【2019年整理】沥青溷凝土和水泥溷凝土路面的设计流程-分享篇

沥青混凝土路面
一、确定路面结构方案
按材料情况拟定路面结构组合设计方案，如图
细粒式密级配沥h1=3cm,E1 = 1200Mpa
青混凝土
粗粒式密级配沥h2=8cm,E2=800Mpa
青混凝土
粉煤灰三渣h3=30cm,E3=600Mpa
天然砂砾h4待求,E4=160Mpa
E0=27Mpa
二、确定路面设计弯沉值
1、计算设计年限内一个车道上的累计当量轴次N e
在〈〈路基路面工程》查表得t=15,r=4% ,听=0.3, N1 = 880次/日
[1+r)t —1 »365 「(1+4%)15—11x365
N e = ------------------------------------------ N1 = ------------------------------------------------------- 880 0.45
r 4%
=289486狄
2、计算确定路面设计弯沉值l d
根据《路基路面工程》表12-9、12-10、12-11得Ac=1.0、As=1.0、Ab=1.0
由此计算]l d =600N「.2A c A s& 600 (2894862^-1002 ) 1.0 1. 0 1. 0 * d = 3 0. 61(i0in01 ) (0m031
三、计算待求层厚度
土基及
下表中
①根据ls=ld ，求理论弯沉系数a c
图3换算当量三层体系图
由
F = 1.63（-^）0.38
（且）。

.36
、 2000、. p
l s
2
p 、. ~E
a c F c
代入数据，即
F = 1.63工（一3061—）0.38（玄）0.36 =0.505
2000 10.65 0.7
I s E i 0.03061 1400 , °C
a c = --------- = ----------------------------- =4.88
2p 、F 2 10.65 0.7 0.505
②计算待求层高度 h 4
把此多层体系换算成三层体系，如下图
3所示，计算方法如下:
细粒式密级配
粗粒式密级配
/Mp
a 。

= ak 1k 2 —=—-—=0.282;
= -8°^ = 0.667 查图 12 - 10,得。

1 = 8 10.65 E 1y 1200
h
Ec 27
一=0.282; ― = --------------- = 0.034 查图 12 - 10
E 2y 800
, Ec h
H
由 k 2 = 0.504 ,— = 0.034; —= 0.282,查表得 一=5.1
E 2 y
因此其厚度满足施工
四、验算整体性材料层底部的最大弯拉应力
①确定各土层底部的容许拉应力 因有二-R =卫，则
K s
a 、细粒式沥青混凝土的容许拉应力
b 、粗粒式沥青混凝土的容许拉应力
二 R2 =
-- = 0.23 MPa
0.09 1.1 (2894862).
K s
0.22
0.09AN e
g e
A
-R1
1.2 1.0
0.09 1.0 (2894862) 0.22
=0.51MPa c 、 粉煤灰三渣 _ _ 0 11
0.35N e '
s
= A
R3
0.3 1.0 ---- =0.17 MPa 0.35 (2894862)
②确定各层底部的最大弯拉应力（说明：验算层底弯拉应力 15 c 的抗压回弹模
量）
a 、确定细粒式沥青混凝土层层底的弯拉应力
m1
得 k 1 = 1.29
k 2 a 。

4.88 w ak 1 一 8 1.29
=0.504; H = 5.1 10.65 =54.32 cm ;
—2
54.32 = =h 4 =
8 30 38.53 cm
0.22
0.09打 N e K
s
0.6 1.0
将多层体系换算成当量三层体系，如下图；
细粒式密级配h1=3cm,E1 = 1800Mpa
粗粒式密级配h2=8cm,E2=1200Mpa h=3cm,E1=1800Mpa 计算h=3cm,E1=1800Mpa
沥青混凝土换算------------------------------ 得出---------------------------- ----------------------- ＞—r
粉煤灰三渣h3=30cm,E3=600Mpa H=?,E2=1200Mpa H=30.4cm,E2=1200M[
工＜ cc l l …f E0=27Mpa E0=27Mpa
天然砂砾h4=38.5cm,E4=160Mpa
E0=27Mpa
H =h2辱.9E3h40.9 E4 =8 30 09 60056 °"9 160= 30.4cm
、'.E2 ■, E2 '■ 1200■ 1200
h E2y E 27
二=0.282; ------ =0.667; ---- = -------- = 0.023，查表12-18,得。

＜0,表明该层层底受与曲
E1y E2y 1200
压应力，a m1自然满足要求。

b、确定粗粒式沥青混凝土层层底的弯拉应力二-m2
h=h2 n4E1 =8 3 4 1800 = 12.32cm ,E2 ■1200
H = h3+h4。

9[旦=30+30.4乂0寸I。

= 41.7cm
.E3■1200
将多层体系换算成当量三层体系，如下图;
查图 12-18,得：F =0.12,m1 =0.9
H 417
H
二^417
=3.92;查图 12-18,得：m 2 =0.52
10.65 c m2 =0.7om 1m 2 =0.7 0.12 0.9 0.52 =0.039Mpa ：： o R2 =0.23Mpa 故满足验算要求。

c 、确定粉煤灰三渣层底的弯拉应力
<■' m3
将多层体系换算成当量三层体系，如下图；
细粒式密级配 h1=3cm,E1=1800Mpa 沥青混凝土
粗粒式密级配 h2=8cm,E2=1200Mpa 沥青混凝土 粉煤灰三渣
h3=30cm,E3=600Mpa
天然砂砾 h4=38.5cm,E4=160Mpa
h=?,E1y=1200Mpa 计算
--------------------- 得出
H=?,E2y=600Mpa
------
E0=27Mpa
h=12.32cm,E1y=1200Mp;
H=41.7cm,E2y=600Mpa
E0=27Mpa
E0=27Mpa
12.32 10.65
E 2y =1.161 E 1y 600 E 0 y
0.51 1200 E 2 y 27 ——
=0.045; 600
细粒式密级配 h1=3cm,E1=1800Mpa 沥宵混凝土
粗粒式密级配 h2=8cm,E2=1200Mpa h=?,E1y=600Mpa 计算 h=53.0cm,E1y=600Mp 沥青混凝土 换算 ------------------------------- 得出 粉煤灰三渣
h3=30cm,E3=600Mpa H=30.4cm,E2y=160Mpa
H=38.5cm,E2y=160Mpa
天然砂砾 h4=38.5cm,E4=160Mpa
E0
-27Mpa E0=27Mpa
E0=27Mpa
E E 1200 1800 h =R 底4 2
'4
1
=30 8 4
3 4 53cm
:E 3
- E 3
. 600 . 600
53 E^ 160 E 27 = 4.97;丑 0.267;小=——=0.169; E 1y 600 E 2y 160
=3.62;查图 12-18,得： 典=0.82
、.10.65
；「m =0.7圣修2 =0.7 0.16 1.05 0.82 =0.096Mpa Z R =0.17Mpa 故满足验算要求。

通过计算可以确定本方案所拟定路面结构符合要求，即，细粒式沥青混凝土: 沥青混凝土： 8cm ；粉煤灰三渣：30cnx 天然砂砾：38.5cm 。

h
、10.65
查图 12-18,得：F =0.16,m =1.05
H 38.5
3cm ；粗粒式
（一） 横向缩缝设传力杆
混凝土板 h1,E1
粉煤灰三渣 h2,E2=600Mpa
E o =27Mpa
1、确定设计参数
1） 计算使用初期设计车道的日标准轴载的轴数
N 1 = 760次/日。

对照〈〈城市道路设计规范》，本例为重级交通，设计使用年限 t = 30年。

2） 设计年限内设计车道累计标准轴载的车辆有效作用次数 N
按〈〈城规》，取门=0.45
[1 +打—1»365 [1 +4%）30 — 1弗365
& = ---------------------- N1 = -------------------------- 760 0.45 e 1
4% =700108欧
3） 动荷系数和综合系数
〈〈城规》规定：“采用半刚性材料做基层，动荷系数减少 0.05 ;横缝处设传力杆，动荷 系数减少0.05，现二者兼具，故动荷系数应减少0.1,因此取Kd=1.05 ;综合系数Kc=1.25.
4） 混凝土设计弯拉强度和弹性模量
取 f c m =4.5MPa; E c =28 103MPa
5） 基、垫层厚度设计
（1） 土基回弹模量： E 0 =27.0MPa 。

（2） 根据〈〈城规》要求的基层顶面当量回弹模量 E t （min ）值设计基、垫层厚度。

①先求天然砂砾层（厚度定为
20cg 顶面的当量回弹模量
E t1 （如图2）：
由 E 1/ E 0 =160/27 =5.93及 n =20cm ，查《城规》可得 E t1/ E 0 =2.4
水泥混凝土路面
天然砂砾
h3,E3=160Mpa
因此
E t1 =2.4 27.0 =64.8MPa
②根据三渣基层顶面要求的当量回弹模量
E t(min)计算基层厚度(图3)
E 0=64.8Mpa 图3
E ° =E ti =64.8，取 E t (min) =100MPa
由 E 1/E 0 =600/64.8 =9.26 , E t / E 0 =100/64.8 =1.54，查规范得 n=8cm 。

基层 厚度采用15cm 。

基层宽度应比混凝土板每侧各宽出
25- 35cm 。

当粉煤灰三渣层厚度用 15cm 时，三渣基层顶面的当量回弹模量
E t 重新计算如下：
E 1/E 0 =600/64.8 =9.26 ,，查〈〈城规》图得 E t /E 0 =2.35,
贝U
印=2.35 64.8 =152.3MPa
2、计算荷载应力 b p ,确定混凝土板的厚度 hb
1)
计算混凝土地抗折疲劳强度 二W
；「f = f 盘0. 8 85 0. 0N3 lg )
= 4.5 (0.885 0. 063 lg 7S01 0MPa 2.04(
)
2)
混凝土板下地基地计算回弹模量 E s
设板厚h b =19cm ,则
E s =nE t
E it =?
Emin
=100MPa
天然砂砾
h4,E4=160Mpa
粉煤灰三渣
h3,E3=600Mpa
In
E 0=27Mp a
图2
n =n r （8.4 § + 0.58），设传力杆时，n r =1.0
19
贝U
n=1.0 （8.4 ^^ 0.58） = 1.63
152.3
E s =n 日=1.63 152.3 =248.2MPa
3）确定计算荷载应力二- p
由 Ec/Es =28号03/248.2 =112.8 ； hb=19cm ； P = 100kN ，查得。

=1.23MPa 则 c p =K d K c 匚 1.0 5 1.2 5 1. 29 MlP&13：：f
= （M2?<0
由于〈〈城规》规定板的最小厚度不得小于 18cm ，故取板厚为20cm 。

另按规定，按设传力杆确定混凝土的厚度时，在板的自由边不能设传力设施时，应设 置边缘钢筋，自由板角上都应设角隅钢筋。

3、混凝土板块平面尺寸设计
板宽（Bb ）按一个车道设计，即为 3.75m ；板长（Lb ）根据温度翘曲应力验算确定； 1） 混凝土板的温度梯度（T h ）确定 规定中：T h = 0.92〜0.97，此取均值
T h = 0.945
2） 计算温度翘曲应力时板的相对刚度半径
l n
l n = 1.42h b 3 E c （1 丁2）/[6E t （1 二c 2）]
= 1.42 18 3,28 103 （1-0.32）/[6 152.3 （1 — 0.152）] = 78.1cm
3） 计算温度应力系数 C x 和C y
设板长L b = 450cm,贝U 板的
相对长度：L b /l n =450/78.1 =5.76 相对宽度：B b /l n =375/78.1 =4.8
查图得：板中点 C x =0.92 5 C y =0.840
4）
计算板中点的温度翘曲应力 和％值
28 103 10* 0.945 19 (0.88 0.15 0.84)
2 (1-0.152)
Ec ： cL (C x • M )
2 I "2
) c
=2.70MPa
28 103 10- 0.945 19 (0.84 0.15 0.88)
取其中的最大值 a x =2.7MPa 作为混凝土板的温度翘曲应力
b t 。

5）确定一次最大行车荷载作用下的计算荷载应力 ；：「p
按交通等级，一次最大行车荷载的轴载
P 应定位120kN 。

3
-
- -
_ _
则由 E c /E s =28x10 /248.2 =112.8 ；
=19cm ； P=120kN,
c s
查得最大应力 二=1.48MPa 贝U
Cp=
K d K c 二=1.05 1.25 1.48 = 1.94MPa
6）板中点可能出现的一次最大行车计算荷载应力和温度翘曲应力的叠加值为 ' •一- 一— 一 . _________________ _____ ........... ... .. _ … …
cr p +cr t =1.94 + 2.7 =4.64MPa 》f cm （=4.5MPa ），但超过值小于 f cm 的 5%,故可
认为板长4.5m 可以通过。

4、 通过计算，可以确定本方案所拟定路面结构符合要求，即板厚 19cm ；粉煤灰三渣厚 15cm;天然砂砾厚20cm ;板块平面尺寸为：板长（缩缝间距） 4.5m ；板宽（一个车道宽） 3.75m 。

5、 防冻厚度检验
参照〈〈公路自然区规划 JTJ003- 86》II 4a 为冀北山地副区，其多年平均最大冻深为 100八 120cm ，查〈〈城规》，路基粘性土、中湿类型，要求的混凝土路面结构防冻最小厚度为 40-
60mm 。

此处总厚度为 19+15+20 = 54cm ，满足防冻要求。

（二）横向缩缝设传力杆 1、确定设计参数
1） 计算使用初期设计车道的日标准轴载的轴数
N I = 880
次/日。

对照〈〈城市道路设计规范》，本例为重级交通，设计使用年限 t = 30年。

2） 设计年限内设计车道累计标准轴载的车辆有效作用次数 N
按〈〈城规》，取门=0.45
一（1 +咋—1卜365
[1 +4%）30 — 1弗365
N = ---------------------- N1 = ---------------------------- 880 0.45 e 1
4%
=810651故
3） 动荷系数和综合系数
取 K d =1.1。

；综合系数 K c =1.25. 4） 混凝土设计弯拉强度和弹性模量
取 f cm =4.5MPa; E c =28 103MPa
O"
Ec ，cL/Cx • Uy
=^("^r )
c
2 (1—0.152)
5）基、垫层结构及厚度设计同解答（一）
E t1 =152.3MPa
2、计算荷载应力s p,确定混凝土板的厚度hb
1) 计算混凝土地抗折疲劳强度；：「f
；「f= f c£0. 8 85 0. 0N3 lg )
= 4.5 (0.885 0. 063 Ig 81 065M6a 2. 02( )
2) 混凝土板下地基地计算回弹模量E s
设板厚h b = 22cm ,贝U
E s小日
n = n「(8.4 §+ 0.58)，设传力杆时，n「=0.75
5 __ ___ 22 __ ，一
贝U n=0.75 (8.4 ---------- 0.58)=1.35
152.3
E s=n E t=1.35 152.3 =205.61MPa
3) 确定计算荷载应力二- p
由E"Es =28乂103/205.61 =136.2 ； h b=22cm ；P=100kN，查得。

=1.45MPa 则二一p=K d K c匚1.0 5 1.2 5 1.4=5 M.P9j0「：：f= ( M2.0
故取板厚为22cm。

3、混凝土板块平面尺寸设计
板宽(Bb)按一个车道设计，即为 3.75m；板长(Lb)根据温度翘曲应力验算确定；
1) 混凝土板的温度梯度(Th)确定
规定中：T h= 0.83〜0。

88,此取均值，T h= 0.855
2) 计算温度翘曲应力时板的相对刚度半径l n
l n =1.42儿3巳(1-勺/[6巳(1-七2)]
= 1.42 12 3 28 103 (1 -0.32)/[6 152.3 (1 -0.152)] = 95.46cm
3) 计算温度应力系数C x和C y
设板长L b =450cm,则板的
相对长度：L b /l n =450/95.46 =4.71
相对宽度：B b /l n =375/ 95.46 = 3.93
查图得：板中点 Cx =0. 805 C =0.645 x y
4）计算板中点的温度翘曲应力
y
28K 103K 10&0.855X 22x(0.805+0.15x0.645) 215MPa
1 _ 口； — 一
2 (1-0.152) 一 . 5）确定一次最大行车荷载作用下的计算荷载应力
二、 按交通等级，一次最大行车荷载的轴载
P 应定位120kN 。

3 _ _ 一 __ _
则由 Ec/Es =28勺0 /205.61 =136.2 ； h b=22cm ； P = 120kN,
查得最大应力 二=1.61 MPa
贝U 二、=K d Kc 二一 =1.1 1.25 1.61 = 2.2MPa
p c
6）板中点可能出现的一次最大行车计算荷载应力和温度翘曲应力的叠加值为 ' . .... 、 _ ______________________
o p +巧=2.15 + 2.2 =4.35MPa < f cm （=4.5MPa ）,叠加应力与f cm 地差值在容许范
围内（3.3%）,故可认为板长4.5m 可以通过。

4、 通过计算，可以确定本方案所拟定路面结构符合要求，即板厚 22cm ；粉煤灰三渣厚 15cm;天然砂砾厚20cm ;板块平面尺寸为：板长（缩缝间距） 4.5m ；板宽（一个车道宽） 3.75m 。

5、 防冻厚度检验
参照〈〈公路自然区规划 JTJ003- 86》II 4a 为冀北山地副区，其多年平均最大冻深为 100， 120cm ，查〈〈城规》，路基粘性土、中湿类型，要求的混凝土路面结构防冻最小厚度为
40， 60mm 。

此处总厚度为 22+15+20 = 57cm ，满足防冻要求。

E c ：c T h,C x
烦 『一^）=。