水泥混凝土路面课程设计

1、设计说明书工程概况拟设计道路路线位于平原微丘地区，公路自然区划分为II 5区，地震烈度为六级，设计标高为243.50mm，地下水位为路面下7.5m。设计资料土质：所经过地区多为粉性土交通:根据最新路网规划，预测使用初期2012年年平均日交通量见下表，年平均增长率取为6.8%:车型解放CA10B黄河JN150日野KF3000斯柯达706R依士兹TD50交通SH141长征XD980小汽车量/d40021016090508070600设计任务与内容根据所给资料，利用 HPDS2003公路路面设计程序系统进行路面结构的设计(至少两种不同的路面结构)编写设计说明书，包括混凝土路面及沥青路面结构，厚度设计

2、，水泥混凝土路面板接缝设计等。对所选定的路面结构方案，绘制路面结构图，包括沥青路面结构设计土，水泥混凝土路面结构设计图及其接缝设计图等,需用A3图纸。设计依据及标准【1】公路路基设计规范(JTGD30-2004)【2】公路沥青路面设计规范(JTGD50-2006)【3】公路水泥混凝土路面设计规范(JTGD40-2002)【4】公路水泥混凝土路面施工技术规范(JTGF30-2003)路基横断面设计1. 拟定路基横断面形式尺寸1)确定公路等级：将车辆都折算成小客车车型解放CA10B黄河JN150日野KF300D斯柯达706R依士兹TD50交通SB141长征XD980小汽车交通量辆/d4002101

3、6090508070600车辆折算系数1.52.02.02.02.01.53.00.5标准车辆数600420320180100120210300起始年平均日交通量：N0=600+420+320+180+100+120+210+300=2250 辆/d n丄计算远景设计年限平均昼夜交通量由公式：Nd=N0(r )计算式中：Nd 远景设计年平均日交通量，辆 /日；N0 起始年平均日交通量，辆/日；Y年平均增长率，取 6.8%;n 远景设计年限，取15年n -115- 1所以：设计交通量:N d 一 N 0 1- 2250(10.068)- 5652辆/d，在 500015000之间，因此根据公路工

4、程技术标准 JTG B01-2003，拟定该条道路为双车道的二级公路，设计车速为60km/h,设计采用的服务水平为一级，采用整体式路基。路基宽度12m,路基设计标高为道路中线。路基标准横断面技术指标见下表1。表1路基标准横断面技术指标表序号组成部分一般路段1路基宽度（m）122行车道宽度（m）2X3.753硬路肩（含路缘带）（m）2X1.54土路肩宽度（m）2X0.755路拱横坡行车道为2%,硬路肩、土路肩为 3%得路基横断面图下图所示7 匚三 fl-7 c: n nq rr n -? cE 1 ZTO .23® 戊血宀道i亚I设路堤填土高度为2.5m，路基填料为细粒土，由表取路基边

5、坡坡率为 1?1.5，则边坡宽度b=1.5H=3.75m。表2 路堤边坡坡率填料类别边坡坡率上部高度（Hw 8m）下部高度（H w 12m）细粒土1?1.5171.75粗粒土1?1.5171.75巨粒土1?1.3171.75水泥混凝土路面设计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JTG D40 2011）。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。在路面板形态方面，采用半空间弹性地基有限大矩形板理论。1.设计参数的确定与换算（1）标准轴载与荷载轴数的换算根据公路水泥混凝土路面设计规范：水泥混凝土路面设计以100KN单轴一一双轮组荷载为标准轴载，各

6、级轴载Pi的作用次数Ni按下式换算为标准轴载 Ps的作用次数Ns。nNs 八 iNi16旦式中:'100KN的单轴一双轮组标准轴载通行次数100卩各级轴轮型i级轴载的总重（KN）3亠4388=1 06 . =2.22沃 10 p.;双轴一双轮''i 轴一轮型系数。 单轴一双轮组时"°；单轴一单轮组时 ii-532组时九07 10 Pi-8 g6 i =2.24 汉10 p.三轴一双轮组时 iiNi各类轴一轮型i级轴载的通行次数车型Pi(kN)右iNi次/日Nsi次/日解放后轴60.8514000.14CA10B前轴19.40620.3400l黄河后轴

7、101.601210270.7JN150前轴49.0416.52100.97日野后轴2*79.0l160lKF300D前轴40.75450.81600.042斯柯达后轴90.019016.7706R前轴50.0412.8900.57依 士兹后轴80.01501.4TD50前轴42.2443.2500.022交通SH141后轴55.11800前轴25.55l80l长征XD980后轴2*72.65l70l前轴37.10l70lN snZ di三iN i/P161290.544100J注：小于和等于40KN （单轴）和80KN （双轴）的轴载可略去不记 设计使用年限内设计车道的标准轴载累计当量作用次

8、数NeNs 1Ne =gr -1365/ gr式中 '标准轴载累计当量作用次数交通量年平均增长率 6.8（ %） t设计基准期（为20年）n临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，查规范得二级公路n =0.540.62取其为0.56。则Ne=Ns(1+ gr)-lJ365E/gr =290.544 邛 1+0.068)20-1365 0.56/0.068 =238.21 怡根据路基路面工程表16-4可知交通等级为重交通，根据规范p13表3.0.8取定水泥混凝土的弯拉强度标准值是5.0MPa,相应弯拉弹性模量标准值为31Gpa。2. 初拟路面结构：根据二级公路、重交通等级和中级变异水平等级，查

9、路基路面工程表16-17，初拟普通混凝土面层 厚度h为0.24m。基层选用水泥稳定粒料（水泥用量 5%）厚0.20m，垫层为0.15m的低剂量无机结合稳定土。普通混凝 土板的平面尺寸宽 4.5m;长为5m,纵缝为设拉杆平缝，横缝为不设传力杆的假缝，路肩面层与行车道面层等厚并设拉杆相连。3. 确定材料参数按规范中表3.0.8和附录E.O. 3取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为 5.0MPa，相应弯拉弹性模量和泊松比取 31GPa、 0.15;路基回弹模量为30Mpa;低剂量无机结合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。 基层顶面当量的回弹模量值计算如下

10、：Ex穽普 代 1300 O.15,2 600 =1048MPa2 20.20.15Dx330.21300 0.156002(0.20.15)12J )1300 0.2600 0.15=3.08MNm1hx =(晋)3 (12 3.08)；Ex =1048=0.328a =6.221 一1.51(邑 亠45E06.22 11.51 器虫严30=4.32_0.551 _1.44(!048)“55 =0.8030E 1Et ®bE0它)310 801048 34.32 0.328 .30 ()3 =173.75MPa30普通混凝土面层的相对刚度半径为:1丄J.537®打豪卜 &

11、#176;.726mEc<Et y4.计算荷载疲劳应力根据二级公路、重交通，由路基路面工程查得初拟普通混凝土面层厚度为 由下列公式求得：r =0.537h0.24m。r =0.537hEcEt丿1=0.726m0.6 -2二 ps=0.°77 r h二 pkfkrkc二 ps0.057kf =Neh13E1 hfE2(h1 h2)-12*4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水泥混凝土的弯沉弹性模量（Mpa）;b p 标准轴载Ps在临界荷位处产生的荷载疲劳应力（ Mpa）;kr 考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为设杆拉的平缝，kr=0.870

12、.92，纵缝为不设杆拉的平缝或自由边界kr=1.0，纵缝为设杆拉的企口缝，kr=0.760.84此处取0.8716-24知此处为1.20kc考虑偏载和动载因素对路面疲劳损坏影响综合系数，按公路等级强确定；由表 b ps标准轴载Ps在四边自由板的临界荷载处产生的荷载应力（Mpa）。二 ps =0.077严°=0.0770.7260.60 0.24 1.103MPakf 二 N；057 =2382099.2840.057 =2.31根据公路等级，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综和系数kc=1.20,则荷载疲劳应力为：二 pr = kfkrkc；ps = 2.31 0.87 1.

13、20 1.103=2.66MPa5计算温度疲劳应力由路基路面工程知，II5区最大温度梯度取 88 （C /m ）o板长5m, L/r=5/0.726=6.89 ;已知混凝土板厚 0.24m，则由由路基路面工程图 16-14得Bx=0.51 oGcEchTgBx° tm =则可知最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力：2式中： a C混凝土的温度线膨胀系数（1/° C）,通常取为1.0X10'/° c；Tg 最大温度梯度，Tg=88 ° c/m;Bx 综合温度翘区应力和内应力的温度应力系数；b tm 最大温度梯度时土板的温度翘取应力（Mpa）。GcE

14、chTgBx 1.000 上 x31000x0.24x88x0.51,Gmg -=1.67MPa2 2kt匚a（宁）c -b温度疲劳系数tm f r，式中a, b和c为回归系数，按所在地区公路自然区划查表得a=0.828b=0.041 c=1.323fr°tm c51.67 1 323kt-a5） -b=0.828 （）.-0.041 =0.458tmfr1.675则温度疲劳应力：Fr 二 k&tm =0.458 1.6 0.77MPa查表16-20,二级公路的安全等级为三级，相应于三级的安全等级的变异水平等级为中级，目标可靠度为85 %。再根据查得的目标可靠度和变异水平等级

15、，查表16-22确定可靠度系数=1.13 o；pr S =1.132.660.77 =3.88MPa ： fr =5.0 MPapr trr，因而，所选普通混凝土面层厚度0.24m可以承受设计基准期内的荷载应力和温度应力的综合疲劳作用，故满足要求。水泥混凝土路面接缝设计（1）纵缝 纵向缩缝根据规范，一次铺筑宽度大于4.5m时，应设置纵向缩缝，它采用假缝，并设置拉杆，拉杆直径为20mm，长70cm，间距为1m，其构造如下图所示：拉杆 纵向施工缝（一般情况下于缩缝为同一条）20mm，长70cm，间距1m。构造如下图一次铺筑宽度小于路面宽度时，应设置纵向施工缝，采用平缝，设拉杆，直径所示：（2）横缝

16、横向缩缝横向缩缝采用假缝，其构造如下图所示，在特定交通公路上，横向缩缝宜加设传力杆，其他各级交通公路上，在邻近胀 缝或路面自由端部的 3条缩缝内，均宜加设传力杆，传力杆长40cm，直径15mm,每隔50cm设一根。填缝料1'>传力杆涂沥青 V横向胀缝在邻近桥梁或其他固定构筑处，与柔性路面相接处，板厚改变处隧道口，小半径平曲线和凹形竖曲线纵坡变换处，均应设置胀缝，在邻近构造物处的胀缝，应根据施工温度至少设置二条，上述设置以外的胀缝宜尽量不设或少设，其间距可根据施工温度混凝土集料的膨胀性并结合当地经验确定，胀缝采用滑动传力杆，长50cm，直径25cm的光圆钢筋，每隔30cm设一根，杆

17、的半段固定在混凝土内，另半段涂的沥青，套上长 10cm的小套子，筒底与杆端之间留出约3cm的空隙的小密于留域以如咲等并用木屑与弹性材料填充，固一条胀缝上的传力杆，设有套筒的活动端在两边交错布置（如图） 横向施工缝横向施工缝位置宜设在胀缝或缩缝处，设在胀缝处的施工缝，其构造与横向胀缝处相同，设在缩缝处的施工缝采用平缝 加传力杆型，传力杆长度的一半再加5cm应涂以沥青，其构造如下图所示。填縫料11涂沥青传力秆（3） 拉杆：拉杆采用螺纹钢筋，设在板厚中央，并对应拉杆中部10cm范围内进行防锈处理。（4） 传力杆：传力杆采用光面钢筋，其长度一般再加5cm，应涂以沥青或者加塑料套（5）接缝材料：接缝材料

18、按使用性能分为接缝板和填缝料两种，接缝板可采用松木板、纤维板、泡抹橡胶板、泡抹树脂 板等。其技术要求见 JTJ012-94表5.3.2。填缝料应采用与混凝土面板缝壁粘结力强，回弹好，适应混凝土面板收缩，不 溶于水和不渗水，高温时不溢出，低温时不脆裂和耐久性好的材料。（6）特殊部分混凝土路面的处理：混凝土面板纵、横向自由边边缘下的基础，当有可能产生较大的塑性变形时，宜在边 缘加设补强钢筋，角隅处加设发针形钢筋式钢筋网。方案技术经济比较选择路面基层，底基层的材料比选材料的比选主要是从材料的性质上考虑，而半刚性材料的特点是整体性强，承载力高，刚度大，水稳定性好，且较为经 济，其缺点主要是半刚性材料抗

19、变形能力低，易产生开裂，形成发射裂缝造成路面开裂，唧浆和松散等不良病害。而要解决半刚性材料的这种缺点充分利用它的优点就可以采用沥青路面的粗粒式沥青混凝土，因为它下面层具有很强的 柔性和变形能力，作为应力消散层，可以有效的减少路面结构层的应力集中现象，大大缓解路面反射裂缝的产生。而根 据这段公路位于微丘区，沿途有砂石、碎石供应，在这种条件下就将基层初步拟定水泥稳定碎石，底基层初步拟定二灰 土。路面面层材料的比选首先必须考虑的本路段是修建在我国公路自然区划115区，是否经济是这条路考虑的一个很重要的因素。路面结构的面层材料选择上主要有沥青混凝土或水泥混凝土两种。而决定国民经济效益评价和行车硬件环境优劣的关键也是面层材料 的选用。从运营环境方面：采用水泥混凝土路面接缝多，噪声大，影响行车的舒适性；而采用沥青混凝土路面运营质量 均比水泥混凝土路面优良。下面针对典型路段的沥青混凝土和水泥混凝土上再从建设投资，技术运用，维修养护和建设 条件四个方面进行分析比较：1. 从建设投资方面来看：采用水泥混凝土路面在建设投资方面要略小于用沥青混凝土路面。II52. 从技术运用方面来看：采用水泥混凝土路面水泥混凝土施工采用