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水泥混凝土路面设计1 标准轴载交通量分析高速公路设计基准期为 30 年，安全等级为一级，我国公路水泥混凝土路面设计规范以汽车轴重为 100kN 的单轴荷载作为设计标准轴载， 表示为 BZZ —100。

凡前、后轴载大于 40KN （单轴）的轴数均应换算成标准轴数，换算公式为：npi)16N siN i (i 1100式中：N s — 100KN 的单轴 — 双轮组标准轴数的通行次数； P i — 各类轴 — 轮型；级轴载的总重（ KN ）；n — 轴型和轴载级位数；N i — 各类轴 — 轮型 i 级轴载的通行次i —轴— 轮型系数。

表 1-1 轴载换算结果车型P i （ kN ） C 1 C 2n i （次 /日）前轴 23.70 1 6.4东风 EQ14069.20 1 1 553后轴 前轴 19.40 1 6.4解放 CA10B60.85 1 1 3041.5后轴 前轴 49.00 1 6.4黄河 JN150101.6011395后轴i N i (p i)161000.01.530 0.01.075 0.03509.2则设计年限内设计车道的标准轴载累计作用次数N s [(1 g r )t1] 365 : N eg r式中：N e — 标准轴载累计当量作用次数 (日 )； t — 设计基准年限；g r — 交通量年平均增长率，由材料知，g r =0.05；η — 临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，如下（ 表 1-2），取 0.20。

表 1-2混凝土路面临界荷位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 ≤ 7m0.54～ 0.62ni N i (p i)16 =511.835N si 1100N e N s [(1g r )t1] 365rgN e 2484×10因为交通量 100×104＜248×104＜2000×104次，故可知交通属于重交通等级。

2 拟定路面结构由上述及表 16-20 知相应于安全等级一级的变异水平的等级为低级，根据高速公路重交通等级和低级变异水平等级查表16-17 得初拟普通混凝土面层厚度大于 240mm 。

普通混凝土板的平面尺寸为宽 4m ，长 4.5m ，拟定各结构层厚：普通混凝土面层厚为 250mm ；基层选用水泥稳定粒料，厚为 180mm ；二级自然区划及规范知垫层为 150mm 的天然砂砾，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0Mpa ，路基回弹模量为30Mpa ；低剂量无机结合稳定土垫层回弹模量去600Mpa ；水泥稳定粒料基层回弹模量取1300Mpa 。

（表 2-1）表 2-1层位基（垫）层材料名称 厚度 (cm) 回弹模量 (MPa)1 水泥稳定粒料 18 13002 天然砂砾 15 150土基- 303E x h 12 E 1 h 22 E 2 = 1300 0.18 2 600 0.1522 2 2 2=1013 MpaD x h 13E 1h 23 E 2 ( h 1 h 2 ) 2 ( 1 ) 112 4 E 1h 1 E 2h 21300 0.183600 0.153(0.180.15) 211) 1124(0.18 60013000.15=2.57（MN.m ）12D x112 2.57 1h x) 3= ( 3=0.312m()E X1013a 6.22[1E x ) 0.45] = 6.22[1 1.51( 1031 0 .45 ] =4.2931.51()E 030b 1 1.44(E x) 0.55 =1 1.44( 1013 ) 0.55 =0.792E 0301E t ah x bE 0 ( E x) 3E 0= 4.2930.7921013 10.32130 ( 30 ) 3 =165 Mpa普通混凝土面层的相对刚度半径为：10.537 0.25 (31000) r 0.537h(E c)3E t165130.769m3 计算荷载疲劳应力根据高速公路、重交通，初拟普通混凝土面层厚度为0.25m 。

由下列公式求得：0.5373E c E tps0.077 0.6 h 2pk fk rkcpsk f N e 0.057式中γ—混凝土板的相对刚度半径（ m ）；H — 混凝土板的厚度（ m ）；E c — 水泥混凝土的弯沉弹性模量（ Mpa ）；σp — 标准轴载 P s 在临界荷位处产生的荷载疲劳应力（ Mpa ）；k r — 考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为设杆拉的平缝，k r=0.87 ～0.92，纵缝为不设杆拉的平缝或自由边界k r=1.0，纵缝为设杆拉的企口缝，k r=0.76 ～0.84，；k c—考虑偏载和动载因素对路面疲劳损坏影响综合系数，按公路等级查下表3-1；表 3-1综合系数k c公路等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路k c 1.30 1.25 1.20 1.10σps—标准轴载P s在四边自由板的临界荷载处产生的荷载应力（MPa）。

ps0.077 0.6h 2= 0.077 (0.769) 0.6 0.25 2 =0.975k f N e0 .057 24800000.057 =2.314根据公路等级，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综和系数k c 1.30 ,则荷载疲劳应力为：p k f k r k c ps 2.314 1.3 1.0 0.975 2.93 MPa4.计算温度疲劳应力由《路基路面工程》知，II 区最大温度梯度取88﹙℃ /m﹚。

板长 4.5mL/r=4.5/0.769=6.0；已知混凝土板厚0.25m，Bx=0.60，则可知最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力：c E c hT g B xtm2式中：αc—混凝土的温度线膨胀系数；T g—最大温度梯度， T g=88°c/m；B x—综合温度翘区应力和内应力的温度应力系数；σtm—最大温度梯度时土板的温度翘取应力（Mpa）。

c EchTgBx 1.0 10 5 31000 0.25 88 0.6tm 2.1MP a2 2温度疲劳系数k t fr[a( tm)c b]，式中a，b和c为回归系数，按所在地区tmfr公路自然区划查下表4-1。

表4-1 回归系数 a，b 和 c公路自然区系数ⅡⅢⅣⅤⅥⅦa 0.828 0.855 0.841 0.871 0.837 0.834b 0.041 0.041 0.058 0.071 0.038 0.052c 1.323 1.355 1.323 1.287 1.382 1.270fr [ a( tm ) c b] 5 2.1 1.323 0.041] 0.528k t [0.828 ( )tmf r 2.1 5则温度疲劳应力：trK t tm 0.528 2.1 1.108MP a综合，高速公路的安全等级为一级，相应于一级的安全等级的变异水平等级为低级，目标可靠度为95﹪。

再根据查得的目标可靠度和变异水平等级，确定可靠度系数 r r 1.20 。

r r ( pr tr ) 1.20 (2.93 1.108) 4.8445 f r 5.0MP a，故设计的混凝土面层厚为 250mm 满足要求。

由《公路水泥混凝土路面设计规范》知，路面防冻厚度满足要求。

5接缝设置⑴ 横缝本水泥混凝土路面设计横缝采用三种：胀缝、缩缝、施工缝。

①设置胀缝时，由于是高速公路，长远考虑，要设置传力杆，传力杆长度50cm，传力杆直径 38cm,半段涂以沥青、套上朔料套筒。

②缩缝采用假缝形式，只在板的上部设施缝隙，缝宽 7mm，深度为板厚的 1/5③设置施工缝时，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，位置应选在缩缝或胀缝处，设在缩缝处的施工缝，采用加传力杆的平缝形式，设在胀缝处的施工缝，其构造与胀缝相同（图5-1）。

传力杆长40cm，直径20mm。

图 5-1 横向施工缝构造图⑵ 纵缝纵向缩缝采用假缝形式，纵向施工缝采用平头缝形式，纵缝均设置拉杆，拉杆长60cm，拉杆直径 20mm，间距 1.25m。

纵缝间距 4.5m。

缝的上部留有缝隙，内浇注填缝料，缝与横缝一般做成垂直正交，使混凝土具有90°的角隅。