二级公路路面课程设计计算书

路面设计

1 水泥混凝土路面设计（方案一）

1. 1 路面交通等级

公路混凝土路面设计基准期参考值见下表

表1.1 设计基准期参考值

本路段设计基准期是20年。 1. 1.1 标准轴载及轴载当量换算

水泥混凝土路面结构设计以100kN 单轴-双轮组荷载为标准轴载。不同轴-轮型和轴载的作用次数，应按式(1.1)换算为标准轴载的作用次数。

16

1

100n

i s i i i P N N δ=⎛⎫

= ⎪⎝⎭∑ (1.1)

式中: N s ——100KN 的单轴-双轮组标准轴载的作用次数；

P i ——单轴-单轮、单轴-双轮组、双轴-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；

i N ——各类轴型i 级轴载的作用次数；

i δ——轴-轮型系数。

单轴-双轮组： i δ=1.0 (1.2) 单轴-单轮组： i δ=2.22 (1.3) 双轴-双轮组： i δ=1.07 (1.4) 三轴-双轮组： i δ=2.24 (1.5)

轴载当量换算见下表：

表1.2 轴载当量换算

注：前轴重小于40kN不计。

1.1.2 交通调查与轴载分析

设计基准期内混凝土面板临界荷位处所承受的标准轴载累计当量作用次数，可以通过下式计算确定

式中：——标准轴载累计当量作用次数；

t——设计基准期（年）；

——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1.3选用。

表1.3 混凝土路面临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数

二级公路的设计基准期为t=20年，临界荷载位处的车辆轨迹横向分布系数取0.54，交通量年平均增长率为6%。设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为：

由下表可知此段交通等级为特重交通

表1.4 公路混凝土路面交通分级

1. 2 路面结构组合设计

我国水泥混凝土路面安可靠度方法进行设计，不同等级公路的路面结构设计安全等级及相应的设计基准期、可靠度指标和目标可靠度见表1.5

表1.5 可靠度设计标准

混凝土面层板的厚度决定于公路和交通等级，普通混凝土、钢筋混凝土、碾压混凝土或连续配筋混凝土面层板所需的厚度可参考表1.6

表1.6 水泥混凝土面层厚度的参考范围

初步确定水泥混凝土路面面层厚度为240mm，碾压混凝土基层160mm，底基层采用水泥稳定粒料（水泥用量5%），厚180mm，垫层为150mm低剂量无机结合料稳定土。水泥混凝土面层板的平面尺寸长为4m，宽为3.5m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。碾压混凝土不设纵缝，横缝设假缝，间距（板长）4m。

1.3 路面材料参数确定

根据规范查表可得路面材料的参数，数据统计填入下表1.7

表1.7 路面材料参数

新建公路的基层顶面当量回弹模量值：

式中：——路床顶面的回弹模量(Mpa)；

——基层和底基层或垫层的当量回弹模量(Mpa)；

、——基层和底基层或垫层的回弹模量(Mpa)；

——基层和底基层或垫层的当量厚度(m)；

——基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度(MN·m)；

、——基层和底基层或垫层的厚度(m)；

a、b——与有关的回归系数。

按式(1.9)~ (1.12)计算底基层顶面当量回弹模量如下：

1.4 荷载疲劳应力

普通混凝土面层与碾压混凝土基层组成分离式复合式面层。双层板的临界荷位处仍为板的纵向边缘中部，标准轴载在临界荷位处产生的上层和下层混凝土板的荷载疲劳应力和分别由(1.13)~ (1.14)计算确定：

(1.13)

(1.14)

式中：、、——应力折减系数，荷载疲劳应力系数和综合系数，确定方法与

单层混凝土板相同；

、——结合式或分离式双层板上层板和下层板的弯拉应力（Mpa），

可有(1.15)~ (1.16)计算确定。

式中：、——双层板混凝土上层和下层板的弯拉弹性模量(Mpa)；

、——双层板混凝土板上层和下层板的厚度(m)；

、——上、下层板中性面至结合式双层板中性面的距离(m)，或有下

式(1.17)~ (1.18)计算；

——层间结合系数，分离式，结合式；

——双层混凝土板的截面总刚度(MN·m)，按(1.19)计算确定。

——双层混凝土板的相对刚度半径(m)，按式(1.20)计算确定。

此时，复合式混凝土面层的截面总刚度为：

=44.928MN·m

复合式混凝土面层的相对刚度半径为：

标准轴载在普通混凝土面层临界荷位处产生的荷载应力计算为：

=0.895Mpa

=0.520Mpa

普通混凝土面层，因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数=0.87；碾压混凝土基层不设纵缝，不考虑接缝传荷能力的应力折减系数。水泥混凝土面层，

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==

=2.775；碾压混凝土基层，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===3.203。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合系数=1.20。

普通混凝土面层的荷载疲劳应力计算为

碾压混凝土面层的荷载疲劳应力计算为

1.5 温度疲劳应力

加铺混凝土双层结构板的温度疲劳应力原则上按下式计算确定：

式中：——临界荷位处的温度疲劳应力(Mpa)；

——最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力(Mpa)。

对于双层板，应分别计算上、下两层板各自的温度疲劳应力。从实际应力分析结果看，分离式双层板仅需计算上层板的温度疲劳应力。温度疲劳应力系数的确定方法与单层板相同。

式中：——考虑温度应力累计疲劳作用的疲劳应力系数；

a、b、c——回归系数，按所在地区的公路自然区划查表1.8；

表1.8 回归系数a、b和c

——分离式双层混凝土板上层的最大温度翘曲应力(Mpa)；

——混凝土的温度线膨胀系数(1/℃)，通常可取为1x/℃；

——最大温度梯度；

——分离式双层混凝土板的温度应力系数；

——综合温度翘曲应力和内应力作用的温度应力系数；

——混凝土板的温度翘曲应力系数。

其他符号意义同前。

本设计路段所在的自然分区为Ⅳ，最大温度梯度取92(℃/m)。普通混凝土面层板长4m，l/=4/0.751=5.33,根据规范查下图可知普通混凝土面层=0.24m，=0.53，=0.98。

图1.1 温度应力系数

最大温度梯度时普通混凝土上层板的温度翘曲应力计算为：