水泥混凝土路面设计moban.doc

第5章 水泥混凝土路面设计5.1 交通量计算：根据我国的公路自然区划标准（JTJ013-86），本项目属于湖南省境内，为东南湿热区。现拟新建一条高速公路，双向四车道，设计基准期为30年，交通量年平均增长率为8.5%，车道系数0.20，路基土为粘性土。计算设计日通过的标准轴载作用次数车 型车 轴轴轮型轴载系数交通量小客车前轴1-113736.81327501.3510-8后轴1-225.6127500.9310-6中客车SH130前轴1-119.7616.2158002.5310-6后轴1-259.218000.182大客车CA50前轴1-128.7524.165305.8910-4后轴1-268.215301.161小货车BJ130前轴1-121.3595.86817001.8210-5后轴1-261.4117000.69中货车CA50前轴1-128.7524.166306.9910-4后轴1-268.216301.38中货车EQ140前轴1-123.7569.138504.7910-5后轴1-269.218502.35大货车JN150前轴1-149416.4568704.001后轴1-2101.618701121.550特大车日野KB222前轴1-150.2412.1456004.022后轴1-2104.31600962.82拖挂车 五十铃前轴1-160382.0724025.87后轴2-31008.1310-92401.9510-6合 计2124.026 注：1-1表示单轴单轮组，1-2表示单轴双轮组，2-2表示双轴双轮组，2-3表示双轴三轮组。小于40KN的单轴和小于80KN的双轴略去不计；则使用初期年平均日交通量=2699.78。方向分配系数采用0.5，因为是双向4车道，即单向2车道，所以车道分配系数取0.9（0.8-1.0）。故有：设计车道的年平均日货车交通量（ADTT）Ns=2124.0260.50.9=955.8125.2 交通参数分析5.2.1 累计标准轴次计算：使用年限内的累计标准轴次为 5.2.2 交通等级划分：由规范交通分级知，累计作用次数在106-2107之间，所以交通等级为重交通；水泥混凝土路面设计使用年限30年，车轮轮迹横向分布系数=0.20。(由水泥混凝土路面设计规范中表A.2.2，对高速公路，为0.170.22)。5.3 路面结构方案设计现在按设计要求，由表3.0.1得，相应于安全等级一级的变异水平等级为低级。根据高速公路重交通等级和低级变异水平等级，查表4.4.6，面层厚度h取0.24-0.27m之间。根据路基干湿类型，设计多种方案，并进行方案比选如下：路基为中湿状态时：方案一：参考公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D402002)1、初拟路面结构：初拟普通混凝土面层，厚度为；基层选用水泥稳定粒料基层，厚；垫层选用级配碎砾石，厚。普通混凝土板的平面尺寸为宽3.75m，长5m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。2、材料参数的确定：（1）混凝土路面设计弯拉强度与弯拉弹性模量： 本设计为普通混凝土路面为重型交通，查规范得：弯拉强度的标准值 Mpa，相应的弯拉弹性模量标准值为Gpa。（2）土基的回弹模量：路基属于中湿状态，可选用路基土基的回弹模量值：（3）基层和半刚性垫层的回弹模量：基层选用水泥稳定粒料，回弹模量取：Mpa(13001700) 垫层选用级配碎砾石，回弹模量取：Mpa(200-250) （4）基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量：根据土基状态拟定的基层、垫层结构类型和厚度，参照公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D402002)中，按式（B.1.5）计算基层顶面当量回弹模量如下： 普通混凝土面层的相对刚度半径按（B.1.3-2）计算为：3、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因纵缝为设拉杆平缝，对于水泥稳定粒料基层，接缝传荷能力的应力折减系数取。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。根据公路等级，由表B.1.2，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数。按式（B.1.2），荷载疲劳应力计算为4、温度疲劳应力分析：查表3.0 .8，因为湖南省东南湿热5区，海拔较低湿度大，所以在86-92之间取低值87，可选取最大温度梯度=87（/m）。0取板长，由图B.2.2可查普通混凝土板厚，。按式（B.2.2），最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为：，混凝土线膨胀系数。温度疲劳应力系数按式（B.2.3）计算为，其中a,b,c为回归系数：本项目在湖南，为5区，分别取0.841，0.058，1.323。再由式（B2.1）计算温度疲劳应力为由表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。再据查得的目标可靠度和变异水平等级，查表3.0.3，确定可靠度系数，取为1.26按式（3.0.3）综上所述，所选的普通混凝土面层厚度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。方案二：参考公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D402002)1、初拟路面结构：初拟普通混凝土面层，厚度为；考虑到本路线为季风性湿润气候，年平均降雨量达12001900mm，为湿润多雨地区，因此设置多孔隙的开级配水泥稳定碎石基层(水泥剂量9.511，孔隙率20%)，厚度(0.10-0.14)；从而在基层下设置水泥稳定碎石组成的底基层，厚度（据规范：一般取0.2m）；垫层采用级配碎砾石，厚度。普通混凝土板的平面尺寸宽3.75m，长5m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。2、材料参数的确定：（1）混凝土路面设计弯拉强度与弯拉弹性模量： 本设计为普通混凝土路面为重型交通，查规范得：弯拉强度的标准值 Mpa，相应的弯拉弹性模量标准值为Gpa。（2）土基的回弹模量：路基属于中湿状态，可选用路基土基的回弹模量值：（3）基层和半刚性垫层的回弹模量：基层选多孔隙开级配水泥稳定碎石，回弹模量取：Mpa（1300-1700） 底基层选用水泥稳定碎石，回弹模量取：Mpa（1300-1700） 垫层采用级配碎砾石，回弹模量取：Mpa（200-250） （4）基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量：据土基状态拟定基层、垫层结构类型和厚度，参照公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D402002)，按式（B.1.5）计算基层顶面当量回弹模量如下： 普通混凝土面层的相对刚度半径按（B.1.3-2）计算为：3、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因纵缝为设拉杆平缝，对于多孔隙开级配水泥稳定碎石排水基层，有一定刚性，所以接缝传荷能力的应力折减系数可取。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。根据公路等级，由表B.1.2，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数。按式（B.1.2），荷载疲劳应力计算为4、温度疲劳应力分析：查表3.0 .8，因为湖南省东南湿热区，海拔较低湿度大，所以在86-92之间取低值87，可选取最大温度梯度=87（/m）。取板长，由图B.2.2可查普通混凝土板厚，。按式（B.2.2），最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为：，混凝土线膨胀系数。温度疲劳应力系数按式（B.2.3）计算为，其中a,b,c为回归系数：本项目在湖南省，为5区，分别取0.841，0.058，1.323。再由式（B2.1）计算温度疲劳应力为由表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。再据查得的目标可靠度和变异水平等级，查表3.0.3，确定可靠度系数，取为1.26按式（3.0.3）综上所述，所选的普通混凝土面层厚度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。方案三：参考公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D402002)1、初拟路面结构：初拟普通混凝土面层，厚度为；考虑到本路线为季风性湿润气候，年平均降雨量达12001900mm，为湿润多雨地区，因此设置多孔隙沥青稳定稳定碎石基层（沥青标号选用AH-50，沥青用量为3%），厚度(0.08-0.10)；从而在排水基层下设置水泥稳定碎石组成的底基层，厚度（据规范：一般取0.2m）；垫层采用级配碎砾石，厚度。普通混凝土板的平面尺寸宽3.75m，长5m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。2、材料参数的确定：（1）混凝土路面设计弯拉强度与弯拉弹性模量： 本设计为普通混凝土路面为重型交通，查规范得：弯拉强度的标准值 Mpa，相应的弯拉弹性模量标准值为Gpa。（2）土基的回弹模量：路基属于中湿状态，可选用路基土基的回弹模量值：（3）基层和半刚性垫层的回弹模量：基层选多孔隙沥青稳定稳定碎石，回弹模量取：Mpa（600-800） 底基层选用水泥稳定碎石，回弹模量取：Mpa（1300-1700） 垫层采用级配碎砾石，回弹模量取：Mpa（200-250） （4）基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量：据土基状态拟定基层、垫层结构类型和厚度，参照公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D402002)，按式（B.1.5）计算基层顶面当量回弹模量如下： 普通混凝土面层的相对刚度半径按（B.1.3-2）计算为：3、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因纵缝为设拉杆平缝，对于多孔隙沥青稳定稳定碎石基层，接缝传荷能力的应力折减系数可稍大，取。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。根据公路等级，由表B.1.2，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数。按式（B.1.2），荷载疲劳应力计算为4、温度疲劳应力分析：查表3.0 .8，因为湖南省东南湿热5区，海拔较低湿度大，所以在86-92之间取低值87，可选取最大温度梯度=87（/m）。取板长，由图B.2.2可查普通混凝土板厚，。按式（B.2.2），最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为：，混凝土线膨胀系数。温度疲劳应力系数按式（B.2.3）计算为，其中a,b,c为回归系数：本项目在湖南省，为5区，分别取0.841，0.058，1.323。再由式（B2.1）计算温度疲劳应力为由表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。再据查得的目标可靠度和变异水平等级，查表3.0.3，确定可靠度系数，取为1.26按式（3.0.3）综上所述，所选的普通混凝土面层厚度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。路基为干燥状态时：方案一：参考公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D402002)1、初拟路面结构：初拟普通混凝土面层，厚度为；基层采用水泥稳定粒料基层，厚；设置级配碎砾石底基层，厚度为。普通混凝土板的平面尺寸为宽3.75m，长5m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。2、材料参数的确定：（1）混凝土路面设计弯拉强度与弯拉弹性模量： 本设计为普通混凝土路面为重型交通，查规范得：弯拉强度的标准值 Mpa，相应的弯拉弹性模量标准值为Gpa。（2）土基的回弹模量：路基属于干燥状态，可选用路基土基的回弹模量值：（3）基层和底基层的回弹模量：基层选水泥稳定粒料，回弹模量取：Mpa（1300-1700） 底基层选用级配碎砾石，回弹模量取：Mpa（200-250） （4）基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量：据土基状态拟定基层、底基层结构类型和厚度，参照公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D402002)，按式（B.1.5）计算基层顶面当量回弹模量如下： 普通混凝土面层的相对刚度半径按（B.1.3-2）计算为：3、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因纵缝为设拉杆平缝，对于水泥稳定粒料基层，接缝传荷能力的应力折减系数可稍大，取。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。根据公路等级，由表B.1.2，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数。按式（B.1.2），荷载疲劳应力计算为4、温度疲劳应力分析：查表3.0 .8，因为湖南省东南湿热5区，海拔较低湿度大，所以在86-92之间取低值87，可选取最大温度梯度=87（/m）：取板长，由图B.2.2可查普通混凝土板厚，。按式（B.2.2），最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为：，混凝土线膨胀系数。温度疲劳应力系数按式（B.2.3）计算为，其中a,b,c为回归系数：本项目在湖南省，为5区，分别取0.841，0.058，1.323。再由式（B2.1）计算温度疲劳应力为由表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。再据查得的目标可靠度和变异水平等级，查表3.0.3，确定可靠度系数，取为1.26按式（3.0.3）综上所述，所选的普通混凝土面层厚度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。方案二：参考公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D402002)1、初拟路面结构：初拟普通混凝土面层，厚度为；考虑到本路线为季风性湿润气候，年平均降雨量达12001900mm，为湿润多雨地区，因此设置多孔隙的开级配水泥稳定碎石基层(水泥剂量9.511，孔隙率20%)，厚度 ；从而在排水基层下设置水泥稳定碎石组成的底基层，厚度（据规范：一般取0.2m）。普通混凝土板的平面尺寸为宽3.75m，长5m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。2、材料参数的确定：（1）混凝土路面设计弯拉强度与弯拉弹性模量： 本设计为普通混凝土路面为重型交通，查规范得：弯拉强度的标准值 Mpa，相应的弯拉弹性模量标准值为Gpa。（2）土基的回弹模量：路基属于干燥状态，可选用路基土基的回弹模量值：（3）基层和底基层的回弹模量：基层选多孔隙开级配水泥稳定碎石，回弹模量取：MPa 底基层选用水泥稳定碎石，回弹模量取：Mpa （4）基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量：据土基状态拟定基层、垫层结构类型和厚度，参照公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D402002)，按式（B.1.5）计算基层顶面当量回弹模量如下： 普通混凝土面层的相对刚度半径按（B.1.3-2）计算为：3、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因纵缝为设拉杆平缝，对于多孔隙开级配水泥稳定碎石排水基层，有一定刚性，所以接缝传荷能力的应力折减系数可取。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。根据公路等级，由表B.1.2，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数。按式（B.1.2），荷载疲劳应力计算为4、温度疲劳应力分析：查表3.0 .8，因为湖南省东南湿热5区，海拔较低湿度大，所以在86-92之间取低值87，可选取最大温度梯度=87（/m）。取板长，由图B.2.2可查普通混凝土板厚，。按式（B.2.2），最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为：，混凝土线膨胀系数。温度疲劳应力系数按式（B.2.3）计算为，其中a,b,c为回归系数：本项目在湖南省，为5区，分别取0.841，0.058，1.323。再由式（B2.1）计算温度疲劳应力为由表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。再据查得的目标可靠度和变异水平等级，查表3.0.3，确定可靠度系数，取为1.26按式（3.0.3）综上所述，所选的普通混凝土面层厚度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。方案三：参考公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D402002)1、初拟路面结构：初拟普通混凝土面层，厚度为；考虑到本路线为季风性湿润气候，年平均降雨量达12001900mm，为湿润多雨地区，因此设置多孔隙沥青稳定稳定碎石基层（沥青标号选用AH-50，沥青用量为3%），厚度(0.08-0.10)；从而在排水基层下设置水泥稳定碎石组成的底基层，厚度（据规范：一般取0.2m）。普通混凝土板的平面尺寸宽3.75m，长5m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。2、材料参数的确定：（1）混凝土路面设计弯拉强度与弯拉弹性模量： 本设计为普通混凝土路面为重型交通，查规范得：弯拉强度的标准值 Mpa，相应的弯拉弹性模量标准值为Gpa。（2）土基的回弹模量：路基属于干燥状态，可选用路基土基的回弹模量值：（3）基层和半刚性垫层的回弹模量：基层选多孔隙沥青稳定稳定碎石，回弹模量取：Mpa（600-800） 底基层选用水泥稳定碎石，回弹模量取：Mpa（1300-1700） （4）基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量：据土基状态拟定基层、垫层结构类型和厚度，参照公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D402002)，按式（B.1.5）计算基层顶面当量回弹模量如下： 普通混凝土面层的相对刚度半径按（B.1.3-2）计算为：3、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因纵缝为设拉杆平缝，对于多孔隙沥青稳定稳定碎石基层，接缝传荷能力的应力折减系数可稍大，取。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。根据公路等级，由表B.1.2，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数。按式（B.1.2），荷载疲劳应力计算为4、温度疲劳应力分析：查表3.0 .8，因为湖南省东南湿热5区，海拔较低湿度大，所以在86-92之间取低值87，可选取最大温度梯度=87（/m）。取板长，由图B.2.2可查普通混凝土板厚，。按式（B.2.2），最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为：，混凝土线膨胀系数。温度疲劳应力系数按式（B.2.3）计算为，其中a,b,c为回归系数：本项目在湖南省，为5区，分别取0.841，0.058，1.323。再由式（B2.1）计算温度疲劳应力为由表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。再据查得的目标可靠度和变异水平等级，查表3.0.3，确定可靠度系数，取为1.26按式（3.0.3）综上所述，所选的普通混凝土面层厚度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。5.4水泥混凝土路面方案比选交通分析：水泥混凝土路面设计使用年限为30年。按交通量增长率假设为 7.0%， 水泥混凝土路面设计年限累计标准轴次为8380000次，属于道路重交通。表1类型方案选 用 材 料 及 厚 度优选中湿状态一面层：普通水泥混凝土面板，厚；基层：水泥稳定碎石，厚；垫层：级配碎砾石，厚二面层：普通水泥混凝土面板，厚；基层：多孔隙开级配水泥稳定碎石(水泥9.511%)，厚；底基层：水泥稳定碎石，厚 垫层：级配碎砾石，厚三面层：普通水泥混凝土面板，厚；基层：开级配多孔隙沥青稳定碎石（沥青2.5%3.5%），厚；底基层：水泥稳定碎石，厚垫层：级配碎砾石，厚干燥状态一面层：普通水泥混凝土面板，厚；基层：水泥稳定碎石，厚；底基层：级配碎砾石，厚二面层：普通水泥混凝土面板，厚；基层：多孔隙开级配水泥稳定碎石(水泥9.511)，厚；底基层：水泥稳定碎石，厚三面层：普通水泥混凝土面板，厚；基层：开级配多孔隙沥青稳定碎石（