高速公路沥青路面设计实例

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1、高速公路沥青路面设计实例一、设计资料：本公路等级为高速公路，经调查得，近期交通量如下表所示。交通量年平均 增长率为9.5%，设计年限为15年，该路段处于W区。2二、交通分析：轴载分析路面设计以 BZZ-100 为标准轴载。1、以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次（1）累计当量轴次车型P. （KN） iC1C2i （次 /日）CCn f Pf12P 丿小客车前轴16.516.4675017.0427后轴23.011675011.2933中客车SH130前轴25.5516.4200033.8345后轴45.1011200062.6178大客车CA50前轴28. 7016.412

2、5035.0652后轴68.20111250236.522小货车BJ130前轴13.4016.442504.33985后轴27.4011425015.2266中货车CA50前轴28. 7016.4150042.0782后轴68.20111500283.827中货车EQ140前轴23.7016.4212525.9235后轴69.20112125428.371大货车JN150前轴49.0016.42125610.79后轴101.601121252276.91特大车日野KB222前轴50.2016.41500478.997后轴104.301115001801.47拖挂车 五十铃前轴60.0016.4

3、187.5130.059后轴100 （3 轴）31187.5562.5N =工CCn （斗,=1 1 2儿P丿4.357056.875注：轴载小于 25KN 的轴载作用不计。（2）累计当量轴次根据公路沥青路面设计规范，高速公路沥青路面的设计年限取 15 年，六车道的车道系数n取0.30.4,取0.3。交通量平均增长率为9.5%。2、验算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次（1）轴载换算车型P.（KN） iC1C2N. （次/日） iCC n （丫12 i 1 P 丿小客车前轴16.5118.567500.0686后轴23.01167500.05286中客车SH130前轴25.55118.520

4、000.67194后轴45.101120003.42328大客车CA50前轴28. 70118.512501.06448后轴68.2011125058.5039小货车BJ130前轴13.40118.542500.00817后轴27.401142500.13502中货车CA50前轴28. 70118.515001.27737后轴68.2011150070.2047中货车EQ140前轴23.70118.521250.39131后轴69.20112125111.74大货车JN150前轴49.00118.52125130.647后轴101.601121252412.73特大车日野KB222前轴50.2

5、0118.51500111.916后轴104.301115002100.71拖挂车 五十铃前轴60.00118.5187.558.2617后轴100 （3 轴）31187.5562.5N = C C n r一 I2、P 丿5624.304注：轴载小于50KN的轴载作用不计 （2）累计当量轴次根据公路沥青路面设计规范，高速公路沥青路面的设计年限取15 年，六车道的车道系数n取0.30.4,取0.3。交通量平均增长率为9.5%。三、设计指标的确定1、计算设计弯沉值Ld该公路为高速公路，公路等级系数取1.0，面层为沥青混凝土，面层类型系数取1.0,半刚性基层，底基层总厚度大于20 cm，基层类型系数

6、取1.0。 设计弯沉值为：L = 6OON10, AAb = 600 X 23599286-0-2 X 1 X 1 X 1 = 20.12(0.01mm)2、抗拉强度结构系数py D对沥青混凝土面层Ac对无机结合料稳定集料类对无机结合料稳定细粒土类K = 0.45 X= 2.84B %四、设计计算(一) 干燥状态1、土基回弹模量的确定根据公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)中表5.1.4-1 “土基干湿状 态的稠度建议值”土质类型 ： 粉质土路基干湿状态： 干燥状态土基土质稠度： Wc = 1.10根据公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)中附表F.0.3 “二级自然区

7、划各土组土基回弹模量参考值 (MPa)”公路自然区划：W2区土基回弹模量： E = 48.5 MPa02、路面参数设计(1)确定路面等级和面层类型交通量设计年限内累计标准轴次N乂2 36X107次，由公路沥青路面设计e规范，该路交通等级为重交通，高速公路路面等级为高级路面，面层类型为沥青 混凝土。(2)结构组合与材料选取及材料设计参数确定根据公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)表4.1.3-1及附录E确定各层材料设计参数。层 位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa)劈裂强 度也(MPa)容许底层拉应力% =反(MPa)(20C)(15C)1细粒式沥青混凝 土414002000

8、1.40.382中粒式沥青混凝 土6120016001.00.273粗粒式沥青混凝 土890012000.80.24水泥稳定碎石设计层厚度待定160016000.50.215石灰粉煤灰碎石20150015000.70.36级配碎石202302303、确定设计层厚度利用设计程序计算出满足设计弯沉指标要求的水泥稳定碎石基层厚度为17cm (取整)。计算结果路面设计弯沉值(0.01mm)20.12路面结构的实测弯沉值(0.01mm)19.93818第1结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm)19.93818实际路面结构第1层底最大拉应力(MPa)0第2结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 实际路面结

9、构第2层底最大拉应力(MPa)21.708160第3结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm)24.57569实际路面结构第3层底最大拉应力(MPa)0第4结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 实际路面结构第4层底最大拉应力(MPa)28.635243.739316E-02第5结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm)15.58239实际路面结构第5层底最大拉应力(MPa).1280616第6结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm)168.4614设计控制层厚度(cm)16.3土基层顶面施工控制弯沉(0.01mm)192.0715满足要求。(二) 中湿状态1、土基回弹模量的确定根据公路沥青路面设计规范

10、(JTG D50-2006)中表5.1.4-1 “土基干湿状态的稠度建议值”土质类型： 粉质土路基干湿状态：中湿状态土基土质稠度： Wc = 1.00根据公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)中附表F.0.3 “二级自然区 划各土组土基回弹模量参考值 (MPa)”公路自然区划：W2区土基回弹模量： E = 42.5 MPa02、路面参数设计 (1)确定路面等级和面层类型交通量设计年限内累计标准轴次N二注2 36X107次，由公路沥青路面设计e规范，该路交通等级为重交通，高速公路路面等级为高级路面，面层类型为沥青混凝土。(2)结构组合与材料选取及材料设计参数确定根据公路沥青路面设计规范

11、(JTG D50-2006)表4.1.3-1及附录E确定各层材料设计参数。层 位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa)劈裂强 度(MPa)容许底层拉应力(Ft、啦二瓦(MPa)(20C)(15C)1细粒式沥青混凝 土4140020001.40.382中粒式沥青混凝 土6120016001.00.273粗粒式沥青混凝 土890012000.80.24水泥稳定碎石设计层厚度待定160016000.50.215石灰粉煤灰碎石20150015000.70.36级配碎石202302303、确定设计层厚度利用设计程序计算出满足设计弯沉指标要求的水泥稳定碎石基层厚度为19cm (取整)。计算结果路面设

12、计弯沉值(0.01mm)20.12路面结构的实测弯沉值(0.01mm)20.0985设计控制层厚度(cm)18.3第1结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm)20.0985实际路面结构第1层底最大拉应力(MPa)第2结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm)21.85131实际路面结构第2层底最大拉应力(MPa)第3结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm)24.6571实际路面结构第3层底最大拉应力(MPa)第4结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm)28.55338实际路面结构第4层底最大拉应力(MPa)3.899089E-02第5结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm)14.95647实际路面结构第5

13、层底最大拉应力(MPa).1245208第6结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm)183.7254土基层顶面施工控制弯沉(0.01mm)219.1875中表5.1.4-1“土基干湿状中附表F.0.3 “二级自然区满足要求。三)潮湿状态 1、土基回弹模量的确定根据公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006) 态的稠度建议值”土质类型： 粉质土路基干湿状态：中湿状态土基土质稠度： Wc = 0.90根据公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006) 划各土组土基回弹模量参考值 (MPa)”公路自然区划：W2区土基回弹模量： E = 36.5 MPa02、:面参数设计(1)确定:面等级和面层类

14、型交通量设计年限内累计标准轴次N二注2 36X107次，由公路沥青路面设计e规范，该路交通等级为重交通，高速公路路面等级为高级路面，面层类型为沥青 混凝土。(2)结构组合与材料选取及材料设计参数确定根据公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)表4.1.3-1及附录E确定各层材料设计参数。层 位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa)劈裂强 度也(MPa)容许底层拉应力 血弋(MPa)(20C)(15C)1细粒式沥青混凝 土4140020001.40.382中粒式沥青混凝 土6120016001.00.273粗粒式沥青混凝 土890012000.80.24水泥稳定碎石设计层厚度待定1

15、60016000.50.215石灰粉煤灰碎石20150015000.70.36级配碎石362302303、确定设计层厚度利用设计程序计算出满足设计弯沉指标要求的水泥稳定碎石基层厚度为 16cm (取整)。计算结果路面设计弯沉值(0.01mm)20.12路面结构的实测弯沉值(0.01mm)19.93864设计控制层厚度(cm)15.59999第1结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm)19.93864实际路面结构第1层底最大拉应力(MPa)0第2结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm)21.57448实际路面结构第2层底最大拉应力(MPa)0第3结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm)24.14809

16、实际路面结构第3层底最大拉应力(MPa)第4结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm)实际路面结构第4层底最大拉应力(MPa)027.675473.293055E-02第5结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 实际路面结构第5层底最大拉应力(MPa)14.30912.1202179第6结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm)118.0143土基层顶面施工控制弯沉(0.01mm)255.2184满足要求。4、防冻厚度验算根据公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)表5.2.4 “最小防冻厚度” 土质类型： 粉质土路基干湿状态：潮湿状态 路面结构材料层：稳定土类道路多年最大冻深：200cm路面

17、最小防冻厚度：6070cm 验算结果表明，路面总厚度满足防冻要求。(四)过湿状态1、土基回弹模量的确定根据公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)中表5.1.4-1 “土基干湿状 态的稠度建议值”土质类型： 粉质土路基干湿状态：中湿状态土基土质稠度： Wc = 0.8根据公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)中附表F.0.3 “二级自然区划各土组土基回弹模量参考值 (MPa)”公路自然区划：W2区土基回弹模量： E = 31.0 MPa02、路面参数设计(1)确定路面等级和面层类型交通量设计年限内累计标准轴次N 32.36X 107次，由公路沥青路面设计e规范，该路交通等级为

18、重交通，高速公路路面等级为高级路面，面层类型为沥青 混凝土。(2)结构组合与材料选取及材料设计参数确定根据公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)表4.1.3-1及附录E确定各层材料设计参数。层 位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa)劈裂强 度(MPa)容许底层拉应力ffs_陆=免(MPa)(20C)(15C)1细粒式沥青混凝 土4140020001.40.382中粒式沥青混凝 土6120016001.00.273粗粒式沥青混凝 土890012000.80.24水泥稳定碎石设计层厚度待定160016000.50.215石灰粉煤灰碎石20150015000.70.36级配碎石36

19、2302303、确定设计层厚度利用设计程序计算出满足设计弯沉指标要求的水泥稳定碎石基层厚度为19cm (取整)。计算结果路面设计弯沉值(0.01mm)路面结构的实测弯沉值(0.01mm)设计控制层厚度(cm)第1结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm)实际路面结构第1层底最大拉应力(MPa)第2结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm)实际路面结构第2层底最大拉应力(MPa)第3结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm)实际路面结构第3层底最大拉应力(MPa)第4结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm)20.1220.0900218.320.09002021.68821024.16145027.47129

20、3.479101E-02实际路面结构第4层底最大拉应力(MPa)第5结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm)实际路面结构第5层底最大拉应力(MPa)第6结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm)土基层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 满足要求。4、防冻厚度验算根据公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006) 土质类型： 粉质土 路基干湿状态：潮湿状态 路面结构材料层：稳定土类道路多年最大冻深：200cm13.69618.1146381127.1239300.499表5.2.4“最小防冻厚度”路面最小防冻厚度：6070cm 验算结果表明，路面总厚度满足防冻要求。五、确定结构层设计参数根据公路沥青路

21、面设计规范（JTG D50-2006）的建议值取定路面各结构层 适宜厚度，设计沥青混凝土路面方案如下，并按照上面方法进行验算符合要求。沥青路面结构层参数与方案建议路基状况结构层厚度（cm）适用状态细粒式沥青混凝土 AC-104中粒式沥青混凝土 AC-166粗粒式沥青混凝土 AC-258高填路堤干燥水泥稳定碎石（水泥用量5%）17石灰粉煤灰碎石（石灰用量8%）20级配碎石20细粒式沥青混凝土 AC-104中粒式沥青混凝土 AC-166桥梁防或透水封层2细粒式沥青混凝土 AC-104中粒式沥青混凝土 AC-166低路堤 明暗涵通中湿粗粒式沥青混凝土 AC-258水泥稳定碎石（水泥用量5%）19互通

22、闸道石灰粉煤灰碎石（石灰用量8%）20级配碎石20细粒式沥青混凝土 AC-104中粒式沥青混凝土 AC-166粗粒式沥青混凝土 AC-258路堑水泥稳定碎石（水泥用量5%）16潮湿石灰粉煤灰碎石（石灰用量8%）20级配碎石36细粒式沥青混凝土 AC-104中粒式沥青混凝土 AC-166隧道粗粒式沥青混凝土 AC-258防或透水封层2细粒式沥青混凝土 AC-104中粒式沥青混凝土 AC-166浸水路堤过湿粗粒式沥青混凝土 AC-258水泥稳定碎石（水泥用量5%）19过水路堑石灰粉煤灰碎石（石灰用量8%）20级配碎石36高速公路水泥混凝土路面设计实例、轴载换算水泥混凝土路面结构设计以 100KN

23、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，按下式换算为标准轴载的作用次数。1) ；5 - 2.22 x103P -0.43(2)ii5 - 1.07 x 10 -5 P -0.22ii3) ； 5 - 2.24 x 10 -8 P - 0.22(4)iiNs100KN 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；S 各类轴型i级轴载的作用次数；5i 轴-轮型系数，单轴-双轮组时，5i=1；单轴-单轮时，按式（2）计算;双轴-双轮组时，按式（3）计算；三轴-双轮组时,按式（4）计算。轴载换算车型

24、P. (KN)diN .（次/日）d N (P /100) 16i ii小客车前轴16.566567500后轴23.0167500中客车前轴25.5555120000SH130后轴45.10120000.0059大客车前轴28. 70524.212500CA50后轴68.20112502.7382小货车前轴13.40727.342500BJ130后轴27.40142500中货车前轴28. 70524.215000CA50后轴68.20115003.2858中货车前轴23.70569.121250EQ140后轴69.20121255.8757大货车前轴49.00416.521250.02347J

25、N150后轴101.60121252739.4177特大车日野前轴50.20412.115000.0244KB222后轴104.30115002941.9832拖挂车前轴60.00381.7187.50.0529五十铃后轴100 (3 轴)0187.50Ns = (100)165693.4073上表为双车道双向交通调查结果，取交通量年平均增长率为9.5%。小于 和等于40KN(单轴)和80KN (双轴)的轴载可略去。调查分析双向交通的分布情 况，选取交通量方向分布系数，一般取0.5，车道数为6，所以交通量车道分布 系数取0.6。Ns二刀0.5X0.6X5693.4073=1708.02 次查公

26、路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)，此路面属重交通，设计使 用年限为30年。由公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)取轮迹横向分 布系数为0.22，可计算得到设计年限内标准轴载累计作用次数N为:eN = N乜十一从365耳e9.5%=1708 02 x (1 + 9.5%) 30二 1x 365 X 0.22 = 19985088.9 次二、路面板厚度计算路基的强度和稳定性同路基的干湿状态有密切关系，并在很大程度上影响路 面结构的设计，路基按干湿状态不同，分为四类：干燥、中湿、潮湿和过湿。为 了保证路基路面结构的稳定性一般要求路基处于干燥或中湿状态，当处于过湿状态时，

27、路基不稳定，冰冻区春融翻浆，非冰冻区弹簧，路基经处理后方可铺筑路 面。下面对潮湿、中湿、干燥3种状态分别讨论。(一)干燥状态1、初拟路面结构查公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)表4.4.6,初拟普通水泥混 泥土路面层厚度为h=0.26m,基层选用水泥稳定碎石(水泥用量为5%),厚为 h =0.22m。底基层厚度为h =0.20m的级配碎石。普通水泥混凝土板的平面尺寸宽 12为3.75m,长为5.0m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆假缝。2、材料参数的确定(1)混泥土的设计弯拉强度与弹性模量按公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)表3.0.6，取普通混泥土面 层的弯

28、拉强度标准值f二5MPa，相应弯拉弹性模量标准值为E = 31GParc(2)土基的回弹模量参照公路水泥砼路面设计规范（JTG D40-2002）附录F,路基回弹模量取E = 42MPa。查附录F.2，水泥稳定粒料基层回弹模量取E二150CMPa,天然砂 01砾回弹模量取E2二250MPa。按式（B.1.5）计算基层顶面当量回弹模量如下：h2E + h2E0.222 x 1500 + 0.202 x 250112 2 934.389MPah 2 + h 2E h 3 E h 3(h + h J2 /D + 2 + 12(x 12124 Eh1500 x 0.223250 x 0.203 (0.

29、22 + 0.20、+x120.222 + 0.20211+)-1E h2121(1500 x 0.22 250 x 0.20 丿、-13.413MNmh i12 D h 3 x 3 E叵亘! - 0.353m:934.389a 二 6.221 -1.51A-0.45 6.22xf 934.389-0.451 -1.51 x丿(42丿二 1 1.44 x二 0.739(934.389 )0.55Ex(E、0二 3.895b 二 1 1.44厂 E0.55E ah b Etx( E0 丿 o 7E 1x42丿3=3.895 x 0.3530.739 x 42x(934.389 丫；0EI 0丿普

30、通混凝土面层的相对刚度半径按（B.1.3-2）计算为42丿=211.165 MPar 0.537显 1C = 0.537 7 0.26 x 2 0.735m t3、荷载疲劳应力计算按式（B.1.3）,标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为b 0.077r0.6h-2 0.077 x 0.7350.6 x 0.26-2 0.947MPaps因纵缝为设拉平缝，接缝传荷能力的应力折减系数k 0.87。考虑设计基准 r期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数k Nn - G9985088.9、057 2.601。 fe根据公路等级，由公路水泥砼路面设计规范（JTG D40-2002）附录B,考虑偏载和

31、动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数k 1.30c按式（B.1.2），荷载疲劳应力计算为b k k k b 0.87 x 2.601x1.30x0.947 2.791MPapr r f c ps4、温度疲劳应力由公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)表3.0.8,W区最大温度梯 度区88C/m。板长1 = 5m , l/r = 5/0.735 = 6.808由图B.2.2可查普通混凝土板 厚h = 0.26, b = 0.59,按式(B.2.2),最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应 x力计算为otma E hT c_cg B2 x1 x 10-5 xSI。x0.26x88 x0.

32、59 =22.057MPak -厶(o c5(2.0571.323atm-bx0.841 x-0.058totmL / Jr2.0571 5 J温度疲劳应力系数kt，按式(B.2.3)计算为=0.490再由式(B2.1)计算温度疲劳应力为o = k o = 0.490 x 2.057 = 1.009MPatr t tm5、可靠度计算由公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)表3.0.1,高速公路的安全等级为一级，相应于一级安全等级的变异水平等级为低级，目标可靠度为95%，再根据查的目标可靠度变异水平等级，查公路水泥砼路面设计规范(JTGD40-2002)表3.0.3,确定可靠度系数Y

33、二1.26 按式(3.0.3)r丫 C +o )= 1.26x(2.791+1.009)= 4.79MPa f 二 5.0MPar pr trr因而所选的普通混凝土面层厚度h = 026m，可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。(二)中湿状态1、初拟路面结构查公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)表4.4.6,初拟普通水泥混 泥土路面层厚度为 h=0.26m, 基层选用水泥稳定碎石(水泥用量为 5)，厚为 h =0.22m。底基层厚度为h =0.20m的级配碎石。普通水泥混凝土板的平面尺寸宽 12为3.75m,长为5.0m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆假缝。2、

34、材料参数的确定(1)混泥土的设计弯拉强度与弹性模量按公路水泥砼路面设计规范（JTG D40-2002）表3.0.6,取普通混泥土面层的弯拉强度标准值f -5MPa，相应弯拉弹性模量标准值为E = 31GPa rc（2）土基的回弹模量参照公路水泥砼路面设计规范（JTG D40-2002）附录F,路基回弹模量取E = 35MPa。查附录F.2，水泥稳定粒料基层回弹模量取E = 15OCMPa,天然砂 01砾回弹模量取E2 - 250MPao按式（B.1.5）计算基层顶面当量回弹模量如下:h2E +h2E0.222x1500+0.202x2501 122 - 934.389MPah 2 + h 2小

35、 E h 3 E h 3 (h + h D 1- + + 1 2x 121240.222 + 0.20211( +)-1Eh E h1 1 2 21500 x 0-223 + 250 x 0-203 +622 + 仮力 x12121(1500 x 0.22 250 x 0.20 丿-1-3.413MNm:叵迥I - 0.353m:934.389(E -0.45f 934.389 -0.45a = 6.221 -1.51x= 6.22 x1 -1.51 x(E丿、0 7(35丿b = 1 -1.44= 0.764=1 -1.44 x(934.389 -a55x(E -0.55x(E丿、0 7=

36、4.07835丿E = ah b EtxE、x-3( 934 389 -4.078 x 0.3530.764 x 35 x -35丿0EI 0丿普通混凝土面层的相对刚度半径按（B.1.3-2）计算为= 192.44MPaII o i rrrr - 0.537h3 ；-c - 0.537 x 0.26 x / 0.760m3 E3 192.44T t3、荷载疲劳应力计算按式（B.1.3）,标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为b 0.077r0.6h-2 0.077 x 0.7600.6 x 0.26-2 0.966MPaps因纵缝为设拉平缝，接缝传荷能力的应力折减系数k -0.87。考虑设计

37、基准 r期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数k - Nn = G9985088.9、057 - 2.601。 fe根据公路等级，由公路水泥砼路面设计规范（JTG D40-2002）附录B,考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数k = 1.30c按式(B.1.2),荷载疲劳应力计算为c = k k k o= 0.87 x 2.601 x 1.30 x 0.966 = 2.848MPapr r f c ps4、温度疲劳应力由公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)表3.0.8,W区最大温度梯 度区88C/m。板长1= 5m , l/r = 5/0.760 = 6.582由图B

38、.2.2可查普通混凝土板 厚h = 0.26加,b = 0.58,按式(B.2.2),最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应 x力计算为otma E hTc_cg B2 x1 x 10-5 x 31000 x 0.26 x 88 x 0.58 =22.057MPak f k =c5(2.0571.323atm-bx0.841 x-0.058totmL / Jr2.057L 5 J温度疲劳应力系数kt，按式(B.2.3)计算为= 0.490再由式(B2.1)计算温度疲劳应力为o = k o = 0.490x 2.057 = 1.009MPatr t tm5、可靠度计算由公路水泥砼路面设计规范(JTG

39、 D40-2002)表3.0.1,高速公路的安全等级为一级，相应于一级安全等级的变异水平等级为低级，目标可靠度为95%，再根据查的目标可靠度变异水平等级，查公路水泥砼路面设计规范(JTGD40-2002)表3.0.3,确定可靠度系数Y = 1.26 按式(3.0.3)r丫 C +o )= 1.26 x(2.848 + 1.009 )= 4.86MPa f = 5.0MPa r pr trr因而所选的普通混凝土面层厚度h = 026m，可以承受设计基准期内荷载应 力和温度应力的综合疲劳作用。(三) 潮湿状态1、初拟路面结构查公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)表4.4.6,初拟普通

40、水泥混 泥土路面层厚度为 h=0.26m, 基层选用水泥稳定碎石(水泥用量为 5)，厚为 h =0.22m。底基层厚度为h =0.20m的级配碎石。普通水泥混凝土板的平面尺寸宽 12为3.75m,长为5.0m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆假缝。2、材料参数的确定（1）混泥土的设计弯拉强度与弹性模量按公路水泥砼路面设计规范（JTG D40-2002）表3.0.6,取普通混泥土面层的弯拉强度标准值f -5MPa，相应弯拉弹性模量标准值为E = 31GPa rc（2）土基的回弹模量参照公路水泥砼路面设计规范（JTG D40-2002）附录F,路基回弹模量取E = 26MPa。查附录F.2，水泥稳

41、定粒料基层回弹模量取E = 1500MPa，天然砂 01砾回弹模量取 E2 = 250MPa 。按式（B.1.5）计算基层顶面当量回弹模量如下:h2E + h2E0.222 x 1500 + 0.202 x 250T 12 2 = 934.389MPah 2 + h 2E h 3 E h 3 (h + h J2 /D = 1- + + +2(0.222 + 0.2021 1 、+)tE h2x 12124 Eh1500 x 0.223250 x 0.203(0.22 + 0.20、=+x12h=x12阿= 0.353m+(1500 x 0.22 250 x 0.20 丿-1=3.413MNma

42、 = 6.22:934.3891 -1.51/ Ex(E、0-0.45= 6.22 x(934.389 -0.451 -1.51 x丿(26丿=1 1.44 x= 0.799(934.389 -a55= 4.346b = 1 - 1.44E = ah b Et x 026丿(E *3934.389 x= 3.895 x 0.3530.739 x 26 x(E J(26丿3= 162.09MPa普通混凝土面层的相对刚度半径按（B.1.3-2）计算为IE o丿I| (厂 E -0.55r = 0.537h3 ：E = 0.537 x 0.26 x 3、= 0.805m3 E3 162.09 t3、

43、荷载疲劳应力计算按式（B.1.3）,标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为b = 0.077r0.6h-2 = 0.077 x 0.8050.6 x 0.26-2 = 1.000MPaps因纵缝为设拉平缝，接缝传荷能力的应力折减系数k = 0.87。考虑设计基准 r期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数k = Nn =(19985088.9、057 = 2.601。fe根据公路等级，由公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)附录B,考虑偏 载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数k = 1.30c按式(B.1.2)，荷载疲劳应力计算为c = kkk o = 0.87 x 2.60

44、1 x 1.30 x 1.000 = 2.948 MPapr r f c ps4、温度疲劳应力由公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)表3.0.8,W区最大温度梯 度区88C/m。板长1 = 5m , l/r = 5/0.805 = 6.216由图B.2.2可查普通混凝土板 厚h = .26加,b = 0.57,按式(B.2.2),最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲x应力计算为otma E hTc_cB2 x1x 10-5 x 3100 x 0.26 x 88 x 0.57 =22.021MPak -厶c5(2.0211.323atm-b=x0.841 x-0.058totml /

45、Jr2.021l 5 J温度疲劳应力系数kt，按式(B.2.3)计算为=0.485再由式(B2.1)计算温度疲劳应力为o = k o = 0.485 x 2.021 = 0.979MPatr t tm5、可靠度计算由公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)表3.0.1,高速公路的安全等级为一级，相应于一级安全等级的变异水平等级为低级，目标可靠度为95%，再根据查的目标可靠度变异水平等级，查公路水泥砼路面设计规范(JTGD40-2002)表3.0.3,确定可靠度系数Y = 1.26 按式(3.0.3)r丫 C +o )= 1.26 x(2.948 + 0.979)= 4.94MPa f

46、 = 5.0MPar pr trr因而所选的普通混凝土面层厚度h = 026m，可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。三、连续配筋混凝土面层纵向配筋计算1、计算参数混凝土强度等级为C40,查表F. 5,得混凝土抗拉强度标准值f =3.5(MPa), t粘结刚度系数ks =34(MPa/mm)，连续配筋混凝土干缩应变J =O.OOO2。选用HRB335螺纹钢筋，直径为：16mm,查附录F.4,得到弹性模量Es二200GPa、屈服强度 sy =335MPa。2、横向裂缝间距计算按式(E.O.2-3)，混凝土温缩应力系数为f 3.5Xc =t= 0.212E (a AT + s )3

47、0000 x (1 x 10-5 x 35 + 0.0002)C C sh初拟配筋率P=O.7%，按式(E.O.2-2),计算钢筋贡献率为E甲=P SEC=0.007200 x10330000=0.0467由 Xc = 0.212和甲=0.0467，查图 E.O.2，得b = 6.0，代入式(E.0.2-1)中L = 2b 二2 X 6.0 二 1799(mm)二 1.80md 4k4 x 34_(1 + 申) (1 + 0.0467)d E16 x 200 x 103I S SL二1.80m满足横向裂缝间距1.02.5m的要求。d3、裂缝宽度计算根据钢筋贡献率为甲=0.0467和b = 6.

48、0，查图E.0.3,得裂缝宽度系数X = 0.83，按式(E.O.3)计算裂缝宽度为bb = (a AT + s )X L = (1x 10-5 x 35 + 0.0002) x 0.83 x 1.80 x 103 = 0.82(mm) 1mm j Csh b d4、钢筋应力计算根据钢筋贡献率为Q = 0.0467和b = 6.0，查图E.0.4,得钢筋温度应力系数X =3.8，按式(E.0.4)计算钢筋应力为stg = E (a ATX + a AT) = 200 x 103 x (1 x 10-5 x 35 x 3.8 + 9 x 10-6 x 35)S S C st S =329MPa

49、f = 335MPa sy5、钢筋间距或根数计算上述计算均满足要求，则初拟的纵向钢筋配筋率是合适的。钢筋间距为兀d2兀 X 0.0162s = 120(mm)4 ph 4 x 0.007 x 0.24或每延米纵向钢筋根数为1000 / 120=8.39 根。四、确定结构层设计参数根据公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)的建议值取定路面各结构层适宜厚度，设计水泥混凝土路面方案如下，并按照上面方法进行验算符合要求。水泥混凝土路面各种设计方案列表如下路基状态结构层层 厚(cm)干燥水泥混凝土面层26水泥稳定碎石基层22级配碎石底基层20中湿水泥混凝土面层26水泥稳定碎石基层20级配碎石

50、底基层20潮湿水泥混凝土面层26水泥稳定碎石基层22级配碎石垫层22五、板的平面尺寸 水泥混凝土路面设计采用矩形水泥混凝土板，纵向和横向接缝垂直相交，其纵向两侧的横缝不得互相错位。(1) 纵缝间距过宽容易产生纵向断裂，因而规范规定板宽不超过4.5m，由于 单侧行车道路面宽11.25m,故设计板宽取为3.75m。(2) 横缝间距取为5.0m，使混凝土板尽可能接近正方形，以改善受力状态。(3) 为使混凝土路面使用寿命较长，设计水泥混凝土板厚为20cm。六、接缝设计1、纵缝设计一次铺筑宽度为3.75m，设置纵向施工缝，纵向施工缝采用平缝形式，上部 应锯切槽口，深度为35mm，宽度为6mm，槽内灌塞填缝料。纵向缩缝：采用假缝形式，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，槽口深度应为纵向板施厚工的缝1/3；采用半刚性基层时，槽口深度 应为板厚的2/5。纵向缩缝（单位：mm）2、横向接缝 横向施工缝其位置尽可能选在缩缝或胀缝处。填料缝防锈涂料传力杆横向施工缝构造（单位：mm）图5-5横向施工缝页脚内容管位:mm）横向缩缝可等间距或变间距布置，采用假缝形式，顶部应锯切槽口，深度为面层厚度的1/5-1/4,宽度为6mm，槽内填塞填缝料。横向缩缝构造（单位：mm）图5-6横向缩缝构造（单位:mm）