水泥混凝土路面設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)

1、1課程設(shè)計(jì)題目22課程設(shè)計(jì)主要容 23路面厚度計(jì)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(yàn)算初擬路面構(gòu)造84接縫設(shè)計(jì)94.1縱向接縫94.2橫向接縫95混凝土面板鋼筋設(shè)計(jì)105.1邊緣補(bǔ)強(qiáng)鋼筋105.2角隅鋼筋106材料用量計(jì)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(jì)計(jì)算書(shū)1課程設(shè)計(jì)題目水泥混凝土路面設(shè)計(jì)：此為城市主干道三級(jí)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(jì)車(chē)道使用初期軸載日作用次數(shù)為 500。試設(shè)計(jì)該路面構(gòu)造。2課程設(shè)計(jì)主要容1構(gòu)

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

3、：8%。荷載累計(jì)作用次數(shù)為：交通量相軸載大小是路面設(shè)計(jì)的根本依據(jù)。隨著交通量增大，對(duì)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(duì)混凝土強(qiáng)度、面板厚度、基層類(lèi)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(xiàng)要求在程度上的差異， 按使用初期設(shè)計(jì)車(chē) 道每日通過(guò)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(gè)等級(jí)，標(biāo)準(zhǔn)如下：公路混凝土路面交通分級(jí)表4-4交通等級(jí)特重重中等輕設(shè)計(jì)車(chē)道標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)> 200010020003100V 3由表4-4可得該公路屬于重交通等級(jí)。4.2初擬路面構(gòu)造由上表4-1知，平安等級(jí)為四級(jí)的道路對(duì)應(yīng)的變異水平等級(jí) 為低

4、級(jí)。水泥混凝土面層厚度的參考圍表4-5交通等級(jí)特重重公路等級(jí)高速一級(jí)級(jí)高速一級(jí)級(jí)變異水平等級(jí)低中低中低中低中面層厚度mm> 260> 25C|> 240270240260230250220交通等級(jí)中等輕公路等級(jí)二級(jí)三、四級(jí)三、四級(jí)三、四級(jí)變異水平等級(jí)高中高中高中面層厚度mm240210230200220200< 230< 220根據(jù)三級(jí)公路、重交通等級(jí)和低級(jí)變異水平等級(jí)，由表4-5知，初擬普通混凝土面層厚度為220mm各類(lèi)基層適宜交通等級(jí)與適宜厚度的圍表4-6基層類(lèi)型厚度適宜的圍mm適宜交通等級(jí)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(jí)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(jí)、重交瀝青穩(wěn)定碎石排水基層80100高速、一級(jí)、重交如上表4-6,基層可選用水泥穩(wěn)定粒料類(lèi)，厚180mm，墊層選用低劑量無(wú)機(jī)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(zhǎng)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(chē)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(qiáng)度相比很小，而所受的彎拉應(yīng)力與抗彎拉強(qiáng)度相比那

6、么大得 多，可能導(dǎo)致混凝土面板開(kāi)裂破壞。因此，在設(shè)計(jì)混凝土面板厚 度時(shí)，應(yīng)以彎拉強(qiáng)度為其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。混凝土的強(qiáng)度隨齡期而增長(zhǎng)，通常以28日齡期的強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)。各級(jí)交通要求的混凝土設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度不得低于表4-7的規(guī)定。當(dāng)90日不開(kāi)放交通時(shí)，那么可采用90日齡期的強(qiáng)度(為28日強(qiáng) 度的1.1倍)?；炷恋膹?qiáng)度對(duì)路面的使用壽命有重大影響，強(qiáng)度的變化同路面容許的標(biāo)準(zhǔn)鈾載作用次數(shù)的對(duì)數(shù)成正比。增加混凝土的強(qiáng) 度，可以大大延長(zhǎng)路面的使用壽命，取得十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 因而，應(yīng)盡可能提高混凝土的強(qiáng)度。結(jié)合我國(guó)的材料情況和施工工藝水平，？公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī) ？(JTJ01 94)規(guī)定了設(shè) 計(jì)強(qiáng)度的最低值。條件

7、許可時(shí)，應(yīng)盡量采用高值，尤其是對(duì)于特 重交通的公路?；炷翉澙瓘?qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值表4-7交通等級(jí)特重重中等輕水泥混凝土的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值回5.05.04.54.0鋼纖維混凝土的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值凹6.06.05.55.0混凝土彎拉彈性模量的測(cè)試工作，很費(fèi)時(shí)而又不易準(zhǔn)確，且其數(shù)值的變化對(duì)荷載應(yīng)力計(jì)算結(jié)果的影響不大。因而，在無(wú)條件測(cè)試時(shí)，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(qiáng)度E1.01.52.02.53.0抗壓強(qiáng)度N5.07.711.014.919.3彎拉彈性模量國(guó)1015182123彎拉強(qiáng)度三3.54.04.55.05.5抗壓強(qiáng)度習(xí)24.219.735.841.848.4

8、彎拉彈性模回莫量2527293133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(lèi)型回彈模量習(xí)材料類(lèi)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(wú)機(jī)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(jì)算如下:匚3=1 一 1 1普通混凝土面層的相對(duì)剛度半徑按下式計(jì)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(jì)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(jì)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(guò)額定載重和載重在各側(cè)車(chē)輪上分配的不均勻性，在行駛過(guò)程中因路表不平整和車(chē)輛自振所引起的變動(dòng)，以及路面構(gòu)造厚度和材料性質(zhì)的變異等因素對(duì)路面疲勞損壞的影響的綜合 系數(shù)。其數(shù)值是參照國(guó)外資料確定。綜合系數(shù)門(mén)表4-11公路等級(jí)高速公路一級(jí)公路二級(jí)公路三、四級(jí)公路a1.301.251.201.10根據(jù)公路等級(jí)和表4-11，考慮偏載和動(dòng)載等因素對(duì)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(jì)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(zhǎng)為5m,那么當(dāng)混凝土板厚度為 上匕時(shí)，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(shí)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(jì)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(yàn)算初擬路面構(gòu)造可靠度系數(shù)表 4-14變異水平等級(jí)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(jí)公路的平安等級(jí)為四級(jí)，相應(yīng)于四級(jí)平安等級(jí)的變異水平等級(jí)為低級(jí)，目標(biāo)可靠度為再據(jù)查得的目標(biāo)可靠度和平安等級(jí)，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(jì)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(jì)為防止混凝土面層因?yàn)闊崦浝淇s而引起的變形計(jì)破壞，在縱橫兩個(gè)方向設(shè)置許多接縫， 且做成垂直正交，把整個(gè)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(zhǎng)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(jì)按一個(gè)車(chē)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(duì)拉桿中部100mm圍作防銹處理。拉桿的直徑、長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)度和間距的數(shù)字為直徑x長(zhǎng)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(shí)原因中斷施工時(shí)，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(jí)，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。縫的上部鋸切槽口，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(zhǎng)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(zhǎng)度傳力桿最大間距22028400300240304003002603245030028035450300300385003006混凝土面板鋼筋設(shè)計(jì)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(shí)，宜在板邊緣加設(shè)邊緣補(bǔ)強(qiáng)鋼筋，角隅加設(shè)發(fā)針形鋼筋或鋼筋網(wǎng)。6.1邊緣補(bǔ)強(qiáng)鋼筋混凝土面板邊緣局部的補(bǔ)強(qiáng)，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(bǔ)強(qiáng)局部的補(bǔ)強(qiáng)，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(jì)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(jì)算結(jié)果見(jiàn)表7.1。取長(zhǎng)度1000m為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。基層工程數(shù)量表表7-1材料普通混凝土面板長(zhǎng)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(jí)配， 集料的最大粒徑一般為15 mm。細(xì)漿料含砂率超過(guò)25%。利用粉 煤灰摻量為30%?；鶎庸こ虜?shù)量表涵蓋了基層的長(zhǎng)度，寬

17、度，厚 度等一些根本的數(shù)據(jù)，為概預(yù)算設(shè)計(jì)作鋪墊?；鶎訑M采用小型機(jī) 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(jì)算結(jié)果見(jiàn)表7.2所示。基層工程數(shù)量表表7-2材料碾壓混凝土基層長(zhǎng)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(jī)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(jiàn)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(zhǎng)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(cè)量標(biāo)高， 在樁上標(biāo)出路面設(shè)計(jì)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(cè)量模板頂面標(biāo)高，根據(jù)測(cè)量標(biāo)高再調(diào)整模板。調(diào)整后， 再測(cè)量模板頂標(biāo)高，如不符合要求，再調(diào)整，直至滿(mǎn)足施工規(guī)要 求。3、檢查并調(diào)試拌和機(jī)及其它機(jī)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(cè)定現(xiàn)場(chǎng)集料的含水量，根據(jù)集料含水量調(diào)整混凝土設(shè)計(jì)配合比， 確定施工配合比，根據(jù)配合比， 調(diào)整拌和機(jī)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(jì)及規(guī)要求。5、 拌和料的運(yùn)輸：因運(yùn)輸距離很近，拌和料運(yùn)輸采用 5 m3 翻斗車(chē)運(yùn)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(shí)，用人工配合挖掘機(jī)攤鋪混凝土拌和 料。每次攤鋪一個(gè)車(chē)道寬，在攤鋪前，檢查模板標(biāo)高，并使基層