路基路面工程课程设计

成都学院

课程名称： 路基路面工程 学 院： 建筑与土木工程学院 专 业： 土 木 工 程 学 号： ************ 年 级： 2013级 学生姓名： *** 指导教师： ***

二O一六年六月

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路基路面课程设计

目录

1 设计任务书 .................................................................... 3 1.1 路基部分 ................................................................... 3 1.1.1 设计资料 ............................................................... 3 1.1.2 设计任务 ............................................................... 3 1.2 路面部分 ................................................................... 3 1.2.1 设计资料 ............................................................... 3 1.2.2 设计任务 ............................................................... 4 2 路基部分设计 .................................................................. 4 2.1 路堤横断面设计 ............................................................. 4 2.2 路堑横断面设计 ............................................................. 6 3 路面部分设计 .................................................................. 7 3.1 沥青路面设计 ............................................................... 7 3.1.1轴载分析 ............................................................... 7 3.1.2 结构组合与材料选取 .................................................... 10 3.1.3 各层材料的抗压模量和劈裂强度 .......................................... 10 3.1.4 设计指标的确定 ........................................................ 11 3.1.5 路面结构层厚度的计算 .................................................. 12 3.1.6 沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层层底拉应力验算 ...................... 13 3.1.7 防冻层厚度检验 ........................................................ 16 3.2 水泥混凝土路面设计 ........................................................ 16 3.2.1 交通量分析 ............................................................ 16 3.2.2 初拟路面结构 .......................................................... 18 3.2.3 确定材料参数 .......................................................... 18 3.2.4 计算荷载疲劳应力 ...................................................... 19 3.2.5 计算温度疲劳应力 ...................................................... 21 3.2.6防冻厚度检验和接缝设计 ................................................ 22 3.2.7角隅钢筋设计 .......................................................... 23 参考文献 .............................................................................................................................................. 24 附录...................................................................................................................................................... 25

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1 设计任务书

1.1 路基部分

1.1.1 设计资料

（1） 路堤横断面设计高程为514m，地面高程为510m，地面横坡为12°（左高）。 （2） 路堑横断面设计高程为825m，地面高程为830m，地面横坡为16°（右高）。 （3） 公路等级为高速，设计速度为80km/h，车道数为6车道，原地面土质为胶结和密实的碎土石。

1.1.2 设计任务

根据上述资料，分别设计路堤和路堑的横断面，包括横断面高度、宽度（行车道、中间带、路肩各部分的宽度）、边坡坡度，原地面如何处理、压实度。在设计说明书中需详细说明设计的过程和确定依据。

1.2 路面部分

1.2.1 设计资料

该路段设计年限20年，交通量年平均增长6.5%，车道系数η=0.5，该路段处于中国公路自然区划V3错误!未找到引用源。区，公路等级为高速，路面宽度为B=24.5m，行车道为6道，此公路设有一个收费站，且处于中湿路段。路基土为粉质中液限土，潮湿路段E0=23.5Mpa，中湿路段E0=31.7Mpa，干燥路段E0=35.5Mpa，沿线有砂石，且有碎石、石灰、粉煤灰供应。

表1-1交通组成及交通量表

车型 跃进NJ230 CA10B 黄河JN150 长征XD250

双向交通量

590

9 385 313

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依土姿TD50 菲亚特650E 太脱拉138

1501 249 49

1.2.2 设计任务

（1） 收费站采用水泥混凝土路面，其他路段采用沥青混凝土路面；

（2） 沥青混凝土路面设计主要内容包括：轴载分析、结构层组合设计、材料参数确定、设计指标计算、路表弯沉和层底拉应力检算。

（3） 水泥混凝土路面设计包括：交通量分析、路面结构组合设计、材料参数确定、荷载疲劳应力计算、温度疲劳应力计算、防冻厚度计接缝设计、角隅钢筋设计。

2 路基部分设计

2.1 路堤横断面设计

（1） 路堤宽度：路堤宽度为行车道路面和两侧路肩宽度之和。由《公路工程技术标准》（JTG B01—2003）的规定设计，查表2-1得到，高速公路，设计速度80km/h的6车道公路，路堤宽度取32m。

表2—1

公路等级 设计速度（km/h） 车道数 路基宽度（m） 一般值 最小值 8 120 6 4 8 高速公路、一级公路 100 6 4 6 80 4 60 4 42.00 34.50 28.00 41.00 33.50 26.00 32.00 24.50 23.00 40.00 — 25.00 38.50 — 23.50 — 21.50 20.00 其中每个车道宽度取3.5m，路肩宽度取3m，并铺筑硬质路肩，中间带宽度5m。

（2） 路堤高度：我国《公路路基设计规范》（JTG—D30—2004）中规定：“新建公路的路基设计高程为路基的边缘高程。已知路堤横断面设计高程为514m，地面高程为510m，地面横

坡为12°（左高）。则路堤的边缘高程为1344m。则路堤横断面形式如图2—1。

（3） 路堤边坡坡度：根据填料种类和边坡高度按表2—3确定。由设计高程和原地面高程可知边坡高度<8m，则取边坡坡度为1:1.5。

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表2—3

边坡坡率 填料类别 上部高度（H≤8m） 细粒土 粗粒土 巨粒土 1:1.5 1:1.5 1:1.3 下部高度（H≤12m） 1:1.75 1:1.75 1:1.5

（4） 路基填料选择粗粒土，就地取材。由于路面横坡较小采用分层平铺的填筑方案，将粗砂铺筑在下层，砂石铺筑在上层，粗砂表面成双向横坡。查《路基路面工程》得知路堤土的压实效果与压实机械和土层厚度等有关。由于填料选择为砂类土则压实机具宜选择振动式压路机，土层厚度每50.cm碾压2~3次。路堤的压实标准由压实度确定，查《公路工程技术标准》（JTG B01—2003）即表2—2得到该路堤的压实度。路基压实度的试验方法采用环刀法。

表2—2

压实度（%） 路床顶面以路基部位 下深度（m） 一级公路 上路床 轻、中及重0.3~0.8 交通荷载等级 下路床 特重、极重0.3~1.2 交通荷载等级 轻、中及重0.8~1.5 交通荷载等级 上路堤 特重、极重1.2~1.9 交通荷载等级 轻、中及重下路堤 交通荷载等级 >1.5 ≥93 ≥92 ≥90 ≥94 ≥94 — ≥94 ≥94 ≥93 ≥96 ≥95 — ≥96 ≥95 ≥94 0~0.3 ≥96 ≥95 高速公路 二级公路 四级公路 ≥94 三级公路 5

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特重、极重>1.9 交通荷载等级

（5） 路基排水系统采用边沟的形式。设置在路堤的坡脚外侧，纵坡与路线纵坡一致，平坡路段采用0.5%的纵坡，截面形式采用梯形截面，材料采用浆砌片石，对于高速公路砂浆采用M7.5。

2.2 路堑横断面设计

（1）路堑宽度: 路堑宽度为行车道路面和两侧路肩宽度之和。由《公路工程技术标准》（JTG B01—2003）的规定设计，查表2-1得到，高速公路，设计速度80km/h的6车道公路，路堑宽度取32m。

表2—1

公路等级 设计速度（km/h） 车道数 路基宽度（m） 一般值 最小值 8 120 6 4 8 高速公路、一级公路 100 6 4 6 80 4 60 4 42.00 34.50 28.00 41.00 33.50 26.00 32.00 24.50 23.00 40.00 — 25.00 38.50 — 23.50 — 21.50 20.00 其中每个车道宽度取3.5m，路肩宽度取3m，并铺筑硬质路肩，中间带宽度5m。

（2）路堑深度：我国《公路路基设计规范》（JTG—D30—2004）中规定：“新建公路的路基设计高程为路基的边缘高程。则已知路堑横断面的设计高程为825m，地面高程为830m，地

面横坡为16°（右高）。则路堑的边缘高程为825m，则横断面形式如下图2—2。

（3）路堑边坡坡度应根据边坡高度和开挖土质等因素确定。由设计高程和原地面高程可知开挖深度（边坡高度）<8m，综合表2-4取路堑的边坡坡度为1:1.5。

表2—4

土的类别 黏土、粉质粘土、塑性指数大于3的粉土 中密以上的中砂、粗砂、砂砾 胶结和密实 卵石土、碎石土、圆砾土、角砾土 中密

(4) 路基排水系统采用边沟的形式。设置在路堑的坡脚外侧，纵坡与路线纵坡一致，平坡路段

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边坡坡率 1：1 1：1.5 1：0.75 1:1 路基路面课程设计

采用0.5%的纵坡，截面形式采用梯形截面，材料采用浆砌片石，对于高速公路砂浆采用M7.5。

3 路面部分设计

3.1 沥青路面设计

3.1.1轴载分析

我国沥青路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载，表示为BZZ-100。标准轴载的计算参数按表3-1确定。

表3-1 标准轴载计算参数

标准轴载名称 标准轴载P（KN） 轮胎接地压强P0.70 （Mpa） ﹙1﹚当以设计弯沉值设计指标及沥青基层层底拉应力验算时，凡前、后轴轴载大于25kN的各级轴载Pi的作用次数ni均换算成标准轴载P的当量作用次数N。

NBZZ-100 100 标准轴载名称 单轮当量圆直径d（mm） 两轮中心距（cm） BZZ-100 21.30 1．5d i1KC1C2ni(pip)4.35

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

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式中：m—轴数。

表3-2 轴载换算结果

车型 前轴 跃进NJ230 后轴 前轴 CA10B 后轴 前轴 黄河JN150 后轴 前轴 长征XD250 后轴 前轴 依土姿TD50 后轴 前轴 菲压特650E 后轴 前轴 太脱拉138 后轴 80.00 ∑N 则其设计年限内一个车道上的累计量轴次

2.2 1 49 58.394 2130 72.00 51.40 1 1 1 6.4 249 49 69.3 19.259 90.00 33.00 1 1 1 1 1501 249 987.931 2.977 72.60 42.20 2.2 1 1 1 313 1501 138.390 35.651 101.60 37.80 1 1 1 6.4 385 313 430.498 29.304 60.85 49.00 1 1 1 6.4 9 385 106.334 121.378 69.20 19.40 1 1 1 6.4 590 9 110.344 3.697 C1 Pi（kN）23.70 1 C2 1 ni（次/日） C1C2ni(pi)4.35 p590 1.002 Ne：

Ne[(1)t1]365N1

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=20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=0.069； — 车道系数，由材料知η=0.5。

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则：

Ne11365N10.069t1136521300.516569691次。

0.06920﹙2﹚验算半刚性基层层底拉应力的累计当量轴次时，凡轴载大于50KN的各级轴载Pi的作用次数ni均按下式换算成标准轴载P的当量作用次数N。

N'''CC'1i1K'2ni(pip)8

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；

表3-3 轴载换算结果

车型 Pi（kN）C1' 1 1 1 1 1 1 1 2.2 1 1 1 1 1 ' C2p'ni（次/日） C1'C2ni(i)8 p590 590 9 9 385 385 313 313 1501 1501 249 249 49 0.006 32.785 0.034 13.686 25.883 440.685 2.768 25.865 1.597 560.376 0.040 43.752 6.399 9

前轴 跃进NJ230 后轴 前轴 CA10B 后轴 前轴 黄河JN150 后轴 前轴 长征XD250 后轴 前轴 依士姿TD50 后轴 前轴 菲压特650E 后轴 太脱拉138 前轴 23.70 69.20 19.40 60.85 49.00 101.60 37.80 72.60 42.20 90.00 33.00 72.00 51.40 1 1 18.5 1 18.5 1 18.5 1 1 1 1 1 18.5

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后轴 80.00 ∑N 2.2 1 49 16.843 1140.09 '则其设计年限内一个车道上的累计量轴次Ne为：

Ne11365N10.069t1136511400.593382次。

0.069203.1.2 结构组合与材料选取

根据《公路沥青路面设计规范》，并考虑公路沿途有砂石、碎石、石灰、粉煤灰供应，路面结构层采用三层式沥青混凝土面层，表层采用细粒式密级配沥青混凝土（40mm），中面层采用中粒式密级配沥青混凝土（60mm），下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土（90mm），基层采用水泥稳定碎石（厚度待定），底层采用二灰土（350mm）。

示意图如图3—1

图3—1

3.1.3 各层材料的抗压模量和劈裂强度

土基回弹模量的确定可根据查表法查得。各结构层材料的抗压模量及劈裂强度已参照规范给出的推荐值确定。见表3-4。

表3-4 结构组合参数

层次 ①

材料名 细粒式沥青混凝土

厚度 (cm)

4

抗压回弹模量

15°C模量

2000

20°C模量 1400

强度劈裂

（Mpa） 1.2

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② ③ ④ ⑤ ⑥

中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青混凝土 水泥稳定碎石 二灰土 土基

6 9 待定 35 —

1800 1200 1500 750 30

1200 1000 1500 750 30

1.0 0.8 0.6 0.25 —

3.1.4 设计指标的确定

﹙1﹚设计弯沉值ld

公路为高速，则公路等级系数Ac取1.0；面层是沥青混凝土，则面层类型的系数As取1.0；路面结构为半刚性基层沥青路面，则路面结构类型系数Ab取1.0。

ld600Ne0.2AcAsAb

式中： ld— 设计弯沉值

Ne— 设计年限内的累计当量年标准轴载作用次数 Ac— 公路等级系数，一级公路为1.0 As— 面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0 Ab— 基层类型系数，半刚性基层为1.0

所以 ld600165696910.21.11.01.024(0.01mm)

﹙2﹚各层材料按容许层底拉应力R，按下列公式计算：

Rsks

式中 ： R— 路面结构材料的极限抗拉强度（Mpa）；

s— 路面结构材料的容许拉应力，即该材料能承受设计年限Ne次加载的疲劳

弯拉应力（Mpa）； ks— 抗拉强度结构系数。

对沥青混凝土面层的抗拉强度结构系数：

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Ks0.09Ne0.22/Ac0.09165696910.22/13.49

对水泥稳定碎石的抗拉强度结构系数： Ks0.35Ne0.11/Ac0.35165696910.11/12.19

对二灰土的抗拉强度结构系数： Ks0.45Ne0.11/Ac0.45165696910.11/12.80

表3-5 结构层容许弯拉应力

材料名称 细粒沥青混凝土 中粒沥青混凝土 粗粒沥青混凝土 水泥稳定碎石 二灰土

s（Mpa）

1.2 1.0 0.8 0.6 0.25

ks

3.61 3.61 3.61 2.21 2.85

R（Mpa）

0.33 0.28 0.22 0.27 0.09

3.1.5 路面结构层厚度的计算

﹙1﹚理论弯沉系数的确定c

C式中： δ— 当量圆半径；

LdE1

10002PF0.38F— 弯沉综合修正系数，F1.63Ld2000E0p0.360.36 。

24因此： F1.63200010.650.38340.70.50

CLdE1=24×1400/(2000×10.65×0.7×0.50)=4.5

10002PF﹙2﹚确定设计层厚度

采用三层体系表面弯沉系数，由诺莫图算设计层厚度。 h/δ=4/10.65=0.376 E2/E1=1200/1400=0.857； 由三层体系弯沉系数诺莫图查得：=6.22。

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h/δ=4/10.65=0.376 E0/E2=34/1200=0.028； 由三层体系弯沉系数诺莫图查得K1=1.46。 又因为K2=

c/(K1）=4.5/（6.22×1.46）=0.49

h/δ=4/10.65=0.376 E0/E2=34/1200=0.028 由上查诺莫图得：H/δ=7.8，H= 10.65×7.8=83。 由Hh2hk2.4k3n1Ek可知： E2h42.415001200352.4750120043.11.1h4，因为H=83cm，可知

H692.410004

4

1200h=36.3cm，故取h=37cm。

如图所示：

______________________ ______________________ h1=4cm E1=2000MPa h=4cm E1=2000Mpa h2=6cm E2=1800MPa h3=9cm E3=1200MPa h4=37cm E4=3600MPa h5=35cm E5=2400MPa E0 =34 MPa E0=34MPa

H=？cm E2=1800MPa

3.1.6 沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层层底拉应力验算

（1）对于细粒式沥青混凝土层层底拉应力验算

h＝h1＝4cm

三层体系如右图：

E1＝2000MPa

h40.38 10.65H＝？

E2＝1800MPa E0＝34MPa

E0E3418000.019 20.9 E21800E1200013

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HKi1hk0.9n1E4EEEh2h30.93h40.94h50.95Ei1E2E2E212003718000.9

690.936003518000.92400139.841800H139.8413.13 10.65查诺谟图得0 故m0，m0 则mR符合要求

h＝? H＝？

E1＝1800MPa

（2）对于中粒式沥青混凝土层层底拉应力验算 三层体系如右图所示：

E2＝1200MPa E0＝34MPa

hK1hk4iE4h1Ei4E12000h244610.11mm E21800h10.110.95 10.65HKi1hk0.9n1E4EEh3h40.94h50.95Ei1Ei1Ei10.9

93736003512000.92400210mm1200H21019.72 10.65E1800E0341.5 0.028 2E11200E21200则诺谟图得0 故m0，m0 则mR符合要求

﹙3﹚对于中粒式沥青混凝土层层底拉应力验算

______________________ ______________________ h1=4cm E1=2000MPa h=21.5cm E1=1200Mpa h2=6cm E2=1800MPa h3=9cm E3=1200MPa

H=.3cm E2=3600MPa

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h4=37cm E4=3600MPa h5=35cm E5=2400MPa E0 =34 MPa E0=34MPa hhkk1iEk20001800120046921.5cm； Ei120012001200Hhki1n1hk0.9Ek36002400320.9350.9.3cm Ei136003600E360021.53。 2.02，2E1120010.65查三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图，知0，故m﹙4﹚水泥稳定碎石层层底拉应力验算

R0.22MPa满足要求。

______________________ ______________________ h1=4cm E1=2000MPa h=51.4cm E1=3600Mpa h2=6cm E2=1800MPa h3=9cm E3=1200MPa H=35cm E2=2400MPa h4=37cm E4=3600MPa h5=35cm E5=2400MPa E0 =34 MPa E0=34MPa h=hkk1iEk=51.4cm ，HEiKi1n1hk0.9EK =35cm Ei1由H/=35/10.65=3.3, E0/E2=34/2400=0.014,查表得=0.05Mpa H/=3.3, E2/E1=2400/3600=0.67,查表得n1=2.1 H/=3.3, h/=51. 4/10.65=4.9,查表得 n2=0.5

由公式m=Pn1n2得m=0.7×0.05×2.1×0.5=0.037Mpa<R=0.27Mpa满足要求。 ﹙5﹚二灰土土层层底拉应力验算

______________________ _______________________ h1=4cm E1=2000MPa h=51.4cm E1=3600Mpa 15

路基路面课程设计

h2=6cm E2=1800MPa h3=9cm E3=1200MPa H=35cm E2=2400MPa h4=37cm E4=3600MPa h5=35cm E5=2400MPa E0 =34 MPa E0=34MPa hh14HEE1Eh242h343h4=56.4cm E4E4E4由

HE34353.29，00.014，可知0.1； 10.65E22400E2400350.67，可知n11.14； 3.29，2E1360010.65E240035h51.40.67，3.29，24.84，可知n20.45。

E1360010.6510.65由

H由

由公式m=0.7×0.1×1.14×0.45=0.036Mpa<R=0.09Mpa，故满足要求。

3.1.7 防冻层厚度检验

根据规范知：在季节性冰冻地区的中湿、潮湿路段，路面设计应进行防冻厚度的检验，如小于规范定的最小防冻厚度时，应增设或加垫层使路面总厚度达到要求。路面结构层总厚度h=4+6+9+35+37=91cm，大于最大冰冻深度80cm，所以不考虑冻层深度。

3.2 水泥混凝土路面设计

3.2.1 交通量分析

由于路面有一个收费站，各种油类对沥青会有不同程度的污染且宜有车辙，其要求采用水泥混凝土路面。所以，进行普通水泥混凝土路面设计。 ﹙1﹚标准轴载与轴载换算

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：

16

路基路面课程设计

Nsi1Ni(nPi100)16

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；

表3-6 轴载换算结果

车型 Pi（kN） Ni（次/日） Ni(Pi100)16 跃进NJ230 前轴 23.70 590 — 后轴 69.20 590 1.78 CA10B 前轴 19.40 9 — 后轴 60.85 9 0.32 黄河JN150 前轴 49.00 385 - 后轴 101.60 385 495.72 长征XD250 前轴 37.80 313 — 后轴 72.60 313 2.14 依士姿TD50 前轴 42.20 1501 - 后轴 90.00 1501 42.982 菲压特650E 前轴 33.00 249 — 后轴 72.00 249 1.47 太脱拉138 前轴 51.40 49 - 后轴 80.00 49 2.00 ∑N 538 则设计年限内设计车道的标准轴载累计作用次数:

NN[(1gtsr)1]365eg

r式中：Ne— 标准轴载累计当量作用次数； —设计基准年限；

gr—交通量年平均增长率，由材料知，γ=0.069； η— 临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，如下表3-7。

表3-7 混凝土路面临界荷位车辆轮迹横向分布系数

t 17

路基路面课程设计

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.～0.62 NetNs[(1)1]365 =538[(10.069)21]3650.2=1572962次。 0.0693.2.2 初拟路面结构

因为交通量100×104＜251×104＜2000×104次，故可知交通属于重交通。由以上可知相应于安全等级为三级、变异水平等级为中级，根据一级公路、重交通等级和中级变异水平等级。查规范知：初拟普通混凝土面层厚为250mm；基层选用水泥稳定粒料，厚为200mm；垫层为150mm的低剂量无机结合稳定土。普通混凝土板的平面尺寸为宽3.75m；长为4.5m。示意图如图3—2。

图3—2

3.2.3 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29Mpa；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1500Mpa。

基层顶面当量的回弹模量值计算如下：

EtE0(Ex) E00.860.26lnhx

18

路基路面课程设计

ExhiEii21nhii1n

2hxhi ni1式中：E0—路基顶面的综合回弹模量（MPa）；

—与地基内除路基以外各层的总厚度hx有关的回归系数；

Et—地基顶面当量回弹模量（MPa）； hx—地基内除路基以外各层的总厚度（m）；

n—弹性地基分层数（不包括路基半空间体）；

Ei、hi—第i结构层的回弹模量（MPa）和厚度（m）。

则以上公式计算得到：

nhxhi152035mm0.35m

i1nh2iEiEi115000.226000.152xnh20.220.1521176MPa ii10.860.26lnhx0.860.26ln0.350.59

ExE)29(1176tE0(E)0.59258MPa 029计算荷载疲劳应力

根据一级公路、重交通，由《路基路面工程》查得初拟普通混凝土面层厚度为0.25m。由下列公式求得：

prkfkrkcps

3.2.4 19

路基路面课程设计

ps1.4710-30.7hcPskfNe

20.94

1.213DcEt

DcEchc312(1c2)

式中：pr—设计轴载在面层板临界荷位处产生的荷载疲劳应力（MPa）；

； ps—设计轴载在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力（MPa）

kr—考虑接缝传荷能力的应力折减系数，混凝土路肩时，kr=0.87~0.92（路肩面层

与路面面层等厚时取低值，减薄时取高值），柔性路肩或土路肩时，kr=1。

kf—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；

kc—考虑计算理论与实际差异以及动载等因素影响的综合系数，按公路等级确定，

一级公路取1.1；

Ps—设计轴载的单轴重（kN）

hc、Ec、c—混凝土路面板的厚度（m）、弯拉弹性模量（MPa）和泊松比；

γ— 混凝土板的相对刚度半径（m）；

Dc—混凝土面层板的截面弯曲刚度（MN·m）；

—材料疲劳指数，普通混凝土取0.057；

Et—地基顶面当量回弹模量（MPa）。

则由以上公式计算荷载疲劳应力：

Dc310000.25341.29MN·m 2212(1c)12（1-0.15）Echc31.213DcEt1.21341.290.66m 2581.4710-30.660.70.2521000.941.3320

ps1.4710-30.7hcPs20.94

路基路面课程设计

kfNe1287860.0572.0

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1.20,则荷载疲劳应力为：

prkfkrkcps2.00.871.201.332.8MPa

3.2.5 计算温度疲劳应力

由《路基路面工程》知，错误!未找到引用源。区最大温度梯度取88﹙℃/m﹚。 最大温度梯度时混凝土面层板最大温度应力tm按下式计算：

tm其中BL1.77ecEchcTg2BL

4.48hcCL0.131(1CL)

CL1sinhtcostcoshtsint

costsintsinhtcoshttL/3r

式中：BL—综合温度翘曲应力和内应力的温度应力系数；

αc— 混凝土的温度线膨胀系数 ； Tg — 最大温度梯度，Tg=88°c/m；

CL—混凝土面层板的温度翘曲应力系数；

L—面层板的横缝间距，即板长4.5m； r—面层板的相对刚度半径。

则计算得到：t=4.5/0.66=6.82 CL=0.997 BL=0.58 则tmcEchcTgBL21.010-5310000.25880.581.97MPa

2 温度疲劳系数ktfr[a(tm)bc]，式中a，b和c为回归系数，按所在地区公路自然

tmfr区划查下表 3-8。

表3-8回归系数a，b和c

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路基路面课程设计

系数 a b c 公路自然区 Ⅱ 0.828 1.323 0.041 Ⅲ 0.855 1.355 0.041 Ⅳ 0.841 1.323 0.058 Ⅴ 0.871 1.287 0.071 Ⅵ 0.837 1.382 0.038 Ⅶ 0.834 1.270 0.052 ktfrtm1.28751.98[a()bc]0.8710.0710.48

fr1.985tm则温度疲劳应力：trkttm0.481.970.95MPa 设计极限状态验证：

综合，高速公路的安全等级为三级，相应于三级的安全等级的变异水平等级为中级，目标可靠度为85﹪。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1.13。

r(prtr)1.13(3.20.95)4.69MPafr5.0MPa，故满足要求。

3.2.6防冻厚度检验和接缝设计

﹙1﹚防冻厚度检验

由《公路水泥混凝土路面设计规范》知，路面防冻厚度为0.5m，而设计路面总厚度为0.60m，由于0.5<0.60，故满足设计要求。

﹙2﹚接缝设计

为避免由温度产生的应力破坏，所以，在混凝土板中设置横缝与纵缝，这段路为重交通，纵缝中设拉杆，拉杆长0.8m，直径16mm，每隔60cm设置一个，横缝中设传力杆，传力杆长0.6m，直径35mm，每隔30cm设置一个。

① 横向胀缝

缝隙宽20mm，缝隙上部5cm深度内浇填缝料，下部设置填缝板，传力杆的半段固定在混凝土内，另一半涂以沥青并裹覆乙烯膜，套上长约10cm的塑料套筒，筒底与杆端之间留有3cm空隙填以纱头，传力杆需要设置钢筋支架。

② 横向缩缝

缩缝采用设传力杆的假缝形式，缝隙宽5mm，深度为8cm，假缝内需浇灌填缝料，传力杆也需要半段涂沥青进行防腐处理。

③ 施工缝

施工缝采用平头缝或企口缝的构造形式，缝上深5cm，宽为5mm的沟槽，内浇填缝料。

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路基路面课程设计

④ 横缝的布置

缩缝间距一般为5m，混凝土路面设置胀缝。 ⑤ 纵缝的设置

在平行于混凝土路面行车方向设置纵缝，缝间距3.75cm，设置为假缝带拉杆形式，并对拉杆中部100mm范围内进行防锈处理。缝的上部留有5cm的缝隙，内浇注填缝料，纵缝与横缝一般做成垂直正交，使混凝土具有90°的角隅。纵缝两旁的横缝成一条直线。

3.2.7角隅钢筋设计

（1）边缘钢筋

采用15mm的螺纹钢筋，设在板的下部距板底10cm处，距板边缘5cm处，钢筋两端弯起。形式如图3—3

图3-3

（2）角隅钢筋

设置在胀缝两侧板的角隅处，采用两根直径12mm，长2.4m的螺纹钢筋。设置在板的上部，举板顶5cm，距胀缝和板边缘各为10cm。形式如图3—4。

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路基路面课程设计

图3—4

参考文献

【1】路基路面工程(第四版).人民交通出版社，2015.

【2】中华人民共和国行业标准. JTG D50-2006 公路沥青路面设计规范.北京：人民交通出版社,2006.

【3】中华人民共和国行业标准. JTG D40-2011 公路水泥混凝土路面设计规范.北京：人民交通出版社,2011.

【4】中华人民共和国行业标准.JTGB01—2003 公路工程技术标准.北京：人民交通出版社，2004. 【5】中华人民共和国行业标准.JTG F10—2006 公路路基施工技术规范.北京：人民交通出版社，2006.

【6】中华人民共和国行业标准.JTG D30—2004 公路路基设计规范.北京：人民交通出版社，2004.

【7】中华人民共和国行业标准.JTJ 002—87 公路工程名词术语.北京：人民交通出版社，1987. 【8】中华人民共和国行业标准.JTJ 003—86 公路自然区划标准.北京：人民交通出版社，1986. 【9】沙爱民.半刚性路面材料结构与性能.北京：人民交通出版社，1998. 【10】王秉纲.水泥混凝土路面设计与施工.北京：人民交通出版社，2004. 【11】张登良.沥青路面.北京：人民交通出版社，1998.

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路基路面课程设计

附录

附1 路堤横断面图 附2 路堑横断面图

附3 水泥混凝土路面结构示意图 附4 水泥混凝土路面角隅钢筋布置图 附5 沥青路面结构示意图

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