路桥工程概论8.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二篇 路基路面工程第八章 柔性路面设计,1、当量圆面积A,P车轮垂直荷载，kN,F轮胎气压，MPa。,2、当量圆的直径d,3、标准轴载,高速公路和一、二级公路路面：100KN,三、四级公路路面：60KN,第一节 行车荷载的分析,一、标准轴载和水平荷载,4、水平力,P垂直均布压力，MP；,f路面摩擦系数。,1)当一设计弯沉作为指标及沥青层层底拉应力验算时。,凡轴载大于25KN的各级轴载（包括车辆的前、后车辆）p1的作用次数n1，用下面的公式换算成标准荷载p的轴载当量作用次数,式中：N标准轴载的当量轴次，次/日；,n,i,被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日；,P标准轴载，KN；,P,i,被换算车辆的各级轴载，KN；,k被换算车辆的类型数；,C,1,轴载系数，C1=1+1.2（m-1),m是轴数。当轴间距大于3米时，按单独的一个轴载计算，当间距小于3米时，应考虑轴载系数。,C,2,轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1，四轮组为,0.38。,二、轴载换算,路面上行驶有各种类型的车辆，设计时需要换算为标准轴载。,2)当进行半刚性基层层底拉应力验算时，凡轴载大于50KN的各级轴载换算。,C,1,轴载系数，C1=1+2（m-1),m是轴数。,C,2,轮组系数，单轮组为1.85，双轮组为1.0，四轮组为0.09,3、轮迹横向分布：,1）车辆在道路上行驶时候，车轮的轮迹总是在横断面中心线附近一定范围内左右摇摆，并按一定的频率分布在车道横断面上，称为车轮的横向分布。,2）轮迹横向分布频率曲线影响因素：,交通量、交通组成、车辆高度、交通管制。,三、累计当量轴次N,e,在设计年限内考虑车道系数后，一个车道上的累计当量轴次之和。,1）沥青路面：,r设计年限内交通量年均增长率,N1路面竣工后第一年双向日交通量的当量轴次，次/日；,Nt设计年限内末年的双向日交通量的轴载作用次数，次/日；,t设计年限。,车道系数,第二节 柔性路面结构组合,柔性路面是由几个结构层组合而成的，设计时必须合理布置结构,1结构层强度要符合车轮荷载的作用,2结构层间要有良好组合,3要合理考虑结构层的持点,4要考虑自然因素的作用,第三节 柔性路面设计,一、柔性路面设计标准,设计指标：,1路表回弹弯沉,2疲劳外裂,3面层剪切,二、柔性路面厚度计算,路面弯沉和拉应力计算时，只使用垂直荷载面不考虑水平荷载的作用。剪应力计算时，则要使用垂直荷载和水平荷载复合作用的图式,路表弯沉值的计算公式下：,路表设计弯沉值计算公式：,三、层底拉应力验算,计算点：两层层底面处的单圆中心点B，单圆半径二分之一点D，单圆边缘点E及双圆间隙中心点C。,计算方法：取出各点拉应力中的最大值并与该层材料的容许拉应力作出比较,计算公式：,对于无机结合料稳定集料：,对沥青混凝土面层,对于无机结合料稳定细粒土类：,四、面层剪应力验算,位置：面层最大剪应力的位置出现在路面表面距荷载圆心0.9处,容许剪应力的计算公式：,沥青混合料面层材料的剪切强度,K,v,沥青混合料面层剪切结构强度系数,第四节 改建路面设计,一、改建设计原则,1、原有路面需要提高等级加以补强加固时,2、原路水稳性不良,3、原路路拱不符合要求,4、原有沥青路面需加铺补强时,改建前，需做好路况调查工作,二、旧路强度的确定,1原路面分段,2、弯沉值换算,3路段的计算弯沉值,三、原路面当量回弹模量计算,四、补强厚度的计算,若单层补强时按双层弹性体系计算补强n-1层时按n层弹性体系计算。,第九章 水泥混凝土路面,种类：素混凝土，钢筋混凝土，自应力混凝土，钢纤维,混凝土，振碾混凝土和多孔吸音混凝土等,优点：强度高，稳定性好，使用寿命长，路面表面较粗糙，抗滑性较好，耐磨耗，还能适应履带式车辆的行驶。经常性的维修和养护工作量小。,缺点：水泥用量大，施工周期长。路面有接缝，行车时有跳车振动。维修时路面不易开挖。,第一节 水泥混凝土路面的构造,一、土基和基层,土基：强度和稳定性,基层：采用整体性半刚性基层，特重和重交通量宜用贫混凝土、水泥稳定砂砾或石屑以及二灰工业废渣基层。中等和轻量交通的公路可用水泥土、石灰土或级配碎(砾)石基层。,二、面 板,采用等厚式断面，横坡11.5以利排水。路肩横坡比路面横坡大12。,混凝土面板边部或角隅处必要时可用钢筋加固,三、接 缝,1、作用：防止温度变化引起过大的胀缩，此外它可以防止不均匀的土基沉陷引起板的开裂,2、分类：,按平面位置：横缝和纵缝,按功能：胀缝、缩缝和施工缝,胀缝：胀缝又称伸缝其缝垂直贯通全板断面。它,能使板体在升温时自由伸张面不致挤压破坏。,胀缝设置在接近桥梁或其它固定构筑物处、与柔性路面接触处、板厚改变处、小半径平曲线和凹型竖曲线纵坡变换处。,横向缩缝：采用假缝。在特重交通公路上，缩缝宜设置传力杆。,纵向缩缝：采用假缝。当一次铺筑宽度小于路面宽度，应设置纵向施工缝。,传力杆：作用是将板边轮载传递一部分至另块板上，采用光面钢筋。,拉杆：防止由于混凝土的收缩产生接缝变宽和板的横向位移,四、填 缝 料,1、胀缝板：选用能适应混凝土板的膨胀收缩和耐久性良好的材料，如杉木板、纤维板、泡沫橡胶板或泡沫树脂板等。,2、填缝料：选用与混凝土板粘结力强、回弹性好，耐疲劳、不渗水和不溶于水，高温不溢出，低温不脆裂的材料。常用的有沥青橡胶，聚氯乙烯胶泥和沥青玛蹄脂等加热施工型填缝料。若不加热而常温施工，可使用氯丁橡胶或乳化沥青橡胶类填缝料。,第二节 水泥混凝土路面的施工,一、使用材料,1、水泥,特重和重交通路面：道路硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，标号不低于425号。,中、轻量交通路面：条件限制时亦可采用不低于425号矿渣水泥但应严格控制水量，适当延长搅拌时间。,施工时不能采用硫酸盐水泥。,粉煤灰：可代替部分水泥,路面电收尘、级，路基：电收尘、级,抗压强度和抗折强度：表2-9-7,化学成分和物理指标：表2-9-8,粉煤灰分级和质量标准：表2-9-9,2、粗集料,碎石或卵石,高速公路、一级、二级公路：不低于级,三级、四级公路：不低于级,技术指标：表2-9-10,颗粒级配：表2-9-11,3、细集料,天然砂、机制砂或混合砂,高速公路、一级、二级公路：不低于级,三级、四级公路：不低于级,特重和重交通路面：河砂,技术指标：表2-9-12,颗粒级配：表2-9-13,4、水,拌制和养护混凝土使用的水，以饮用水为宜。工业废水，沼泽水，海水(含盐量超过5mg/mm,3,)、酸性水(PH值小于4)和硫酸盐含量大于2.7吨/m3的水均不能使用。,5、外加剂,分类：减水剂、缓凝剂、加气剂和早强剂等,适用范围：,高温：引气缓凝减水剂,低温：引气早强减水剂,二、水泥混凝土配合比设计,1、技术指标,1）弯拉强度,（t见表2-9-15，C,v,见表2-9-16）,2）工作性：表2-9-17，表2-9-18,坍落度、振动粘度系数,3）耐久性：表2-9-19，表2-9-20,含气量、最大水灰比、最小水泥用量,2、配合比设计,（1）水灰比,碎石或碎卵石混凝土：,卵石混凝土：,掺粉煤灰,F：,用 代替,（2）砂率：砂率是砂占混凝土重量的百分数,由砂的细度摸数和粗骨料类型确定（表2-9-21）,（3）单位用水量,碎石：,卵石：,掺外加剂的单位用水量,（4）单位水泥用量,三、施工技术,1、水泥混凝土路面的施工机械,（1）搅拌设备：搅拌机,（2）摊铺设备：滑模式摊铺机、轨道式摊铺机、三辊轴机组和,小型机具,滑模式摊铺机：,A、定义：滑模式摊铺设备是安装在履带底盘上，行走装置在模板外侧移动，支撑侧边的滑动模板沿机械长度方向安装。,B、用途：高速、一、二级公路,轨道式摊铺机：,A、定义：轨道式摊铺机是支撑在平底型轨道上的，它既可以在宽基钢边架上，也可以安放在预制的混凝土板上或补强处理后的路面基层上。,B、用途：一、二、三级公路,三辊轴机组用于二、三、四级公路，小型机具用于三、四级公路,（3）机具及配套（表2-9-23、表2-9-23）,2、主要工序,1）放样清底,2）安装模板,3）安设传力杆,4）拌制和运送混凝土,5）摊铺振捣,6）表面整修,7）养生,8）锯缝和填缝,四、水泥混凝土的质量控制和检查验收,1 水泥混疑土混合料的组成材料(粗细集料、水泥和水)的技术性能度。,2基层的强度、密实度、平整度和施工厚度。,3面层的强度、密实度、平整度和施工厚度(标高)。,4及时测定7d龄期的试件强度，检查是否达到28d强度的70。,5 施工气温、机械、劳力和工作进度。,水泥混凝土路面竣工后其外观应路线顺直，曲线圆滑，平整坚实，表面粗糙，无蜂窝麻面和缺边、掉角等现象。,第三节 水泥混凝土路面的设计,一、路面类型选择和结构组合,类型：普通混凝土、钢纤维混凝土、预应力混凝土，碾压混凝土和贫混凝土。,表面构造深度（表2-9-26）,面层类型选择：,一般路面：普通混凝土,有不均匀沉降：钢筋混凝土,其它：表2-9-27,基层类型：表2-9-28,基层厚度：表2-9-29,混凝土路面最小防冻厚度：表2-9-30,混凝土路面参考厚度：表2-9-31,二、设计参数,1可靠度设计标准,可靠度：规定时间内规定条件下路面使用功能满足预定的水平要求。（表2-9-33，表2-9-34）,变异水平：高、中、低（表2-9-32）,2、标准轴载换算和累计作用次数,水泥混凝土路面设计以单轴荷载100kN为标准轴载，以BZZ100表示。,各级轴载P,i,的作用次数N,i,按下式换算为标准轴载P,0,的作用次数N,s,：,设计年限内标淮轴载累计作用次数N,e,3交通分级和设计使用年限,高速公路 30年,一级公路 30年,二、三、四级：20年,3基层顶面的当量回弹模量,新路设计时，基层顶面当量回弹模量E,t,可根据土基模量E,0,和基(垫)层模量E,l,用双层弹体系理论求得，亦可查图确定,在旧柔性路面上铺筑水泥混凝土路面时，原柔性路面当量回弹弯沉值E,t,4混凝土设计强度和弯拉弹性模量,混凝土的设计强度以龄期28d的弯拉强度为标准。,5 混凝土面板内最大温度梯度,三、板的平面尺寸和厚度计算,1、板的平面尺寸,纵向：4.5m,横向：6m,临界荷位：纵缝边缘中部,2水泥混凝土板厚计算,计算水泥混凝板厚时，应根据拟定的板的平面尺寸，首先初估板的厚度，然后进行荷载应力和温度应力计算：算出作用应力总和并与板的容许应力进行对比，若满足规定条件，则初估厚度即为设计板厚。否则改变板厚，重新计算至符合规定为止。,(1)荷载应力计算,标准轴载P。在临界荷位处产生的荷载疲劳应力,pr,。的计算公式如下：,允许值,计算值,(2)温度应力计算,在混凝土板边缘中点处由于温度梯度的作用产生的温度应力,板温度翘曲应力系数值,（3）混凝土路面结构极限设计状态,pr：,行车荷载疲劳应力（MP）,tr：,温度梯度疲劳应力（MP）,f：,可靠度系数,