水泥路面结构设计计算书.doc

第五章 水泥混凝土路面
5.1 交通量计算
该段高速公路位于Ⅳ7区。设计为双向四车道。
5-1表 交通量计算表
车型
车轴
p
轴轮型
Ne，i
合计
小客车
前轴
11.5
1—1
0
1.6E+08
后轴
23.5
1—2
2轴中客车
前轴
30
1—1
89

后轴
55
1—2
2轴大客车
前轴
40
1—1
962501
后轴
95
1—2
2轴中货
前轴
30
1—1
454
后轴
60
1—2
2轴中货
前轴
40
1—1
607
后轴
60
1—2
2轴中货
前轴
45
1—1
404286
后轴
95
1—2
2轴大货车
前轴
35
1—1
10881844
后轴
140
1—2
2轴大货车
前轴
50
1—1
34127758
后轴
155
1—1
2轴大货车
前轴
55
1—1
29738522
后轴
175
3—2
3轴特大货车
前轴
50
1—1
1114582
后轴
100
2—2
3轴特大货车
前轴
80
1—1
16938092
后轴
125
2—2
3轴特大货车
前轴
80
1—1
16842385
后轴
135
2—2
4轴特大货车（半拖挂）
前轴
65
2—1
20235815
后轴
150
2—2
4轴特大货车（半拖挂）
前轴
85
2—1
20236408
后轴
140
2—2
5轴特大货车（拖挂）
前轴
60
2—1
772660
后轴
100
3—2
6轴特大货车（拖挂）
前轴
70
2—1
8439809
后轴
130
3—2

方向分派系数取0.5，车道分派系数取0.8，标准轴载100kN，最重轴载250kN。
则

其中：

5.2 交通分析
车辆轮迹横向分布系数取0.2，高速公路设计基如期为30年安全等级为一级，交通量年平均增长率为7.6%。计算累计标准轴次：

由于，所以属于特重交通等级。

5.3 拟定方案
根据交通等级，现拟定在干燥和中湿状态下，分别设计三种方案。见表5-2：
表5-2
方案
路基状态
结构层位
结构层名称
厚度（cm）
方案一
干燥
面层
水泥混凝土
30
夹层
沥青混凝土
4
基层
碾压混凝土
20
垫层
级配碎石
15
中湿
面层
水泥混凝土
30
夹层
沥青混凝土
4
基层
碾压混凝土
20
垫层
级配碎石
20

方案
路基状态
结构层位
结构层名称
厚度（cm）
方案二
干燥
面层
水泥混凝土
30
夹层
沥青混凝土
4
基层
贫混凝土
20
垫层
级配碎石
15
中湿
面层
水泥混凝土
30
夹层
沥青混凝土
4
基层
贫混凝土
20
垫层
级配碎石
20

方案
路基状态
结构层位
结构层名称
厚度（cm）
方案三
干燥
面层
水泥混凝土
30
基层
密级配粗粒式沥青碎石
8
底基层
水稳碎石
12
垫层
级配碎石
15
中湿
面层
水泥混凝土
30
基层
密级配粗粒式沥青碎石
8
底基层
水稳碎石
12
垫层
级配碎石
20

5.4 路面结构验算
5.4.1 方案一(干燥状态)
各结构层的参数如表5-3所示
表5-3
名称
厚度（cm）
模量(Mpa)
泊松比
水泥混凝土
30
31000
0.15
碾压混凝土
20
27000
0.15
级配碎石
15
250
0.35
土基

80

注：
这里面层与基层间有40mm沥青混凝土夹层
设计普通混凝土面层板的尺寸(长×宽)为：5m×3.75m
普通混凝土面层的弯拉强度标准值，线膨胀系数
取地基回弹模量为90MPa，由于未知距地下水位距离，假设实际折减后的值为80MPa
则
故下层板底部的地基当量综合回弹模量为

取120Mpa。
(1) 计算弯曲刚度

(2) 荷载疲劳应力计算

其中参数：，
(3) 温度疲劳应力计算
已知该路段位于Ⅳ7区，取最大温度梯度Tg=90℃/m。
查公路水泥混凝土路面设计规范B.5.2条得：

，
(4) 极限状态验算

故该设计方案满足规定。

5.4.2 方案一(中湿状态)
各结构层的参数如表5-4所示：
表5-4
名称
厚度（cm）
模量(Mpa)
泊松比
水泥混凝土
30
31000
0.15
碾压混凝土

20
27000
0.15
级配碎石
20
250
0.35
土基

60

注：
这里面层与基层间有40mm沥青混凝土夹层
设计普通混凝土面层板的尺寸(长×宽)为：5m×3.75m
普通混凝土面层的弯拉强度标准值，线膨胀系数
取地基回弹模量为90MPa，由于未知距地下水位距离，假设实际中湿状态折减后为60MPa
则
故下层板底部的地基当量综合回弹模量为

取110Mpa。
(1) 计算弯曲刚度

(2) 荷载疲劳应力计算

其中参数：，
(3) 温度疲劳应力计算
已知该路段位于Ⅳ7区，取最大温度梯度Tg=90℃/m。
查公路水泥混凝土路面设计规范B.5.2条得：

，
(4) 极限状态验算

故该设计方案满足规定。

5.4.3 方案二(干燥状态)
各结构层的参数如表5-5所示：
表5-5
名称
厚度（cm）
模量(Mpa)
泊松比
水泥混凝土
30
31000
0.15
贫混凝土
20
21000
0.15
级配碎石
15
250
0.35
土基

80

注：
这里面层与基层间有40mm沥青混凝土夹层
设计普通混凝土面层板的尺寸(长×宽)为：5m×3.75m
普通混凝土面层的弯拉强度标准值，线膨胀系数
取地基回弹模量为90MPa，由于未知距地下水位距离，假设实际折减后的值为80MPa
故下层板底部的地基当量综合回弹模量为

取120Mpa。
(1) 计算弯曲刚度

(2) 荷载疲劳应力计算

其中参数：，
(3) 温度疲劳应力计算
已知该路段位于Ⅳ7区，取最大温度梯度Tg=90℃/m。
查公路水泥混凝土路面设计规范B.5.2条得：

，
(4) 极限状态验算

故该设计方案满足规定。

5.4.4 方案二(中湿状态)
各结构层的参数如表5-6所示：
表5-6
名称
厚度（cm）
模量(Mpa)
泊松比
水泥混凝土
30
31000
0.15
贫混凝土
20
21000
0.15
级配碎石
15
250
0.35
土基

80

注：
这里面层与基层间有40mm沥青混凝土夹层
设计普通混凝土面层板的尺寸(长×宽)为：5m×3.75m
普通混凝土面层的弯拉强度标准值，线膨胀系数
取地基回弹模量为90MPa，由于未知距地下水位距离，假设实际中湿状态折减后为60MPa
则
故下层板底部的地基当量综合回弹模量为

取110Mpa。
(1) 计算弯曲刚度

(2) 荷载疲劳应力计算

其中参数：，
(3) 温度疲劳应力计算
已知该路段位于Ⅳ7区，取最大温度梯度Tg=90℃/m。
查公路水泥混凝土路面设计规范B.5.2条得：

，
(4) 极限状态验算

故该设计方案满足规定。

5.4.5 方案三(干燥状态)
各结构层的参数如表5-7所示：
表5-7
名称
厚度（cm）
模量(Mpa)
泊松比
水泥混凝土
30
31000
0.15
密级配粗粒式沥青碎石
8
3000
0.3
水稳碎石
12
2023
0.2
级配碎石
15
250
0.35
土基

80

注：
设计普通混凝土面层板的尺寸(长×宽)为：5m×3.75m
普通混凝土面层的弯拉强度标准值，线膨胀系数
取地基回弹模量为90MPa，由于未知距地下水位距离，假设实际折减后的值为80MPa
故下层板底部的地基当量综合回弹模量为

取120Mpa。
(1) 计算弯曲刚度

(2) 荷载疲劳应力计算

其中：，
(3) 温度疲劳应力计算
已知该路段位于Ⅳ7区，取最大温度梯度Tg=90℃/m。查规范得：

，
(4) 极限状态验算

故该设计方案满足规定。

5.4.6 方案三(中湿状态)
各结构层的参数如表5-8所示：
表5-8
名称
厚度（cm）
模量(Mpa)
泊松比
水泥混凝土
30
31000
0.15
密级配粗粒式沥青碎石
8
3000
0.3
水稳碎石
12
2023
0.2
级配碎石
20
250
0.35
土基

60

注：
设计普通混凝土面层板的尺寸(长×宽)为：5m×3.75m
普通混凝土面层的弯拉强度标准值，线膨胀系数
原地基回弹模量为80MPa，综合中湿状态取实际值为60MPa
则
故下层板底部的地基当量综合回弹模量为

取110Mpa。
(1) 计算弯曲刚度

(2) 荷载疲劳应力计算

其中：，
(3) 温度疲劳应力计算
已知该路段位于Ⅳ7区，取最大温度梯度Tg=90℃/m。查规范得：

，
(4) 极限状态验算

故该设计方案满足规定。