1、目 錄 一、設計原始資料 2 二、混凝土路面設計 2 1 交通分析 2 2初擬路面結構 4 3路面材料參數確定 4 4荷載疲勞應力 6 5溫度疲勞應力計算 7 6電算水泥混凝土路面設計 9 三、瀝青路面設計 12 1初擬路面結構組合 12 2交通分析 12 3路面設計彎沉值 15 4各層材料的容許層底拉應力 17 5電算瀝青路面設計 18主要參考文獻 28一.設計資料公路自然區劃II1擬建一雙車道二級公路,該地區為粘性土,稠度為1.0,山嶺重丘區.沿線的工程地質及水文地質良好。山體附近有多處采石廠，砂石材料豐富,其他材料均需外購。擬設計道路路基寬度10米，路面寬度7.5米，路肩寬度1.25米，

2、其中硬路肩寬度0.75米，土路肩寬度0.5米。所經地區多處為粘性土。根據最新路網規劃,預測使用初期年平均日交通量見下表,年平增長為5%。表一 預測竣工后第一年的交通組成車型解放CA10B東風EQ-140日野KB222黃河JN-150小汽車輛/d1600140060601450二、混凝土路面設計2.1交通分析查規范，二級公路的設計基準期為20年，安全等級為三級。水泥混凝土路面結構設計以100KN的單軸-雙輪組荷載作為標準軸載。不同軸-輪型和軸載的作用次數，按式（3 .0 4-1）換算為標準軸載的作用次數。 （3.0.4-1） (3.0.4-2 )或 (3.0.4-3 )或 (3.0.4-4 )式

3、中：Ns100KN的單軸-雙輪組標準軸載的作用次數；Pi單軸-單輪、單軸-雙輪組或三軸-雙輪組軸型級軸載的總重（KN）；軸型和軸載級位數；各類軸型級軸載的作用次數；軸-輪型系數，單軸-雙輪組時，=1；單軸-單輪時，按式（3.0.4-2）計算；雙軸-雙輪組時，按式（3.0.4-3）計算;三軸-雙輪組時,按式(3.0.4-4)計算。由已知資料計算得到設計基準期內設計車道標準荷載累計作用次數見下表：車型軸重 i交通組成當量軸次解放CA-10B前軸19.40620.294916000.5653后軸60.851東風EQ-140前軸23.70569.129614003.8711后軸69.201日野KB22

4、2前軸50.20412.145360118.0815后軸104.301黃河JN-150前軸49.00416.45566077.3482后軸101.601小汽車前軸-556.2114500.0000后軸-1合計199.866由表二可知，二級公路的設計基準期為20年，安全等級為三級。由表三可知,臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數取0.39。取交通量年平均增長率為5。按下式計算得到設計基準期內設計車道標準荷載累計作用次數為：式中： Ne標準軸載累計作用次數； T 設計基準期；gr 交通量年平均增長率； 臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數，按表三選用由表四查得，屬重交通等級。表二 可靠度設計標準公路技術等

5、級高速公路一級公路二級公路三、四級公路安全等級一級二級三級四級設計基準期（a）30302020目標可靠度（）95908580目標可靠指標1.641.281.040.84變異水平等級低低中中中高表三 車輛輪跡橫向分布系數公路等級縱縫邊緣處高速公路、一級公路、收費站0.170.22二級及二級以下公路行車道寬>7m0.34O39行車道寬7mO540.62注：車道或行車道寬或者交通量較大時，取高值；反之，取低值。表 四 交通分級交通等級特重重中等輕設計車道標準軸載累計作用次數Ne（104）2000100200031003表五 水泥混凝土面層厚度的參考范圍交通等級特重重公路等級高速一級二級高速一級

6、二級變異水平等級低中低中低中低中面層厚度（mm）260250240270240260230250220交通等級中等輕公路等級二級三、四級三、四級三、四級變異水平等級高中高中高中面層厚度（mm）2402102302002202002302202.2初擬路面結構由表二可知，相應于安全等級三級的變異水平等級為中級。根據二級公路、重交通等級和中級變異水平等級，查表五初擬普通混凝土面層厚度為O.24m?；鶎舆x用水泥穩定粒料(水泥用量5)，厚0.19m。墊層為0.16m石灰粉煤灰土。普通混凝土板的平面尺寸為寬3.75m，長4.5m?？v縫為設拉桿平縫，橫縫為設傳力桿假縫。 1) 縱向接縫的布設應路面寬度和施

7、工鋪筑寬度而定： 一次鋪筑寬度小于路面寬度時，應設置縱向施工縫，構造如圖一所示；n 一次鋪筑寬度大于4.5m時，應設置縱向縮縫，構造如圖二所示。2) 每日施工結束或因臨時原因中斷施工時，必須設置橫向施工縫，其位置應盡可能選在縮縫或脹縫處，構造如圖三所示。3) 橫向縮縫可等間距或變間距布置，采用假縫形式,因本設計為重等交通公路，所以采用設傳力桿的假縫，構造如圖四所示。 2.3路面材料參數確定按表六，取普通混凝土面層的彎拉強度標準值為5.0MPa，相應彎拉彈性模量標準值為31GPa。表六 混凝土彎拉強度標準值交通等級特重重中等輕水泥混凝土的彎拉強度標準值（MPa）5.05.04.54.0鋼纖維混凝

8、土的彎拉強度標準值（MPa）6.06.05.55.0表七 中濕路基路床頂面回彈模量經驗參考值范圍(MPa)土 組公路自然區劃土質砂26424050395035605060粘質土25453040254530453045粉質土22463254305027433045查表七，路基回彈模量取35MPa。查表八，石灰粉煤灰土墊層回彈模量取800MPa，水泥穩定粒料基層回彈模量取1600MPa。按下式計算基層頂面當量回彈模量如下： 式中： Et 基層頂面的當量回彈模量(MPa)；E0路床頂面的回彈模量(MPa)；Ex基層和底基層或墊層當量回彈模量(MPa)； E1、E2基層和底基層或墊層的回彈模量(MPa

9、)；hx基層和底基層或墊層的當量厚度(m)； Dx基層和底基層或墊層的當量彎曲剛度(MN-m)；h1、h2基層和底基層或墊層的厚度(m)； a、b與ExE0有關的回歸系數。普通混凝土面層的相對剛度半徑按下式計算如下：式中： r 混凝土板的相對剛度半徑(m)；H 混凝土板的厚度(m)；E c水泥混凝土的彎拉彈性模量(MPa)； Et 基層頂面當量回彈模量(MPa) 表八 墊層和基層材料回彈模量經驗參考值范圍材料類型回彈模量(脅)材料類型回彈模量(m)中、粗砂80100石灰粉煤灰穩定粒料13001700天然砂礫150200水泥穩定粒料13001700未篩分碎石180220瀝青碎石(粗粒式，20)6

10、00800級配碎礫石(墊層)200250瀝青混凝土(粗粒式，20)8001200級配碎礫石(基層)250350瀝青混凝土(中粒式，20)10001400石灰土200700多孔隙水泥碎石(水泥劑量9.511)13001700石灰粉煤灰土600900多孔隙瀝青碎石(20，瀝青含量2.53.5)60080024荷載疲勞應力按下式，標準軸載在臨界荷位處產生的荷載應力計算為式中：ps標準軸載PS在四邊自由板臨界荷位處產生的荷載應力(MPa)；r 混凝土板的相對剛度半徑(m)，按式(B.1.3-2)計算；h 混凝土板的厚度(m)；因縱縫為設拉桿平縫，接縫傳荷能力的應力折減系數kr=O.87?？紤]設計基準期

11、內荷載應力累計疲勞作用的疲勞應力系數。根據公路等級，由表九，考慮偏載和動載等因素對路面疲勞損壞影響的綜合系數kc=1.20。表九 綜合系數kc公路等級高速公路一級公路二級公路三、四級公路kc1.301.251.201.10按式下式，荷載疲勞應力計算為式中： pr標準軸載PS在臨界荷位處產生的荷載疲勞應力(MPa)； ps標準軸載PS在四邊自由板的臨界荷位處產生的荷載應力(MPa)；k r考慮接縫傳荷能力的應力折減系數，縱縫為設拉桿的平縫時，kr =O.87O.92(剛性和半剛性基層取低值，柔性基層取高值)；縱縫為不設拉桿的平縫或自由邊時，kr =1.O；縱縫為設拉桿的企口縫時，kr=0.76O

12、.84；kf 考慮設計基準期內荷載應力累計疲勞作用的疲勞應力系數； kc考慮偏載和動載等因素對路面疲勞損壞影響的綜合系數，按公路等級查表八確定。25溫度疲勞應力由表十，區最大溫度梯度取88(m)。板長4.5m， =4.50.7031=6.4，由圖B2.2.可查普通混凝土板厚h=0.24m，Bx=O.63。表十 最大溫度梯度標準值Tg公路自然區劃、最大溫度梯度(/m)8883909586929398注：海拔高時，取高值；濕度大時，取低值。最大溫度梯度時混凝土板的溫度翹曲應力計算為式中： tm最大溫度梯度時混凝土板的溫度翹曲應力(MPa)； c 混凝土的線膨脹系數(1)，通常可取為1×1

13、0-5；Tg 最大溫度梯度，查表九取用；Bx 綜合溫度翹曲應力和內應力作用的溫度應力系數，可按r和h查用圖B.2.2確定； 板長，即橫縫間距(m)。溫度疲勞應力系數kt，按式(B23)計算為式中：a、b和c回歸系數，按所在地區的公路自然區劃查表十一確定表十一 回歸系數a、b和c系 數公路自然區劃IIIIIVV11A0.8280.8550.8410.8710.8370.834B0.0410.0410.0580.0710.0380.052C1.3231.3551.3231.2871.3821.270再由下式計算溫度疲勞應力為式中： tr 臨界荷位處的溫度疲勞應力(MPa)；tm最大溫度梯度時混凝土

14、板的溫度翹曲應力(MPa)；kt 考慮溫度應力累計疲勞作用的疲勞應力系數。查表二，二級公路的安全等級為三級，相應于三級安全等級的變異水平等級為中級，目標可靠度為85。再據查得的目標可靠度和變異水平等級，查表十二，確定可靠度系數=1.13。表十二 可靠度系數變異水平等級目標可靠度（）95908580低1.201.331.091.161.041.08中1.331.501.161.231.081.131.041.07高1.231.331.131.181.071.11注：變異系數在表3 .0 .2所示的變化范圍的下限時，可靠度系數取低值；上限時取高值。按下式：因而，所選普通混凝土面層厚度(O.24m)

15、可以承受設計基準期內荷載應力和溫度應力的綜合疲勞作用。26驗算水泥混凝土路面設計水泥混凝土路面設計 設 計 內 容 : 新建單層水泥混凝土路面設計 公 路 等 級 : 二級公路 變異水平的等級 : 中 級 可 靠 度 系 數 : 1.13 面 層 類 型 : 普通混凝土面層序 路 面 行 駛 單軸單輪 軸載 單軸雙輪 軸載 雙軸雙輪 軸載 三軸雙輪 軸載 交通量號 車 輛 名 稱 組的個數 總重 組的個數 總重 組的個數 總重 組的個數 總重 (kN) (kN) (kN) (kN)1 單后軸客車 1 19.4 1 60.85 0 0 0 0 1600 2 單后軸貨車 1 23.7 1 69.2

16、 0 0 0 0 1400 3 單后軸貨車 1 50.2 1 104.3 0 0 0 0 60 4 單后軸貨車 1 49 1 101.6 0 0 0 0 60 5 其 他 車 1 20 1 20 0 0 0 0 1450 行駛方向分配系數 1 車道分配系數 1 輪跡橫向分布系數 .39 交通量年平均增長率 5 混凝土彎拉強度 5 MPa 混凝土彎拉模量 31000 MPa混凝土面層板長度 4.5 m 地區公路自然區劃 面層最大溫度梯度 88 /m 接縫應力折減系數 .87 基(墊)層類型-新建公路土基上修筑的基(墊)層層位 基（墊）層材料名稱 厚度(mm) 回彈模量(MPa) 1 水泥穩定粒料

17、 190 1600 2 石灰粉煤灰土 160 800 3 土基 30 基層頂面當量回彈模量 ET= 191.3 MPaHB= 240 r= .703 SPS= 1.08 SPR= 2.47 BX= .63 STM= 2.07 KT= .52 STR= 1.08 SCR= 3.55 GSCR= 4.01 RE=-19.8 %設計車道使用初期標準軸載日作用次數 : 200 路面的設計基準期 : 20 年設計基準期內標準軸載累計作用次數 : 941388 路面承受的交通等級 :中等交通等級基層頂面當量回彈模量 : 191.3 MPa混凝土面層設計厚度 : 240 mm 通過對設計層厚度取整, 最后得

18、到路面結構設計結果如下: - 普通混凝土面層 240 mm - 水泥穩定粒料 190 mm - 石灰粉煤灰土 160 mm - 土基三、瀝青路面設計 1初擬路面結構組合根據交通狀況，結構層的最小施工厚度等因素綜合考慮，初擬各結構層厚度如下：中粒式瀝青混凝土 4cm粗粒式瀝青混凝土 6cm二灰穩定砂礫 20cm二灰土 ？ 2交通分析根據表十三可知，二級公路瀝青路面的設計年限為12年。表十三 各級公路的瀝青路面設計年限公路等級設計年限（年）公路等級設計年限（年）高速公路、一級公路15三級公路8二級公路12四級公路6（1）當以設計彎沉值和瀝青層層底拉應力為指標時，各級軸載均應按如下公式換算成標準軸載

19、P的當量作用次數N。準軸載的當量軸次N： =192.5+299.3+91.22+81.54=664.56（次/d）式中：N以設計彎沉值和瀝青層層底拉應力為指標時的標準軸載的當量軸次（次/d）： Ni被換算車型的各級軸載作用次數（次/d）； P標準軸載； Pi被換算車型的各級軸載（KN）； C1被換算車型的軸數系數； C2被換算車型的輪組系數，雙輪組為1.0，單輪組為6.4，四輪組為0.38； K被換算車型的軸載級別。 當軸間距大于3m時，應按單獨的一個軸載計算；當軸間距小于3m時，雙軸或多軸的軸數系數下面公式計算： C1=1+1.2（m-1）式中：m 軸數。列表如下：車型軸重C1C21交通組成

20、當量軸次解放CA-10B前軸19.4016.40.00510.12301600192.5后軸60.85110.1152東風EQ-140前軸23.7016.40.01220.12031400299.3后軸69.20110.2061日野KB222前軸50.2016.40.31931.52036091.22后軸104.30111.2010黃河JN-150前軸49.0016.40.28741.35896081.54后軸101.60111.0715小汽車前軸-16.40.00000.000014500.00后軸-110.0000 合計 664.56計年限內一個車道的累計當量標準軸次Ne，按下式計算： （

21、次/車道）式中：Ne設計年限內一個車道上的累計當量軸次（次/車道）； t 設計年限（年）； 路面竣工后第一年雙向日平均標準軸載的 當量軸次（次/日）； 車道系數，參照規范表3.0.4-1，無分隔帶的雙車道0.60.7； 設計年限內交通量年平均增長率。（2）當以半剛性材料層的拉應力為指標時，各級軸載均應按如下公式換算成標準軸載P的當量作用次數N。標準軸載的當量軸次N：=264.32（次/日）式中：N 準軸載的當量軸次（次/日）；ni設計第一年被換算車型的 各級軸載作用次數（次/日）；Pi被換算車型的各級軸載（KN）；C1軸數系數， 式中m軸數；C2輪組系數，單軸組為18.5，雙輪組為1.0，四輪

22、組為0.09。列表計算如下：車型軸重C1C21交通組成當量軸次解放CA-10B前軸19.40118.50.00000.0188160030.13后軸60.85110.0188東風EQ-140前軸23.70118.50.00020.0528140073.87后軸69.20110.0526日野KB222前軸50.20118.50.07461.47516088.51后軸104.30111.4005黃河JN-150前軸49.00118.50.06151.19696071.81后軸101.60111.1354小汽車前軸-118.50.00000.000014500.00后軸-110.0000合計264.

23、32計年限內一個車道的累計當量標準軸次Ne，按下式計算：（次/車道）式中：Ne設計年限內一個車道上的累計當量軸次（次/車道）； t 設計年限（年）； 路面竣工后第一年雙向日平均標準軸載的 當量軸次（次/日）； 設計年限內交通量的平均增長率（5%）； 車道系數，參照規范表十四，無分隔帶的雙車道0.7表十四 車道系數車道特征車道特征雙向單車道1.0雙向六車道0.30.4雙向兩車道0.60.7雙向八車道0.250.35雙向四車道0.40.5 3路面設計彎沉值路面設計彎沉值是表征路面整體剛度大小的指標，是路面厚度計算的主要依據。路面設計彎沉值應根據公路等級、在設計年限內累計標準當量軸次、面層和基層類型

24、按下式計算確定：cm式中：路面設計彎沉值； Ne 設計年限內一個車道上的累計當量軸次；Ac公路等級系數，高速公路、一級公路為1.0，二級公路為1.1，三、四級公路為1.2；As面層類型系數，瀝青混凝土面層為1.0；熱拌瀝青碎石、乳化瀝青碎石、上拌下慣或貫入式路面為1.1；瀝青表面處治為1.2；中、低級路面為1.3；Ab基層類型系數，對半剛性基層、底基層總厚度大于或等于20cm時為1.0；若面層與半剛性基層結構時可取1.0；柔性基層、底基層為1.6，當柔性基層厚度大于15cm、底基層為半剛性下臥層時可取1.6.。表十五 基層、底基層材料設計參數材料名稱配合比或規格要求抗壓模量E（MPa）彎沉計算

25、用抗壓模量E（MPa）拉應力計算用劈裂強度（MPa）水泥砂粒4611001500300042000.40.6水泥碎石4613001700300042000.40.6二灰砂粒7:13:8011001500300042000.60.8二灰碎石8:17:8013001700300042000.50.8石灰水泥粉煤灰砂粒6:3:16:7512001600270037000.40.55水泥粉煤灰碎石4:16:8013001700240030000.40.55石灰土碎石粒料>607001100160024000.30.4碎石灰土粒料>4050600900120018000.250.35水泥石灰

26、砂粒土4:3:25:688001200150022000.30.4二灰土10:30:60600900200028000.20.3石灰土812400700120018000.20.25石灰土處理路基47200350級配碎石基層連續級配型300350基層骨架密實型300500底基層、墊層200250表十六 瀝青混合材料設計參數材料名稱抗壓模量E（MPa）劈裂強度15（MPa）備注2015細粒式瀝青混凝土密集配12001600180022001.21.6AC-10,AC-13開級配7001000100014000.61.0OGFC瀝青馬蹄脂碎石12001600160020001.41.9SMA中粒式

27、瀝青混凝土10001400160020000.81.2AC-16,AC-20密集配粗粒式瀝青混凝土8001200100014000.60.8AC-25瀝青碎石基層密集配10001400120016000.61.0ATB-25,ATB-35半開級配600800AM-25,AM-40瀝青貫入式400600查表十五，表十六，得到各層材料的抗壓模量和劈裂強度。抗壓模量取20的模量，各值均取規范給定的中值如下表：材料名稱抗壓模量E（MPa）劈裂強度15（MPa）備注20 15 中粒式瀝青混凝土130019001.1AC-16,AC-20密集配粗粒式瀝青混凝土110013000.8AC-25材料名稱配合比

28、或規格要求抗壓模量E（MPa）劈裂強度15（MPa）彎沉計算用拉應力計算用二灰穩定砂礫8:17:80140039000.70二灰土10:30:6080025000.25 土基回彈模量的確定：該地區屬于道路1區，為粘性土，稠度為1.0，山嶺重丘區，查表 二級自然區劃各土組土基回彈模量參考值（MPa），查得土基回彈模量為25Mpa。4各層材料的容許層底拉應力 中粒式瀝青混凝土： 密集配粗粒式瀝青混凝土：二灰穩定砂礫: 二灰土: 設計彎沉值為34.4mm，以二灰土為設計層。相關設計資料匯總如下表：材料名稱h(cm)20抗壓模量E（MPa）容許拉應力（MPa）中粒式密集配瀝青混凝土（AC-16）413

29、000.535密集配粗粒式瀝青混凝土611000.389二灰穩定砂礫2014000.486二灰土？8000.1355. 驗算瀝青路面設計 * *新建路面設計成果文件匯總* *軸載換算及設計彎沉值和容許拉應力計算序號 車 型 名 稱 前軸重(kN) 后軸重(kN) 后軸數 后軸輪組數 后軸距(m) 交通量 1 解放CA10B 19.4 60.85 1 雙輪組 1600 2 東風EQ140 23.7 69.2 1 雙輪組 1400 3 日野KB222 50.2 104.3 1 雙輪組 60 4 黃河JN150 49 101.6 1 雙輪組 60 設計年限 12 車道系數 .6 交通量平均年增長率

30、5 當以設計彎沉值為指標及瀝青層層底拉應力驗算時 :路面竣工后第一年日平均當量軸次 : 665 設計年限內一個車道上累計當量軸次 : 2318091 當進行半剛性基層層底拉應力驗算時 :路面竣工后第一年日平均當量軸次 : 264 設計年限內一個車道上累計當量軸次 : 920265 公路等級 二級公路公路等級系數 1.1 面層類型系數 1 基層類型系數 1 路面設計彎沉值 : 35.2 (0.01mm)層位 結 構 層 材 料 名 稱 劈裂強度(MPa) 容許拉應力(MPa) 1 中粒式瀝青混凝土 1.1 .53 2 粗粒式瀝青混凝土 .8 .35 3 石灰粉煤灰砂礫 .7 .49 4 石灰粉煤灰土 .25 .13 新建路面結構厚度計算 公 路 等 級 : 二級公路 新建路面的層數 : 4 標 準 軸 載 :