张鹏水泥混凝土路面计算书.doc

第二师32团~G218二级公路水泥混凝土路面结构设计
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
桑塔纳
2334

21

2
五十铃
4019

42

3
解放CA10B
2094
19.4
60.85
1
2
4
黄河JN150
856
49.0
101.6
1
2
5
黄河JN162
180
59.5
115.0
1
2
6
交通SH361
17
49.85
2×110.0
2
2
轴载换算公式如下：

其中为轴-轮系数，单轴-双轮组时，，单轴-单轮时，按下式计算：

双轴-双轮组时，按下式计算：

表1.2 轴载换算结果表
车型

桑塔纳
前轴

后轴
21.0
599.51
2334

五十铃
前轴

后轴
42
445.86
4019
1.68
解放CA10B
前轴
19.4
620.29
2094

后轴
60.85
1
2094
0.7
黄河JN150
前轴
49.0
416.46
856
3.9
后轴
101.6
1
856
1103.5
黄河JN162
前轴
59.5
383.1
180
17.0
后轴
115.0
1
180
1684.4
交通SH361
前轴
60.0
381.72
17
1.8
后轴
2110.0

17

累 计
2813

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。
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0.35。
2.3 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。

代入数据得次
查表3.0.7，属重交通等级。
3 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0.25m。基层选用水泥稳定碎石（水泥用量5%），厚0.20m。垫层为级配碎石，厚0.2m。普通混凝土板的平面尺寸为。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。
4 路面材料参数确定。
根据规范，查表3.0.8，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。玄武岩粗集料水泥混凝土线性膨胀系数。
查表E0.0.1-1和表E0.0.1-2，取土基回弹模量为80Mpa，取调整系数为0.8，由此，路床顶综合回弹模量取为：。
查表E0.0.2-2，取水泥稳定碎石弹性回弹模量为2000Mpa，泊松比为0.2，级配碎石底基层回弹模量为230Mpa。
按式（B.2.4.1）~式（B.2.4-4）计算板底地基综合回弹模量。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：

式中 ——基层顶面的当量回弹模量（MPa）；
——路床顶面的回弹模量（MPa）；
——基层和底基层的当量回弹模量（MPa），按式（B.1.5-2）计算；
——基层和底基层的当量厚度（m），按式（B.1.5-3)计算；
取板底综合回弹模量取为64MPa。
混凝土面层板的弯曲刚度Dc，半刚性基层板的弯曲刚度Db，路面结构总相对刚度半径为：

5、荷载应力
按式（B.4.1-1)，标准轴载和极限荷载在临界荷位处产生的荷载应力为：

式中 ——标准轴载在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力（MPa）；
——水泥混凝土面层相对刚度半径（m)；
——混泥土板的厚度（m)；
——水泥混泥土的弯拉弹性模量（MPa）；
——标准轴载在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力（MPa）；

计算面层荷载疲劳应力，计算面层最大荷载应力。
《规范》（B.2.1）
式中 —— 标准轴载在临界荷位处产生的疲劳应力（MPa）；
——标准轴载在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力（MPa);
——考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为设拉杆平缝时，=（0.87~0.92)（刚性和半刚性基层取低值，柔性基层取高值），由于纵缝为设拉杆的平缝，基层为半刚性基层，故接缝传荷能力的应力折减系数=0.87；
——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，按式（B.2.3）条计算；
——考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数，根据该公路等级为二级，按表B.2.1取值=1.05。

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：
《规范》（B.2.3-1）
式中 ——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；
——计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数，=；
——与混合料性质有关的指数，普通混泥土、钢筋混泥土、连续配筋混
泥土，；
即：
故标准轴载在四边自由板临界荷位处产生的疲劳应力计算为：

6、 温度疲劳应力
由表3.0.10，最大温度梯度取92C/m，按B.3.3和B.5.2计算综合温度翘曲应力和内应力的温度应力系数。

式中 ——最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力（MPa）；
——混凝土的线膨胀系数（），通常可取为；
——最大温度梯度，由《规范》表3.0.8，Ⅵ区最大温度梯度取=92（℃/m）；
按式（B.3.2)计算面层最大温度应力:

温度疲劳应力系数,可按式(B.3.4)计算:

式中 a、b和c——回归系数，由于该公路建在Ⅵ区，查《规范》表B.3.4得，a=0.837,b=1.382,c=0.038；
——普通混凝土面层的弯拉强度标准值（MPa），=5.0MPa；
——最大温度梯度时混泥土板的温度翘曲应力（MPa）；

计算温度疲劳应力,按式（B.3.1)得：

式中 ——在临界荷载位置处的温度疲劳应力（MPa）；
——考虑温度应力累计疲劳作用的疲劳应力系数，按B.3.4条确定；

7 、结构极限状态校核
水泥混泥土路面结构设计以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态，即：

式中 ——可靠度系数，查《规范》表3．0．1，二级公路的安全等级为二级，目标可靠度为85％，目标可靠指标为1.04，变异系数取中等，查《规范》表3-1，确定可靠度系数=1.10；
——面层板在临界荷位处产生的行车荷载疲劳应力（MPa）；
——面层板在临界荷位处产生的温度梯度疲劳应力（MPa）；
——最重的轴载在临界荷位处产生的温度梯度疲劳应力（MPa)；
——所在地区最大温度梯度在临界荷位处产生的最大温度翘曲应力（MPa）；
——普通混凝土面层的弯拉强度标准值（MPa），=5MPa；
即：
<
<
满足要求。
因而，所拟的路面结构层，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，以及最重轴载在最大温度梯度时的一次作用。拟定的厚为0.25m的普通混凝土面层，0.2m的水泥稳定碎石基层，0.20m的级配碎石组成的路面结构满足要求。

8 水泥板接缝设计
1）纵缝设计：
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，槽内灌塞填缝料。因一次铺筑宽度等于4.5m，故可不设置纵向缩缝。纵缝与路线中线平行，采用螺纹钢筋，设在板厚中央，并对拉杆中部100mm范围内进行防锈处理。因面层厚度为25mm，两纵缝间距为4.5m，所以拉杆尺寸为。纵缝构造和传力杆布置如图8-1和图8-2所示。

拉杆直径、长度、间距（mm）
面层厚度（mm）
到自由边或未设拉杆纵缝距离（m）
4.50

图8-1 纵向施工缝构造（单位:cm，钢筋直径为mm。）

图8-2 拉杆布置（单位：cm）
2)横缝设计：
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。其位置应设在缩缝或胀缝处。缩缝处的伸缩缝采用加传力杆的平缝形式。设在胀缝处的施工缝，其构造与胀缝相同，横向缩缝可等间距或变间距布置，因此交通为重交通，所以采用设传力杆假缝形式。顶部应锯切槽口，设置传力杆时槽口深度宜为面层厚度的，槽口宽度为3-8mm，槽内填塞填缝料，传力杆采用光圆钢筋，其传力杆的尺寸间距和要求与胀缝相同，由表5.3.5选用，最外侧传力杆距纵向接缝或自由边的距离在150-250mm之间。横缝构造和传力杆布置如图9-1、9-2和10-1所示。
传力杆尺寸和间距（mm）
面层厚度
传力杆直径
传力杆最小长度
传力杆最大间距
250
32
450
300

图9-1 横向施工缝构造（单位:cm，钢筋直径为mm。）

图9-2 设传力杆假缝缩缝构造（单位:cm，钢筋直径为mm。）
图10-1 传力杆布置（单位“cm）

3）普通混凝土面层配筋
重交通水泥混凝土面层的胀缝、施工缝和自由边的角隅，陪置角隅钢筋。可选用2根直径为12~16mm的螺纹钢筋，置于面层上部，距顶面不小于50mm，距边缘为100mm。如图10-2所示。

图10-2 角隅钢筋布置（单位：cm）
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