二级公路水泥混凝土路面厚度计算书

某二级公路路面结构设计

1 水泥混凝土路面厚度计算书

1 轴载换算

表1.1 日交通车辆情况表

序号 汽车型号 流量

（辆/天） 前轴重（kN） 后轴重（kN） 后轴数 轮组数

1 解放CA15 200 20.97 70.38 1 2

2 解放CA50 260 28.70 68.20 1 2

3 黄河JN253 150 55.00 2×66.00 2 2

4 尼桑CK20L 180 49.85 100.00 1 2

5 日野KB222 330 50.20 104.30 1 2

轴载换算公式如下：

niiiisPNN116)100(

其中i为轴-轮系数，单轴-双轮组时，1i，单轴-单轮时，按下式计算：

43.031022.2iiP

双轴-双轮组时，按下式计算：

22.051007.1iiP

三轴-双轮组时，按下式计算：

22.081024.2iiP

表1.2 轴载换算结果表

车型 kNPi/ i iN 16)100(iiiPN

解放CA15 前轴 20.97 599.88 200 61068.1

后轴 70.38 1 200 0.725 某二级公路路面结构设计

2 解放CA50 前轴 28.70 524.16 260 41089.2

后轴 68.20 1 260 0.5695

黄河JN253 前轴 55.00 396.28 150 4.17

后轴 00.662 61026.4 150 0

尼桑CK20L 前轴 49.85 413.38 180 1.082

后轴 100.00 1 180 180

日野KB222 前轴 50.20 412.15 330 2.21

后轴 104.30 1 330 647.24

累 计 834

2 确定交通量相关系数。

2.1 设计基准期内交通量的年平均增长率。

可按公路等级和功能以及所在地区的经济和交通发展情况，通过调查分析，预估设计基准期内的交通增长量，确定交通量年平均增长率。取%5。

2.2车辆轮迹横向分布系数

表2.1 车辆轮迹横向分布系数

公路等级 纵缝边缘处

高速公路、一级公路、收费站 0.17～0.22

二级及二级以下公路 行车道宽>7m 0.34～0.39

行车道宽≤7m 0.54～0.62

注：车道或行车道宽或者交通量较大时，取高值；反之，取低值。

由规范得：二级公路的设计基准期为20年，安全等级为三级，取39.0。

⒊ 计算基准期内累计当量轴次。

设计基准期内水泥混凝土面层临界荷位处所承受的标准轴载累计作用次数，可按下式计算确定。

3651)1(tseNN

代入数据得62010926.339.005.03651)05.01(834eN次 某二级公路路面结构设计

3 属重交通等级。

4 初拟路面结构。

由规范得，相应于安全等级三级的变异水平等级为中级。根据二级公路、重交通等级和中级变异水平等级，查规范初拟普通混凝土面层厚度为0.22m。基层选用水泥稳定粒料（水泥用量5%），厚0.18m。垫层为0.15m低剂量无机结合料稳定土。普通混凝土板的平面尺寸为宽4.5m,长5.0m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。 5 路面材料参数确定。 根据规范，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。

路基回弹模量取30MPa。低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量取600MPa，水泥稳定粒基层回弹模量取1300MPa。

6 计算荷载疲劳应力。

新建公路的基层顶面当量回弹模量和基层当量厚度计算如下：

MPahhEhEhEx101315.018.015.060018.013002222222122121

12211221322311)11(4)(12hEhEhhhEhEDx

1233)15.0600118.013001(4)15.018.0(1215.06001218.01300 mMN•57.2

mEDhxxx312.01013/57.212)12(33/1

293.4)301013(51.1122.6)(51.1122.645.045.00EEax

792.0)301013(44.11)(44.1155.055.00EEbx 某二级公路路面结构设计

4 MPaEEEahExbxt165)301013(30312.0293.4)(3/1792.03/100

选取混凝土板的纵向边缘中部作为产生最大荷载和温度梯度综合疲劳损坏的临界荷位。设计基准期内的荷载疲劳应力系数按下式计算确定。

efNk

式中ν是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，ν=O.057；碾压混凝土和贫混凝土，ν=0．065。

故376.2)10926.3(057.06efNk

普通混凝土面层的相对刚度半径按公式31)(537.0tcEEhr计算。

代入数据有mEEhrtc677.0165/310022.0537.0)(537.0331

标准轴载PS在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力计算为：

MPahrps259.122.0677.0077.0077.0260.0260.0

标准轴载sP在临界荷载处产生的荷载疲劳应力按下式确定：

pscfrprkkk

因为纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数87.0fk。kc按公路等级查下表确定。20.1ck

表6.1 综合系数kc

公路等级 高速公路 一级公路 二级公路 三、四级公路

kc 1.30 1.25 1.20 1.10

代入数据，荷载疲劳应力计算为： 某二级公路路面结构设计 5 MPakkkpscfrpr123.3259.120.1376.287.0

7 计算温度疲劳应力。

由规范知，Ⅱ区最大温度梯度取为88℃/m。板长5m,39.7677.0/5/rl,由下表可查普通混凝土厚h=0.22m,71.0xB.

图7.1 温度应力系数xB

最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为：

MPaBhTExgcctm13.271.028822.03100010125

温度的疲劳应力系数计算：

式中a、b、c按下表取值：

表7.1 回归系数a、b和c

系 数 公路自然区划

II III Ⅳ V Ⅵ V11

a 0.828 0.855 0.841 0.871 0.837 0.834 某二级公路路面结构设计

6 b 0.041 0.041 0.058 0.071

0.038

0.052

c 1.323 1.355 1.323 1.287 1.382 1.270

查表得，a=0.828,b=0.041,c=1.323.代入公式得：

532.0041.0)513.2(828.013.25)(323.1bfafkcrtmtmrt

综上，温度疲劳应力计算为：

MPaktmttr13.113.2532.0

8 检验初拟路面结构。

因为二级公路的安全等级为三级，相应于三级安全等级的变异系数为中级，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13.1r。

MPafMPartrprr0.5806.4)13.1123.3(13.1)(

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

9 水泥板接缝设计

9.1 纵向接缝

纵向施工缝采用设拉杆平缝形式，上部锯切槽口，深度为35mm，宽度为5mm，槽内灌塞沥青橡胶填缝料，构造如图。拉杆直径为14mm，长度为700mm，间距为800mm。

9.2 横向接缝

横向缩缝采用设传力杆假缝形式，上部锯切槽口，深度为50mm，宽度为5mm，槽内灌塞沥青橡胶填缝料，结构如图。传力杆直径为28mm，长度为500mm，间距为250m

10 结构设计图

结构设计断面、接缝设计详图具体见附图所示。

11 工程数量表 某二级公路路面结构设计

7 11.1 垫层工程数量表

垫层工程量表的内容和基层差不多，垫层拟采用小型机具施工，垫层的宽度比基层每侧宽出250mm，取为0.25m，详细内容见表8.3所示。

表8.3 垫层工程数量表

材料 低剂量无机结合料稳定土

回弹模量（MPa） 600

长度（m） 8000

宽度（m） 9+20.25+20.25=10

厚度（cm） 15

面积（2m） 80000800010

体积（3m） 1200015.0800010

11.2 基层工程数量表

基层工程数量表涵盖了基层的长度，宽度，厚度等一些基本的数据，为概预算设计作铺垫。基层拟采用小型机具施工，依据规范知基层的宽度应比混凝土面层每侧至少宽出250mm，取为0.25m，计算结果见表8.2所示。

表8.2

基层工程数量表

材料 水泥稳定粒料（水泥用量5%）

回弹模量（MPa） 1300

长度（m） 8000

宽度（m） 9+20.25=9.5

厚度（cm） 18

面积（2m） 7600080005.9

体积（3m） 1368018.080005.9