水泥混凝土路面設(shè)計計算書

1、1課程設(shè)計題目22課程設(shè)計主要容 23路面厚度計算23.1交通分析23.2初擬路面構(gòu)造43.3路面材料參數(shù)確定 53.4荷載疲勞應(yīng)力63.5溫度疲勞應(yīng)力73.6驗算初擬路面構(gòu)造84接縫設(shè)計94.1縱向接縫94.2橫向接縫95混凝土面板鋼筋設(shè)計105.1邊緣補強鋼筋105.2角隅鋼筋106材料用量計算116.1面層116.2基層126.3墊層127施工的方案及工藝15泥混凝土路面設(shè)計計算書1課程設(shè)計題目水泥混凝土路面設(shè)計：此為城市主干道三級公路， 路基為粘 質(zhì)土，采用普通混凝土路面，路面寬 24m，經(jīng)交通調(diào)查得知，設(shè) 計車道使用初期軸載日作用次數(shù)為 500。試設(shè)計該路面構(gòu)造。2課程設(shè)計主要容1構(gòu)

2、造組合設(shè)計；2材料組成設(shè)計；3混凝土板厚確實定；4板的平面尺寸確定；5接縫設(shè)計；6配筋設(shè)計；7材料用量計算；4路面厚度計算4.1交通分析根據(jù)？公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī) ？(JTJ012 94)，不同等級 公路的路面構(gòu)造設(shè)計平安等級及相應(yīng)的設(shè)計基準(zhǔn)期、 可靠度指標(biāo) 和目標(biāo)可靠度查規(guī)可知：三級公路的設(shè)計基準(zhǔn)期為 30年，平安等級為四級?；炷谅访媾R界荷位車輛輪跡橫向分部系數(shù)表4-2公路等級縱縫邊緣處高速公路、一級公路、二級公路0.170.22二級及二級以下公路行車道寬7m0.340.390.5 40.62行車道寬w 7m由表4-2知，臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)取0.35交通量設(shè)計年限年增長率

3、：8%。荷載累計作用次數(shù)為：交通量相軸載大小是路面設(shè)計的根本依據(jù)。隨著交通量增大，對路面使用性能和使用壽命的要求相應(yīng)提高。由此，在使用年限對混凝土強度、面板厚度、基層類型和模量等方面提出了不同的技 術(shù)要求。為了區(qū)分各項要求在程度上的差異， 按使用初期設(shè)計車 道每日通過的標(biāo)準(zhǔn)鈾載作用次數(shù)， 將水泥混凝土路面承受的交通 劃分為特重、重、中等和輕四個等級，標(biāo)準(zhǔn)如下：公路混凝土路面交通分級表4-4交通等級特重重中等輕設(shè)計車道標(biāo)準(zhǔn)軸載累計作用次數(shù)> 200010020003100V 3由表4-4可得該公路屬于重交通等級。4.2初擬路面構(gòu)造由上表4-1知，平安等級為四級的道路對應(yīng)的變異水平等級 為低

4、級。水泥混凝土面層厚度的參考圍表4-5交通等級特重重公路等級高速一級級高速一級級變異水平等級低中低中低中低中面層厚度mm> 260> 25C|> 240270240260230250220交通等級中等輕公路等級二級三、四級三、四級三、四級變異水平等級高中高中高中面層厚度mm240210230200220200< 230< 220根據(jù)三級公路、重交通等級和低級變異水平等級，由表4-5知，初擬普通混凝土面層厚度為220mm各類基層適宜交通等級與適宜厚度的圍表4-6基層類型厚度適宜的圍mm適宜交通等級貧混凝土或碾壓混凝土基層120200特重交通水泥穩(wěn)定粒料基層15025

5、0重交通瀝青混凝土基層4060特重交通瀝青穩(wěn)定碎石基層80100重交通石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料、級配粒料基層150200中等或輕交通多孔隙水泥穩(wěn)定碎石排水基層100140高速、一級、重交瀝青穩(wěn)定碎石排水基層80100高速、一級、重交如上表4-6,基層可選用水泥穩(wěn)定粒料類，厚180mm，墊層選用低劑量無機結(jié)合料穩(wěn)定土，厚 150mm。普通混凝土板的平 面尺寸寬4.5m、長5.0m ;縱縫為設(shè)拉桿平縫，橫縫為設(shè)傳力桿 的假縫。4.3路面材料參數(shù)確定混凝土面板在行車荷載和溫度變化等因素的作用下，將產(chǎn) 生壓應(yīng)力和彎拉應(yīng)力?；炷撩姘逅艿膲簯?yīng)力與混凝土的抗壓 強度相比很小，而所受的彎拉應(yīng)力與抗彎拉強度相比那

6、么大得 多，可能導(dǎo)致混凝土面板開裂破壞。因此，在設(shè)計混凝土面板厚 度時，應(yīng)以彎拉強度為其設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?；炷恋膹姸入S齡期而增長，通常以28日齡期的強度為標(biāo)準(zhǔn)。各級交通要求的混凝土設(shè)計彎拉強度不得低于表4-7的規(guī)定。當(dāng)90日不開放交通時，那么可采用90日齡期的強度(為28日強 度的1.1倍)?；炷恋膹姸葘β访娴氖褂脡勖兄卮笥绊?，強度的變化同路面容許的標(biāo)準(zhǔn)鈾載作用次數(shù)的對數(shù)成正比。增加混凝土的強 度，可以大大延長路面的使用壽命，取得十分顯著的經(jīng)濟效益。 因而，應(yīng)盡可能提高混凝土的強度。結(jié)合我國的材料情況和施工工藝水平，？公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī) ？(JTJ01 94)規(guī)定了設(shè) 計強度的最低值。條件

7、許可時，應(yīng)盡量采用高值，尤其是對于特 重交通的公路?；炷翉澙瓘姸葮?biāo)準(zhǔn)值表4-7交通等級特重重中等輕水泥混凝土的彎拉強度標(biāo)準(zhǔn)值回5.05.04.54.0鋼纖維混凝土的彎拉強度標(biāo)準(zhǔn)值凹6.06.05.55.0混凝土彎拉彈性模量的測試工作，很費時而又不易準(zhǔn)確，且其數(shù)值的變化對荷載應(yīng)力計算結(jié)果的影響不大。因而，在無條件測試時，直接采用表4-7所列數(shù)值，o水泥混凝土彎拉彈性模量經(jīng)歷參考值表4-8彎拉強度E1.01.52.02.53.0抗壓強度N5.07.711.014.919.3彎拉彈性模量國1015182123彎拉強度三3.54.04.55.05.5抗壓強度習(xí)24.219.735.841.848.4

8、彎拉彈性?；啬?527293133按表4-8取普通混凝土面層的彎拉彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值為中濕路基路床頂面回彈模量經(jīng)歷參考值圍表4-9土組公路自然區(qū)劃mIVV土質(zhì)砂26424050395035605060黏質(zhì)土25453040254530453045粉質(zhì)土22463254305027433045墊層和基層材料回彈模量經(jīng)歷參考值圍表 4-10材料類型回彈模量習(xí)材料類型回彈模量旦中、粗砂80100石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料13001700天然砂礫150200水泥穩(wěn)定粒料13001700未篩分碎石180220瀝青碎石粗粒式，E600800極配碎礫石墊層200250瀝青混凝土粗粒式，曰8001200極配碎礫石基層2

9、50350瀝青混凝土中粒式，叵10001400石灰土200700多孔隙水泥碎石水泥劑量9.5%11%13001700石灰粉煤灰土600900多孔隙瀝青碎石凹瀝青含量600800按表4-9,路基土回彈模量取11。按表4-10,低劑量無機結(jié)合料穩(wěn)定土墊層回彈模量取1 1，水泥穩(wěn)定粒料基2.5%3.5%2.5%3.5%層回彈模量取I 。那么有：基層頂面當(dāng)量回彈模量計算如下:匚3=1 一 1 1普通混凝土面層的相對剛度半徑按下式計算為4.4荷載疲勞應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力計算為: 因縱縫為設(shè)拉桿平縫，接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)為ri ,故取?？紤]設(shè)計基準(zhǔn)期荷載應(yīng)力疲勞作用 的疲勞應(yīng)力系數(shù)

10、|。由于超過額定載重和載重在各側(cè)車輪上分配的不均勻性，在行駛過程中因路表不平整和車輛自振所引起的變動，以及路面構(gòu)造厚度和材料性質(zhì)的變異等因素對路面疲勞損壞的影響的綜合 系數(shù)。其數(shù)值是參照國外資料確定。綜合系數(shù)門表4-11公路等級高速公路一級公路二級公路三、四級公路a1.301.251.201.10根據(jù)公路等級和表4-11，考慮偏載和動載等因素對路面疲勞損壞影響的綜合系數(shù)為| I那么荷載疲勞應(yīng)力為4.5溫度疲勞應(yīng)力混凝土面板頂面和底面的溫度之差除以板的厚度，即為板的溫度梯度。在晴天，混凝土面板的溫度梯度經(jīng)歷了由零經(jīng)正最大 （板頂高于板底）到零，再經(jīng)負(fù)最大（板頂?shù)陀诎宓祝┖蠡氐搅愕闹?期性變化?；?/p>

11、凝土面板的最大溫度梯度計算值，可根據(jù)公路所在地的公路自然區(qū)劃按表4-12選用最大溫度梯度標(biāo)準(zhǔn)值日表4-12公路自然區(qū)劃、VmW、Wvn最大溫度梯度曰8388909586929398由表4-12,n區(qū)最大溫度梯度為 88日，板長為5m,那么當(dāng)混凝土板厚度為 上匕時，查下列圖5-1可得IT 。圖5-1溫度應(yīng)力系數(shù)那么有最大溫度梯度時混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力為回歸系數(shù)、和表4-13系數(shù)公路自然區(qū)劃mIVVvna0.8280.8550.8410.8710.8370.8340.0410.0410.0580.0710.0380.0521.3231.3551.3231.2871.3821.270溫度疲勞應(yīng)力系

12、數(shù) 酉，按下式計算，根據(jù)表 4-13知，自然區(qū)劃H區(qū)中，"為那么溫度疲勞應(yīng)力為=-= 4.6驗算初擬路面構(gòu)造可靠度系數(shù)表 4-14變異水平等級目標(biāo)可靠度兇95908580低1.201.331.091.161.041.08中1.331.501.161.231.081.131.04 1.07高1.231.331.131.181.071.11由表4-1知，三級公路的平安等級為四級，相應(yīng)于四級平安等級的變異水平等級為低級，目標(biāo)可靠度為再據(jù)查得的目標(biāo)可靠度和平安等級，由表 4-14知，可靠度系數(shù)為二 。那么，因而，所選普通混凝土面層厚度三可以承受設(shè)計基準(zhǔn)期荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力的綜合疲勞作用。5接

13、縫設(shè)計為防止混凝土面層因為熱脹冷縮而引起的變形計破壞，在縱橫兩個方向設(shè)置許多接縫， 且做成垂直正交，把整個路面分割成 許多板塊。5.1縱向接縫原定平面尺寸寬3.75米，長4米，那么應(yīng)在縱向設(shè)置施工 縫，縱向接縫的布設(shè)根據(jù)路面寬度和施工鋪筑寬度而定。本段路面設(shè)計按一個車道施工，故采用拉桿平縫形式。接縫拉桿采用螺 紋鋼筋，設(shè)置在板厚的中央，并對拉桿中部100mm圍作防銹處理。拉桿的直徑、長度和間距查下表選用。接縫布置如下表5-1所示：拉桿直徑、長度和間距(mm)表5-1面層厚度mm)到自由邊或未設(shè)拉桿縱縫的距離(m)3.003.503.754.506.0020025014X 700X 90C14X

14、 700X 80014X 700X 700 14X 700X 600 14X 700X 500 14X26030016X 800X 90016X 800X 80016X 800X 700 16X 800X 600 16X 800X 500 16X注：拉桿直徑、長度和間距的數(shù)字為直徑x長度X間距縫的上部鋸切槽口，深度為茴寬度為面，槽灌塞填縫 料。5.2橫向接縫每日施工完畢或因臨時原因中斷施工時，必須設(shè)置橫向施工縫，其位置應(yīng)盡可能選在縮縫或脹縫處。且由于本路屬于重交通等級，故施工縫采用加傳力桿的平縫形式。橫向縮縫采用假縫等間距設(shè)置?？p的上部鋸切槽口，深度為曰，寬度為巨，槽灌塞填縫料。傳力桿采用光圓

15、鋼筋，其尺寸和間距根據(jù)表5-2可選用傳力 桿直徑為二，長度為400mm，間距為 j。最外側(cè)傳力桿距 縱向接縫或自由邊的距離為| 。傳力桿尺寸和間距mm表5-2面層厚度mm傳力桿直徑傳力桿最小長度傳力桿最大間距22028400300240304003002603245030028035450300300385003006混凝土面板鋼筋設(shè)計混凝土面板縱橫自由邊邊緣下的根底，當(dāng)有可能產(chǎn)生較大的塑性變形時，宜在板邊緣加設(shè)邊緣補強鋼筋，角隅加設(shè)發(fā)針形鋼筋或鋼筋網(wǎng)。6.1邊緣補強鋼筋混凝土面板邊緣局部的補強，選用 I根-I的螺紋鋼筋，布 置在板的下部，距板底約為板厚的回即 旦，間距為 ，鋼 筋兩端應(yīng)向上彎

16、起，鋼筋保護(hù)層的厚度為 豆。6.2角隅鋼筋角隅補強局部的補強，選用根直徑為 E.的螺紋鋼，布置在板的上部，距板頂 wa，距板邊為 f，鋼筋保護(hù)層的厚度為 一I 。7材料用量計算7.1面層面層工程量表主要包括：面板混凝土數(shù)量；接縫數(shù)量表；接縫鋼筋數(shù)量角隅等處的鋼筋數(shù)量，計算結(jié)果見表7.1。取長度1000m為計算標(biāo)準(zhǔn)?；鶎庸こ虜?shù)量表表7-1材料普通混凝土面板長度m1000寬度m20.5厚度cm25體積亙廠F混凝土面板數(shù)量1-=1W/C 般為0.3,水泥用量為免。粗集料使用連續(xù)級配， 集料的最大粒徑一般為15 mm。細(xì)漿料含砂率超過25%。利用粉 煤灰摻量為30%?；鶎庸こ虜?shù)量表涵蓋了基層的長度，寬

17、度，厚 度等一些根本的數(shù)據(jù)，為概預(yù)算設(shè)計作鋪墊?；鶎訑M采用小型機 具施工，依據(jù)規(guī)知基層的寬度應(yīng)比混凝土面層每側(cè)至少寬出250mm，取為0.30m，計算結(jié)果見表7.2所示?；鶎庸こ虜?shù)量表表7-2材料碾壓混凝土基層長度m1000寬度m10.5+2 0.30=11.1厚度m0.18體積因1_亠4_1水泥用量kg1砂和碎石kg1 = 1粉煤灰kg1_=_=_17.3墊層墊層工程量表的容和基層差不多，墊層擬采用小型機具施工，墊層的寬度比基層每側(cè)寬出250mm，取為0.25m，詳細(xì)容見表7.3所示。墊層工程數(shù)量表表7-3材料石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料墊層長度m1000寬度m10.1+返0.30+20.30=11.

18、6厚度m0.15體積回1_砂和碎石kg| I|粉煤灰kg石灰kg回17施工的方案及工藝1、基層的準(zhǔn)備及放樣：將基層上的雜物及浮土去除干凈，并復(fù) 核基層標(biāo)高、坡度及平整度，到達(dá)施工規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。然后恢復(fù)中線， 每10m 一樁，放出邊樁，再拉出混凝土路面邊樁，測量標(biāo)高， 在樁上標(biāo)出路面設(shè)計標(biāo)線位置。2、模板安裝：根據(jù)路面標(biāo)高線安裝混凝土路面邊模，模板安 裝好，再測量模板頂面標(biāo)高，根據(jù)測量標(biāo)高再調(diào)整模板。調(diào)整后， 再測量模板頂標(biāo)高，如不符合要求，再調(diào)整，直至滿足施工規(guī)要 求。3、檢查并調(diào)試拌和機及其它機械設(shè)備性能，做好施工前的準(zhǔn) 備工作。4、確定混凝土施工配合比：測定現(xiàn)場集料的含水量，根據(jù)集料含水量調(diào)整混凝土設(shè)計配合比， 確定施工配合比，根據(jù)配合比， 調(diào)整拌和機的設(shè)定參數(shù)， 使之符合混凝土施工規(guī)要求。 因混凝土 路面的質(zhì)量很大重度上取決于混凝土的質(zhì)量，所以，混凝土配合比一定按規(guī)要求嚴(yán)格控制，使新拌混凝土符合設(shè)計及規(guī)要求。5、 拌和料的運輸：因運輸距離很近，拌和料運輸采用 5 m3 翻斗車運輸，考慮到施工季節(jié)氣溫的關(guān)系， 拌和料在保濕上應(yīng)注 意、。6、混凝土攤鋪：攤鋪時，用人工配合挖掘機攤鋪混凝土拌和 料。每次攤鋪一個車道寬，在攤鋪前，檢查模板標(biāo)高，并使基層