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1、.-高速公路水泥混凝土路面设计实例一、轴载换算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。不同轴轮型和轴载的作用次数，按下式换算为标准轴载的作用次数。 （1） ； （2） （3） ； （4）Ns100KN的单轴-双轮组标准轴载的作用次数；Pi单轴-单轮、单轴-双轮组或三轴-双轮组轴型级轴载的总重（KN）；轴型和轴载级位数；各类轴型级轴载的作用次数；轴-轮型系数，单轴-双轮组时，=1；单轴-单轮时，按式（2）计算；双轴-双轮组时，按式（3）计算；三轴-双轮组时,按式（4)计算。轴载换算车型(KN)(次/日)小客车前轴16.566567500后轴23.0167500中客车SH
2、130前轴25.5555120000后轴45.10120000.0059大客车CA50前轴28.70524.212500后轴68.20112502.7382小货车BJ130前轴13.40727.342500后轴27.40142500中货车CA50前轴28.70524.215000后轴68.20115003.2858中货车EQ140前轴23.70569.121250后轴69.20121255.8757大货车JN150前轴49.00416.521250.02347后轴101.60121252739.4177特大车日野KB222前轴50.20412.115000.0244后轴104.30115002
3、941.9832拖挂车五十铃前轴60.00381.7187.50.0529后轴100（3轴）0187.505693.4073上表为双车道双向交通调查结果， 取交通量年平均增长率为9.5。小于和等于40KN(单轴)和80KN（双轴）的轴载可略去。调查分析双向交通的分布情况，选取交通量方向分布系数，一般取0.5，车道数为6，所以交通量车道分布系数取0.6。Ns=0.50.65693.4073=1708.02次查公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)，此路面属重交通，设计使用年限为30年。由公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)取轮迹横向分布系数为0.22，可计算得到设计年限
4、内标准轴载累计作用次数Ne为：二、路面板厚度计算路基的强度和稳定性同路基的干湿状态有密切关系，并在很大程度上影响路面结构的设计，路基按干湿状态不同，分为四类：干燥、中湿、潮湿和过湿。为了保证路基路面结构的稳定性一般要求路基处于干燥或中湿状态，当处于过湿状态时，路基不稳定，冰冻区春融翻浆，非冰冻区弹簧，路基经处理后方可铺筑路面。下面对潮湿、中湿、干燥3种状态分别讨论。（一）干燥状态1、初拟路面结构查公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)表4.4.6，初拟普通水泥混泥土路面层厚度为h=0.26m, 基层选用水泥稳定碎石（水泥用量为5），厚为h1=0.22m。底基层厚度为h2=0.20m
5、的级配碎石。普通水泥混凝土板的平面尺寸宽为3.75m,长为5.0m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆假缝。2、材料参数的确定（1）混凝土的设计弯拉强度与弹性模量按公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)表3.0.6，取普通混泥土面层的弯拉强度标准值,相应弯拉弹性模量标准值为 （2）土基的回弹模量参照公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)附录F，路基回弹模量取。查附录F.2,水泥稳定粒料基层回弹模量取，级配碎石回弹模量取。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（B.1.3-2）计算为3、荷载疲劳应力计算按式（B.1.3），标准轴载在临
6、界荷位处产生的荷载应力计算为因纵缝为设拉平缝，接缝传荷能力的应力折减系数。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。根据公路等级，由公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)附录B，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数按式（B.1.2），荷载疲劳应力计算为 4、温度疲劳应力由公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)表3.0.8，区最大温度梯度区88/。板长，由图B.2.2可查普通混凝土板厚, 按式（B.2.2），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，按式（B.2.3）计算为再由式（B2.1）计算温度疲劳应力为5、可靠度计算由公路水泥
7、砼路面设计规范(JTG D40-2002)表3.0.1，高速公路的安全等级为一级，相应于一级安全等级的变异水平等级为低级，目标可靠度为95%，再根据查的目标可靠度变异水平等级，查公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)表3.0.3，确定可靠度系数，按式（3.0.3）因而所选的普通混凝土面层厚度，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。（二）中湿状态1、初拟路面结构查公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)表4.4.6，初拟普通水泥混泥土路面层厚度为h=0.26m, 基层选用水泥稳定碎石（水泥用量为5），厚为h1=0.22m。底基层厚度为h2=0.20m的级配碎
8、石。普通水泥混凝土板的平面尺寸宽为3.75m,长为5.0m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆假缝。2、材料参数的确定（1）混泥土的设计弯拉强度与弹性模量按公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)表3.0.6，取普通混泥土面层的弯拉强度标准值,相应弯拉弹性模量标准值为 （2）土基的回弹模量参照公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)附录F，路基回弹模量取。查附录F.2,水泥稳定粒料基层回弹模量取，天然砂砾回弹模量取。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（B.1.3-2）计算为3、荷载疲劳应力计算按式（B.1.3），标准轴载在临界荷位处
9、产生的荷载应力计算为因纵缝为设拉平缝，接缝传荷能力的应力折减系数。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。根据公路等级，由公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)附录B，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数按式（B.1.2），荷载疲劳应力计算为 4、温度疲劳应力由公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)表3.0.8，区最大温度梯度区88/。板长，由图B.2.2可查普通混凝土板厚, 按式（B.2.2），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，按式（B.2.3）计算为再由式（B2.1）计算温度疲劳应力为5、可靠度计算由公路水泥砼路面设
10、计规范(JTG D40-2002)表3.0.1，高速公路的安全等级为一级，相应于一级安全等级的变异水平等级为低级，目标可靠度为95%，再根据查的目标可靠度变异水平等级，查公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)表3.0.3，确定可靠度系数，按式（3.0.3）因而所选的普通混凝土面层厚度，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。（三）潮湿状态1、初拟路面结构查公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)表4.4.6，初拟普通水泥混泥土路面层厚度为h=0.26m, 基层选用水泥稳定碎石（水泥用量为5），厚为h1=0.22m。底基层厚度为h2=0.20m的级配碎石。普通
11、水泥混凝土板的平面尺寸宽为3.75m,长为5.0m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆假缝。2、材料参数的确定（1）混泥土的设计弯拉强度与弹性模量按公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)表3.0.6，取普通混泥土面层的弯拉强度标准值,相应弯拉弹性模量标准值为 （2）土基的回弹模量参照公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)附录F，路基回弹模量取。查附录F.2,水泥稳定粒料基层回弹模量取，天然砂砾回弹模量取。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（B.1.3-2）计算为3、荷载疲劳应力计算按式（B.1.3），标准轴载在临界荷位处产生的荷
12、载应力计算为因纵缝为设拉平缝，接缝传荷能力的应力折减系数。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。根据公路等级，由公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)附录B，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数按式（B.1.2），荷载疲劳应力计算为 4、温度疲劳应力由公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)表3.0.8，区最大温度梯度区88/。板长，由图B.2.2可查普通混凝土板厚, 按式（B.2.2），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，按式（B.2.3）计算为再由式（B2.1）计算温度疲劳应力为5、可靠度计算由公路水泥砼路面设计规范(
13、JTG D40-2002)表3.0.1，高速公路的安全等级为一级，相应于一级安全等级的变异水平等级为低级，目标可靠度为95%，再根据查的目标可靠度变异水平等级，查公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)表3.0.3，确定可靠度系数，按式（3.0.3）因而所选的普通混凝土面层厚度，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。三、连续配筋混凝土面层纵向配筋计算1、计算参数混凝土强度等级为C40，查表F5，得混凝土抗拉强度标准值=3.5(MPa)，粘结刚度系数=34(MPa/mm)，连续配筋混凝土干缩应变=O.0002。选用HRB335螺纹钢筋，直径为：16mm，查附录F.4，得
14、到弹性模量Es= 200GPa、屈服强度 =335MPa。2、横向裂缝间距计算按式(E.O.2-3)，混凝土温缩应力系数为初拟配筋率=O.7，按式(E.O.2-2)，计算钢筋贡献率为由和，查图E.O.2，得，代入式(E.0.2-1)中满足横向裂缝间距1.02.5m的要求。3、裂缝宽度计算根据钢筋贡献率为和，查图E.0.3，得裂缝宽度系数，按式(E.O.3)计算裂缝宽度为4、钢筋应力计算根据钢筋贡献率为和，查图E.0.4，得钢筋温度应力系数，按式(E.0.4)计算钢筋应力为5、钢筋间距或根数计算上述计算均满足要求，则初拟的纵向钢筋配筋率是合适的。钢筋间距为或每延米纵向钢筋根数为1000120=8
15、.39根。四、确定结构层设计参数根据公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)的建议值取定路面各结构层适宜厚度，设计水泥混凝土路面方案如下，并按照上面方法进行验算符合要求。水泥混凝土路面各种设计方案列表如下路基状态结构层层 厚（cm）干 燥水泥混凝土面层26水泥稳定碎石基层22级配碎石底基层20中 湿水泥混凝土面层26水泥稳定碎石基层20级配碎石底基层20潮 湿水泥混凝土面层26水泥稳定碎石基层22级配碎石垫层22五、板的平面尺寸 水泥混凝土路面设计采用矩形水泥混凝土板，纵向和横向接缝垂直相交，其纵向两侧的横缝不得互相错位。(1)纵缝间距过宽容易产生纵向断裂，因而规范规定板宽不超过4.
16、5m，由于单侧行车道路面宽11.25m，故设计板宽取为3.75m。(2)横缝间距取为5.0m，使混凝土板尽可能接近正方形，以改善受力状态。(3)为使混凝土路面使用寿命较长，设计水泥混凝土板厚为20cm。六、接缝设计1、纵缝设计一次铺筑宽度为3.75m，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35mm，宽度为6mm，槽内灌塞填缝料。纵向施工缝（单位：mm）纵向缩缝：采用假缝形式，锯切的槽口深度应大于施工缝的槽口深度。采用粒料基层时，槽口深度应为板厚的1/3；采用半刚性基层时，槽口深度应为板厚的2/5。纵向缩缝（单位：mm）2、横向接缝横向施工缝其位置尽可能选在缩缝或胀缝处。横向施工缝构造（单位：mm） 横向缩缝可等间距或变间距布置，采用假缝形式，顶部应锯切槽口，深度为面层厚度的1/5-1/4，宽度为6mm，槽内填塞填缝料。横向缩缝构造（单位：mm）