B．1．5新建公路的基层顶面当量回弹模量可按式(B．1．5．1)计算确定。
式中：
E t——基层顶面的当量回弹模量(MPa)；
E0——路床顶面的回弹模量(MPa)；
E x——基层和底基层或垫层的当量回弹模量(MPa)，按式(B.1.5-2)计算；
E1、E2——基层和底基层或垫层的回弹模量(MPa)；
h x——基层和底基层或垫层的当量厚度(m)，按式(B.1.5-3)计算；
D x——基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度(MN-m)，按式(B.1.5-4)计算；
h1、h2——基层和底基层或垫层的厚度(m)；
a、b——与E x／E0有关的回归系数，分别按式(B.1.5-5)和式(B.1.5-6)计算。
底基层和垫层同时存在时，可先按式(B.1.5-2)~式(B.1.5-4)将底基层和垫层换算成具有当量回弹模量和当量厚度的单层，然后再与基层一起按上述各式计算基层顶面当量回弹模量。无底基层和垫层时，相应层的厚度和回弹模量分别以零值代入上述各式进行计算。
3.路面材料参数确定
按表3．O．6，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。
查附录F.1，路基回弹模量取30MPa。查附录F.2，低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量取600MPa，水泥稳定粒料基层回弹模量取1300MPa。
按式(B．1．5)计算基层顶面当量回弹模量如下：
普通混凝土面层的相对刚度半径按式(B．1．3．2)计算为
一、系统总说明 1.本系统是根据现行《公路沥青路面设计规范》JTG D50-2006和《公路水泥混凝土路面设计规范》JTG D40-2002以及《城市道路设计规范》CJJ37-90的有关内容编制的，共包括如下十一个程序： （1）沥青路面设计弯沉值和容许拉应力计算程序HLS （2）改建路段原路面当量回弹模量计算程序HOC（适用于沥青路面设计） （3）沥青路面结构厚度计算程序HMPD （4）沥青路面及路基交工验收弯沉值和层底拉应力计算程序HMPC （5）公路沥青路面设计与验算程序HAPDS （6）城市道路沥青路面设计与验算程序URAPDS （7）改建路段原路面当量回弹模量计算程序HOC1（适用于水泥混凝土路面设计）（8）新建单层水泥混凝土路面设计程序HCPD1 （9）新建复合式水泥混凝土路面设计程序HCPD2 （10）旧混凝土路面上加铺层设计程序HCPD3 （11）水泥混凝土路面基（垫）层及路基交工验收弯沉值计算程序HCPC 2.系统的特点 （1）采用Visual Basic 6.0 for Windows 语言编程，在Windows系统下运行，有良好的用户界面； （2）功能齐全，凡公路路面设计与计算所需的程序应有尽有； （3）计算速度快，精度高； （4）数据输入采用可视化、全屏幕的窗口输入方式，操作简单方便，一目了然。所有程序既可人机对话输入，又可用数据文件输入，计算结束立即在输出窗口显示设计计算成果文件内容，并可根据用户要求打印输出，十分方便； （5）具有随机帮助以及自动识别错误并提出警告和提示的功能，让用户无后顾之忧； （6）既有单机版，又有网络版。 （7）既有公路沥青路面设计与验算程序，又有城市道路沥青路面设计与验算程序。 此外，与国内同类程序相比，本系统还具有如下几个特点： （1）国内同类程序计算路面各层顶面竣工验收弯沉值，每次只能计算第一层路面顶面竣工验收弯沉值，一个五层路面就要分别计算五次，十分麻烦，而且不能计算路基顶面竣工验收弯沉值。而本系统一次就可以完成路基及路面各层顶面竣工验收弯沉值的计算，十分方便； （2）国内同类程序计算累计交通量时，交通量年增长率只能考虑正增长的情况，而本系统既可以考虑正增长的情况，又可以考虑负增长和零增长的情况。 （3）在进行“沥青路面设计”时，既可“用单个程序计算”，又可用多个软件系统地进行“沥青路面设计与验算”。选择“用单个程序计算”方式使设计计算过程简洁而灵活，尤其是对单个程序进行多次反复计算时；选择用多个软件系统地进行“沥青路面设计与验算”方式使整个沥青路面设计与验算工作一气呵成，既方便快捷，又可使多个软件计算的成果文件可以合并成一个汇总成果文件。 （4）“车型名称”数据库包含了“辽宁省交通厅资料”和原“公路水泥混凝土路面设计规范”附录A“路面设计用汽车参数”的全部资料并增补了若干新的客车资料，为国内同类程序中最完整的“车型名称”资料，并且将“车型名称”重新按“车型”和“后轴重大小”排列，查阅十分方便；
1总则 1．0．1 为适应交通运输发展和公路建设的需要，提高水泥混凝土路面的设计质量和技术水平，保证工程安全可靠、经济合理，制定本规范。 1．0．2 本规范适用于新建和改建公路和水泥混凝土路面设计。1．0．3 水泥混凝土路面设计方案，应根据公路的使用任务、性质和要求，结合当地气侯、水文、土质、材料、施工技术、实践 经验以及环境保护要求等，通过技术经济分析确定。水泥混 凝土路面设计应包括结构组合、材料组成、接缝构造和钢筋 配制等。水泥混凝土路面结构应按规定的安全等级和目标可 靠度，承受预期的荷载作用，并同所处的自然环境相适应， 满足预定的使用性能要求。 1．0．4 水泥混凝土路面设计除应符合本规范外，尚应符合国家现行有关标准的规定。 2 术语、符号 2．1 术语 2．1．1 水泥混凝土路面cement concrete pavement 以水泥混凝土做面层（配筋或不配筋）的路面，亦称刚性路面。 2．1．2 普通混凝土路面plain concrete pavement 除接缝区和局部范围外面层内均不配筋的水泥混凝土路面，亦称素混凝土路面。
2．1．3 钢筋混凝土路面jointed reinforced concrete pavement 面层内配置纵、横向钢筋或钢筋网并设接缝的水泥混凝土路面。 2．1．4 连续配筋混凝土路面continuous reinforced concrete pavement 面层内配置纵向连续钢筋和横向钢筋，横向不设缩缝的水泥混凝土路面。 2．1．5 钢纤维混凝土路面steel fiber reinforced concrete pavement 在混凝土面层中掺入钢纤维的水泥混凝土路面。 2．1．6 复合式路面composite pavement 面层由两层不同类型和力学性质的结构层复合而成的路面。 2．1．7 水泥混凝土预制块路面concrete block pavement 面层由水泥混凝土预制块铺砌成的路面。 2．1．8 碾压混凝土roller compected concrete 采用振动碾压成型的水泥混凝土。 2．1．9 贫混凝土lean concrete 水泥用量较低的水泥混凝土。 2．1．10 设计基准期限design reference period 计算路面结构可靠度时，考虑各项基本度量与时间关系所取用的基准时间。 2．1．11 安全等级safety classes
路基顶面回弹模量确定的新方法 ——学习新的《公路沥青路面设计规范》征求意见稿笔记 吴祖德 （常州市建设工程施工图设计审查中心，江苏常州 213002） 内容提要新的《公路沥青路面设计规范》征求意见稿，对路基顶面回弹模量值的确定，改变了现有规范采用的方法，提出了新方法。本文详细介绍了新的规范征求意见稿中，对路基顶面回弹模量值的确定方法，并与现规范的方法进行比较，供技术人员在学习中参考。 关键词征求意见稿路基顶面回弹模量的确定 0 前言 路基土的回弹模量是沥青路面结构力学响应分析的重要参数之一。现规范与新规范征求意见稿对路基顶面回弹模量的要求、测试及有关规定的区别，列表如下： 1 三轴试验测试路基土的回弹模量 路基土回弹模量主要受其应力状况、物理状况（含水量与密实度）和材料性质三方面的因素的影响。对于处于特定状态（一定含水量和密实度值）的各类路基土来说，影响其模量的主要因素便是应力状况。在不同的交通等级下，以及不同的路面类型和结构组合中，路基土的应力状况是不相同的，故其模量值也是不一样的。因而，路基土的模量参数的测试方法和指标值取用，一方面要遵循反映材料基本特性的要求，另一方面则要与结构应力—应变分析时所选用的方法和条件相一致。 我国现行沥青路面设计规范中，采用“室内试验法（小承载板法）”及“现场实测法（承载板法或贝克曼梁法）”来确定路基模量，而室内小承载板试验中试件的受力状况与现场路基上的应力状况并不一致，并且这种测试方法仅适用于静态模量标定，这些都影响了路基回弹模量取值的科学性和合理性。所以经过对我国各种路面结构中路基土的受力水平进行分析，制定出了更加合理的室内三轴重复加载测试回弹模量的方法与取值标准。（注：①可参阅附后的“粒料与路基土室内回弹模量试验测试方法草案”； ②该试验方法：对圆柱体试件施加一个固定幅度、加载试件（路基—,粒料基层/底基层—）和循环周期（一般取）的轴向重复荷载。试验时，试件承受动循环轴向应力和三轴室提供的静侧压力，通过测量其轴向总回弹变形响应来计算回弹模量；③该方法所用试验条件是对移动轮载作用下柔性路面中粒料层及路基物理状态（如密度、含水量）和应力状态（可能的代表性应力范围）的近似模拟。回弹模量测试
水泥混凝土路面基层顶面当量回弹模量的计算 城讳道析与防珙2006年3月第2期 水泥混凝土路面基层顶面当量回弹模量的计算 文畅平 (邵阳学院城市建设学院,湖南邵阳422000) 摘要:在94水泥混凝土路面设计规范中,基层顶面当量回弹模量E是通过查图确定的,2002年的规范对此作了 改进,但计算公式有6个,计算过程更复杂烦琐.为此,通过2002年规范提供的E计算公式,计算了1280+175+ 960个实例,根据基层的非线性特征,用最小二乘法对计算结果进行回归,得到1个E非线性回归方程.通过实例 计算验证,得到的这个E非线性回归方程完全能够满足水泥混凝土路面基层顶面当量回弹模量的计算要求. 关键词:水泥混凝土路面;道路基层;结构设计;当量回弹模量;非线性回归方程;归一化 中圈分类号:U416.o2文献标识码:A文章编号:100977l6(2006)02—0016一O3 O前言 1994年水泥混凝土路面设计规范通过土基和 基层材料的回弹模量,查图确定新建路面基层顶面 当量回弹模量E],尽管方法简单,但很不方便. 2002年的规范对此作了改进,但计算公式有6 个[23,计算过程仍略嫌烦琐. 目前,在公路水泥混凝土路面结构组合设计中, 较多地采用水泥稳定碎石,二灰土碎石等半刚性基
层,或沥青类柔性基层以及级配碎(砾)石等粒料垫 层,因而为水泥混凝土路面基层顶面当量回弹模量 的分析计算缩小了范围. 半刚性基层材料,沥青类柔性基层材料具有非 线性特征,其顶面当量回弹模量同样具有非线性特 征.这种非线性特征可以用以下类似规范E计算 式[2]的回归公式形式来描述. E,===ah^;EfE;E(1) 式中:E——基层顶面当量回弹模量 E,Ez,E.——分别为基层,垫层,土基的回弹 模量 h,hz——分别为基层,垫层的厚度 a,b,f,d,,严回归系数 本文通过把规范口]提供的"新建公路的基层顶 面当量回弹模量"6个计算公式,计算了1280+175 +960个实例,用最小二乘法[对计算结果进行回 归,分别得到一个半刚性基层,不设垫层的半刚性基 层,沥青类柔性基层的回归方程.通过实例计算验 证,结果令人满意,完全能够满足水泥混凝土路面设 收稿日期:2005—04—20 作者简介:文畅平(1965一),男,湖南邵阳人,高级工程师.副院长,从事路基路面教学和科研工作 计的工程要求,从而将6个计算公式归化为一个计 算公式,使计算过程大为简化. 1E与h,Ei的回归方程 在研究中,试图将所有基层E的计算公式归化 为一个计算式,但计算实例检验误差较大,有极少数 误差超出10%.为了提高回归精度,将基层按半刚 性基层,不设垫层的半刚性基层,沥青类柔性基层,
土的回弹模量计算 根据《公路路基路面现场测试规程》（JTG E60-2008），现计算土的回弹模量如下：1、承载板法测定土的回弹模量 计算资料见表1： 承载板试验数据表1 路基土类为粘性土，泊松比为0.35 承载板试验（MPa）回弹变形（0.01mm） 0.0215 0.0431 0.0642 0.0856 0.1077 0.15116 0.20171 0.25162 0.30205 根据表中数据，舍去回弹变形大于1mm的数据，绘出p-L曲线如图1所示： 图1 承载板实验荷载-变形曲线
根据规范，由于曲线起始部分出现反弯，故应进行原点修正，并进行直线拟合，如图2所示： 图2 原点修正图 由图2读的各级荷载作用下图的回弹变形值如表2所示： 各级荷载对应的土的回弹变形值表2 0.020.040.060.080.10 1731435873 由公式 计算得： 式中：土基回弹模量 刚性承载板直径，规定为30cm 土基泊松比，取为0.35 回弹变形小于1mm的各级荷载单位压力总和
各级荷载单位压力作用下，回弹变形小于1mm的回弹变形总和 2、贝克曼梁弯沉试验法测定土的回弹模量 2.1计算资料见表3： 贝克曼梁弯沉试验数据表3测点回弹弯沉（0.01mm) di=Li-L(mm) di/r0 1 177 5 0.32 2 151 -21 -1.34 3 193 21 1.34 4 159 -13 -0.83 5 178 6 0.38 6 144 -28 -1.78 7 152 -20 -1.27 8 158 -14 -0.89 9 198 26 1.65 10 171 -1 -0.06 11 147 -25 -1.59 12 215 43 2.73 13 207 35 2.23 14 158 -14 -0.89 2.2计算全部测定值得算术平均值、单次测量的标准差和自然误差 式中：——回弹弯沉的平均值（0.01mm） ——回弹弯沉测定值的标准差（0.01mm） 回弹弯沉测定值的自然误差（0.01mm） 各测点的回弹弯沉值（0.01mm） 测点总数
第十一章沥青路面设计 § 11-1 概述 一、沥青路面设计的内容 p377 一般包括：原材料选择、配合比设计、设计参数的测试选定、路面结构组合、厚度验算、方案比选对高速、一级公路：除以上外，还有路缘带、匝道、硬路肩、加减速车道、紧急停车带、收费站等一、沥青路面结构设计的原则 P377 6条 三、沥青路面结构设计理论与方法 1、经验和半经验法：以已往的修建和使用经验为基础 2、解析法或理论法 解析法是以结构分析为基础，按设计荷载所产生的应力应变和位移量不超过路面任意结构层中材料所容许的范围，来选择和确定铺面结构层的组合及其尺寸。 我国沥青路面设计方法以解析法为主，但需依赖经验给予补充。 四、沥青路面交通等级 1、路面设计年限 p378表14-1 2、标准轴载及当量换算 p378表14-2 3、设计年限内累计标准轴载当量轴次 4、交通等级 p380表14-4 例题11-1：标准轴载换算习题。已知条件见p404表14-18。求解过程按照习题册讲解。 § 11-2 弹性层状体系理论简介 一、材料的非线性 严格的说，沥青路面在力学性质上属于非线性的弹-粘-塑性体。但考虑到行驶车辆作用的瞬时性（百分之几秒），在路面结构中产生的粘塑性变形数量很小，所以对于厚度较大、强度较高的高等级路面，将其视作线性弹性体，并应用弹性层状体系理论进行分析计算将是合适的。 二、基本假设与解题方法 见教材P380 § 11-3 沥青路面结构组合设计 一、沥青面层结构
1、双层（二、三级）表面层 下面层 三层（高、一级）表面层：密实、抗磨、耐久；高低温稳定，抗老化 中面层：密水、抗剥离、抗剪切能力高 下面层：密水、抗剥离、抗剪切能力高；抗疲劳缝 2、各等级公路面层：沥青砼都适用 二、三级路上下面层：沥青砼和热拌沥青碎石、沥青贯入 三、四级公路：双层沥青表处；沥青表处+稀浆封层；冷拌沥青混合料；沥青砼 3、沥青面层厚度 参考表14-5、6，p386。小于最小厚度，压实效果不好；太厚，不经济，因沥青路面在路面结构中价格最高。 二、沥青路面基层结构 基层：传递应力；承上启下的承重层，较高的强度和稳定性；耐久性；抗滑；抗剪切略宽 1、柔性基层 种类沥青处治的级配碎石：适用中等及以上交通见表14-7，p388 无结合料的级配碎石：适用中等以下 优点：应力、应变传递协调；不易受水损害。柔性基层力学特性与沥青路面一样，是颗粒状材料级配成型，排水通畅 缺点：基层刚度低，沥青面层应加厚，但提高了工程造价 2、半刚性基层 概念：采用水泥、石灰或工业废渣等无机结合料，对级配集料作稳定处理的基层结构。 优点：对集料的品质要求不太高，有板体效应，增大路面的整体刚度，因半刚性基层承担大部分荷载，沥青厚度减薄，裂缝破坏少 缺点：本身的收缩裂缝反射至面层；多雨区雨水不易向下渗透，造成路面水损 3、刚性基层 概念：采用低强度混凝土修筑基层砼板 优点：承载力高，沥青面层弯拉应力小，主要满足表面功能效应 缺点：基层裂缝向上反射形成沥青面层横向裂缝 4、基层厚度及其组合 厚度：为降低造价，用上基层，下基层（用性能略低的材料或便宜材料）；满足强度、刚度要求，施工可行，大于砼最大粒径的4倍 组合比选：根据交通等级、水温状况、排水稳定等，作不同方案，择优。 条件十分恶劣配筋砼作基层
1总则 1.0.1 为适应交通运输发展与公路建设得需要,提高水泥混凝土路面得设计质量与技术水平,保证工程安全可靠、经济合理,制定本规范。 1.0.2 本规范适用于新建与改建公路与水泥混凝土路面设计。 1.0.3 水泥混凝土路面设计方案,应根据公路得使用任务、性质与要求, 结合当地气侯、水文、土质、材料、施工技术、实践经验以 及环境保护要求等,通过技术经济分析确定。水泥混凝土路 面设计应包括结构组合、材料组成、接缝构造与钢筋配制等。 水泥混凝土路面结构应按规定得安全等级与目标可靠度,承 受预期得荷载作用,并同所处得自然环境相适应,满足预定得 使用性能要求。 1.0.4 水泥混凝土路面设计除应符合本规范外,尚应符合国家现行有关标准得规定。 2 术语、符号 2.1 术语 2.1.1 水泥混凝土路面cement concrete pavement 以水泥混凝土做面层(配筋或不配筋)得路面,亦称刚性路面。 2.1.2 普通混凝土路面plain concrete pavement 除接缝区与局部范围外面层内均不配筋得水泥混凝土路面,亦称素混凝土路面。 2.1.3 钢筋混凝土路面jointed reinforced concrete pavement
面层内配置纵、横向钢筋或钢筋网并设接缝得水泥混凝土路面。 2.1.4 连续配筋混凝土路面continuous reinforced concrete pavement 面层内配置纵向连续钢筋与横向钢筋,横向不设缩缝得水泥混凝土路面。 2.1.5 钢纤维混凝土路面steel fiber reinforced concrete pavement 在混凝土面层中掺入钢纤维得水泥混凝土路面。 2.1.6 复合式路面posite pavement 面层由两层不同类型与力学性质得结构层复合而成得路面。 2.1.7 水泥混凝土预制块路面concrete block pavement 面层由水泥混凝土预制块铺砌成得路面。 2.1.8 碾压混凝土roller pected concrete 采用振动碾压成型得水泥混凝土。 2.1.9 贫混凝土lean concrete 水泥用量较低得水泥混凝土。 2.1.10 设计基准期限design reference period 计算路面结构可靠度时,考虑各项基本度量与时间关系所取用得基准时间。 2.1.11 安全等级safety classes 根据路面结构得重要性与破坏可能产生后果得严重程度
路面结构计算说明 1、累计当量轴次的选择: 根据参考本段交通量资料及公路等级主线在全线累计当量轴次拟定为26.5614万次。 2、路面结构层： 路面结构层根据累计当量轴次和路基回弹模量拟定从上到下依次为3cm厚沥青表面处治面层（AC-13C），15cm厚天然级配砂砾基层。 3、设计参数： 公路等级为四级公路，设计年限6年，车道系数0.7，面层类型系数1.2，基层类型系数为1.6。 4、路面结构各层抗压模量《公路沥青路面设计规范》JTG D50－2006附录E表E.1和表E.2，拟定沥青混合料面层20℃的抗压模量拟定为1000MPa；级配砾石抗压模量拟定为200 MPa。 5、此路面结构计算书适用于本项目。
路面结构计算书 1、轴载换算及设计弯沉值计算 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 小客车13.55 27. 2 1 双轮组55 2 中客车29.5 36.75 2 双轮组< 3 50 3 大货车50 110 2 双轮组<3 45 设计年限 6 车道系数 .7 序号分段时间(年) 交通量年增长率 1 1 1 ％ 2 2 2 ％ 3 3 3 ％ 路面竣工后第一年日平均当量轴次: 167 设计年限内一个车道上累计当量轴次: 26.5614万次 公路等级四级公路 公路等级系数 1.2 面层类型系数 1.2 基层类型系数 1.6 路面设计弯沉值: 113.7 (0.01mm) 2、改建路段原路面当量回弹模量计算 原路面平均弯沉值: 150 (0.01mm) 原路面弯沉值标准差:3 (0.01mm) 保证率系数 1.3 季节影响系数 1.2 湿度影响系数 1.0 温度修正系数 1.0 原路面计算弯沉值: 185(0.01 mm) 原路面当量回弹模量: 88.0 (MPa) 3、改建路面补强厚度计算 公路等级: 四级公路 加铺路面的层数: 2 标准轴载: BZZ-100 路面设计弯沉值: 113.7(0.01mm) 路面设计层层位: 2 设计层最小厚度: 15 (cm) 层位结构层材料名称厚度(cm) 抗压模量(MPa) 1 沥青混合料 3 1000 2 级配砾石？200 3 天然砂砾路基（原路基）88.0 4、按设计弯沉值计算设计层厚度: LD= 113.7(0.01mm) H( 2 )= 15 cm LS=113(0.01mm) 由于设计层厚度H( 3 )=Hmin时LS<=LD, 故弯沉计算已满足要求 . 路面设计层厚度: H( 2 )= 15 cm(仅考虑弯沉) 5、验算路面防冻厚度:
仅供个人学习参考 新建水泥混凝土路面厚度计算书 1、原始资料 ??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 道路等级:停车场-按城市支路设计 变异水平的等级:中级 面层类型122. 路面的设计基准期:20年 =51776 设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为51776，为中等交通。根据《规范》表3.0.6，水泥混凝土弯拉强度不得低于4.5MPa 。 3、初拟路面结构 ???初拟水泥混凝土路面厚度为：0.2m ，基层选用5%半刚性材料水泥稳定碎石，厚度为0.20m ，水泥混凝土面板长度为：5m ，宽度为4m 。纵缝为设拉杆平缝。 4、路面材料参数确定 ???按公路水泥混凝土路面设计规范(JTGD40-2011)《混凝土弯拉强度标准值》可确定混凝土弯拉强度标准值为：4.5MPa 。根据公路水泥混凝土路面设计规范(JTGD40-2011)《水泥混凝土弯拉弹性模量经验参考值》可确定弯拉弹性模量为29000MPa 。
路基回弹模量选用:20MPa。基层回弹模量选用1500Mpa。按公路水泥混凝土路面设计规范(JTGD40-2011)计算基层顶面当量回弹模量如下： ???Ex=(h1×h1×E1+h2×h2×E2)/(h1×h1+h2×h2)=1500(MPa) ???Dx=（E1×h1^3+E2×h2^3）÷12+(h1+h2)^2÷4×[1÷(E1×h1)+1÷(E2×h2)]^(-1))=4(MN-m) ???hx=(12×Dx/Ex)^(1/3)=(12×4/1500)^(1/3)=0.317(m) ???a=6.22×[1-1.51×(Ex/E0)^(-0.45)]=6.22×[1-1.51×(1500/20)^(-0.45)]=4.874 ???b=1-1.44×(Ex/E0)^(-0.58)=1-1.44×(1500/20)^(-0.58)=0.866 Et=a×hx^b×E0×(Ex/E0)^(1/3)=4.874×0.317^0.866×20×(1500/20)^(1/3)=152.03(MPa) 基层顶面当量回弹模量:152MPa 5、荷载疲劳应力计算 混凝土面板的相对刚度半径r： σ ps ??? 系数为 ??? 6 及板厚 ???σ tm ÷2=1. =4.5÷ ??? ???σ tr ??? 7 ??? ??γ r (σ pr tr 因此，普通水泥混凝土路面20cm厚度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。 仅供个人学习参考
城市道路路面设计中的土基回弹模量值 吴祖德 （常州市市政工程设计研究院有限公司） 内容提要在城市道路路面设计中，应综合诸多因素来确定设计的土基回弹模量值。本文介绍土基回弹模量的确定方法，供设计人员参考。 关键词土基回弹模量城市道路 0 前言 我国道路路面设计方法中，路基力学性能参数都是采用的土基回弹模量，它是我国路面设计中的重要力学参数，它的确定直接影响到其他参数的选择与结构设计的结果。 本文主要叙述对土基回弹模量的确定及其变化对沥青路面路基工作区的影响分析。 1 设计土基回弹模量确定因素分析 1.1 首先是根据规范要求，不能低于要求的设计值 1.1.1《城镇道路路面设计规范》（CJJ169-2012） 注：要求路床应处于干燥或中湿状态。 1.1.2《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40-2011） 1.1.3《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006） 1.2 根据设计工程所在地区所处自然区划查表法估计土基回弹模量参考值 如江苏省在自然区划Ⅳ1、Ⅳ1a，摘录列于表5中： 经整理后见下表：
表6 江苏省不同干湿状态下的土基回弹模量值 注：1）c W 为土的平均稠度值；2）过湿状态的回弹模量是推算值 （图1）。 图1 过湿状态的回弹模量是推算值 1.3 由于城市道路的路床顶面的80cm 范围大部分接近于地下水位，路基土均处于过湿状态，路基土的土基回弹模量均为15MPa 左右，不能作为设计所用的土基回弹模量值，均要经过处理后，才能达到设计采用值，并结合路床土在路基工作区范围，要求达到规定的压实度要求，一般采用翻挖回填压实，采用6%石灰土处理。 对土基进行处理时，处于过湿状态假定E 0=15MPa ，当用20～100cm6%石灰土处理时，经计算得出处理层顶面的弯沉值，再经换算成顶面的土基回弹模量值，见下表： 表7 常州地区6%灰土处理地基厚度值计算表
第十六章水泥混凝土路面设计 一、教学目的和要求 1、教学目的： 本章主要学习水泥混凝土路面的损坏模式和设计标准，弹性地基板的应力分析、水泥混凝土路面结构层组合设计、水泥混凝土路面板平面尺寸的确定、水泥混凝土路面的接缝设计和加铺层设计。 2、教学要求： 掌握水泥混凝土路面板厚设计，水泥混凝土路面荷载应力和温度应力分析；熟悉弹性地基板体系理论，复合式混凝土路面厚度设计；了解其他设计方法简介； 二、教学重点、难点 重点：水泥混凝土路面板厚设计步骤； 难点：弹性地基板体系理论。 三、授课学时：4学时 四、教学进程 本章学习要求： 一、水泥混凝土路面的损坏模式和设计标准 掌握水泥混凝土路面在行车荷载和环境因素作用下出现的破坏类型，主要有断裂、唧泥、错台、拱起和接缝挤碎等，了解产生损坏类型的原因。重点掌握水泥混凝土路面结构设计是以防止面层板断裂为主要设计标准，了解水泥混凝土路面设计的弹性地基板理论。 二、水泥混凝土路面结构设计内容 熟悉水泥混凝土路面结构设计包括路面结构层组合设计、混凝土面板厚度设计、混凝土面板的平面尺寸与接缝设计、路肩设计、普通混凝土路面的钢筋配筋率设计等内容。 三、水泥混凝土路面板厚设计 1.交通分析与轴载换算 掌握我国公路水泥混凝土路面结构设计以100KN的单轴-双轮组荷载作为标准轴载。熟悉对于各种不同汽车轴载的作用次数，可按等效疲劳断裂原则换算成标准轴载的作用次数，并根据标准轴载的作用次数判断道路的交通繁重程度，熟悉轴载换算公式。掌握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特重、重、中等和轻4个等级。 2.基层顶面当量回弹模量 熟悉水泥混凝土面板下的地基依据等弯曲刚度的原则换算为回弹模量和厚度当量的单层结构，按双层体系进行计算。了解其计算分为新建公路和旧柔性路面两种情况。重点熟悉新建公路的基层顶面当量回弹模量值的计算，并注意区分新旧规范的差别。 3.混凝土板的设计弯拉强度 掌握水泥混凝土路面的强度以28d龄期的弯拉强度作为设计控制指标。设计时根据各交通等级要求按规范采用相应的混凝土弯拉强度标准值。 4.水泥混凝土路面板应力分析 理解水泥混凝土路面板在荷载和温度作用下，在临界荷位处产生的疲劳应力，包括荷载疲劳应力和温度疲劳应力。熟悉荷载疲劳应力和温度疲劳应力的计算公式，掌握荷载疲劳应力和温度疲劳应力的概念。 5.水泥混凝土板的综合疲劳作用 水泥混凝土板在使用过程中，板的应力来自汽车荷载疲劳作用和温度反复变化作用。为保证混凝土板在设计使用年限内板不过早破坏，必须综合考虑这些作用的影响，不导致板的
二、土基回弹模量的确定方法 回弹模量是指路基、路面及筑路材料在荷载作用下产生的应力与其相应的回弹应变的比值。车辆荷载通过路面传至土基的垂直压力，使土基产生一定程度的竖向位移变形，假定土基为均质的弹性体，在圆形垂直均布荷载作用下，在应力与应变成直线关系时，可用弹性理论来建立荷载与变形之间的关系式： 式中：Lr——路表距离荷载中心袖为r某点处的垂直位移，亦称弯沉值,cm P——圆形垂直均布荷载，MPa； E。——土基回弹模量，MPa； δ——圆形均布荷载面积半径，m； u——土的泊松系数，取o. 35； a——竖向位移系数，是r／δ的函数, r／δ＝0时，a＝1；r／δ=1．5时，a＝o 356。 由上式看出；在一定的车轮荷载作用下，土基的回弹模量E0值越大，所产生的回弹弯沉值L r就越小。这标志着土基的承载能力大，抵抗变形的能力强。 土基的强度可用若干指标来表达(如抗剪强度、CBR值、回弹模量等)。我国是以路表设计弯沉值作为路面整体强度的设计控制指标。由式(2-7-15)或三层体系理论分析可知，影响路表弯沉的主要因素是路基的强度，70％~95％的弯沉取决于路基。因此采用土基回弹模量Eo来表示土基的强度。 土基回弹模量确定可以通过现场实测、室内实验法、换算法或通过经验公式计算确定的查表法。 1．现场实测：在不利季节，在已竣工的路基上，用承载板通过逐级加荷卸载的方法测出每级荷载的回弹变形值，并采用间弹变形Lo＝0.5~1mm的测定值，参考各地经验的综合式(2-7-16)计算土基回弹模量。或用弯沉仪测定土基回弹模量值。详细操作及计算可按《公路路基路面现场测试规程》(JTJ059—95)中T0944一95规定、《公路沥青路面设计视范》(JTJ014-97)中表8执行。 Eo＝2430L0-0.7(2-7-16) 1．内实验法：按最佳含水量下制备三组土样试件，测得不同压实度与其相对应的回弹模量值，绘成压实度与回弹模量曲线；查图求得标准压实度条件下土的回弹模量值。 3．换算法：各地区有条件进行现场或室内土的回弹模量Eo、土性配套指标(W c、W L、Wp、粒径组成等)、压实度(K h、K l)，CBR值等实验，建立室内与现场的土基各种力学指标间的相关关系式，见《公路沥青路面设计规范》中表10、表11，再根据相关关系式推算E0值。 承载板测定法，对于新建公路或改建公路的新路基来说，在设计阶段路基尚未形成，当然无法测定其土基E0值，常用查表法确定。 4．查表法：指在不具备实测条件时，可参考表列的建议值，按下列步骤求得路基的回弹模量值。 (1)按路基高度，参考表2-1-5或表2-1-4或《公路沥青路面设计规范》中附录E表E1，确定路基高度与临界高度的关系； (2)按该路段的路基高度与路基临界高度的关系，查表2-2-4或《公路沥青路面设计规范》中表6．1．2—2，确定路基的干湿类型； (3)按路段的干湿类型和土的性质，查表2-2-2，或《公路沥青路面设计规范》中表6．1．2—1，确定路基土的平均稠度；
水泥混凝土路面加铺层设计参数研究 文章研究了水泥混凝土路面加铺层的设计类型，分析了加铺设计的参数。针对加铺层进行了研究，提出了加铺层设计施工的具体步骤，研究成果对公路改扩建中水泥混凝土路面加铺改造具有可借鉴的实际工程价值。 标签：公路改扩建；路面；加铺层；设计参数 1 加铺层设计类型 根据用途及原混凝土路面的现状，在废弃旧水泥混凝土路面上加铺水泥混凝土层的设计，首先进行技术比较，经过选择，可以采用分离式或结合式水泥混凝土加铺结构。 1.1 分离式混凝土加铺层结构设计 对原混凝土路面的损坏状况和接缝传荷能力进行评定，分离式混凝土加铺层适用于等级为中或次，或者原混凝土板存在平面尺寸不同、接缝形式不同、位置不对应、路拱横坡不一致。加铺层铺筑前应更换破碎板，修补裂缝，磨平错台，压浆填封板底脱空，清除接缝中失效的填缝糊和杂物，并重新封缝。普通混凝土、钢纤维混凝土、钢筋混凝土和连续配筋混凝土是加铺层常用的材料。普通混凝土、钢筋混凝土和连续配筋混凝土加铺层的厚度不宜小于180mm，钢纤维混凝土加铺层的厚度不宜小于140mm。 1.2 结合式混凝土加铺层结构设计 结合式加铺层适用于损坏状况和接缝传荷能力均评定为优良混凝土路面结构。结合式加铺层的最小厚度为25mm，加铺层成功的关键是加铺层与原混凝土面层的结合。为了达到此目的，首先，将原混凝土面层表面的污垢和水泥砂浆体采取措施彻底清理，达到表面粗糙，然后，为了加铺层与原混凝土面层粘结为一个整体，将高强的粘结剂，如环氧树脂等涂在清理后的表面。由于加铺层薄，层内不设拉杆和传力杆，加铺层的接缝形式和位置必须与原混凝土面层完全对齐，以防加铺层产生反射裂缝或与原混凝土面层之间出现层间分离。 2 加铺层混凝土板厚度设计参数 2.1 标准轴载与轴载换算 通常情况下，以汽车轴重为l00kN的单轴双轮组荷载作为水泥混凝土路面结构设计的标准轴载。同时，可按等效疲劳损坏原则将各种不同汽车轴载的作用次数换算成标准轴载的作用次数，道路交通繁重程度可以根据标准轴的作用次数判断。
第十三章水泥砼路面设计 § 13-1 概述 一、水泥砼路面结构特征 1、力学分析：∵砼板力学强度高∴轮载作用下变形小弹性阶段 ∵基层、土基变形小∴弹性阶段 ∴水泥砼路面结构属于弹性层状体系 2、同柔性路面相比的一些特性 （1）板的弹性模量及力学强度大大高于土基和基层 （2）抗弯拉强度小，作为设计指标 （3）弹性地基板理论分析计算（板与基层摩阻力不大） 1、设计标准的分析 轮载重复作用：砼板会在低于极限抗弯拉强度时破坏 板顶底温差：温度翘曲应力，尺寸越大，应力越大脆性材料 基层与土基不均匀变形：板与基层脱空而断裂 ∴砼板必须具有足够的抗弯拉强度和厚度 总之，防止面层板断裂为主要设计标准——保证路面承载能力 指标：σp（荷载应力）+σt（温度应力）≤f cm（砼抗弯拉强度） 另外：从保证汽车行驶性能的角度，应严格控制两侧的错台量。从多方面采取措施保证其使用寿命。 二、砼路面结构设计内容 1、路面结构层组合设计 面层——较高的弯拉强度，表面平整、抗滑、耐磨 基层、垫层——粒料类（碎石、砾石）、稳定类（水泥、石灰、工业废渣）、贫砼类；后俩类多用土基——选择土类，充分压实 2、板厚设计 由荷载应力、温度应力之和是否小于限值定板厚；按设计标准及相关程序和表格。 3、板的平面尺寸和接缝设计 接缝布置及板的受力定平面尺寸；接缝构造 2、路肩设计 高速、一级公路：同面板浇筑成整体（用水泥砼、沥青混合料面层） 一般公路：设路缘石或加固路肩（用沥青混合料或其它） 3、配筋设计边缘、角隅配置 三、砼路面设计原则 1、保证质量，尽可能使用当地材料
2、 方案比选，择优取用；尽可能用有利于机械化、工厂化的施工方案 3、 新材料、新工艺、新技术的应用积极慎重 4、 环境保护 5、 地处不良路段：措施有效、严格施工 四、砼路面结构设计理论与方法 1、 砼路面设计方法：以弹性地基板的荷载应力、温度应力分析方法为基本理论，以砼路面板的弯拉 应力作为极限状态和设计控制指标。 2、 地基模型：温克勒地基模型；弹性半空间均质地基模型 3、 路面板：温克勒地基上矩形板；弹性半空间均质地基上无限大板；各种模型地基上有限尺寸板 4、 以概率法替代定值法，引入可靠度概念。仍以砼板的极限疲劳弯拉应力为指标。 五、砼路面的交通等级 1、砼路面设计基准期 p457表16-1 2、标准轴载及轴载当量换算 3、交通调查与轴载分析 4、标准轴载累计当量作用次数 5、砼路面交通等级划分 p459表16-4 § 13-2 弹性地基板体系理论简介 一、小挠度弹性薄板理论 见教材P459。 § 13-3 水泥砼路面应力分析 一、文克勒地基板的荷载应力分析p461 1、文克勒地基假设：()()y x kw y x q ,,=；地基参数K 2、威斯特卡德解 （1）荷载位于板中，荷载中心处板底最大弯拉应力 （2）荷载位于板边缘，荷位下板底的最大弯拉应力 （3）荷载位于板角，最大拉应力产生在板表面离荷载圆中心为x1的分角线上。 二、弹性半空间体地基板的荷载应力分析 1、弹性地基假设：地基为各向同性弹性半无限体，地基在荷载作用范围内及影响所及的以外部分均产 生变形，其顶面任一点挠度不仅同该点的应力有关，也同其它各点压力有关，即： ()()[]y x w f y x q ,,=； 地基参数E 0
路基路面回弹模量试验 检测方法 SANY标准化小组 #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#
路基路面回弹模量试验检测方法 土基的回弹模量是公路设计中一个必不可少的参数，我国现有规范已给出了不同的自 然区划和土质的回弹模量值的推荐值，具体参见《公路沥青路面设计规范》(JTJ 014一97) 中附录E“土基回弹模量测定仪参考值”表。但由于土基回弹模量的改变将会影响路面设计 的厚度，所以建议有条件时最好直接测定，而且随着施工质量的提高)口弹模量值的检验将 会作为控制施工质量的一个重要指标。测定回弹模量的方法，目前国内常用的主要有：承载 板法、贝克曼梁法和其他间接测试方法(如贯人仪测定法和CBR测定法人)。 一、承载板法 1．目的和适用范围 (1)本方法适用于在现场土基表面，通过承载板对土基逐级加载、卸载的方法，测出每 级荷载下相应的土基回弹变形值，经过计算求得土基回弹模量。 (2)本方法测定的土基回弹模量可作为路面设计参数使用。 2．仪具与材料 (1)加载设施:载有铁块或集料等重物、后轴重不小于60kN的载重汽车一辆。在汽车大 梁的后轴之后约80cm处，附设加劲小梁一根作反力架。汽车轮胎充气压力为0．50MPa。 (2)现场测试装置，由千斤顶、测力计(测力环或压力表)及球座组成。
(3)刚性承载板一块，板厚20mm，直径为Φ30cm ，直径两端设有立柱和可以调整高 度的支座供安放弯沉仪测头，承载板放在土基表面上。 (4)路面弯沉仪两台，由贝克曼梁、百分表及其支架组成。 (5)液压千斤顶一台，80～100KN，装有经过标定的压力表或测力环，其容量不小于土 基强度，测定精度不小于测力什量程的1／1oo。 (6)秒表。 (7)水平尺。 (8)其他：细砂、毛刷、垂球、镐、铁锹、铲等。 3．试验前准备工作 (1)根据需要选择有代表性的测点，测点应位于水平的路基上，土质均匀，不含杂物； (2)仔细平整土基表面，撒干燥洁净的细砂填平土基凹处，砂子不可覆盖全部土基表 面避免形成一层。 (3)安置承载板，并用水平尺进行校正，使承载板置水平状态。 (4)将试验卒置于测点上，在加劲小梁中部悬挂垂球测试，使之恰好对准承载板中心，然后 收起垂球。 (5)在承载板上安放千斤顶，上面衬垫钢圆筒，并将球座置于顶部与加劲横梁接触。如用测 力环时，应将测力环置于千斤顶与横梁中间，千斤顶及衬垫物必须保持垂直，以免加压时千
改建路段原路面当量回弹模量计算 原路面实测弯沉值(0.01mm) 62 106 70 68 58 113 67 54 55 47 35 53 70 33 38 79 81 90 45 67 32 52 61 59 79 37 53 83 38 62 舍去的过大或过小弯沉值为: L( 6 )= 113 L( 2 )= 106 原路面有效弯沉数: 28 原路面平均弯沉值: 58 (0.01mm) 原路面弯沉值标准差: 16 (0.01mm) 测定汽车轴载100 kN 改建公路等级二级公路 与保证率有关的系数 1.5 原路面沥青面层厚度50 (mm) 季节影响系数 1.2 湿度影响系数 1 温度修正系数 1 原路面计算弯沉值: 98 (0.01 mm) 原路面当量回弹模量: 167.4 (MPa) 轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算 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 黄河JN150 49 101.6 1 双轮组600 2 交通SH141 25.55 55.1 1 双轮组1400 3 太脱拉138 51. 4 80 2 双轮组<3 200 4 三菱FR41 5 30 51 1 双轮组180 设计年限15 车道系数.3 交通量平均年增长率10 ％ 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= 714 ,属中等交通等级 当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时: 路面营运第一年双向日平均当量轴次: 1197 设计年限内一个车道上的累计当量轴次: 4164467 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: 850 设计年限内一个车道上的累计当量轴次: 2957224 属轻交通等级 路面设计交通等级为中等交通等级 公路等级一级公路 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: 28.5 (0.01mm) 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 .39 2 中粒式沥青混凝土.8 .31
水泥混凝土路面基层顶面当量回弹模量的 计算 城讳道析与防珙2006年3月第2期 水泥混凝土路面基层顶面当量回弹模量的计算 文畅平 (邵阳学院城市建设学院,湖南邵阳422000) 摘要:在94水泥混凝土路面设计规范中,基层顶面当量回弹模量E是通过查图确定的,2002年的规范对此作了 改进,但计算公式有6个,计算过程更复杂烦琐.为此,通过2002年规范提供的E计算公式,计算了1280+175+ 960个实例,根据基层的非线性特征,用最小二乘法对计算结果进行回归,得到1个E非线性回归方程.通过实例 计算验证,得到的这个E非线性回归方程完全能够满足水泥混凝土路面基层顶面当量回弹模量的计算要求. 关键词:水泥混凝土路面;道路基层;结构设计;当量回弹模量;非线性回归方程;归一化 中圈分类号:U416.o2文献标识码:A文章编号:100977l6(2006)02—0016一O3 O前言 1994年水泥混凝土路面设计规范通过土基和 基层材料的回弹模量,查图确定新建路面基层顶面 当量回弹模量E],尽管方法简单,但很不方便. 2002年的规范对此作了改进,但计算公式有6 个[23,计算过程仍略嫌烦琐. 目前,在公路水泥混凝土路面结构组合设计中, 较多地采用水泥稳定碎石,二灰土碎石等半刚性基 层,或沥青类柔性基层以及级配碎(砾)石等粒料垫 层,因而为水泥混凝土路面基层顶面当量回弹模量
的分析计算缩小了范围. 半刚性基层材料,沥青类柔性基层材料具有非 线性特征,其顶面当量回弹模量同样具有非线性特 征.这种非线性特征可以用以下类似规范E计算 式[2]的回归公式形式来描述. E,===ah^;EfE;E(1) 式中:E——基层顶面当量回弹模量 E,Ez,E.——分别为基层,垫层,土基的回弹 模量 h,hz——分别为基层,垫层的厚度 a,b,f,d,,严回归系数 本文通过把规范口]提供的"新建公路的基层顶 面当量回弹模量"6个计算公式,计算了1280+175 +960个实例,用最小二乘法[对计算结果进行回 归,分别得到一个半刚性基层,不设垫层的半刚性基 层,沥青类柔性基层的回归方程.通过实例计算验 证,结果令人满意,完全能够满足水泥混凝土路面设 收稿日期:2005—04—20 作者简介:文畅平(1965一),男,湖南邵阳人,高级工程师.副院长,从事路基路面教学和科研工作 计的工程要求,从而将6个计算公式归化为一个计 算公式,使计算过程大为简化. 1E与h,Ei的回归方程 在研究中,试图将所有基层E的计算公式归化 为一个计算式,但计算实例检验误差较大,有极少数 误差超出10%.为了提高回归精度,将基层按半刚 性基层,不设垫层的半刚性基层,沥青类柔性基层, 分别进行回归分析计算,从而得到E与h,E的回 归方程.