公路路基路面设计书

1、公路路基路面设计方案一 . 设计资料公路自然区划 II 1 拟建一双车道二级公路 , 该地区为粘性土 , 稠度为 1.0, 山岭重丘区 . 沿线的工程地质及水文地质良好。山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 7.5 米，路肩宽度 1.25 米，其中硬路肩宽度 0.75 米，土路肩宽度0.5 米。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东风 EQ-140日野黄河小汽车CA10BKB222JN-150辆 /d1630141070601455二、混

2、凝土路面设计2.1 交通分析查规范，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 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，按式（ 3 .0 4-1 ）换算为标准轴载的作用次数。nPi16（3.0.4-1N siN i）i1100i2.2210 3Pi0.43(3.0.4-2 )或i1.07105 Pi0.22(3.0.4-3 )或i2.24108Pi0.22(3.0.4-4 )式中： Ns 100KN的单轴 - 双轮组标准轴载的作用次数；Pi 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

3、）；n 轴型和轴载级位数；Ni 各类轴型 i 级轴载的作用次数；i 轴 - 轮型系数，单轴 - 双轮组时，i =1；单轴 - 单轮时，按式（ ）计算；双轴 - 双轮组时，按式（）计算 ; 三轴 - 双轮组时 , 按式计算。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前轴19.40620.294916300.5759CA-10B后轴60.851东风前轴23.70569.129614103.8988EQ-140后轴69.201日野前轴50.20412.145370137.7618KB222后轴104.301黄河前轴49.00416.4556607

4、7.3482JN-150后轴101.601小汽车前轴-556.2114550.0000后轴-1合计219.5847由表二可知，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 0.38 。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：t20N eN S 1 g r13651 0.051 219.5847 365 0.38 100.7 104 次gr0.05式中：Ne标准轴载累计作用次数；T 设计基准期；gr 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

5、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）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0.17 0.22二级及二级以下公路行车道宽 7m0.34 O 39行车道宽 7mO 540.62注：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 Ne2000100200031003（ 104）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

6、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 240270 240260 230250 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（ mm）240 210230 200220 200 230 2202.2 初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O.24m。基层选用水泥稳定粒料 ( 水泥用量 5) ，厚 0.19m。垫层为 0.16m 石灰粉煤灰土。普通混凝土板的平面尺寸为宽3.75m，长 4.5m。纵缝为设拉杆

7、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： 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4.5m 时，应设置纵向缩缝，构造如图二所示。8填料缝0拉杆防锈涂料2102700104 41图一 纵向施工缝构造8填料缝0拉杆防锈涂料2102700108 41图二 纵向缩缝构造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。8填料缝00涂沥青传力杆52102

8、4001图三横向施工缝构造8填料缝00涂沥青传力杆521021图四横向缩缝构造2.3 路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5.0MPa，相应弯拉弹性模量标准值为 31GPa。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（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表七中湿路基路床顶面回弹模量经验参考值范围(MPa)公路自然区划土 组土质砂26 4240 5039 50356050 60粘质土25 4530 4025 45304530 45粉质土22 4632 5430 50274330 45查表七

9、，路基回弹模量取30MPa。查表八，石灰粉煤灰土垫层回弹模量取800MPa，水泥稳定粒料基层回弹模量取1600MPa。按下式计算基层顶面当量回弹模量如下：Exh12 E1h22 E216000.1928000.162h12h220.1920.1621268( MPa)DxE1h13E2 h23(h1 h2 )2(11) 116000.193800 0.16312124E1 h1E2 h21212(0.160.19) 2(18001) 13.95(MNm)416000.190.163hx12DxEx3123.5611680.333(m)a6.22 1Ex)0.456.2211.51(12680.

10、454.4781.51()E030b1 1.44(Ex)0.5512680.550.816E01 1.44 ()30bE0(Ex)1 / 33.426 0.3320.79130 (12681/ 3191( MPa )Et ahxE0)30式中： E t 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当量回弹模量(MPa)；E1、 E2基层和底基层或垫层的回弹模量(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(MN-m)；h1、 h2基层和底基层或垫层的厚度(m) ；a、b与 ExE0 有关的回归系数。普通混

11、凝土面层的相对刚度半径按下式计算如下：r 0.573h3 Ec0.573 0.24 3 310001910.7031Et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(MPa)；Et 基层顶面当量回弹模量(MPa)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， 2

12、0 )800 1200级配碎砾石 ( 基层 )250 350沥青混凝土 ( 中粒式， 20 )1000 1400多孔隙水泥碎石 ( 水泥剂量 9.5石灰土200 70011 )1300 1700多孔隙沥青碎石(20 ，沥石灰粉煤灰土600 900600 800青含量2.5 3.5 )24 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PS0.077 0.6 h 20.0770.70310.60.24 21.082(MPa )式中：ps标准轴载PS 在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力(MPa)；r 混凝土板的相对刚度半径 (m) ，按式 (B.1.3-2) 计算；h 混凝土板的厚

13、度 (m) ；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k f N e n(100.7 104 )0 .0572.1987。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kc=1.20。表九 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kc1.301.251.201.10按式下式，荷载疲劳应力计算为prkr k f kc ps0.87 2.1987 1.20 1.082 2.484(MPa )式中： prS在临界荷位处产生的荷载疲劳应力(MPa)；标准轴载Pps标准轴载PS在四边自由板

14、的临界荷位处产生的荷载应力(MPa)；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，kr=O.87O.92( 刚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，kr =1.O；纵缝为设拉杆的企口缝时， kr=0.76 O.84；kf 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。25 温度疲劳应力由表 十， 区最大温 度梯度取 88( m)。板 长 4.5m， l / r =4.5 0.7031=6.4 ，由图 B2.2. 可查普通混凝土板厚 h=0.24m，Bx=O.63

15、。表十 最大温度梯度标准值T g公路自然区划、最大温度梯度 ( /m)88 83909586 929398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c Ec hTg1 10531000 0.24 88tmBx0.63 2.062(MPa )22式中：tm最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力(MPa)；c 混凝土的线膨胀系数(1 ) ，通常可取为 1 10-5 ；Tg 最大温度梯度，查表九取用；Bx综合温度翘曲应力和内应力作用的温度应力系数，可按 l r和h 查用图确定；l 板长，即横缝间距 (m) 。温度疲劳应力系数 kt，按式(B 3)计算为2frc5

16、.01.323atm0.8282.062ktf rb0.041 0.52tm2.0625.0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公路自然区划系数IIIIIVV11A0.8280.8550.8410.8710.8370.834B0.0410.0410.0580.0710.0380.052C1.3231.3551.3231.2871.3821.270再由下式计算温度疲劳应力为trkttm0.522.0621.072( MPa )式中： tr 临界荷位处的温度疲劳应力(MPa)； tm最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力(MPa)；kt

17、 考虑温度应力累计疲劳作用的疲劳应力系数。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 =1.13 。表十二可靠度系数变异水平等级目标可靠度（）95908580低1.20 1.331.09 1.161.04 1.08中1.33 1.501.16 1.231.08 1.131.04 1.07高1.23 1.331.13 1.181.07 1.11注：变异系数在表 3 .0 .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：rprtr1.13(2.4841.072)4.

18、0183f r5.0 MPa因而，所选普通混凝土面层厚度(O.24m) 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。26 验算水泥混凝土路面设计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:1.13面层 类型 : 普通混凝土面层路 面单轴轴载单轴轴载双轴轴载三轴轴载交通序号行 驶单轮总重双轮总重双轮总重双轮总重量车 辆组 的(kN)组 的(kN)组 的(kN)组 的(kN)名称个数个数个数个数1单 后119.4160.8500001630轴 货车23单 后123.7169.200001410轴 货车单 后150.2110

19、4.3000070轴 货车4单 后1491101.6000060轴 货车5单 后12012000001455轴 货车行驶方向分配系数1车道分配系数1轮迹横向分布系数.39交通量年平均增长率5 混凝土弯拉强度5 MPa混凝土弯拉模量31000 MPa混凝土面层板长度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.87基 (垫)层类型 -新建公路土基上修筑的基(垫)层层位基（垫）层材料名称厚度 (mm)回弹模量 (MPa)1水泥稳定粒料19013002石灰粉煤灰土1608003土基30基层顶面当量回弹模量 ET=182.9 MPaHB= 240r= .714SPS= 1.09

20、SPR= 2.51BX= .63STM= 2.07KT= .52STR= 1.08SCR= 3.59GSCR= 4.06RE=-18.8 %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: 182.9 MPa混凝土面层设计厚度:240 mm通过对设计层厚度取整, 最后得到路面结构设计结果如下:-普通混凝土面层240 mm-水泥稳定粒料190 mm-石灰粉煤灰土160 mm-土基三、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

21、厚度如下：中粒式沥青混凝土4cm粗粒式沥青混凝土6cm二灰稳定砂砾二灰土20cm？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公路等级设计年限（年）（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P 的当量作用次数N。准轴载的当量轴次N：KPi4.35Ni 1C1C2 ni 100=196.1345+301.438+106.422+81.5352=685.5297（次 /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

22、准轴载的当量轴次（次 /d ）：Ni被换算车型的各级轴载作用次数（次/d ）；P 标准轴载；Pi被换算车型的各级轴载（ KN）；C1被换算车型的轴数系数；C2被换算车型的轮组系数，双轮组为 1.0 ，单轮组为 6.4 ，四轮组为0.38 ；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 3m时，双轴或多轴的轴数系数下面公式计算：C1=1+1.2（m-1）式中： m 轴数。列表如下：车型轴重C1C2 1交通组成当量轴次解放前轴19.4016.40.00510.12301630196.1345CA-10B后轴60.85110.1152东风前轴23.7016.4

23、0.01220.12031410301.4380EQ-140后轴69.20110.2061日野前轴50.2016.40.31931.520370106.4220KB222后轴104.30111.2010黄河前轴49.0016.40.28741.35896081.5352JN-150后轴101.60111.0715小汽车前轴-16.40.00000.000014550.0000后轴-110.0000合计685.5297计年限内一个车道的累计当量标准轴次Ne，按下式计算：1t1 365NNe2.788 106 （次 /车道）式中： Ne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（

24、年）；N S 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，无分隔带的双车道0.60.7；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：KPi8Ni 1Cni=280.6474（次 /日）C12100式中： N 准轴载的当量轴次（次/日）；ni设计第一年被换算车型的各级轴载作用次数（次/日）；Pi被换算车型的各级轴载（KN ）；C1轴数系数， C11（2m1）， 式中 m轴数；C 轮组系数，单轴组为 18.5，双轮组为 1.0，四轮组为 0.09。2列表

25、计算如下：车型轴重C1C2 1交通组成当量轴次解放前轴19.40118.50.00000.0188163030.6993CA-10B后轴60.85110.0188东风前轴23.70118.50.00020.0528141074.8793EQ-140后轴69.20110.0526日野前轴50.20118.50.07461.475170103.2558KB222后轴104.30111.4005黄河前轴49.00118.50.06151.19696071.8130JN-150后轴101.60111.1354小汽车前轴-118.50.00000.000014550.0000后轴-110.0000合计2

26、80.6474 计 年 限 内 一 个 车 道 的 累 计 当 量 标 准 轴 次Ne， 按 下 式 计 算 ：1t1365N0.05 121365280.647416N e0.050.701.14 10 （次 /车道）式中： Ne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）；N S 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 0.7表十四车道系数车道特征车道特征双向单车道1.0双向六车道0.30.4双向两车道0.6 0.7双向八车道0.250.35双向四车道0.4 0.53

27、 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、面层和基层类型按下式计算确定：l d600Ne 0.2 AcAsAb600(2.788106 ) 0.21.11.01.033.9 （0.01mm）式中： l d 路面设计弯沉值；Ne 设计年限内一个车道上的累计当量轴次；Ac 公路等级系数，高速公路、一级公路为1.0，二级公路为 1.1，三、四级公路为 1.2；As面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0；热拌沥青碎石、乳化沥青碎石、上拌下惯或贯入式路面为1.1；沥青表面处治为1.2；中、低级路面为 1

28、.3；Ab基层类型系数，对半刚性基层、底基层总厚度大于或等于20cm时为 1.0；若面层与半刚性基层结构时可取1.0；柔性基层、底基层为 1.6，当柔性基层厚度大于15cm、底基层为半刚性下卧层时可取 1.6.。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抗压模量 E抗压模量 E（ MPa）劈裂强度求（ MPa）弯沉计拉应力计算用（ MPa）算用水泥砂粒4 6110015003000 42000.40.6水泥碎石4 61300 17003000 42000.40.6二灰砂粒7:13:80110015003000 42000.60.8二灰碎石8:17:801300 17003000 42

29、000.50.8石灰水泥粉煤灰6:3:16:751200 16002700 37000.40.55砂粒水泥粉煤灰碎石4:16:801300 17002400 30000.40.55石灰土碎石粒料 60 700 11001600 24000.30.4碎石灰土粒料 40 506009001200 18000.250.35水泥石灰砂粒土4:3:25:68800 12001500 22000.30.4二灰土10:30:60600 9002000 28000.20.3石灰土8 12400 7001200 18000.20.25石灰土处理路基4 7200 350级配碎石基层连续级配型300 350基层骨架

30、密实型300 500底基层、垫层200 250表十六沥青混合材料设计参数材料名称抗压模量E（ MPa）劈裂强度 15备注2015（ MPa）细粒式密集配1200 16001800 22001.2 1.6AC-10,AC-13沥青混开级配700 10001000 14000.6 1.0OGFC凝土沥青马蹄脂碎石1200 16001600 20001.4 1.9SMA中粒式沥青混凝土1000 14001600 20000.8 1.2AC-16,AC-20密集配粗粒式沥青混凝800 12001000 14000.6 0.8AC-25土沥青碎密集配1000 14001200 16000.6 1.0AT

31、B-25,ATB-石基层35半开级配600 800AM-25,AM-40沥青贯入式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（ MPa）劈裂强度备注201515（ MPa）中粒式沥青混凝土130019001.1AC-16,AC-20密集配粗粒式沥青混凝土110013000.8AC-25材料名称配合比或抗压模量E（ MPa）劈裂强度15（ MPa）规格要求弯沉计算用拉应力计算用二灰稳定砂砾8:17:80140039000.70二灰土10:30:6080025000.25土基回弹模量的确定：该地区属于道

32、路 1 区，为粘性土，稠度为 1.0 ，山岭重丘区，查表 二级自然区划各土组土基回弹模量参考值 （MPa），查得土基回弹模量为 25Mpa。4 各层材料的容许层底拉应力中粒式沥青混凝土：Ks0.09 Ne0. 22 / Ac 0.09 (2.788106 ) 0.22 / 1.1 2.1420RS1.1/ 2.14200.5135aK S密集配粗粒式沥青混凝土：Ks0.09 Ne0.22 / Ac0.09 (2.788 106 ) 0.22 / 1.1 2.1420RS0.8/ 2.14200.3734aK S二灰稳定砂砾 :Ks0.35Ne0.11 / Ac0.35 (1.14106 )0

33、.11 /1.1 1.4754RS0.7 / 1.47540.4744 MPaK S二灰土 :Ks0.45Ne0.11 / Ac0.45 (1.14 106 )0 .11 /1.11.8970RS0.25 / 1.8970 0.1318 MPaK S设计弯沉值为 34.4mm，以二灰土为设计层。相关设计资料汇总如下表：材料名称h(cm)20抗压模量 E（MPa）容许拉应力（ MPa）中粒式密集配沥青混凝土413000.5135（AC-16 ）密集配粗粒式沥青混凝土611000.3734二灰稳定砂砾2014001.4754二灰土？8000.13185. 验算沥青路面设计* 新建路面设计成果文件汇

34、总*轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算序号1234车型名称前 轴 重后轴重 (kN)后轴数后 轴轮后轴距 (m)交通量(kN)组数解放19.460.851双轮组01630CA10B东风23.769.21双轮组01410EQ140日野50.2104.31双轮组070KB222黄河49101.61双轮组060JN150设计年限12车道系数0.7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

35、轴次: 1138711公路等级 二级公路公路等级系数1.1面层类型系数1基层类型系数1路面设计弯沉值 :33.9 (0.01mm)层位结构层材料名称劈裂强度 (MPa)容许拉应力 (MPa)1中粒式沥青混凝土1.10.512粗粒式沥青混凝土0.80.343石灰粉煤灰砂砾0.70.474石灰粉煤灰土0.250.13新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 :BZZ-100路面设计弯沉值 :33.9 (0.01mm)路面设计层层位 :4设计层最小厚度 :15 (cm)层结构层材料名称厚度 (cm)抗压模量抗压模量容许应力位(MPa) (20 )(MPa) (15 )(MPa)1中粒式沥青混凝土3140020000.512粗粒式沥青混凝土4120016000.343石灰粉煤灰砂砾690012000.474石灰粉煤灰土56150015000.135土基25按设计弯沉值计算设计层厚度:LD= 33.9 (0.01mm) H( 4 )= 35 cm H( 4 )= 40 cmLS= 35.5 (0.01mm)LS= 30.8 (0.01mm)H( 4 )= 3