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公路路基路面设计书

公路路基路面设计方案

1.设计资料

公路自然区划I11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

CA10B

东风EQ-140

日野

KB222

黄河

JN-150

小汽车

辆/d

1630

1410

70

60

1455

二、混凝土路面设计

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（3.04-1）换算为标准轴载的作用次数。

n

P16

Nsi

Ni丄

（3.0.4-1）

i1

100

i2.22

103Pi0.43

（3.0.4-2）

或

i1.07

105Pi0.22

（3.0.4-3）

或

i2.24

108Pi0.22

（3.0.4-4）

式中：

2——100KN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，按式（3.0.4-2）

计算；双轴-双轮组时，按式（3.0.4-3）计算；三轴-双轮组时，按式

（3.0.4-4）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

si

交通组成

当量轴次

解放

CA-10B

前轴

19.40

620.2949

1630

0.5759

后轴

60.85

1

东风

EQ-140

前轴

23.70

569.1296

1410

3.8988

后轴

69.20

1

日野

KB222

前轴

50.20

412.1453

70

137.7618

后轴

104.30

1

黄河

JN-150

前轴

49.00

416.4556

60

77.3482

后轴

101.60

1

小汽车

前轴

--

556.21

1455

0.0000

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：

t20

N_s__1__gr]365——005-一219.58473650.38100.7104次

gr0.05

式中：

NN——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；

n――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）

30

30

20

20

目标可靠度（％）

95

90

85

80

目标可靠指标

1.64

1.28

1.04

0.84

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＞7m

0.34〜0.39

行车道宽w7m

0.54〜0.62

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Ne

（104）

>2000

100〜2000

3〜100

V3

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

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

>240

270〜240

260〜230

250〜220

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）

240〜210

230〜200

220〜200

w230

w220

2.2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0.24m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。

填料缝

卜T

图一纵向施工缝构造

8

填料缝

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。

图三横向施工缝构造

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）

5.0

5.0

4.5

4.0

钢纤维混凝土的弯拉强度标准值（MPa）

6.0

6.0

5.5

5.0

表七中湿路基路床顶面回弹模量经验参考值范围（MPa）

土组

公路自然区划

n

出

IV

V

土质砂

26〜42

40〜50

39〜50

35〜60

50〜60

粘质土

25〜45

30〜40

25〜45

30〜45

30〜45

粉质土

22〜46

32〜54

30〜50

27〜43

30〜45

查表七，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:

Ex

h/E,h22E2

22

hih2

16000.1928000.162

0.1920.162

1268（MPa）

33

E1h〔E2h?

2

（h1h2）（1

4£

2

（0.160.19）

4

（16000.19

800

3.95（MN

m）

3

hx12DxEx33.5611680.333（m）

a6.2211.51（且）0.456.2211.51（1268）0.454.478

E/30

b11.44（且）0.5511.44（^68）0.550.816

E。

30

bEx、1/30.79112681/3

EtahxE0（-）3.4260.33230（）191（MPa）

Eo30

式中：

Et――基层顶面的当量回弹模量（MPa）;

Eo――路床顶面的回弹模量（MPa）;

E-――基层和底基层或垫层当量回弹模量（MPa）;

E1、旦一一基层和底基层或垫层的回弹模量（MPa）；

h-――基层和底基层或垫层的当量厚度（m）；

D-――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Ex/Eo有关的回归系数。

普通混凝土面层的相对刚度半径按下式计算如下：

式中：

r――混凝土板的相对刚度半径（m）；

H混凝土板的厚度（m）；

Ec――水泥混凝土的弯拉弹性模量（MPa）;

0.5730.243310001910.7031

2.4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

PS0.0770-6h20.0770.70310.60.2421.082（MPa）

式中：

（Tps——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――混凝土板的厚度（m）;

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

kc

1.30

1.25

1.20

1.10

按式下式，荷载疲劳应力计算为

prkrkfkcps0.872.19871.201.0822.484（MPa）

式中：

cpr――标准轴载PS在临界荷位处产生的荷载疲劳应力（MPa）;

Cps――标准轴载Ps在四边自由板的临界荷位处产生的荷载应力（MPa）;

kr――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.87〜O.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。

2.5温度疲劳应力

由表十，U区最大温度梯度取88（C/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=0.63。

表十最大温度梯度标准值Tg

公路自然区划

n、v

出

vn

最大温度梯度（C/m）

88〜83

90〜95

86〜92

93〜98

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

5

tm^^Bx11031000O'24880.632.062（MPa）

22

式中：

ctm――最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力（MPa）;

ac――混凝土的线膨胀系数（1/C），通常可取为1X10-5/C;

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I/r和

h查用图B.2.2确定；

板长，即横缝间距（m）

fflB.2.2温度应力系数乱

式中：

a、b和c――回归系数，按所在地区的公路自然区划查表^一确定

表^一-回归系数a、b和c

系数

公路自然区划

II

III

IV

V

V11

A

0.828

0.855

0.841

0.871

0.837

0.834

B

0.041

0.041

0.058

0.071

0.038

0.052

C

1.323

1.355

1.323

1.287

1.382

1.270

再由下式计算温度疲劳应力为

trkttm0.522.0621.072（MPa）

式中：

ctr――临界荷位处的温度疲劳应力（MPa）;

kt

ctm――最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力（MPa）;

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（％）

95

90

85

80

低

1.20〜1.33

1.09〜1.16

1.04〜1.08

一

中

1.33〜1.50

1.16〜1.23

1.08〜1.13

1.04〜1.07

高

一

1.23-1.33

1.13〜1.18

1.07〜1.11

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）4.0183fr5.0MPa

因而，所选普通混凝土面层厚度（0.24m）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。

2.6验算水泥混凝土路面设计

5萨建牟县水泥溟怎土莖茴设说程序（HCPi了主宏h

原始数損输入

A入机对话建规输入

面层类型

Q音通滨灘土面层cfR筋泯凝土面层r礙圧混:

疑土面层

「钢纤维混凝土面层「连续酉i!

筋混凝土面层

「原有数据文件输入

公賂等级I二级公路▼I

变异水平等级I中级二I

可靠度亲数[1^3

交通分析

车辆的类型数1车辆及交通卷数输入••I

翩增长『

各分段时剧、增长車输入・・・

熬层板

酥层板

時强

|2

fW

15

|31000

轟宜力折滅

燉维的长度

嚼维的直径

连续取筋混凝土与i冈筋混凝土面层配筋计算參数输入・•・|

r验算

e不验算

数損存盘

名名件>件>§§111矍tS存—计<

I每次先单击'•数据存盘"按钮臧先单击“计算”按钮

查看文件I退出I帮

清文件名:

清文件名]助I

&水沱I思埠面基（垫）启鉛盛入专口

2（妙层材料代冯

基（垫）翱料舗

眾血）

回弹鯉（MPa）

确定

取消|

帮助

11

0301

I俪謝

21

0304

r石姉做土

1300

丽

方向另睥磁Ii车迺朋&厢枚Ii

X车出*譎議繚證越蜒蹄鸚譎嶠鵝交雕

1

羊后恼羨车

[TTT

1

Q

□

□

心口

Z

23^

1

0

n-

0

1□

1G10

3

11

50.2

1

.□4.3

0

0

Q

□

TO

4

甲后■制离牛

1

49

1

.□i百

□

D

0

□

60

5

其啊车

1

20

1

20

g

0

0

□

14EE|

诵帘|W洁|EEBn

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

骨口'序号

路面行驶车辆名称

单轴单轮组的个数

轴载总重

（kN）

单轴双轮组的个数

轴载总重

（kN）

双轴双轮组的个数

轴载总重

（kN）

三轴双轮组的个数

轴载总重

（kN）

父通

量

1

单后轴货车

1

19.4

1

60.85

0

0

0

0

1630

2

单后轴货车

1

23.7

1

69.2

0

0

0

0

1410

3

单后轴货车

1

50.2

1

104.3

0

0

0

0

70

4

单后轴货车

1

49

1

101.6

0

0

0

0

60

5

单后轴货车

1

20

1

20

0

0

0

0

1455

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

5MPa

混凝土弯拉模量31000MPa

混凝土面层板长度

4.5m

地区公路自然区划n

面层最大温度梯度

88C/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

190

1300

2

石灰粉煤灰土

160

800

3

十基

30

基层顶面当量回弹模量ET=182.9MPa

HB=240r=.714SPS=1.09SPR=2.51

BX=.63STM=2.07KT=.52STR=1.08

SCR=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：

182.9MPa

混凝土面层设计厚度：

240mm

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240mm

水泥稳定粒料190mm

石灰粉煤灰土160mm

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20cm

二灰土

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（年）

公路等级

设计年限（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。

①准轴载的当量轴次N:

4.35

C1C2nj

i1

P

!

=196.1345+301.438+106.422+81.5352=685.5297（次/d）

100

式中：

N——以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时的标准轴载的当量轴次

（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:

（m-1）

C1=1+1.2

式中：

m——轴数

列表如下:

车型

轴重

C1

C2

n

n1

交通组成

当量轴次

解放

CA-10B

前轴

19.40

1

6.4

0.0051

0.1230

1630

196.1345

后轴

60.85

1

1

0.1152

东风

EQ-140

前轴

23.70

1

6.4

0.0122

0.1203

1410

301.4380

后轴

69.20

1

1

0.2061

日野

KB222

前轴

50.20

1

6.4

0.3193

1.5203

70

106.4220

后轴

104.30

1

1

1.2010

黄河

JN-150

前轴

49.00

1

6.4

0.2874

1.3589

60

81.5352

后轴

101.60

1

1

1.0715

小汽车

前轴

--

1

6.4

0.0000

0.0000

1455

0.0000

后轴

--

1

1

0.0000

合计

685.5297

②计年限内一个车道的累计当量标准轴次Ne,按下式计算:

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）；

Ns――路面竣工后第一年双向日平均标准轴载的当量轴次（次/日）；n——车道系数，参照《规范》表3.041,无分隔带的双车道n=0.6~0.7；Y――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。

①标准轴载的当量轴次N:

8

K

CiC2ni

P

1=280.6474（次/日）

100

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）；

C2!

列表计算如下:

轮组系数，单轴组为18.5，双轮组为1.0，四轮组为0.09

车型

轴重

C1

C2

n

n1

交通组成

当量轴次

解放

CA-10B

前轴

19.40

1

18.5

0.0000

0.0188

1630

30.6993

后轴

60.85

1

1

0.0188

东风

EQ-140

前轴

23.70

1

18.5

0.0002

0.0528

1410

74.8793

后轴

69.20

1

1

0.0526

日野

KB222

前轴

50.20

1

18.5

0.0746

1.4751

70

103.2558

后轴

104.30

1

1

1.4005

黄河

JN-150

前轴

49.00

1

18.5

0.0615

1.1969

60

71.8130

后轴

101.60

1

1

1.1354

小汽车

前轴

--

1

18.5

0.0000

0.0000

1455

0.0000

后轴

--

1

1

0.0000

合计

280.6474

②计年限内一个车道的累计当量标准轴次Ne，按下式计算：

车道）

t――设计年限（年）；

设计年限内交通量的平均增长率（5%）;

表十四车道系数

车道特征

n

车道特征

n

双向单车道

1.0

双向六车道

0.3〜0.4

双向两车道

0.6〜0.7

双向八车道

0.25〜0.35

双向四车道

0.4〜0.5