水泥路面课程设计

[题目]：广西隆林至百色高速公路（K10+800~K16+000）水泥混凝土一、路面设计计算

（1）交通分析

此新建高速公路自然区域划分为V3区，为双向四车道。沿线土质为粘性土，路基平均填土高度为2.0m，底下水位为地面下—1.0m，为干燥状态；基准期为30年，预测交通量取年增长10%。临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取0.2。

序 路面行驶 单轴单轮 轴载 单轴双轮 轴载 双轴双轮 轴载 三轴双轮 轴载 交通量 号 车辆名称 组的个数 总重 组的个数 总重 组的个数 总重 组的个数 总重 (kN) (kN) (kN) (kN)

1 江淮AL6600 1 17 1 26.5 0 0 0 0 500 2 黄海DD680 1 49 1 91.5 0 0 0 0 750 3 北京BJ130 1 13.55 1 27.2 0 0 0 0 680 4 东风EQ140 1 23.7 1 69.2 0 0 0 0 950 5 黄河JN163 1 58.6 1 114 0 0 0 0 1250 6 东风SP9250 1 50.7 1 113.3 0 0 0 0 690

高速公路的设计基准期为30年，交通量年增长率取10%，计算设计基准期内设

P计车道标准荷载累计轴载作用次数为：NsiNii100i1n16

其中：

单轴—双轮组： i1.0

单轴—单轮组： i2.22103Pi0.43 三轴—双轮组： i2.24108Pi0.22 解得：Ns11547次/日

道路为双向四车道高速公路，方向系数取0.5，交通量车道分布系数取0.9，由规范表A.2.4得混凝土临界荷位车辆轮迹横线分布系数0.20。

NeNs1gr1tgr36511547110%10%3013650.21.39108次次

由表3.0.7知其属特重交通等级。

（2）初拟路面结构

由表规范3.0.1可知，安全等级为一级的道路对应的变异水平为低级。根据高速公路、特重交通和低级变异水平，查表4-3得，初步拟定普通混凝土面层厚度为0.27m，经软件试算后，取混凝土面层厚度为0.28m。基层选用贫混凝土，厚0.2m，垫层为0.15m级配碎砾石，单向路幅宽度为23.5m（行车道）+2.5m（硬路肩）普通混凝土板的平面尺寸为5m3.5m，纵缝为设拉杆平缝，横缝为设置传力杆的假缝，硬路肩采用与行车道路面等厚的混凝土层，并设拉杆与行车道板相连。 （3）路面材料参数确定

取水泥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E为31GPa。 路基回弹模量E0取40MPa。水泥稳定粒料基层回弹模量E取1300MPa，级配

2碎砾石垫层回弹模量E取300MPa。

基层顶面当量回弹模量E计算如下：

EXh1E1h2E2h1h2E1h1123222213000.23000.150.20.152222940MPa

DX3E2h2123h1h224311EhE2h211113000.2123000.15120.20.15241113000.23000.151

2.126MN/mhx312DX/EX3122.126/9400.301m 0.450.459406.2211.513.951

400.55EXa6.2211.51E0EXb11.44E0EXbEtahxE0E00.5594011.44400.7460.746

1/33.9510.30194040401/3203.445

水泥混凝土面层的相对刚度半径r为

r0.537h3Ec/Et0.5370.28331000/203.4450.83m

（4）荷载疲劳效应

ps0.077r0.6h20.0770.830.60.2820.88MPa

纵缝为设拉杆平缝，所以接缝传荷能力的应力折减系数Kr0.87 疲劳应力系数KfNe(1.39108)0.0572.91 综合系数取Kcu=1.30

pr行车荷载疲劳应力pr为

KrKfKcps0.872.911.300.882.6Mpa（5）温度疲劳应力

由表3.0.10，Ⅴ区最大温度梯度取88C/m。板长5m，l/r5/0.836.02h=0.28m，查温度应力系数图可得=0.52。 最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力tmcEchTg2BX1105tm由

为：

310000.288820.521.986Mpa

.871.071.287 根据公路自然区划V区，可知a0，b0，c1温度疲劳应力系数KKtfrtmafr为

tmc1.2875.01.986b0.8710.0710.49 1.9865.0温度疲劳应力r为：

trKttm0.491.9860.973Mpa rprtr1.252.60.9734.84MPafr5.0MPa

因而，所选用的混凝土面层厚度（0.28m)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。

（6）路面板最终平面尺寸与各结构层厚度 水泥混凝土路面板长5m，宽3.5m； 水泥混凝土面层厚度为0.28m；

水泥稳定粒料基层厚度为0.20m； 级配碎砾石垫层厚度为0.15m。

（7）各结构层顶面施工最大容许弯沉值计算

1、土基顶面的回弹弯沉值计算 土基回弹模量的调整

取季节影响系数K1=1.2，E0=40MPa

 EKE=1.240=48MPa010

0.9380.9382 l9308E93084824610mm00

2、垫层顶面的回弹弯沉值计算

利用土基和垫层材料的回弹模量计算E0和E1以及垫层的厚度h1，计算模量比E0/E1及比值

h1/ ：

取基层材料季节影响系数K2=1.2

K1E0/K2E1=1.2×40/﹙1.2×300﹚=0.11

h1/=20/10.75=1.86

查双层体系表面弯沉系数图，得垫层表面弯沉系数L10.47 计算弯沉综合修正系数F：

F3.33.30.470.9 L11.85191.8519计算垫层顶面的回弹弯沉值，即标准值：

l22pK1E0′LF=

210.750.70.471.2400.91.33mm

3、基层顶面弯沉计算

由于基层共厚20cm，需分开两层进行计算，分为底基层和上基层，各厚10cm。

a、底基层顶面的弯沉计算

已知垫层顶面的弯沉系数L10.47，将具有回弹模量E和厚度h的垫层换算为与底基层材料相当的厚度h。根据垫层顶面弯沉系数取K3=1.0

K1E0/K3E2=1.2×40/(1.0×1300)=0.037

'查图得h2/δ0.75

L1和K1E0/K3E2，查诺模图得相应的h2/。

'/和h/之和，再根据KE/KE的值并从上述诺模图上查得 h 222132l2查得相应的

'已知 h /h/12.5/10.750.751.9222K1E0/K3E2=0.037

查图得L20.26

计算弯沉综合修正系数F的平均值:

F3.33.30.260.3006L21.85191.8519计算底基层的实际弯沉值

' l2 F20.710.750.260.3006/1.24024.510mmKE2P212L2b、上基层的顶面回弹弯沉值计算

由于上基层和底基层回弹模量和厚度相同，已知底基层顶面的弯沉系数表面弯沉系数诺模图查得相应的h3'/

L2L2=0.26，利用上

E/KE1.240/1.013000.037=0.26 K 1043'/1.92 查得 h3'之和其中取h3/和h3，再根据K1E0/K4E3的值从上述诺模图查得'/h12.5/10.751.923.08 已知 h 33L3

E/KE0.037 K 1043查图得L30.2 计算弯沉综合修正系数F

F3.33.30.20.185L31.85191.8519计算底基层的实际弯沉值

2P'2 lF20.710.750.20.185/1.2401.610mm13L3KE10结构层 水泥稳定粒料上基层 水泥稳定粒料底基层 级配碎砾石 路基顶面 厚度 10cm 10cm 15cm 20cm 回弹模量 1300MPa 1300MPa 300MPa 40MPa 容许回弹弯沉值（0.01mm） 11.6 24.5 133 246

二、水泥路面程序计算

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 : 高速公路 变异水平的等级 : 低 级 可 靠 度 系 数 : 1.25

面 层 类 型 : 普通混凝土面层

序 路 面 行 驶 单轴单轮 轴载 单轴双轮 轴载 双轴双轮 轴载 三轴双轮 轴载 交通量

号 车 辆 名 称 组的个数 总重 组的个数 总重 组的个数 总重 组的个数 总重

(kN) (kN) (kN) (kN)

1 单后轴客车 1 17 1 26.5 0 0 0 0 500

2 单后轴客车 1 49 1 91.5 0 0 0 0 750

3 单后轴货车 1 13.55 1 27.2 0 0 0 0 680

4 单后轴货车 1 23.7 1 69.2 0 0 0 0 950

5 单后轴货车 1 58.6 1 114 0 0 0 0 1250

6 拖 挂 车 1 50.7 3 113.3 0 0 0 0 690

行驶方向分配系数 .5 车道分配系数 .9

轮迹横向分布系数 .2 交通量年平均增长率 10 ％

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 5 m 地区公路自然区划 Ⅴ 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 200 1300 2 级配碎砾石 150 300 3 土基 40

基层顶面当量回弹模量 ET= 184.6 MPa

HB= 280 r= .83 SPS= .88 SPR= 2. BX= .52 STM= 2 KT= .49 STR= .98 SCR= 3.87 GSCR= 4.84 RE=-3.2 %

设计车道使用初期标准轴载日作用次数 : 11574 路面的设计基准期 : 30 年

设计基准期内标准轴载累计作用次数 : 1.3813E+08 路面承受的交通等级 :特重交通等级 基层顶面当量回弹模量 : 184.6 MPa 混凝土面层设计厚度 : 280 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:

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普通混凝土面层 280 mm ---------------------------------------

水泥稳定粒料 200 mm ---------------------------------------

级配碎砾石 150 mm --------------------------------------- 土基