实例水泥混凝土路面设计计算

本设计为二级公路，位于四川地区，公路自然区划为Ⅴ区,路基土为粘性土，设计路段碎石、砂砾、石灰、水泥供应丰富，拟采用普通水泥混凝土路面结构。

交通组成表

车型 解放CA10B 黄河JN150 日野KB222 斯柯达706R 依士兹TD50 吉尔130 交通SH361 小汽车 前轴重 19.40 49 50.20 50 42.2 25.75 60 后轴重 60.85 101.60 104.30 90 80 59.50 2*110 后轴数 1 1 1 1 1 1 2 后轴轮组数 双 双 双 双 双 双 双 后轴距（m） — — — — — — 130 交通量 69.34 75.12 86.67 69.34 57.78 109.78 92.45 866.72 路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载,以BZZ－100表示。 ① 轴载换算：

式中 ：Ns——100KN的单轴—双轮组标准轴载的作用次数；

Pi—单轴—单轮、单轴—双轮组、双轴—双轮组或三轴—双轮组轴型i级轴载

的总重KN；

Ni—各类轴型i级轴载的作用次数； n—轴型和轴载级位数；

i—轴—轮型系数，单轴—双轮组时，i1；单轴—单轮时，按式

i2.22103Pi0.43计算；双轴—双轮组时，按式i1.07105Pi0.22；三

轴—双轮组时，按式i2.24108Pi轴载换算结果如表7-2所示。

表7-2 轴载换算结果

车型 0.22计算。

前解放CA10B 轴 后轴 前黄河JN150 轴 后轴 前日野KB222 轴 后轴 前斯柯达706R 轴 后轴 前依士兹TD50 轴 后轴 前吉尔130 轴 后轴 前交通SH361 轴 后轴 19.40 60.85 35.00 70.15 50.2 104.3 50 90 42.20 1 1 1 1 69.34 69.34 75.12 75.12 86.67 86.67 69.34 69.34 57.78 57.78 109.78 1 109.78 92.45 1.07×10-5×Pi-0.22 92.45 0 0.023 0.35 96.83 0.58 169.98 0.439 12.85 0.023 25.75 59.50 60 2*110 0 0.023 9.95 90.76 381.808 ② 计算累计当量轴次

查《路线设计规范》得三级公路的设计基准期为20年，安全等级为三级，临界荷位处的车辆轮迹轮迹横向分布系数是0.54~0.62取0.54，gr0.075，则：

查《水泥混凝土路面设计规范》水泥混凝土路面所承受的轴载作用，按设计基准期内设计车道所承受的标准轴载累计作用次数分为4级，标准轴载累计作用次数大于1×106 时，属于重交通等级，故本设计属于重交通等级。 2.基层、垫层材料参数确定

（1） 基层

基层、应具有足够的强度和稳定性，在冰冻地区应具有一定的抗冻性。拟选用石灰粉煤灰稳定粒料为基层。配比为石灰：粉煤灰：稳定粒料=1：3：12，查《水泥混凝土路面设

计规范》得回弹模量E11300MPa。

（2） 垫层

垫层的作用有抗冻、排水、防止污染等，本设计处在山东地区，属于季节性冰冻地区，易发生冻胀、翻浆等现象，为了排出路面路基中滞留的自由水，确保路面结构稳定，避免冻害发生，在底基层下设置垫层。垫层采用石灰稳定土，其中石灰含量10%，查《水泥混凝土路面设计规范》得回弹模量E2600MPa。 3.路面的结构厚度

（1） 初拟路面结构

查《水泥混凝土路面设计规范》可知三级公路的可靠度设计标准如表7-3。

表7-3 可靠度设计标准

安全等级 三级 设计基准期（a） 20 目标可靠度（％） 85 目标可靠指标 1.04 变异水平等级 中 表7-4水泥混凝土面层厚度的参考范围

交通等级 公路等级 变异水平等级 面层厚度（mm） 二级 高 240～210 中 中等 三、四级 高 230～200 三、四级 中 220～200 高 ≤230 轻 三、四级 中 ≤220 由表7-3，相应于安全等级四级的变异水平为中~高。根据三级公路、轻交通等级和中级变异水平等级，查表7-4 初拟普通混凝土面层厚度为22cm，基层厚18cm，垫层厚15cm。普通混凝土板的平面尺寸为宽4.25m，长4m。

查《水泥混凝土路面设计规范》取普通水泥混凝土面层的弯拉强度标准为：

Ec3.1104MPa，fcm5.0MPa，相应弯拉模量标准为：路基土基回弹模量E040MPa。

计算基层顶面当量回弹模量如下：

式中：Et——基层顶面的当量回弹模量； E0——路床顶面的回弹模量；

Ex——基层和底基层或垫层的当量回弹模量； E1,E2——基层和底基层或垫层的回弹模量； hx——基层和底基层或垫层的当量厚度； Dx——基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度； h1,h2——基层和底基层或垫层的厚度； ab——与

ExE0有关的回归系数。

普通混凝土面层的相对刚度半径计算为： （2） 荷载疲劳应力

标准轴载在临界荷载处产生的荷载应力计算为：

因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数Kr0.87。考虑设计基准期

内荷应力累计疲劳作用的疲劳应力系数：

式中：（v—与混合料性质有关的指数，普通混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土，v0.0530.017flfdf） 计算。根据公路等级，查《水泥混凝土路面设计规范》考虑偏载和动载等因素，对路面疲劳损失影响的综合系数Kc1.20。

荷载疲劳应力计算为： （3）温度疲劳应力

查《水泥混凝土路面设计规范》Ⅱ区最大温度梯度取88(℃/m)。板长

6.339。 4m ,l4r0.631图7-1 温度应力系数Bx

由图7-1可查普通混凝土板厚h0.22cm,Bx0.68。最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为：

温度疲劳应力系数Kt计算为： 计算温度疲劳应力为：

查表7-3，二级公路的安全等级为三级，相应于三级安全等级的变异水平为中级，

目标可靠度为85%。再据查得的目标可靠度和变异水平等级，查《水泥混凝土路面设计规范》得可靠度系数rr1.06。

所选普通混凝土面层厚度（0.22cm）可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。

查得当地最大冻深为0.5m而本设计的路面结构总厚度为0.22+0.18+0.15=0.55＞0.5m，故所设计的路面结构满足最大冻深要求