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1、14第三章水泥混凝土路面设计3.1交通分析3.1.1可靠度设计标准及变异系数范围、可靠度系数的选用公路技术等级一级公路安全等级二级设计基准期（a）30目标可靠度（为90目标可靠指标1.28变异水平等级低-中可靠度系数1.163.2标准轴载作用次数的换算计算设计使用年限内的标准轴载累计作用次数Ne轴载换算的计算公式为:NsiNi i 116Pi100轴载换算结果表车辆Pi (KN轴型轴-轮型系数ini （次/日）江淮前轴17单轴单轮C cc ”30.432.22 10 Pi2700AL6600后轴26.5单轴双轮12700三 湘CK6640前轴20.5单轴单轮C CC ”30.432.22 10
2、 R800后轴37.5单轴双轮1800鞍山AK6980H前轴36.6单轴单轮2.22 103 pi 0.431530后轴72.3单轴双轮11530北京BJ130前轴13.55单轴单轮2.22 103 pi 0.431700后轴27.2单轴双轮11700解放CA50前轴28.7单轴单轮2.22 103 pi 0.43610后轴68.2单轴双轮1610东风EQ140前轴23.7单轴单轮2.22 103 pi 0.43850后轴69.2单轴双轮1850黄河JN150前轴49单轴单轮2.22 103 pi 0.43850后轴101.6单轴双轮1850日野KB222前轴50.2单轴单轮2.22 103
3、pi 0.43600后轴104.3单轴双轮1600五十铃EXR181L前轴60单轴单轮2.22 103 pi 0.4358后轴100二*由双轮2.24 10-8p-0.2258按规范查表得：交通等级为重，水泥混凝土路面的设计基准期为 30年，安全等级为二级，临界荷载处的车轮轮迹横向分布系数=0.22。交通年增长率为0.089 。设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为一 Ns 1 t 1 365Ne s301300 1 0.0891 3650.0890.22 13.966 106 次属于重交通等级普通混凝土设计弯拉强度fr (MPa)5.0钢纤维混凝土设计弯拉强度fr (MPa)6.03.3
4、 初拟路面结构查表得相应于安全等级二级的变异水平为中级。查表得初拟普通混凝土面层厚度为0.26m；基层采用水泥稳定粒料，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3.75m,长5m。 纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。3.4 路面材料参数确定查表可知，取普通混凝土的弯拉强度标准值为5.0MPa,相应弯拉弹性模量标准值为31Gpq低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量取 600Mpa水泥稳定粒料基层回弹模量取1300Mpa计算基层顶面当量回弹模量如下:Exh2E1h2E2h2仔1300 0.182 600 0.1520.182 0.1521013MPa
5、DEh3 E2h3x 122h1h24Eh1300 0.183 600 0.1530.1812E2h220.1541300 0.18600 0.1512.57 MN ?mhx12DxEx12 2.571013130.3120.456.221.51 ExE06.22 11.51 些300.454.2930.55Et ahbE。E 13 xEo1.44 三 Eo1.441013300.550.7920 7924.293 0.3121013 330 30165MPa普通混凝土面层相对刚度半径rg 0.537h3 EJEt0.5370.26 3 31000/165 0.800m3.5 荷载疲劳应力标准
6、荷载在临界荷位处产生的荷载应力计算为_ _ 0.6. -2_ _ _0.6-2ps 0.077r h 0.077 0.80.260.996MPa因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数 K =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kf N； 139660000.057 2.55。根据公路等级，由表可知，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数kc 1.25。荷载疲劳应力计算为：pr krkfkc ps 0.87 2.55 1.25 0.996 2.76MPa3.6 温度疲劳应力由表可知，IV区最大温度梯度取 920c/m,板长5nl l/r 5/0.8 6.
7、25,由表可查得普通混凝土板厚0.26m,温度应力系数Bx 0.65。最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力：tmacEchTgBx_-5_ _1 1031000 0.26 92 八”0.6522.4MPa温度疲劳应力系数kt可按下式计算确定：kt 工 a()c-b2 0.841(%)1.323 -0.0580.543tmfr2.45式中：a、b和c一回归系数，按所在地区的公路自然区划查表16-29确定，自然区划为IV 区,式中 a=0.841, b=0.058, c=1.323。临界荷位处的温度疲劳应力按下式计算确定：tr kt tm 0.543 2.4 1.3MPa3.7 检验初拟路面结构由
8、表可得一级公路的安全等级为二级，目标可靠度为90%,相应的变异水平等级为低-中，再由表可得可靠度系数rr =1.23。水泥混凝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，具表达式采用下式计算：rr pr trfr普通混凝土面层为，r( pr tr) 1.23 (2.76 1.3)4.9938 fr 5MPa因而，拟定的面层厚度为0.26m的普通混凝土路面，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。第四章沥青混凝土路面设计4.1 交通参数分析路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载当以设计弯沉为指标及k4.35验算沥青层层底拉应力时各级轴载换算采用
9、NC1C2Q2，计算结果i 1p如下表。轴载换算结果汇总表（以弯沉为标准时）车型P KNCC2n次/日14.35C1 C2 n1Pi/P/（次日1）江淮AL6600前轴1716.427007.76后轴26.51127008.37三湘CK6640前轴20.516.48005.19后轴37.51180011.22鞍山AK6980H前轴36.616.453042.82后轴72.311530129.28北京BJ130前轴13.5516.417001.82后轴27.21117005.9解放CA50前轴28.716.461017.11后轴68.211610115.42东风EQ140前轴23.716.485
10、010.37后轴69.211850171.35黄河前轴4916.4850244.32JN150后轴101.611850910.77日野KB222前轴50.216.4600191.6后轴104.311600720.59五十铃EXR181L前轴6016.45840.23后轴1003.4158197.2k.一435合计：NG C2 n1P/Pi 12831.32一级公路沥青路面的设计年限为15年，双向四车道的车道系数0.45,交通年平均增长率为8.9%,则设计使用期累计当量轴次为：Ne1 t 1365 zN1151 0.0891 365 2831.32 0.45 1354730歆0.0894.2 拟
11、定路面结构组合方案5经计算，路基设计使用年限内一个车道上累计标准轴载次为135.473 10次左右，查表可得路面为高级路面，面层宜选择沥青混凝土，又由于该路为一级公路，所承受交通量较重，因此采用三层式结构，土基回弹模量E0 35MPa4.3 拟定路面结构层的厚度表面层采用4cm厚细粒式密集配沥青混凝土，中面层采用 5cm厚中式密集 配沥青混凝土，下层采用6cm粗粒式密集配沥青混凝土，基层和底基层分别采用 刚度较高，水稳定性好的石灰稳定碎石基层（厚 20n）和石灰稳定土底基层（厚 度待计算确定）。4.4 各层材料设计参数确定土基及路面材料的回弹模量及各强度值列于下表中材料名称抗压回弹模（MPa劈
12、裂强度（MPa20 C15 C细粒试沥青混泥土140020001.4中粒试沥青混泥土120018001粗粒试沥青混泥土100014000.8两灰碎石15000.65石灰土5500.225土基35一4.5 计算设计弯沉值一级公路，取Ac 1.0,面层为沥青混凝土，取As 1.0,半刚性基层、底基 层总厚度大于20cmi按内插法确定基层类型系数为A 1.0。设计弯沉：Ld600Ne 0.2AcAsAb 600 (135.473 105) 0.2 1.0 1.0 1.022.480.01mm)计算各层材料的容许层底拉应力R sp/Ks细粒式密集配沥青混凝土面层:Ks 0.09?Aa?Ne0.22/A
13、c0.09 10 2213547300 /1.0 3.34R sp/Ks1.4/3.340.42MPa中粒式密集配沥青混凝土:KS0.09 Aa Ne0.22/Acsa ec0.09 1.0135473000.22 /1.0 3.34R sp/Ks 1/3.340.30MPa粗粒式密集配沥青混凝土:Ks 0.09 AaNe0.22/Ac 0.09 1.1 135473000.22/1.0 3.67sp/Ks 0.8/3.67 0.22MPa水泥石灰稳定碎石:0.11Ks 0.35 Ne0 11/Ac 0.35 13547300 /1.0 2.13MPasp/Ks 0.65/2.13 0.31M
14、Pa sp s石灰稳定土:0.11011_Ks 0.35 Ne/Ac 0.45 13547300 /1.0 2.74MPar sp/Ks 0.225/2.740.082MPa设计参数汇总表材料名称厚度(cmj)20 C抗压模里(MPa15C抗压模里(MPa谷许拉应力(MPa)细粒式沥青混凝土4140020000.42中粒式沥青混凝土5120018000.30粗粒式沥青混凝土6100014000.22一灰碎石2015000.31石灰土235500.082土基-35-4.6 路面结构层厚度的计算4.6.1 理论弯沉系数的确定Ld已1000 2P F式中：A当量圆半径;F- 弯沉综合修正系数，F 1
15、.63 Ld/ 20000.38E0. P0.36因止匕： F=1.63 X 17.69/2000/10.650.38(30/0.70) 0.36=0.43Ld E1C -1=17.69 X 1400/(2000 X 10.65 X 0.7 X 0.43)=3.861000 2P F4.6.2 确定设计层厚度采用三层体系表面弯沉系数，由诺莫图算设计层厚度。h/ 8=4/10.65=0.376 E2/E1=1200/1400=0.857 ;由三层体系弯沉系数诺莫图查得：=6.22 。h/ 8=4/10.65=0.376 E0 / E2 =35/1200=0.029 ;由三层体系弯沉系数诺莫图查得
16、K=1.440 。又因为 K2=( K) =3.86/ (6.22 X 1.44 ) =0.431 ,由上查表得:H/ 8=6.7, H=10.65 X6.7=71.36。由Hh2E0=35MPac 1800 c 1200 c,广6 J 9 J 21.5cm；-12001200H 6 92.4 1000 h42.4 1 50 0 402.4 7 5 047.22 1.1h4V1200 V1200 山200，因为 H=71.36cmh4=21.95cm,故取 h4=22cm)4.7 沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层层底拉应力验算4.7.1 沥青混凝土面层层底拉应力验算hl=4cmE1=2000
17、MPah=21.5cm Ei=1200Mpah2=5cmE2=1800MPah3=6cmE3=1200MPa* H=47.63cmE2=3600MPah4=20cmE4=3600MPahg=23cmE5=2400MPaE0 =35 MPan 1EkHhkk j 1Ei 1223600400.9 2400 47.63cm3600360036000h 21.510.652.02,E2E112003。查三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图,0,故 mR 0.19满足要求。4.7.2灰碎石层层底拉应力验算h1=4cmE1 =2000MPah2=5cmE2=1800MPah3=6cmE3=1200MPa
18、h4=20cmE4=3600MPah5=23cmE5=2400MPaE0 =35 MPai 4hk0h=39.58cm=40cmEi=3600MpaE2=2400MPaE0=35MPaI： 420003600180063600936001200 ”2239.58cmH40cmH10.6510.65k 1E2 3.72, E124003600E。 0.67,E2350.01462400查表得:0.08, m12.13,m20.56m p mm2 0.7 0.082.130.560.067MPar 0.21MPa因此，满足要求。4.7.3石灰土土层层底拉应力验算h1=4cmE1=2000MPah=37.33cm E1=3600Mpah2=5cmE2=1800MPah3=6cmE3=1200MPa=40cmE2=2400MPah4=20cmE4=3600MPaEo=35MPahh4 =37.33cm, H=40cm4010.65ch3.76,37.3310.65E2 3.51, Ei鬻0.6喀3524000.0146h5=23cmE5=2400MPaEo =35 MPa查表得：0.27,n1 1.12,n2 0.35r 0.08MPap nm2 0.7 0.27 1.12 0.35 0.07MPa故满足要求。