型面层0.259碾压混凝土面层基层0.1210.5多空隙水泥稳定碎石排水基层底基层0.210.5石灰粉煤灰稳定粒料垫层0.1610.5天然砂砾路面材料参数确定面层由《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40—2002)可得普通混凝土面层弯拉强度标准值如表2.12所示。表2.12水泥混凝土设计弯拉强度标准值交通等级特重重中等轻水泥混凝土的弯拉强度标准值（MPa）5.05.04.54.0钢纤维混凝土的弯拉强度标准值（MPa）6.06.05.55.0同时可得相应的弯拉弹性模量如表2.13所示。表2.13水泥混凝土弯拉弹性模量经验参考值弯拉强度（MPa）1.01.52.02.53.03.54.04.55.05.5抗压强度（MPa）5.07.711.014.919.324.229.735.841.848.4弯拉弹性模量（GPa）10151821232527293133根据本设计交通等级为重交通，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa，相应弯拉弹性模量标准值为31GPa。基层表2.14垫层和基层材料回弹模量经验参考值材料类型回弹模量（MPa）天然沙砾150~200石灰粉煤灰稳定粒料1300~1700由表2.14得石灰粉煤灰稳定粒料基层回弹模量取1400MPa。（3）垫层同样由表2.14得天然砂砾垫层的回弹模量取180MPa。（4）路基由设计任务书可知，路基回弹模量为32MPa。基层顶面回弹模量由《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40—2002)得基层顶面回弹模量的计算公式如下：(2-9)(2-10)(2-11)(2-12)(2-13)(2-14)式中：Et——基层顶面的当量回弹模量(MPa)；E0——路床顶面的回弹模量(MPa)；Ex——基层和底基层或垫层的当量回弹模量(MPa)；E1、E2——基层和底基层或垫层的回弹模量(MPa)；hx——基层和底基层或垫层的当量厚度(m)；Dx——基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度(MN-m)；h1、h2——基层和底基层或垫层的厚度(m)；a、b——与Ex／E0有关的回归系数。将数据代入上式，可解得：由《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40—2002)，有基层顶面的当量回弹模量Et的最低要求见表2.15所示。表2.15基层顶面回弹模量Et最低要求交通量等级特重重中等轻回弹模量Et（MPa）1201008080由于所以算的Et=152MPa，大于100MPa，所以满足要求。荷载疲劳应力分析（1）公式根据《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40—2002)，选取混凝土板的纵向边缘中部作为产生最大荷载和温度梯度综合疲劳损坏的临界荷位。标准轴载PS在临界荷位处产生的荷载疲劳应力按式（2-15）确定。σpr=krkfkcσps（2-15）式中：σpr——标准轴载PS在临界荷位处产生的荷载疲劳应力(MPa)；σps——标准轴载PS在四边自由板的临界荷位处产生的荷载应力(MPa)，按式（2-16）计算确定；kr——考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为设拉杆的平缝时，kr=0.87～0.92(刚性和半刚性基层取低值，柔性基层取高值)；纵缝为不设拉杆的平缝或自由边时，kr=1.0；纵缝为设拉杆的企口缝时，kr=0.76～0.84；kf——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，按式（2-18）计算确定；kc——考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数，按公路等级查表2.16确定。表2.16综合系数kc公路等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路kc1.301.251.201.10标准轴载PS在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力按下式计算。σps=0.077（2-16）r=0.537h（2-17）式中：σps——标准轴载PS在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力(MPa)；r——混凝土板的相对刚度半径(m)，按式（2-17）计算；h——混凝土板的厚度(m)；Ec——水泥混凝土的弯拉弹性模量(MPa)；Et——基层顶面当量回弹模量(MPa)。设计基准期内的荷载疲劳应力系数按下式计算确定。kf=（2-18）式中：kf——设计基准期内的荷载疲劳应力系数；Ne——设计基准期内标准轴载累计作用次数；ν——与混合料性质有关的指数，普通混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土，ν=0.057；碾压混凝土和贫混凝土，ν=0.065。（2）碾压混凝土面层荷载疲劳应力计算kr=0.87kc=1.20r=0.537h=0.537×0.25×=0.377σps1=0.077=0.077××=0.686σpr1=krkfkcσps=0.87×1.20×2.476×0.686=1.773（MPa）（3）多空隙水泥稳定碎石排水基层荷载疲劳应力计算kr=0.87kc=1.20r=0.537h=0.537×0.12×=0.227σps2=0.077=0.077××=2.197σpr2=krkfkcσps=0.87×1.20×2.812×2.197=6.450（MPa）温度疲劳应力（1）公式在临界荷位处的温度疲劳应力按式(2-19)确定。（2-19）式中：σtr——临界荷位处的温度疲劳应力(MPa)；σtm——最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力(MPa)；kt——考虑温度应力累计疲劳作用的疲劳应力系数。最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力按式(2-20)计算。（2-20）式中：σtm——最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力(MPa)；αc——混凝土的线膨胀系数(1／℃)，通常可取为1×10-5／℃；Tg——最大温度梯度，按表2.17查取；Bx——综合温度翘曲应力和内应力作用的温度应力系数，可按／r和h查用图确定；——板长，即横缝间距(m)。表2.17最大温度梯度标准值Tg公路自然区划Ⅱ、ⅤⅢⅣ、ⅥⅦ最大温度梯度(℃/m)88～8390～9586～9293～98图2.1温度应力系数Bx温度疲劳应力系数可按式(2-21)计算确定。（2-21）式中：a、b和c——回归系数，按所在地区的公路自然区划查表2.18确定。表2.18回归系数a、b和c系数公路自然区划IIIIIⅣVⅥV11a0.8280.8550.8410.8710.8370.834b0.0410.0410.0580.0710.0380.052c1.3231.3551.3231.2871.3821.270碾压混凝土面层温度疲劳应力计算（3）多空隙水泥稳定碎石排水基层荷载疲劳应力计算故不会出现温度翘曲应力。接缝设计混凝土路面板由于温度或湿度变化、硬化时的收缩等原因，会出现胀缩合翘曲。设置接缝，可减小混凝土板因变形受到约束而产生的内应力，并满足施工的需要。纵向接缝纵缝应与路线中缝平行。在路面等宽的路段内或路面变宽路段的等宽部分，纵缝的间距和形式应保持一致。路面变宽段的加宽部分与等宽部分之间，以纵向施工缝隔开。纵缝设在划分车道线的位置，由于一次铺筑宽度小于路面宽度，设置纵向施工缝。纵缝与路线中缝平行。纵向施工缝采用平缝加拉杆形式，上部锯切槽口，深度为30mm，宽度为5mm，槽内灌塞填缝料，构造如图2.2所示。图2.2纵向施工缝构造图拉杆采用螺纹钢筋，设在板厚中央，并对拉杆中部100mm范围内进行防锈处理。拉杆的直径、长度和间距，参照表2.19选用。施工布设时，拉杆间距按横向接缝的实际位置予以调整。表2.19拉杆直径、长度和间距（mm）面层厚度（mm）到自由边或未设拉杆纵缝的距离（m）3.003.503.754.506.007.5200~25014×700×90014×700×80014×700×70014×700×60014×700×50014×700×400260~30016×800×90016×800×80016×800×70016×800×60016×800×50016×800×400由于设计混凝土面层厚度为250mm，一车道宽度即到自由边距离为3.75m。选用直径Φ14螺纹钢筋，长度700mm，间距700mm。横向接缝横缝垂直于纵缝，有缩缝、胀缝和施工缝三种。由于设置胀缝不仅给施工带来不便，而且也容易出现碎裂、唧泥和错台等病害。因此本设计主要采用缩缝和施工缝两种接缝形式。每日施工结束或因临时原因中断施工时，设置横向施工缝，其位置选在缩缝处。采用传力杆的平缝形式，其构造如图2.3所示。图2.3横向施工缝构造图横向缩缝等间距布置，采用假缝形式。由于重交通，采用设传力杆假缝形式。横向缩缝顶部锯切槽口，深度为面层厚度的1/4，宽度为6mm，槽内填塞填缝料。传力杆采用光面钢筋。其尺寸和间距可按表2.20选用：表2.20传力杆尺寸和间距（mm）面层厚度（mm）传力杆直径传力杆最小长度传力杆最大间距2202840030024030400300260324503002803545030030038500300最外侧传力杆距纵向接缝或自由边的距离为200mm。水泥混凝土面层厚度250mm。则采用传力杆直径Φ32光面钢筋，长度500mm，间距200mm图2.4横向缩缝构造图水泥混凝土面层混合料设计基本要求水泥混凝土混合料根据公路交通量及公路的使用任务、性质，并结合气候、水文、土质、材料、实践经验以及施工和养护条件等，通过技术经济比较。获得符合使用要求与环境条件相适应的路面。混凝土混合料由水泥、粗集料、细集料、水与外加剂等原材料组成。各种材料的基本技术要求应满足相应的技术规范。基本性能包括抗折强度、抗折疲劳强度、抗压强度、变形性能和耐久性等性能也应满足要求。配合比设计设配置52.5级普通水泥砾石混凝土（1）配置抗折强度设配置滑模摊铺的水泥混凝土，高速公路水泥混凝土路面设计抗折强度5MPa，强度施工保证系数K=1.15。则配置抗折强度由下式确定：则有，（2）计算水灰比W/C实测28d抗折强度平均值取8.40MPa。参照下列两个经验公式计算：带入数据则有，W/C=0.3642或W/C=0.544上述两个公式计算的水灰比，一个偏小，一个偏大，取两个公式的计算结果的平均值W/C=0.454较合适。（3）计算单位用水量W0取细度模数为2.6，参考表2.21得Sp=32%；表2.21砂的细度模数与最优砂率关系砂细度模数2.2~2.52.5~2.82.8~3.13.1~3.43.4~3.7砂率（%）碎石30~3432~3634~3836~4038~42砾石28~3230~3432~3634~3836~40塌落度h=5cm，由下列经验公式可计算：代入数据得，Sp=162.15kg/m3>160kg/m3用水量过大，需使用减水剂。（4）外加剂用量使用外加剂，应采用引气缓凝减水剂用量1.5‰，最优减水率7%。减水量计算如下：7%×162.15=11.35kg/m3，162.12-11.35=120.8kg/m3，符合砾石混凝土最大控制单位用水量155kg/m3的要求。外加剂用量Y0=359×0.0015=0.5385kg/m（5）计算单位水泥用量C0C0=W0（C/W）=150.8×2.2026=332.15kg考虑到施工的波动，增加水泥用量ΔC=7.85。取C0=340kg/m3，水灰比为150.8/340=0.044。对比耐久性的要求，高速公路水泥混凝土路面的水灰比不大于0.44，基本符合要求，单位用水量不小于300（6）计算砂石材料用量使用假定密度法计算，假定砾石混凝土密度2450kg/m3代入上式得，（8）计算结果汇总上述计算结果如表2.22所示。表2.22施工配合比材料名称水水泥砂砾石外加剂（kg/m3）15134062713320.52比例0.44411.983.291.5‰钢筋用钢量计算由2.5接缝设计可归纳得路面用拉杆及传力杆所用钢筋的直径、长度和间距等参数，汇总得表2.22所示。表2.22路面用钢筋参数（mm）接缝纵缝横缝直径Φ1432长度L700500间距S700200路面混凝土板长度为4m，宽度依据行车道宽度及硬路肩宽度分别为3.75m和0.75m，截取计算路线长1000依据路线长度和混凝土面板的平面尺寸，计算可得纵缝和横缝所分别消耗的钢筋数量。纵向：N1=2×(1000/0.7)=2857横向：N2=(1000/4)×(3.75×2+0.75×2)/0.2=11250查阅相关资料可得钢筋单位质量如表2.23所示。表2.23钢筋单位质量表接缝纵缝横缝种类螺纹钢筋光圆钢筋直径(mm)1432单根面积(cm2)1.5398.042单位质量(kg/m)1.216.31则可计算得到所用钢筋的质量：纵缝：G1=2857×0.7×1.21=2420kg横缝：G2=11250×0.5×6.31=35494kg则，总量G=2420+35494=37914kg水泥混凝土路面机械摊铺施工本设计水泥混凝土路面施工采用滑模施工技术。主要参考《公路水泥混凝土路面滑模施工技术规范》。本设计采用螺旋布料器布料、多根振动棒振动密实、振捣器上下振捣压入粗骨料、成型模板挤压成型和抹光等工序，确保水泥混凝土路面密度，特别是路面的平整度有了明显的提高，能满足高速公路的高标准质量要求。施工要求：（1）施工前的准备：根据质量要求验收基层标高与平整度，避免因基层的标高或平整度的不良而影响水泥混凝土面层。在合格的基层顶面用经纬仪和水准仪测量出道路中心线和标高，然后，放出摊铺机一侧的基准线，放线时每5m（弯道段）或10m（直线段）测设一个点，确保标高准确，线形平顺。摊铺机履带行走部位的地基，应稍整平并有能承载履带接地压力的承载力。（2）混凝土制备螺旋布料器均匀布料虚方控制板控制砼进入成型模板的数量振捣棒将砼加以振动密实振捣器将表面上的粗料压入砼之中螺旋布料器均匀布料虚方控制板控制砼进入成型模板的数量振捣棒将砼加以振动密实振捣器将表面上的粗料压入砼之中成型模板使路面板挤压成型浮动模板对挤压成型出来的砼表面进行修整抹光板对路表面进行搓柔抹光（3）全自动铺筑摊铺机定位后，安装自动找平传感装置并检查其完好性及操作灵活性，它将直接影响到铺筑路面的质量。全自动摊铺的工艺为：根据施工情况，调整摊铺速度以及振动棒位置与振动频率。（5）整修摊铺机自动铺筑路面成型后，为了使路面两侧的边角达到要求的平整度，可备有3m轻型直尺进行整修。每天摊铺机在开始和结束铺筑时，两端都采用人工立模板和铺筑。两端平整度必须与机械摊铺整个面层保持一致，上述两端处的人工修边必须认真精修。（6）拉毛、初期养生拉毛质量直接影响路面抗滑性能，拉毛可以采用麻袋布拉毛，压纹机压纹或切割成纹。要求纹理均匀、顺直、深度适宜。当混凝土成型后应适时用潮湿的麻袋布或