水泥混凝土路面设计

第5章水泥混凝土路面设计

5.1 交通量计算：

根据我国的《公路自然区划标准》（JTJ013-86），本项目属于湖南省境内，区。现拟新建一条高速公路，双向四车道，设计基准期为30年，为东南湿热Ⅳ

6

交通量年平均增长率为8.5%，车道系数0.20，路基土为粘性土。

计算设计日通过的标准轴载作用次数

注：1-1表示单轴单轮组，1-2表示单轴双轮组，2-2表示双轴双轮组，2-3表示双轴三轮组。

小于40KN 的单轴和小于80KN 的双轴略去不计；则使用初期年平均日交通量=2699.78。

方向分配系数采用0.5，因为是双向4车道，即单向2车道，所以车道分配系数取0.9（0.8-1.0）。故有：设计车道的年平均日货车交通量（ADTT ）

N s =2124.026×0.5×0.9=955.812

5.2 交通参数分析

5.2.1 累计标准轴次计算： 使用年限内的累计标准轴次为

()()30

6

11365955.81210.0701365

0.20.0703.2910()t

s e N N γη

γ

⎡⎤+-⨯⎣⎦=⎡⎤⨯+-⨯⎣⎦=⨯=⨯次 5.2.2 交通等级划分：

由规范交通分级知，累计作用次数在106-2×107之间，所以交通等级为重交通；水泥混凝土路面设计使用年限30年，车轮轮迹横向分布系数η=0.20。(由《水泥混凝土路面设计规范》中表A.2.2，对高速公路，η为0.17—0.22)。

5.3 路面结构方案设计

现在按设计要求，由表3.0.1得，相应于安全等级一级的变异水平等级为低级。根据高速公路重交通等级和低级变异水平等级，查表4.4.6，面层厚度h 取0.24-0.27m 之间。根据路基干湿类型，设计多种方案，并进行方案比选如下：

路基为中湿状态时：

方案一：参考《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40—2002) 1、初拟路面结构：

初拟普通混凝土面层，厚度为m h 62.0=；

基层选用水泥稳定粒料基层，厚m h 2.01=；垫层选用级配碎砾石，厚m h 2.02=。普通混凝土板的平面尺寸为宽3.75m ，长5m 。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。

2、材料参数的确定：

（1）混凝土路面设计弯拉强度与弯拉弹性模量： 本设计为普通混凝土路面为重型交通，查规范得：弯拉强度的标准值

r f 0.5=Mpa ，相应的弯拉弹性模量标准值为31=c E Gpa 。

（2）土基的回弹模量：

路基属于中湿状态，可选用路基土基的回弹模量值：MPa E 0.030= （3）基层和半刚性垫层的回弹模量：

基层选用水泥稳定粒料，回弹模量取：11500E =Mpa(1300~1700)

垫层选用级配碎砾石，回弹模量取：2200E =Mpa(200-250) （4）基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量：

根据土基状态拟定的基层、垫层结构类型和厚度，参照《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40—2002)中，按式（B.1.5）计算基层顶面当量回弹模量如下：

222211222222

1215000.22000.2850()0.20.2x h E h E E MPa h h +⨯+⨯===++

1

2

2112213

223

11)11(4)(1212-++++=h E h E h h h E h E D x

3321

15000.22000.2(0.20.2)11()1212415000.22000.22.496()

MN m -⨯⨯+=+++⨯⨯=⋅

0.327()

x h m ===

0.450.4508506.221 1.51 6.221 1.51 3.80630x E a E --⎡⎤⎡⎤

⎛⎫⎛⎫⎢⎥=-=⨯-⨯=⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎢⎥⎢⎥⎝⎭⎣⎦⎣⎦

0.55

0.55

08501 1.441 1.440.522430x E b E --⎛⎫

⎛⎫

=-=-⨯= ⎪

⎪

⎝⎭

⎝⎭

1/3

1/3

0.767008504.1060.34330165.63()30b x t x E E ah E MPa E ⎛⎫

⎛⎫

==⨯⨯⨯= ⎪

⎪

⎝⎭

⎝⎭

普通混凝土面层的相对刚度半径按（B.1.3-2）计算为：

0.5370.52240.260.802()r m ==⨯= 3、荷载疲劳应力计算：

按式（B.1.3），标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为

)(162.0802.0077.0077.026.026.0MPa h r ps =⨯⨯==--σ

因纵缝为设拉杆平缝，对于水泥稳定粒料基层，接缝传荷能力的应力折减系数取88.0=r k 。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

()

481.2108.38057

.06

=⨯==n

e f N k 。根据公路等级，由表B.1.2，考虑偏载和动载

等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数30.1=c k 。

按式（B.1.2），荷载疲劳应力计算为

)(84.213.1184.288.0MPa k k k ps c f r pr =⨯⨯⨯==σσ 4、温度疲劳应力分析：

查表3.0 .8，因为湖南省东南湿热Ⅳ5区，海拔较低湿度大，所以在86-92之间取低值87，可选取最大温度梯度Tg =87（℃/m）。0

取板长m l 5=， 6.23802.0/5/==r l

由图B.2.2可查普通混凝土板厚m h 62.0=，58.0=x B 。按式（B.2.2），最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为：

)(2.0358.02

7

862.0310001012

5MPa B hT E x g

c c tm =⨯⨯⨯⨯⨯==

-ασ，c α混凝土线

膨胀系数。

温度疲劳应力系数t k 按式（B.2.3）计算为