最新《路基路面工程》课程设计

1、目 录1 .路.基设计11.1路基横断面设计1.1.1.1确定路基横断面形式 .1.1.1.2确定自然区划和路基干湿类型 .1.1.1.3路基横断面尺寸设计 .2.1.2道路横断面排水设计3.1.2.1边沟设计3.1.2.2排水沟设计3.1.2.3截水沟设计4.1.3路基稳定性验算4.1.3.1路基稳定性验算 .4.1.3.2路基坡面防护 .6.1.4路基施工设计7.1.4.1施工要点7.1.4.2路基压实8.1.4.3其它路基设施的施工 .9.2刚性路面设计.9.2.1行车荷载1.0.2.1.1车辆类型和轴型 .1.02.1.2轴载换算1.0.2.1.3交通分析1.2.2.2路面结构组合设计

2、1.3.2.2.1垫层设计1.3.2.2.2基层设计1.4.2.2.3面层设计1.5.2.2.4路肩设计1.6.2.2.5路面排水设计 .1.62.3路面结构层设计 .1.7.2.3.1初拟路面结构 .1.72.3.2路面材料参数确定 .1.72.3.3基层顶面回弹模量 .1.82.3.4荷载疲劳应力分析 .1.92.3.5温度疲劳应力 .2.12.4接缝设计 .2.4.2.4.1纵向接缝 .2.4.2.4.2横向接缝 .2.5.2.5水泥混凝土面层混合料设计 .2.62.5.1基本要求 .2.6.2.5.2配合比设计 .2.7.2.6钢筋用钢量计算 .2.9.2.7水泥混凝土路面机械摊铺施工

3、 .3.03柔性路面设计.3.2.3.1初拟路面结构方案 .3.2.3.2轴载换算并确定路面容许弯沉值 .3.33.2.1车辆类型和轴型 .3.33.2.2以设计弯沉值为指标轴载换算 .3.33.2.3层底拉应力验算轴载换算 .3.53.3确定路基回弹模量 .3.7.3.4确定材料回弹模量 .3.7.3.5三层体系简化确定路面结构 .3.83.5.1求算综合修正系数 .3.93.6验算结构层底地面拉应力 .4.0.3.6.1验算中粒式沥青混凝土面层 .4.03.6.2验算水泥砂砾基层 .4.23.6.3验算石灰水泥粉煤灰砂砾底基层 .4. 33.7各结构层材料组成设计 .4.4.3.8各结构层

4、施工技术要求及质量控制标准 .4.43.9工程量及材料组成设计 .4.5.参考文献4.6.1 路基设计路基是在地表按照道路路线位置和一定技术要求开挖或堆填而成的岩土结构 物，是道路的主要组成部分之一，其好坏决定道路的使用品质。路基既要有足够的 强度和稳定性，又要经济合理。因此在设计时，根据其使用要求和当地自然条件， 并结合施工方案进行合理设计，必要时还要设计多种方案，综合比较后，以选最优 在实际工程中，水是影响路基强度和稳定性的一个非常重要的因素，因此在设计时 要注意路基的排水，同时要结合路面排水，形成一个统一的排水系统。本设计主要 依据公路路基设计规范(JTG D302004)、道路勘测设计

5、和路基路面工程 教材进行设计。1.1 路基横断面设计1.1.1 确定路基横断面形式路基横断面一般有路堤、路堑、半挖半添路基三种方式。根据设计任务书要求, 本设计为南京地区的二级公路，主要为平原，因此主要采用路堤形式。设计为二级 公路，双车道混合形式。1.1.2 确定自然区划和路基干湿类型根据路基路面工程可知：南京位于W1长江下游平原润湿区。路基土质为 低液限粘土。由路基路面工程得路基临界高度：表 1.1 路基临界高度参考值路组自底至 然区界高至水位划度、粉性土地下水H1H2H3IV 11.71.91.21.30.80.9根据设计任务书，该公路为二级公路双车道混合行驶， 路基高度为0.5m，地下

6、水位1m,因此临界高度H=0.5+1=1.5m,出H Hi，故该路基干湿类型为中湿1.1.3 路基横断面尺寸设计南京在长江三角洲地区，以平原为主，本公路为二级公路双车道混合行驶，并 考虑该地区经济较发达，取计算行车速度为60Km/h。(1)路基宽度：由道路勘测设计可归纳得：表 1.2 路基宽度参数二级公路行车道宽度硬路肩土路肩双车道(m)(m)(m)80 Km/h3.751.50.75行车道宽度：3.75)2=7.5m硬路肩宽度：0.75)2=1.5m土路肩宽度：0.75)2=1.5m则，路基宽度：7.5+1.5+1.5=10.5m得路基横断面图如图1.1所示：图 1.1 路基横断面图(2)路

7、基边坡坡率：路堤填土高度为0.5m，路基填料为细粒土，根据公路路基设计规范(JTGD302004)，由表1.3可得，取路基边坡坡率为1?1.5，则边坡宽度b=1.5H=0.75m。表 1.3 路堤边坡坡率填料类别边坡坡率上部咼度（H 8m）下部咼度（H1.45，所以路基稳定性验算结果满足要求。1.3.2 路基坡面防护由于南京地区处于亚热带湿热气候区，年降雨量在10001500mm,对路基冲刷较大，结合二级公路的标准，应设置路基坡面防护。根据公路路基设计规范JTG D302004），路基较低，路基边坡坡率为1:1.5,可设植被防护。植被防护时宜选择 易成活、生长快、根系发达、叶茎矮或有匍匐茎的多

8、年生草种。路基挖方较大时， 可设骨架加固，即骨架植物防护。图 1.5 植被坡面防护图示图 1.6 骨架植物坡面防护图示1.4 路基施工设计路基施工主要是修筑路堤，并将其压实，同时注意排水工作。修筑路堤时要注 意合理取土，因地制宜，符合环保要求，防止污染环境，以适当处理，减少弃土侵 占耕地，防止水土流失和瘀塞河道。1.4.1 施工要点1）基本要求土质路基的挖填，首先必须搞好施工排水，包括地面临时排水沟槽及设法降低地下水位，以便始终保持施工场地的干燥。路基挖填范围内的地表障碍物，事先应予以拆除。路堑开挖，应在全横断面进行，自上而下一次成型。土质路堤分层填平压 实，是确保施工质量的关键。主要采用机械

9、化施工，人工辅助配合的方式进行路基 施工。路堤填方材料，应有一定的强度。经野外取土试验，二级公路应符合表1.6的规定时才能使用。表 1.6 路堤填方材料最小强度和最大粒径表填料应有部位（路床顶面以下深度）（m）填料最小强度（CBR）（%）上路床（030）6路下路床（3080）4堤上路堤（80150）3下路堤（150）2零填及路堑路床（030）6（3080）4（2）填挖方案土质路堤填筑，主要采用不同的土水平分层平铺的方式，以保证强度均应。分层填筑、分层压实，分层的最大摊铺层厚，按土质类别，确定压实机具功能碾压遍数， 最大摊铺厚度，不宜超过50cm，填筑至路床底面，最后一层的最小压实厚度，不 应小

10、于8cm。路基压实采用重型压实标准，压实度应符合公路路基设计规范（JTG D302004）的要求。 路基基底为耕地或土质松散时， 应在填前进行压实， 路基设 计时， 可考虑了清理场地后进行填筑压实， 厚度按0.2m计列压实下沉所填增加的土 方量。需要开挖时，土质路堑开挖，主要采用纵向全款掘进和横向通道掘进两种方式。1.4.2 路基压实（1） 机具选择与操作根据各种填料的不同性质以及不同土层厚度，采用最适宜的压实机械进行施工。路基压实应在最佳含水率条件下进行。（2） 压实标准本公路为二级公路，按现行规范规定，路基压实度应满足表1.7的要求。表 1.7 路基压实度填挖类别路床顶面以下深度（m）路基

11、压实度（%）0.30.800.80.81.51.51 4 3 其它路基设施的施工这里主要包括边坡施工和排水设施（包括边沟、排水沟、截水沟等）施工，前 面已经说明，这里不再赘述。但需要说明的是，边坡和排水设施施工时，应注意有 足够的压实度。比如边坡坡面的压实，边沟、排水沟、截水沟沟底和沟底两侧坡面 的压实，要符合相应的技术要求。2 刚性路面设计刚性路面即水泥混凝土路面，具有较高的力学强度，在车轮荷载作用下变形较小。所以，混凝土板通常工作在弹性阶段。本水泥混凝土路面设计主要依据公路 水泥混凝土路面设计规范（JTG D402002）和路基路面工程教材。在荷载图示00.3零填及挖方填方方面采用静力作用

12、均布面荷载；在路面板形态方面，采用半空间弹性地基有限大矩形板理论2.1 行车荷载2.1.1 车辆类型和轴型根据设计任务书及有关资料，得车辆轴重参数如下表:表 2.1 车辆轴重参数参考表车型分 类汽车车型前轴重（kN） 后轴重 （kN） 后轴 数 后轴轮 组数后轴距（m）交诵量小客车桑塔纳 200000000959中客车江淮 AL66001726.5120143大客车黄海 DD6804991.5120248轻型货 车北京 BJ13013.427.4120361中型货 车东风 EQ14023.669.3120185中型货 车黄河 JN16358.6114120290铰接挂 车东风 SP925050

13、.7113.33241962.1.2 轴载换算根据公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D402002），我国路面设计规范 中选用双轮组单轴轴载100KN（以BZZ-100表示）为标准轴载，标准轴载的有关 计算参数具体见表2.2：表 2.2 标准轴载计算参数标准轴载BZZ 100轴载 P（ KN）100轮胎接地压强 p（ MPa）0.70单轮传压面当量直径 d（ cm）21.30两轮中心距（cm）1.5d水泥混凝土路面结构设计以100KN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，换算为标准轴载的作用次数。由公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D402002）有Ns100KN的单

14、轴-双轮组标准轴载的作用次数;Pi单轴-单轮、单轴-双轮组、双轴-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；Ni各类轴型i级轴载的作用次数;轴-轮型系数，单轴-双轮组时，i=1;单轴-单轮时，按（2-2）计算；双轴-双轮组时，按（2-3）计算；三轴-双轮组时，按（2-4）计算。对于标准轴载作用次数的统计，去掉影响较小的轴载小于40KN的交通量。并由式2.12.3计算结果列表如下：表 2.3 轴载换算计算表轴载 Pi（ KN）每日通过次数（次/d）6fP1100丿16BZZ-100 轴次(次 /d)095910026.514310091.524810.241460尹J6

15、1100丿十2.22103Rg或或式中：:i =1.07论0.22=2. 24(2-1)(2-2)(2-3)(2-4)27.436110069.318510.00281114.029018.137223603 *113.31960.79 10317408558.9492刀=2913则可知本路建成初期每昼夜双向混合交通量换算成标准轴载的作用次数为2913次/do2.1.3 交通分析由公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D402002）可得二级公路的设计基准 期为20年，具体数值见表2.4:表 2.4 可靠度设计指标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

16、（a）30302020目标可靠度（）95908580目标可靠指标1.641.281.040.84变异水平等级低低中中中高则设计基准期内路面所承受的标准轴载累计作用次数为Ni，则有:Ni二竽卜+丫卜1】（2-5）其中，t =20,ni=2913, 丫=7%。贝U有Nj二365 29131 0.0720一丄435882530.07由于路面设计依据的交通量是设计车道上的交通量，所以，应对道路交通量乘 以方向不均匀系数及车道不均匀系数。方向不均匀系数取0.5,车道不均匀系数取1.0。则有设计基准期内设计车道所承受的标准轴载累计作用次数Ns为：Ns=NiX）.5X.0=43588253 0.5*0=21

17、294127（2-7）车道横断面上各点所受的轴载作用次数，仅为通过该车道断面的轴载作用次数 的一部分。水泥混凝土路面的临界疲劳荷位为纵缝边缘中部，该处的轮迹横向分布 系数，按实际测定结果参照表2.5所示。表 2.5 车辆轮迹横向分布系数公路等级纵缝边缘处高速、一级公路、收费站0.170.22二级及二级以下公路行车道宽大于 7m0.340.39行车道宽小于或等于 7m0.540.62本公路为二级公路双向混合形式，取市0.38。则，设计基准期内面层临界荷位出得标准轴载累积作用次数Ne。Ne=Ns=21294127)0.38=8091768(2-8)水泥混凝土路面所承受的交通轴载作用，按设计基准期内

18、设计车道所承受的标准轴载累计作用次数分为四级，分级范围如表2.6所示。表 2.6 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 Ne( 104) 200010020003 100v3由表2.6可知，本道路交通属于重交通2.2 路面结构组合设计2.2.1 垫层设计本公路由于位于南京地区，地下水位为1m,路基高度为0.5米，路基干湿类型 为中湿，降雨量较多，需要在路基和基层之间设置垫层，以改善路基的湿度和温度 状况，保证面层和基层的强度、刚度及温度性。由于修筑垫层的材料，强度要求不一定要求很高，但水稳性和隔温性能要好， 本设计考虑到公路所在地区降雨量较大，地下水位较高，主要采用排水垫

19、层。排水 垫层所采用的材料是砂砾，砂砾垫层应采用洁净的中、粗砂及砾石，含泥量不大于5%,并将其中的植物、杂质清除干净，也可以采用天然级配的砂砾料，其最大粒径 不大于50mm。应注意防止粗细粒料分离现象。由公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D402002)，垫层的宽度应与路基同宽，其最小厚度为150m m。本设计取垫层厚度为160mm222基层设计在面层下设置基层的主要目的是防止唧泥、 错台和由此引起的面板断裂等损坏 的出现，并承受面层传递下来的荷载。因此要求刚度与面层匹配，细粒土含量少、 耐冲刷能力强和有排水设施，具有一定的刚度和承载能力。（1）类型由于本公路交通属于重交通。由公路水泥混凝土

20、路面设计规范JTGD402002河得适宜的基层类型如表2.7所示。表 2.7 适宜各类交通等级的基层类型交通等级基层类型特重交通贫混凝土、碾压混凝土或沥青混凝土基层重交通水泥稳疋粒料或沥青稳疋碎石基层中等或轻交通水泥稳疋粒料、石灰粉煤灰稳疋粒料或级配粒料基层根据路基的基本参数和南京地区的自然环境，决定采用多空隙水泥稳定碎石排水基层，并在基层下铺设底基层，采用石灰粉煤灰稳定集料，以满足重交通的需要。（2）宽度由公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D402002）知，基层的宽度应比混 凝土面层每侧至少宽出300mm（采用小型机具施工时） 或500mm（轨模式摊铺机 施工时） 或650mm（滑模式摊

21、铺机施工时）。路肩采用混凝土面层，其厚度与行车 道面层相同时，基层宽度宜与路基同宽。级配粒料基层的宽度也宜与路基同宽。本 设计米用与路基同宽度的基层。（3）厚度由公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D402002）。可知各类基层厚度的 适宜范围，如表2.8所示。表 2.8 各类基层厚度的适宜范围基层类型厚度适宜的范围（mm）贫混凝土或碾压混凝土基层120200水泥或石灰粉煤灰稳疋粒料基层150250沥青混凝土基层40 60沥青稳疋碎石基层80 100级配粒料基层150200多孔隙水泥稳疋碎石排水基层100140交通量较大，多空隙水泥稳定碎石排水基层采 用120m m,石灰粉煤灰稳定集料底基层采

22、用沥青稳定碎石排水基层80 100200mm。2.2.3 面层设计（1）类型根据公路水泥混凝土路面设计规范JTG D402002）,水泥混凝土面层应具 有足够的强度、耐久性，表面抗滑、耐磨、平整。面层一般采用设接缝的普通混凝 土；面层板的平面尺寸较大或形状不规则，路面结构下埋有地下设施，高填方、软 土地基、填挖交界段的路基等有可能产生不均匀沉降时，应采用设置接缝的钢筋混 凝土面层。面层类型可根据适用条件按表2.9选用。表 2.9 其他面层类型选择面层类型适用条件连续配筋混凝土面层高速公路沥青上面层与连续配筋混凝土或横缝设传力杆的普通混凝土下面层组成的复合式路面特重交通的高速公路碾压混凝土面层二

23、级及二级以下公路、服务区停车场钢纤维混凝土面层标高受限制路段、收费站、混凝土加铺层和桥面铺装矩形或异形混凝土预制块面层服务区停车场、二级及二级以下公路桥头引道沉降未稳定段本设计为二级道路，根据表2.9可知应采用碾压混凝土面层。（2） 宽度根据设计任务书要求，本设计面层宽度即路面宽度，为9m。（3） 厚度普通混凝土、钢筋混凝土、碾压混凝土或配筋混凝土面层所需的厚度，可参照 表2.10所示参考范围。表 2.10 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（mm） 260 250 240270240260230250220交通等级中

24、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（mm）240210230200220200 230 220根据表2.10可知，二级公路，交通等级为重交通，因此碾压混凝土面层采用250mm。2.2.4 路肩设计路肩铺面结构应具有一定的承载能力，其结构层组合和材料选用应与行车道路 面相协调，并保证进入路面结构中的水的排除。路肩铺面可选用水泥混凝土面层或 沥青面层。本设计采用水泥混凝土硬路肩，设计厚度与行车道面层同厚，为250mm，且跟行车道面层一样采用碾压混凝土结构。2.2.5 路面排水设计（1） 路面横坡设计根据公路水泥混凝土路面设计规范JTG D402002），行车道

25、路面应设置双 向或单向横坡，坡度设计为2%。路肩铺面的横向坡度值宜比行车道路面的横坡值 大1%2%,设计为3%。（2）集水管和集水沟设计由于行车道路面结构设置了排水基层或垫层，应在排水基层或垫外侧边缘设置 纵向集水沟和带孔集水管，并间隔80m设置横向排水管。带孔集水管和孔径采用120mm。集水沟的宽度采用300mm。集水沟的深度应 能保证集水管管顶低于排水层底面， 并有足够厚度和回填料使集水管不被施工机械 压裂。沟内回填料宜采用与排水基层或垫层相同的透水性材料，或者不含细料的碎 石或砾石粒料。回填料与沟壁间应铺设无纺反滤织物。横向排水管不带孔，其管径 与集水管相同。集水沟和集水管的纵坡与路线纵

26、坡相同，且不小于0.25%。横向排水管的坡度为7%。2.3 路面结构层设计2.3.1 初拟路面结构根据路面结构组合设计，可知路面结构层设计参数如下表:表 2.11 路面结构层设计参数路面结构层厚度（m）宽度（m）结构类型面层0.259碾压混凝土面层甘日基 7 层0.1210.5多空隙水泥稳疋碎石排水基层底基层0.210.5石灰粉煤灰稳定粒料垫层0.1610.5天然砂砾2 3 2 路面材料参数确定（1） 面层由公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D402002）可得普通混凝土面层弯拉强度标准值如表2.12所示。表 2.12 水泥混凝土设计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

27、值（MPa)5.05.04.54.0钢纤维混凝土的弯拉强度标准值（MPa)6.06.05.55.0同时可得相应的弯拉弹性模量如表2.13所示表 2.13 水泥混凝土弯拉弹性模量经验参考值弯拉强度（MPa）1.01.52.02.53.03.54.04.55.05.5抗压强度（MPa）5.07.711.014.919.324.229.735.841.848.4弯拉弹性模量（GPa）10151821232527293133根据本设计交通等级为重交通，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31GP&（2） 基层表 2.14 垫层和基层材料回弹模量经验参考值材料

28、类型回弹模量（MPa）天然沙砾150200石灰粉煤灰稳定粒料13001700由表2.14得石灰粉煤灰稳定粒料基层回弹模量取1400MPa。（3） 垫层同样由表2.14得天然砂砾垫层的回弹模量取180MPa。（4） 路基由设计任务书可知，路基回弹模量为32MPa。2.3.3 基层顶面回弹模量由公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D402002）得基层顶面回弹模量的计算公式如下:式中:Et基层顶面的当量回弹模量（MPa）；E0路床顶面的回弹模量（MPa）；Ex-基层和底基层或垫层的当量回弹模量（MPa）;E1、E2-基层和底基层或垫层的回弹模量（MPa）;Et二ah：EExlEo丿2 2EEx_h

29、2h；hx二12DXEx332nEhh1h2Dx124-a =6.22 1-1.51Ex.-0.45b =1 -1.44.-0.55ExE。 丿丄+丄丘山丘2人2 J(2-9)(2-10)(2-11)(2-12)(2-13)(2-14)式中: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(MN-m);hi、h2基层和底基层或垫层的厚度(m);a、b与Ex/Eo有关的回归系数。将数据代入上式，可解得:2 2 2 2ExE2呼呼2=13002他他16,63MPa由公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D402002)，有基层顶面的当量回弹模量Et的最低要求见表2.15所

30、示。表 2.15 基层顶面回弹模量Et 最低要求交诵量等级特重重中等轻回弹模量 Et ( MPa)1201008080由于所以算的Et=152MPa,大于100MPa,所以满足要求2.3.4 荷载疲劳应力分析(1)公式根据公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D402002),选取混凝土板的纵向边缘中部作为产生最大荷载和温度梯度综合疲劳损坏的临界荷位。标准轴载Rs在临 界荷位处产生的荷载疲劳应力按式（2-15）确定。1 1 - +-E1h1E2h2 J332nEM+Ezh；亠卄2 )Dx12413000.21800.16121=1.77 Mn *m12DEx12 1.77.8630.291 ma

31、=6.22 51-0.45E。_0.45=4.088b =1 -1.44900 14 700 800 14 X700 700 14 700 00 14 700 500 14 X700 0026030016 800 900 16 800 800 16 800 700 16 800 00 16 800 50016 800 00由于设计混凝土面层厚度为250mm, 车道宽度即到自由边距离为3.75m。选 用直径 14螺纹钢筋，长度700mm，间距700mm。2.4.2 横向接缝横缝垂直于纵缝，有缩缝、胀缝和施工缝三种。由于设置胀缝不仅给施工带来 不便，而且也容易出现碎裂、唧泥和错台等病害。因此本设计

32、主要采用缩缝和施工 缝两种接缝形式。每日施工结束或因临时原因中断施工时，设置横向施工缝，其位置选在缩缝处C采用传力杆的平缝形式，其构造如图2.3所示。填缝料6传力杆单位：mm图 2.3 横向施工缝构造图横向缩缝等间距布置，采用假缝形式。由于重交通，采用设传力杆假缝形式。横向缩缝顶部锯切槽口，深度为面层厚度的1/4,宽度为6mm，槽内填塞填缝料。传力杆采用光面钢筋。其尺寸和间距可按表2.20选用：h/2防锈涂料表 2.20 传力杆尺寸和间距（mm）面层厚度（mm）传力杆直径传力杆最小长度传力杆最大间距220284003002403040030026032450300280354503003003

33、8500300最外侧传力杆距纵向接缝或自由边的距离为200mm。水泥混凝土面层厚度250mm。则采用传力杆直径 32光面钢筋，长度500mm,间距200mm。单位：mm图 2.4 横向缩缝构造图2.5 水泥混凝土面层混合料设计2.5.1 基本要求水泥混凝土混合料根据公路交通量及公路的使用任务、性质，并结合气候、水 文、土质、材料、实践经验以及施工和养护条件等，通过技术经济比较。获得符合 使用要求与环境条件相适应的路面。混凝土混合料由水泥、粗集料、细集料、水与外加剂等原材料组成。各种材料 的基本技术要求应满足相应的技术规范。基本性能包括抗折强度、抗折疲劳强度、 抗压强度、变形性能和耐久性等性能也

34、应满足要求。填缝料ii6h/2传力杆11防锈涂料2 5 2 配合比设计设配置52.5级普通水泥砾石混凝土（1配置抗折强度设配置滑模摊铺的水泥混凝土，高速公路水泥混凝土路面设计抗折强度5MPa,强度施工保证系数K=1.15。则配置抗折强度由下式确定：R =K尺则有Rc= K “Rs=1.15汉5=5.75（皿卩& ）（2）计算水灰比W/C实测28d抗折强度平均值取8.40MPa。参照下列两个经验公式计算：C/W二R 1.5492 -0.4565Rj/1.2618W /C =1.04-艮/1.38Rj带入数据则有，W/C=0.3642或W/C=0.544上述两个公式计算的水灰比， 一个偏小

35、， 一个偏大， 取两个公式的计算结果的 平均值W/C=0.454较合适。（3）计算单位用水量W0取细度模数为2.6,参考表2.21得Sp=32%;表 2.21 砂的细度模数与最优砂率关系砂细度模数2.22.52.52.82.83.13.13.43.43.7砂率碎石30343236343836403842(%)砾石28323034323634383640塌落度h=5cm，由下列经验公式可计算：W0=86.89 3.70h 11.24 C/W 1.00Sp代入数据得，Sp=162.15kg/m3160kg/m3用水量过大，需使用减水剂。（4）外加剂用量使用外加剂，应采用引气缓凝减水剂用量1.5%。

36、，最优减水率7%。减水量计算如下：7%X162.15=11.35kg/m3, 162.12-11.35=120.8kg/m3,符合砾石混凝土最大控制单位用水量155kg/m3的要求。外加剂用量Y0=359X0.0015=0.5385 kg/m3。(5) 计算单位水泥用量COC0=W0(C/W)=150.8X2026=332.15 kg/m3考虑到施工的波动，增加水泥用量AC=7.85。取C0=340 kg/m3，水灰比为150.8/340=0.044。对比耐久性的要求，高速公路水泥混凝土路面的水灰比不大于0.44,基本符合要求，单位用水量不小于300 kg/m3，满足耐久性要求。(6) 计算砂

37、石材料用量使用假定密度法计算，假定砾石混凝土密度2450 kg/m3。由细度模数FM=2.625查表2.20,的砂率Sp=32%。由下式可计算：丄C0W0S0= C100/S0S0G。l=SpS +G=2450-151-340iS0 (S0+ G0) = 0.32G0 = S0 1 -0.32 /0.32 = 2.125S0代入上式得S0-627kg/m3G0= 1332kg / m3(8)计算结果汇总上述计算结果如表2.22所示。表 2.22 施工配合比材料名称水水泥砂砾石外加剂(kg/m3)15134062713320.52比例0.44411.983.291.5%。2.6 钢筋用钢量计算由

38、2.5接缝设计可归纳得路面用拉杆及传力杆所用钢筋的直径、长度和间距等 参数，汇总得表2.22所示。表 2.22 路面用钢筋参数(mm)接缝纵缝横缝直径1432长度 L700500间距 S700200路面混凝土板长度为4m，宽度依据行车道宽度及硬路肩宽度分别为3.75m和0.75m，截取计算路线长1000m。依据路线长度和混凝土面板的平面尺寸，计算可得纵缝和横缝所分别消耗的钢 筋数量。纵向：N仁2X(1000/0.7)=2857横向：N2=(1000/4)X3.75X+0.75X)/0.2=11250查阅相关资料可得钢筋单位质量如表2.23所示。表 2.23 钢筋单位质量表接缝纵缝横缝种类螺纹钢

39、筋光圆钢筋直径(mm)1432单根面积(cm2)1.5398.042单位质量(kg/m)1.216.31则可计算得到所用钢筋的质量：纵缝：Gi=2857X0.7 1.21=2420kg横缝：G2=1125X0.56.31=35494kg则，总量G=2420+35494=37914kg2.7 水泥混凝土路面机械摊铺施工本设计水泥混凝土路面施工采用滑模施工技术。主要参考公路水泥混凝土路 面滑模施工技术规范。本设计采用螺旋布料器布料、多根振动棒振动密实、振捣器上下振捣压入粗骨 料、成型模板挤压成型和抹光等工序，确保水泥混凝土路面密度，特别是路面的平 整度有了明显的提高，能满足高速公路的高标准质量要求

40、。施工要求：(1施工前的准备：根据质量要求验收基层标高与平整度， 避免因基层的标高或平整度的不良而影 响水泥混凝土面层。在合格的基层顶面用经纬仪和水准仪测量出道路中心线和标 高，然后，放出摊铺机一侧的基准线，放线时每5m(弯道段)或10m(直线段) 测设一个点，确保标高准确，线形平顺。摊铺机履带行走部位的地基，应稍整平并 有能承载履带接地压力的承载力。(2)混凝土制备拌制符合质量标准且质量稳定的拌和料，其坍落度宜为3050mm，砂率直为40%。加强搅拌站材料的计划性，原材料必须有足够的贮存量，满足每天的摊铺量。 在满足摊铺量的同时，必须按运输到现场的时间和车辆吨位大小等情况，配备运输 车辆，确

41、保摊铺机持续均匀地进行摊铺。(3)全自动铺筑摊铺机定位后，安装自动找平传感 装置并检查其完好性及操作灵活性, 它将直接影响到铺筑路面的质量。全自动摊铺的工艺为：根据施工情况，调整摊铺速度以及 振动棒位置与振动频率。（5）整修 摊铺机自动铺筑路面成型后，为了使路面两侧的边角达到要求的平整度，可备 有3m轻型直尺进行整修。每天摊铺机在开始和结束铺筑时，两端都采用人工立模 板和铺筑。两端平整度必须与机械摊铺整个面层保持一致，上述两端处的人工修边 必须认真精修。（6）拉毛、初期养生 拉毛质量直接影响路面抗滑性能，拉毛可以采用麻袋布拉毛，压纹机压纹或切 割成纹。要求纹理均匀、顺直、深度适宜。当混凝土成型

42、后应适时用潮湿的麻袋布 或草包覆盖养生，防止表面干缩裂缝，并在7天内保持湿治养生。也可采用喷洒化 学养护剂养护。（7）切缝掌握好切缝时机是防止施工初期断板的重要措施， 应“宁早不晚 ”和“切缝不浅 ”， 以切缝时刀片不带起碎石为最早切缝时机，切缝深度应为1/31/4的板厚（具体根 据设计要求）。（8）灌封缝 当养生结束后即可开始灌封缝，灌封缝前必须清除缝内杂物，保持缝壁干燥， 然后选用合适的灌缝料进行灌封缝。3 柔性路面设计柔性路面设计， 即沥青路面设计。 路面刚度较小， 在车辆荷载作用下变形较大。 柔性路面设计的内容包括路面结构层次的选择和组合，各结构层厚度的确定，以及 各结构层的材料组成设

43、计等。我国沥青路面设计以双圆垂直均布荷载作用下的多层 弹性体系为理论， 以路表回弹弯沉和沥青表层和基层层低弯拉应力为设计指标进行 路面结构厚度设计。本设计主要依据公路沥青路面设计规范（JTG D502006） 和路基路面工程教材。3.1 初拟路面结构方案面 层）中粒式沥青混凝土 7cm 基 层） 水泥砂砾 ? 底基层）石灰水泥粉煤灰砂砾 20cm垫 层） 天然砂砾 25cm路基3.2 轴载换算并确定路面容许弯沉值3.2.1 车辆类型和轴型根据设计任务书及有关资料，得车辆轴重参数如下表:表 2.1 车辆轴重参数参考表车型分 类汽车车型前轴重（kN）后轴重 （kN） 后轴 数 后轴轮 组数后轴距（

44、m）交诵量小客车桑塔纳 200000000959中客车江淮 AL66001726.5120143大客车黄海 DD6804991.5120248轻型货 车北京 BJ13013.427.4120361中型货 车东风 EQ14023.669.3120185中型货 车黄河 JN16358.6114120290铰接挂 车东风 SP925050.7113.33241963 2 2 以设计弯沉值为指标轴载换算根据我国公路沥青路面设计规范的要求，当以设计弯沉值 为指标以及验算 沥青层层底的拉应力时，规定要求凡轴载大于25KN的各级轴载（包括车辆的 前、后轴）P的作用次数n,，按以下公式换算成标准轴载P的当量作

45、用次数N:kpi4.35NCQ n（寸）i=1（3-1）式中：N标准轴载当量轴次（次/d）ni-被换算车型的各级轴载作用次数；P标准轴载（KN）；Pi被换算车型的各级（单根）轴载（KN）；C1被换算车型各级轴载的轴数系数。当轴间距大于3m时按单独的一 个轴计算，轴数系数记为轴数m；当间距小于3m时，按双轴或多轴计算，轴数系数为C1=1+1.2(m-1);C2被换算轴载的轮组系数，单轮组为6.4,双轮组为1.0,四轮组为0.38根据以上公式，将每种通过该路的车型换算成标准轴载，见下表：表 2.2 轴载换算计算表车型Pi(KN)nqC2kN=送ecni(轉)4.35桑塔纳2000前轴0959000

46、后轴0000江淮前轴17.0143110AL600后轴26.5110黄海前轴49.02481111DD680后轴91.511169北京前轴13.4361110BJ130后轴27.4111东风前轴23.6110EQ140后轴69.31851138黄河前轴58.62901128JN163后轴114.011513东风前轴50.71961110SP9250后轴113.3311012刀=782然后根据公式:M=驾珥（1神冷-2）计算设计年限12年内通过该横断面的累积标准轴载的当量次数：365782亠i2 1Ni10.07-111635186（次）0.07再根据公式：Ne=Nin（3-3）式中：Ni设计年

47、限内通过该横断面的累积标准轴载的当量次数Ne计算设计年限内一个车道上的累积当量轴次数设计年限内交通量的平均年增长率t设计年限，按规范沥青混路面二级公路设计年限一般为12年n车道系数按双车道无分隔的车道系数为0.60.7。计算设计年限12年内一个车道上的累积当量轴次：Ne=Ni押1635186 0.7=8144630（次）323 层底拉应力验算轴载换算半刚性基层层底拉应力验算当进行半刚性基层层底拉应力验算时，按规定， 凡轴载大于50KN的各级轴载（包括车辆的前、后轴）Pi的作用次数ni均按 照下式换算成标准轴载P的当量作用次数N:N二罷口（与P（3-4）式中：IC1被换算车型各级轴载的轴数系数。

48、当轴间距大于3m时按单独的一 个轴计算，轴数系数记为轴数m；当间距小于3m时，按双轴或多轴计算，轴 数系数为3=1+2（m-1）;IC2被换算轴载的轮组系数，单轮组为18.5,双轮组为1.0,四轮组为0.09。根据以上公式，将每种通过该路的车型换算成标准轴载：表 2.3 标准轴载换算表车型P(KN)nGC2M/ Pi、8N _ c1c2ni()P黄海 DD680后轴91.524811122东风 EQ140后轴69.31851110黄河 JN163前轴58.6290114后轴114.011827东风 SP9250前轴50.7196111后轴113.3311597刀=2561注：轴载小于50KN的

49、轴载作用不计算出累计当量轴次365 25610.071 0.0712-1 lx0.7=16721499根据轴载当量，根据规范按照以下公式确定路面容许弯沉值1R =1SIR= 600 N管ACAsAb(3-5)(3-6)Ne0.2式中:IR路面在设计使用年限末，最不利季节，在标准轴载作用下出现的最 大回弹弯沉值（mm）,路面温度为20ocNe计算设计年限内一个车道上的累积当量轴次数（次）；lS路面的实际弯沉值;Ac公路等级或道路分类系数，其值见表;As面层类型系数，沥青混凝土路面取1.0，沥青表面处治取1.2,中低级路面取1.3公路等级高速公路一级公路二级公路三四级公路分类系数1.01.01.1

50、1.2城市道路等级快速路主干路次干路支路城市类型大城市0.851.01.11.2中小城市0.851.11.21.2表 2.4 城市道路路面容许弯沉系数A表 2.5 城市道路路面容许弯沉系数 As面层类型沥青混凝土热拌沥青碎石、沥青上拌下贯式沥青表面处治颗粒类As1.01.11.21.3查表得，该公路为混凝土路面，米用容许弯沉作为设计扌指标，Ac=1.0，面层是沥青混凝土As =1.0,代入公式(3-6)_0 2IR=600X8144630X1.1X1.0X1.0=27.4mm3.3 确定路基回弹模量根据设计任务书要求，路基回弹模量为32MPa。3.4 确定材料回弹模量根据公路沥青路面设计规范(

51、JTG D502006),可知:表 2.6 沥青混合料设计参数表材料名称沥青针入度抗压模量(MPa)劈裂强度00C ( MP a)200C150C细粒式密集配沥青混凝土9012001600180022001.2 1.6中粒式密集配沥青混凝土9010001400160020000.8 1.2中粒式开集配沥青混凝土908001200120016000.6 1.0粗粒式密集配沥青混凝土908001200120016000.6 1.0沥青碎石混合料600800沥青贯入式400 60012001200表 2.7 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(MP)劈裂强度S(MPa)备注二级沙砾7

52、: 13:80130017000.6 0.8二级碎石7: 13:80130017000.5 0.8水泥沙砾5% 6%130017000.4 0.6水泥碎石5% 6%130017000.4 0.6石灰水泥粉煤灰沙砾6:3:16:75100014000.4 0.6水泥石灰沙砾土4: 3: 25:6880012000.4 0.6天然沙砾具有一定级配符合规范要求180220150200做底基层用通过查前面的表得到各层材料的抗压模量和劈裂强度。抗压模量取150C时的模量，各值均取规范给定范围的中值，将所需材料参数汇总到下表：表 2.8 所需材料回弹模量表材料厚度(cm)抗压模量(MPa)劈裂强度S(MP

53、a)20C150C中粒式沥青混凝土7120018001.0水泥砂砾?120012000.5石灰水泥粉煤灰砂砾20110011000.5天然砂砾252002003.5 三层体系简化确定路面结构将四层体系简化成上层为沥青混凝土、中层为水泥石灰稳定砂粒以及土基 组成的三层体系3.5.1 求算综合修正系数综合修正系数:解得，h2=18cm，即基层采用水泥砂砾18cm。F =1.63Is0.38E00.3620006丿(3-7)式中IS路面实际弯沉值;E0上基回弹模量;F =1.63(27.4(32、200010.65丿A. CFRmSrv(3-9)RKs式中：CR指路面结构在行车荷载重复作用下达到疲劳

54、临界状态的最大容许弯拉应力；Cm结构层的弯拉应力；S沥青混凝土或整体性基层材料的劈裂强度（MPa），对于沥青混凝 土，系指15C时的劈裂强度，其他稳定类基层材料，均指3个月龄期的劈裂强 度;Ks抗弯拉强度结构系数，按下列公式计算：沥青混凝土面层:1000上层厚度:7cm中层厚度:1100250200= 39.57cm1200 120010.65二0.657E2E11800-0.55Aa沥青混凝土级配类型系数，细、中粒式沥青混凝土为 青混凝土为1.1。对无机结合料稳定集料类:对无机结合粒稳定细粒土类:Ne计算设计年限内一个车道上的累积当量轴次数（次）将数值代入上述公式算得:中粒式密集配沥青混凝土:抗拉强度结构系数:0 2 02Ks=0.09AaNJ / Ac= 0.091.0(8144630)./1.1二容许拉应力:二丄 J 二0.51MPaKs1.97上层：中粒式沥青混凝土面层中层：水泥砂砾基层、石灰水泥粉煤灰砂砾底基层和天然砂砾垫层下层：路基Ks二0.09AaNf.22/Ac(3-10)1.0，粗粒式沥