水泥参考资料混凝土路面工程课程设计

水泥参考资料混凝土路面工程课程设计一、课程设计目的通过本次课程设计，使学生深入理解水泥混凝土路面的设计原理和方法，掌握路面结构组合设计、材料选择、厚度计算、配筋设计等关键环节，培养学生运用所学知识解决实际工程问题的能力，提高学生的工程实践能力和创新思维，为今后从事道路与桥梁工程相关设计和施工工作打下坚实的理论基础和实践经验。二、设计资料（一）交通条件1.设计车道累计当量轴次Ne=1.5×10^6次。2.设计车道每日通过的各类车辆数如下：小客车：3000辆/d中型车：1000辆/d大型车：500辆/d拖挂车：100辆/d3.交通量年平均增长率r=5%。4.车辆的轴型及轴载组成见下表：|轴型|前轴重（kN）|后轴重（kN）|后轴数|轮组数||||||||小客车|10|/|1|2||中型车|15|20|1|2||大型车|20|30|1|3||拖挂车|20|40|2|4|（二）道路等级城市主干道Ⅰ级。（三）设计年限30年。（四）气象条件1.所在地区的年平均气温为18℃，最高气温38℃，最低气温5℃。2.年降雨量1200mm，年蒸发量1500mm。3.最大冻土深度0.5m。（五）材料供应情况1.水泥：当地可供应普通硅酸盐水泥，其强度等级为42.5。2.集料：粗集料：碎石，最大粒径31.5mm，压碎值不大于16%，洛杉矶磨耗损失不大于30%。细集料：中砂，细度模数2.5～3.0，含泥量不大于3%。3.水：符合混凝土用水标准的地表水。三、路面结构组合设计（一）路面结构层选择根据道路等级和交通条件，采用水泥混凝土路面结构，结构层从上至下依次为：1.水泥混凝土面层：采用普通混凝土，设计厚度为24cm。2.基层：采用水泥稳定碎石基层，厚度为20cm。3.底基层：采用级配碎石底基层，厚度为15cm。（二）各结构层作用1.水泥混凝土面层：直接承受行车荷载的作用，应具有较高的强度、平整度、抗滑性和耐磨性，以保证行车安全和舒适性。2.水泥稳定碎石基层：主要承受由面层传来的车辆荷载，防止面层因路基不均匀沉降而产生破坏，同时将应力扩散，减小基层顶面的压应力。3.级配碎石底基层：起排水、扩散应力等作用，改善路基工作条件，提高路基的承载能力。四、材料选择与设计参数确定（一）水泥选用普通硅酸盐水泥42.5，其性能应符合《通用硅酸盐水泥》（GB175）的规定。水泥的初凝时间不早于1.5h，终凝时间不迟于10h。（二）集料1.粗集料：碎石的质量应符合相关规范要求，压碎值、洛杉矶磨耗损失等指标满足设计规定。2.细集料：中砂的细度模数、含泥量等指标符合要求，保证混凝土的工作性能。（三）水使用符合混凝土用水标准的地表水，无有害杂质，不影响混凝土的凝结硬化和耐久性。（四）设计参数确定1.混凝土设计弯拉强度：根据道路等级和交通量，查相关规范确定混凝土设计弯拉强度标准值为5.0MPa。2.基层顶面当量回弹模量：通过试验或参考类似工程资料，确定水泥稳定碎石基层顶面当量回弹模量为1500MPa。3.底基层顶面当量回弹模量：确定级配碎石底基层顶面当量回弹模量为300MPa。五、水泥混凝土面层厚度计算（一）计算方法选择采用弹性半空间地基上的弹性薄板理论，根据交通荷载、路面结构层参数等，利用设计软件或计算公式进行面层厚度计算。（二）计算过程1.计算累计当量轴次作用次数Ne：已知设计车道累计当量轴次Ne=1.5×10^6次，交通量年平均增长率r=5%，设计年限t=30年。根据公式Ne,t=Ne(1+r)^t1，计算设计年限内设计车道累计当量轴次作用次数。Ne,t=1.5×10^6×(1+0.05)^301≈6.5×10^6次。2.确定混凝土面层厚度：根据累计当量轴次作用次数Ne,t，查《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40）的混凝土面层厚度设计图，结合道路等级、交通荷载等条件，确定混凝土面层厚度为24cm。同时，进行必要的验算，确保厚度满足设计要求。如计算基层顶面当量回弹模量、基层底面当量回弹模量等参数，验证混凝土面层厚度是否能有效承受交通荷载。六、水泥混凝土面层配筋设计（一）配筋原则根据混凝土面层的受力特点和设计要求，考虑温度应力、荷载应力等因素，合理配置钢筋，提高面层的抗弯拉能力和抗裂性能。（二）钢筋类型与布置1.纵向钢筋：采用HRB400级钢筋，直径为12mm，间距为150mm。纵向钢筋布置在面层底部，主要承受行车荷载产生的拉应力和温度应力。2.横向钢筋：同样采用HRB400级钢筋，直径为10mm，间距为200mm。横向钢筋布置在纵向钢筋之上，与纵向钢筋绑扎形成钢筋网，增强面层的整体性和抗弯拉能力。（三）配筋计算1.纵向钢筋用量计算：根据设计经验和规范要求，纵向钢筋的配筋率应满足一定范围。计算纵向钢筋的截面积As：As=πd^2/4×n（d为钢筋直径，n为每延米钢筋根数）。确定纵向钢筋的配筋率ρs：ρs=As/(bh)（b为面层宽度，h为面层厚度），并验证是否满足规范要求。2.横向钢筋用量计算：同理计算横向钢筋的截面积和配筋率，确保横向钢筋的配置能有效协同纵向钢筋工作，提高面层的抗弯拉性能。七、基层设计（一）水泥稳定碎石基层设计1.混合料组成设计：通过试验确定水泥稳定碎石的最佳含水量和最大干密度。设计水泥剂量，采用5%～6%的水泥剂量，使基层具有足够的强度和稳定性。确定集料的级配范围，保证混合料具有良好的工作性能和力学性能。2.基层厚度计算：根据混凝土面层传来的荷载和基层材料的性能，利用弹性层状体系理论计算基层厚度。确保基层厚度能满足基层顶面当量回弹模量的要求，有效扩散应力，防止基层出现疲劳开裂等病害。3.基层施工要求：严格控制集料的级配和含水量，确保混合料拌合均匀。采用分层摊铺、分层碾压的施工工艺，每层压实厚度不超过20cm。碾压时，遵循先轻后重、先慢后快的原则，达到规定的压实度标准。养生期不少于7天，养生期间保持基层表面湿润。（二）级配碎石底基层设计1.级配设计：确定级配碎石的级配范围，使其具有良好的级配组成，保证底基层的透水性和稳定性。通过试验调整集料的比例，达到最佳级配曲线。2.底基层厚度计算：根据基层传来的荷载和底基层材料的特性，计算底基层厚度。底基层厚度应能有效改善路基工作条件，防止路基出现不均匀沉降。3.底基层施工要求：集料应洁净、无杂质，级配符合设计要求。摊铺时应均匀，采用平地机整平。碾压时，控制压实度，达到规定的压实度标准。八、路面排水设计（一）路面表面排水1.采用双向横坡，坡度为1.5%，将路面表面水迅速排向两侧路肩。2.在路肩设置拦水带，防止路面水冲刷边坡。拦水带高度一般为12～15cm，采用混凝土或沥青混凝土等材料制作。（二）路面内部排水1.在基层内设置排水基层，采用开级配碎石或大粒径碎石等材料，厚度为10～15cm。排水基层应具有良好的透水性，将渗入路面结构内的水分迅速排出。2.在路面边缘设置纵向排水盲沟，收集路面结构内的积水，通过横向排水管将水排至路基外。九、施工方案设计（一）施工工艺流程1.底基层施工工艺流程：施工准备→测量放线→路床整形→级配碎石摊铺→碾压→养生2.基层施工工艺流程：施工准备→测量放线→水泥稳定碎石混合料拌合→运输→摊铺→碾压→养生3.水泥混凝土面层施工工艺流程：施工准备→测量放线→模板安装→钢筋加工与安装→混凝土拌合与运输→摊铺→振捣→抹面→拉毛→养生→切缝→填缝（二）主要施工设备1.底基层施工设备：推土机、平地机、压路机、装载机、运输车辆等。2.基层施工设备：稳定土拌合站、摊铺机、压路机、洒水车、运输车辆等。3.水泥混凝土面层施工设备：混凝土搅拌机、混凝土搅拌运输车、混凝土摊铺机、振捣器、抹光机、切缝机、灌缝机等。（三）施工质量控制1.原材料质量控制：对水泥、集料、水等原材料进行严格检验，确保其质量符合设计要求。2.施工过程质量控制：基层施工时，控制混合料的配合比、含水量、压实度等指标。水泥混凝土面层施工时，控制混凝土的坍落度、摊铺厚度、振捣质量、平整度等指标。加强施工过程中的检测，及时发现和纠正质量问题。3.成品保护：施工过程中，对已完成的路面结构层进行保护，防止受到破坏。养生期间，采取覆盖保湿等措施，确保路面结构层的强度增长。十、设计总结通过本次水泥混凝土路面工程课程设计，完成了路面结构组合设计