1、各类公路路基路面的设计书各类公路路基路面的设计方案一、设计原始资料 公路自然区划II1区拟建一条双车道二级公路，该地区为粘性土，粘稠度1.0，山岭重丘区。沿线的工程地质及水文地质良好。山体附近有许多采石厂，矿石材料丰富，其他材料均需外购。依附录1：表1.1.1-1.1.3，拟定设计时速为40km/h，路基宽度为8.5m。车道宽度为3.5米，土路肩0.75m，无硬路肩。路面宽度范围内交通调查得到交通组成见表一，在使用期内交通量的年平均增长率为4%。表一预测该路竣工后第一年的交通组成车型解放CA-10B东风EQ-140日野KB222黄河JN-150小汽车辆/日1500140075651400二、路
2、基横断面设计 根据公路工程技术标准和公路路基设计规范规定，设计路基横断面形式如下： (1) 行车道宽度：23.5m (2) 硬路肩宽度：20.75m (3) 路基总宽度：8.5m (4)路基填筑高度拟为3m，边坡率为1.5，边沟底宽和深度均为0.4m三、混凝土路面设计 3.1交通分析 3.1.1混凝土路面设计基准期由附录2：表2.1.1可靠度计算指标，三级公路混凝土路面设计基准期为20年； 3.1.2标准轴载及轴载当量换算 水泥混领土路面结构设计以100KN单轴-双轮组荷载为标准荷载。不同轴-轮型和轴载的作用次数，应按 式中：100KN的单轴一双轮组轴载的通行次数各类轴一轮型i级轴载的总重n轴
3、型和轴载级位数各类轴轮型i级轴载通行次数；轴-轮型系数；单轴双轮组：=1单轴单轮组：=2.22103P -0.43 双轴双轮组：=1.0710-5P -0.22 三轴双轮组：=2.4410-8P -0.22由已知交通组成资料计算的各轴载当量次数如下表车型轴重（KN）轴轮型系数交通组成（辆/日）当量轴次解放CA-10B前轴19.40620.2914500.00后轴60.85114500.51东风EQ-140前轴23.70569.1315000.00后轴69.2115004.15日野KB222前轴50.20412.15350.23后轴104. 313568.65黄河JN-150前轴49.00416
4、.46300.14后轴101.6013038.67合计112.35注：小汽车和轴载小于40KN的特轻轴重对结构影响忽略不计，不纳入当量换算。3.1.3标准轴载及轴载当量作用次数Ne 由附录2表2.1.1可靠的设计标准得：该三级公路设计基准期20年，安全等级为四级。由表2.1.2，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取0.62。交通量年平均增长率为4%。 所以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： (次)式中： Ns100KN的单轴双轮组标准轴载的通行次数； t设计基准期（年）； gr交通量年平均值； 临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数。3.1.4混凝土路面交通等级划分该设
5、计车道标准轴载累计Ne=75.7102104（次），依据附录2：表2.1.3得路面交通等级为中等。3.2 初拟路面结构3.2.1路面厚度及材料设计 由表2.1.1可靠度设计标准可知，安全等级为四级的道路对应的变异水平等级为中高级。根据三级公路中交通等级和中级变异水平等级，查表2.2.1得水泥混凝土面层厚度参数范围200mm230mm，初拟面层厚度为220mm。根据中等交通等级查表2.2.2和表2.2.3，基层选用水泥稳定粒料（水泥用量5%），厚度220mm。垫层为150mm低剂量无机结合料稳定土，见图一。普通混凝土的平面尺寸为宽3.5m，长4.0m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传立杆的假缝。3.
6、2.1接缝设计1、纵向接缝的布设应视路面宽度和施工铺筑宽度而定; （1）一次铺筑宽度小于路面宽度时，应设置纵向施工缝。纵向施工缝采用平缝形式，上部应锯切槽口，深度为3040mm，宽度为38mm，槽内灌塞填缝料，构造如图二所示；因混凝土板块小于4.5m，故可不必考虑设置纵向缩缝。（2）纵缝应与路线中线平行。在路面等宽的路段内或路面宽度路段的等宽部分，纵缝的间距和形式应保持一致。路面变宽段的加宽部分与等宽部分之间，以纵向施工缝隔开。加宽板在变宽段起终点处的宽度不应小于1m。（3）拉杆应采用螺纹钢筋，设在板厚中央，并应对拉杆中部100mm范围内进行防锈处理。拉杆的直径、长度和间距，可参照附表2：表2
7、.2.4取用14700600。施工布设时，拉杆间距应按横向接缝的实际位置予以调整，最外侧的拉杆距横向接缝的距离不得小于100mm。（4）连续配筋混凝土面层的纵缝拉杆可以由板内横向钢筋延伸穿过接缝代替。2、横向接缝设计 （1）每日施工结束或因临时原因中断施工时，必须设置横向施工缝，其位置应尽可能选在缩缝或胀缝处。设在缩缝处的施工缝，应采用加传立杆的平缝形式，其结构如图三a）所示；设在胀缝处的施工缝，其构造与胀缝相同。遇有困难需设在缩缝之间时，施工缝采用设拉杆的企口缝形式，其构造如图三b）所示。（2）横向缩缝可等间距或变间距布置，采用假缝形式。本公路属非特重和重交通公路，故可采用不设传立杆假缝形式
8、，其构造如图四所示。（3）横向缩缝顶部应锯切槽口，深度范围为44-55mm，取50mm，宽度为3-8mm，槽内填塞填缝料。（4）在邻近桥梁或其他固定构造物处或与其他道路相交处应设置横向胀缝。设置的胀缝条数，视膨胀量大小而定。低温浇筑混凝土面层或选用膨胀性高的集料时，宜酌情确定是否设置胀缝。胀缝宽20mm，缝内设置填缝板和可滑动的传立杆。胀缝的构造如图五所示。（5）传立杆应采用光面钢筋。其尺寸和间距可按附录2：表2.2.5选用28400300。最外层传立杆距纵向接缝和自由边的距离为150-250mm。3.3 路面材料参数确定3.3.1混凝土面层参数 按附录2：表2.3.1和表2.3.2，取普通混
9、凝土面层的弯拉强度标准值为fr 为5.0MPa，相应弯拉弹性模量标准值Ec为31MPa。3.3.2土基参数按表2.3.3中湿路基床顶面回弹模量经验参考值，自然区划II1区粘性土路基回弹模量E0取25MPa3.3.3 基层、垫层参数按表2.3.4垫层和基层材料回弹模量经验参考值范围，水泥稳定粒料基层回弹模量E1取1300MPa，低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量E2取600MPa3.3.4基顶当量回弹模量确定（1）基层和垫层的当量的回弹模量：（2）基层和垫层的当量弯曲刚度：（3）基层和垫层的当量厚度：（4）回归系数啊a、b： 所以基层顶面的当量回弹模量：式中：E0路床顶面的回弹模量（MPa）；E
10、1、E2分别是基层和垫层的回弹模量（MPa）；h1、h2分别是基层和垫层的厚度（m）；3.4 荷载疲劳应力3.4.1荷载应力ps计算（1）普通混凝土板的相对刚度半径： 式中：h混凝土板的厚度（m）EC水泥混凝土的弯拉弹性模量（MPa）；Et基层顶面的当量回弹模量（MPa）。（2）标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力： 式中： r普通混凝土面层的相对刚度半径； h混凝土板的厚度（m）。3.4.2荷载疲劳应力pr因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数Kr=0.89。普通混凝土路面设计基准期内荷载应力累计疲劳应力系数 式中：与混合料性质有关的指数，普通混凝土取0.057。根据公路等级三级，查附
11、录2：2.4.1综合系数表，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数为Kc=1.1。 所以荷载疲劳应力3.5温度疲劳应力3.5.1温度翘曲应力tm计算 由附表2：2.5.1最大温度梯度标准值得，II区最大温度梯度取88C/m。板长4m，1/r=4/0.700=5.714，混凝土板厚h=0.22m，查图六得Bx=0.625 图六：温度应力系数Bx所以最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力式中： 混凝土的线性膨胀系数（1/C），通常可取为110-5/C水泥混凝土的弯拉弹性模量（MPa）；混凝土板面层厚度（m） 最大温度梯度（C /m）综合温度翘曲应力和内应力作用的温度应力系数。3.7电算水泥
12、混凝土路面设计3.7.1水泥混凝土路面基本参数输入 3.7.2水泥混凝土路面验算3.7.3水泥混凝土路面结果输出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 : 三级公路 变异水平的等级 : 中 级 可 靠 度 系 数 : 1.07 面 层 类 型 : 普通混凝土面层序号路 面 行 驶车 辆 名 称单轴单轮组的个数轴载总重(kN)单轴双轮组的个数轴载总重(kN)双轴双轮组的个数轴载总重(kN)三轴双轮组的个数轴载总重(kN)交通量1解放CB-10B119.4160.85000014502东风EQ-140123.7169.2000015003日野KB2221
13、50.21104.30000354黄河JN-1501491101.6000030行驶方向分配系数 1 车道分配系数 1 轮迹横向分布系数 0.62 交通量年平均增长率 4混凝土弯拉强度 5.0 MPa 混凝土弯拉模量 31000 MPa混凝土面层板长度 4 m 地区公路自然区划 面层最大温度梯度 88 /m 接缝应力折减系数 0 .89 基(垫)层类型-新建公路土基上修筑的基(垫)层层位 基（垫）层材料名称 厚度(mm) 回弹模量(MPa) 1 水泥稳定粒料 180 1300 2 石灰粉煤灰土 150 600 3 土基 25 基层顶面当量回弹模量 ET= 148.420MPaHB= 220 r
14、=0 .700 SPS= 1.28 SPR= 2.71 BX=0 .63 STM= 1.71 KT= 0.76 STR= 1.30 SCR= 3.71 GSCR= 3.98 RE=-11.78 %设计车道使用初期标准轴载日作用次数 : 115 路面的设计基准期 : 20 年设计基准期内标准轴载累计作用次数 : 757102路面承受的交通等级 :中等交通等级基层顶面当量回弹模量 : 148.4MPa混凝土面层设计厚度 : 220 mm验算路面防冻厚度 : 路面最小防冻厚度 500 mm新建基(垫)层总厚度 330 mm验算结果表明, 路面总厚度满足路面防冻要求 .通过对设计层厚度取整, 最后得到
15、路面结构设计结果如下: - 普通混凝土面层 220 mm - 水泥稳定砂砾 180 mm - 石灰粉煤灰土 150 mm - 土基四、沥青路面设计 4.1 交通分析4.1.1路面设计年限根据交通等级、公路在路网中的功能定位、当地国民经济发展需求以及以后投资条件等因数综合考虑，依照规范要求查附录3：表3.1.1各级公路沥青路面设计年限，三级公路设计年限为8年。4.1.2累计标准轴载当量轴次计算我国路面设计以双轮组单轴100KN为标准轴载。以BZZ-100表示。（1）采用弯沉值和沥青层的层底弯拉应力为设计指标 1）各级轴载按下式换算成标准轴载P的当量轴次N 式中：N标准轴载当量轴次（次/日）；ni
16、各种被换算车辆的作用次数（次/日）；Pi各种被换算车型的轴载（KN）；C1轴数系数；C2轮组系数，双轮组为1，单轮组为6.4，四轮组为0.38。当轴间距大于3m时，轴数系数等于轴数m；当轴间距小于3m时，双轴或多轴的轴数系数C1=1+1.2（m-1）。由已知交通组成资料计算各轴载当量换算次数如下表：车型轴载Pi（KN）轴数轮组数轮组数C1轮组系数C2交通量ni当量轴(次/日)解放CB-10B前轴19.401单16.414500.00后轴60.851双111450167.07东风EQ-140前轴23.701单16.415000.00后轴69.21双111500302.38日野KB222前轴50.
17、201单16.43511.18后轴104.31双113542.03黄河JN-150前轴49.001单16.4308.62后轴101.601双113032.14合计N563.42注：小汽车和轴载小于40KN的特轻轴重对结构影响忽略不计，不纳入当量换算。2）设计年限内累计当量标准轴载数已知设计年限t为8年，设计年限内交通辆平均增长率r为4%，查表3.1.2车道系数表，对双向车道取车道系数=0.65。所以设计年限内一个车道通过的累计当量标准轴次（次）（2）采用半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标1）各级轴载按下式换算成标准轴载P的当量次数N式中： ni各种被换算车辆的作用次数（次/日）； Pi各种
18、被换算车型的轴载（KN）; C1轴数系数； C2轮组系数，双轮组为1，单轮组为18.5，四轮组为0.09。当轴间距大于3m时，轴数系数等于轴数m；当轴间距小于3m时，双轴和多轴的轴数系数C1=1+2（m1）。由已知交通组成资料计算的各轴载当量换算成次数如下表：车型轴载Pi（KN）轴数轮组数轮组数C1轮组系数C2交通量ni当量轴(次/日)解放CB-10B前轴19.401单118.514500.00后轴60.851双11145027.26东风EQ-140前轴23.701单118.515000.00后轴69.21双11150078.88日野KB222前轴50.201单118.5352.61后轴104
19、.31双113549.02黄河JN-150前轴49.001单118.5301.84后轴101.601双113034.06合计N193.67注：小汽车和轴载小于40KN的特轻轴重对结构影响忽略不计，不纳入当量换算。2）设计年限内累计当量标准轴载数已知设计年限t为8年，设计年限内交通辆平均增长率r为4%，查表3.1.2车道系数表，对双向车道取车道系数=0.65。所以设计年限内一个车道通过的累计当量标准轴次（次）4.1.3交通等级两种设计指标计算出的累计标准轴次最大值Ne=1.23106（次），查表3.1.3沥青路面交通等级得本沥青路面交通等级为轻交通。4.2 初拟路面结构 根据结构层最小施工厚度、
20、材料、水文、交通量以及施工机具的功能等因数，查表3.2.1、3.2.2，初步确定路面结构与各层厚度如下：2cm沥青表面处治，石灰稳定碎石基层+20cm级配砂砾垫层，以石灰稳定碎石为设计层。4.3路面设计弯沉值根据公路沥青路面设计规范8.0.3规定，高速公路、一级公路、二级公路的路面结构，以路表面回弹弯沉值、沥青混凝土层的层底弯拉应力及半刚性材料层的层底弯拉应力为设计指标。三级公路、四级公路的路面结构以路表面设计弯沉值为设计指标。有条件，对重载交通路面宜检验沥青混合料的的抗剪切强度。 本工程属轻交通辆的三级公路，故只需以路表面设计弯沉值为设计指标。 路面设计弯沉值是表特征路面整体刚度大小的指标，
21、是路面厚度计算的主要依据，是路面厚度的主要依据。路面设计弯沉值应依据公路等级、在设计年限内累计标准轴次、面层和基层类型综合确定。 路面设计弯沉值： Id=600Ne-0.2ACASAB=600(1.23106)-0.21.21.11.0=47.95(0.01mm)式中：AC公路等级系数，高速公路、一级公路1.0，二级公路为1.1，三、四级公路为1.2；AS面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0，热拌沥青碎石、冷拌沥青碎石、上拌下贯或贯入式路面、沥青表面处治为1.1；AB路面结构类型系数，刚性基础、半刚性基层、沥青路面为1.0，柔性基层沥青路面为1.6，若基层由半刚性材料层与柔性材料层组合而成，则
22、AB介于两者之间通过线性内插决定。4.4路面结构厚度设计参数路面结构厚度的确定应满足结构整体刚度（即承载力）与沥青层或半刚性基层、底基层抗疲劳开裂的要求。 对轻交通量三级公路，要求轮隙中心处路表计算弯沉值Is应小于或等于设计弯沉值Id，即IsId。路表计算弯沉值Is计算:路标计算弯沉值Is计算：式中：、标准车型的轮胎接地压强（MPa）和当量圆半径（cm）； 理论弯沉系数； 获土基抗压回弹模量值（MPa）； 各层材料抗压回弹模量（MPa）； 各结构层厚度（cm）。 沥青表面处治层抗压模量参考沥青贯入式，查表3.2.2沥青混合料设计参数，取沥青表面处治20C抗压模量为400MPa。 石灰稳定碎石基
23、层取石灰碎石土，查表3.2.3基层、底基层材料设计参数，取石灰碎石抗压模量为1000MPa。 级配砂砾垫层抗压模量查表3.2.3，取200MPa。 图集抗压模量查公路沥青路面设计规范表F.0.3二级自然区划各土组土基回弹模量参考值，由公路自然区划II1区、粘性土、稠度1.0得土基抗压模量为25MPa4.5电算沥青路面设计4.5.1沥青路面设计参数4.5.2沥青路面验算4.5.3沥青路面验算轴载换算及设计弯沉值计算 序号车 型前轴重(kN)后轴重(kN)后轴数后轴轮组数后轴距(m)交通量1解放CA10B19.460.851双轮组14002东风EQ14023.769.21双轮组14003日野KB2
24、2250.2104.31双轮组404黄河JN15049101.61双轮组40 设计年限 8 车道系数 .65 交通量平均年增长率 5 路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 580 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 1314005 公路等级 三级公路公路等级系数 1.2 面层类型系数 1.1 基层类型系数 1 路面设计弯沉值 : 47.3 (0.01mm) 新建路面结构厚度计算 公 路 等 级 : 三级公路 新建路面的层数 : 3 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 47.3 (0.01mm) 路面设计层层位 : 2 设计层最小厚度 : 15 (cm) 层位 结 构 层 材
25、 料 名 称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) 1 沥青表面处治 2 400 2 石灰碎石土 ? 1000 3 级配砂砾 20 200 4 土基 25 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 47.3 (0.01mm) H( 2 )= 35 cm LS= 47.5 (0.01mm) H( 2 )= 40 cm LS= 41.2 (0.01mm) 路面设计层厚度 : H( 2 )= 35.2 cm(仅考虑弯沉) 验算路面防冻厚度 : 路面最小防冻厚度 50 cm 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, 最后得到路面结构设计结果如下: - 沥青表面处治 2 cm - 石
26、灰碎石土 36 cm - 级配砂砾 20 cm - 土基 竣工验收弯沉值计算 公 路 等 级 : 三级公路 新建路面的层数 : 3 标 准 轴 载 : BZZ-100 层位 结 构 层 材 料 名 称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) 1 沥青表面处治 2 400 2 石灰碎石土 36 1000 3 级配砂砾 20 200 4 土基 25 计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 : 第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 46.1 (0.01mm) 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 47.5 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 270.5 (0.01mm) 土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 454.6 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第88页公式) LS= 372.6 (0.01mm)(根据“测试规程”第56页公式)
