公路路面设计

1、水泥混凝土路面设计6.421路面结构层组合水泥混凝土路面结构层组合设计应根据该路的交通繁重程度，结合当地环境条件和材料供应情况。选择安排混凝土路面的结构层层次，它包括土基、垫层、基 层和面层的结构组合设计，各层的路面结构类型、弹性模量和厚度。水泥混凝土面板要求具有较高的弯拉强度，表面平整、抗滑、耐磨。本设计采 用普通混凝土路面。它强度高；稳定性好，不存在沥青路面的“老化”现象；耐 久性好，一般能使用20-40年。对基层的首要要求是抗冲刷能力，不耐冲刷的基层表面，在渗入水和荷载的共 同作用下，会产生唧泥、板底脱空和错台等病害，并加速和加剧板的断裂。提高 基层的刚度，有利于改善接缝的传荷能力。根据

2、以上要求和本地材料分布情况， 本设计采用基层类型为水泥稳定砂砾。厚度为 25cm,回弹摸量为150Mpa。该地区属于季节性冰冻地区，设置防冻垫层可以使路面结构免除或减轻冻胀 和翻浆病害，跟据规范要求，垫层最小厚度为15cm。本设计采用分布较多的天然砂砾作为垫层材料，厚度为23cm。表6-4-7各类基层适宜交通等级与适宜厚度范围基层类型厚度适应的范围（mm）适宜交通等 级贫混凝或碾压混凝土基层120-200特种交通水泥稳定粒料基层150-250重交通沥青混凝土基层40-60特种交通沥青稳疋碎石基层80-100重交通石灰粉煤灰稳疋粒料、级配粒料基层150-200中等或轻交 通6.4.2.2 混合料

3、要求面层混合料必须具有较高的抗弯拉强度和耐磨性，良好的耐冻性以及尽 可能低的膨胀系数和弹性模量。还要有适当的施工和易性，一般规定其坍落 度为0-30mm，工作度约30s。6.4.2.3 结构厚度设计1. 交通分析100kN标准轴载及轴次换算：我国水泥混凝土路面设计规范规定：以后轴重的双轮组轴载作为标准轴载。对于同一种路面结构，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：NsnfiNinppi 、16 iNi()(6-12)i 1i i100式中：Ns100kN的单轴-双轮组标准轴载的作用次数；P 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

4、位数；Ni 各类轴型i级轴载的作用次数；i 轴-轮型系数。表6-4-8轴载换算表车型PiSiNiNs(KN)1（/次日）1（/次日）五十铃、八 刖 轴601900.0253EXR181L后 轴100_80.81*10 8900三菱FR415后 轴5112000.0041江淮HF150、八 刖 轴45.11900.0002后 轴101.5190114.2086五十铃NPR595G后 轴4411200.0002江淮HF140A后 轴41.81800东风 SP9135B后 轴72.60.42*10-51000刀Ns-114.2384由上表可得该路换算为标准轴载的当量轴次数Ns=114.2384次/日

5、设计基准期内面层设计车道所承受的标准轴载累计作用次数Ne由公路水泥混凝土路面设计规范三级公路的设计基准期为 20年，安全 等级为三级，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取 0.58。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：Ne(6-12) =991448.6<1000000由规范知道属于中等交通。2. 初拟路面结构由表6-4-9,相应于安全等级三级的变异水平等级为中等。根据三级公路、中 等交通等级和中级变异水平等级，查表6-4-9,初拟普通混凝土面层厚度为220mm. 基层选用水泥稳定粒料(水泥用量5%),厚200mm。垫层为天然砂砾，厚300mm。 普通混凝土板的平面

6、尺寸为宽 3.5m，长4.0m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传 力杆的假缝。3. 路面材料参数确定按表6-4-10,取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为 5.0Mpa,相应弯拉弹性模 量标准值为31Gpa.查附录F.1,路基回弹摸量取30Mpa。查附录6-4-10,水泥 稳定粒料基层回弹模量取1300Mpa,天然砂砾垫层回弹摸量取150Mpa。按式6-13,计算基层顶面当量回弹摸量如下:20Ne 何1 O'07漪(6-13)h1 E1 h； E22 20.2220.32DEXx 12 1231500 0.22170123.266KN /m(A h2)240.33E12(0.220.3)4h

7、x 312DXEx3 123.266N/ 635.116a 6.22 11.51(电)0.456.22E01 )1E2h2(15000.395m1 1.5110.22170 0.3)1(635'116) 0.453.842300.221500 0.3170 635.116(MPa)1.44(且)0.551 1.44 (635.116/30) 0.550.731E0Etah：Eo(?)13E00 7313.842 0.395 .30635.116 復30161.697(MPa)普通混凝土面层的相对刚度半径r0.5370.223 31000./161.6970.6812m其中E。一一路床顶

8、面的回弹模量（MPa）;E1、E2 基层和底基层或垫层的模量（MPa）;h1、h2 基层和底基层或垫层的厚度（m）；Ex 基层和底基层或垫层的当量回弹模量（MPa）;hx 基层和底基层或垫层的当量厚度（m）；Dx基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度；a、b 回归系数。表6-4-9水泥混凝土面层厚度参考范围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（mr）240-210230-200220-200< 230< 220表6-4-10水泥混凝土参数表交通等级特种重中等轻水泥混凝土弯拉强度标准值（Mpa）5 154.54抗压强度（Mpa）41.8141

9、.835.829.7弯拉弹性模量（GPa）31312927表6-4-11中湿路基路床顶面回弹模量参考数值范围（MPa）土组公路自然区划nIVV土质砂26-4240-5039-5035-6050-60黏质土25-4530-40 125-4530-4530-45粉质土22-4632-5430-5027-4330-454. 荷载疲劳应力标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为PS0.077r°.6h 20.07 7 0.68120'6 0.22 21.264(MPa)因纵缝为设拉杆平缝,接缝传荷能力的应力折减系数Kr O.87.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Kf

10、 N；N；00572.197根据公路等级，考虑偏栽和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数Kc 1.10荷载疲劳应力计算为PrgKfKc ps 0.87 2.197 1.10 1.264 2.658(MPa)式中PS标准轴载Ps在四边自由板的临界荷位处产生的不计接缝传荷作用的最大荷载应力(MPa),式中r 混凝土的相对刚度半径k f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kc考虑超载、偏载、动载冲击作用等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数，按公路等级查表6-4-12确定。kc=1.20kr 考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为平缝时，kr二0.87-0.92, 这里取kr = 0.8

11、7表6-4-12综合系数Kc公路等 级高速公路一级公路二级公路三、四级公路Kc1.31.251.21.15. 温度疲劳应力由表6-4-16, U区温度梯度取Tg 80( c/m).板长为3.5m,tmacEchTg 厂BXl/r 30.677 5.17 ,取普通混凝土板厚 h=0.22m,Bx=0.61.按式表 6-4-13,最 大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为1 105 31000 0.22 80 0.6121.66 1010Pa 1.66MPatmcEchTgBx51 105 31000 0.22 8820.672.01(MPa)温度疲劳应力系数Kt,佳木斯处于II区，取a 082

12、8, b 0.041,c323Kt丄 a(4)c b 0.828(便)1.323 0.0410.456tm fr1.665.0计算温度疲劳应力为：tr Kt tm 0.456 1.66 0.758(MPa)查表6-4-14三级公路的安全等级为四级，相应于四级安全等级的变异水平等级为 中级,目标可靠度为80%.再据查得的目标可靠度和变异水平等级,查表6-4-15, 其值为1.04-1.07,确定其可靠度系数rr 1.05。rr( pr tr)1.05 (2.6580.758)3.5868MPa 5MPa因而，所选普通混凝土面层厚度(0.22m)可以承受设计基准期内荷载应力和温 度应力的综合疲劳应力。表6-4-13最大温度梯度标准值Tg公路自然区规划n>vVffl最大温度梯度(°/m)83-8890-9586-9293-98表6-4-14可靠度设计标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(年)