高速公路路基+混凝土路面课程设计

1、徐州工程学院 土木学院土木工程道桥隧专业 课程设计任 务 书设计题目：高速公路 路基+混凝土路面 使用班级： 09道桥隧 学生姓名： 陈雅南 指导教师： 高兴元 结构教研室2012年12月1日目录一、 设计依据二、 设计标准三、 工程概况四、 设计内容1.1 路基横断面设计1.1.1 确定路基横断面形式1.1.2 确定自然区划和路基干湿类型1.1.3 拟定路基断面尺寸1.2 道路横断面排水设计1.2.1 确定边沟布置、断面形式及尺寸1.2.2 确定截水沟布置、断面形式和尺寸1.2.3 其他排水设施1.3 路基稳定性验算1.3.1 设计参数1.3.2 稳定性验算1.3.3 路基坡面防护1.4 路

2、基施工设计1.4.1 施工要点1.4.2 路基压实2 水泥混凝土路面设计2.1 行车荷载2.1.1 车辆的类型和轴型2.1.2 轴载换算2.1.3 交通分析2.2 路面结构组合设计2.2.1 垫层设计2.2.2 基层设计2.2.3 面层设计2.2.4 路肩设计2.2.5 路面排水设计2.3 路面结构层设计2.3.1. 初拟路面结构2.3.2. 路面材料参数的确定2.3.3. 基层顶面回弹模量2.3.4. 荷载疲劳应力2.3.5. 温度疲劳应力2.4 接缝设计2.4.1 纵向接缝2.4.2 横向接缝2.5水泥混凝土路面机械摊铺施工五、 参考文献一、 设计依据本设计为山东省某地新建的一条双向四车道

3、高速公路,设计速度为120km/h.起止桩号为k00+000-k2+000分为路基设计和路面设计两部分.路基设计中主要以一般路堤形式进行设计,路堤平均高度为 2.5 m，土质为粉性土，平均地下水位1.0m。主要进行了路基横断面设计、道路横断面排水设计、路基稳定性验算和施工设计.其中,路基稳定性验算取10m高一般路堤进行设计.路面设计中主要是初拟路面结构的不同.设计路面为水泥混凝土刚性路面,主要包括路面结构组合设计、混凝土路面板尺寸设计、接缝设计以及施工设计。二、 设计标准 1、路基路面工程（人民交通出版社第二版） 2、公路工程技术标准jtgb01-2003 3、公路沥青路面设计规范jtgd50

4、-2006 4、公路沥青路面设计规范jtgd30-2004 5、公路水泥混凝土路面设计规范jtgd4013-2002 6、公路设计手册（交通部第二版）7、路基路面工程第二版 黄晓明三、 工程概况1、公路自然区划是： 5 ；2、公路等级是： 高速公路 ；3、路线总长度为2000.00米；4、设计年限 30 年 ；5、交通等级为 特重交通 ；6、材料参数均是通过试验获得，具体内容参照设计基础资料。四、 设计内容1 路基设计路基根据其使用要求和当地自然条件，并结合施工方案进行设计，既有足够的强度和稳定性，又要经济合理。影响路基强度和稳定的地面水和地下水，必须采取拦截或排出路基以外的措施，并结合路面排

5、水，综合排水设计，形成完整的排水系统。修筑路基取土和弃土时，应符合环保要求，以适当处理，减少弃土侵占耕地，防止水土流失和瘀塞河道。本路基设计主要依据公路路基设计规范(jtg d302004)、公路工程技术标准(jtj b012003)、公路自然区划标准及土的工程分类(gbt_50145-2007)和路基路面工程教材进行设计。1.1 路基横断面设计1.1.1 确定路基横断面形式由设计任务书所给条件，路基横断面可采用路堤、路堑和半填半挖三种形式，以及公路曲线的超高、加宽时的路基横断面。本设计主要才用一般路堤形式，按照标准横断面形式进行设计。1.1.2 确定自然区划和路基干湿类型由公路自然区划标准可

6、知：山东大部分位于ii5鲁豫平原轻冻区，属于东部温润季冻区。路基土质为粉质土。由公路自然区划标准得公路二级区划的特征和指标：由表1.1可知5 鲁豫平原轻冻区的潮湿系数k值较低。由路基路面工程可得路基临界高度：表1.2 路基临界高度参考值土组路槽底至水位临界高度自然区划粉性土地下水h1h2h3ii52.42.91.82.3该公路为高速公路双向四车道,要求标准较高,故取路基干湿类型为干燥,则由表1.2可得路基最小高度h2.9m。1.1.3 拟定路基断面尺寸山东地区地形以平原为主，属于平原微丘区，本公路为高速公路双向四车道，并考虑该地区经济较发达，取计算行车速度为120km/h。（1） 路基宽度：由

7、公路工程技术标准(jtj b012003)可归纳得：表1.3 路基宽度参数高速公路四车道120 km/h行车道宽度(m)中央分隔带(m)左侧路缘带(m)硬路肩(m)土路肩(m)27.530.753.250.75行车道宽度：27.5=15m 中央分隔带：3m 路缘带：0.75m2=1.5m硬路肩宽度：3.25m2=6.5m 土路肩宽度：0.75m2=1.5m则，路基宽度：15+3+1.5+6.5+1.5=27.5m得路基横断面图如图1.1所示：图1.1 路基横断面图（2） 路基高度：由公路路基设计规范(jtg d302004)，设有中央分隔带的高速公路，路基设计标高为中央分隔带的外侧边缘高程。由

8、于该公路位处5 鲁豫平原轻冻区，主要自然病害以冻胀与翻浆为主，且公路等级要求高，设计需求路基干湿类型为干燥，由表1.2知，路基高度h2.9m，设计资料中路基平均高度为2.5m。综合考虑路线纵坡要求，路基稳定性和工程经济等因素，本设计取路基高度h=6m。（3） 路基边坡坡率：路堤填土高度为6m，路基填料为细粒土，由表1.4可得，取路基边坡坡率为11.5，则边坡宽度b=1.5h=9m。表1.4 路堤边坡坡率填料类别边坡坡率上部高度（h8m）下部高度（h12m）细粒土11.511.75粗粒土11.511.75巨粒土11.311.751.2 道路横断面排水设计公路位于5 鲁豫平原轻冻区，主要自然病害以

9、冻胀与翻浆为主，其次崩塌、土流。自然条件对公路工程的影响主要表现在冻土多，公路的不利季节为11月-次年3月，公路由宽广的平原地通过条件不太困难。1.2.1 确定边沟布置、断面形式及尺寸边沟的排水量不大，一般不需进行水文和水力计算。依据沿线情况，选用标准横断面形式。边沟的纵坡一般与路线纵坡一致。边沟横断面采用梯形，内测边坡坡率为11.5，外侧边坡坡度与挖方边坡坡度相同。由于该公路位于东南潮热区，降雨量较大，梯形边沟的底宽和深度都采用0.6m。由于水量较大，边沟采用浆砌片石铺砌，砌筑用砂浆m7.5号。边沟断面如图1.2所示：图1.2 边沟构造图1.2.2 确定截水沟布置、断面形式和尺寸截水沟的位置

10、应尽量与绝大多数的地面水流方向垂直，以提高截水沟的效能和缩短截水沟的长度。沟底采用0.5%的纵坡。截水沟截面采用对称梯形，沟的边坡坡度采用11.5，沟底采用干砌片石铺筑。对截水沟断面尺寸采用试算法进行水力计算，以获得最佳断面。（1） 设计参数：纵坡i=0.005，坡率m=1.5，粗糙系数n=0.025，设计流量 =1.10m3/s。（2） 假定沟底宽度b=0.4m；由表1.5可得b/h=0.61,取h=0.66m；表1.5 水力最佳断面宽深比边坡率m00.250.50.751.001.251.502.003.00b/h21.561.241.000.830.700.610.470.32（3） 水

11、流断面积： (1-1)由 得，=0.92m2； 断面系数： (1-2)由 得，=3.6； 湿周： (1-3)由 得，=2.78m； 水力半径： (1-4)由 得，=0.33m；（4） 指数： (1-5)由 得，=0.24； 流速系数： (1-6)由 得，=32.05； 水流断面流速： (1-7)由 得=1.3m/s； 断面流量： (1-8)由 得，=1.2 m3/s；（5） 验算 沟底铺砌采用干砌片石。则由表1.6可得最大容许设计流速为=2.0m/s；表1.6 容许流速表沟渠类型最大容许设计流速（m/s）沟渠类型最大容许设计流速（m/s）粗砂0.8草皮护面1.6黏土质砂1.0干砌片石2.0高限

12、黏土1.2浆砌片石3.0石灰岩4.0混凝土4.0假设水中主要含土类为中细沙，取=0.5； 最小容许流速： (1-9)由得=0.26 m/s；因为设计结果=1.3 m/s，介于与值之间，所以流速符合要求。又因为计算流量=1.2 m3/s，与 =1.10m3/s相差为超过10%，一般可认为符合设计要求。综上可知：因为流量和流速均符合要求，本截水沟可采用底宽0.4m，而沟深h，应为水深h加安全高度h=0.100.20m，本设计取h=0.14m，所以沟深h=h+h=0.66+0.18=0.8m。截水沟断面如图1.3所示： 图1.3 截水沟构造图1.2.3 其他排水设施道路的排水设施主要包括路基排水和路

13、面排水。常用的路基地面排水设施，除了已经进行设计的边沟和截水沟外，还包括排水沟、跌水与急流槽。这些排水设备，分别设在路基的不同部位，各自的排水功能、布置要求和构造形式均有所差异。各类地表水沟沟顶应高出设计水位0.2m以上。当地下水影响路基路面的强度或边坡稳定时，应设置暗沟、渗沟和检查井等地下排水设施。路面表面排水主要是迅速把降落在路面和路肩表面得降水排走，一面造成路面积水而影响行车安全。主要包括中央分隔带排水、路面内部排水和边缘排水系统，以及排水基层的排水系统等。1.3 路基稳定性验算由于本设计标准横断面采用一般路堤形式，路堤平均填土高度为2.5m。对于路基的稳定性分析，采用一般路堤的最高值8

14、m。由公路路基设计规范(jtg d302004)得路堤边坡坡度为定值。1.3.1 设计参数路堤填土高h1=10m，路堤边坡坡率为m=11.5，路堤填料为粘质土，粘聚力c=20kpa，内摩擦角=30（tan=0.577）。土的容重取=20kn/m3。车辆荷载为公路一级汽车荷载。由公路路基设计规范(jtg d302004)，对路堤和地基的整体稳定性采用简化的bishop法进行分析计算。1.3.2 稳定性验算（1） 车辆荷载的换算在进行路堤稳定性验算时，将车辆荷载按最不利情况排列，并换算成相当的土层厚度。公路一级汽车荷载换算成土柱高：由路基路面工程有， ； (1-10)式中：n并列车辆数，双向四车道

15、n=4； l 标准车辆轴载为12.8m； q一辆重车的重力（标准车辆荷载为550kn）； 路基填料的重度为20kn/m3； b荷载横向分布宽度，近似取路基宽28m。数值带入计算可得：h0=0.3069 m，取h0=0.4m，偏于安全计算。（2） 路堤横断面用4.5h法滑动面圆心位置的辅助线，取通过路堤坡脚和距路基左边缘1/4路基跨度处的圆弧。绘出圆弧滑动面的计算图示，如图1.4所示：图1.4 4.5h法确定圆心位置图示其中，辅助线的作图表值参考表1.7：表1.7 辅助线的作图表值边坡坡度边坡角1211.530402635（3） 稳定系数k值由路基路面工程有， ； (1-11)式中：ni各土条的

16、法向分力，ni=qicosi； ti各土条的切向分力，ti= qisini； i各土条重心与圆心连接线对竖轴y的夹角； l圆弧滑动面全长，l=16.59m边坡计算高度h=h0+h1=10.4m。综上可列稳定性计算表如表1.8所示：表1.8 路堤稳定性计算表编号icosisiniaiqiniti1-6010.99-0.103.5971.8271.42-7.5325500.990.109.62192.42191.4219.56317340.950.3013.77275.36262.283.11430230.860.5115.75315.04271.77159.34545230.700.7111.7

17、0234.08164.41166.62658480.520.861.6432.816.9928.06总和56.081121.52978.54449.16则，稳定系数 。由于k1.45，所以路基稳定性验算结果满足要求。1.3.3 路基坡面防护本路基设计主要采用土质边坡坡度为11.5。考虑到山东地区降雨量较大，坡面冲刷比较严重，并结合工程防护，采用骨架防护，并铺草皮相结合的路基坡面防护形式，具体为采用片石铺砌成方格，方格内再铺草皮。坡面防护如图1.4所示：图1.4 坡面防护示意图1.4 路基施工设计理想的设计必须通过施工来实现,施工实践是检验设计的重要过程。路基施工的主要内容，大致可归纳为施工前的

18、准备工作和基本工作两大部分。土质路基的基本工作，是路堑挖掘成型、土的移运、路堤填筑压实，以及与路基直接有关的各项附属工程。施工的准备工作，内容较多，大致可以归纳为组织准备、技术准备和物质准备三个方面。1.4.1 施工要点（1） 基本要求土质路基的挖填，首先必须搞好施工排水，包括地面临时排水沟槽及设法降低地下水位,以便始终保持施工场地的干燥。路基挖填范围内的地表障碍物，事先应予以拆除。路堑开挖，应在全横断面进行，自上而下一次成型。土质路堤分层填平压实，是确保施工质量的关键。路堤填方材料，应有一定的强度。经野外取土试验，高速公路应符合表1.9的规定时才能使用。表1.9 路堤填方材料最小强度和最大粒

19、径表填料应有部位待添加的隐藏文字内容2（路床顶面以下深度）（m）填料最小强度（cbr）(%)填料最大粒径（cm）路堤上路床（030）8.010下路床（3080）5.010上路堤（80150）4.015下路堤（150）3.015零填及路堑路床（030）8.010（3080）5.010（2） 填挖方案土质路堤填筑，主要采用不同的土水平分层平铺的方式，以保证强度均应。土质路堑开挖，主要采用纵向全款掘进和横向通道掘进两种方式。（3） 机械化施工主要采用机械化施工，人工辅助配合的方式进行路基施工。1.4.2 路基压实（1） 机具选择与操作根据各种填料的不同性质以及不同土层厚度，采用最适宜的压实机械进行施

20、工。路基压实应在最佳含水率条件下进行。（2） 压实标准本公路为高速公路，路面为混凝土，对路基强度要求较高，按现行规范规定，路基压实度应满足表1.10的要求。表1.10 路基压实度填挖类别路床顶面以下深度（m）路基压实度（%）零填及挖方00.30-00.8096填方00.80960.801.50941.50932 水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面板为刚性路面，具有较高的力学强度，在车轮荷载作用下变形较小。所以，混凝土板通常工作在弹性阶段。本水泥混凝土路面设计主要依据公路水泥混凝土路面设计规范(jtgd402002)。在荷载图示方面采用静力作用均布面荷载，在地基模型方面，采用温克勒地基模型。在路面

21、板形态方面，采用半空间弹性地基有限大矩形板理论。2.1 行车荷载2.1.1 车辆的类型和轴型由交通调查和预测得知，本路建成初期每昼夜双向混合交通量组成如下：解放ca141 4678辆；长征xd980 563辆；东风eq340 294辆跃进hj130 900辆； 黄河jn150 1680辆；黄河jn162 1800辆北京bj130 2600辆；太拖拉138 480辆；上海sh361 1600辆后轴小于20kn的小汽车3000辆，预计年平均交通增长率为9.25%。根据交通调查结果，查阅相关资料可得2.1表如下：表2.1 车辆轴重参数参考表车型序号车型名称前轴重（kn）后轴重（kn）后轴数后轴轮数交

22、通量01解放ca14124.5068.6012467802长征xd98037.10272.652256303东风eq34024.2.70.401229404跃进nj13020.3038.301290005黄河jn15049.00101.6012168006黄河jn16259.50115.0012180007北京bj13013.5527.2012260008太拖拉13851.40280.002248009上海sh36180.602110.002216002.1.2 轴载换算由公路水泥混凝土路面设计规范(jtg d402002)得标准轴载的有关计算参数见表2.2：表2.2 标准轴载计算参数标 准

23、轴 载bzz100轴载p（kn）100轮胎接地压强p（mpa）0.70单轮传压面当量直径d（cm）21.30两轮中心距（cm）1.5d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，换算为标准轴载的作用次数。由公路水泥混凝土路面设计规范(jtg d402002) 有 (2-1) (2-2)或 (2-3)或 (2-4)式中：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、双轴-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（2

24、-2）计算；双轴-双轮组时，按（2-3）计算；三轴-双轮组时，按（2-4）计算。对于标准轴载作用次数的统计，去掉影响较小的轴载小于40kn的交通量。并由式2.12.3计算结果列表如下：表2.3 轴载换算计算表轴载pi（kn）每日通过次数（次/d）bzz-100轴次（次/d）68.6476810.00241170.429410.0036149.01680100101.6168011.2891216659.5180010.00020115.0180019.35761684451.448010080.6160010.031751272.655633.5810-6394.684312804803.50

25、10-61844.67443211016003.2610-6301136.14961571=20648则可知本路建成初期每昼夜双向混合交通量换算成标准轴载的作用次数为20648次/d。2.1.3 交通分析由公路水泥混凝土路面设计规范(jtg d402002)可得高速公路的设计基准期为30年，具体数值见表2.4：表2.4 可靠度设计指标公路技术等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路 安全等级一级二级三级四级设计基准期（a）30302020目标可靠度（）95908580目标可靠指标1.641.281.040.84变异水平等级低低中中中高则设计基准期内路面所承受的标准轴载累计作用次数为ni，则有：

26、 (2-5)其中，t =30，n1=20648，=9.25% 。则有 。由于路面设计依据的交通量是设计车道上的交通量，所以，应对道路交通量乘以方向不均匀系数及车道不均匀系数。方向不均匀系数取0.5，车道不均匀系数取1.0。则有设计基准期内设计车道所承受的标准轴载累计作用次数ns为：ns=ni0.51.0=11948833190.51.0=597441660 。车道横断面上各点所受的轴载作用次数，仅为通过该车道断面的轴载作用次数的一部分。水泥混凝土路面的临界疲劳荷位为纵缝边缘中部，该处的轮迹横向分布系数，按实际测定结果参照表2.5所示。表2.5 车辆轮迹横向分布系数公路等级纵缝边缘处高速、一级公

27、路、收费站0.170.22二级及二级以下公路行车道宽大于7m0.340.39行车道宽小于或等于7m0.540.62本公路为高速公路双向四车道，取=0.2 。则，设计基准期内面层临界荷位出得标准轴载累积作用次数ne。ne=ns=5974416600.2=119488332。 (2-6)水泥混凝土路面所承受的交通轴载作用，按设计基准期内设计车道所承受的标准轴载累计作用次数分为4级，分级范围如表2.6所示。表2.6 交通分级交通等级特重重中等轻设计车道标准轴载累计作用次数ne（104）2000100200031003由表2.6可知，本道路交通属于特重交通。2.2 路面结构组合设计组成水泥混凝土路面的

28、结构层包括：垫层、基层和面层等，各结构层的功能和作用各不相同。2.2.1 垫层设计本公路路基土质较差、水温状况不良，需要在路基和基层之间设置垫层，以改善路基的湿度和温度状况，保证面层和基层的强度、刚度及温度性。由于修筑垫层的材料，强度要求不一定要求很高，但水稳性和隔温性能要好，本设计考虑到公路所在地区降雨量较大，地下水位较高，主要采用排水垫层。排水垫层所采用的材料是砂砾，砂砾垫层应采用洁净的中、粗砂及砾石，含泥量不大于5%，并将其中的植物、杂质清除干净，也可以采用天然级配的砂砾料，其最大粒径不大于50mm。应注意防止粗细粒料分离现象。由公路水泥混凝土路面设计规范(jtg d402002)，垫层

29、的宽度应与路基同宽，其最小厚度为150mm。本设计取垫层厚度为180mm。2.2.2 基层设计在面层下设置基层的主要目的是防止唧泥、错台和由此引起的面板断裂等损坏的出现。要求刚度与面层匹配，细粒土含量少、耐冲刷能力强和有排水设施。由于本公路为高速公路，对基层的上述要求较高。（1） 类型由于本公路交通属于特重交通。由公路水泥混凝土路面设计规范(jtg d402002)可得适宜的基层类型如表2.7所示。表2.7 适宜各类交通等级的基层类型交通等级基层类型特重交通贫混凝土、碾压混凝土或沥青混凝土基层重交通水泥稳定粒料或沥青稳定碎石基层中等或轻交通水泥稳定粒料、石灰粉煤灰稳定粒料或级配粒料基层由表2.

30、7 本设计路面基层采用贫混凝土。同时考虑到特种交通的需求，同时加设选用水泥稳定粒料(水泥用量5)的底基层。（2） 宽度由公路水泥混凝土路面设计规范(jtg d402002)知。基层的宽度应比混凝土面层每侧至少宽出300mm（采用小型机具施工时）或500mm（轨模式摊铺机施工时）或650mm（滑模式摊铺机施工时）。路肩采用混凝土面层，其厚度与行车道面层相同时，基层宽度宜与路基同宽。级配粒料基层的宽度也宜与路基同宽。本设计采用与路基同宽度的基层。（3） 厚度由公路水泥混凝土路面设计规范(jtg d402002)。可知各类基层厚度的适宜范围，如表2.8所示。表2.8 各类基层厚度的适宜范围基层类型厚

31、度适宜的范围（mm）贫混凝土或碾压混凝土基层120200水泥或石灰粉煤灰稳定粒料基层150250沥青混凝土基层4060沥青稳定碎石基层80100级配粒料基层150200多孔隙水泥稳定碎石排水基层100140沥青稳定碎石排水基层80100由于本设计采用贫混凝土基层，且考虑到交通容量特别大，并结合贫混凝土的材料性能，决定采用160mm的贫混凝土基层。贫混凝土底基层的厚度综合考虑采用180mm2.2.3 面层设计水泥混凝土面层应具有足够的强度、耐久性，表面抗滑、耐磨、平整。面层采用设接缝的普通混凝土。具体设计参数见下节，水泥混凝土路面设计。2.2.4 路肩设计路肩的作用是为路面提供侧向支承，并承受一

32、定的荷载。本设计路肩铺面采用水泥混凝土面层。高速公路硬路肩水泥混凝土面层的厚度采用与行车道面层等厚，基层与行车道基层相同。2.2.5 路面排水设计（1）高速公路因平纵横三方面均要求较高，所以路基填挖较大。一般需设置拦水带，防止雨水集中冲刷填方坡面，造成坡面拉沟，甚至冲毁路基。拦水带采用形式如图2.1所示。图2.1 拦水带示意图（2）中央分隔带排水的作用主要是排除中央分隔带范围内的表面渗入水，本设计采用凸形表面有铺面封闭的中央分隔带，如图2.2所示。图2.2 中央分隔带排水（3）行车道路面应设置双向或单向横坡，坡度为2。路肩铺面的横向坡度值比行车道路面的横坡值大1，为3。（4）行车道路面结构设置

33、了排水垫层，在排水垫层外侧边缘设置纵向集水沟，并间隔50100m设置横向排水管。排水垫层的纵向边缘集水沟设在路床边缘。集水沟的纵坡与路线纵坡相同。（5）集水沟的宽度通常采用300mm。集水沟的深度为保证集水管管顶低于排水层底面，并有足够厚度和回填料使集水管不被施工机械压裂。采用200mm。2.3 路面结构层设计2.3.1. 初拟路面结构由表2.4知，相应于安全等级一级的变异水平等级为低级。根据高速公路特重交通等级和低变异水平等级，查表2.9初拟普通混凝土面层厚度为0.28m，贫混凝土基层0.16m，底基层选用水泥稳定粒料(水泥用量5)，厚0.18m，垫层为0.18m天然沙砾。水泥混凝土上面层板

34、的平面尺寸长为4.0m、宽从中央分隔带至路肩依次为3.75m、3.75m、3.25m；纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。贫混凝土不设纵缝，横缝设假缝，间距(板长)4m。表2.9 水泥混凝土面层厚度参考范围交通等级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中低中低中低中面层厚度（mm）2602502402702402602302502202.3.2. 路面材料参数的确定（1）面层由公路水泥混凝土路面设计规范(jtg d402002)可得普通混凝土面层弯拉强度标准值如表2.9所示。表2.9 水泥混凝土设计弯拉强度标准值交通等级特重重中等轻水泥混凝土的弯拉强度标准值（mpa）5.05

35、.04.54.0钢纤维混凝土的弯拉强度标准值（mpa）6.06.05.55.0同时可得相应的弯拉弹性模量如表2.10所示。表2.10 水泥混凝土弯拉弹性模量经验参考值弯拉强度（mpa）1.01.52.02.53.03.54.04.55.05.5抗压强度（mpa）5.07.711.014.919.324.229.735.841.848.4弯拉弹性模量（gpa）10151821232527293133综上分析，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。（2）基层参考有关资料，贫混凝土弯拉强度标准值为4.0mpa，相应弯拉弹性模量标准值为27gpa。又由表2

36、.11得水泥稳定粒料基层回弹模量取1300mpa。表2.11 垫层和基层材料回弹模量经验参考值材料类型回弹模量（mpa）天然沙砾150200水泥稳定粒料13001700（3）垫层同样由表2.11得天然砂砾垫层的回弹模量取200mpa。（4）路基由公路水泥混凝土路面设计规范(jtg d402002)建议路基土回弹模量取值如表2.12所示。表2.12 中湿路基路床顶面回弹模量（mpa）土组公路自然区划土质砂26424050395035605060粘质土25453040254530453045粉质土22463254305027433045由公路自然区划标准可知：山东大部分位于5 鲁豫平原轻冻区，属于

37、东部温润季冻区。路基土质为粉质土。路基土回弹模量取40mpa。2.3.3. 基层顶面回弹模量由公路水泥混凝土路面设计规范(jtg d402002)得基层顶面回弹模量的计算公式如下： (2-7) (2-8) (2-9) (2-10) (2-11) (2-12)将数据代入上式，可解得： 由公路水泥混凝土路面设计规范(jtg d402002)，有基层顶面的当量回弹模量et的最低要求见表2.13所示。表2.13 基层顶面回弹模量et最低要求交通量等级特重重中等轻回弹模量et（mpa）1201008080由于所以算的et=168mpa，大于120mpa，所以满足要求。2.3.4. 荷载疲劳应力由公路水泥

38、混凝土路面设计规范(jtg d402002)，采用水泥稳定砂或贫混凝土做基层时，宜将基层与混凝土面层视作分离式双层板进行应力分析。复合式混凝土面层的截面总刚度。 (2-13)式中，层间结合系数。分离式，取=0 。则有，复合式混凝土面层的相对刚度半径。 (2-14)则有， 标准轴载在普通混凝土面层临界荷位处产生的荷载应力计算为，。 (2-15)则有， (2-16)则有， 由公路水泥混凝土路面设计规范(jtg d402002)，标准轴载在临界荷位处产生的荷载疲劳应力按下式计算： (2-17)其中：普通混凝土面层，因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数=0.87；贫混凝土基层不设纵缝，不考虑

39、接缝传荷能力的应力折减系数。设计基准期内的荷载疲劳应力系数。 (2-18)式中： kf设计基准期内的荷载疲劳应力系数； ne设计基准期内标准轴载累计作用次数； 与混合料性质有关的指数，普通混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土，=0.057，普通混凝土水泥稳定砂和贫混凝土，=0.065；对普通混凝土面层， 。对于贫混凝土基层， 。考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数，按公路等级查 表2.14可得。表2.14 综合系数公路等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路1.301.251.201.10由于本公路为高速公路，取=1.30 。普通混凝土面层的荷载疲劳应力计算为，贫混凝土基层的荷载疲劳

40、应力计算为，2.3.5. 温度疲劳应力水泥混凝土面层的最大温度梯度标准值tg ，可按照公路所在地的公路自然区划按表2.15选用。表2.15 最大温度梯度标准值tg公路自然区划、最大温度梯度(/m)8883909586929398本公路位于5 鲁豫平原轻冻区，最大温度梯度取88/m。普通混凝土面层板长4m，。混凝土面层厚度0.28m。查公路水泥混凝土路面设计规范(jtg d402002)附图，可得：bx=0.41 ，cx=0.85 。分离式双层混凝土板上层的最大温度翘曲应力按下式计算： (2-19) (2-20) (2-21)将数据代入上式，可解得：温度疲劳应力系数可按下式计算确定： (2-22

41、)式中：a、b和c回归系数，按所在地区的公路自然区划查表2.16确定。表2.16 回归系数a、b和c系 数公路自然区划iiiiivv11a0.8280.8550.8410.8710.8370.834b0.0410.0410.0580.0710.0380.052c1.3231.3551.3231.2871.3821.270本公路位于5 鲁豫平原轻冻区，取a=0.828，b=0.041，c=1.323 。=(5.0/1.68)0.828*(1.68/5.0)1.323-0.041=0.4601在临界荷位处的温度疲劳应力按下式计算确定： (2-23)则有，0.4601*1.68=0.77(mpa)

42、分离式复合式路面中贫混凝土基层的温度翘曲应力可忽略不计。由表2.4可得高速公路的安全等级为一级，目标可靠度为95，相应的变异水平等级为低。再由表2.17可得可靠度系数。表2.17 可靠度系数变异水平等级目标可靠度（）95908580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确定可靠度系数=1.33 。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，其表达式采用下式计算： (2-24)普通混凝土面层为，贫混凝土基层为，因而，拟定的由厚度0

43、.28m的普通混凝土上面层和厚度0.16m的贫混凝土基层组成的分离式复合式路面，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。2.4 接缝设计混凝土路面板由于温度或湿度变化、硬化时的收缩等原因，会出现胀缩合翘曲。设置接缝，可减小混凝土板因变形受到约束而产生的内应力，并满足施工的需要。2.4.1 纵向接缝纵缝设在划分车道线的位置，由于一次铺筑宽度小于路面宽度，设置纵向施工缝。纵缝与路线中缝平行。纵向施工缝采用平缝加拉杆形式，上部锯切槽口，深度为30mm，宽度为5mm，槽内灌塞填缝料，构造如图2.3所示。图2.3 纵向施工缝构造图拉杆采用螺纹钢筋，设在板厚中央，并对拉杆中部100mm范围内

44、进行防锈处理。拉杆的直径、长度和间距，参照表2.18选用。施工布设时，拉杆间距按横向接缝的实际位置予以调整。表2.18 拉杆直径、长度和间距（mm）面层厚度（mm）到自由边或未设拉杆纵缝的距离（m）3.003.503.754.506.007.5200250147009001470080014700700147006001470050014700400260300168009001680080016800700168006001680050016800400由于设计混凝土面层厚度为280mm，一车道宽度即到自由边距离为3.75m。选用直径16螺纹钢筋，长度800mm，间距700mm。2.4.2

45、横向接缝横缝垂直于纵缝，有缩缝、胀缝和施工缝三种。由于设置胀缝不仅给施工带来不便，而且也容易出现碎裂、唧泥和错台等病害。因此本设计主要采用缩缝和施工缝两种接缝形式。每日施工结束或因临时原因中断施工时，设置横向施工缝，其位置选在缩缝处。采用传力杆的平缝形式，其构造如图2.4所示。图2.4 横向施工缝构造图横向缩缝等间距布置，采用假缝形式。由于特重交通，采用设传力杆假缝形式。横向缩缝顶部锯切槽口，深度为面层厚度的1/4，宽度为5mm，槽内填塞填缝料。高速公路的横向缩缝槽口增设深20mm、宽610mm的浅槽口，其构造如图2.5所示。图2.5 横向缩缝构造图传力杆采用光面钢筋。其尺寸和间距可按表2.19选用。最外侧传力杆距纵向接缝或自由边的距离为200mm。表2.19 传力杆尺寸和间距（mm）面层厚度（mm）传力杆直径传力杆最小长度传力杆最大间距22028400300240304003002603245030028035