某高速公路毕业设计说明书

1、商州至陕豫界高速公路张乡村至口前段设计 （k0+000k1+400） 摘摘 要要：本设计为商周至陕豫界高速公路张乡村至口前段设计。设计车速 100km/h，路基宽 26m，公路汽车设计荷载采用公路-i 级，设计路线全长 7.5 公里。 本设计包括路线的纵断面、横断面、边坡防护与加固、排水系统、涵洞、水泥混 凝土路面设计、沥青混凝土路面设计和施工组织设计。纵断面设计是根据道路等级、 沿线自然条件和构造物控制标高等，确定路线合适的标高、各坡段的纵坡度和坡长， 并设计竖曲线。横断面设计是根据设计资料说明，并参照“标准横断面图” ，画出路幅 宽度，填或挖的边坡线，在需要设置各种支挡工程和防护工程的地方

2、画出该工程结构 的断面示意图。边坡防护与加固设计是根据边坡的高度，路基横断面形式进行植草或 圬工防护。排水系统设计是根据横断面沟底标高确定流水方向，并设置涵洞。路面设 计是根据公路等级、交通量进行路面结构设计。施工组织设计是根据沿线路段自然条 件和工程量来确定施工进度和布置施工总平面图。 关键词关键词：高速公路、路基、路面、排水、防护 the highway of shangzhou to shanyujie and zhangxiang country to koqian sectional design （k0+000k1+400） abstract：this design is the

3、highway of shangzhou to shanyujie and zhangxiang country to koqian sectional design. design speed is 100km/h, subgrade width is 26 m, highway vehicle design load by road-i level, the total length of this highway is 7.5 kilometers. the design includ the vertical section cross-sectional of the line de

4、sign, slope protection and reinforcement, drainage systems, the culvert road design and the construction organization design . the profile design is based on grade of the road, the natural conditions and structures control elevation to determine the appropriate elevation of the road, the different s

5、lope of the vertical slope and the slope length and design of vertical curve. the main content of cross-sectional design is based on design information, in the light of the standard cross-sectional map, drawing a way width, filling or digging slope of the slope, the need to set all kinds of support

6、engineering and protection engineering block where to draw the project structure of the cross-section diagram. slope protection and reinforcement design is based on the height of the slope, cross-sectional form of grass embankment or masonry protection. drainage system design is based on cross-secti

7、onal elevation of the ditch to determine the direction of flow, and set the culvert. cement concrete pavement design is based on road grade, traffic volume pavement structure design. construction design is based on the natural conditions along the roads and the construction quantities to determine t

8、he layout of the construction progress and the overall plan. keywords : highway；subgrade；pavement；drainage；protection 第一章 设计说明书 1.1 工程概况 1.1.1 概述 商州至陕豫界高速公路张乡村至口前段全长 7.5 公里，里程桩号为 k0+000 至 k7+501.052，本设计段为第一段（k0+000k1+400） ，计车速 100km/h，路基宽 26m， 本段主要工程内容包括路基、路面、涵洞、排水、防护。 地质状况：本设计路段属秦岭山区。受复杂地质构造变动与内外地质

9、应力长期作 用，形成了山间盆地河谷丘陵为主的地貌。总体地势西北高，东南低；河谷两侧高， 向丹江河谷降低。地貌单元为古溶原，溶原面积广阔，中间偶见风化溶蚀残余的石灰 岩孤山，呈馒头状山包，高差不大，一般小于 50m，基岩呈裸露或半裸露状。 气候状况：本路线段属北温带亚湿润气候与北亚热带湿润气候过渡带，四季分明， 冬春长，夏秋短，水热同季，垂直差异明显，具山地气候特点。年平均气温 12.813.8，降水量比较丰富，降雨量 725 毫米，降水主要集中在夏秋两季。夏季间 有冰雹，霜期始于 10 月下旬，终于次年 3 月底，冻土深度 8.616.8cm。 地震情况：属秦岭山地，第三纪以来区域新构造活动比

10、较强烈，总体以断块、地 垒式抬升为特征，其间还有山间盆地形成。抬升表现为多级夷平面、多级（高低漫滩 与一四级）基座式阶地，还有峡谷、河流袭夺（截弯取直）及历史地震等现象。据国 家质量技术监督局中国地震动参数区划图 （gb18306-2001） ，本线路地震烈度为： 商州区属度区，丹凤县属度区。 1.1.2 主要技术指标 1.公路等级：高速公路； 2.设计速度：100km/h； 3.路基宽度：双向四车道，宽 26m； 4.采用的路面方案： 一、水泥混凝土路面，设计年限 30 年； 二、沥青混凝土路面，设计年限 15 年。 5.道路的使用性质和交通量： 方案一、水泥混凝土路面段基准期内设计车道标准

11、轴载的作用次数为： en 10741724，属于重交通等级； 方案二、沥青混凝土路面段基准期内设计车道标准轴载的作用次数为： en 12987651，属于重交通等级； 6.路线设计起始点及设计高程： 起点桩号：k0+000 设计高程：650.0m 终点桩号：k1+400 设计高程：671.1m 1.2 路线平面设计说明 1.2.1 技术标准 1.圆曲线半径 1400m； 2.缓和曲线长 100m； 1.2.2 本路段平面设计 结合以上标准，对路段进行实际设计，具体参数如表 1 所示： 表 1 平曲线表 交点桩号转角值(m) 半径 (m) 缓和曲线 长(m) 缓和曲线参 数(m) 切线长 t(m

12、) 曲线长 e(m) jd0k0+000 jd1k1+248.618 523248 .8 1400100374.166741.2611383.963 1.3 路线纵断面设计说明 1.3.1 本路段纵断面设计及技术标准 1.3.1.1 技术标准 1.最大纵坡为 1.643%； 2.最大超高为 3%； 3.竖曲线半径：凸形曲线半径为 18000m； 1.3.1.2 本路段纵断面设计 结合以上标准，对路段进行实际设计，本路段最大纵坡坡度为 1.643%，为单坡路 段，具体参数如表 1.3.1 所示： 表 2 竖曲线要素表 编号桩号 设计高程 (m) 坡长(m)半径(m)直坡长(m)切线长 t(m)外

13、距 e(m) 1k0+000650.0 2k1+400671.121400180001139.6260.361.88 1.3.2 纵断面设计算例 设计标高计算公式 坡线标高=变坡点标高+ x i （1.3.1） 或坡线标高=变坡点标高- x i （1.3.2） 式中：x计算点到变坡点的距离，m； i坡线的纵坡，%；升坡段取正，降坡段取负。 竖曲线要素的计算公式： l=r （1.3.3） t=l/2 （1.3.4） 2 2 t e r （1.3.5） 式中：r竖曲线半径，m； l竖曲线的曲线长，m； t竖曲线的切线长，m； e竖曲线的外距，m； 两相邻纵坡的代数差，以小数计； h竖曲线上任意点到

14、切线的纵距； x竖曲线上任意点与竖曲线始点的水平距离，m。 竖曲线要素的计算（示例）： 以变坡点 1 为例，变坡点桩号为 k1+400，高程为 671.12m，i1=1.643%，i2=1.250%，竖曲线半径 r=18000m。计算桩号 k1+200 的高程。 各变坡点竖曲线要素计算过程如下： = i2i1 =0.01250.01643=-0.02893,为凸形 l=r=180000.02893=520.74 m t=l/2=260.37 m （1.3.6） = 1.88 180002 19.260 2 22 r t e （1.3.7） 设计高程的计算: 竖曲线起点桩号=变坡点桩号-t=（k

15、1+400）260.37= k1+139.643 竖曲线起点高程671.12260.37 0.01643668.80 m 竖曲线终点桩号=变坡点桩号+t=（k1+400）+260.37= k1+660.357 竖曲线终点高程671.12260.37 0.0125667.87 m 桩号 k1+200 处：横距：x=（k1+200）（k1+139.643）=60.357 m 竖距：=0.101m 180002 357.60 2 22 r x y 切线高程=671.12（260.3760.357）0.01643=667.83 m 设计高程=671.12-0.101=671.02 m 1.3.3 纵断

16、面图绘制 纵断面上的设计标高采用路基边缘标高，按设计资料给定的中桩高度及对应的里 13路基设计表4 14路基土石方数量计算表4 程桩号，点绘出路线纵断面地面线。按照上述原则和计算结果，进行纵坡及竖曲线设 计。在图上标明坡度和坡长，竖曲线位置及要素，涵洞位置、类型、水准点位置。 在图框栏里标出直线、平曲线的平面形式，标明平曲线起终点，及圆缓、缓圆、 曲中点。 路面超高方式的绘制： 1.按比例绘制一条水平基线，代表路中心线，并认为基线路面横坡度为零。 2.绘制两侧路面边缘线，用实线绘出路线前进方向右侧路面边缘线，用虚线绘出 左侧路面边缘线，若路面边缘线高出路中线，则绘于基线上方，反之，绘于下方。

17、3.标注路拱横坡度：向前进的方向右侧倾斜的路拱坡度为正，向左倾斜为负。算 出超高起点至同坡度起点的长度（计算所得为 49.5m） 。连接曲线起点和超高起点至同 坡度起点长度的终点，坡度与路拱横坡度相同。再连接圆曲线起点与超高起点至同坡 度起点长度的终点，坡度与超高横坡度相同。此为由直线进入圆曲线的部分。同理， 可绘出从圆曲线到直线的另一部分。完成上述工作后，在图上标明地质概况、地面高 程、设计高程、里程桩号等。 1.4 路基横断面设计说明 公路横断面设计是根据行车对公路的要求，结合当地的地形、地质、水文等自然 条件，来确定横断面的形式、各组成部分的位置及尺寸。 1.4.1 公路横断面的组成 1

18、.平曲线的始终点桩号、各桩号的超高值； 2.各桩号的填挖高； 3.路基宽度； 4.路基边坡坡度； 5.边坡的型式和断面尺寸； 6.支挡构造物、涵洞。 1.4.2 路基横断面形状及高度确定依据 1.本公路等级属高速公路，采用高速路基标准横断面型式，路基宽度 26m，行车道 为 23.5m，硬路肩 3.0m，土路肩 0.75m。 2.本路段路拱横坡度采用 2%。为保证施工简便，利于机械化，硬路肩横坡与路拱 相同，为 2%，因土路肩横坡应比路拱横坡大 1%2%，本设计采用土路肩横坡 3%。 3.本地区表层土壤为粘性土。填挖方路基边坡采用 1:1.5（h8m） 、 1:1.75（8mh16m） ；挖方

19、路堑边坡采用 1:0.5（h8m） 、1:0.75（8mh16m） 4.填土高度小于 1.0m 的矮路堤以及路堑，水流量没什么变化时，应设置边沟，边 沟为浆砌片石边沟，截面为梯形，底宽为 0.6m，深度为 0.6m，坡度 1:1。边坡纵坡与 路线纵坡一致。 1.4.3 路基横断面图绘制 1.横断面图按 1:200 的比例绘制，点绘出横断面地面线。 2.应根据平纵设计的成果，在各桩号的地面横断面上，逐桩号标注其填挖高度， 路基宽度和超高值。 3.计算填挖面积，并分别标于横断面上。 1.4.4 路基防护设计 路基防护措施根据地质、地貌、水文、填挖高度等情况确定。 1一般地段若路基填土高度 h1.2

20、5 ihib ihibcl ks sin costan 505.96617 01.23927tan61702.8810 按照上述方法一一计算出 o2、o3、o4、o5 处的稳定系数分别为 1.32、1.29、1.33、1.37.故取 ks=1.29 为最小的稳定系数，此时由于 ks1.25,所以边 坡稳定性满足要求。 1.9 路面设计说明 1.9.1 水泥混凝土路面设计 1.9.1.1 设计资料 本路线段属北温带亚湿润气候与北亚热带湿润气候过渡带，年平均气 12.813.8， 降水量比较丰富，降雨量 725 毫米，夏季间有冰雹，霜期始于 10 月下旬，终于次年 3 月底，冻土深度 8.616.

21、8cm。公路自然区划为 iii 区，路基土质为粘性土，路基土为 干燥状态。本路段公路技术等级为高速公路，路面宽度为 26m，其中，单向行车道宽 23.75m，硬路肩 3.0m，土路肩宽 0.75m。 1.9.1.2 交通分析 由公路水泥混凝土路面设计规范jtg.d40-2002 表 3.0.1 得对应于高速公路的 设计基准期为 30 年，安全等级为一级，目标可靠度为 95%，目标可靠指标为 1.64，变 异水平等级是低级，取相应的可靠度系数为 1.20。由表 3.0.8 得最大的温度梯度为 92/ m ，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取 0.22，交通量年平均增长率位 7.3%。 1、标准轴

22、载和轴载当量换算 计算公式为： （1.8.1） n i pi inin 1 16 s ) 100 ( 式中： i轮-轴型系数，单轮单轴组 i=1；单轮双轮组 i=2220；双轮 43 . 0 pi 双轮组 i=1.0710-5； 22. 0 pi 计算结果见表 1.8.1： 表 4 轴载当量换算计算表 车型车轴 （kn i p ） 后轴数 交通 量 ni(次 /日） ins 前轴 2312900576.50.00 小客车 后轴 11.51290010.00 前轴 16.5017006650.00 中客车 sh130后轴23.00170010.00 前轴 28.701650524.20.00 大

23、客车 ca50后轴68.20165011.42 前轴 25.55116005510.00 小货车 bj130后轴55.11160010.12 前轴 28.701720524.20.00 中货车 ca50后轴68.20172011.58 前轴 23.7018005690.00 中货车 eq140后轴69.20180012.21 前轴 49.001700416.53.22 大货车 jn150后轴101.6017001902.40 前轴 50.2019004126.03 特大车日野 kb222后轴104.30190011765.19 前轴 51.401884080.85 太脱拉 138 后轴 160

24、.002880 0.00 考虑到方向系数为 0.5，则设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数 ns= 26830.5=1342 2、标准轴载和轴载当量换算 设计基准期内混凝土面板临界荷载处所承载的标准轴载累计当量作用次数 ne,计算 公式如下： （1.8.2） 365 1)1 ( e r t r g gns n 式中：标准轴载累计当量作用次数； en t设计基准期，为 30 年； 交通年增长率，为 7.3%； r g 临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，按表取 0.22； 由上计算公式所得基准期内设计车道标准轴载的作用次数为：10741724 次，由规 en 范中表 3.0.5 得该公路属重交

25、通等级。 1.9.1.3 初拟路面结构 由交通分析资料可知，相应于安全等级为一级，变异水平等级是低级的重交通水 泥混凝土路面，查路基路面工程表 16-17 可以初拟混凝土面层厚度不小于 0.24m, 垫层厚度一般为 0.15m，基层采用厚度为 0.150.25m 的水泥稳定粒料基层。 考虑到标准横断面的布置，单幅路面宽度 10.5m，路基宽度为 13m；其中行车道宽 为 3.752=7.5m，硬路肩为 3m，土路肩为 0.75m。则面板采用 3.53=10.5m 的三块相 同宽度进行布置，面板长度选择 4m。故有横缝为设传力杆的平缝，其间距为 3.5m；纵 缝为设拉杆平头缝，其间距为 4m。面

26、板的长宽比为 1.141.3；面板的面积为 14 25。 硬路肩水泥混凝土面层的厚度与行车道面层等厚，其基层与行车道基层相同。 1.9.1.4 路面材料参数确定 按规范上表 3.0.6 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。 由于路基土质为粘性土，查课本上表 16-26 得路基回弹模量取 45mpa。 1.9.1.5 方案设计 1、方案一 面层为 26cm 普通混凝土面层,回弹模量为 31000mpa；基层为厚 15cm 水泥稳定碎石 基层，回弹模量取 1300mpa；垫层采用 15cm 厚的级配碎石，回弹模量取 250mpa。 按公路水泥混

27、凝土路面设计规范中式（b.1.5）计算基层顶面当量回弹模量如 下： mpa （1.8.3）750 15 . 0 51 . 0 001315 . 0 20051 . 0 22 22 21 2 2 21 2 1 hh eheh ex （1.8.4） 1 2211 2 21 3 22 3 11 11 412 hehe hhhehe dx = 1 2 33 15 . 0 3001 1 51 . 0200 1 4 15 . 0 51 . 0 12 15 . 0 001351 . 0200 = 1.007 mn.m = 0.25m （1.8.5） 3 1 12 x x x e d h 3 1 750 00

28、7 . 1 12 =3.57 （1.8.6） 45 . 0 0 51 . 1 122 . 6 e e a x 45 . 0 45 750 51 . 1 122 . 6 =0.69 （1.8.7） 55 . 0 0 44 . 1 1 e e b x 55. 0 45 750 44 . 1 1 =3.5745=158mpa （1.8.8） 3 1 0 0 e e eahe xb xt 069 0.25 3 1 45 750 式中：et基层顶面的当量回弹模量(mpa)； e0路床顶面的回弹模量(mpa)； ex基层和底基层或垫层的当量回弹模量(mpa)； e1、e2基层和底基层或垫层的回弹模量(mp

29、a)； hx基层和底基层或垫层的当量厚度(m)； dx基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度(mn-m)； h1、h2基层和底基层或垫层的厚度(m)； a、b与 exe0 有关的回归系数； 则普通混凝土面层的相对刚度半径 =0.5370.26= 0.81m （1.8.9） 3/1 537 . 0 et ec hr 3 1 158 31000 式中：r 混凝土板的相对刚度半径(m)； h混凝土板的厚度(m)； ec水泥混凝土的弯拉弹性模量(mpa)； et基层顶面当量回弹模量(mpa) 荷载疲劳应力计算： 标准轴载在临界荷位处产生的荷载疲劳应力计算为 =0.077 =1.01mpa （1.8.10）

30、0.602 0.077 ps rh 6 . 0 18 . 0 2 62 . 0 因为纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数=0.87。考虑设计基准期 r k 内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数= =2.52。根据公路等级， n fe kn 057 . 0 07417241 由规范中表 b.1.2 查得综合系数=1.30。 c k 标准轴载 ps 在临界荷位处产生的荷载疲劳应力按规范中式（b.1.2）确定。 = 0.872.521.301.01=2.87mpa prrfcps k k k （1.8.11） 式中： pr标准轴载 ps 在临界荷位处产生的荷载疲劳应力(mpa)； ps标准轴

31、载 ps 在四边自由板的临界荷位处产生的荷载应力(mpa) kr考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为设拉杆的平缝时， kr=0.870.92(刚性和半刚性基层取低值，柔性基层取高值)；纵缝为不设拉杆的平缝 或自由边时， kr =1.0；纵缝为设拉杆的企口缝 时，kr=0.760.84； kf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； kc考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数，根据公路等级， 由规范上表 b.1.2，取 kc=1.30。 温度疲劳应力计算： 查公路水泥混凝土路面设计规范上表 3.0.8 该公路为 iii 区，取最大温度梯 度 92(m)，板长为 4.0m，

32、= 4.0/0.67=5.97。 l r 由规范上图 b.2.2 可查得温度应力系数 bx=0.57,最大温度梯度时混凝土板的 温度翘曲应力按下式计算： （1.8.12） 0 2 cg tmx e ht b =1310000.26920.57/2 5 10 = 2.11 mpa 式中：tm最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力(mpa)； c混凝土的线膨胀系数(1)，通常可取为 1； 5 10 tg最大温度梯度； bx综合温度翘曲应力和内应力作用的温度应力系数，可按 l r 和 h 查用 温度应力系数 bx 图确定； l 板长，即横缝间距(m)； 查公路水泥混凝土路面设计规范上表 b.2.83

33、得 a=0.855，b=0.041，c=1.355 （1.8.13） () c tmr t tmr f ab f = 5/2.110.855-0.041 1.355 5 2.11 =0.532 在临界荷位处的温度疲劳应力按下式确定： = 0.5322.11=1.12 mpa trttm 式中：tr临界荷位处的温度疲劳应力(mpa)； tm最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力(mpa)； kt考虑温度应力累计疲劳作用的疲劳应力系数； 高速公路的安全等级为一级，相应于一级安全等级的变异水平等级为低级，目标可靠 度为 95。再据查得的目标可靠度和变异水平等级，查公路水泥混凝土路面设计规 范表 3.0

34、.3 确定可靠度系数=1.20。 r 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： （1.8.14） rprtrr f 式中：r可靠度系数； pr行车荷载疲劳应力（mpa） ； tr温度梯度疲劳应力（mpa） ，计算方法见符录 b.2； fr水泥混凝土弯拉强度标准值（mpa） ，取 5.0mpa； 计算得： =1.20 （2.87+1.12）=4.79mpa =5.0mpa rprtr r r f 因而，所选普通混凝土面层厚度(0.26m)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、方案二 面层为厚 26cm 普通混

35、凝土面层,基层为厚 6cm 中粒式沥青混凝土基层，回弹模量 取 1400mpa；底基层采用厚 15cm 的水泥稳定碎石，回弹模量取 1300mpa，垫层采用, 15cm 厚的低剂量（8%）石灰土，回弹模量取 600mpa。 按公路水泥混凝土路面设计规范中式（b.1.5）计算基层顶面当量回弹模量如 下： mpa 509 15 . 0 51 . 0 001315 . 0 60051 . 0 22 22 21 2 2 21 2 1 hh eheh ex 1 2211 2 21 3 22 3 11 11 412 hehe hhhehe dx = 1 2 33 15 . 0 3001 1 51 . 06

36、00 1 4 15 . 0 51 . 0 12 15 . 0 001351 . 0600 = 1.92 mn.m = 0.29m 3 1 12 x x x e d h 3 1 950 92. 112 =3.84 45 . 0 0 51 . 1 122 . 6 e e a x 45 . 0 45 950 51 . 1 122 . 6 =0.73 55 . 0 0 44 . 1 1 e e b x 55 . 0 45 950 44 . 1 1 =3.8445=193.5mpa 3 1 0 0 e e eahe xb xt 73. 0 0.29 3 1 45 950 式中：et基层顶面的当量回弹模量

37、(mpa)； e0路床顶面的回弹模量(mpa)； ex基层和底基层或垫层的当量回弹模量(mpa)； e1、e2基层和底基层或垫层的回弹模量(mpa)； hx基层和底基层或垫层的当量厚度(m)； dx基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度(mn-m)； h1、h2基层和底基层或垫层的厚度(m)； a、b与 exe0 有关的回归系数； 荷载疲劳应力计算： 普通混凝土面层与中粒式沥青混凝土基层组成分离式复合式面层，此时 ku=0，hx=0。复合式混凝土面层的截面总刚度为 ku hechec hhhehe d cc 1 022011 2 0201 3 022 3 011 11 412 g 0 06 . 0

38、1400 1 26 . 0 31000 1 4 06 . 0 26 . 0 12 06 . 0 140026 . 0 31000 1 2 33 =45.4 则复合式混凝土面层的相对刚度半径 =1.23= 0.76m 3 23 . 1 r et dg g 3 1 193.5 4 .45 式中：rg 混凝土板的相对刚度半径(m)； h混凝土板的厚度(m)； ec水泥混凝土的弯拉弹性模量(mpa)； et基层顶面当量回弹模量(mpa) 标准轴载在临界荷位处产生的荷载疲劳应力计算为： a97 . 0 4 . 4512 26 . 0 31000 76 . 0 077 . 0 12 077 . 0 6 .

39、 00116 . 0 1ps mp d he r g c g g c g d hxkue r 6 h5 . 0 077 . 0 0226 . 0 2ps 4 . 456 0006 . 0 5 . 01400 76 . 0 077 . 0 6 . 0 =0.01mpa 普通混凝土面层因为纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数=0.87， r k 沥青混凝土基层不设纵缝，不考虑传荷能力的应力折减系数。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= =2.62。根据公路等级，由 n fe kn 057 . 0 21483448 规范中表 b.1.2 查得综合系数=1.30。 c k 标

40、准轴载 ps 在临界荷位处产生的荷载疲劳应力按规范中式（b.1.2）确定。 = 0.872.621.300.97=2.87mpa 1pf1prscr kkk =2.621.300.01=0.034 mpa 2pf2prsc kk 温度疲劳应力计算： 查公路水泥混凝土路面设计规范上表 3.0.8 该公路为 iii 区，取最大温度梯 度 92(m)，板长为 4.0m，= 4.0/0.67=5.97。 l r 由规范上图 b.2.2 可查得温度应力系数 bx=0.57，cx=1.15，最大温度梯度时 混凝土板上面层的温度翘曲应力计算为： =0.8 （1.8.15） ) 02 01 5 . 2 202

41、 101 (ln81 . 0 -32 . 0 1 h h ech ech x c ) 06 . 0 26 . 0 5 . 2 140006 . 0 3100026 . 0 (ln81 . 0 -32 . 0 15 . 1 bx1=1 bx=0.80.57=0.46 = 46 . 0 2 9226 . 0 31000101 2 1 5 1 011c x gc b the tm = 1.71 mpa 式中：tm最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力(mpa)； c混凝土的线膨胀系数(1)，通常可取为 1； 5 10 tg最大温度梯度 bx综合温度翘曲应力和内应力作用的温度应力系数，可按 l r 和

42、h 查 用温度应力系数 bx 图确定； l 板长，即横缝间距(m)。 查公路水泥混凝土路面设计规范上表 b.2.83 得 a=0.855，b=0.041，c=1.355 = 5/1.710.855-0.041 () c tmr t tmr f ab f 1.355 5 1.71 =0.464 在临界荷位处的温度疲劳应力按下式确定： = 0.4641.71=0.8 mpa trttr k 分离复合式路面中沥青混凝土基层的温度翘曲应力可忽略不计。 高速公路的安全等级为一级，相应于一级安全等级的变异水平等级为低级，目标 可靠度为 95。再据查得的目标可靠度和变异水平等级，查公路水泥混凝土路面设 计规

43、范表 3.0.3 确定可靠度系数=1.20。 r 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： rprtrr f 式中：r可靠度系数 pr行车荷载疲劳应力（mpa） tr温度梯度疲劳应力（mpa） ，计算方法见符录 b.2； fr水泥混凝土弯拉强度标准值（mpa） ，取 5.0mpa 混凝土面层： =1.20 （2.87+0.8）=4.72mpa =5.0mpa )( trprr f 沥青混凝土基层： =1.20 （0.034+0）=0.042mpa =4.0mpa )( trprr f 因而，所选普通混凝土面层(0.26m 厚)和中

44、粒式沥青混凝土基层（0.06m 厚）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。 1.9.1.6 方案比选 根据计算书可知，两种方案中，方案一路面结构厚度较小，在造价方面虽然级配 碎石比石灰土高，但是方案二采用了一定厚的沥青混凝土基层，因此造价方面相差不 大；此外方案二采用了复合式路面，施工中比方案一复杂；在施工时水泥稳定碎石基 层与面层水泥混凝土路面有着一定的相似性，且材料配制比沥青混凝土简单，能为施 工节省工期及投入，同时在原材料的采购与运输相对单一，所以综合考虑路面结构设 计选择第一方案， 路面结构为：面层为 26cm 普通混凝土面层,基层为厚 15cm

45、 水泥稳定碎石，垫层采 用 15cm 厚的级配碎石。 1.9.1.7 路面接缝设计 为了减少伸缩缝变形和翘曲变形受到约束力而产生的内应力，并满足施工需要， 混凝土板需设置各种类型的接缝。 1.纵缝 纵向施工缝：一次铺筑宽度小于路面宽度时，应设置纵向施工缝。纵向施工缝采 用平缝形式，上部应锯切槽口，深度为 3040mm，宽度为 38mm，槽内灌塞填缝料， 并在板厚中央设置拉杆，以防止接缝张开和板上下错动。 2.横缝 (1) 横向缩缝：为了减少混凝土的收缩应力和温度翘曲应力而设置的横向缩缝， 由于是重交通公路，应采用设传力杆假缝形式。在邻近胀缝或路面自由端部的三条缩 缝内，宜加设传力杆。 (2）胀

46、缝：设置胀缝的目的是为混凝土的膨胀提供伸长的余地，从而避免产生过 大的热应力。膨胀必须贯穿到底，缝壁垂直，下部设接缝板，上部灌缝料，并设置传 力杆，同结构物，相接处的胀缝，无法设传力杆时，可采用无传力杆胀缝，胀缝尽量 少设或不设，只有同其他结构物衔接初，小半径平曲线等处应设置胀缝。 (3) 横向施工缝：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， 其位置应尽可能选在缩缝或胀缝处。设在缩缝处的施工缝，应采用传力杆的平缝形式， 设在胀缝处的施工缝,其构造与胀缝相同.遇有困难需设在缩缝之间时，施工缝采用设 拉杆的企口缝形式。 3.拉杆 拉杆应采用螺纹钢筋，设在板后中央，并应对拉杆中部 1

47、00mm 范围内进行防锈处 理。施工布设时，拉杆间距应按横向接缝的实际位置予以调整，最外侧的拉杆距横向 接缝的距离不得小于 100mm。 4.传力杆 传力杆应采用光面钢筋，其长度一半再加 5.0cm，应涂以沥青或塑料套。胀缝处的 传力杆，上应在涂沥青一端加套子，内留 3cm 的空隙，填以纱头或泡沫塑料。套子端 宜在相邻板间交错布置。其最外边的传力杆距接缝或自由边的距离一般为 150250mm。 1.9.2 沥青混凝土路面设计 1.9.2.1 设计资料 本路线段属北温带亚湿润气候与北亚热带湿润气候过渡带，年平均气 12.813.8， 降水量比较丰富，降雨量 725 毫米，夏季间有冰雹，霜期始于

48、10 月下旬，终于次年 3 月底，冻土深度 8.616.8cm。公路自然区划为 iii 区，路基土为干燥状态。路基为粘 质土，查表取路基土回弹模量 45mpa, 交通量年平均增长率位 7.3%。路基宽 26.00m， 为双向四车道，车道系数为 0.4，公路等级系数为 1.0，面层类型系数 1.0，基层类型 系数 1.0 1.9.2.2 交通分析 1、标准轴载和轴载当量换算 （1）当以弯沉值和沥青层的层底拉应力为设计指标时： 计算公式为：（轴载小于 40kn 的不计入当量计算） k i pi niccn 1 35 . 4 21 ) 100 ( 计算结果如表 1.8.1： 表 5 轴载计算表 车型

49、车轴 （k i p n） 后轴数 1 c 交通 量 ni(次/ 日） 2 cn 前轴23129006.40 小客车 后轴11.51290010 前轴16.5017006.40 中客车 sh130后轴23.00170010 前轴28.7016506.40 大客车 ca50后轴68.2016501122.99 前轴25.55116006.40 小货车 bj130后轴55.1116001119.71 前轴28.7017206.40 中货车 ca50后轴68.2017201136.24 前轴23.7018006.40中货车 eq140后轴69.2018001161.27 前轴49.0017006.42

50、01.20 大货车 jn150后轴101.6017001750.04 前轴50.2019006.4287.40 特大车日野 kb222后轴104.30190011080.88 前轴51.401886.431.14 太脱拉 138 后轴160.002880.38 568.34 则设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数 ns= 3459 设计年限累计当量标准轴载数 =12987651 n r n t 365 1) r1 ( e 34594 . 0365 073 . 0 1)0.0731 ( 15 （2）当以半刚性材料结构层层底拉应力为设计指标时： 计算公式为：（轴载小于 40kn 的不计入当量计

51、算） k i pi niccn 1 8 2 1 ) 100 ( 计算结果见表 1.8.2： 表 6 轴载计算表 车型车轴 （k i p n） 后轴数 1 c 交通 量 ni(次/ 日） 2 cn 前轴231290018.50 小客车 后轴11.51290010 中客车前轴16.50170018.50 sh130后轴23.00170010 前轴28.70165018.50 大客车 ca50后轴68.201650130 前轴25.551160018.50 小货车 bj130后轴55.111600114 前轴28.70172018.50 中货车 ca50后轴68.201720134 前轴23.701

52、80018.50 中货车 eq140后轴69.201800142 前轴49.00170018.543 大货车 jn150后轴101.6017001795 前轴50.20190018.567 特大车日野 kb222后轴104.30190011260 前轴51.4018818.58 太脱拉 138 后轴160.002880.09748 则设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数 ns= 3041 设计年限累计当量标准轴载数 （1.8.16） n r n t 365 1) r1 ( e =11418169 30414 . 0365 073 . 0 1)0.0731 ( 15 2、路面设计弯沉值计算

53、（1.8.17） bsce aaand 2 . 0 600l 式中：ld设计弯沉值（0.01mm） ； 设计年限内一个车道累计当量轴载通行次数；en 公路等级系数，高速公路为 1.0； c a 面层类型系数，沥青混凝土面层为 1.0； s a 路面结构类型系数，刚性、半刚性、沥青路面为 1.0； b a 计算得=22.67（0.01mm） 。11112987651600l 2 . 0 d 1.9.2.3 方案设计 初拟采用两种路面结构 a半刚性基层沥青路面；b.组合式基层沥青路面 根据交通状况，结构层的最小施工厚度等因素综合考虑，初拟各结构层厚度如下： a.半刚性基层沥青路面 层位 结构层材料

54、名称 厚度(cm) 1 细粒式沥青混凝土 4 2 中粒式沥青混凝土 6 3 粗粒式沥青混凝土 8 4 水泥稳定碎石 ？ 5 石灰土 25 以水泥稳定碎石为设计层。 b.组合式基层沥青路面 层位 结构层材料名称 厚度(cm) 1 细粒式沥青混凝土 4 2 中粒式沥青混凝土 6 3 粗粒式沥青碎石 8 4 石灰粉煤灰碎石 ？ 5 石灰土 20 以石灰粉煤灰碎石为设计层。 表 7 路面结构材料设计参数 抗压模量(mpa) 层 位 材料名称材料类型 2015 劈裂强 度 (mpa) 1 细粒式沥青混凝土 ac-13 沥青混凝土140020001.40 2 中粒式沥青混凝土 ac-16 沥青混凝土120

55、016000.80 3 粗粒式沥青混凝土 ac-25 沥青混凝土90012000.80 4 粗粒式沥青碎石 atb- 25 稳定集料130014000.60 5石灰粉煤灰碎石稳定集料150015000.60 6水泥稳定碎石稳定集料150015000.50 7石灰土非整体性5505500.25 1、计算确定容许弯拉应力 r （1.8.18） ks r sp 式中： sp路面结构材料极限抗拉强度，根据实验测定； r路面结构材料容许抗拉应力 ； ks抗拉强度结构系数； 沥青混凝土面层按=3.305 ；1/1298765109 . 0 /09 . 0 s 22 . 0 22 . 0 ce ank 无机

56、结合料稳定集料=2.12；1/1298765135 . 0 /35 . 0 s 11 . 0 11 . 0 ce ank 无机结合料稳定细粒土=2.73；1/1298765145 . 0 /45 . 0 s 11 . 0 11 . 0 ce ank 计算结果列于下表： 表 8 路面结构容许拉引力计算表 材料名称 （mp sp a） s k （mpa） r 细粒式沥青混凝土 ac-13 1.43.305 0.42 中粒式沥青混凝土 ac-16 0.83.305 0.24 粗粒式沥青混凝土 ac-25 0.83.305 0.24 粗粒式沥青碎石 atb-25 0.63.305 0.18 石灰粉煤灰

57、碎石0.62.120.28 石灰土0.252.730.09 2、计算路表弯沉和层底拉应力 s l m 用通用计算机程序计算，输入各项参数后可得到计算结果，两个设计方案中的设 计层厚度未定，可先假设初始厚度，若计算结果不能满足不等式，在调整厚度，直至 满足不等式为止。 sa ll mr 3、结构厚度计算结果: （1）a 方案（半刚性基层沥青路面） 设计层水泥稳定碎石层厚度 h4=23 设计弯沉 22.67（0.01mm）ld 路表计算弯沉 22.6（0.01mm）s l 计算结果如下： 计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 : 第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 ls= 22.6 (0.0

58、1mm)ld 满足要求 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 ls= 24.9 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 ls= 28.7 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 ls= 34.3 (0.01mm) 第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 ls= 97.8 (0.01mm) 计算新建路面各结构层底面最大拉应力 : 第 1 层底面最大拉应力 ( 1 )=-0.207 (mpa) 0.42 满足要求 第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-0.041 (mpa) 0.24 满足要求 第 3 层底面最大拉应力 ( 3 )=-0.028 (mpa) 0.24 满足要求 第

59、4 层底面最大拉应力 ( 4 )= 0.113 (mpa) 0.28 满足要求 第 5 层底面最大拉应力 ( 5 )= 0.066 (mpa) 0.09 满足要求 故方案 a 最终结构厚度设计为： 层位 结构层材料名称 厚度(cm) 1 细粒式沥青混凝土 4 2 中粒式沥青混凝土 6 3 粗粒式沥青混凝土 8 4 水泥稳定碎石 23 5 石灰土 25 （2）b 方案（组合式基层沥青路面） 设计层石灰粉煤灰碎石层厚度 h4=25 设计弯沉 22.67（0.01mm）ld 路表计算弯沉 22.4（0.01mm）s l 计算结果如下： 计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 : 第 1 层路面

60、顶面竣工验收弯沉值 ls= 22.4 (0.01mm) ld 满足要求 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 ls= 24.7 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 ls= 28.5 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 ls= 36 (0.01mm) 第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 ls= 125.1 (0.01mm) 计算新建路面各结构层底面最大拉应力 : 第 1 层底面最大拉应力 ( 1 )=-0.21 (mpa) 0.42 满足要求 第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-0.069 (mpa) 0.24 满足要求 第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )= 0.