路基路面课程设计

华东交通大学

课程设计（论文）任务书

题目名称 路基路面工程课程设计 院 （系） 软件学院 专 业 软件+桥梁工程 班 级 2011－1 姓 名 梁 志 坚

2013年 06 月 17日 至 2013 年 6 月 21 日 共 1 周

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目 录

1.工程概况 ...........................................................................................................................................................3 2.设计资料 ...........................................................................................................................................................3

2.1土质 ........................................................................................................................................................3 2.2交通量及组成 ........................................................................................................................................3 3.交通分析 ...........................................................................................................................................................4

4.1方案一 ....................................................................................................................................................4

4.1.1交通等级的确定 ........................................................................................................................4 4.1.2设计弯沉的确定 ........................................................................................................................6 4.1.3土基回弹模量的确定 ................................................................................................................6 4.1.4面层结构及材料的确定 ............................................................................................................7 4.1.5新建路面结构厚度计算 ............................................................................................................7 4.1.6 交工验收弯沉值和层底拉应力计算 .......................................................................................9 4.2 方案二 .................................................................................................................................................10

4.2.1轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算 ..........................................................................10 4.2.2新建路面结构厚度计算 .......................................................................................................... 11 4.2.3交工验收弯沉值和层底拉应力计算 ......................................................................................12

5 水泥混凝土路面设计 .....................................................................................................................................13

5.1混凝土路面设计基准期 ......................................................................................................................14 5.2标准轴载交通量分析 ..........................................................................................................................14 5.3拟定路面结构 ......................................................................................................................................15 5.4方案一的计算(手算) ..........................................................................................................................16

5.4.1 确定材料参数 .........................................................................................................................16 5.4.2计算荷载疲劳应力 ..................................................................................................................17 5.4.3计算温度疲劳应力 ..................................................................................................................18 5.5 方案二的计算（软件计算） .............................................................................................................19 5.6接缝设置 ..............................................................................................................................................20 6. 方案比选 .......................................................................................................................................................21

6.1 沥青路面方案比选 .............................................................................................................................21 6.2 水泥混凝土路面方案比选 .................................................................................................................22 6.3 综合比选 .............................................................................................................................................22 7.总结心得 .........................................................................................................................................................22 8.设计依据及标准 .............................................................................................................................................23

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1.工程概况

拟设计路面属某段高速公路（双向四车道），路段位于平原微丘区,公路自然区划为Ⅱ2区,地震烈度为六级,设计标高255.50m,地下水位距路床顶面为1.45m。

2.设计资料

2.1土质

所经地区多处为粘性土。

2.2交通量及组成

根据最新路网规划,预测使用初期2013年平均日交通量见表1。

表1 相关车型对应交通量

车型 双向交通量 小客车SH—130 大客车SH—141 跃进牌NJ—130 东风牌EQ—140 黄河牌JN—150 日野KB222 太拖拉138 交通量年平均增长率（％） 922 177 665 326 436 85 97 7.12 3

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3.交通分析

表2 换算交通量值

车型 交通量（辆/日） 换算系数 换算交通量（pcu/d） 小客车SH-130 922 大客车SH-141 177 跃进牌NJ-131 665 东风牌EQ-140 326 黄河牌JN-150 436 日野KB222 85 太脱拉138 97 1.0 1.5 1.5 2.0 2.0 2.0 2.0 922 265.5 997.5 652 872 170 194 将表2折成小客车，对所给交通量进行换算：N=922+177×1.5+665×1.5+（326+436+85+97）×2 =4073,设计年限为30年时，N= Nd= N0×(1+γ)n-1远期交通量为26095 根据《公路工程技术标准》四车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量 25000 -55000 辆 ，因此该公路的预期交通量比较接近25000，所以设计为双向四车道高速公路较为合理。

4.沥青路面设计

4.1方案一

4.1.1交通等级的确定

已知参数：

设计年限 15 年 车道系数 0.45 交通量平均年增长率 7.10 ％

序号 车 型 名 称 前轴重(kN) 后轴重(kN) 后轴数 后轴轮组数 后轴距(m) 交通量 1 亚洲ZQ6600 15.5 27.5 1 双轮组 922 2 交通SH141 25.55 55.1 1 双轮组 177 3 跃进NJ131 20.2 38.2 1 双轮组 665 4 东风EQ140 23.7 69.2 1 双轮组 326 5 黄河JN150 49 101.6 1 双轮组 436 6 日野KB222 50.2 104.3 1 双轮组 85 7 太脱拉138 51.4 80 2 双轮组 <3 97

一个车道上大客车及中型以上的各种货车日平均交通量Nh= 438 ,属轻交通等级。

⑴当以弯沉及沥青层弯拉应力分析时：

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NC1C2ni(i1Kpip)4.35 (公式1）

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次数； ni— 被换算车型的各级轴载换算次数（次/日）； P— 标准轴载（kN）；

Pi— 各种被换算车型的轴载（kN）

C1— 轮组系数，单轮组为6.4,双轮组为1.0,四轴组为0.38； C2— 轴数系数；

K— 被换算车型的轴载级别；

当轴间距离大于3m时，按单独的一个轴载计算；当轴间距离小于3m时，双轴或多轴的轴数系数按下面公式计算：

C111.2m1 （公式2）

式中：m—轴数；

则其设计年限内一个车道上的累计量轴次Ne：

Ne[(1)t1]365N1



式中 Ne— 设计年限内一个车道的累计当量次数；

t — 设计年限，由材料知，t=15年； N1— 设计端竣工后一年双向日平均当量轴次；

— 设计年限内的交通量平均增长率，由材料知，γ =0.0712； — 车道系数，由材料知η = 0.45；

则通过软件计算可得：

路面营运第一年双向日平均当量轴次 : 782

设计年限内一个车道上的累计当量轴次 : 3257650 属中等交通等级

⑵当以半刚性层弯拉应力分析时：

'' NC1C2ni('i1Kpip)8 （公式3）

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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次数； ni— 被换算车型的各级轴载换算次数（次/日）； P— 标准轴载（kN）；

Pi— 各种被换算车型的轴载（kN）；

C1'—轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5，四轮组为0.09。

' C2—轴数系数；

则通过软件计算可得：

路面营运第一年双向日平均当量轴次 : 597

设计年限内一个车道上的累计当量轴次 : 2483146 属轻交通等级

综上所述：可以确定路面设计交通等级为中等交通等级

4.1.2设计弯沉的确定

设计弯沉： ld600Ne0.2ACASAB （公式4）

ld：设计弯沉；

Ne：设计年限内一个车道累计当量标准轴载通行次数； Ac：公路等级系数，高速公路为1.0；

AS:面层类型系数，沥青面层为1.0；

AB:路面结构类型系数 刚性基 半刚性基层 沥青路面为1.0；

通过软件计算：ld= 29.9 (0.01mm)。

4.1.3土基回弹模量的确定

路段位于平原微丘区,公路自然区划为Ⅱ2 区,地震烈度为六级,设计 标高240.50m,地下水位1.45m。

由《公路沥青路面 设计规范》JTG D50-2004附录 F 知此高度为 H2（2.0），属于中湿路基，又因该路段的土质为粘质土，查规范可得：土基回弹模量19.5—33.5（Mpa）。

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4.1.4面层结构及材料的确定

面层采用5层

上面三层分别采用细、中、粗型的沥青混凝土 考虑到防冻防水的需要 第四层选择了水泥稳定型基层。因为所处为中湿粘性土地质，所以还选择了级配碎石作为垫层。详见图1。

----------------------------------------

细粒式沥青混凝土

---------------------------------------- 中粒式沥青混凝土

---------------------------------------- 粗粒式沥青混凝土

---------------------------------------- 水泥稳定砂砾

---------------------------------------- 级配碎石

---------------------------------------

图1 沥青路面设计构想图

4.1.5新建路面结构厚度计算

新建路面的层数 : 6

标 准 轴 载 : BZZ-100

路面设计弯沉值 : 28.8 (0.01mm) 路面设计层层位 : 5

设计层最小厚度 : 150 (mm)

表3 劈裂强度容许拉应力 层位 结构层材料名称 劈裂强度(MPa) 容许拉应力(MPa) 1 2 3 4 5 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青混凝土 1.4 1.0 0.8 0.6 0.3 0.55 0.39 0.31 0.33 水泥稳定砂砾 级配碎石 7

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表4 厚度计算 层位 结构层材料名称 厚度(mm) 抗压模量(MPa) (20℃) 抗压模量(MPa) (15℃) 容许应力(MPa) 1 2 3 4 5 6 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青混凝土 30 40 60 1400 1200 900 1500 550 33 2000 1600 1200 1500 550 0.57 0.41 0.33 0.34 水泥稳定砂砾 级配碎石 新建路基 200

按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 29.9 (0.01mm)

H( 4 )= 200 mm LS= 34.1 (0.01mm) H( 4 )= 250 mm LS= 29.7 (0.01mm) H( 4 )= 247 mm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力计算设计层厚度 :

H( 4 )= 247 mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 247 mm(第 2 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 247 mm(第 3 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 247 mm(第 4 层底面拉应力计算满足要求) 路面设计层厚度 :

H( 4 )= 247 mm(仅考虑弯沉)

H( 4 )= 247 mm(同时考虑弯沉和拉应力) 验算路面防冻厚度 :

路面最小防冻厚度 500 mm

验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 。

通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步修改,得到路面结构如下 ---------------------------------------- 细粒式沥青混凝土 30 mm

---------------------------------------- 中粒式沥青混凝土 40 mm

---------------------------------------- 粗粒式沥青混凝土 60 mm

----------------------------------------

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水泥稳定砂砾 250mm

---------------------------------------- 级配碎石 200mm

---------------------------------------- 新建路基

图2 沥青路面结构图

4.1.6 交工验收弯沉值和层底拉应力计算 新建路面的层数 : 6

标 准 轴 载 : BZZ-100

路面设计弯沉值 : 29.9 (0.01mm) 路面设计层层位 : 5

设计层最小厚度 : 150(mm)

表5 弯沉值和层底拉应力

层位 1 2 3 4 5 6 结构层材料名称 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青混凝土 厚度(mm) 30 40 60 250 200 150 抗压模量抗压模量(MPa) (20℃) (MPa) (15℃) 1400 1200 900 1500 550 33 2000 1600 1200 1500 550 容许应力(MPa) 0.57 0.41 0.33 0.34 水泥稳定砂砾 级配碎石 新建路基 层位 结 构 层 材 料 名 称 厚度 20℃平均抗压 标准差 15℃平均抗压 标准差 综合影响系数 (mm) 模量(MPa) (MPa) 模量(MPa) (MPa)

1 细粒式沥青混凝土 30 1400 0 2000 0 1 2 中粒式沥青混凝土 40 1200 0 1600 0 1 3 粗粒式沥青混凝土 60 900 0 1200 0 1

4 水泥稳定砂砾 250 1500 0 1500 0 1 5 级配碎石 200 550 0 550 0 1 6 新建路基 33 1

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计算新建路面各结构层及路基顶面交工验收弯沉值 :

第 1 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 29.7 (0.01mm) 第 2 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 32.3 (0.01mm) 第 3 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 36.1 (0.01mm) 第 4 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 41.6 (0.01mm) 第 5 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 151.9 (0.01mm)

路基顶面交工验收弯沉值 LS= 282.3 (0.01mm)( 根据“公路沥青路面设计规范”公式计算) LS= 350.3 (0.01mm)( 根据“公路路面基层施工技术规范”公式计算) 计算新建路面各结构层底面最大拉应力 :(未考虑综合影响系数) 第 1 层底面最大拉应力 σ( 1 )=-0.276 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 σ( 2 )=-0.124 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 σ( 3 )=-0.063 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 σ( 4 )= 0.148 (MPa)

4.2 方案二

4.2.1轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算

表6 轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力

序号 1 2 3 4 5 6 7 车 型 名称 亚洲ZQ6560 交通SH141 跃进NJ131 东风EQ140 黄河JN150 日野KB222 太脱拉138 前轴重(kN) 15.7 23 20.2 23.7 45.1 50.2 51.4 后轴重(kN) 27 63.5 38.2 69.2 101.5 104.3 80 后轴数 1 2 1 1 1 1 2 后轴轮组数 双轮组 双轮组 双轮组 双轮组 双轮组 双轮组 双轮组 后轴距(m) >3 <3 交通量 922 177 665 326 436 85 97 设计年限 15 车道系数 0.45

一个车道上大客车及中型以上的各种货车日平均交通量 Nh= 438 ,属轻交通等级

当以弯沉及沥青层弯拉应力分析时

路面营运第一年双向日平均当量轴次 : 782

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设计年限内一个车道上的累计当量轴次 : 3257650 属中等交通等级

当以半刚性材料结构层层底拉应力为设计指标时 : 路面营运第一年双向日平均当量轴次 : 597

设计年限内一个车道上的累计当量轴次 : 2483146 属轻交通等级

路面设计交通等级为中等交通等级 公路等级 高速公路

公路等级系数 1 面层类型系数 1 路面结构类型系数 1 路面设计弯沉值 : 29.9 (0.01mm)

表7 劈裂强度容许拉应力

层位 结构层材料名称 劈裂强度(MPa) 容许拉应力(MPa) 1 细粒式沥青混凝土 1.4 0.57 2 中粒式沥青混凝土 1.0 0.41 3 水泥稳定砂砾 石灰土 0.8 0..45 4 0.6 0.26 4.2.2新建路面结构厚度计算

新建路面的层数 : 5

标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 29.9(0.01mm) 路面设计层层位 : 4

设计层最小厚度 : 150 (mm)

表8 结构厚度

层位 结构层材料名称 厚度(mm) 抗压模量(MPa) (20℃) 1400 1200 抗压模量(MPa) (15℃) 2000 1600 容许应力(MPa) 0.55 0.39 1 2 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 60 80 11

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3 4 5 水泥稳定砂砾 石灰土 新建路基 200 ？ 900 1500 33 1200 1500 0.44 0.26 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 29.9 (0.01mm)

H( 4 )= 150 mm LS= 32.1 (0.01mm) H( 4 )= 200 mm LS= 28.1 (0.01mm) H( 4 )= 177 mm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力计算设计层厚度 :

H( 4 )= 177 mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 177 mm(第 2 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 177 mm(第 3 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 177 mm(第 4 层底面拉应力计算满足要求) 路面设计层厚度 :

H( 4 )= 177 mm(仅考虑弯沉)

H( 4 )= 177 mm(同时考虑弯沉和拉应力) 验算路面防冻厚度 :

路面最小防冻厚度 500 mm

验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求.

通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的修改, 最后得到路面结构设计结果如下:

---------------------------------------- 细粒式沥青混凝土 60 mm

---------------------------------------- 中粒式沥青混凝土 80 mm

---------------------------------------- 水泥稳定砂砾 200 mm ---------------------------------------- 石灰土 180 mm ---------------------------------------- 新建路基

图4-5 沥青路面结构图

4.2.3交工验收弯沉值和层底拉应力计算

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表8 弯沉值和层底拉应力

层位 1 2 3 4 5 结构层材料名称 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 厚度(mm) 60 80 200 180 150 抗压模量抗压模量(MPa) (20℃) (MPa) (15℃) 1400 1200 900 1500 36 2000 1600 1200 1500 容许应力(MPa) 0.57 0.41 0.45 0.26 水泥稳定砂砾 石灰土 新建路基 层位 结 构 层 材 料 名 称 厚度 20℃平均抗压 标准差 15℃平均抗压 标准差 综合影响系数 (mm) 模量(MPa) (MPa) 模量(MPa) (MPa)

1 细粒式沥青混凝土 60 1400 0 2000 0 1 2 中粒式沥青混凝土 80 1200 0 1600 0 1 3 水泥稳定砂砾 200 900 0 1200 0 1 4 石灰土 180 1500 0 1500 0 1 5 新建路基 33 1

计算新建路面各结构层及路基顶面交工验收弯沉值 :

第 1 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 29.6 (0.01mm) 第 2 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 35.8 (0.01mm) 第 3 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 47.5 (0.01mm) 第 4 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 112.6 (0.01mm) 路基顶面交工验收弯沉值

LS= 282.3 (0.01mm)( 根据“公路沥青路面设计规范”公式计算) LS= 350.3 (0.01mm)( 根据“公路路面基层施工技术规范”公式计算)

计算新建路面各结构层底面最大拉应力 :(未考虑综合影响系数)

第 1 层底面最大拉应力 σ( 1 )=-0.172 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 σ( 2 )=-0.003 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 σ( 3 )= 0.039 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 σ( 4 )= 0.202 (MPa)

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5 水泥混凝土路面设计

5.1混凝土路面设计基准期

高速公路设计基准期为30 年

5.2标准轴载交通量分析

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：

p NsiNi(i)16

100i1式中： Ns— 100KN的单轴—双轮组标准轴数的通行次数； Pi— 各类轴—轮型；级轴载的总重（KN）； n— 轴型和轴载级位数；

Ni—各类轴—轮型i级轴载的通行次数

ni—轴—轮型系数。

车型 亚洲ZQ6560 大客车SH—141 跃进牌NJ—130 东风牌EQ—140 黄河牌JN—150 日野KB222 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 Pi（kN）15.70 27.00 23.00 63.50 20.20 38.20 23.70 69.20 49.00 101.60 50.20 104.30 51.40 2×80.00 i 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3.5×10-6 14

Ni（次/日） 922 922 177 177 665 665 326 326 436 436 85 85 97 97 iNi(pi16) 100 — 0.109 0.95 0.004 541.44 0.001 168.67 0.002 0.61 太脱拉138

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∑N 711.786 表5-1 轴载换算结果

则设计年限内设计车道的标准轴载累计作用次数:Ne式中： Ne— 标准轴载累计当量作用次数(日)；

Ns[(1)t1]365

t — 设计基准年限；

γ — 交通量年平均增长率，由材料知，γ=0.071；

η — 临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，如下（表5-2）。 公路等级 高速公路、一级公路、收费站 二级及二级以下公路 行车道宽>7m 行车道宽≤7m 纵缝边缘处 0.17～0.22 0.34～0.39 0.54～0.62

表5-2 混凝土路面临界荷位车辆轮迹横向分布系数

NeNs[(1)t1]365 =4247805=424×104次

因为交通量100×104＜424×104＜2000×104次，故可知交通属于重交通等级

5.3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《路基路面工程（第三版）》（邓学钧著）【下同】表16-17得初拟普通混凝土面层厚度范围为240-270mm。普通混凝土板的平面尺寸为宽4.5m，长5m，拟定各结构层厚：

方案一：拟普通混凝土面层厚为260mm；基层选用水泥稳定粒料，厚为190mm；二级自然区划及规范知垫层为160mm的天然砂砾（表5-3）

方案二:面层初拟255mm，基层选用水泥稳定粒料，厚h1=200mm，垫层选用天然砂砾厚h2=160mm （表5-4） 层位 1 2 基（垫）层材料名称 水泥稳定粒料 天然砂砾 厚度(cm) 19 16 回弹模量(MPa) 1500 200 15

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3 土基 表5-3 方案一 20 30 层位 1 2 3 4 结构层材料名称 石灰稳定粒料 水泥稳定粒料 天然砂砾 土基 厚度(cm) 10 18 15 回弹模量(MPa) 1200 1500 200 30 表5-4 方案二

5.4方案一的计算(手算)

5.4.1 确定材料参数

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；路基回弹模量为33Mpa；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。

基层顶面当量的回弹模量值计算如下： 层位 1 2 3 基（垫）层材料名称 水泥稳定粒料 天然砂砾 土基 厚度(cm) 19 16 20 回弹模量(MPa) 1500 200 30 表5-5 基层顶面当量的回弹模量

2h12E1h2E215000.1922000.162=Ex220.1920.162h1h2

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=960.6 Mpa

3h13E1h2E2(h1h2)21Dx()1

124E1h1E2h215000.1932000.163(0.190.16)211()1

12415000.192000.16=1.81

12Dx3121.813)=0.283m hx()=(960.6EXa6.22[11.51(Ex0.45960.60.45)]=6.22[11.51()]=4.250 E03011 b11.44(Ex0.55960.60.55)=11.44(=0.786 )30E01EbEtahxE0(x)3

E0960.63)=150.11 Mpa =4.2500.2830.78630(301普通混凝土面层的相对刚度半径为：

E310003)0.825m r0.537h(c)30.5370.26(150Et

5.4.2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0.26m。由下列公式求得： 0.5373EcEt ps0.0770.6h2 pkfkrkcps kfNe0.057

式中 γ— 混凝土板的相对刚度半径（m）；

H— 混凝土板的厚度（m）；

Ec— 水泥混凝土的弯沉弹性模量（Mpa）；

σp— 标准轴载Ps在临界荷位处产生的荷载疲劳应力（Mpa）； kr— 考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为设杆拉的平缝，kr=0.87 ～

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0.92，纵缝为不设杆拉的平缝或自由边界kr=1.0，纵缝为设杆拉的企口缝，kr=0.76 ～0.84，；

kc— 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5-6；

公路等级 kc 高速公路 1.30 一级公路 1.25

表5-6 综合系数kc

二级公路 1.20 三、四级公路 1.10 σps— 标准轴载Ps在四边自由板的临界荷载处产生的荷载应力（MPa）。

ps0.0770.6h2

=0.077(0.825)0.60.262=1.014 kfNe0.05750563550.057=2.411

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kc1.30,则荷载疲劳应力为：pkfkrkcps0.872.4111.31.0142.765MPa 5.4.3计算温度疲劳应力

由教材上内容可知，II区最大温度梯度取88﹙℃/m﹚。板长4.5mL/r=4.5/0.760=5.92；已知混凝土板厚0.26m，Bx=0.58，则可知最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力：

tmcEchTgBx2

式中： αc— 混凝土的温度线膨胀系数 ；

Tg — 最大温度梯度，Tg=88°c/m；

Bx— 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）

tmcEchTgBx21.0105310000.26880.582.06MPa；

2温度疲劳系数 kt区划查下表5-7。

frtm[a(tmfr)cb]，式中a，b和c为回归系数，按所在地区公路自然

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系数 Ⅱ a b c 0.828 0.041 1.323 Ⅲ 0.855 0.041 1.355 Ⅳ 公路自然区 Ⅴ 0.871 0.071 1.287 Ⅵ 0.837 0.038 1.382 Ⅶ 0.834 0.052 1.270 0.841 0.058 1.323 表5-7 回归系数a，b和c

ktfrtm[a(tmfr)cb]52.061.323[0.828()0.041]0.52 2.065则温度疲劳应力：

trKttm0.522.061.0712MPa

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rr1.25。

rr(prtr)1.25(2.7651.071)4.795fr5.0MPa，故设计的混凝土面层厚为

260mm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。

5.5 方案二的计算（软件计算）

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 : 高速公路 变异水平的等级 : 低 级 可 靠 度 系 数 : 1.25

面 层 类 型 : 普通混凝土面层 序号 路面行驶车辆名称 单后轴客车 单后轴货车 单后轴货车 单轴单轮组的个数 1 1 1 轴载总重 15.7 25.55 20.2 单轴双轮组的个数 1 1 1 轴载总重 27 55.1 38.2 双轴双轮组的个数 0 0 0 轴载总重 0 0 0 交通量 1 2 3 922 177 665 19

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4 5 6 7 单后轴货车 单后轴货车 单后轴货车 双后轴货车 1 1 1 1 23.7 49 50.2 51.4 1 1 1 0 69.2 101.6 104.3 0 0 0 0 1 0 0 0 160 326 436 85 97

表5-8 轴载交通量

行驶方向分配系数 1 车道分配系数 0 .9

轮迹横向分布系数 0 .22 交通量年平均增长率 7.12 ％ 混凝土弯拉强度 5 MPa 混凝土弯拉模量 31000 MPa 混凝土面层板长度 5 m 地区公路自然区划 Ⅱ

面层最大温度梯度 88 ℃/m 接缝应力折减系数 0.87 基(垫)层类型----新建公路土基上修筑的基(垫)层 层位 1 2 3 4 基（垫）层材料名称 石灰粉煤灰稳定粒料 水泥稳定粒料 级配砾石 新建路基 厚度(mm) 100 180 150

表 5-9基(垫)层

回弹模量(MPa) 1200 1500 90 60

行驶方向分配系数 1 车道分配系数0.9 轮迹横向分布系数 0.22 设计轴载 100 kN 最重轴载 104.3 kN

路面的设计基准期 : 30 年

设计车道使用初期设计轴载日作用次数 : 550

设计基准期内设计车道上设计轴载累计作用次数 : 4247678 路面承受的交通荷载等级 :重交通荷载等级

混凝土弯拉强度 5 MPa 混凝土弹性模量 31000 MPa 混凝土面层板长度 5 m 地区公路自然区划 Ⅱ

面层最大温度梯度 88 ℃/m 接缝应力折减系数 0.87 混凝土线膨胀系数 10 10-6/℃

板底地基当量回弹模量 ET= 120 MPa

中间计算结果 :

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HB= 230 DC= 32.15 DB= 0.86 RG= 0.787 SPS= 1.733 SPM= 1.803 SPR= 4.14 SPMAX= 1.8 CL= 0.926 BL= 0.575 STMAX= 1.8 KT= 0.48 STR= 0.86 SCR= 5 GSCR= 6.25 RE= 25 % SCM= 3.6 GSCM= 4.5 REM=-10 %

HB= 266 DC= 49.74 DB= 0.86 RG= 0.907 SPS= 1.434 SPM= 1.492 SPR= 3.42 SPMAX= 1.49 CL= 0.79 BL= 0.397 STMAX= 1.44 KT= 0.41 STR= 0.59 SCR= 4.01 GSCR= 5.01 RE= 0.2 % SCM= 2.93 GSCM= 3.66 REM=-26.8 %

HB= 268 DC= 50.87 DB= 0.86 RG= 0.914 SPS= 1.42 SPM= 1.478 SPR= 3.39 SPMAX= 1.48 CL= 0.781 BL= 0.387 STMAX= 1.41 KT= 0.4 STR= 0.56 SCR= 3.95 GSCR= 4.94 RE=-1.2 % SCM= 2. GSCM= 3.61 REM=-27.8 %

混凝土面层荷载疲劳应力 : 3.39 MPa 混凝土面层温度疲劳应力 : 0 .56 MPa

考虑可靠度系数后混凝土面层综合疲劳应力 : 4.94 MPa （小于或等于面层混凝土弯拉强度）

混凝土面层最大荷载应力 : 1.48 MPa 混凝土面层最大温度应力 : 1.41 MPa

考虑可靠度系数后混凝土面层最大综合应力 : 3.61 MPa （小于或等于面层混凝土弯拉强度）

满足路面结构极限状态要求的混凝土面层设计厚度 : 268 mm 路面结构层最小防冻厚度 500 mm 新建基(垫)层总厚度 480 mm

验算结果表明， 路面总厚度满足路面结构层防冻厚度要求 。

6. 方案比选

6.1 沥青路面方案比选

方案一面层设三层：分别为细粒式沥青混凝土、中粒式沥青混凝土、粗粒式沥青混凝土，面层厚度，层数共6 层，结构总厚度为53.0cm，方案二面层设为二层：细粒式沥青混

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凝土、中粒式沥青混凝土，层数共5层，结构总厚度为68cm，我国沥青路面以弯沉值和弯拉应力为设计指标，回弹弯沉值越大，对路面寿命影响越大，方案一抗弯能力大于方案二，从材料经济角度分析，方案二材料更易获得，比如石灰土肯定比级配碎石容易获得，从施工角度分析，方案二材料少，施工更易于方案二，综上所述在两个方案都能够满足现有交通情况及当地条件下，选方案二更优一些。

6.2 水泥混凝土路面方案比选

方案一路基潮湿故选用砂性材料，砂砾材料来源广，透水性好，层数少，施工方便，且能够保证路面刚度，总的来说方案一优于方案二。

6.3 综合比选

（1） 稳定性，混凝土路面的水稳性、热稳性均较好，特别是它的强度随着时间的延长而逐渐提高，沥青则出现“老化”现象。

（2）舒适性，有高度的减振性，可使车辆平稳而快速行驶，沥青路面的摩阻系数大于水泥路面，汽车耗油更多，水泥混凝土路面有接缝，如果车速过快，给人带来不适。 （3）施工周期，沥青路面在铺筑不久后就可以通车，而 水泥必须经过28 天才能达到一定强度，时间久。

（4）养护方面，两种路面的养护费用比较虽然沥青路面比水泥路面有养护更方便、通车更快的特点，但其养护费用与建造费用是成正比的，目前国内许多高速公路沥青路面出现了建得起、养不起的尴尬局面，路面质量问题严重。

（5） 对周围环境的影响，沥青路面对公路周围的土地、地下水等会造成污染，沥青的自然分解与降解需要几十年，而水泥路面对环境的影响要小得多。我国很多地方生产水泥，选用水利路面可带动地方经济。

（6）在经济成本上比较，随着经济的发展和沥青炼制技术的提高，在造价方面沥青路面已经减少，水泥混凝土路面对水和水泥的需求量大，这给水泥供应不足和缺水地区（北方）带来困难。

综上所述，虽然沥青路面具有修复快，乘坐舒服，对路基、地基变形或不均匀沉降的适应性强等一些特点。但水泥路面稳定性好平整度的保持期长，使用年限长的特点同样突出，在环境问题日益突出的今天，综合考虑，我认为选用水泥混凝土路面更优：最好选用水泥混凝土方案一，除此之外，也可考虑沥青方案二。

7.总结心得

历时一周的课程设计算是结束了，总的来说做的感觉还是比较坎坷，比如初期时期软件不是太会操作，面对这样一个设计的题目也不知从何下手，但是后来，随着自己观看了一些有关路基路面设计的一些书，才渐渐找到了方向，在这一周的《路基路面课程设计》课程设计中，需要最多的就是耐心，比如不断的查规范、翻课本，还需要反复的进行检查校核，通过这次短短一周的课程设计，我学习到了相关软件的应用，自己在身心劳累之中也受益匪浅，从每天一点一滴的耕耘中我认识到，首先做事情要有严谨和耐心的精神，比如课程设计，是实践的有效方式，以前做课程我都只是为了完成任务而去做，虽然这周事

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情比较多，但我告诉自己不要乱，一定要耐心，不能急于求成，一定要合乎规范，同时，还要有明确的计划，这次课程设计我规划的内容能不是很合理，以后会慢慢改正；课程设计检验了我对知识的熟悉程度，原本我以为自己对课本知识比较熟，但每当查些规范时，总是要翻好几遍书，比如水泥混凝土设计材料厚度选择时，这说明我课本上的知识还是有漏洞，掌握知识大概是没有用的，知识的细节也要花时间领悟，我觉得自己在学习这些知识时，应该抓住重要知识的不同，比如各种基层材料等，这对我以后的学习帮助很大。总之，通过这次课程设计，我对相关软件的应用更加熟练，也是自己对该课程的知识掌握更加牢固。

8.设计依据及标准

[1]《公路路基设计规范》(JTGD30-2004) [2]《公路沥青路面设计规范》(JTGD50-2006)

[3]《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40-2011) [4]《公路水泥混凝土路面施工技术规范》(JTGF30-2003) [5]《公路工程技术标准2003》

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