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1 中华人民共和国行业标准 公路水泥混凝土路面设计规范 Specifications of Design of Cement Concrete Pavement for Highway JTG D ( 报批稿 ) 主编部门 : 中交公路规划设计院有限公司 批准部门 : 中华人民共和国交通运输部 实施日期 :2010 年月日 人民交通出版社 2010 北京

2 前 言 公路水泥混凝土路面设计规范 (JTG D ) 发布实施以来, 我国水泥混凝土路面有了很大的发展, 积累了丰富的经验, 取得了许多研究成果, 使水泥混凝土路面的技术提高到一个新的水平 为此, 有必要对原规范进行修订, 以提高水泥混凝土路面技术水平 使用品质和设计质量, 保证工程安全可靠 经济合理, 适应我国交通运输发展和公路建设需要 根据交通部 关于下达 2007 年度公路工程制修订项目计划的通知 ( 交公路发 [2007]378 号 ) 修订本规范 修订后的规范分 8 章和 5 个附录 主要内容包括水泥混凝土路面结构组合设计 厚度设计 接缝设计 混凝土面层配筋设计和加铺层结构设计等 本次修订, 主要增加了混凝土板极限断裂的验算标准和贫混凝土及碾压混凝土基层的疲劳断裂设计标准, 增加极重交通荷载等级以方便考虑特种车辆和专用道路结构设计 ; 改进了接缝设计及填缝材料的选型 ; 完善了连续配筋的裂缝间距和裂缝宽度两个设计指标的计算公式 ; 提高了混凝土板错台量和接缝传荷能力的评级标准 ; 完善了材料试验方法并补列了材料设计参数经验参考值 对本规范的意见以及在使用过程中遇到的问题, 请及时与主编单位联系 ( 地址 : 北京德胜门外大街 85 号中交公路规划设计院有限公司, 邮编 :100088) 主编单位 : 中交公路规划设计院有限公司参编单位 : 中交路桥技术有限公司同济大学长安大学重庆交通大学山西省交通科学研究院 主要起草人 : 刘伯莹姚祖康王秉纲谈至明唐伯明 赵队家杨学良周玉民张洪亮

3 目次 1. 总则 1 2. 术语 符号 术语 符号 3 3. 结构组合设计 组合原则和要求 路基 垫层 基层和底基层 面层 路肩 路面排水 9 4. 厚度设计依据 接缝设计 一般规定 纵向接缝 横向接缝 交叉口接缝布设 端部处理 填缝材料 混凝土面层配筋设计 特殊部位配筋 钢筋混凝土面层配筋 连续配筋混凝土面层配筋 材料组成和设计参数 一般规定 垫层材料 基层材料 面层材料 26 1

4 7.5 材料设计参数 加铺层结构设计 一般规定 路面损坏状况调查评定 接缝传荷能力和板底脱空状况调查评定 旧混凝土路面结构参数调查 加铺方案选择 沥青加铺层结构设计 分离式混凝土加铺层结构设计 结合式混凝土加铺层结构设计 旧沥青路面加铺水泥混凝土路面结构设计 34 附录 A 交通荷载分析 35 A.1 交通调查与分析 35 A.2 轴载调查与分析 35 附录 B 混凝土板应力分析及厚度计算 37 B.1 力学模型 37 B.2 弹性地基单层板荷载应力 37 B.3 弹性地基单层板温度应力 39 B.4 弹性地基双层板荷载应力 40 B.5 弹性地基双层板温度应力 41 B.6 复合板应力 42 B.7 混凝土板厚度计算流程 44 附录 C 有沥青上面层的混凝土板应力分析 46 C.1 荷载应力分析 46 C.2 温度应力分析 47 附录 D 连续配筋混凝土面层纵向配筋计算 49 D.1 横向裂缝平均间距计算 49 D.2 横向裂缝缝隙平均宽度计算 50 D.3 纵向钢筋应力计算 51 D.4 纵向配筋率计算 51 2

5 附录 E 材料设计参数经验参考值 52 E.1 路基土回弹模量经验参考值 52 E.2 基层和底基层材料弹性 ( 回弹 ) 模量经验参考值 53 E.3 水泥混凝土设计参数经验参考值 53 E.4 钢筋强度和弹性模量经验参考值 54 本规范用词说明 55 附件 公路水泥混凝土路面设计规范 条文说明 56 1 总则 57 2 术语 符号 59 3 结构组合设计 60 4 厚度设计依据 66 5 接缝设计 69 6 混凝土面层配筋设计 73 7 材料组成和设计参数 75 8 加铺层结构设计 77 附录 A 交通荷载分析 86 附录 B 混凝土板应力分析及厚度计算 87 附录 C 有沥青上面层的混凝土板应力分析 102 附录 D 连续配筋混凝土面层纵向配筋计算 105 附录 E 材料设计参数经验参考值 108 3

6 1 总则 为适应交通运输发展和公路建设需要, 提高水泥混凝土路面技术水平 使用品质和设计质量, 保证工程安全可靠 经济合理, 制定本规范 本规范适用于各级新建和改建公路的水泥混凝土路面设计 水泥混凝土路面选择, 应根据公路的使用任务 性质和要求, 结合当地气候 水文 地质 材料 施工技术条件和工程实践经验, 以及环境保护要求等, 通过技术经济分析确定 水泥混凝土路面设计包括结构组合设计 结构层厚度设计 材料设计 接缝构造设计 钢筋配置设计以及设计方案的技术经济论证 水泥混凝土路面结构, 应按规定的安全等级和目标可靠度要求, 在设计基准期内承受预期的交通荷载作用, 并适应所处的自然环境, 满足预定的使用性能要求 水泥混凝土路面设计除应符合本规范外, 尚应符合国家现行有关标准的规定 1

7 2 术语 符号 2.1 术语 水泥混凝土路面 cement concrete pavement 以水泥混凝土作面层 ( 配筋或不配筋 ) 的路面, 亦称刚性路面 普通混凝土路面 jointed plain concrete pavement 除接缝区和局部范围外面层内不配筋的水泥混凝土路面, 亦称素混凝土路面 钢筋混凝土路面 jointed reinforced concrete pavement 面层内配置纵 横向钢筋或钢筋网并设接缝的水泥混凝土路面 连续配筋混凝土路面 continuously reinforced concrete pavement 面层内配置纵向连续钢筋和横向钢筋, 横向不设缩缝的水泥混凝土路面 钢纤维混凝土路面 steel fiber reinforced concrete pavement 在混凝土面层中掺入钢纤维的水泥混凝土路面 复合式路面 composite pavement 面层由两层不同材料类型和力学性质的结构层复合而成的路面 水泥混凝土预制块路面 concrete block pavement 面层由水泥混凝土预制块铺砌成的路面 设计基准期 design reference period 计算路面结构可靠度时, 考虑各项基本度量与时间关系所取用的基准时间段 ( 年 ) 安全等级 safety classes 根据路面结构的重要性和破坏可能产生后果的严重程度而划分的设计等级 可靠度 reliability 路面结构在规定的时间内和规定的条件下完成预定功能的概率 要求设计结构物达到的可靠度称作目标可靠度 可靠指标 reliability index 度量路面结构可靠度的一种数量指标 要求设计结构物具有的可靠度指标称作目标可靠指标 可靠度系数 reliability coefficient 为保证所设计的结构具有规定的可靠度, 而在极限状态设计表达式中采用的单一综合系数 2

8 2.2 符号 作用及作用效应符号 N 轴载的作用次数 P 轴载 应力 ε 应变 w 弯沉 设计参数和计算系数符号 C 温度应力系数 c v 变异系数 γ r 可靠度系数 ρ 配筋率 t 时间 T 温度 几何参数符号 A 面积 b 宽度 d 直径 h 结构层厚度 l 长度 L 间距 材料性能符号 D 弯曲刚度 E 弹性模量 f 强度 r 相对刚度半径 α 线膨胀系数 ν 泊松比 3

9 3 结构组合设计 3.1 组合原则和要求 依据公路技术等级 交通荷载 路基条件以及当地温度和湿度状况, 选择及组合与之相适应的水泥混凝土路面结构, 并满足预定的使用性能要求 路面结构组合设计, 应使各个结构层的力学特性及其组成材料性质满足各自的功能要求 应充分考虑结构层上下层次的相互作用 层间结合条件和要求以及组合结构的协调和平衡 应充分考虑地表水的渗入和冲刷作用, 采取封堵和疏排措施, 以减少地表水入渗和防止渗入水积滞在路面结构内, 并选用抗冲刷能力强的材料做基层 3.2 路基 路基应稳定 密实 均质, 对路面结构提供均匀的支承 按照交通荷载等级, 路床顶的综合回弹模量值应分别不低于 40MPa( 轻交通荷载等级 ) 60MPa( 中等或重交通荷载等级 ) 和 80MPa( 特重或极重交通荷载等级 ) 对于不能满足综合回弹模量值要求的路床, 应采取更换填料 增设粒料层或低剂量无机结合料稳定层等措施 路基填料应满足下述要求 : 1 高液限粘土及含有机质的细粒土不应用作高速公路和一级公路的路床填料或二级公路和二级以下公路的上路床填料 ; 2 高液限粉土及塑性指数大于 16 或膨胀率大于 3% 的低液限粘土不应用作高速公路和一级公路的上路床填料 ; 3 因条件限制而必须采用上述土作填料时, 应掺加水泥 粉煤灰或石灰等结合料进行改善 高地下水位路段, 当不能提升路堤高度而路床顶综合回弹模量值不满足 条要求时, 应选用粗粒土或低剂量无机结合料稳定土做路床或上路床填料 在路基工作区底面接近或低于地下水位时, 除采用上述更换填料措施外, 还应采用设置排水渗沟等降低地下水位措施 4

10 3.2.5 季节性冰冻地区的非干燥类路基, 当冰冻线深度达到路基的易冻胀土层时, 在易冻胀土层上宜设置防冻垫层 ; 或选用不易冻胀土置换冰冻线深度范围内的易冻胀土 水文地质条件不良的土质路堑, 应采取地下排水措施, 拦截路堑上侧坡体浅携水层中流向路床的渗流水 对路堤下的软弱地基进行加固处治后, 其工后沉降量应符合现行 公路路基设计规范 (JTG D30) 的规定, 并在路床顶部铺筑粒料层, 以减少不均匀沉降对路面结构的影响 填挖交界或新老路基结合路段, 应在路床顶部铺筑均质的压实土层或无机结合料稳定土层 路基压实度应符合现行 公路路基设计规范 (JTG D30) 的规定 多雨潮湿地区, 对于高液限土及塑性指数大于 16 或膨胀率大于 3% 的低液限粘土, 宜采用依据轻型压实标准确定的压实度, 并在含水量略大于其最佳含水量时压实 石质挖方或填石路床顶面应铺设整平层 整平层可采用碎石和石屑 低剂量水泥稳定粒料等, 其厚度视路床顶面不平整程度而定 3.3 垫层 遇有下述情况时, 需在基层或底基层下设置垫层 : 1 季节性冰冻地区, 路面结构厚度小于最小防冻厚度要求 ( 表 4.0.9) 时, 应设置防冻垫层, 其厚度为二者之差 ; 2 水文地质条件不良的土质路堑, 路床土湿度较大时, 宜设置排水垫层 垫层应与路基同宽, 其最小厚度为 150mm 防冻垫层和排水垫层宜采用砂 砂砾等颗粒材料 3.4 基层和底基层 基层和底基层应具有足够的抗冲刷能力和适当的刚度 依据交通荷载等级 材料供应条件和结构层组合要求, 可参照表 选用基层和底基层的组成材料类型 5

11 表 适宜于各交通荷载等级的基层和底基层类型 交通荷载等级 基层类型 底基层类型 极重 特重 贫混凝土 碾压混凝土级配碎石沥青混凝土级配碎石 水泥稳定碎石 石 重 密级配沥青稳定碎石灰 - 粉煤灰稳定碎石水泥稳定碎石级配碎石 未筛分碎石 级配砾石, 或不级配碎石中等 轻设 水泥稳定碎石 石灰 - 粉煤灰稳定碎石 未筛分碎石 注 : 交通荷载分级见表 承受极重 特重或重交通荷载的路面, 基层下应设置底基层 承受中等或轻交通荷载时, 可不设底基层 ; 当基层采用无机结合料稳定类材料, 且上路床由细粒土组成时, 应在基层下设置粒料类底基层 基层采用无机结合料类材料时, 其底基层宜选用小于 0.075mm 的颗粒含量少于 7% 的粒料类材料 贫混凝土或碾压混凝土基层上应铺设沥青混凝土夹层, 层厚不宜小于 40mm 无机结合料稳定碎石基层上应设置封层, 封层可采用单层沥青表面处治等, 层厚不宜小于 6mm 潮湿多雨地区, 路基由低透水性细粒土组成的高速公路和一级公路或者承受极重或特重交通荷载的二级公路, 宜设置由开级配沥青稳定碎石或开级配水泥稳定碎石组成的排水基层 排水基层下应设置由密级配粒料或水泥稳定碎石组成的不透水底基层 底基层顶面宜铺设沥青类封层或防水土工织物 各种基层和底基层的结构层适宜厚度, 按所选集料的公称最大粒径和压实效果的要求而定, 可参照表 选用 基层或底基层的设计层厚超出相应材料的适宜层厚范围时, 宜分层铺设和压实 表 基层和底基层材料的结构层适宜厚度材料种类适宜层厚 (mm) 贫混凝土 碾压混凝土 120~200 无机结合料稳定粒料 150~200 集料公称最大粒径 9.5mm 25~40 集料公称最大粒径 13.2mm 35~65 沥青混凝土集料公称最大粒径 16mm 40~70 集料公称最大粒径 19mm 50~75 集料公称最大粒径 19mm 沥青稳定碎石集料公称最大粒径 26.5mm 75~100 多孔隙水泥稳定碎石 100~150 级配碎石 未筛分碎石 级配砾石或碎砾石 100~200 6

12 3.4.8 贫混凝土或碾压混凝土基层的计算厚度应满足式 (4.0.5) 的要求 基层设计厚度依据计算厚度按 10mm 向上取整 开级配沥青稳定碎石或水泥稳定碎石排水基层的计算厚度应满足排除表面水设计渗入量的需要 排水基层的设计厚度依据计算厚度按 10mm 向上取整后再增加 20mm, 以考虑表层空隙被堵塞的深度 基层的宽度应比混凝土面层每侧至少宽出 300mm( 小型机具施工时 ) 500mm( 轨道式摊铺机施工时 ) 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, 基层宜与路基同宽 级配粒料基层也宜与路基同宽 碾压混凝土基层应设置与混凝土面层相对应的接缝 贫混凝土基层在其弯拉强度超过 1.5MPa 时, 应设置与面层相对应的横向缩缝 ; 当一次摊铺宽度大于 7.5m 时, 还应设置纵向缩缝 3.5 面层 水泥混凝土面层应具有足够的强度和耐久性, 表面应抗滑 耐磨和平整 面层一般采用接缝设置传力杆的普通水泥混凝土 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 填挖交界段的路基有可能产生不均匀沉降时, 应采用接缝设置传力杆的钢筋混凝土面层 其他面层类型可依据适用条件按表 选用 复合式面层 表 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密级配沥青混合料上面层连续配筋混凝土下面层极重 特重交通荷载的高速公路设传力杆普通混凝土下面层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 桥面铺装 混凝土预制块面层 二级及二级以下公路桥头引道沉降未稳定段 服务区停车场 普通混凝土 钢筋混凝土 碾压混凝土或连续配筋混凝土面层所需的厚度, 可依据 交通荷载等级 公路等级和变异水平等级, 可参照表 并按 条规定计算确定 7

13 表 水泥混凝土面层厚度的参考范围 交通荷载等级 极重 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 低 中 低 中 低 中 低 中 面层厚度 (mm) ~ ~ ~ ~ ~220 交通荷载等级 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) 250~ ~ ~ ~ ~ 除混凝土预制块面层外, 各种混凝土面层的计算厚度应满足式 ( ) 和式 ( ) 的要求 面层设计厚度依据计算厚度加 6mm 磨耗层后, 按 10mm 向上取整 钢纤维混凝土面层的厚度按钢纤维掺量确定, 钢纤维体积率为 0.6%~ 1.0% 时, 其厚度为普通混凝土面层厚度的 0.75 ~0.65 倍 特重或重交通荷载时, 其最小厚度为 180mm; 中等或轻交通荷载时, 其最小厚度为 160mm 复合式路面的沥青混凝土上面层的厚度不宜小于 40mm 混凝土下面层的计算厚度, 应满足式 ( ) 和式 ( ) 的要求 混凝土下面层与沥青混凝土上面层之间应设置粘层 路面表面必须采用拉毛 拉槽 压槽或刻槽等方法筑做表面构造, 其构造深度在交工验收时应满足表 的要求 表 各级公路混凝土面层的表面构造深度 (mm) 要求 公路等级 高速公路 一级公路 二 三 四级公路 一般路段 0.70~ ~1.00 特殊路段 0.80~ ~1.10 注 :1. 特殊路段 对于高速和一级公路系指立交 平交或变速车道等处, 对于其他公路系指急弯 陡 坡 交叉口或集镇附近 ; 2. 年降雨量 600mm 以下的地区, 表列数值可适当降低 新建高速公路和一级公路的路表面平整度应满足国际平整度指数 (IRI) 不大于 2.0m/km 的要求, 二级公路应满足国际平整度指数 (IRI) 不大于 3.2m/km 的要求 混凝土预制块可采用矩形块或异形块 矩形块的长度为 200~250mm, 宽度为 100~125mm, 长宽比通常为 2:1, 厚度为 100~120mm 预制块下砂垫层的厚度为 30~50mm 3.6 路肩 8

14 3.6.1 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, 并使进入行车道路面结构中的水不被封堵 铺面结构可选用水泥混凝土面层或沥青面层 高速和一级公路的水泥混凝土路肩宜采用与行车道相同的路面结构和厚度 选用薄混凝土面层时, 其厚度不宜小于 150mm, 基层应采用级配粒料或多孔隙水泥稳定碎石 路肩与行车道之间的纵缝应设置拉杆 沥青面层可选用沥青混凝土 ( 高速 一级或二级公路 ) 或沥青表面处治 ( 三级或四级公路 ) 其基层可选用无机结合料稳定粒料或者级配粒料 行车道路面结构不设内部排水设施时, 沥青面层和不透水基层的总厚度不宜超过行车道面层的厚度, 基层下应选用透水性粒料填筑 3.7 路面排水 行车道路面应设置双向 ( 双向行驶时 ) 或单向 ( 单向行驶时 ) 横坡, 坡度为 1%~2% 路肩表面的横向坡度为 2%~3% 行车道路面结构设置排水基层或垫层时, 应在排水基层或垫层外侧边缘设置纵向集水沟和带孔集水管, 并间隔 50~100m 设置横向排水管 排水基层的纵向边缘集水沟, 在路肩采用沥青面层时, 可设在路肩内侧边缘内 ; 在路肩采用水泥混凝土面层时, 可设在路肩下或路肩外侧边缘内 排水垫层的纵向边缘集水沟设在路床边缘 带孔集水管的孔径一般采用 100~150mm 集水沟的宽度一般采用 300mm 集水沟的深度应能保证集水管管顶低于排水层底面, 并有足够厚度的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, 其孔径与集水管相同 集水沟和集水管的纵坡与路线纵坡相同, 且不宜小于 0.3% 横向排水管的坡度不宜小于 5% 横向排水管出口端应设端墙, 端头用镀锌铁丝网或格栅罩住, 出水口下方应铺设水泥混凝土防冲垫板或者进行坡面防护 在横向排水管上方的路肩边缘处应设置标志标明出水口位置 9

15 4 厚度设计依据 各级公路水泥混凝土路面结构的设计安全等级及相应的设计基准期 目标可靠指 标与目标可靠度, 应符合表 的规定 各安全等级路面的材料性能和结构尺寸参数的变 异水平等级, 宜按表 选用 表 可靠度设计标准 公路等级 高速 一级 二级 三级 四级 安全等级 一级 二级 三级 设计基准期 (a) 目标可靠度 (%) 目标可靠指标 变异水平等级 低 ~ 中 中 中 ~ 高 材料性能和结构尺寸参数的变异水平分为低 中和高三级 各变异水平等级主要 设计参数的变异系数范围, 应符合表 的规定 应按公路等级以及所采用的施工技术和 所能达到的施工质量控制和管理水平选择变异水平等级和相应的变异系数 表 变异系数 c 的范围 变异水平等级低中高 水泥混凝土弯拉强度 v 0.05 c v < cv < cv 0.20 基层顶面当量回弹模量 水泥混凝土面层厚度 0.15 c v < cv < cv c v < cv < cv 水泥混凝土路面结构分析采用弹性地基板理论 除粒料类基层外, 其他各类基层与混凝土面层一起按分离式双层板模型进行结构分析 粒料类基层及各类底基层和垫层, 与路基一起视作多层弹性地基, 以地基顶面当量回弹模量表征 水泥混凝土路面结构设计以设计基准期内行车荷载和温度梯度综合作用所产生的面层板疲劳断裂作为设计标准, 并以设计基准期内最重轴载和最大温度梯度综合作用所产生的面层板极限断裂作为验算标准 其极限状态设计表达式分别采用式 ( ) 和式 ( ) γ ( + ) f ( ) r pr tr r γ ( + ) f ( ) r p.max t.max r 10

16 式中 pr 面层板在临界荷位处产生的行车荷载疲劳应力 (MPa), 计算方法见附录 B; tr 面层板在临界荷位处产生的温度梯度疲劳应力 (MPa), 计算方法见附录 B; p,max 最重的轴载在临界荷位处产生的最大荷载应力 (MPa), 计算方法见附录 B; t,max 所在地区最大温度梯度在临界荷位处产生的最大温度翘曲应力 (MPa), 计算 方法见附录 B; γ r 可靠度系数, 依据所选目标可靠度及变异水平等级按表 确定 ; f r 水泥混凝土弯拉强度标准值 (MPa), 见 条 表 可靠度系数 变异水平等级 目标可靠度 (%) ~70 低 1.20~ ~ ~ 中 1.33~ ~ ~ ~1.07 高 ~ ~ ~1.11 注 : 变异系数接近表 下限时, 可靠度系数取低值 ; 上限时, 取高值 贫混凝土或碾压混凝土基层以设计基准期内行车荷载所产生的疲劳断裂作为设计标准 其极限状态设计表达式采用式 (4.0.5) γ f (4.0.5) r bpr br 式中 bpr 基层内产生的行车荷载疲劳应力 (MPa), 计算方法见附录 B; f br 基层材料的弯拉强度标准值 (MPa) 按疲劳断裂设计标准进行结构分析时, 以 100kN 单轴 - 双轮组荷载作为设计轴载 行驶特重轴载车辆或特种车辆的水泥混凝土路面, 宜选用特重车或特种车中主导车辆的轴载作为设计轴载 各种轴型的轴载作用次数 N i, 按式 (4.0.6) 换算为设计轴载的作用次数 N s : N s = n i= 1 16 P i N i Ps (4.0.6) 式中 P i i 级轴载重 (kn), 联轴按每一根轴载单独计 ; P s 设计轴载重 (kn); n 各种轴型的轴载级位数 ; N i i 级轴载的作用次数 ; N s 设计轴载的作用次数 11

17 4.0.7 水泥混凝土路面所承受的交通荷载作用, 按设计基准期内设计车道所承受的设计 轴载累计作用次数分为 5 级, 分级范围如表 表 交通荷载分级 交通荷载等级 极重 特重 重 中等 轻 设计车道设计轴载 (100kN) 累计作用次数 N e (10 4 )1 > ~ ~ ~3 <3 注 :1 交通轴载的调查和分析, 见本规范附录 A; 2 极重荷载等级的路面应将所承受的特重轴载车辆或特种车辆选作设计轴载并计算累计作用次数 水泥混凝土的强度应以 28 天龄期的弯拉强度控制 各交通荷载等级要求的水泥混 凝土弯拉强度标准值不得低于表 的规定 表 水泥混凝土弯拉强度标准值 交通荷载等级 极重 特重 重 中等 轻 水泥混凝土的弯拉强度标准值 (MPa) 钢纤维混凝土的弯拉强度标准值 (MPa) 在季节性冰冻地区, 路面结构层的总厚度不应小于表 规定的最小防冻厚度 表 水泥混凝土路面结构层最小防冻厚度 (m) 路基干湿 路基土类别 当地最大冰冻深度 (m) 类型 0.50~ ~ ~2.00 >2.00 中湿路基 易冻胀土 0.30~ ~ ~ ~0.95 很易冻胀土 0.40~ ~ ~ ~1.10 潮湿路基 易冻胀土 0.40~ ~ ~ ~1.20 很易冻胀土 0.45~ ~ ~ ~1.30 注 :1. 易冻胀土 细粒土质砾 (GM GC), 除极细粉土质砂外的细粒土质砂 (SM SC), 塑性指数小 于 12 的粘质土 (CL CH); 2. 很易冻胀土 粉质土 (ML MH), 极细粉土质砂 (SM), 塑性指数大于 12 的粘质土 (CL); 3. 冻深小或填方路段, 或者基 垫层采用隔温性能良好的材料, 可采用低值 ; 冻深大或挖方及地下水 位高的路段, 或者基 垫层采用隔温性能稍差的材料, 应采用高值 ; 4. 冻深小于 0.50m 的地区, 一般不考虑结构层防冻厚度 水泥混凝土面层的最大温度梯度标准值 T g, 可按照公路所在地的公路自然区划按 表 选用 表 最大温度梯度标准值 T g 公路自然区划 Ⅱ Ⅴ Ⅲ Ⅳ Ⅵ Ⅶ 最大温度梯度 ( /m) 83~88 90~95 86~92 93~98 注 : 海拔高时, 取高值 ; 湿度大时, 取低值 12

18 5 接缝设计 5.1 一般规定 普通水泥混凝土 钢筋混凝土 碾压混凝土和钢纤维混凝土面层板的平面布局一般采用矩形分块, 其纵向和横向接缝应垂直相交, 纵缝两侧的横缝不得相互错位 纵向接缝的间距 ( 即板宽 ) 宜在 3.0~4.5m 范围内选用 横向接缝的间距 ( 即板长 ) 按面层类型和厚度选定 : 1 普通水泥混凝土面层一般为 4~6m, 面层板的长宽比不宜超过 1.35, 平面面积不宜大于 25m 2 ; 2 碾压混凝土或钢纤维混凝土面层一般为 6~10m; 3 钢筋混凝土面层一般为 6~15m, 面层板的长宽比不宜超过 2.5, 平面面积不宜大于 45m 纵向接缝 纵向接缝的布设应视路面总宽度 行车道及硬路肩宽度以及施工铺筑宽度而定 : 1 一次铺筑宽度小于路面宽度时, 应设置纵向施工缝 纵向施工缝采用设拉杆平缝形式, 上部应锯切槽口, 深度为 30~40mm, 宽度为 3~8mm, 槽内灌塞填缝料, 构造如图 a) 所示 ; 2 一次铺筑宽度大于 4.5m 时, 应设置纵向缩缝 纵向缩缝采用设拉杆假缝形式, 锯切的槽口深度应大于施工缝的槽口深度 采用粒料基层时, 槽口深度应为板厚的 1/3; 采用半刚性基层时, 槽口深度应为板厚的 2/5 其构造如图 b) 所示 ; 3 碾压混凝土面层一次摊铺宽度大于 7.5m 时, 应设置纵向缩缝, 缩缝构造如图 b) 所示 ; 钢纤维混凝土面层在全幅摊铺时, 可不设纵向缩缝 ; 4 行车道路面与混凝土硬路肩之间的纵向接缝必须设置拉杆 a) 纵向施工缝 b) 纵向缩缝 图 纵缝构造 ( 尺寸单位 :mm) 13

19 5.2.2 纵缝应与路线中线平行 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 加宽板在变宽段起终点处的宽度不应小于 1m 拉杆应采用螺纹钢筋, 设在板厚中央, 并应对拉杆中部 100mm 范围内进行防锈处理 拉杆的直径 长度和间距, 可参照表 选用 施工布设时, 拉杆间距应按横向接缝的实际位置予以调整, 最外侧的拉杆距横向接缝的距离不得小于 100mm 表 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) ~ 注 : 拉杆尺寸数字为直径 长度 间距 连续配筋混凝土面层的纵缝拉杆可由板内横向钢筋延伸穿过接缝代替 5.3 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 设在缩缝处的施工缝, 应采用加传力杆的平缝形式, 其构造如图 所示 ; 设在胀缝处的施工缝, 其构造与胀缝相同, 其构造如图 所示 图 横向施工缝构造 ( 尺寸单位 :mm) 横向缩缝可等间距或变间距布置, 采用假缝形式 极重 特重和重交通荷载公路的横向缩缝, 中等和轻交通荷载公路邻近胀缝或自由端部的 3 条横向缩缝, 收费广场的横向缩缝, 应采用设传力杆假缝形式, 其构造如图 a) 所示 其他情况可采用不设传力杆假缝形式, 其构造如图 b) 所示 传力杆的设置应不妨碍相邻混凝土板的自由伸缩, 钢筋表面应作防锈处理 14

20 a) 设传力杆假缝型 b) 不设传力杆假缝型 图 横向缩缝构造 ( 尺寸单位 :mm) 横向缩缝顶部应锯切槽口, 设置传力杆时槽口深度为面层厚度的 1/4~1/3, 不设置传力杆时槽口深度为面层厚度的 1/5~1/4 槽口宽度应根据施工条件 填缝料性能等因素而定, 通常可取宽度为 3~8mm, 槽内填塞填缝料 二级及二级以下公路的槽口可一次锯切成型 高速和一级公路槽口宜二次锯切成型, 在第一次锯切缝的上部增设宽 7~10mm 的浅槽口, 槽口下部设置背衬垫条, 上部用填缝料灌填, 其构造如图 所示 图 浅槽口构造 ( 尺寸单位 :mm) 在邻近桥梁或其他固定构造物处, 或者与其他道路相交处, 应设置横向胀缝 设置 的胀缝条数, 视膨胀量大小而定 胀缝宽 20~25mm, 缝内设置填缝板和可滑动的传力杆, 传力杆的尺寸 间距和要求, 与缩缝传力杆相同, 胀缝的构造如图 所示 15

21 500 20~25 h/2 h/2 30~ 图 胀缝构造 ( 尺寸单位 :mm) 传力杆应采用光面钢筋 其尺寸和间距可按表 选用 最外侧传力杆距纵向接 缝或自由边的距离为 150~250mm 表 传力杆尺寸和间距 (mm) 面层厚度 (mm) 传力杆直径 (mm) 传力杆最小长度 (mm) 传力杆最大间距 (mm) 交叉口接缝布设 两条道路正交时, 各条道路的直道部分均保持本身纵缝的连贯, 而相交路段内各条道路的横缝位置应按相对道路的纵缝间距作相应变动, 保证两条道路的纵横缝垂直相交, 互不错位 两条道路斜交时, 主要道路的直道部分保持纵缝的连贯, 而相交路段内的横缝位置应按次要道路的纵缝间距作相应变动, 保证与次要道路的纵缝相连接 相交道路弯道加宽部分的接缝布置, 应不出现或少出现错缝和锐角板, 当出现错缝 锐角板时, 宜加设防裂钢筋和角隅补强钢筋 在次要道路弯道加宽段起终点断面处的横向接缝, 应采用胀缝形式 膨胀量大时, 应在直线段连续布置 2~3 条胀缝 5.5 端部处理 混凝土路面与桥涵 通道及隧道等固定构造物相衔接的胀缝无法设置传力杆时, 可 16

22 在毗邻构造物的板端部内配置双层钢筋网 ; 或在长度为 6~10 倍板厚的范围内逐渐将板厚增 加 20%, 如图 所示 图 临近构造物胀缝构造 ( 尺寸单位 :mm) 混凝土路面与桥梁相接, 桥头设有搭板时, 应在搭板与混凝土面层板之间设置长 6~10m 的钢筋混凝土面层过渡板 过渡板与搭板间的横缝采用设拉杆平缝形式, 过渡板与混凝土面层间的横缝采用设传力杆胀缝形式 膨胀量大时, 应连续设置 2~3 条设传力杆胀缝 当桥梁为斜交时, 钢筋混凝土板的锐角部分应采用钢筋网补强 桥头未设搭板时, 宜在混凝土面层与桥台之间设置长 10~15m 的钢筋混凝土面层板 ; 或设置由混凝土预制块面层或沥青面层铺筑的过渡段, 其长度不小于 8m 混凝土路面与沥青路面相接时, 其间应设置至少 3m 长的过渡段 过渡段的路面采用两种路面呈阶梯状叠合布置, 其下面铺设的变厚度混凝土过渡板的厚度不得小于 200mm, 如图 所示, 过渡板顶面应设横向拉槽, 保证沥青层与过渡板的良好粘结 过渡板与混凝土面层相接处的接缝内设置直径 25mm 长 700mm 间距 400mm 的拉杆 混凝土面层毗邻该接缝的 1~2 条横向接缝应采用胀缝形式 图 混凝土路面与沥青路面相接段的构造布置 ( 尺寸单位 :mm) 连续配筋混凝土面层与其他类型路面或构造物相连接的端部, 应设置锚固结构 端 部锚固结构可采用钢筋混凝土地梁或宽翼缘工字钢梁接缝等形式 : 17

23 1 钢筋混凝土地梁依据路基土的强弱一般采用 3~5 个, 梁宽 400~600mm, 梁高 1200~1500mm, 间距 5000~6000mm; 地梁与连续配筋混凝土面层连成整体 ; 其构造如图 所示 ; 2 宽翼缘工字钢梁的底部锚入钢筋混凝土枕梁内, 工字钢梁的尺寸 锚入深度依据连续配筋混凝土路面厚度选择, 枕梁一般长 3000mm 厚 200mm; 钢梁腹板与连续配筋混凝土面层端部间填入胀缝材料 ; 其构造如图 所示 图 钢筋混凝土地梁锚固 ( 尺寸单位 :mm) 18

24 图 宽翼缘工字钢梁锚固 ( 尺寸单位 :mm) 5.6 填缝材料 胀缝接缝板应选用能适应混凝土板膨胀收缩 施工时不变形 复原率高和耐久性好的材料 高速和一级公路宜选用泡沫橡胶板 沥青纤维板 ; 其他等级公路也可选用木材类或纤维类板 填缝料应选用与混凝土接缝槽壁粘结力强 回弹性好 适应混凝土板收缩 不溶于水 不渗水 高温时不流淌 低温时不脆裂 耐老化 有一定抵抗砂石嵌入的能力 便于施工操作的材料 高速公路 一级公路宜选用硅酮类 聚氨酯类填缝料 ; 二级及二级以下公路可选用聚氨酯类 橡胶沥青类 或改性沥青类填缝料 19

25 6 混凝土面层配筋设计 6.1 特殊部位配筋 混凝土面层自由边缘下基础薄弱或接缝为未设传力杆的平缝时, 可在面层边缘的下 部配置钢筋 通常选用 2 根直径为 12~16mm 的螺纹钢筋, 置于面层底面之上 l/4 厚度处 并不小于 50mm, 间距为 100mm, 钢筋两端向上弯起, 如图 所示 a) 横向剖面 b) 纵向剖面 图 边缘钢筋布置 ( 尺寸单位 :mm) 对于承受极重 特重或重交通的胀缝 施工缝和自由边的面层角隅以及承受极重交 通的缩缝面层角隅, 宜配置角隅钢筋 通常选用 2 根直径为 12~16mm 的螺纹钢筋, 置于面 层上部, 距顶面不小于 50mm, 距边缘为 100mm, 如图 所示 图 角隅钢筋布置 ( 尺寸单位 :mm) 混凝土面层下有箱形构造物横向穿越, 其顶面至面层底面的距离小于 800mm 时, 在构造物顶宽及两侧各 1.5(H+1) 且不小于 4m 的范围内, 混凝土面层内应布设双层钢筋网, 上下层钢筋网各距面层顶面和底面 1/4~1/3 厚度处, 如图 所示 构造物顶面至面层底面的距离在 800~1600mm 时, 则在上述长度范围内的混凝土面层中应布设单层钢筋网 钢 20

26 筋网设在距顶面 1/4~1/3 厚度处, 如图 所示 钢筋直径 12mm, 纵向钢筋间距 100mm, 横向钢筋间距 200mm 配筋混凝土面层与相邻混凝土面层之间设置传力杆缩缝 注 :H 为面层底面到构造物底面的距离 ;H 0 为面层底面到构造物顶面的距离 图 箱形构造物横穿公路处的面层配筋 (H 0 小于 800mm)( 尺寸单位 :mm) 图 箱形构造物横穿公路处的面层配筋 (H 0 为 800~1600mm)( 尺寸单位 :mm) 混凝土面层下有圆形管状构造物横向穿越, 其顶面至面层底面的距离小于 1200mm 时, 在构造物两侧各 1.5(H+1), 且不小于 4m 的范围内, 混凝土面层内应布设单层钢筋网, 钢筋网设在距面层顶面 1/4~1/3 厚度处, 如图 所示 钢筋尺寸和间距及传力杆接缝设置与 条相同 图 圆形管状构造物横穿公路处的面层配筋 (H 0 小于 1200mm)( 尺寸单位 :mm) 21

27 6.2 钢筋混凝土面层配筋 钢筋混凝土面层的配筋量按式 (6.2.1) 确定 A s 16Lshµ = (6.2.1) f sy 式中 A s 每延米混凝土面层宽 ( 或长 ) 所需的钢筋面积 (mm 2 ); L s 纵向钢筋时, 为横缝间距 (m); 横向钢筋时, 为无拉杆的纵缝或自由边之间 的距离 (m); h 面层厚度 (mm); µ 面层与基层之间的摩阻系数, 按附录表 E.3.3 选用 ; f sy 钢筋的屈服强度 (MPa), 按附录表 E.4 选用 纵向和横向钢筋宜采用相同或相近的直径, 其直径差不应大于 4mm 钢筋的最小 直径和最大间距, 应符合表 的规定 钢筋的最小间距为集料最大粒径的 2 倍 表 钢筋最小直径和最大间距 (mm) 钢筋类型 最小直径 纵向钢筋最大间距 横向钢筋最大间距 光面钢筋 螺纹钢筋 钢筋布置应符合下列要求 : 1 纵向钢筋设在面层顶面下 1/3~1/2 厚度范围内, 在不影响施工的情况下宜设在接近面层顶面下 1/3 厚度处 ; 2 横向钢筋位于纵向钢筋之下 ; 3 纵向钢筋的搭接长度一般不小于 35 倍钢筋直径, 搭接位置应错开, 各搭接端连线与纵向钢筋的夹角应小于 60º; 4 边缘钢筋至纵缝或自由边的距离一般为 100~150mm 6.3 连续配筋混凝土面层配筋 连续配筋混凝土面层的纵向配筋量按下述要求确定 : 1 纵向钢筋埋置深度处的裂缝缝隙平均宽度不大于 0.5mm; 2 横向裂缝的平均间距不大于 1.8m; 3 钢筋所承受的拉应力不超过其屈服强度 满足上述要求所需的纵向配筋率, 一般为 0.6%~0.7%( 中等交通 ) 0.7%~0.8%( 重交 22

28 通 ) 0.8%~0.9%( 特重交通 ) 或 0.9%~1.0%( 极重交通 ) 冰冻地区路面的配筋率宜高于一般地区 0.1% 所需配筋率的具体计算方法参见附录 D 横向钢筋的用量可按 条计算确定, 并应满足施工时能固定并保持纵向钢筋位置的要求 连续配筋混凝土用于复合式面层的下面层时, 其纵向配筋率可降低 0.1% 连续配筋混凝土面层的纵向和横向钢筋均应采用螺纹钢筋, 其直径为 12~20mm 当钢筋可能受到较严重腐蚀时, 宜在钢筋外涂环氧树脂等防腐材料 钢筋布置应符合下列要求 : 1 纵向钢筋距面层顶面的最小距离为 90mm, 最大深度为 1/2 面层厚度, 在不影响施工的情况下宜接近 90mm; 2 纵向钢筋的间距不大于 250mm, 不小于集料最大粒径的 2.5 倍 ; 3 纵向钢筋的焊接长度一般不小于 10 倍 ( 单面焊 ) 或 5 倍 ( 双面焊 ) 钢筋直径, 焊接位置应错开, 各焊接端连线与纵向钢筋的夹角应小于 60º; 4 边缘钢筋至纵缝或自由边的距离一般为 100~150mm; 5 横向钢筋位于纵向钢筋之下 ; 横向钢筋间距一般为 300~600mm, 直径大时取大值 ; 6 横向钢筋宜斜向设置, 其与纵向钢筋的夹角可取 60 ; 7 相邻车道之间或车道与硬路肩之间的纵向接缝内, 必须设置拉杆, 该拉杆可用加长的横向钢筋代替 23

29 7 材料组成和设计参数 7.1 一般规定 路面各结构层组成材料的原材料品质和技术指标要求, 应符合现行 公路水泥混凝土路面施工技术规范 (JTG F30) 公路路面基层施工技术规范 (JTJ 034) 和 公路沥青路面施工技术规范 (JTG F40) 中有关条款的规定 路面各结构层材料的混合料组成设计方法, 可参照上述规范的相应条款 路基和路面各结构层混合料的各项设计参数取值, 应按有关试验规程的试验方法实测确定, 其标准值按概率分布的 0.85 分位值取用 受条件限制无法通过试验取得数值时, 可参照经验数值范围, 结合工程经验分析确定 7.2 垫层材料 防冻垫层所采用的粒料 ( 砂或砂砾 ) 中, 小于 0.075mm 的细料含量不宜大于 5% 排水垫层的粒料级配应同时满足渗水和反滤的要求 7.3 基层材料 贫混凝土集料公称最大粒径不宜大于 31.5mm, 水泥含量不得少于 170kg/m 3,28d 弯拉强度标准值宜控制在 2.0~2.5MPa 范围内 碾压混凝土集料公称最大粒径不得大于 26.5mm 水泥稳定粒料 级配碎石或砾石的集料公称最大粒径宜为 26.5mm 或 31.5mm 小于 0.075mm 的细粒含量不得大于 5%, 小于 4.75mm 的颗粒含量不宜大于 50%, 液限应小于 28%, 塑性指数应小于 5 承受极重 特重和重交通时, 水泥剂量宜为 4%~6%; 中等和轻交通时, 水泥剂量宜为 4% 石灰粉煤灰稳定粒料的集料公称最大粒径宜为 26.5mm 小于 0.075mm 的细粒含量不得大于 7%; 小于 4.75mm 的颗粒含量不宜大于 50% 石灰与粉煤灰的配比宜为 1:2~1: 4; 粒料与石灰粉煤灰的配比宜为 85:15~80: 沥青混凝土基层宜采用集料公称最大粒径为 19.0mm 或 26.5mm 的混合料, 沥青稳定碎石基层宜采用集料公称最大粒径为 26.5mm 或 31.5mm 的混合料, 沥青混凝土夹层宜采用集料公称最大粒径为 9.5mm 或 13.2mm 的混合料 为提高抗冲刷能力和水稳定性, 各种沥青混合料的沥青用量宜适当增大, 并添加抗剥落剂 24

30 7.3.5 多孔隙水泥稳定碎石的集料公称最大粒径宜为 26.5mm 或 31.5mm 小于 0.075mm 的细粒含量不得大于 2%; 小于 2.36mm 的颗粒含量不宜大于 5%; 小于 4.75mm 的颗粒含量不宜大于 10% 水泥剂量一般为 9.5%~11%, 水灰比一般为 0.39~ 多孔隙沥青稳定碎石的集料公称最大粒径宜为 19.0mm 或 26.5mm 小于 0.075mm 的细粒含量不得大于 2%; 小于 0.6mm 的颗料含量不宜大于 5%; 小于 2.36mm 的颗粒含量不宜大于 15%; 小于 4.75mm 的颗粒含量不宜大于 20% 沥青标号应选用 A-50 或 A-70, 沥青用量一般为 2.5%~3.5% 7.4 面层材料 水泥混凝土集料公称最大粒径不应大于 26.5mm 砂的细度模数不宜小于 2.5; 高速公路面层的用砂, 其硅质砂或石英砂的含量不宜低于 25% 水泥含量不得少于 300kg /m 3 ( 非冰冻地区 ) 或 320kg /m 3 ( 冰冻地区 ) 冰冻地区的混凝土中必须掺加引气剂 普通混凝土面层必须上下两层连续铺筑时, 上层可采用高强 耐磨的混凝土材料, 碎石集料公称最大粒径不宜大于 19mm, 厚度不小于总厚度的 1/ 钢纤维混凝土集料公称最大粒径宜为钢纤维长度的 1/2~2/3, 并不宜大于 26.5mm ( 铣削型钢纤维 ) 或 19mm( 剪切型或熔抽型钢纤维 ) 钢纤维的抗拉强度标准值不宜小于 600 级 (600~1000MPa), 以体积率计的钢纤维掺量一般为 0.6%~1.0% 水泥含量不得少于 360kg /m 3 ( 非冰冻地区 ) 或 380kg /m 3 ( 冰冻地区 ) 碾压混凝土面层混凝土的集料公称最大粒径不宜大于 19.0mm, 水泥含量不得少于 280kg /m 3 ( 非冰冻地区 ) 或 310kg /m 3 ( 冰冻地区 ) 混凝土预制块的抗压强度不宜低于 50MPa( 非冰冻地区 ) 或 60MPa( 冰冻地区 ) 其外观质量 尺寸偏差和物理性能应符合优等品或一等品的规定 砂垫层宜选用细度模数为 2.3~3.0 的天然砂,4.75mm 筛孔的累计筛余量不应大于 5%, 含泥量不应大于 5% 7.5 材料设计参数 土和粒料的回弹模量采用重复加载三轴压缩试验测定 土试件的尺寸为直径 100mm 高 200mm( 最大粒径不超过 19mm), 粒料试件的尺寸为直径 150mm 高 300mm 无机结合料稳定类材料的弹性模量采用单轴压缩试验测定 试件尺寸为直径 100mm 高 200mm 或直径 150mm 高 300mm, 水泥稳定类材料的试件龄期为 90d, 石灰粉煤灰稳定类材料的试件龄期为 180d, 测定前试件浸水 1d 25

31 7.5.3 沥青混合料动态模量采用周期加载单轴压缩试验测定, 试件的尺寸为直径 100mm 高 150mm 按经验数值范围确定路基和路面各结构层的各项设计参数值时, 可参照附录 E 1. 依据土的类别选取路基的回弹模量值时, 参照附录 E.1 按土类由表 E.1.1 查取回弹模量经验参考值, 并按路床顶距地下水位的距离由表 E.1.2 查取路基的湿度调整系数, 二者相乘后得到回弹模量值 2. 依据粒料类别选取粒料层的回弹模量值时, 参照附录 E.2, 按材料类型由表 E.2.1 查取 3. 无机结合料稳定类基层或底基层的弹性模量, 应采用考虑结构层收缩开裂后的有效模量, 参照附录 E.2 表 E.2.2 选用 4. 基层沥青混合料的动态模量值, 参照附录 E.2 表 E.2.3 查取 混凝土配合比设计时的混合料试配弯拉强度的均值, 应按式 (7.5.5) 确定 f f r = c m + v ts (7.5.5) 式中 f m 混凝土试配弯拉强度的均值 (MPa); f r 混凝土弯拉强度标准值 (MPa); c v 混凝土弯拉强度的变异系数, 参照表 取用 ; s 混凝土弯拉强度试验样本的标准差 t 保证率系数, 按样本数和判别概率参照表 确定 表 保证率系数 公路等级 判别概率 样本数 高速公路 一级公路 二级公路 三 四级公路

32 8 加铺层结构设计 8.1 一般规定 加铺层设计的主要调查内容包括 : 1 公路修建和养护技术资料 : 路面结构和材料组成 接缝构造及养护历史等 ; 2 路面损坏状况 : 损坏类型 轻重程度 范围及修补措施等 ; 3 路面结构强度 : 路表弯沉 接缝传荷能力 板底脱空状况 面层厚度和混凝土强度等 ; 4 已承受的交通荷载及预计的交通需求 : 交通量 轴载组成及增长率等 ; 5 环境条件 : 沿线气候条件 地下水位以及路基和路面的排水状况等 ; 6 桥隧净空 : 沿线跨线桥以及隧道的净空要求等 地表或地下排水不良路段, 应采取措施改善或增设地表或地下排水设施 ; 旧混凝土路面结构排水不良路段, 应增设路面边缘排水系统 加铺层设计应包括施工期间维持通车的设计方案与交通安全组织管理等 废旧路面材料应充分利用, 减少对环境的不利影响 8.2 路面损坏状况调查评定 旧混凝土路面的损坏状况采用断板率和平均错台量两项指标评定 断板率的调查和 计算按 公路水泥混凝土路面养护技术规范 (JTJ073.1) 的规定进行 采用错台仪量测接 缝两侧板边的高程差, 量测点的位置在错台严重车道的右侧边缘内 300mm 处, 以调查路段 内各条接缝高程差的平均值表示该路段的平均错台量 路面损坏状况分为 4 个等级, 各个等级的断板率和平均错台量的分级标准见表 表 路面损坏状况分级标准 等级 优良 中 次 差 断板率 (%) 5 5~10 10~20 >20 平均错台量 (mm) 3 3~7 7~12 > 接缝传荷能力和板底脱空状况调查评定 旧混凝土面层板的接缝传荷能力和板底脱空状况采用弯沉测试法调查评定, 弯沉测试宜采用落锤式弯沉仪 测定接缝传荷能力的试验荷载应接近于设计轴载的一侧轮载 将荷载施加在邻近接缝的路面表面, 实测接缝两侧边缘的弯沉值 按式 (8.3.2) 计算接缝的传荷系数 27

33 wu k j = 100 (%) (8.3.2) w l 式中 k j 接缝传荷系数 (%); w u 未受荷板接缝边缘处的弯沉值 (0.01mm); w l 受荷板接缝边缘处的弯沉值 (0.01mm) 旧混凝土面层的接缝传荷能力分为 4 个等级, 分级标准见表 表 接缝传荷能力分级标准等级优良中次差 接缝传荷系数 k (%) 80 60~80 40~60 <40 j 板底脱空可根据面层板角隅处的多级荷载弯沉测试结果, 并综合考虑唧泥和错台发 展程度以及接缝传荷能力进行判别, 或采用探地雷达 声振法检测板底脱空状况 8.4 旧混凝土路面结构参数调查 旧混凝土面层厚度的标准值可根据钻孔芯样的量测高度按式 (8.4.1) 计算确定 h = h 1. 04s (8.4.1) e e h 式中 h e 旧混凝土面层量测厚度的标准值 (mm); h e 旧混凝土面层量测厚度的均值 (mm); s h 旧混凝土面层厚度量测值的标准差 (mm) 旧混凝土面层弯拉强度的标准值可采用钻孔芯样的劈裂试验测定结果按式 ( ) 和式 ( ) 计算确定 f = ( ) r f sp f = f 1. 04s ( ) sp sp sp 式中 f r 旧混凝土弯拉强度标准值 (MPa); f sp 旧混凝土劈裂强度标准值 (MPa); f sp 旧混凝土劈裂强度测定值的均值 (MPa); 28

34 s sp 旧混凝土劈裂强度测定值的标准差 (MPa) 旧混凝土的弯拉弹性模量标准值可按式 (8.4.3) 计算确定 E c = f r (8.4.3) 式中 E c 旧混凝土的弯拉弹性模量标准值 (MPa); f r 旧混凝土的弯拉强度标准值 (MPa) 旧混凝土路面基层顶面的当量回弹模量标准值, 宜采用落锤式弯沉仪 ( 设计荷载 100kN 承载板半径 150mm) 量测板中荷载作用下的弯沉曲线, 按式 ( ) 和式 ( ) 确定 ( w SI ) E t = 100e ( ) SI w + w + w = ( ) w 0 + w 式中 E t 基层顶面的当量回弹模量标准值 (MPa); SI 路面结构的荷载扩散系数 ; w 0 荷载中心处的弯沉值 (µm); w 300 w 600 w 900 分别为距离荷载中心 300mm 600mm 和 900mm 处的弯沉值 (µm) 当采用落锤式弯沉仪的条件受限时, 也可选择在清除断裂混凝土板后的基层顶面进行梁 式弯沉测量, 而后按附录 B 式 (B.2.5) 反算, 或者根据基层钻芯的材料组成及性能情况依 经验确定 8.5 加铺方案选择 根据使用要求及旧混凝土路面的综合评定结果, 可选用分离式或结合式水泥混凝土加铺 沥青混凝土加铺方案, 经技术经济比较后确定 当旧混凝土路面的损坏状况和接缝传荷能力评定等级为优良, 面层板的平面尺寸及接缝布置合理, 路拱横坡符合要求时, 可采用结合式混凝土加铺方案 分离式混凝土加铺方案或沥青混凝土加铺方案 当旧混凝土路面的损坏状况和接缝传荷能力评定等级为中等以上时, 或者新旧混凝土板的平面尺寸不同 接缝形式或位置不对应或路拱横坡不一致时, 可采用分离式混凝土加铺方案或沥青混凝土加铺方案 29

35 8.5.4 当旧混凝土路面的损坏状况和接缝传荷能力评定等级为次等以上时, 可采用沥青混凝土加铺方案 选择沥青混凝土或水泥混凝土加铺方案时, 必须对旧水泥混凝土路面进行处治, 应更换破碎板, 修补和填封裂缝, 压浆填封板底脱空, 磨平错台, 清除旧混凝土面层表面的松散碎屑 油迹或轮胎擦痕, 剔除接缝中失效的填缝料和杂物, 并重新封缝 选择沥青混凝土或水泥混凝土加铺方案时, 对于检测有明显板底脱空的路段, 应采用压浆材料填封板底脱空, 浆体材料应具备流动性好 早期强度高 无离析 无泌水 无收缩等特性 当旧水泥混凝土面层损坏状况严重时, 宜选用打裂压稳方案或碎石化方案处治旧混凝土路面, 根据公路等级和交通状况, 将处治后的旧路面选择用做改建路面的基层或底基层 选择打裂压稳改建方案时, 打裂后应使 75% 以上的旧混凝土板产生不规则开裂, 相邻裂缝形成的块状面积为 0.4~0.6m 2 ; 选择碎石化改建方案时, 破碎后应使 75% 以上的旧混凝土板破碎成小于 400mm 的颗粒 8.6 沥青加铺层结构设计 沥青加铺层可设单层或双层沥青面层, 至少有一层采用密级配沥青混合料, 可根据需要设置调平层, 在路面边缘设置内部排水系统 沥青加铺层与原水泥混凝土面板之间宜撒布改性沥青, 加强层间结合, 避免层间滑移 根据气温 荷载 旧混凝土路面承载能力 接缝传荷能力等合理选用下述减缓反射裂缝的措施 : 1 增加沥青加铺层的厚度 ; 2 采用掺加纤维及橡胶等改性剂提高加铺层沥青混合料的抗裂性能 ; 3 在旧混凝土板顶面或加铺层内设置应力吸收层 聚酯玻纤布或者土工织物夹层 ; 4 沥青加铺层下层可采用大粒径沥青碎石 沥青加铺层厚度应与混合料的公称最大粒径相匹配, 按减缓反射裂缝的要求确定 高速公路和一级公路的最小厚度宜为 100mm, 其他等级公路的最小厚度宜为 80mm 沥青加铺层下旧混凝土板的应力分析按附录 C 进行 旧混凝土板的厚度 混凝土的弯拉强度和弹性模量标准值以及基层顶面当量回弹模量标准值, 采用旧混凝土路面的实测值, 按 8.4 节规定的方法确定 旧混凝土板的应力应满足式 (4.0.4) 的要求 沥青混合料的组成设计按照 公路沥青路面施工技术规范 (JTG F40) 进行 8.7 分离式混凝土加铺层结构设计 在旧混凝土面层与加铺层之间应设置隔离层 隔离层材料宜选用沥青混凝土, 厚度 30

36 不宜小于 40mm 分离式混凝土加铺层的接缝形式和位置, 按新建混凝土面层的要求布置 加铺层可采用普通混凝土 钢纤维混凝土 钢筋混凝土和连续配筋混凝土 普通混凝土 钢筋混凝土和连续配筋混凝土加铺层的厚度不宜小于 180mm; 钢纤维混凝土加铺层的厚度不宜小于 140mm 加铺层和旧混凝土面层应力分析, 按分离式双层板进行, 计算方法见附录 B.4 和 B.5 旧混凝板的厚度 混凝土的弯拉强度和弹性模量标准值以及基层顶面当量回弹模量标准值, 采用旧混凝土路面的实测值, 按 8.4 节规定的方法确定 加铺层混凝土的弯拉强度标准值应符合表 的要求 加铺层的设计厚度, 按加铺层和旧混凝土板的应力分别满足式 (4.0.4) 的要求确定 8.8 结合式混凝土加铺层结构设计 采用铣刨 喷射高压水或钢珠 酸蚀等方法, 打毛清理旧混凝土面层表面, 并在清理后的表面涂敷粘结剂, 使加铺层与旧混凝土面层结合成整体 结合式加铺层厚度不宜小于 60mm 加铺层的接缝形式和位置应与旧混凝土面层的接缝完全对应和对齐, 加铺层内可不设拉杆或传力杆 加铺层和旧混凝土板的应力分析, 按结合式双层板进行, 计算方法见附录 B.6 旧混凝土板的厚度 混凝土的弯拉强度和弹性模量标准值以及基层顶面当量回弹模量标准值, 采用旧混凝土路面的实测值, 按 8.4 节规定的方法确定 加铺层的设计厚度, 按旧混凝土板的应力满足式 (4.0.4) 的要求确定 8.9 旧沥青路面加铺水泥混凝土路面结构设计 旧沥青路面可采用水泥混凝土加铺层 加铺层铺筑前应对较严重的车辙 拥包进行铣刨, 对坑槽和网裂较严重的路段进行结构补强 在旧沥青面层与水泥混凝土加铺层之间应设置调平层 调平层材料可选用沥青混凝土等 加铺层可采用普通混凝土 钢纤维混凝土 钢筋混凝土和连续配筋混凝土 普通混凝土 钢筋混凝土和连续配筋混凝土加铺层的厚度不宜小于 180mm; 钢纤维混凝土加铺层的厚度不宜小于 140mm 旧沥青路面顶面的当量回弹模量可按附录 B 式 (B.2.5) 计算确定, 并按照新建水泥混凝土路面进行加铺层设计 超薄水泥混凝土加铺层的厚度宜为 80~130mm, 面板平面尺寸宜为 1.0~2.5m, 切缝深度为面层板厚的 1/4~1/3, 缝宽 3~5 mm, 无需封缝 31

37 附录 A 交通荷载分析 A.1 交通调查与分析 A.1.1 利用当地交通量观测站的观测和统计资料, 或者通过实地设立站点进行交通量观测和统计, 获取所设计公路的初期年平均日交通量 ( 双向 ) 及其车辆类型组成数据, 剔除 2 轴 4 轮及以下的客 货运车辆交通量, 得到包括大型客车交通量在内的初期年平均日货车交通量 ( 双向 ) A.1.2 调查分析所设计公路客货运输的双向分布情况, 确定 2 轴 6 轮及以上车辆交通量的方向分配系数 一般情况可在 0.5~0.6 范围内选用 A.1.3 依据设计公路的车道数, 参照表 A.1.3 确定 2 轴 6 轮及以上车辆交通量的车道分 配系数 表 A 轴 6 轮及以上车辆交通量的车道分配系数 单向车道数 车道分配系数 高速公路 ~ ~ ~0.50 其他等级公路 * 0.50~ ~ 注 :* 交通受非机动车和行人影响严重的取低限, 不严重的取高限 A.1.4 初期年平均日货车交通量 ( 双向 ) 乘以方向分配系数和车道分配系数, 即为设计车道的年平均日货车交通量 (AADT) A.1.5 依据公路等级和功能以及所在地区的经济和交通运输发展情况, 通过调查分析, 预估设计基准期内的货车交通量增长趋势, 确定设计基准期内货车交通量的年平均增长率 A.2 轴载调查与分析 A.2.1 通过实地设立站点进行各类车辆的轴型调查和轴重测定, 或者利用该地区或相似类型公路已有称重站的车型 轴型和轴重测定统计资料, 获取设计公路的车辆类型 轴型和轴重组成数据 A.2.2 各类车辆按轴型称重和统计时, 可采用以轴型为基础的轴载当量换算系数法计算分析设计车道使用初期的设计轴载日作用次数 统计 3000 辆 2 轴 6 轮及以上车辆中单轴 双联轴和三联轴等不同轴型出现的次数, 并分别称取其轴重 按轴型和轴重级位分别统计整理后得到各种轴型的轴载谱, 并按式 (A.2.2-1) 计算确定各种轴型不同轴重级位的设计轴载当量换算系数 16 Pij, k = p ij (A.2.2-1) Ps 式中 k p,ij 各种轴型 i 不同轴重级位 j 的设计轴载当量换算系数 ; P ij i 种轴型 j 级轴载的轴重 (kn); P s 设计轴载的轴重 (kn) 32

38 依据各种轴型的轴载谱和相应的设计轴载当量换算系数, 可以按式 (A.2.2-2) 计算得到设计车道使用初期的设计轴载日作用次数 ADTT N s = ni ( k ij p p, ij ) (A.2.2-2) 3000 式中 N s 设计车道的设计轴载日作用次数 ( 轴次 / 车道 / 日 ); ADTT 设计车道的年平均日货车交通量 ( 辆 / 车道 / 日 ); n i 每 3000 辆 2 轴 6 轮及以上车辆中 i 种轴型出现的次数 ; p ij i 种轴型 j 级轴重的频率 ( 以分数计 ) i j A.2.3 以车辆类型为基础进行各种轴型的轴载称重和统计时, 可采用车辆当量轴载系数法计算分析设计车道使用初期的设计轴载日作用次数 将 2 轴 6 轮及以上车辆分为整车 半挂和多挂 3 大类, 每类车再按轴型细分 分别按车型和轴型称重后得到各自的轴载谱 由式 (A.2.2-1) 和式 (A.2.3-1) 计算得到各类车辆的设计轴载当量换算系数 ( ), k = k p ij pij (A.2.3-1) i j k p, 式中 k p,k k 类车辆的设计轴载当量换算系数 ; p ij i 种轴型 j 级轴重的频率 ( 以分数计 ) 依据调查所得的车辆类型组成数据, 可按式 (A.2.3-2) 计算确定设计车道使用初期的设 计轴载日作用次数 式中 p k k 类车辆的组成比例 ( 以分数计 ) k N = ADTT (, p ) (A.2.3-2) s k p k k A.2.4 设计基准期内水泥混凝土路面设计车道临界荷位处所承受的设计轴载累计作用 次数, 按式 (A.2.4) 计算确定 N e = N s t [( 1 + gr ) 1] 365 η 式中 N e 基准期内设计车道所承受的设计轴载累计次数 ( 轴次 / 车道 ); t 设计基准期 ( 年 ); g r 基准期内货车交通量的年平均增长率 ( 以分数计 ); η 临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数, 按表 A.2.4 选用 g r (A.2.4) A.2.4 车辆轮迹横向分布系数 公路等级 纵缝边缘处 高速公路 一级公路 收费站 0.17~0.22 二级及二级以下公路 行车道宽 >7m 0.34~0.39 行车道宽 7m 0.54~0.62 注 : 车道或行车道较宽或者交通量较大时, 取高值 ; 反之, 取低值 33

39 附录 B 混凝土板应力分析及厚度计算 B.1 力学模型 B.1.1 按基层和面层类型和组合的不同, 路面结构分析分别采用下述力学模型 : 1 弹性地基单层板模型 适用于粒料基层上混凝土面层, 旧沥青路面加铺混凝土面层 ; 面层板底面以下部分按弹性地基处理 2 弹性地基双层板模型 适用于无机结合料类基层或沥青类基层上混凝土面层, 旧混凝土路面上加铺分离式混凝土面层 ; 面层和基层或者新旧面层作为双层板, 基层底面以下或者旧面层底面以下部分按弹性地基处理 3 复合板模型 适用于两层不同性能材料组成的面层或基层复合板 旧混凝土路面上加铺结合式混凝土面层, 两层不同性能材料组成的层间粘结的面层, 作为弹性地基上的单层板或者弹性地基上双层板的上层板 ; 无机结合料类基层或沥青类基层与无机结合料类底基层组成的基层, 作为弹性地基上双层板的下层板 B.1.2 混凝土面层板的临界荷位位于纵缝边缘中部 基层板的临界荷位与面层板的相同 B.2 弹性地基单层板荷载应力 B.2.1 设计轴载在面层板临界荷位处产生的荷载疲劳应力按式 (B.2.1) 确定 = k k k pr r f c ps (B.2.1) 式中 pr 设计轴载在面层板临界荷位处产生的荷载疲劳应力 (MPa); ps 设计轴载在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力 (MPa), 按 B.2.2 条确定 ; k r 考虑接缝传荷能力的应力折减系数, 混凝土路肩时,k r =0.87~0.92( 路肩面层 与路面面层等厚时取低值, 减薄时取高值 ), 柔性路肩或土路肩时,k r = 1 k f 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 B.2.3 条确定 ; k c 考虑计算理论与实际差异以及动载等因素影响的综合系数, 按公路等级查表 B.2.1 确定 表 B.2.1 综合系数 k c 公路等级高速公路一级公路二级公路三 四级公路 kc B.2.2 设计轴载在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力 ps 按式 (B.2.2-1) 计算 34

40 ps = r h P (B.2.2-1) c s 式中 ( ) 1/3 r = 1.21 D E (B.2.2-2) D 3 c c c = 2 c ( vc ) 12 1 Eh P s 设计轴载的单轴重 (kn); h c E c v c 混凝土面层板的厚度 (m) 弯拉弹性模量(MPa) 和泊松比 ; t (B.2.2-3) r 混凝土面层板的相对刚度半径 (m), 按式 (B.2.2-2) 计算 ; D c 混凝土面层板的截面弯曲刚度 (MN m), 按式 (B.2.2-3) 计算 ; E t 板底地基当量回弹模量 (MPa), 新建公路按 B.2.4 条确定, 旧柔性路面上加铺混凝土面层按 B.2.5 条确定 B.2.3 设计基准期内的荷载疲劳应力系数 k f 按式 (B.2.3-1) 计算 λ k f = N e (B.2.3-1) l f λ = ρ (B.2.3-2) f f 式中 N e 设计基准期内标准轴载累计作用次数, 按附录 A 式 (A.2.4) 计算 ; λ 材料疲劳指数, 普通混凝土 钢筋混凝土 连续配筋混凝土 :λ=0.057; 碾压混 凝土和贫混凝土 :λ=0.065; 钢纤维混凝土, 按式 (B.2.3-2) 计算 ; ρ f 钢纤维的体积率 (%); l f 钢纤维的长度 (mm); d f 钢纤维的直径 (mm) B.2.4 新建公路的板底地基当量回弹模量 E t 按式 (B.2.4-1) 计算 E E x t = E0 α E 0 f (B.2.4-1) α = ln h x (B.2.4-2) n n 2 2 x i i i i= 1 i= 1 E he h = (B.2.4-3) h x n = h (B.2.4-4) i= 1 i 式中 E 0 路床顶综合回弹模量 (MPa); α 与粒料层总厚度 h x 有关的回归系数, 按式 (B.2.4-2) 计算 ; E x 粒料层的当量回弹模量 (MPa), 按式 (B.2.4-3) 计算 ; 35

41 h x 粒料层的总厚度 (m), 按式 (B.2.4-4) 计算 ; n 粒料层的层数 ; E i h i 第 i 结构层的回弹模量 (MPa) 与厚度 (m) B.2.5 在旧沥青混凝土路面上铺筑水泥混凝土面层时, 原沥青混凝土路面顶面的地基综 合当量回弹模量 E t 可根据落锤式弯沉仪 ( 荷载 50kN 承载板半径 150mm) 的中心点弯沉的 测定结果按式 (B.2.5-1), 或根据贝克曼梁 ( 后轴重 100kN 的车辆 ) 的弯沉测定结果, 按式 (B.2.5-2) 计算确定 E = w (B.2.5-1) E t t 13739w 0 式中 :w 0 路段代表弯沉值 (0.01mm), 式 (B.2.5-3) 计算 ; w 路段弯沉平均值 (0.01mm); s w 路段弯沉的标准差 (0.01mm) = (B.2.5-2) w0 = w+ 1.04s w (B.2.5-3) B.2.6 最重轴载在面层板临界荷位处产生的最大荷载应力, 按式 (B.2.6) 计算 = k k p, max r c pm (B.2.6) 式中 p.max 最重轴载 P m 在面层板临界荷位处产生的最大荷载应力 (MPa); pm 最重轴载 P m 在四边自由板临界荷位处产生的最大荷载应力 (MPa), 按式 (B.2.2-1) 计算, 式中的设计轴载 P s 改为最重轴载 P m ( 以单轴计,kN); k r k c 应力折减系数 综合系数, 按 B.2.1 条确定 B.3 弹性地基单层板温度应力 B.3.1 在面层板临界荷位处产生的温度疲劳应力按式 (B.3.1) 计算 = k (B.3.1) tr t t.max 式中 tr 面层板临界荷位处的温度疲劳应力 (MPa); t.max 最大温度梯度时面层板产生的最大温度应力 (MPa), 按 B.3.2 条确定 ; k t 考虑温度应力累计疲劳作用的温度疲劳应力系数, 按 B.3.4 条确定 B.3.2 最大温度梯度时混凝土面层板最大温度应力 t.max 按式 (B.3.2) 计算 α EhT B 2 c c c g t.max = L (B.3.2) 36

42 式中 α c 混凝土的线膨胀系数, 根据粗集料的岩性按表 E.5.2 取用 ; T g 公路所在地 50 年一遇的最大温度梯度, 查表 取用 ; B L 综合温度翘曲应力和内应力的温度应力系数, 按 B.3.3 条确定 B.3.3 综合温度翘曲应力和内应力的温度应力系数 B L 按式 (B.3.3-1) 计算 ( ) B = C C (B.3.3-1) -4.48hc L 1.77e L L C L sinh t cost + cosh t sin t = 1 (B.3.3-2) cost sin t + sinh t cosh t t = L / 3r (B.3.3-3) 式中 C L 混凝土面层板的温度翘曲应力系数, 按式 (B.3.3-2) 计算 ; L 面层板的横缝间距, 即板长 (m); r 面层板的相对刚度半径 (m) B.3.4 温度疲劳应力系数 k t 按式 (B.3.4) 计算 b t f r t.max kt = at ct t.max f r (B.3.4) 式中 a t b t 和 c t 回归系数, 按所在地区的公路自然区划查表 B.3.4 确定 表 B.3.4 回归系数 a t b t 和 c t 系数 公路自然区划 Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ a t b t c t B.4 弹性地基双层板荷载应力 B.4.1 面层板或上面层板的荷载疲劳应力 pr 按式 (B.2.1) 计算 其中, 荷载疲劳应力系 数 k f 应力折减系数 k r 和综合系数 k c 的确定方法, 与单层板的相同 ; 设计轴载 P s 在上层板 临界荷位处产生的荷载应力 ps 按式 (B.4.1-1) 确定 = (B.4.1-1) + 3 ps rg hc Ps Db Dc D 3 b b b = 2 ( vb ) 12 1 Eh (B.4.1-2) 37

43 ( ) 1/3 c b t (B.4.1-3) r = 1.21 D + D E g 式中 D b 下层板的截面弯曲刚度 (MN-m), 按式 (B.4.1-2) 计算 ; h b E b v b 下层板的厚度 (m) 弯拉弹性模量(MPa) 和泊松比 ; r g 双层板的总相对刚度半径 (m), 按式 (B.4.1-3) 计算 ; h c D c 上层板的厚度 (m) 和截面抗弯刚度 (MN-m), 按式 (B.2.2-3) 计算 B.4.2 贫混凝土或碾压混凝土基层板或者下面层板的荷载疲劳应力, 按式 (B.4.2-1) 计 算 其中, 疲劳应力系数 k f 和综合系数 k c 的确定方法与单层板的相同 ; 设计轴载 P s 在下层板临界荷位处产生的荷载应力按式 (B.4.2-2) 计算 = k k (B.4.2-1) bpr f c bps bps = rg hb Ps (B.4.2-2) 1+ D / D c b 式中 bpr 下层板的荷载疲劳应力 (MPa); bps 设计轴载 P s 在下层板临界荷位处产生的荷载应力 (MPa); B.4.3 最重轴载在上层板临界荷位处产生的最大荷载应力按式 (B.2.6) 计算 其中, 应 力折减系数 k r 和综合系数 k c 按 B.2.1 条确定 ; 最重轴载在四边自由板临界荷位处产生的最大 荷载应力按式 (B.4.1-1) 计算, 式中的设计轴载 P s 改为最重轴载 P m ( 以单轴计,kN) B.5 弹性地基双层板温度应力 B.5.1 上层板的温度疲劳应力 tr 最大温度翘曲应力 t.max 综合温度翘曲应力和内应力作用的温度应力系数 B L 的计算式与单层板的相同, 分别按式 (B.3.1) 式 (B.3.2) 式 (B.3.3-1) 计算, 式 (B.3.3-1) 中的温度翘曲应力系数 C L 按 B.5.2 条确定 下层板的温度疲劳应力不需计算分析 B.5.2 上层板的温度翘曲应力系数 C L 按式 (B.5.2-1) 计算 C L 1 sinh t cost + cosh t sin t = 1 1+ ξ cost sin t + sinh t cosh t (B.5.2-1) ξ = t = L / 3 (B.5.2-2) r g ( n g c) ( n β c) kr D r 4 3 β kr D r 4 3 g (B.5.2-3) 38

44 1 4 DD c b β = ( Dc + Db) k n r (B.5.2-4) k n 1 h 2 E c = + c h E b b 1 (B.5.2-5) 式中 ξ 与双层板结构有关的参数, 按式 (B.5.2-3) 计算 ; r β 层间接触状况参数 (m), 按式 (B.5.2-4) 计算 ; k n 面层与基层之间竖向接触刚度, 上下层之间不设沥青混凝土夹层或隔离层时按式 (B.5.2-5) 计算, 设沥青混凝土夹层或隔离层时,k n 取 3000 MPa/m B.6 复合板应力 B.6.1 面层复合板的荷载疲劳应力和最大荷载应力计算, 与单层板或上层板完全相同, 只需用面层复合板的截面弯曲刚度 D 和等效厚度 h 替代单层板或上层板的弯曲刚度 D c c 和 c 厚度 h c 即可, 板相对刚度半径 r 或 r g 需依据面层复合板弯曲刚度 D 重新计算 面层复合板 弯曲刚度 D 按式 (B.6.1-1) 计算, 等效厚度 h 按 (B.6.1-2) 计算 c c ( vc2 ) ( h h ) Ec1hc1 + Ec2hc2 c1 + c2 1 1 c = Ec1hc1 Ec2hc2 D (B.6.1-1) d x ( vc2 ) D c h c = 2.42 (B.6.1-2) Ec2dx ( + ) 1 E h h h = hc2 + 2 E h + E h c1 c1 c1 c2 c1 c1 c2 c2 c (B.6.1-3) 式中 E c1 h c1 面层复合板上层的弯拉弹性模量 (MPa) 和厚度 (m); E c2 v c2 h c2 面层复合板下层的弯拉弹性模量 (MPa) 泊松比和厚度 (m); d x 面层复合板中性轴至下层底部的距离 (m), 按式 (B.6.1-3) 计算 B.6.2 面层复合板的疲劳温度应力计算和疲劳温度应力系数与单层板的相同 最大温度 应力 t.max 按式 (B.6.2-1) 计算 ( + ) α TE h h c g c2 c1 c2 t.max = BL (B.6.2-1) h E E h ζ = ln h E E h 2 ζ c1 c1 c1 c1 c2 c2 c2 c2 (B.6.2-2) 39

45 式中 B L 面层复合板的温度应力系数, 按式 (B.3.3-1) 计算, 其中, 面层板厚度 h c 取 面层复合板的总厚度 (h c1 + h c2 ) 式 (B.3.3-1) 中温度翘曲应力系数 C L, 单 层板时按式 (B.3.3-2) 计算, 双层板时按 B.5.2 条确定 ; ζ 面层复合板的最大温度应力修正系数, 按式 (B.6.2-2) 计算 B.6.3 基层复合板的弯曲刚度按 (B.6.3-1) 计算 以此弯曲刚度替代 B.4.1 和 B.5.2 中的 弯曲刚度, 计算双层板的荷载应力和温度应力 D b0 =D b1 +D b2 bpr bpr = 1 + D / D b2 b1 (B.6.3-1) (B.6.3-2) 式中 D b0 基层复合板的弯曲刚度 (MN-m); D b1 D b2 基层和底基层的弯曲刚度 (MN-m), 分别按基层和底基层的厚度 h b1 和 h b2 以及弹性模量 E b1 和 E b2, 由式 (B.4.1-2) 计算得到 B.6.4 基层为贫混凝土或碾压混凝土时, 复合板中基层的荷载疲劳应力 bpr 按式 (B.6.3-2) 计算 其它类型基层不需进行荷载疲劳应力计算 bpr bpr = 1 + D / D 式中 b2 b1 (B.6.3-2) ~ bpr 按式 (B.4.2-2) 计算得到的基层复合板的名义荷载应力, 其中, 以基层厚 度 h b1 替代式中基层厚度 h b, 以复合板弯曲刚度 D b0 替代式中基层板弯曲刚 度 D b B.7 混凝土板厚度计算流程 1 根据相关的设计依据, 参照第 3 章各条进行行车道路面结构的组合设计 ( 初拟路面结构, 包括路床 垫层 基层和面层的材料类型和厚度 ), 并按表 所列的水泥混凝土面层厚度建议范围, 依据交通等级 公路等级和所选变异水平等级初选混凝土板厚度 2 按照初拟路面结构的组合情况, 选择相应的结构分析模型 3 参照图 B.7.1 所示的混凝土路面板厚度计算流程, 分别计算混凝土面层板 ( 单层板或双层板的面层板 ) 的最重轴载产生的最大荷载应力 设计轴载产生的荷载疲劳应力 最大温度梯度产生的最大温度应力及温度疲劳应力 4 当荷载疲劳应力与温度疲劳应力之和与可靠度系数的乘积, 小于且接近于混凝土弯 40

46 拉强度标准值, 同时, 最大荷载应力与最大温度应力之和与可靠度系数的乘积, 小于混凝土弯拉强度标准值, 即满足式 ( ) 和式 ( ) 的两项要求时, 则初选厚度可作为混凝土板的计算厚度 5 贫混凝土或碾压混凝土基层或者双层板的下面层板, 需计算其荷载疲劳应力, 并检算荷载疲劳应力与可靠度系数的乘积是否小于其材料的弯拉强度标准值, 即应满足式 (4.0.5) 的要求 6 若式 (4.0.4) 及式 (4.0.5) 不能同时满足时, 应改选混凝土面层板厚度或 ( 和 ) 整调基层类型或 ( 和 ) 厚度, 重新计算, 直到式 (4.0.4) 及式 (4.0.5) 得到满足 7 计算厚度加 6mm 磨损厚度后, 按 10mm 向上取整, 作为混凝土面层的设计厚度 41

47 交通调查 公路等级安全等级公路自然区划 设计轴载 Ps 极限轴载 Pm 目标可靠度 变异等级水平 设计基准期累计轴载次数 N e 路基垫层和基层材料调查及试验 温度梯度 T g 交通等级 初拟路面结构 结构特征参数 r(rg,rβ), Dc(Db),CL,BL 等 设计及极限轴载临界荷位荷载应力 ps(psb),p m 最大温度应力 t.max 材料设计弯拉强度 f r (f rb) 荷载疲劳应力系数 kf 温度应力疲劳系数 kt 接缝传荷应力折减系数 kr 理论偏差和动载影响综合系数 kc 荷载疲劳应力及荷载最大应力 pr(pr b),p.max 可靠度系数 γr 温度疲劳应力 tr 否 γr(pr+tr) f r γrpr b f rb p.max+t.max f r 是 结束 图 B.7.1 混凝土路面板厚度计算流程图 42

48 附录 C 有沥青上面层的混凝土下层板应力分析 C.1 荷载应力分析 C.1.1 有沥青上面层的混凝土板的临界荷位, 为板的纵向边缘中部 设计轴载 P s 在临界 荷位处产生的荷载疲劳应力 pr, 按式 (B.2.1) 计算确定 其中, 应力折减系数 荷载疲劳应 力系数和综合系数的确定方法, 与无沥青上面层时完全相同 C.1.2 设计轴载 P s 和最重轴载 P m 在有沥青上面层的混凝土板临界荷位处产生的荷载应 力和最大荷载应力分别按式 (C.1.2-1) 和式 (C.1.2-2) 计算 = ( 1 ζ h ) (C.1.2-1) psa a a ps = ζ h (C.1.2-2) pma ( 1 a a ) p max 式中 psa 设计轴载 P s 在有沥青上面层的混凝土板临界荷位处产生的荷载应力 (MPa); pma 最重轴载 P m 在有沥青上面层的混凝土板临界荷位处产生的最大荷载应力 (MPa); ζ a 系数, 可由图 C.1.2 查取 ; h a 沥青上面层厚度 (m); ps 设计轴载 P s 在无沥青上面层的混凝土板临界荷位处产生的荷载应力 (MPa), 按式 (B.2.2-1) 计算 ; p.max 最重轴载 P m 在无沥青上面层的混凝土板临界荷位处产生的最大荷载应力 (MPa), 按式 (B.2.6) 计算 43

49 ζ a 图 C.1.2 系数 ζ 图 a C.2 温度应力分析 C.2.1 有沥青上面层的混凝土板临界荷位处温度疲劳应力和最大温度梯度时混凝土板最 大温度应力分别按式 (C.2.1-1) 和式 (C.2.1-2) 确定 = (1 + ζ h ) (C.2.1-1) tra ' a a tr = + ζ h (C.2.1-2) tma ' ( 1 a a ) t max 式中 tra 有沥青上面层的混凝土板临界荷位处温度疲劳应力 (MPa); tma 有沥青上面层的混凝土板临界荷位处在最大温度梯度时的温度应力 (MPa); ' ζ a 系数, 可由图 C.2.1 查取 ; tr 无沥青上面层的混凝土板在临界荷位处的温度疲劳应力 (MPa), 按 44

50 式 (B.3.1) 计算确定 ; 其中, 计算混凝土板最大温度翘曲应力 t.max 时, 其最大温度梯度 Tg 值 ( 表 ) 须乘以考虑沥青上面层厚度影响的修正系数 ξt, 其数值如表 C.2.1; t.max 最大温度梯度在无沥青上面层的混凝土板临界荷位处产生的最大温 度应力 (MPa), 按式 (B.3.2) 计算 表 C.2.1 有沥青上面层的混凝土板的温度梯度修正系数 ξ t h a (m) 温度梯度修正系数 ξ t ' ζ a 图 C.2.1 系数 ζ 图 ' a 45

51 附录 D 连续配筋混凝土面层纵向配筋计算 D.1 横向裂缝平均间距按式 (D.1-1) 计算确定 L d 2ζ ft C 0 1 hc = µγ c cg ρ + 2 cd 1 s (D.1-1) Ecε td 0 = 21 td ( v ) c 5.3k h ( 0.245e c ) 1 chc htg + (D.1-2) ε = α β ε (D.1-3) β = + (D.1-4) 2 h 4.81hc 5.42hc 1.96 ( ) ε = a w0 f + c (D.1-5) cg = f c (D.1-6) lnε 9 tζ c1 = L + 2 d d ε ε tζ tζ α c Tζ + ε sh ( ln L 3.67) (D.1-7) = (D.1-8) ε = ε ϕ (D.1-9) sh 3 (1 a) 式中 L d 横向裂缝平均间距 (m); f t 混凝土抗拉强度 (MPa), 可按表 E.3.1 选用 f c 混凝土抗压强度 (MPa), 可按表 E.3.1 选用 ζ 钢筋埋置深度 (m); h c 混凝土面层厚度 (m); γ c 混凝土容重 (MN/m 3 ), 一般可取为 24kN/m 3 ; µ 混凝土面层与基层间的摩阻系数, 可按表 E.3.3 选用 d s 纵向钢筋直径 (m); ρ 纵向钢筋配筋率, 为钢筋断面面积 百分数计 ; A s 与混凝土断面面积 A c 的比值, 以 0 温度和湿度变形完全受约束时的翘曲应力, 按式 (D.1-2) 计算 ; E c 混凝土弹性模量 (MPa), 可按表 E.3.1 选用 v c 混凝土泊松比, 一般可取为 0.15~0.18; ε td 无约束时混凝土面层顶面与底面间的最大当量应变差, 按式 (D.1-3) 计算 ; 46

52 α c 混凝土线膨胀系数 (1/ ), 可按表 E.3.2 选用 ; T g 混凝土面层顶面与底面间的最大负温度梯度 ( /m), 可参照该地区最大正温度梯度 ( 查表 ) 的 1/4~1/3 取用 ; β h 混凝土面层厚度大于或小于 0.22m 时的温度梯度厚度修正系数, 按式 (D.1-4) 计算 ; ε 无约束条件下混凝土的最大干缩应变, 可近似按式 (D.1-5) 计算 ; a 1 养生条件系数, 水中或盖麻布养生时,a 1 =1.0, 采用养生剂养生时,a 1 =1.2; w 0 混凝土单位用水量 (N/m 3 ); k 1 与气候区和最小空气湿度有关的系数, 道路位于公路自然区划 II IV 和 V 区, k 1 =0.4; 位于 III VI 和 VII 区,k 1 =0.68; C 翘曲应力系数, 按附录 B 式 (B.3.3-2) 计算, 采用 t=1.29/r 计算确定 ; r 面层板的相对刚性半径 (m); cg 混凝土与钢筋间的最大粘结应力, 可近似按式 (D.1-6) 计算 ; c 1 混凝土和钢筋之间的粘结 - 滑移系数, 按式 (D.1-7) 计算, 由于式中含有未知量 L d, 计算需采用迭代方式进行, 先假设 L d =L ds, 计算出 c 1 和相应的 L d, 如果 Ld Lds < 0.005, 计算结束 ; 否则, 令 L ds = Ld, 重复计算, 直到满足相近的要求为止 ; ε t ζ 钢筋埋置深度处的混凝土最大总应变, 按式 (D.1-8) 计算 ; T ζ 钢筋埋置深度处混凝土温度与硬化时温度的最大温差 ( C), 可近似取为路面施工月份日最高气温的月平均值与一年中最冷月份日最低气温的月平均值之差 ε sh 无约束条件下钢筋埋置深度处混凝土干缩应变, 可近似按式 (D.1-9) 计算 ; ϕ a 年平均空气相对湿度 ( 以百分数计 ) D.2 纵向钢筋埋置深度处的横向裂缝缝隙平均宽度按式 (D.2-1) 计算确定 c b j c2 f t = 1000L + d ε sh α c Tζ (D.2-1) Ec b c = a (D.2-2) f c L d = + ε ε (D.2-3) 6 2 a tζ 2 10 tζ b = ε + (D.2-4) tζ = ε ε + (D.2-5) c 3 10 tζ 5 10 tζ 2020 式中 b j 钢筋埋置深度处的横向裂缝缝隙平均宽度 (mm); 47

53 c 2 与混凝土和钢筋之间的粘结 - 滑移特性有关的系数, 按式 (D.2-2) 计算 ; 其它参数的含义与计算裂缝间距时相同 D.3 纵向钢筋应力按式 (D.3-1) 计算确定 Es fcld s = 2 ft E s Tζ ( αc αs) ε sh E + + (D.3-1) d c c s 1 式中 s 裂缝处钢筋应力 (MPa); E s 钢筋弹性模量 (MPa); α s 钢筋的线膨胀系数 (1/ C), 通常其它参数的含义与计算裂缝间距时相同 α s = / C; D.4 纵向配筋率计算步骤 1 初拟配筋率 ρ, 按式 (D.1-1) 计算横向裂缝平均间距 L d 当 L d >1.8m 时, 应增大配筋率, 重复上述计算至符合要求 2 按式 (D.2-1) 计算裂缝缝隙平均宽度 b j 当 b j 0.5mm 时, 满足要求 ; 否则应增大配筋率, 重复上述计算至符合要求 3 按式 (D.3-1) 计算钢筋应力 s 当 s 不大于钢筋屈服强度时, 满足要求 ; 否则应增大配筋率, 重复上述计算至符合要求 4 综合上述 3 项计算结果, 最终确定配筋率, 并进一步确定钢筋根数 在满足纵向钢筋间距要求的条件下, 宜选用直径较小的钢筋 48

54 附录 E 材料设计参数经验参考值 E.1 路基回弹模量经验参考值 表 E.1.1 路基回弹模量经验参考值 土组 取值范围 (MPa) 代表值 (MPa) 级配良好砾 (GW) 240~ 级配不良砾 (GP) 170~ 含细粒土砾 (GF) 120~ 粉土质砾 (GM) 160~ 粘土质砾 (GC) 120~ 级配良好砂 (SW) 120~ 级配不良砂 (SP) 100~ 含细粒土砂 (SF) 80~ 粉土质砂 (SM) 120~ 粘土质砂 (SC) 80~ 低液限粉土 (ML) 70~ 低液限粘土 (CL) 50~ 高液限粉土 (MH) 30~70 50 高液限粘土 (CH) 20~50 30 注 : 1. 对于砾和砂,D 60 ( 通过率为 60% 时的颗粒粒径 ) 大时, 模量取高值,D 60 小时, 模量取低值 ; 2. 对于其他含细粒的土组, 小于 0.075mm 颗粒含量大和塑性指数高时, 模量取低值, 反之, 模量取高值 表 E.1.2 路基回弹模量湿度调整系数 土组 路床顶距地下水位的距离 (m) 砾 (GW GP) 0.64~ ~ ~ ~ ~ ~1.48 含细粒土砾 (GF) 1.00~1.47 细粒土质砾 (GM GC) 1.20~ ~ ~ ~ ~2.12 砂 (SW SP) 0.56~ ~ ~ ~ ~ ~1.21 含细粒土砂 (SF) 0.82~1.32 细粒土质砂 (SM SC) 1.00~ ~ ~ ~ ~2.02 低液限粉土 (ML) 0.79~ ~ ~ ~ ~ ~1.73 低液限粘土 (CL) 0.71~ ~ ~ ~ ~ ~1.70 高液限粉土 (MH) 高液限粘土 (CH) 0.72~ ~ ~ ~ ~ ~1.36 注 :1. 对于砾和砂,D 60 ( 通过率为 60% 时的颗粒粒径 ) 大时, 调整系数取高值,D 60 小时, 调整系数 取低值 ; 2. 对于其他含细粒的土组, 小于 0.075mm 颗粒含量大和塑性指数高时, 调整系数取低值, 反之, 调整系数取高值 49

55 E.2 基层和底基层材料弹性 ( 回弹 ) 模量经验参考值 表 E.2.1 粒料类基层和底基层材料回弹模量经验参考值 材料类型 取值范围 (MPa) 代表值 (MPa) 级配碎石 ( 基层 ) 200~ 级配碎石 ( 底基层 ) 180~ 未筛分碎石 180~ 级配砾石 ( 基层 ) 150~ 级配砾石 ( 底基层 ) 150~ 天然砂砾 105~ 表 E.2.2 无机结合料类基层和底基层材料弹性模量经验参考值 (MPa) 材料类型 7d 浸水抗压强度 试件模量 收缩开裂后模量 疲劳破坏后模量 水泥 3.0~ ~ ~ ~500 稳定类 1.5~ ~ ~ ~400 石灰 - 粉煤灰稳定 ~ ~ ~500 类 0.5~ ~ ~ ~400 石灰 ~ ~ ~300 稳定类 0.5~ ~ ~ ~200 开级配水泥稳定碎石 (CTPB) ~ 表 E.2.3 沥青结合料类基层材料动态模量经验参考值 材料类型 条件 取值范围 (MPa) 沥青混凝土 (AC-10) 20 C,10Hz,AH , 4700~5600 沥青混凝土 (AC-16) 空隙率 7%, 沥青用量 6% 4500~5400 沥青混凝土 (AC-25) 4000~5000 密级配沥青碎石 (ATB-25) 3500~4200 开级配沥青稳定碎石 (ATPB) 20 C, 沥青用量 2.5%~3.5% 600~800 E.3 水泥混凝土设计参数经验参考值 表 E.3.1 水泥混凝土强度和弹性模量经验参考值 弯拉强度 (MPa) 抗压强度 (MPa) 抗拉强度 (MPa) 弹性模量 (GPa) 表 E.3.2 水泥混凝土线膨胀系数经验参考值 粗集料类型石英岩砂岩砾石花岗岩玄武岩石灰岩 水泥混凝土线膨胀系数 10-6 / C

56 表 E.3.3 混凝土面层与基层间摩阻系数经验参考值 基层材料 取值范围 代表值 级配碎石 级配砾石或碎砾石 0.5~ 沥青混凝土 沥青碎石 2.5~ 无机结合料稳定粒料 3.5~ 贫混凝土 碾压混凝土 3.0~ 注 : 当基层不是沥青混合料, 但基层与面层间设置沥青隔层时, 摩阻系数按照沥青混合料基层时选取 E.4 钢筋强度和弹性模量经验参考值 表 E.4 钢筋强度和弹性模量经验参考值 钢筋种类 钢筋直径 d(mm) 屈服强度 f sy (MPa) 弹性模量 E s (MPa) HPB ~22 HPB HRB HRB400 6~ HRB HRBE HRBE400 6~ HRBE

57 用词和用语说明 对执行规范条文严格程度的用词, 采用以下写法 : ⒈ 表示很严格, 非这样做不可的用词 : 正面词采用 必须 ; 反面词采用 严禁 ⒉ 表示严格, 在正常情况下均应这样做的用词 : 正面词采用 应 ; 反面词采用 不应 或 不得 ⒊ 表示允许稍有选择, 在条件许可时首先应这样做的用词 : 正面词采用 宜 ; 反面词采用 不宜 表示有选择, 在一定条件下可以这样做的, 采用 可 52

58 附件 公路水泥混凝土路面设计规范 JTG D 条文说明 ( 总校稿 ) 2010 北京 53

59 公路水泥混凝土路面设计规范 条文说明 1 总则 公路混凝土路面设计规范 (JTG D )( 以下简称原规范 ) 发布实施以来, 我国水泥混凝土路面建设积累了许多设计和施工的实践经验, 国内外取得了不少研究成果, 使水泥混凝土路面的技术水平得到了提高 为反映近年来的进展, 提高水泥混凝土路面的工程质量 使用品质和设计水平, 对原规范进行修订, 以适应我国水泥混凝土路面建设不断发展的需要 本规范主要适用于等级公路的水泥混凝土路面新建和改建设计 等外公路和各类专用公路的水泥混凝土路面新建和改建设计, 可依据该公路水泥混凝土路面的使用要求和特性, 酌情参考使用 我国幅员辽阔, 各地区自然条件差异较大, 当地材料来源和性质 施工技术水平和经验以及经济条件不尽相同 因此, 水泥混凝土路面设计应依据使用任务 性质和要求, 紧密结合当地的具体情况 实践经验和环保要求, 通过充分分析和论证, 选择经济 合理 可行的方案 水泥混凝土路面设计内容由六部分组成 : 1 结构组合设计 按使用要求和当地条件, 选择行车道和路肩的结构层类型和层次以及各结构层的组成材料类型和厚度, 并选择和布设路面表面和内部排水设施, 组合成初步拟定的路面结构 2 结构层厚度设计 通过力学计算和损坏预估分析, 对初拟路面结构进行验证和修正, 使之满足预定的使用性能要求, 由此确定各结构层和路面结构所需的设计厚度 3 材料组成设计 依据各结构层的功能要求和力学性质要求, 选择合适的组成材料, 进行混合料组成设计和性质测试 4 接缝构造设计 确定面层板块的平面尺寸, 选择和布设接缝的类型和位置, 设计接缝的构造 ( 传荷装置和填封 ) 5 钢筋配置设计 确定特殊部位配筋 钢筋混凝土面层或连续配筋混凝土面层的配筋量和钢筋布置 6 设计方案的技术经济论证 对高等级 特重交通荷载或有特定使用要求的公路混凝土路面提出的各备选设计方案, 进行寿命周期费用分析, 依据资金筹措情况 目标可靠度要求以及其他非经济因素, 选择费用 - 效果最佳方案 此外, 还需进行路面表面特性设计, 提供满足抗滑 耐磨或低噪声要求的路面表面的技术措施 根据 公路工程结构可靠度设计统一标准 (GB/T 50283) 的规定, 本规范采用概率极限状态设计法设计水泥混凝土路面结构, 即在度量路面结构的可靠性上由定值设计方法转变为运用统计数学的方法, 以反映材料和结构的变异性以及施工技术和控制水平的差异对路面使用寿命和结构层厚度要求的影响 水泥混凝土路面的使用性能要求包含结构性要求和功能性要求两个方面 混凝土路面结构设计以满足结构性要求为主 与本规范相关的标准和规范较多, 如 公路工程结构可靠度设计统一标准 (GB/T50283) 公路自然区划标准 (JTJ 003) 公路沥青路面设计规范 (JTG D50) 公路排水设计规范 (JTJ 018) 公路路基设计规范 (JTG D30) 公路水泥混凝土路面施工技术规范 (JTJ F30) 公路路面基层施工技术规范 (JTJ 034) 公路水泥混凝土路面养 54

60 护技术规范 (JTJ 073.1) 等 2 术语 符号 2.1 术语本节对本规范中出现的主要名词术语作了规定 其他有关公路工程专业性名词术语, 可参阅国家标准 道路工程术语标准 (GBJ124) 和行业标准 公路工程名词术语 (JTJ 002) 的规定 2.2 符号本节所列符号为本规范中的主要符号 为便于查阅, 符号按 作用及作用效应 设计参数和设计系数 几何参数 及 材料性能和混凝土板抗力 等分类列出, 并依先拉丁字母 后希腊字母的顺序排列 55

61 3 结构组合设计 3.1 组合原则和要求 路面结构是由多个层次组成的复合结构, 各个结构层由不同类型和性质的材料组成 结构设计首先要选择层次 各层的类型和材料性质要求以及各层的厚度, 组合成预期能满足使用性能要求的路面结构 选择和组合时主要考虑 : 1. 公路技术等级和交通荷载 公路等级高或交通荷载等级高的路面结构需选用较多的结构层次及较强和较厚的结构层 ; 反之, 低等级公路或轻交通荷载的路面结构可选用较少的结构层次及较弱和较薄的结构层 2. 路基支承条件 对于较弱的路基, 应首先采取改善路基的措施, 在满足规定的最低支承要求后再考虑路面结构 ; 对于较强的路基, 可以相应减少路面结构层的强度或厚度 3. 当地温度和湿度状况 在季节性冰冻地区, 需考虑防冻层最小厚度的要求 ; 在多雨潮湿地区, 需考虑采用路面结构内部排水措施等 4. 已有公路路面的使用经验 水泥混凝土路面的使用性能要求包含结构性要求和功能性要求两个方面 混凝土路面结构设计, 主要考虑满足结构性使用性能方面的要求, 同时通过采用结构性措施 ( 如, 接缝设置传力杆等 ) 兼顾对平整度的要求 结构性要求主要体现为对结构承载能力和结构完好程度 ( 损坏 ) 的要求, 而水泥混凝土路面的结构损坏主要有混凝土板块断裂和接缝错台两类 路面结构层由面层 基层和底基层 垫层等结构层次组成, 对各个结构层次有不同的功能要求 ( 分别列于规范相应章节的第一条 ) 各个结构层可以由不同类型和性质的材料组成, 各具不同的力学特性 因而, 为各个结构层所选择的组成材料, 其性质要求和力学特性要满足各结构层的功能要求 选择和组合结构层时, 应考虑结构层上下层次的相互作用以及层间结合条件和要求, 如 : 1. 上下层的刚度 ( 模量 ) 比, 会否引起上层底面产生过大的拉应力, 会否使混凝土面层产生过大的温度和湿度翘曲应力 ; 2. 无结合料的上层和下层的集料粒径和级配, 会否引起水或细粒土的渗漏 ; 3. 下面层次的透水性, 会否引起渗入水的积滞和下层表面的冲刷 ; 4. 层次间采用结合或隔离措施, 对层内应力状况的不同影响以及对缩缝的及早开裂和缝隙张开宽度的影响 ; 等等 路面结构是个多层体系, 整个结构的性能和寿命受制于系统内最薄弱的环节 ( 层次 ) 因而, 在考虑并合理处理上下层次的相互作用的同时, 还需要顾及整个路面结构体系中各组分 ( 层 ) 性能的协调, 以能提供平衡的路面结构组合 路表水会沿面层板的接缝和裂缝渗入路面结构内, 造成冲刷 唧泥 错台和板块断裂等损坏 除了采取路表排水 接缝填封或设置沥青类封层等措施以减少水的渗入外, 组合设计时, 还应考虑采取各种疏导和排除措施, 防止渗入水积滞在路面结构内, 如 : 1. 路肩结构应含透水性层次, 以便横向排除路面结构内的渗入水 ; 2. 设置内部排水系统 ( 排水基层排水系统或路面边缘排水系统 ); 等等 为减少面层底面脱空区内的积滞水对基层顶面的冲刷, 应选用抗冲刷能力强的材料做基层 基层采用无机结合料稳定类材料时, 由于会产生收缩裂缝, 还应考虑底基层的抗冲刷能力 3.2 路基 56

62 3.2.1 通过混凝土路面结构传到路床顶面的荷载应力很小, 因而, 对路基承载能力的要求并不高 但路基出现不均匀变形时, 混凝土面层与下卧层之间会出现局部脱空, 面层应力会由此增加而导致面层板的断裂 因此, 对路基的基本要求是提供均匀的支承, 即路基在环境和荷载作用下产生的不均匀变形小 路基不均匀变形主要在下述情况下出现 : 1. 膨胀性土 ( 包括高液限细粒土 ) 的不均匀收缩和膨胀变形 ; 2. 软弱地基的不均匀沉降 ; 3. 填挖交替或新老填土交替 ; 4. 季节性冰冻地区的不均匀冻胀 ; 5. 排水不良的土质路堑 ; 6. 填料和填筑方式产生的不均质 ; 7. 填土因压实不足或不均匀而产生的压密变形, 受湿度变化影响而产生的膨胀和收缩变形 ; 8. 路表渗入水积滞在路面结构内, 或者地表排水不畅, 浸湿路基 为控制路基的不均匀变形, 须在地基 填料 压实和排水等方面采取相应的措施 路基是路面结构的基础 路面结构对路基所能提供的支承条件或水平, 应有基本的要求 此要求可采用路床顶的综合回弹模量值来表征, 并按照交通荷载等级的不同, 分别提出不同的要求值 对于承载力过低不能满足综合回弹模量值要求的路床, 应采取各种提高或改善措施 采用这些措施后的结构层, 仍应归属于路基范畴内, 不宜算作路面的结构层次 ( 如垫层 ) 国外设计方法中, 对路床顶综合回弹模量值规定了不同的要求, 如德国方法为不小于 45MPa, 美国力学 - 经验法为不小于 62MPa, 法国方法分为 4 个等级 20~50 MPa 50~120 MPa 120~200 MPa 和大于 200MPa, 南非方法按 CBR 值分为 4 个等级 小于 3%( 要求采取特殊处理措施 ) 3%~7% 7%~15% 和大于 15% 本规范参照国外设计方法中的经验数值, 并结合国内路基的实际条件和经验, 按交通荷载等级区分为 3 级 ( 交通荷载分级参见 条 ), 并规定了相应的数值 路基土的回弹模量按第七章 条的规定进行测定和定义, 各类土组的路基回弹模量参考值范围, 可参阅附录 E.1 路基由多个不同性质的土层或结合料稳定土层组成时, 路床顶的综合回弹模量值参照附录 B.2.4 条中所述的方法计算确定 公路路基设计规范 (JTG D30) 规定, 路堤上路床及零填和路堑路床的 CBR 值不得低于 8%( 高速和一级公路 ) 或 6%( 其他等级公路 ); 路堤下路床不得低于 5%( 高速和一级公路 ) 或 4%( 其他等级公路 ) 根据这一要求以及各类土的 CBR 经验值, 提出了各级公路路床填料选择的最低要求 膨胀率的定义为, 在 CBR 试验中, 试件浸水 4 天后的高度与未浸水前的高度之比 ( 以百分率表示 ) 按膨胀率的大小, 土可分为不膨胀的 ( 膨胀率不大于 2%, 土的塑性指数约小于 10) 中等膨胀的( 膨胀率为 2%~4%, 土的塑性指数约为 10~20) 和高膨胀的 ( 膨胀率大于 4%, 土的塑性指数约大于 20)3 级 路基工作区按路床顶面下 80cm 确定 地下水位高而标高受限制不能提高路基时, 须采取相应的措施, 提高填料的水稳定性 ; 而在工作区接近地下水位或部分进入地下水位, 路基处于过湿状态时, 还应采用降低地下位措施 路基土冻胀与三方面因素有关 : 路基土的易冻胀性 冰冻线的深度和离地下水位的距离 美国陆军工程师兵团按土的冻胀性将其分为 4 类 : 57

63 1. 无冻胀到低冻胀土 小于 0.075mm 颗粒少于 10% 的含细料砾石 ; 2. 低冻胀到中等冻胀土 小于 0.075mm 颗粒占 10%~20% 的含细料砾石, 小于 0.075mm 颗粒占 6%~15% 的含细料砂 ; 3. 易冻胀土 小于 0.075mm 颗粒超过 20% 的含细料砾石, 小于 0.075mm 颗粒超过 15% 的含细料砂 ( 不包括很细粉质砂 ), 塑性指数小于 12 的粘土 ; 4. 很易冻胀土 粉质土, 小于 0.075mm 颗粒超过 15% 的很细粉质砂, 塑性指数大于 12 的粘土 地下水位距路床顶小于 1.5~3m 时, 易冻胀土或很易冻胀土路基会由于地下水的充分供应而出现冻胀 季节性冰冻地区可以采用两种方案防止路基产生冻胀 : 1. 整个冰冻线深度内采用不易冻胀的填料 ; 2. 容许冰冻线深达部分易冻胀土层内, 但这部分土层所产生的不均匀冻胀不会使路表面的不平整度超出容许值 路基土的湿度变化在周围环境的影响下处于动态平衡状态 在多雨潮湿地区 ( 年平均降水量 800~1000mm 以上 ), 此平衡状态的湿度接近于土的塑限 高液限土及塑性指数大于 16 或膨胀率大于 3% 的低液限粘土的塑限, 接近于轻型压实标准时土的最佳含水量 这些土采用重型压实标准压实时, 其最佳含水量远低于土的塑限 因而, 需采取措施晾干待压实土, 而压实土在随后与环境的动态平衡过程中又会吸收水分, 产生较大的膨胀变形 这一方面抵消了施工时所投入的压实功, 另方面反而增加了路基的不均匀变形量 为此, 条文补充规定了对于这类土宜采用轻型压实标准 3.3 垫层 垫层主要设置在温度和湿度状况不良的路段上, 以改善路面结构的使用性能 前者出现在季节性冰冻地区路面结构厚度小于最小防冻厚度要求时, 设置防冻垫层可以使路面结构免除或减轻冻胀和翻浆病害 在路床土湿度较大的挖方路段上, 设置排水垫层可以疏干路床土, 改善路面结构的支承条件 为改善路基支承条件 ( 如, 减少不均匀变形 ) 而设置的其他层次, 属于路基范畴 除砂 砂砾等颗粒材料外, 在供应条件许可时, 防冻垫层还可采用煤渣 矿渣等隔温性材料 3.4 基层和底基层 对水泥混凝土面层下基层的首要要求是抗冲刷能力 不耐冲刷的基层表面, 在渗入水和荷载的共同作用下, 会产生冲刷 唧泥 板底脱空和错台等病害, 导致路面不平整, 并加速和加剧面层板的断裂 提高基层的刚度, 有利于改善接缝的传荷能力 然而, 其作用只能在基层未受冲刷的前提下才能得到保证, 同时, 其效果不如在接缝内设置传力杆 此外, 提高基层刚度虽然可以增加路面结构的弯曲刚度, 降低面层板的荷载应力, 但也会增加面层板的温度翘曲变形 ( 增加板底脱空区范围 ) 和翘曲应力, 对路面结构产生不利影响, 并不一定能减薄面层厚度 基层和底基层可以按组成材料分为无机结合料类 ( 包括贫混凝土 碾压混凝土 水泥稳定碎石 开级配水泥稳定碎石和石灰 - 粉煤灰稳定碎石等 ) 沥青结合料类( 包括沥青混凝土 沥青稳定碎石和开级配沥青稳定碎石等 ) 和粒料类 ( 包括级配碎石 级配砾石 未筛分碎石等 ) 三大类型 基层的受冲刷程度与水的渗入 交通荷载作用的繁重程度和基层材料的抗冲刷能力有关 各类基层具有不同的抗冲刷能力, 它取决于基层材料中结合料的性质和含量以及细料 ( 小 58

64 于 0.075mm) 的含量 对于基层的抗冲刷能力, 目前尚未有标准的试验方法和定量评定指标 一些试验研究结果表明, 最耐冲刷的是贫混凝土 ( 水泥含量 7% 或 8%) 和沥青混凝土 ( 沥青含量 6%) 基层, 其次耐冲刷的是水泥稳定碎石 ( 水泥含量 5%) 基层, 再次耐冲刷的是低剂量水泥稳定碎石 ( 水泥含量 3.5%) 和沥青稳定碎石 ( 沥青含量 3%) 基层, 较易冲刷的是二灰稳定碎石和级配碎石基层, 各种稳定土 未筛分碎砾石 细粒土等均不耐冲刷 按照所承受的交通荷载等级和基层的抗冲刷能力, 表 提出了各类基层的适用场合 表 还针对各类基层的特性分别提出了适宜选用的底基层类型 通常情况下, 底基层宜采用粒料类材料 基层采用无机结合料类材料时, 底基层没有必要再采用刚度 ( 模量 ) 较大的无机结合料稳定碎石类底基层, 以提高路面结构的弯曲刚度 并且, 采用无机结合料稳定碎石类底基层时, 有可能因底基层与路床的模量比大而产生过大的拉应力, 并且其收缩裂缝提供了水分下渗的通路及产生冲刷和唧泥的条件 为增加路面结构的弯曲刚度, 降低面层的荷载应力, 承受极重 特重或重交通荷载时, 往往选用刚度较大的基层 这时, 为了缓解由于基层与路床的刚度比过大而产生的问题, 在基层下须设置底基层 而对于承受中等或轻交通荷载的路面, 面层和基层通常可提供足够的弯曲刚度, 因而可以不设底基层 但基层若为无机结合料稳定碎石, 而上路床由细粒土组成时, 则基层与路床之间的刚度差仍可能过大, 会由此引起基层因拉应力过大而开裂, 并且, 会由于水沿裂缝的下渗引起路床的冲刷和唧泥病害 因而, 需在基层与路床间设置粒料类底基层 无机结合料类基层会出现收缩裂缝, 为水的下渗和下卧层 ( 底基层或路床 ) 遭受冲刷提供条件 底基层选用粒料类材料时, 为了避免或减轻因冲刷而产生的脱空和唧泥等病害, 应控制粒料中小于 0.075mm 的细料含量 贫混凝土或碾压混凝土基层的刚度较大, 虽然可以增加路面结构的弯曲刚度, 降低面层板的荷载应力, 但会使面层板产生过大的温度和湿度翘曲变形, 从而增加板底脱空区的范围和板内的温度和湿度翘曲应力 为减少这种不利影响, 要求在贫混凝土或碾压混凝土基层上铺设沥青混凝土夹层, 以降低面层的翘曲变形和翘曲应力 为减缓无机结合料稳定碎石基层顶面遭受面层渗入水的冲刷作用, 防止渗入水沿基层收缩裂缝继续下渗, 要求在基层上铺设沥青类封层 此外, 设置封层还可降低面层与基层的粘结程度, 减小摩阻力 潮湿多雨地区 ( 年平均降水量 800~1000mm 以上 ), 通过接缝或裂缝渗入混凝土路面内的水量相当大 在混凝土路面结构内设置排水基层排水系统或纵向边缘排水系统以排出渗入水, 可减少渗入水对基层的冲刷作用, 从而降低唧泥 错台和板底脱空等病害出现的可能性和程度 为防止排水基层内的水分下渗, 在排水基层下需设置透水性小的底基层 ( 如密级配粒料或水泥稳定碎石 ), 或者, 在底基层上铺设沥青类封层或不透水的土工织物 条文建议的各类基层和底基层的厚度范围, 是依据结构层成型 施工方便 ( 单层摊铺碾压 ) 或排水要求等因素推荐的适宜厚度 增加基层或底基层的厚度, 对于降低面层的应力或者减薄面层的厚度, 影响不大 因而, 混凝土面层下的基层或底基层不必很厚 按设计轴载数的多少和路床的强弱程度选定基层和底基层的厚度, 如果设计厚度超出适宜厚度, 可以按所提供的施工条件决定是否需要采用分层铺筑和压实 贫混凝土或碾压混凝土基层与底基层的刚度比较大, 有可能产生较大的层底拉应力 因而, 需要通过厚度调整来控制其疲劳开裂 贫混凝土或碾压混凝土的弯拉强度也是控制疲劳开裂的重要调节因素, 但这类基层不宜采用过大的强度值, 致使基层与底基层的模量比仍处于高位, 层底拉应力和相应的疲劳开裂得不到缓解 路表水的设计渗入量和排水基层的厚度计算, 请参阅 公路排水设计规范 (JTJ 59

65 018) 按部分观测资料, 因混凝土面层内水泥浆下渗而引起的排水基层堵塞深度约为 20mm 以内 碾压混凝土和贫混凝土基层会产生收缩裂缝, 导致混凝土面层出现反射裂缝 因而, 对这两种基层规定了设置接缝的要求 3.5 面层 混凝土面层是路面结构的主要承重层, 同时也是与行车直接接触的表面层 因而, 一方面要求面层具有足够的承载能力和耐久性, 另一方面要求面层为行驶质量提供良好的功能 耐久性主要指混凝土的抗冻性 由于表面平整度难以做好和接缝处难以设置传力杆, 碾压混凝土不宜用作高速或一级公路或者承受特重或重交通的二级公路的面层 表 所建议的面层厚度参考范围, 是在对标准的路面结构和设定的条件进行计算分析后归纳而成的 标准路面结构是按 3.2~3.4 节对路床 垫层 底基层和基层的有关要求拟定的 设定的条件包括 : 设计安全等级和设计基准期 各安全等级的目标可靠度和变异水平分级 变异系数变化范围以及不同目标可靠度和变异水平等级的可靠度系数 依据这些设定条件, 可归纳为 5 种交通荷载等级和 7 种公路等级和变异水平等级情况 对于极重交通荷载等级, 所提出的厚度参考值是依据各项有利的参数值计算得到的下限 对于轻交通荷载等级所提出的厚度参考范围高限, 是依据各项不利的参数值计算得到的上限, 其低限则为面层最小厚度的限值 所提出的表 可供路面结构组合设计及初拟面层厚度时参考 在所建议的各级面层厚度参考范围内, 设计轴载作用次数多 变异系数大 最大温度梯度大或者基 垫层厚度或模量值低时, 取高值 高速公路的施工水平只能达到中等变异水平等级时, 可参照低变异水平等级的厚度范围的高限或者高于此高限选用 普通水泥混凝土 碾压混凝土 钢筋混凝土 钢纤维混凝土或连续配筋混凝土面层, 都依据相同的设计标准和验核标准, 按照式 ( ) 和 ( ) 以及应力分析方法 ( 附录 B) 进行厚度计算 连续配筋混凝土面层由于裂缝间距的随意性, 在应力分析时难以确定板块的尺寸, 厚度计算可近似地按普通水泥混凝土面层的各项设计参数和规定进行 依据国外的经验,40mm 厚的沥青混凝土上面层约可减少 10mm 厚的混凝土下面层 施工质量控制时, 也可采用 3 米直尺和八轮仪均方差方法进行平整度测试, 并采用相应的控制标准 3.6 路肩 观测资料表明, 在主车道上行驶的车辆中, 有 6%~9% 的车辆的右侧车轮越出车道线行驶在路肩上 因此, 路肩铺面结构应具有一定的承载能力, 以承受主车道标准轴载累计作用次数的 6%~9% 的轴次的作用 路肩铺面结构设计还应考虑渗入行车道混凝土路面结构内的水分的横向排流问题, 在结构层组合和材料选用方面为行车道路面提供排水通道 3.7 路面排水路面排水系统的具体设计要求, 请参阅 公路排水设计规范 (JTJ 018) 60