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1、路面工程课程设计指导书张家平 编土木与建筑工程学院二一五年四月路面工程课程设计指导书一、新建公路水泥混凝土路面设计设计标准的选取各级公路水泥砼路面结构的设计安全等级及相应的设计基准期、目标可靠度和目标可靠度指标，以及路面的材料性能和结构尺寸参数的变异水平等级应符合表1的规定。表1 可靠度设计标准公路等级高速公路一级公路二级公路三级公路四级公路安全等级一级二级三级设计基准期(a)30201510目标可靠度()9590858070目标可靠指标1.641.281.040.840.52变异水平等级低低中中高交通量调查与分析设计车道使用初期的年平均日货车交通量根据给定的该公路使用初年年平均日交通量（双向
2、）和车辆组成数据，剔除2轴4轮以下的客、货车交通量，得到初期年平均日货车交通量（双向），再乘以方向分配系数（一般可取0.50.6）和车道分配系数（见表2），即为设计车道的年平均日货车交通量（ADTT）。ADTT =（1600学号120）12式中：1方向分配系数； 2车道分配系数。上式ADTT计算中，注意尚含有2轴4轮以下的客、货车交通量（本设计即小汽车），建议在轴载换算中予以剔除即可。表2 2轴6轮及以上车辆及交通量的车道分配系数单向车道数1234车道分配系数高速公路0.700.850.450.600.400.50其他等级公路1.000.500.750.500.75轴载换算换算为设计轴载，即设
3、计车道使用初期的标准轴载日作用次数NS计算如下：式中：NS设计轴载的作用次数； Pi第i级轴载重(kN)，联轴按每一根轴载单独计； PS设计轴载重(kN)； n 各种轴型的轴载级位数；Ni i级轴载的作用次数。设计基准期内水泥砼面层临界荷位处所承受的设计轴载累计作用次数Ne式中：Ne设计基准期内设计车道所承受的设计轴载累计次数（轴次/车道）； NS设计车道使用初年设计轴载日作用次数； t 设计基准期（年）； gr 基准期内交通量的年平均增长率（以分数计）；临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，见表3。表3 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0.170.22二级及二级以
4、下公路行车道宽7m0.340.39行车道宽7m0.540.62注:车道、行车道较宽或者交通量较大时，取高值;反之，取低值。设计轴载计算建议列表4进行计算。表4 轴载换算及累计轴载车 型双向日交通量(量/d)前轴重(KN)后轴重(KN)后轴数后轴轮组数设计轴载数备 注黄河JN150解放CA10B东风EQ140太脱拉138交通荷载分级表5 交通荷载等级交通荷载等级极重特重重中等轻设计基准期内设计车道承受设计轴载(100KN)累计作用次数Ne(104)110611062000200010010033路基干湿类型划分及土基回弹模量确定 原规范：新建公路路基干湿类型按临界高度法确定，改建公路路基干湿类型
5、按分界稠度法确定。按路基土组及路基干湿类型将全线划分为若干段，使每段路基土及干湿类型大致相同。再按平均稠度查表得到推荐的土基回弹模量值作为该路段土基回弹模量设计值（见教材P395的表14-11）。新规范：路基干湿类型，根据受地下水或地表长期积水影响的临界水位深度，按路基工作区的湿度来源分为如下三类：潮湿类受地下水控制；干燥类受气候因素控制；中湿类兼受两方面影响。路基湿度临界水位深度（地下水毛细上升的高度），由当地经验根据土质确定。缺乏经验资料时，粘土可采用6m，砂质粘土和粉土可采用3m，砂可采用0.9m。路基设计状态要求为干燥或中湿状态。处于潮湿状态的路基应进行处理，可采取换填砂、砂砾、碎石等
6、透水性材料，或采取掺入消石灰等材料，或设置土工合成材料和加强路基排水等综合处治。新建公路路基回弹模量设计值E0可由下式确定：式中：E0路基回弹模量设计值（MPa）；E0路面结构设计路基回弹模量要求值（MPa），应符合上表的规定；MR标准状态（最佳含水率、规定压实度）下路基回弹模量值（MPa），可参照公路路基设计规范附录B，按土组类别或粒料类型由表B.1、B.2查取回弹模量参考值；KS路基回弹模量湿度调整系数，为平衡湿度（含水率）状态下的回弹模量与标准状态下的回弹模量之比，可按公路路基设计规范附录D，根据路基土组和路床顶距地下水位的距离查表D.0.1、D.0.2和D.0.3获得；K干湿循环或冻融
7、循环条件下路基土模量折减系数，通过试验确定。初步设计时，非冰冻地区可根据土质类型、失水率确定，季节性冰冻区可根据冻结温度、含水率确定，折减系数可取0.70.9。拟定路面结构组合方案及确定材料设计参数根据交通荷载等级、施工条件以及当地材料供应等情况，合理拟定路面结构组合设计方案。各结构层具体要求如下：面层水泥混凝土面层初拟厚度可按表6给定的参考范围选定。表6 水泥混凝土面层厚度的参考范围交通荷载等级极重特重重公路等级高速一级二级高速一级二级变异水平等级低低中低中低中低中面层厚度(mm)320320280300260280240270230260220交通荷载等级中等轻公路等级二级三、四级三、四级
8、变异水平等级高中高中高中面层厚度(mm)250220240210230200220190210180基层和底基层基层和底基层的材料可依据交通荷载等级、结构层组合要求和材料供应条件，参照表7选用。表7 各交通荷载等级的基层、底基层材料类型交通荷载等级基层材料类型交通荷载等级底基层材料类型极重、特重贫混凝土、碾压混凝土极重、特重、重级配碎石，水泥稳定碎石，石灰、粉煤灰稳定碎石沥青混凝土重密级配沥青稳定碎石水泥稳定碎石中等、轻未筛分碎石、级配砾石，或不设中等、轻级配碎石水泥稳定碎石，石灰、粉煤灰稳定碎石承受极重、特重或重交通荷载的路面，基层下应设置底基层；承受中等或轻交通荷载时，可不设底基层。当基层
9、采用无机结合料稳定类材料，且上路床由细粒士组成时，应在基层下设置粒料类底基层。硬路肩采用混凝土面层时基层的结构与厚度应与行车道相同。基层的宽度应比混凝土面层每侧宽出300mm(小型机具施工时)或650mm(滑模式摊铺机施工时) 。各类基层、底基层的适宜厚度见表8。表8 各类基层、底基层的适宜施工厚度类型适宜厚度(mm)贫混凝土或碾压混凝土120200无机结合料稳定粒料150200沥青混凝土2575沥青稳定碎石50100多孔隙水泥稳定碎石100150级配碎石、未筛分碎石、级配砾石或碎砾石100200垫层遇有以下情况时，应在基层或底基层下设置垫层：季节性冰冻地区，路面结构厚度小于最小防冻厚度要求时
10、，应设置防冻垫层，使路面结构厚度符合要求。水文地质条件不良的土质路堑，路床土湿度较大时，宜设置排水垫层。垫层应与路基同宽，厚度不得小于150mm。防冻垫层和排水垫层宜采用碎石、砂砾等颗粒材料。路基路床顶面的综合回弹模量值，轻交通荷载等级时不得低于40MPa，中等或重交通荷载等级时不得低于60Mpa，特重或极重交通荷载等级时不得低于80MPa。水泥混凝土路面板块划分及接缝设计纵向接缝的间距(即板宽)宜在3.04.5m范围内选用。横向接缝的间距(即板长)应按面层类型和厚度选定：普通水泥混凝土面层宜为46m，面层板的长宽比不宜超过1.35，平面面积不宜大于25m2。碾压混凝土或钢纤维混凝土面层宜为6
11、10m。钢筋混凝土面层宜为615m ，面层板的长宽比不宜超过2.5，平面面积不宜大于45m2。横向缩缝、胀缝、施工缝，以及纵向施工缝、缩缝的具体设计和要求详见现行水泥混凝土路面设计规范。水泥混凝土路面板厚验算力学计算模型弹性地基单层板模型一一适用于粒料基层上混凝土面层，旧沥青路面加铺混凝土面层，面层板底面以下部分按弹性地基处理。弹性地基双层板模型一一适用于无机结合料类基层或沥青类基层上混凝土面层，旧混凝士路面上加铺分离式混凝士面层；面层和基层或者新旧面层作为双层板，基层底面以下或者旧面层底面以下部分按弹性地基处理。复合板模型一一适用于两层不同性能材料组成的面层或基层复合板。旧混凝土路面上加铺结
12、合式混凝土面层，两层不同性能材料组成的层间教结的面层，作为弹性地基上的单层板或者弹性地基上双层板的上层板；无机结合料类基层或沥青类基层与无机结合料类底基层组成的基层，作为弹性地基上双层板的下层板。板厚验算标准混凝土面层板应力验算水泥混凝士路面结构设计应以面层板在设计基准期内，在行车荷载和温度梯度综合作用下，不产生疲劳断裂作为设计标准；并以最重轴载和最大温度梯度综合作用下，不产生极限断裂作为验算标准。其极限状态设计表达式采用：式中：r可靠度系数，据所选目标可靠度及变异水平等级按表9确定； pr行车荷载疲劳应力，MPa； tr温度梯度疲劳应力，M Pa；pmax最重的轴载在临界荷位处产生的最大荷载
13、应力(MPa) ，计算方法见规范附录B；tmax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)，计算方法见规范附录B； fr水泥混凝土弯拉强度标准值(MPa)，按表10确定。 贫混凝土或碾压混凝土基层或者双层板的下面层板应力验算贫混凝土或碾压混凝土基层应以设计基准期内行车荷载不产生疲劳断裂作为设计标准。其极限状态设计表达式为：式中：bpr基层内产生的行车荷载疲劳应力(MPa)，计算方法见规范附录B；fbr基层材料的弯拉强度标准值(MPa)。表9 可靠度系数变异水平等级目标可靠度（%）9590858070低1.201.331.091.161.041.08中1.331.501.161.231.081.131.041.07高1.231.331.131.181.071.11注：变异系数接近教材P479表16-21下限时，可靠度系数取低值；接近上限时，取高值。表10 水泥混凝土弯拉强度标准值交通荷载等级极重、特重、重中等轻水泥混凝土的弯拉强度标准值（MPa）5.04.54.0钢纤维混凝土的弯拉强
