各类公路路基路面的设计书

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 拟建一条双车道二级公路，该地区为粘性土，粘稠度 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 定设计时速为 40km/h，道宽度为 ，土路肩 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 风 野 河 汽车 辆 /日 1500 1400 75 65 1400 二、路基横断面设计 根据公路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： 2 2) 硬路肩宽度： 2 3) 路基总宽度： 4)路基填筑高度拟为 3m，边坡率为 沟底宽和深度均为 2 三、混凝土路面设计 通分析 凝土路面设计基准期 由附录 2：表 靠度计算指 标，三级公路混凝土路面设计基准期为 20 年； 准轴载及轴载当量换算 水泥混领土路面结构设计以 100轴 同轴 按 161 10 0 式中： 100单轴一双轮组轴载的通行次数 各类轴一轮型 i 级轴载的总重 n 轴型和轴载级位数 各类轴 轮型 i 级轴载通 行次数； i 轴 单轴 双轮组：i=1 单轴 单轮组：i=103P 轴 双轮组：i=10三轴 双轮组：i=10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 轴 轮型 系数i交通组成 /日） 当量轴次i16100 解放 轴 450 轴 1450 风 轴 500 轴 1500 野 轴 5 轴 104. 3 1 35 河 轴 0 轴 30 3 ：小汽车和轴载小于 40特轻轴重对结构影响忽略不计，不纳入当量换算。 准轴载及轴载当量作用次数 附录 2 表 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 界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取 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： 0 g (次 ) 式中： 100单轴 双轮组标准轴载的通行次数； t 设计基准期（年）； 交通量年平均值； 临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数。 凝土路面交通等级划 分 该设计车道标准轴载累计 104（次），依据附录 2：表 路面交通等级为中等。 拟路面结构 面厚度及材料设计 由表 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，查表 水泥混凝土面层厚度参数范围 20030拟面层厚度为 220表 层选用水泥稳定粒料（水泥用量 5%），厚度 220层为 150机结合料稳定土，见图一。普通混凝土的平面尺寸为宽 缝为设拉杆平缝，横缝为设传立杆的假缝。 4 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形式，上部应锯切槽口，深度为 30 40度为 3 8内灌塞填缝料，构造如图二所示；因混凝土板块小于 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 100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 用 14 700 600。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 100 （ 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。 5 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。 6 （ 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，其构造如图四所示。 （ 3）横向缩缝顶部应锯切槽口，深度范围为 44 50度为 3 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 20内设置填缝板和可滑动的传立杆。胀缝的构造如图五所示。 7 （ 5）传立杆应采用光面钢筋。其尺寸和间距可按附录 2：表 用 28 400 300。最外层传立杆距纵向接缝和自由边的距离为 150 面材料参数确定 凝土面层参数 按附录 2：表 表 普通 混凝土面层的弯拉强度标准值为 应弯拉弹性模量标准值 31 基参数 按表 湿路基床顶面回弹模量经验参考值，自然区划 粘性土路基回弹模量 25 基层、垫层参数 按表 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 300剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量 600 基顶当量回弹模量确定 （ 1）基层和垫层的当量的回弹模量： M P 2 222121222121 8 （ 2）基层和垫层的当量弯曲刚度： M Ng （ 3）基层和垫层的当量厚度： 2 33 （ 4）回归系数啊 a、 b： M P 00 式中： 路床顶面的回弹模量（ 分别是基层和垫层的回弹模量（ 分别是基层和垫层的厚度（ m）； 载疲劳应力 载应力 （ 1）普通混凝土板的相对刚度半径： 3 式中： h 混凝土板的厚度（ m） 水泥混凝土的弯拉弹性模量（ 基层顶面的当量回弹模量（ 。 （ 2）标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力： M P 9 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）。 载疲劳应力 纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数 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 与混合料性质有关的指数，普通混凝土取 根据公路等级三级，查附录 2： 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 所以荷载疲劳应力 M P 1 度疲劳应力 度翘曲应力 由附表 2： 大温度梯度标准值得， 最大温度梯度取 88C/m。板长 4m，1/r=4/凝土板厚 h=图六得 六：温度应力系数 10 所以最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力 0 0 0 01012 5 式中： c 混凝土的线性膨胀系数（ 1/C），通常可取为 1 10C 水泥混凝土的弯拉弹性模量（ h 混凝土板面层厚度（ m） 最大温度梯度（ C /m） 综合温度翘曲应力和内应力作用的温度应力系数。 算水泥混凝土路面设计 泥混凝土路面基本参数输入 11 泥混凝土路面验算 12 泥混凝土路面结果输出 水泥混凝土路面设计 设 计 内 容 : 新建单层水泥混凝土路面设计 公 路 等 级 : 三级公路 变异水平 的等级 : 中 级 可 靠 度 系 数 : 面 层 类 型 : 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(单轴双轮组的个数 轴载总重(双轴双轮组的个数 轴载总重(三轴双轮组的个数 轴载总重(交通量 1 解放 0 0 0 1450 2 东风 0 0 0 1500 3 日野 0 0 0 35 4 黄河 49 1 0 0 0 30 行驶方向分配系数 1 车道分配系数 1 13 轮迹横向分布系数 交通量年平均增长率 4 混凝土弯拉强度 混凝土弯拉模量 31000 凝土面层板长度 4 m 地区公路自然区划 面层最大温度梯度 88 /m 接缝应力折减系数 0 基 (垫 )层类型 垫 )层 层位 基（垫）层材料名称 厚度 ( 回弹模量 (1 水泥稳定粒料 180 1300 2 石灰粉煤灰土 150 600 3 土基 25 基 层顶面当量回弹模量 B= 220 r=0 设计车道使用初期标准轴载日作用次数 : 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 : 凝土面层设计厚度 : 220 算路面防冻厚度 : 路面最小防冻厚度 500 建基 (垫 )层总厚度 330 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 : 14 通混凝土面层 220 泥稳定砂砾 180 灰粉煤灰土 150 基 四、沥青路面 设计 通分析 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资条件等因数综合考虑，依照规范要求查附录 3：表 级公路沥青路面设计年限，三级公路设计年限为 8 年。 计标准轴载当量轴次计算 我国路面设计以双轮组单轴 100标准轴载。以 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 N 标准轴载当量轴次 （次 /日）； 各种被换算车辆的作用次数（次 /日）； 各种被换算车型的轴载（ 轴数系数； 轮组系数，双轮组为 1，单轮组为 轮组为 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，双轴或多轴的轴数系数 + 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 轮 轮组数 轮组系数 交通量 当量轴 15 （ 数 组 数 2 i(次 /日 ) 解放轴 单 1 450 轴 双 1 1 1450 风轴 单 1 500 轴 双 1 1 1500 野 轴 单 1 5 轴 双 1 1 35 河 轴 单 1 0 轴 双 1 1 30 计 N ：小汽车和轴载小于 40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 道系数表，对双向车道取车道系数 = 所以设计年限内一个车道通过的累计当量标准轴次 681 33 6 511 ） （ 2）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 N 8211 各种被换算车辆的作用次数（次 /日）； 各种被换算车型的轴载（ ; 轴数系数； 轮组系数，双轮组为 1，单轮组为 轮组为 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 +2（ m 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 轮 轮组数 轮组系数 交通量 当量轴 16 （ 数 组 数 2 121 i(次 /日 ) 解放轴 单 1 450 轴 双 1 1 1450 风轴 单 1 500 轴 双 1 1 1500 野 轴 单 1 5 轴 双 1 1 35 河 轴 单 1 0 轴 双 1 1 30 计 N ： 小汽车和轴载小于 40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 道系数表，对双向车道取车道系数 = 所以设计年限内一个车道通过的累计当量标准轴次 681 ） 通等级 两种设计指标计算出的累计标准轴次最大值 106（次），查表 青路面交通等级得本沥青路面交通等级为轻交通。 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 17 表 步确定路面结构与各层厚度如下： 2青表面处治，石灰稳定碎石基层 +20配砂砾垫层，以石灰稳定碎石为设计层。 面设计弯沉值 根据公路沥青路面设计规范 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： 00(06)式中： 公路等级系数 ，高速公路、一级公路 级公路为 、四级公路为 面层类型系数，沥青混凝土面层为 拌沥青碎石、冷拌沥青碎石、上拌下贯或贯入式路面、沥青表面处治为 路面结构类型系数，刚性基础、半刚性基层、沥青路面为 性基层沥青路面为 基层由半刚性材料层与柔性材料层组合而成，则 于两者之间通过线性内插决定。 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 小于或等于设计弯沉值 路表计算弯沉值 算 : 路标计算弯沉值 算： 18 0 ,21 0 0 0式中： p 、 标准车型的轮胎接地压强（ 当量圆半径（ C 理论弯沉系数； 0E 获 土基抗压回弹模量值 （ 321 , 各层材料抗压回弹模量（ 121 , 各结构层厚度（ 沥青表面处治层抗压模量参考沥青贯入式，查表 青混合料设计参数，取沥青表面处治 20C 抗压模量为 400 石灰稳定碎石基层取石灰碎石土，查表 层、底基层材料设计参数，取石灰碎石抗压模量为 1000 级配砂砾垫层抗压模量查表 200 图集抗压模量查公路沥青路面设计规范表 级 自然区划各土组土基回弹模量参考值，由公路自然区划 、粘性土、稠度 土基抗压模量为 25算沥青路面设计 19 青路面设计参数 青路面验算 20 21 青路面验算 轴载换算及设计弯沉值计算 序号 车 型 前轴重(后轴重(后轴数 后轴轮组数 后轴距(m) 交通量 1 解放 双轮组 1400 2 东风 双轮组 1400 3 日野 双轮组 40 4 黄河 9 双轮组 40 设计年限 8 车道系数 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