公路路基路面设计书

1 公路路基路面设计方案 一 公路自然区划 该地区为粘性土 ,稠度为 岭重丘区 体附近有多处采石厂，砂石材料丰富 ,其他材料均需外购。 拟设计道路路基宽度 10米，路面宽度 ，路肩宽度 中硬路肩宽度 ，土路肩宽度 。所经地区多处为粘性土。根据最新路网规划 ,预测使用初期年平均日交通量见下表 ,年平增长为 5%。 表 一 预测竣工后第一年的交通组成 车型 解放风 野河 汽车 辆 /d 1630 1410 70 60 1455 二、混凝土路面设计 通分析 查规范，二级公路的设计基准期为 20 年，安全等级为三级。水泥混凝土路面结构设计以 100单轴 同轴 式（ 3 算为标准轴载的作用次数。 161 100n is i （ 3 0 . 4 32 . 2 2 1 0 ( 或 5 0 . 2 21 . 0 7 1 0( 或 8 0 . 2 22 . 2 4 1 0( 式中： 100双轮组标准轴载的作用次数； 单轴 轴 双轮组轴型 i 级轴载的总重（ n 轴型和轴载级位数； 各类轴型 i 级轴载的作用次数； 2 i 轴 轴 i=1；单轴 式（ 算；双轴 式（ 算 ;三轴 按式(算。 由已知资料计算得到 设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数 见下表： 车型 轴重 i 交通组成 当量轴次 解放轴 630 轴 东风轴 410 轴 日野轴 0 轴 黄河轴 0 轴 小汽车 前轴 455 轴 合计 表 二可知 ， 二 级公路的设计基准期为 20 年，安全等级为 三 级。由表 三可 知 ,临界 荷位处的车辆轮迹横向分布系数取 交通量年 平均增长率为 5 。 按下式计 算得到设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为 ： 次420 g 标准轴载累计作用次数； T 设计基准期； 交通量年平均增长率； 临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，按表 三 选用 由表四查得，属重交通等级。 表二 可靠度设计准 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） 30 30 20 20 3 目标可靠度（） 95 90 85 80 目标可靠指标 异水平等级 低 低中 中 中高 表三 车辆轮迹横向分布系数 公路等级 纵缝边缘处 高速公路、一级公路、收费站 级及二级以下公路 行车道宽 7m O 39 行车道宽 7m O 54 ：车道或 行车道宽或者交通量较大时，取高值；反之，取低值。 表 四 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 104） 2000 100 2000 3 100 3 表五 水泥混凝土面层厚度的参考范围 交通等级 特重 重 公路等级 高速 一级 二级 高速 一级 二级 变异水平等级 低 中 低 中 低 中 低 中 面层厚度（ 260 250 240 270 240 260 230 250 220 交通等级 中等 轻 公路等级 二级 三、四级 三 、四级 三、四级 变异水平等级 高 中 高 中 高 中 面层厚度（ 240 210 230 200 220 200 230 220 拟路面结构 由表 二可知 ，相应于安全等级 三 级的变异水平等级为中级。根据 二 级公路、重 交通等级和中级变异水平等级，查表 五初 拟普通混凝土面层厚度为 层选用水泥稳定粒料 (水泥用量 5 )，厚 层为 灰粉煤灰土 。普通混凝土板的平面尺寸为宽 缝为设拉杆平缝，横缝为 设传力杆 假缝。 1) 纵向接缝的布设应 路面宽度和施工铺筑宽度而定： 4 一次铺筑宽度小于路面宽度时，应设置纵向施工缝，构造如图一所示； 一次铺筑宽度大于 ，应设置纵向缩缝，构造如图二所示。 图 一 纵 向 施 工 缝 构 造防锈涂料填料缝拉杆81201207001440147001201208拉杆填料缝防锈涂料图 二 纵 向 缩 缝 构 造80 5 2) 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，构造如图三所示。 3) 横向缩缝可等间距或变间距布置，采用假缝形式 ,因本设计为重等交通公路，所以采用设传力杆的假缝，构造如图四所示。 图 四 横 向 缩 缝 构 造填料缝传力杆填料缝涂沥青图 三 横 向 施 工 缝 构 面材料参数确定 按表 六 ，取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 值为 31 6 表六 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（ 纤维混凝土的弯拉强度标准值（ 七 中湿路基路床顶面回弹模量经验参考值范围 (土 组 公路自然区划 土质砂 26 42 40 50 39 50 35 60 50 60 粘质土 25 45 30 40 25 45 30 45 30 45 粉质土 22 46 32 54 30 50 27 43 30 45 查 表七 ，路基回弹模量取 30 表八 ， 石灰粉煤灰土 垫层回弹模量取800泥稳定粒料基层回弹模量取 1600 按下式 计算基层顶面当量回弹模量如下： )(126 22 222221222121 M P )()1(4)(1212123312211221322311)(3 01268( x 01 2 6 8( x 7 )(191)301268( 3/00M P 式中： 基层顶面的当量回弹模量 ( 路床顶面的回弹模量 ( 基层和底基层或垫层当量回弹模量 ( 基层和底基层或垫层的回弹模量 ( 基层和底基层或垫层的当量厚度 (m)； 基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度 ( 基层和底基 层或垫层的厚度 (m)； a、 b 与 关的回归系数。 普通混凝土面层的相对刚度半径按下式 计算 如下： 7 0 3 13 1 0 0 3 式中： r 混凝土板的相对刚度半径 (m)； H 混凝土板的厚度 (m)； E c 水泥混凝土的弯拉弹性模量 ( 基层顶面当量回弹模量 (表 八 垫层和基层材料回弹模量经验参考值范围 材料类型 回弹模量 (胁 ) 材料类型 回弹模量 (m) 中、粗砂 80 100 石灰粉煤灰稳定粒料 1300 1700 天 然砂砾 150 200 水泥稳定粒料 1300 1700 未筛分碎石 180 220 沥青碎石 (粗粒式， 20 ) 600 800 级配碎砾石 (垫层 ) 200 250 沥青混凝土 (粗粒式， 20 ) 800 1200 级配碎砾石 (基层 ) 250 350 沥青混凝土 (中粒式， 20 ) 1000 1400 石灰土 200 700 多孔隙水泥碎石 (水泥剂量 11 ) 1300 1700 8 石灰粉煤灰土 600 900 多孔隙沥青碎石 (20，沥 青含量 ) 600 800 2 4 荷 载疲劳应力 按下式 ，标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为 )( P 式中： 标准轴载 四边自由板临界荷位处产生的荷载应力 ( r 混凝土板的相对刚度半径 (m)，按式 (算； h 混凝土板的厚度 (m)； 因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数 虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数 1 9 8 0( 0 5 k 。根据公路等级，由表 九 ，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影 响的综合系数 表九 综合系数 路等级 高速公路 一级公路 二级公路 三、四级公路 式下式 ，荷载疲劳应力计算为 )(4 8 8 式中： 标准轴载 临界荷位处产生的荷载疲劳应力 ( 标准轴载 四边自由板的临界荷位处产生的荷载应 力 ( k r 考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为设拉杆的平缝时， 性和半刚性基层取低值，柔性 基层取高值 )；纵缝为不设拉杆的平缝或自由边时， 缝为设拉杆的企口缝时， 考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数； 考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数，按公路等级查表 八 确定。 9 2 5 温度疲劳应力 由表十 ， 区最大温度梯度取 88( m)。板长 =图 h= 表十 最大温度梯度标准值 路自然区划 、 、 最大温度梯度 ( /m) 88 83 90 95 86 92 93 98 注：海拔高时，取高值；湿度大时，取低值。 最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为 )(0 6 0 0 01012 5 M P gE 式中： 最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力 ( c 混凝土的线膨胀系数 (1 )，通常可取为 110 ； 最大温度梯度，查表 九取用； 综合温度翘曲应力和内应力作用的温度应力系数，可按 l 确定； l 板长，即横缝间距 (m)。 10 温度疲劳应力系数 式 (B 2 3)计算为 式中： a、 b和 c 回归系数，按所在地区的公路自然区划查表 十一 确定 表 十一 回归系数 a、 b 和 c 系 数 公路自然区划 V 由下式 计算温度疲劳应力为 )( P ak 式中： 临界荷位处的温度疲劳应力 ( 最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力 ( 考虑温度应力累计疲劳作用的疲劳应力系数 。 11 查表二 ， 二 级公路的安全等级为 三 级，相应于 三 级安全等级的变异水平等级为中级，目标可靠度为 85。再据查得的目标可靠度和变异水平等级，查表十二 ，确定可靠度系数 r = 表十二 可靠度系数 变异水平等级 目标可靠度（） 95 90 85 80 低 中 ：变异系数在表 3 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。 按下式： 8 7 因而，所选普通混凝土面层厚度 (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。 2 6 验算水泥混凝土路面设计 12 13 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 : 二级公路 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 单后轴货车 1 0 0 0 1630 2 单后轴货车 1 0 0 0 1410 3 单后轴货车 1 0 0 0 70 4 单后轴货车 1 49 1 0 0 0 60 5 单后轴货车 1 20 1 20 0 0 0 0 1455 14 行驶方向分配系数 1 车道分配系数 1 轮迹横向分布系数 交通量年平均增长率 5 混凝土弯拉强度 5 混凝土弯拉模量 31000 凝土面层板长度 4.5 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 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 190 1300 2 石灰粉煤灰土 160 800 3 土基 30 基层顶面当量回弹模量 B= 240 r= 设计车道使用初期标准轴载日作用次数 : 220 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 : 1035526 路面承受的交通等级 :重交通等级 基层顶面当量回弹模量 : 凝土面层设计厚度 : 240 过对设计层厚度取整 , 最后得到路面结构设计结果如下 : 通混凝土面层 240 泥稳定粒料 190 灰粉煤灰土 160 基 15 三、沥青 路面设计 1 初拟路面结构组合 根据交通状况，结构层的最小施工厚度等因素综合考虑，初拟各结构层厚度如下： 中粒式沥青混凝土 4粒式沥青混凝土 6灰稳定砂砾 20灰土 ？ 2 交通分析 根据表十三可知，二级公路沥青路面的设计年限为 12年。 表十三 各级公路的沥青路面设计年限 公路等级 设计年限（年） 公路等级 设 计年限（年） 高速公路、一级公路 15 三级公路 8 二级公路 12 四级公路 6 （ 1）当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时，各级轴载均应按如下公式换算成标准轴载 。 准轴载的当量轴次 N： 1 10 0 /d） 式中： N 以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时的标准轴载的当量轴次（次 /d） ： 被换算车型的各级轴载作用次数（次 /d） ； P 标准轴载； 被换算车型的各级轴载（ 被换算车型的轴数系数； 被换算车型的轮组系数，双轮组为 轮组为 K 被换算车型的轴载级别。 当轴间距大于 3m 时，应按单独的一个轴载计算；当轴间距小于 3轴或多轴的轴数系数下面公式计算： 16 + 式中： m 轴数。 列表如下： 车型 轴重 2 1 交通组成 当量轴次 解放轴 630 轴 1 风轴 410 轴 1 野轴 0 轴 1 河 轴 0 轴 1 汽车 前轴 455 轴 1 计 计年限内一个车道的累计当量标准轴次 下式计算： NN /车道） 式中： 设计年限内一个车道上的累计当量轴次（ 次 /车道）； t 设计年限（年）； 路面竣工后第一年双向日平均标准轴载的 当量轴次（次 /日）； 车道系数，参照规范表 分隔带的双车道 设计年限内交通量年平均增长率。 （ 2）当以半刚性材料层的拉应力为指标时，各级轴载均应按如下公式换算成标准轴载 P 的当量作用次数 N。 标准轴载的当量轴次 N： 8121 100 /日） 式中： N 准轴载 的当量轴次（次 /日）； 设计第一年被换算车型的 各级轴载作用次数（次 /日）； 被换算车型的各级轴载（ 轴数系数， ）（ 1211 式中 m 轴数； 17 轮组系数，单轴组为 轮组为 轮组为 列表计算如下： 车型 轴重 2 1 交通组成 当量轴次 解放轴 630 轴 1 风轴 410 轴 1 野轴 0 轴 1 河轴 0 轴 1 汽车 前轴 455 轴 1 计 计年限内一个车道的累计当量标准轴次 下式计算： 612 NN /车道） 式中： 设计年限内一个车道上的累计当量轴次（次 /车道）； t 设计年限（年）； 路面竣工后第一年双向日平均标准轴载的 当量轴次（次 /日）； 设计年限内交通量的平均增长率（ 5%）； 车道系数，参照规范表十四，无分隔带的双车道 十四 车道系数 车道特征 车道特征 双向单车道 向六车道 向两车道 向八车道 向四车道 3 路面设计弯沉值 路面设计弯沉值是表征路面整体刚度大小的指标，是路面厚度计算的主要依据。路面设计弯沉值应根据公路等级、在设计年限内累计标准当量轴次、 18 面层和基层类型按下式计算确定： 07 8 0 06 0 0 A cA s A d （ 式中： 路面设计弯沉值； 设计年限内一个车道上的累计当量轴次； 公路等级系数，高速公路、一级公路为 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、乳化沥青碎石、上拌下惯或贯入式路面为 青表面处治为 、低级路面为 基层类型系数，对半刚性基层、底基层总厚度大于或等于 20面层与半刚性基层结构时可取 性基层、底基层为 柔性基层厚度大于 15基层为半刚性下卧层时可取 表十五 基层、底基层材料设计参数 材料名称 配合比或规格要求 抗压模量 E（ 弯沉计算用 抗压模量 E（ 应力计算用 劈裂强度（ 水泥砂粒 4 6 1100 1500 3000 4200 泥碎石 4 6 1300 1700 3000 4200 灰砂粒 7:13:80 1100 1500 3000 4200 灰碎石 8:17:80 1300 1700 3000 4200 灰水泥粉煤灰砂粒 6:3:16:75 1200 1600 2700 3700 泥粉煤灰碎石 4:16:80 1300 1700 2400 3000 灰土碎石 粒料 60 700 1100 1600 2400 石灰土 粒料 40 50 600900 1200 1800 泥石灰砂粒土 4:3:25:68 800 1200 1500 2200 灰土 10:30:60 600 900 2000 2800 灰土 8 12 400 700 1200 1800 灰土处理路基 4 7 200 350 级配碎石 基层连续级配型 300 350 基层骨架密实型 300 500 底基层、垫层 200 250 19 表十六 沥青混合材料设计参数 材料名称 抗压模量 E（ 劈裂强度 15（ 备注 20 15 细粒式沥青混凝土 密集配 1200 1600 1800 2200 级配 700 1000 1000 1400 青马蹄脂碎石 1200 1600 1600 2000 粒式沥青混凝土 1000 1400 1600 2000 集配粗粒式沥青混凝土 800 1200 1000 1400 青碎石基层 密集配 1000 1400 1200 1600 开级配 600 800 青贯入式 400 600 查表十五，表十六，得到各层材料的抗压模量和劈裂强度。抗压模量取20的模量，各值均取规范给定的中值如下表： 材料名称 抗压模量 E（ 劈裂强度15（ 备注 20 15 中粒式沥青混凝土 1300 1900 集配粗粒式沥青混凝土 1100 1300 基回弹模量的确定：该地区属于道路 1 区，为粘性土，稠度为 岭重丘区，查表 二级自然区划各土组土基回弹模量参考值（ ，查得土基回弹模量为 25 材料名称 配合比或规格要求 抗压模量 E（ 劈裂强度 15（ 弯沉计算用 拉应力计算用 二灰稳定砂砾 8:17:80 1400 3900 灰土 10:30:60 800 2500 20 4 各层材料的容许层底拉应力 中粒式沥青混凝土 ： 5 1 3 2 2 密集配粗粒式沥青混凝土： 3 7 3 2 2 二灰稳定砂砾 : M P 二灰土 : M P 设计弯沉值为 二灰土为设计层。相关设计资料汇总如下表： 材料名称 h(20抗压模量 E（ 容许拉应力（ 中粒式密集配沥青混凝土（ 4 1300 集配粗粒式沥青混凝土 6 1100 灰稳 定砂砾 20 1400 灰土 ？ 800 21 5. 验算沥青路面设计 22 * *新建路面设计成果文件汇总 * * 轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算 序号 车型名称 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 0 1630 2 东风 双轮组 0 1410 3 日野 双轮组 0 70 4 黄河 9 双轮组 0 60 23 设计年限 12 车道系数 交通量平均年增长率 5 当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时 : 路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 686 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 2789843 当进行半刚性基层层底拉应力验算时 : 路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 280 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 1138711 公路等级 二级公路 公路等级系数 面层类型系数 1 基层类型系数 1 路面设计弯沉值 : 层位 结构层材料名称 劈裂强度 (容许拉应力 (1 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青混凝土 石灰粉煤灰砂砾 石灰粉煤灰土 建路面结构厚度计算 公 路 等 级 : 二级公路 新建路面的 层数 : 4 标 准 轴 载 : 面设计弯沉值 : 路面设计层层位 : 4 设计层最小厚度 : 15 (层位 结构层材料名称 厚度 (抗压模量(20 ) 抗压模量(15 ) 容 许 应 力(1 中粒式沥青混凝土 3 1400 2000 粗粒式沥青混凝土 4 1200 1600 石灰粉煤灰砂砾 6 900 1200 石灰粉煤灰土 56 1500 1500 土基 25 按设计弯沉值计算设计层厚度 : H( 4 )= 35 H( 4 )= 40 H( 4 )= 36.7 考虑弯沉 ) 按容许拉应力验算设计层厚度 : H( 4 )= 36.7