各类公路路基路面的设计书

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1、各类公路路基路面的设计方案一、设计原始资料公路自然区划11区拟建一条双车道二级公路，该地区为粘性土，粘稠度1.0,山 岭重丘区。沿线的工程地质及水文地质良好。山体附近有许多采石厂，矿石材料丰富， 其他材料均需外购。依附录1：表1.1.1-1.1.3，拟定设计时速为40km/h，路基宽度 为8.5m。车道宽度为3.5米，土路肩0.75m，无硬路肩。路面宽度范围内交通调查得 到交通组成见表一，在使用期内交通量的年平均增长率为4%。表一预测该路竣工后第一年的交通组成车型解放CAT0B东风EQ-140日野KB222黄河JN-150小汽车辆/日1500140075651400二、路基横断面设计 根据公路

2、工程技术标准和公路路基设计规范规定，设计路基横断面形式 如下：(1) 行车道宽度：2X3.5m(2) 硬路肩宽度：2X0.75m(3) 路基总宽度：8.5m(4) 路基填筑高度拟为3m，边坡率为1.5,边沟底宽和深度均为04m850075D,13500:500.750L1三、混凝土路面设计3.1交通分析3.1.1混凝土路面设计基准期 由附录2：表2.1.1可靠度计算指标，三级公路混凝土路面设计基准期为20年； 3.1.2标准轴载及轴载当量换算水泥混领土路面结构设计以100KN单轴-双轮组荷载为标准荷载。不同轴-轮型 和轴载的作用次数，应按N =2 5 N旦丫s i iI 100丿i=1式中：N

3、100KN的单轴一双轮组轴载的通行次数Sp各类轴一轮型i级轴载的总重in轴型和轴载级位数N各类轴一轮型i级轴载通行次数；i5 轴-轮型系数；i单轴双轮组：5 =1i单轴一单轮组：5 =2.22X 103P -0.43i双轴一双轮组：5 =1.07X1O-5P -0.22i三轴一双轮组：5 =2.44X10-8P -0.22由已知交通组成资料计算的各轴载当量次数如下表车型轴重pi轴一轮型交通组成N当量 轴(KN)系数5i5NPi（辆/日）ii100 丿解放前轴19.40620.2914500.00CA-10B后轴60.85114500.51东风前轴23.70569.1315000.00EQ-14

4、0后轴69.2115004.15日野前轴50.20412.15350.23KB222后轴104. 313568.65黄河前轴49.00416.46300.14JN-150后轴101.6013038.67合计Ns112.35注：小汽车和轴载小于 40KN 的特轻轴重对结构影响忽略不计，不纳入当量换算。3.1.3 标准轴载及轴载当量作用次数 Ne由附录 2 表 2.1.1 可靠的设计标准得：该三级公路设计基准期 20 年，安全等级 为四级。由表2.1.2，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取0.62。交通量年平均增 长率为 4%。所以设计基准期内混凝土面板临界荷位处所承受的标准轴载累计当量作用次数：

5、N xk + g )11= Srgrx 365=112.35x+ O.O4o -10.04-x 365 x 0.62 = 757102（次） 式中：N 100KN 的单轴双轮组标准轴载的通行次数； st设计基准期（年）g 交通量年平均值； r临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数。3.1.4 混凝土路面交通等级划分该设计车道标准轴载累计Ne=75.7102X 104（次），依据附录2：表2.1.3得路面交通 等级为中等。3.2 初拟路面结构3.2.1 路面厚度及材料设计由表 2.1.1 可靠度设计标准可知，安全等级为四级的道路对应的变异水平等级为 中高级。根据三级公路中交通等级和中级变异水平等级，查

6、表 2.2.1 得水泥混凝土 面层厚度参数范围200mm230mm，初拟面层厚度为220mm。根据中等交通等级查表 2.2.2和表2.2.3,基层选用水泥稳定粒料（水泥用量5%），厚度220mm。垫层为150mm 低剂量无机结合料稳定土，见图一。普通混凝土的平面尺寸为宽3.5m，长4.0m。纵 缝为设拉杆平缝，横缝为设传立杆的假缝。水泥混凝土路面h1 = 22D水泥稳定粒料基层h2 = 18 0石灰粉煤灰垫层h3二15 0一S 1：路面结构图单位：mm）3.2.1 接缝设计1、纵向接缝的布设应视路面宽度和施工铺筑宽度而定;（1）一次铺筑宽度小于路面宽度时，应设置纵向施工缝。纵向施工缝采用平缝

7、形式，上部应锯切槽口，深度为30一40mm，宽度为3一8mm,槽内灌塞填缝料，构造 如图二所示；因混凝土板块小于4.5m，故可不必考虑设置纵向缩缝。（2）纵缝应与路线中线平行。在路面等宽的路段内或路面宽度路段的等宽部分，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。（3）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，可参照附表2：表2.2. 4取用14X700X600。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

8、离不得小于 100mm。（4）连续配筋混凝土面层的纵缝拉杆可以由板内横向钢筋延伸穿过接缝代替。2、横向接缝设计（1）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，应采用加传立杆的平缝形式，其结 构如图三a）所示；设在胀缝处的施工缝，其构造与胀缝相同。遇有困难需设在缩缝 之间时，施工缝采用设拉杆的企口缝形式，其构造如图三b）所示。SC7S1)图5.2.2横向缩缝构造（尺寸单位：mm）小设传力杆假缝型；b）不设传力杆假缝舉（2）横向缩缝可等间距或变间距布置，采用假缝形式。本公路属非特重和重交通公路，故可采用不设传立杆假缝形式，其构造如

9、图四所示。-7,J1T j(3) 横向缩缝顶部应锯切槽口，深度范围为44-55mm，取50mm，宽度为3-8mm，槽 内填塞填缝料。(4) 在邻近桥梁或其他固定构造物处或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。低温浇筑混凝土面层或选用膨胀性高的集料时，宜酌 情确定是否设置胀缝。胀缝宽20mm，缝内设置填缝板和可滑动的传立杆。胀缝的构 造如图五所示。1i因也昌矽洒収寸单復初o&CKkrg的小童千牺凶n松京谢城门炒，埠於怕右J*知(5) 传立杆应采用光面钢筋。其尺寸和间距可按附录2：表2.2.5选用28X400X300。 最外层传立杆距纵向接缝和自由边的距离为 150-

10、250mm。3.3 路面材料参数确定3.3.1 混凝土面层参数按附录 2：表 2.3.1 和表 2.3.2，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为 f 为 r5.0MPa,相应弯拉弹性模量标准值E为31MPa。c3.3.2 土基参数按表2.3.3中湿路基床顶面回弹模量经验参考值，自然区划I区粘性土路基回弹模 量 E 取 25MPa103.3.3 基层、垫层参数按表 2.3.4 垫层和基层材料回弹模量经验参考值范围，水泥稳定粒料基层回弹模量 E取1300MPa，低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量E取600MPa123.3.4 基顶当量回弹模量确定（1）基层和垫层的当量的回弹模量h2E + h2EO.

11、I82 x 1300 + 0.152 x 600E2 2 二二 1013.1MPaXh 2 + h 20.182 + 0.15211(2) 基层和垫层的当量弯曲刚度：D=XE h 3 E h 3(h + h+ + 1212124=1300 X 83 + 600 X 53 +1212(1 1 )+I EH E H 丿1 1 2 2618 + 0.15(-1-1+(1300 x 0.18 600 x 0.15 丿=2.57 MNgm（3）基层和垫层的当量厚度：h = 3.12D /E = 312x2.57/1013.1 = 0.312mxXX（4）回归系数啊 a、b：(E A-0.451013.1

12、 A-0.45a = 6.221 -1.511 -x= 6.221 -1.51(E丿Lv 0 y(25丿= 4.44A-0.55E1 -1.44 -x (-0丿=1-1.441013.1 -a55(25丿= 0.81所以基层顶面的当量回弹模量：= ah b Ex0(EX(-0A1/ 3丿=4.44 x 0.3120.81 x 25 x1013.1 丫(25丿=148.420MPa式中：E0路床顶面的回弹模量（MPa）；El、E2分别是基层和垫层的回弹模量（MPa）；hl、h2一分别是基层和垫层的厚度（m）；3.4 荷载疲劳应力3.4.1荷载应力计算ps（1）普通混凝土板的相对刚度半径：r 二

13、0.537 h盘化 / E 二 0.537 x 0.22 x 和31000 /148 .420 二 0.700 m 式中：h混凝土板的厚度（m）E水泥混凝土的弯拉弹性模量（MPa）；C匚一基层顶面的当量回弹模量（MPa）。（2）标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力：b = 0.077 r0.6h-2 = 0.077 x 0.7000.6 x 0.22-2 = 1.28MPaPS式中：r普通混凝土面层的相对刚度半径；h混凝土板的厚度（m）。342荷载疲劳应力。pr 因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数 Kr=0.89。 普通混凝土路面设计基准期内荷载应力累计疲劳应力系数K = Nv= 7

14、571020.057 = 2.163 fe式中： v 与混合料性质有关的指数，普通混凝土取0.057。根据公路等级三级，查附录 2：2.4.1 综合系数表，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏 影响的综合系数为 Kc=1.1。所以荷载疲劳应力b = K K K b = 0.89x2.163x 1.1x 1.28 = 2.710MPapr r f c ps3.5 温度疲劳应力3.5.1温度翘曲应力a计算tm由附表2： 2.5.1最大温度梯度标准值得，II区最大温度梯度取88 C/m。板长4m, l/r=4/0.700=5.714,混凝土板厚 h=0.22m,查图六得 Bx=0.6250JL00.S

15、0.80,41083m M1.380.305图六：温度应力系数Bx 所以最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力otma E hTc c gB2xlx 10-5 x31000x0.22x882x0.625 1.705MPa式中：a 混凝土的线性膨胀系数（1/ C）,通常可取为1 X10-/ C cE 一水泥混凝土的弯拉弹性模量（MPa）；Ch 混凝土板面层厚度（m）T 最大温度梯度（ C /m）gB X 综合温度翘曲应力和内应力作用的温度应力系数。3.7电算水泥混凝土路面设计3.7.1 水泥混凝土路面基本参数输入3.7.2 水泥混凝土路面验算鬥新运单童严.忑混凝土建刃设Lli序(HCPD1:三宙口

16、則綁龄1入F尢规对瞬密瞅广原尙數站丈件献卷蠶翳际先甲击右朝期；舊进面宾樂出届誕尽凝土画巨广胡筋務吐面豆广逞应闕土确钢纤纷混倉土观愿连溜总涓凝土両层瀚誘敲丄霜弩级巨菽蒲三変异水平需级1=禺二可宰盛翩|:刁丫交通分折车辆田卿数:生辆艮交通掺竝输丸.I?230誉籃应力析疏般岭扌笑常E也5W氓絹錨托底Qin)|D. 69讒护7各甘韻Q葫h型些玮A- drHMfis-D81更sfm:E宀3T : 86D5E5r 同 仏KV乙坯土曇瞬荫东星度帛验算赫准粘早备计作用赠怫釘昶I点纯瓯蘇箋爺二酚浪遂土汤点隔计隸詞轻入|直査文件退 帮血C平解顽堀存葩3.7.3水泥混凝土路面结果输出水泥混凝土路面设计设计内容公路等

17、级变异水平的等级可靠度系数面层类型新建单层水泥混凝土路面设计三级公路中级1.07普通混凝土面层序号路面行驶车辆名称单轴 单轮 组的 个数轴载 总重 (kN)单轴 双轮 组的 个数轴载 总重 (kN)双轴 双轮 组的 个数轴载 总重 (kN)三轴 双轮 组的 个数轴载 总重 (kN)交通 量1解放CB-10B119.4160.85000014502东风EQ-140123.7169.2000015003日野KB222150.21104.30000354黄河JN-1501491101.6000030基（垫）层类型新建公路土基上修筑的基（垫）层层位基（垫）层材料名称厚度（mm）回弹模量（MPa）1水泥

18、稳定粒料18013002石灰粉煤灰土1506003土基25行驶方向分配系数 1轮迹横向分布系数 0.62混凝土弯拉强度 5.0 MPa混凝土面层板长度 4 m面层最大温度梯度88 oC/m车道分配系数 1交通量年平均增长率 4混凝土弯拉模量 31000 MPa地区公路自然区划II接缝应力折减系数 0 .89基层顶面当量回弹模量 ET= 148.420MPaHB= 220 r=0 .700 SPS= 1.28 SPR= 2.71BX=0 .63 STM= 1.71 KT= 0.76 STR= 1.30SCR= 3.71 GSCR= 3.98 RE=-11.78 %设计车道使用初期标准轴载日作用次

19、数 : 115 路面的设计基准期 : 20 年设计基准期内标准轴载累计作用次数 : 757102 路面承受的交通等级 :中等交通等级 基层顶面当量回弹模量 : 148.4MPa 混凝土面层设计厚度 : 220 mm验算路面防冻厚度 :路面最小防冻厚度 500 mm 新建基（垫）层总厚度 330 mm 验算结果表明, 路面总厚度满足路面防冻要求 .通过对设计层厚度取整, 最后得到路面结构设计结果如下:普通混凝土面层220 mm水泥稳定砂砾180 mm石灰粉煤灰土150 mm土基四、沥青路面设计4.1交通分析4.1.1路面设计年限根据交通等级、公路在路网中的功能定位、当地国民经济发展需求以及以后投

20、资 条件等因数综合考虑，依照规范要求查附录3：表3.1.1各级公路沥青路面设计年限 三级公路设计年限为8年。4.1.2累计标准轴载当量轴次计算我国路面设计以双轮组单轴100KN为标准轴载。以BZZ-100表示。（1）采用弯沉值和沥青层的层底弯拉应力为设计指标1）各级轴载按下式换算成标准轴载P的当量轴次N（A 4.35N = i C - C - n 匕12 i Pi=1V 丿式中：N 一标准轴载当量轴次（次/日）；n各种被换算车辆的作用次数（次/日）；iP各种被换算车型的轴载（KN）；iC 轴数系数；1C轮组系数，双轮组为1,单轮组为6.4,四轮组为0.38。2当轴间距大于3m时，轴数系数等于轴

21、数m；当轴间距小于3m时，双轴或多轴的轴数系数C =1+1.2 （m-1）。1由已知交通组成资料计算各轴载当量换算次数如下表：车型轴载Pi(KN)轴 数轮组数轮组数C1轮组系数C2交通量ni当量轴C - C - n 112/ V J(次/日) 4.35解放CB-前轴19.401单16.414500.00后轴60.851双111450167.07东风EQ-1 前轴23.701单16.415000.00后轴69.21双111500302.38日野前轴50.201单16.43511.18KB222后轴104.31双113542.03黄河前轴49.001单16.4308.62JN-150后轴101.6

22、01双113032.14合计N563.42注：小汽车和轴载小于40KN的特轻轴重对结构影响忽略不计，不纳入当量换算。2）设计年限内累计当量标准轴载数已知设计年限t为8年，设计年限内交通辆平均增长率r为4%,查表3.1.2车道 系数表，对双向车道取车道系数n=065。所以设计年限内一个车道通过的累计当量标准轴次“I + r） -11365I + 0.04、- J“ “N =N xq =x365x563.42x0.65 = 1.23x 106 （次）er10.042）采用半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标1）各级轴载按下式换算成标准轴载P的当量次数NN =芳 C - C - n p12 i P

23、i=1v 丿式中：n各种被换算车辆的作用次数（次/日）；iP各种被换算车型的轴载（KN）;iC 轴数系数；1C轮组系数，双轮组为1,单轮组为18.5，四轮组为0.09。2当轴间距大于3m时，轴数系数等于轴数m；当轴间距小于3m时，双轴和多轴的轴数系数C =1+2 （m1）。1由已知交通组成资料计算的各轴载当量换算成次数如下表：车型轴载Pi(KN)轴 数轮组数轮组数C1轮组系数C2交通量ni当量轴(p A8C - C - n p12儿P丿(次/日)解放CB-前轴19.401单118.514500.00后轴60.851双11145027.26东风EQ-1 前轴23.701单118.515000.0

24、0后轴69.21双11150078.88日野KB222前轴50.201单118.5352.61后轴104.31双113549.02黄河JN-150前轴49.001单118.5301.84后轴101.601双113034.06合计N193.67注：小汽车和轴载小于40KN的特轻轴重对结构影响忽略不计，不纳入当量换算。2）设计年限内累计当量标准轴载数已知设计年限t为8年，设计年限内交通辆平均增长率r为4%,查表3.1.2车道 系数表，对双向车道取车道系数n=065。所以设计年限内一个车道通过的累计当量标准轴次+ r365- N 勺=k十0.041X365X 193.67 x0.65 = 0.205

25、x 10610.04次）4.1.3交通等级两种设计指标计算出的累计标准轴次最大值N =1.23X 106 （次），查表3.1.3沥青 e路面交通等级得本沥青路面交通等级为轻交通。4.2初拟路面结构根据结构层最小施工厚度、材料、水文、交通量以及施工机具的功能等因数，查 表3.2.1、3.2.2,初步确定路面结构与各层厚度如下：2cm沥青表面处治，石灰稳定 碎石基层+20cm级配砂砾垫层，以石灰稳定碎石为设计层。4.3 路面设计弯沉值根据公路沥青路面设计规范8.0.3 规定，高速公路、一级公路、二级公路的路面 结构，以路表面回弹弯沉值、沥青混凝土层的层底弯拉应力及半刚性材料层的层底弯 拉应力为设计

26、指标。三级公路、四级公路的路面结构以路表面设计弯沉值为设计指标。 有条件，对重载交通路面宜检验沥青混合料的的抗剪切强度。本工程属轻交通辆的三级公路，故只需以路表面设计弯沉值为设计指标。 路面设计弯沉值是表特征路面整体刚度大小的指标，是路面厚度计算的主要依 据，是路面厚度的主要依据。路面设计弯沉值应依据公路等级、在设计年限内累计标 准轴次、面层和基层类型综合确定。路面设计弯沉值：I =600N-0.2AAA=600X(1.23X1O6)-o.2X1.2X1.1X1.O=47.95(0.01mm)d e C S B式中：A公路等级系数，高速公路、一级公路1.0,二级公路为1.1,三、四级公路为1.

27、2；CA 面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0,热拌沥青碎石、冷拌沥青碎石、上拌下S贯或贯入式路面、沥青表面处治为 1.1；A 路面结构类型系数，刚性基础、半刚性基层、沥青路面为1.0，柔性基层沥青路B面为1.6，若基层由半刚性材料层与柔性材料层组合而成，则A介于两者之间通过线B性内插决定。4.4 路面结构厚度设计参数路面结构厚度的确定应满足结构整体刚度(即承载力)与沥青层或半刚性基层、 底基层抗疲劳开裂的要求。对轻交通量三级公路，要求轮隙中心处路表计算弯沉值 I 应小于或等于设计弯沉s值 I ，即 I I 。d s d路表计算弯沉值 I 计算:s路标计算弯沉值 I 计算：sI = 1000F

28、sEc12n-1F = 1.63S、0.38 ( E )0.36I20008丿h h Th E EE ) J，常寸盒E3 E式中：p、8 标准车型的轮胎接地压强（MPa）和当量圆半径（cm）；aC 理论弯沉系数；E0获En 土基抗压回弹模量值（MPa）；E1, E2, E3 各层材料抗压回弹模量（MPa）；h ,h ,h 一各结构层厚度（cm）。12 n -1沥青表面处治层抗压模量参考沥青贯入式，查表 3.2.2 沥青混合料设计参数，取 沥青表面处治20 C抗压模量为400MPa。石灰稳定碎石基层取石灰碎石土，查表 3.2.3 基层、底基层材料设计参数，取石 灰碎石抗压模量为 1000MPa。

29、级配砂砾垫层抗压模量查表 3.2.3，取 200MPa。图集抗压模量查公路沥青路面设计规范表F.0.3二级自然区划各土组土基回弹模 量参考值，由公路自然区划I 区、粘性土、稠度1. 0得土基抗压模量为25MPa4.5 电算沥青路面设计4.5.1 沥青路面设计参数第1段115确X-UI&沥青躍丙结枪参藏域入窗口4.5.2 沥青路面验算旦 術育匪STi宰说恒卡陌说拉应力计初序(HLS :主匿口去路等级|三级埜路d交通亘路面菇肉层数面层奘戦频I-1基层类型系数r各站枸层谡计參蟹输義.fe宕 件！忡上一 又畫 据賂霞 1鬻 存(清文井老I频据存盘计聲I查宵文件沥青览直-百讦宦序(HMPD)主巒口原始数

30、抽辅耳厂总人机对话褪盘输瓜设计类型廉新建路画谡计賂面卷魏输入.申先单击“劇g存盘”按田C: llh 总吕元 iDm * top I 蠶盟.tjct数拆存盘计 茸I宜看文件4.5.3沥青路面验算轴载换算及设计弯沉值计算序号车型前轴重(kN)后轴重(kN)后轴数后轴轮组 数后轴距(m)交通量1解放CA10B19.460.851双轮组14002东风EQ14023.769.21双轮组14003日野KB22250.2104.31双轮组404黄河JN15049101.61双轮组40设计年限 8车道系数 .65交通量平均年增长率5 路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 580 设计年限内一个车道上累计当量轴次

31、 : 1314005公路等级 三级公路公路等级系数 1.2 面层类型系数 1.1 基层类型系数 1路面设计弯沉值 : 47.3 (0.01mm)新建路面结构厚度计算公 路 等 级 : 三级公路新建路面的层数 : 3标 准 轴 载 : BZZ-100路面设计弯沉值 : 47.3 (0.01mm)路面设计层层位 : 2设计层最小厚度 : 15 (cm)层位 结构 层材 料名 称1 沥青表面处治2 石灰碎石土3 级配砂砾厚度(cm)抗压模量(MPa)2400?100020200254 土基按设计弯沉值计算设计层厚度 :LD= 47.3 (0.01mm)H( 2 )= 35 cmH( 2 )= 40

32、cmLS= 47.5 (0.01mm)LS= 41.2(0.01mm)路面设计层厚度 :H( 2 )= 35.验算路面防冻厚度 :2 cm(仅考虑弯沉)路面最小防冻厚度50 cm验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 .通过对设计层厚度取整, 最后得到路面结构设计结果如下:沥青表面处治2 cm石灰碎石土36 cm级配砂砾20 cm土基竣工验收弯沉值计算公 路 等 级 : 三级公路新建路面的层数 : 3标 准 轴 载 : BZZ-100层位 结 构 层 材 料 名 称1 沥青表面处治2 石灰碎石土3 级配砂砾4 土基厚度(cm)抗压模量(MPa)24003610002020025计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 :第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 46.1 (0.01mm)第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 47.5 (0.01mm)第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 270.5 (0.01mm)土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 454.6 (0.01mm) (根据“基层施工规范”第88页公式)LS= 372.6 (0.01mm)(根据“测试规程”第56页公式)