公路水泥混凝土路面设计规范

1总则1．0．1为适应交通运输发展和公路建设的需要，提高水泥混凝土路面的设计质量和技术水平，保证工程安全可靠、经济合理，制定本规范。1．0．2本规范适用于新建和改建公路和水泥混凝土路面设计。1．0．3水泥混凝土路面设计方案，应根据公路的使用任务、性质和要求，结合当地气侯、水文、土质、材料、施工技术、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应包括结构组合、材料组成、接缝构造和钢筋配制等。水泥混凝土路面结构应按规定的安全等级和目标可靠度，承受预期的荷载作用，并同所处的自然环境相适应，满足预定的使用性能要求。1．0．4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。2术语、符号2．1术语2．1．1水泥混凝土路面cementconcretepavement以水泥混凝土做面层（配筋或不配筋）的路面，亦称刚性路面。2．1．2普通混凝土路面plainconcretepavement除接缝区和局部范围外面层内均不配筋的水泥混凝土路面，亦称素混凝土路面。2．1．3钢筋混凝土路面jointedreinforcedconcretepavement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。2．1．4连续配筋混凝土路面continuousreinforcedconcretepavement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。2．1．5钢纤维混凝土路面steelfiberreinforcedconcretepavement在混凝土面层中掺入钢纤维的水泥混凝土路面。2．1．6复合式路面compositepavement面层由两层不同类型和力学性质的结构层复合而成的路面。2．1．7水泥混凝土预制块路面concreteblockpavement面层由水泥混凝土预制块铺砌成的路面。2．1．8碾压混凝土rollercompectedconcrete采用振动碾压成型的水泥混凝土。2．1．9贫混凝土leanconcrete水泥用量较低的水泥混凝土。2．1．10设计基准期限designreferenceperiod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。2．1．11安全等级safetyclasses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。2．1．12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。2．1．13目标可靠度objectivereliability作为设计依据的可靠度。2．1．14可靠指标reliabilityindex度量路面结构可靠性的一种数量指标。2．1．15目标可靠指标objectivereliabilityindex作为设计依据的可靠指标。2．1．16可靠度系数reliabilitycoefficient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。2．2符号2．2．1作用及作用效应符号Ne——设计基准期内标准轴载累计作用次数Ns——标准轴载的作用次数P——轴载Ps——标准轴载w——弯沉εsh——干缩应变σpr——荷载疲劳应力σps——标准轴载的引力σs——钢筋应力σtm——最大温度梯度时的温度翘曲应力σtr——温度梯度疲劳应力2．2．2设计参数和计算系数符号Bx——温度应力系数Cv——变异系数Cx——温度翘曲应力系数gr——交通量年平均增长率kc——综合影响系数kf——荷载疲劳应力系数kj——接缝传荷系数kp——轴载当量换算系数kr——接缝传荷能力的应力折减系数ks——粘结刚度系数kt——温度疲劳应力系数ku——层间结合系数p——概率或频率Tg——混凝土面层最大温度梯度αc——混凝土线膨胀系数αs——钢筋线膨胀系数γr——可靠度系数δi——轴-轮型系数η——车辆轮迹横向分布系数λc——混凝土温缩应力系数λst——钢筋温度应力系数λb——裂缝宽度系数μ——面层与基层之间的摩阻系数ρ——配筋率ρf——钢纤维体积率φ——钢筋刚度贡献率2．2．3几何参数符号As——钢筋面积bj——裂缝缝隙宽度df——钢纤维直径ds——钢筋直径h——结构层厚度fl——钢纤维长度l——面层板长度Ld——裂缝间距2．2．4材料性能和混凝土板抗力符号D——面层的弯曲刚度Dg——双层混凝土面层的总弯曲刚度E——土基或基、垫导线材料回弹模量Ec——水泥混凝土的弯拉弹性模量Es——钢筋的弹性模量Et——基层顶面当量回弹模量fr——混凝土弯拉强度frm——混凝土配合比设计强度fsp——混凝土劈裂强度fsy——钢筋屈服强度ft——混凝土抗拉强度r——混凝土面层的相对刚度半径3设计依据3．0．1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、目标可靠指标和目标可靠度，应符合表3.0.1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3.01的建议选用。表3。0。1可靠度设计标准公路技术等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路安全等级一级二级三级四级设计基准期（a）30302020目标可靠度（％）95908580目标可靠指标1.641.281.040.84变异水平等级低低～中中中～高3．0．2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变化范围，应符合表3.0.2的规定。表3。0。2变异系数cv的变化范围变异水平等级低中高水泥混凝土弯拉强度、弯拉弹性模量cv≤0.100.10＜cv≤0.150.15＜cv≤0.20基层顶面当量回弹模量cv≤0.250.25＜cv≤0.35＜cv≤0.550.35水泥混凝土面层厚度cv≤0.040.04＜cv≤0.060.06＜cv≤0.083．0．3水泥混凝土路面结构设计以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态，其表达式采用式（3.0.3）。()prtrrf（3.0.3）式中：γr——可靠度系数，依据所选目标可靠度及变异水平等级按表3.03确定；σpr——行车荷载疲劳应力（Mpa），计算方法见附录B.1；σtr——温度梯度疲劳应力（Mpa），计算方法见符录B.2；fr——水泥混凝土弯拉强度标准值（Mpa），见3.0.6条。表3。0。3可靠度系数变异水平等级目标可靠度（％）95908580低1.20～1.331.09～1.161.04～1.08—中1.33～1.501.16～1.231.08～1.131.04～1.07高—1.23～1.331.13～1.181.07～1.11注：变异系数在表3.0.2所示的变化范围的下限时，可靠度系数取低值；上限时，取高值。3．0．4水泥混凝土路面结构设计以100KN的单轴-双轮组荷载作为标准轴载。不同轴-轮型和轴载的作用次数，按式（3.04-1）换算为标准轴载的作用次数。161100nisiiiPNN（3.0.4-1）30.432.2210iiP(3.0.4-2)或50.221.0710iiP(3.0.4-3)或80.222.2410iiP(3.0.4-4)式中：Ns——100KN的单轴-双轮组标准轴载的作用次数；Pi——单轴-单轮、单轴-双轮组或三轴-双轮组轴型i级轴载的总重（KN）；n——轴型和轴载级位数；iN——各类轴型i级轴载的作用次数；i——轴-轮型系数，单轴-双轮组时，i=1；单轴-单轮时，按式（3.0.4-2）计算；双轴-双轮组时，按式（3.0.4-3）计算;三轴-双轮组时,按式(3.0.4-4)计算。3．0．5水泥混凝土路面所承受的轴载作用，按设计基准期内设计车道所承受的标准轴载累计作用次数分为4级，分级范围如表3.0.5。表3。0。5交通分级交通等级特重重中等轻设计车道标准轴载累计作用次数Ne（104）＞2000100～20003～100＜3注：交通调查和分析及Ne计算，参照本规范附录A。3．0．6水泥混凝土的强度以28d龄期的弯拉强度控制。当混凝土浇筑后90d内不开放交通时，可采用90d龄期的弯拉强度。各交通等级要求的混凝土弯拉强度标准值不得低于表3。0。6的规定。表3。0。6混凝土弯拉强度标准值交通等级特重重中等轻水泥混凝土的弯拉强度标准值（Mpa）5.05.04.54.0钢纤维混凝土的弯拉强度标准值（Mpa）6.06.05.55.03．0．7在季节性冰冻地区，路面的总厚度不应小于表3.0.7规定的最小防冻厚度。表3.0.7水泥混凝土路面最小防冻厚度（m）路基干湿类型路基土质当地最大冰冻深度（m）0.50～1.001.01～1.501.50～2.00＞2.00中湿路基低、中、高液限粘土0.30～0.500.40～0.600.50～0.700.60～0.95粉土，粉质低、中液限粘土0.40～0.600.50～0.700.60～0.850.70～1.10潮湿路基低、中、高液限粘土0.40～0.600.50～0.700.60～0.900.75～1.20粉土，粉质低、中液限粘土0.45～0.700.55～0.800.70～1.000.80～1.30注：①冻深小或填方路段，或者基、垫层为隔湿性能良好的材料，可采用低值；冻深大或挖方及地下水位高的路段，或者基、垫层为隔湿性能较差的材料，应采用高值；②冻深小于0.50m的地区,一般不考虑结构层防冻厚度。3．0．8水泥混凝土面层的最大温度梯度标准值Tg，可按照公路所在地的公路自然区划按表3.0.8选用。表3.0.8最大温度梯度标准值Tg公路自然区划Ⅱ、ⅤⅢⅣ、ⅥⅦ最大温度梯度(℃/m)88～8390～9586～9293～98注：海拔高时，取高值；湿度大时，取低值。4结构组合设计4．1路基4．1．1路基应稳定、密实、均质，对路面结构提供均匀的支承。4．1．2高液限粘土及含有机质细粒土，不能用做高速公路和一级公路的路床填料或二级和二级以下公路和上路床填料；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，不能用做高速公路和一级公路的上路床填料。因条件限制而必须采用上述土做填料时，应掺加石灰或水泥等结合料改善。4．1．3地下水位高时，宜提高路堤设计标高。在设计标高受限制，未能达到中湿状态的路基临界高度时，应选用粗粒土或低剂量石灰或水泥稳定细粒土做路床或上路床填料；未能达到潮湿状态的路基临界高度时，除采用上述填料措施外，还应采取在边沟下设置排水渗沟等降低地下水位的措施。4．1．4路基压实度应符合《公路路基设计规范》（JTJ013）的要求。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，宜采用由轻型压实标准确定的压实度，并在含水量略大于其最传佳含水量时压实。4．1．5岩石或填石路床顶面应铺设整平层。整平层可采用未筛分碎石和石屑或低剂量水泥稳定粒料，其厚度视路床顶面不平整程度而定，一般为100～500mm。4．2垫层4．2．1遇有下述情况时，需在层基下设置垫层：——季节性冰冻地区，路面总厚度小于最小防冻厚度要求（表3.0.7）时，其差值应以垫层厚度补足；——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；——路基可能产生不均匀沉降或不均匀变形时，可加设半刚性垫层。4．2．2垫层的宽应与路基同宽，其最小厚度为150mm。4．2．3防冻垫层和排水垫宜采用砂、砂砾等颗粒材料。半刚性垫层可采用低剂量无机结合料稳定粒料或土。4．3基层4．3．1基层应具有足够的抗冲刷能力和一定的刚度。4．3．2基层类型宜依照交通等级按表4.3.2选用。混凝土预制块面层应采用水泥稳定粒料基层。表4.3.2适宜各交通等级的基层类型交通等级基层类型特重交通贫混凝土、碾压混凝土或沥青混凝土基层重交通水泥稳定粒料或沥青稳定碎石基层中等或轻交通水泥稳定粒料、石灰粉煤灰稳定粒料或级配粒料基层4．3．3湿润和多雨地区，路基为低透水性细粒土的高速公路和一级公路或者承受特重或重交通的二级公路，宜采用排水基层。排水基层可选用多孔隙的开级配水泥稳定碎石、沥青稳定碎石或碎石，其孔隙率约为20％。4．3．4基层