路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算示例.doc

.課程名稱：學(xué)生姓名：學(xué)生學(xué)號：專業(yè)班級：指導(dǎo)教師：年 月 日;.路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1.1 路基干濕狀態(tài)和回彈模量1.1.1 路基干濕狀態(tài)路基土為粘性土，地下水位距路床頂面高度0.98m1.85m。查路基臨界高度參考值表可知IV5區(qū)H1=1.71.9m，H2=1.31.4m，H3=0.91.0m，本路段路基處于過濕中濕狀態(tài)。1.1.2 土基回彈模量1) 承載板試驗(yàn)表1.1 承載板試驗(yàn)數(shù)據(jù)承載板壓力（）回彈變形（0.01mm)擬合后的回彈變形(0.01mm)0.0220100.0435250.0650410.0865570.1080720.15119剔除0.20169剔除0.25220剔除計(jì)算路基回彈模量時(shí)，只采用回彈變形小于1mm的數(shù)據(jù)，明顯偏離擬合直線的點(diǎn)可剔除。擬合過程如圖所示：路基回彈模量：2）貝克曼梁彎沉試驗(yàn)表1.2 彎沉試驗(yàn)數(shù)據(jù)測點(diǎn)回彈彎沉（0.01mm）1155218231704174515762007147817391721020711209122101317214170根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)：=lin=155+17014=178.43s=li-2n-1=20.56(0.01mm)式中：回彈彎沉的平均值（0.01mm）；S回彈彎沉測定值的標(biāo)準(zhǔn)差（0.01mm）；li 各測點(diǎn)的回彈彎沉值（0.01mm）；n 測點(diǎn)總數(shù)。根據(jù)規(guī)范要求，剔除超出的測試數(shù)據(jù)，重新計(jì)算彎沉有效數(shù)據(jù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。計(jì)算代表彎沉值：l1=+zas=178.43+1.64520.56=212.25Za為保證率系數(shù)，高速公路、一級公路取2.0，二、三級公路取1.645，四級公路取1.5。土基的回彈模量：1.2 二灰土回彈模量和強(qiáng)度1.2.1 抗壓回彈模量二灰土抗壓回彈模量為：735MPa。1.2.2 f50mm50mm試件劈裂試驗(yàn)表1.3 二灰土試件劈裂試驗(yàn)數(shù)據(jù)f50mm50mm試件劈裂試驗(yàn)最大荷載（N）（kPa）處理結(jié)果1926 235.80選用2982 250.06選用31042 265.34選用4986 251.08選用51049 267.13剔除6881 224.34剔除有效數(shù)據(jù)平均值（kPa）250.57有效數(shù)據(jù)樣本標(biāo)準(zhǔn)差S（kPa）12.07變異系數(shù)Cv（%）4.82變異系數(shù)應(yīng)小于6%，否則可在剔除偏差較大的數(shù)據(jù)后，重新計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。設(shè)計(jì)值為：td=-1645s25057-164512.07=230.71(kpa)1.3 二灰穩(wěn)定砂礫回彈模量和強(qiáng)度1.3.1 二灰穩(wěn)定砂礫回彈模量 二灰穩(wěn)定砂礫回彈模量為：1530MPa。1.3.2 二灰穩(wěn)定砂礫f100mm100mm試件劈裂試驗(yàn)表1.4 二灰砂礫試件劈裂試驗(yàn)數(shù)據(jù)f100mm100mm試件劈裂試驗(yàn)最大荷載（N）（kPa）處理結(jié)果110538 671.21選用211735 747.45選用311889 757.26選用410794 687.52選用510570 673.25選用611519 733.69選用711444 728.92選用811671 743.38選用912156 774.27選用有效數(shù)據(jù)平均值（kPa）724.10有效數(shù)據(jù)樣本標(biāo)準(zhǔn)差S（kPa）37.70變異系數(shù)（%）5.2變異系數(shù)應(yīng)小于10%，否則可在剔除偏差較大的數(shù)據(jù)后，重新計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。設(shè)計(jì)值為：td=-1645s724.10-1.64537.70=662.08(kpa)1.4 中粒式瀝青混凝土回彈模量和強(qiáng)度1.4.1 抗壓回彈模量 20時(shí)抗壓回彈模量：1079(MPa)15時(shí)抗壓回彈模量：1606(MPa)1.4.2 15時(shí) f101.6mm63.5mm試件劈裂試驗(yàn)表1.5 瀝青混凝土試件劈裂試驗(yàn)數(shù)據(jù)f101.6mm63.5mm試件劈裂試驗(yàn)最大荷載（N）（kPa）處理結(jié)果110746 1060.91選用210037 990.92選用310557 1042.25選用49248 913.02選用510074 994.57選用610879 1074.04選用有效數(shù)據(jù)平均值（kPa）1012.62有效數(shù)據(jù)樣本標(biāo)準(zhǔn)差S（kPa）59.5變異系數(shù)（%）5.2設(shè)計(jì)值取為：td=1012.62(kpa)1.5 水泥混凝土抗折強(qiáng)度表1.6 水泥混凝土試件彎拉強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)組別試件極限荷載（kN）（kPa）處理結(jié)果11394933.3選用2395067.7選用3385333.3選用有效數(shù)據(jù)平均值= 5111.1（kPa）21395600.0選用2395733.3選用3395466.7選用有效數(shù)據(jù)平均值=5600.0（kPa）一組3個(gè)試件，以3個(gè)試件測值的算術(shù)平均值為測定值。如任一個(gè)測值與中值的差值超過中值的15%時(shí)，則取中值為測定值。如有兩個(gè)測值與中值的差值均超過上述規(guī)定時(shí)，則該組試驗(yàn)結(jié)果無效。因此第1組測定值為5.11MPa，第2組測定值為5.60MPa。一般情況下，用于路面設(shè)計(jì)的彎拉（抗折）強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值可取多組測定值的代表強(qiáng)度：因試驗(yàn)數(shù)據(jù)僅有2組，彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fr按規(guī)范要求取5.0MPa。2 瀝青路面設(shè)計(jì)2.1 軸載分析該道路的交通組成情況如表2.1所示。表2.1 交通組成表車型前軸重后軸重后軸數(shù)后軸輪組數(shù)后軸距（m）交通量解放CA10B19.4060.851雙解放 CA39035.0070.151雙東風(fēng)EQ14023.7069.201雙黃河JN15049.00101.601雙黃河JN25355.0066.002雙 3長征XD98037.1072.652雙 3日野ZM44060.00100.002雙 3日野KB22250.20104.301雙太拖拉13851.4080.002雙 3小客車2.1.1 以設(shè)計(jì)彎沉值為指標(biāo)及驗(yàn)算瀝青層層底拉應(yīng)力的累計(jì)當(dāng)量軸次瀝青路面設(shè)計(jì)以單軸雙輪組 BZZ100kN 作為標(biāo)準(zhǔn)軸載。1) 軸載換算軸載換算采用如下計(jì)算公式：式中：N 標(biāo)準(zhǔn)軸載當(dāng)量軸次，次/日；Ni 被換算車輛的各級軸載作用次數(shù)，次/日；P 標(biāo)準(zhǔn)軸載，kN；Pi 被換算車輛的各級軸載，kN；k 被換算車輛的類型數(shù)；軸載系數(shù)，,為軸數(shù)。當(dāng)軸間距離大于3m時(shí)，按單獨(dú)的一個(gè)軸載計(jì)算，當(dāng)軸間距離小于3m時(shí)，應(yīng)考慮軸數(shù)系數(shù)。輪組系數(shù)，單輪組為6.4，雙輪組為1，四輪組為0.38。軸載換算結(jié)果如表2.2所示。表2.2 軸載換算表（一）車型解放 CA10B后軸60.8511解放 CA390前軸35.0016.4后軸70.1511東風(fēng) EQ140后軸69.2011黃河 JN150前軸49.0016.4后軸101.6011黃河 JN253前軸55.0016.4后軸66.002.21長征 XD980前軸37.1016.4后軸72.652.21日野 ZM440前軸60.0016.4后軸100.002.21日野 KB222前軸50.2016.4后軸104.3011太拖拉 138前軸51.4016.4后軸80.002.21合計(jì)備注：軸載小于25kN的軸載作用不計(jì)。2) 累計(jì)當(dāng)量軸次計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，高速公路瀝青路面的設(shè)計(jì)年限為 15年，六車道的車道系數(shù)是0.30.4，取0.35， = 5.3%，累計(jì)當(dāng)量軸次：2.1.2 驗(yàn)算半剛性基層層底拉應(yīng)力的累計(jì)當(dāng)量軸次1) 軸載換算驗(yàn)算半剛性基層層底拉應(yīng)力公式為：式中： 軸組系數(shù)，； 輪組系數(shù)，單輪組為18.5，雙輪組為1，四輪組為0.09。計(jì)算結(jié)果如表2.3所示。表2.3 軸載換算表（二）車型解放 CA10B后軸60.8511解放 CA390后軸70.1511東風(fēng) EQ140后軸69.2011黃河 JN150后軸101.6011黃河 JN253前軸55.00118.5后軸66.0031長征 XD980后軸72.6531日野 ZM440前軸60.00118.5后軸100.0031日野 KB222前軸50.20118.5后軸104.3011太拖拉 138前軸51.40118.5后軸80.0031合計(jì)備注：軸載小于 50kN 的軸載作用不計(jì)。2) 累計(jì)當(dāng)量軸數(shù)計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，高速公路瀝青路面的設(shè)計(jì)年限為 15年，六車道的車道系數(shù)是 0.30.4，取 0.35, = 5.3%，累計(jì)當(dāng)量軸次：2.2 路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)本道路位于IV5區(qū)，地下水位較高，所以需要考慮干燥（中濕）和潮濕（過濕）兩種情況進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。2.2.1 路基干燥（中濕）情況瀝青路面結(jié)構(gòu)根據(jù)本地區(qū)的路用材料、已有的工程經(jīng)驗(yàn)和典型路面結(jié)構(gòu)，擬定了兩個(gè)路面結(jié)構(gòu)方案。根據(jù)各結(jié)構(gòu)層的混合料類型、最小施工厚度、施工機(jī)具等因素，初步確定了各結(jié)構(gòu)層厚度。該公路地處 IV5區(qū)，屬江南丘陵過濕地區(qū)，根據(jù)氣候資料，該地區(qū)年降水量大于 1500mm；年最高月平均氣溫大于30，且高溫季節(jié)長，年最低氣溫大于9；春夏東南季風(fēng)造成的梅雨和下雨與高溫季節(jié)重疊，形成明顯不利季節(jié)。根據(jù)地區(qū)交通組成資料和自然區(qū)劃，地下水、地面水和重車渠化將是影響路面使用的重要原因。因氣候濕熱，瀝青材料的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性，半剛性基層的水穩(wěn)定性是要重點(diǎn)考慮的問題。在進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，盡量采用熱穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度好的材料。路面瀝青材料采用標(biāo)號低，粘附性能好的材料。同時(shí)，該公路 地處湖南中部，根據(jù)湖南省政府發(fā)展中部地區(qū)經(jīng)濟(jì)的精神以及中南六省有關(guān)“中部崛起”的戰(zhàn)略，可以預(yù)見，該公路的規(guī)劃和修建除交通原因外還有巨大的社會意義。因此，須保證該公路良好的使用性能和耐久性，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，在經(jīng)濟(jì)允許的情況下，盡量使用技術(shù)性能好的結(jié)構(gòu)材料。綜合上述原因，在本設(shè)計(jì)中采用方案 A（推薦方案）進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。2.2.2 路基潮濕（過濕）情況瀝青路面結(jié)構(gòu)當(dāng)路基地下水位較高時(shí)，土質(zhì)易受濕度的影響，導(dǎo)致路基承載力降低。首先應(yīng)采用有效的措施降低地下水位，其次是設(shè)置防水墊層，隔斷地下水對路面結(jié)構(gòu)的不利影響，且提高路面結(jié)構(gòu)的整體承載力。在同一個(gè)建設(shè)項(xiàng)目，為方便施工的組織，降低工程成本，路面結(jié)構(gòu)不宜變化過大，因此路基潮濕路段路面結(jié)構(gòu)與干燥、中濕路基段路面結(jié)構(gòu)基本相同，僅增加一個(gè)防水墊層。路面結(jié)構(gòu)組合方案如下：2.3 路面結(jié)構(gòu)厚度計(jì)算2.3.1 土基回彈模量根據(jù)試驗(yàn)資料處理，干燥路段土基回彈模量為48.86MPa，考慮到該地區(qū)地質(zhì)水文情況，設(shè)計(jì)中選用40.00MPa進(jìn)行計(jì)算。潮濕路段土基回彈模量為33.17MPa，考慮到該地區(qū)地質(zhì)水文情況，設(shè)計(jì)中選用30.00MPa進(jìn)行計(jì)算。2.3.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)1) 設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算公式為：式中：ld 設(shè)計(jì)彎沉值（0.01mm）； Ne 設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道累計(jì)當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)軸載通行次數(shù)； Ac 公路等級系數(shù)，高速公路、一級公路為1.0； As 面層類型系數(shù)，瀝青混凝土面層為1.0；Ab 路面結(jié)構(gòu)類型系數(shù)，剛性基層、半剛性基層、瀝青路面為1.0，柔性基層瀝青路面為1.6。若基層由半剛性材料層與柔性材料層組合而成，則Ab介于兩者之間通過線性內(nèi)插決定。2) 各層材料的容許層底拉應(yīng)力 細(xì)粒式密級配瀝青混凝土： 中粒式密級配瀝青混凝土： 粗粒式密級配瀝青混凝土：水泥穩(wěn)定碎石： 二灰穩(wěn)定碎石：2.3.3 路面結(jié)構(gòu)計(jì)算 1）干燥（中濕）路段各層材料的抗壓模量與劈裂強(qiáng)度如表2.4。表2.4 路面結(jié)構(gòu)層材料參數(shù)材料名稱厚度（cm）抗壓模量（MPa）劈裂強(qiáng)度（MPa）2015細(xì)粒式瀝青混凝土4140020001.2中粒式瀝青混凝土5107219300.8粗粒式瀝青混凝土7100013000.6水泥穩(wěn)定碎石35150036000.5二灰穩(wěn)定砂礫20130036000.5土基40.00采用BISAR3.0程序分析計(jì)算路表彎沉值和各結(jié)構(gòu)層底部拉應(yīng)力。路表彎沉值按下式計(jì)算：式中：F彎沉綜合修正系數(shù)，按下式計(jì)算： 采用程序計(jì)算得到的理論彎沉值lL = 36.25（0.01mm）可求得路表彎沉計(jì)算值：采用Bisar3.0程序計(jì)算各層層底拉應(yīng)力匯總于表2.5。表2.5 路面結(jié)構(gòu)拉應(yīng)力計(jì)算結(jié)果材料名稱厚度（cm）層底拉應(yīng)力（MPa）容許拉應(yīng)力（MPa）細(xì)粒式瀝青混凝土4-0.0560.325中粒式瀝青混凝土5-0.0230.217粗粒式瀝青混凝土7-0.0750.163水泥穩(wěn)定碎石350.1190.183二灰穩(wěn)定碎石200.0790.279土基從計(jì)算結(jié)果可知，各結(jié)構(gòu)層層底拉應(yīng)力均小于容許拉應(yīng)力，路面結(jié)構(gòu)各層層底拉應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。 2）潮濕（過濕）路段各層材料的抗壓模量與劈裂強(qiáng)度如表2.6。表2.6 路面結(jié)構(gòu)層材料參數(shù)材料名稱厚度（cm）抗壓模量（MPa）劈裂強(qiáng)度（MPa）2015細(xì)粒式瀝青混凝土4140020001.2中粒式瀝青混凝土5107219300.8粗粒式瀝青混凝土7100013000.6水泥穩(wěn)定碎石35150036000.5二灰穩(wěn)定碎石20130036000.5級配碎石20225土基30.00采用BISAR3.0程序分析計(jì)算路表彎沉值和各結(jié)構(gòu)層底部拉應(yīng)力。路表彎沉值按下式計(jì)算：式中：F彎沉綜合修正系數(shù)，按下式計(jì)算： 采用程序計(jì)算得到的理論彎沉值lL = 43.63（0.01mm）可求得路表彎沉計(jì)算值：采用Bisar3.0程序計(jì)算各層層底拉應(yīng)力匯總于表2.7。表2.7 路面結(jié)構(gòu)拉應(yīng)力計(jì)算結(jié)果材料名稱厚度（cm）層底拉應(yīng)力（MPa）容許拉應(yīng)力（MPa）細(xì)粒式瀝青混凝土4-0.0160.325中粒式瀝青混凝土5-0.0190.217粗粒式瀝青混凝土7-0.0750.163水泥穩(wěn)定碎石350.0520.183石灰土穩(wěn)定碎石200.1510.279級配碎石20土基從計(jì)算結(jié)果可知，各路面結(jié)構(gòu)層層底拉應(yīng)力均小于容許拉應(yīng)力，路面結(jié)構(gòu)各層層底拉應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。3 水泥混凝土路面設(shè)計(jì)3.1 軸載分析本道路交通組成如表3.1。表3.1 交通組成表車型前軸重后軸重后軸數(shù)后軸輪組數(shù)后軸距（m）交通量解放CA10B19.4060.851雙解放 CA39035.0070.151雙東風(fēng)EQ14023.7069.201雙黃河JN15049.00101.601雙黃河JN25355.0066.002雙 3長征XD98037.1072.652雙 3日野ZM44060.00100.002雙 3日野KB22250.20104.301雙太拖拉13851.4080.002雙 3小客車3.1.1 軸載換算路面設(shè)計(jì)以單軸雙輪組BZZ100kN作為標(biāo)準(zhǔn)軸載。式中：Ns 100kN的單軸雙輪組標(biāo)準(zhǔn)軸載的通行次數(shù)；Pi 各類軸輪型i級軸載的總重（kN）； n 軸型和軸載級位數(shù)； Ni 各類軸輪型i級軸載的通行次數(shù)； 軸輪型系數(shù)。 單軸雙輪組： 單軸單輪組： 雙軸雙輪組： 三軸雙輪組： 軸載換算結(jié)果如表3.2所示。表3.2 軸載換算表車型解放CA10B后軸60.851.009210.33解放CA390后軸70.151.009653.32東風(fēng)EQ140后軸69.201.0010282.84黃河JN150前軸49.00416.5010094.64后軸101.601.0010091300.74黃河JN253前軸55.00396.3092525.7后軸132.003.655E-069250.29長征XD980后軸145.303.578E-066450.91日野ZM440前軸60.00381.7076582.38后軸200.003.335E-06765137.20日野KB222前軸50.20412.1013068.75后軸104.301.0013062561.49太拖拉138前軸51.40408.002172.10后軸160.003.503E-062171.40合計(jì)4162.09備注：軸載小于40kN的軸載作用不計(jì)。3.1.2 計(jì)算累計(jì)當(dāng)量軸次根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，高速公路混凝土路面設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為30年，安全等級為一級，輪跡橫向分布系數(shù)在0.170.22之間，取0.20，gr=0.053，則：累計(jì)交通量在100 104 2000 104之間，屬于重交通。3.2 路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)考慮干燥（中濕）和潮濕（過濕）兩種情況進(jìn)行路面設(shè)計(jì)。3.2.1 干燥（中濕）情況路面結(jié)構(gòu)組合本公路交通等級為重交通，地處 IV5區(qū)，屬江南丘陵過濕區(qū)，年降水量大于1500mm，地下水位高。月平均氣溫大于30，高溫季節(jié)長。春夏兩季有較長時(shí)間的集中降水。選擇設(shè)計(jì)方案主要考慮的問題有：（1）路面的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐久性；（2）基層、底基層的穩(wěn)定性，特別是水穩(wěn)定性；（3）經(jīng)濟(jì)性和施工便利。從我省混凝土路面的使用經(jīng)驗(yàn)來看，由于基層、底基層的水穩(wěn)定性不良而造成的道路使用性能下降和道路破壞的情況較為常見，因此，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案應(yīng)著重考慮了基層、底基層的水穩(wěn)定性能。考慮沿線可利用的材料來源、路面結(jié)構(gòu)水穩(wěn)定性要求以及本地水泥混凝土路面建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，擬定兩個(gè)路面結(jié)構(gòu)方案。從路面結(jié)構(gòu)承載性能方面比較，B方案優(yōu)于A方案，但從以往水泥混凝土路面的使用經(jīng)驗(yàn)來看，提升的空間不大。從經(jīng)濟(jì)性和施工便利方面考慮，B方案也較好。同時(shí)，在公路沿線有大量碎石、砂礫、粉煤灰等可用于穩(wěn)定類基層建造的材料，可大大節(jié)省投資。鑒于本地區(qū)水泥混凝土路面因排水不良引起損壞的問題較多，本設(shè)計(jì)以方案A為推薦方案。3.2.2 潮濕（過濕）情況路面結(jié)構(gòu)組合當(dāng)路基地下水位較高時(shí)，土質(zhì)易受濕度的影響，導(dǎo)致路基承載力降低。首先應(yīng)采用有效的措施降低地下水位，其次是設(shè)置防水墊層，隔斷地下水對路面結(jié)構(gòu)的不利影響，且提高路面結(jié)構(gòu)的整體承載力。在同一個(gè)建設(shè)項(xiàng)目，為方便施工的組織，降低工程成本，路面結(jié)構(gòu)不宜變化過大，因此路基潮濕路段路面結(jié)構(gòu)與干燥、中濕路基段路面結(jié)構(gòu)基本相同，僅增加一個(gè)防水墊層。路面結(jié)構(gòu)組合方案如下：3.2.3 路面結(jié)構(gòu)和橫斷面一級公路相應(yīng)的安全等級為二級，變異水平為中，根據(jù)一級公路、重交通等級和中級變異水平等級，初擬普通混凝土面層厚度為260mm，基層采用水泥穩(wěn)定粒料，厚度為200mm。普通混凝土板的平面尺寸為長5.0m，寬度從中央分隔帶至路肩依次為4.25m、3.75m、3.0m?？v縫為設(shè)拉桿平縫，橫縫為設(shè)傳力桿的假縫。硬路肩混凝土面層與行車道等厚。3.3 路面結(jié)構(gòu)厚度計(jì)算3.3.1 干燥（中濕）路段1）確定基層頂面當(dāng)量回彈模量根據(jù)設(shè)計(jì)資料，土基回彈模量E0 = 40.0 MPa，多孔隙水泥穩(wěn)定碎石E1 = 1300 MPa，水泥穩(wěn)定粒料E2 = 1500 MPa?；炷猎O(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度fc= 5.0 MPa，Ec = 3.1104 MPa?；鶎禹斆娈?dāng)量回彈模量如下：式中：基層頂面的當(dāng)量回彈模量； 路床頂面的回彈模量； 基層和底基層或墊層的當(dāng)量回彈模量；多孔隙水泥碎石回彈模量； 水泥穩(wěn)定粒料回彈模量； 基層和底基層或墊層的當(dāng)量厚度； 基層和底基層或墊層的當(dāng)量彎曲剛度； 多孔隙水泥碎石厚度； 水泥穩(wěn)定粒料厚度； a、b 與有關(guān)的回歸系數(shù)。普通混凝土面層的相對剛度半徑按規(guī)范式（B.1.3-2）計(jì)算：2）計(jì)算荷載疲勞應(yīng)力 按規(guī)范式（B.1.3），標(biāo)準(zhǔn)軸載在四邊自由板臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力為：因縱縫為設(shè)拉桿平縫，考慮接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)Kr = 0.87?？紤]設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)應(yīng)力累計(jì)疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)Kf = Ne0.057 = 191319000.057 =2.600。根據(jù)公路等級，考慮偏載和動載等因素，對路面疲勞損壞影響的綜合系數(shù)Kc = 1.25。按規(guī)范式（B.1.2），荷載疲勞應(yīng)力為：3）計(jì)算溫度疲勞應(yīng)力 由規(guī)范查得，IV區(qū)最大的溫度梯度取92（/m）。板長4.5m，l/r = 4.5/0.717 = 6.276，由圖B.2.2可查得普通混凝土板厚h =260mm時(shí)，Bx = 0.580，按式（B.2.2），最大溫度梯度時(shí)混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力為：溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)按式（B.2.3）計(jì)算為：再由式（B.2.1）計(jì)算溫度疲勞應(yīng)力為查表3.0.1，一級公路的安全等級為二級，相應(yīng)于二級安全等級的變異水平為中級，目標(biāo)可靠度為90%。再據(jù)查得的目標(biāo)可靠度和變異水平等級，查表3.0.3，確定可靠度系數(shù)r = 1.16，按式（3.0.3）：所選普通混凝土面層厚度可以承受設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力的綜合疲勞作用。3.3.2 潮濕（過濕）路段1）確定基層頂面當(dāng)量回彈模量由設(shè)計(jì)資料知，土基回彈模量E0 = 30.0MPa，多孔隙水泥碎石E1 =1300 MPa，水泥穩(wěn)定粒料E2 =1500 MPa，混凝土設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度fcm = 5.0 MPa，Ec =31000 MPa。計(jì)算基層頂面當(dāng)量回彈模量如下：式中：基層頂面的當(dāng)量回彈模量； 路床頂面的回彈模量； 基層和底基層或墊層的當(dāng)量回彈模量；多孔隙水泥碎石回彈模量； 水泥穩(wěn)定粒料回彈模量； 基層和底基層或墊層的當(dāng)量厚度； 基層和底基層或墊層的當(dāng)量彎曲剛度； 多孔隙水泥碎石厚度； 水泥穩(wěn)定粒料厚度； a、b 與有關(guān)的回歸系數(shù)。普通混凝土面層的相對剛度半徑按規(guī)范式（B.1.3-2）計(jì)算：2）計(jì)算荷載疲勞應(yīng)力 按規(guī)范式（B.1.3），標(biāo)準(zhǔn)軸載在四邊自由板臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力為：因縱縫為設(shè)拉桿平縫，接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)Kr = 0.87；考慮設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)應(yīng)力累計(jì)疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)Kf = Ne0.057 = 191319000.057 = 2.600；根據(jù)公路等級，考慮偏載和動載等因素，對路面疲勞損壞影響的綜合系數(shù)Kc =1.25。按式（B.1.2），荷載疲勞應(yīng)力為：3）計(jì)算溫度疲勞應(yīng)力由規(guī)范查得，IV區(qū)最大的溫度梯度取92（/m）。板長4.5m，l/r = 4.5/0.752 = 5.984，由圖B.2.2可查得普通混凝土板厚h =260mm時(shí)，Bx = 0.580，按式（B.2.2），最大溫度梯度時(shí)混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力為：溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)Kt，按式（B.2.3）計(jì)算為：再由式（B.2.1）計(jì)算溫度疲勞應(yīng)力為：查表3.0.1，一級公路的安全等級為二級，相應(yīng)于二級安全等級的變異水平為中級，目標(biāo)可靠度為90%。再據(jù)查得的目標(biāo)可靠度和變異水平等級，查表3.0.3，確定可靠度系數(shù)r = 1.16。所以，所選普通混凝土面層厚度可以承受設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力的綜合疲勞作用。3.4 水泥混凝土路面接縫設(shè)計(jì)3.4.1 縱向接縫（1）縱向接縫的布設(shè)視路面寬度和施工鋪筑寬度而定：一次鋪筑寬度小于路面寬度時(shí)，應(yīng)設(shè)置縱向施工縫。縱向施工縫采用平縫形式，上部應(yīng)鋸切槽口，深度為3040 mm，寬度為38 mm，槽內(nèi)灌塞填縫料，見水泥混凝土路面接縫構(gòu)造圖；一次鋪筑寬度大于 4.5 m 時(shí)，應(yīng)設(shè)置縱向縮縫?？v向縮縫采用假縫形式，鋸切的槽口深度應(yīng)大于施工縫的槽口深度。采用粒料基層時(shí)，槽口深度應(yīng)為板厚的1/3；采用半剛性基層時(shí)，槽口深度為板厚的 2/5，見水泥混凝土路面接縫構(gòu)造圖。（2）縱縫與路線中縫平行。在路面等寬的路段內(nèi)或路面變寬路段的等寬部分，縱縫的間距和形式應(yīng)保持一致。路面變寬段的加寬部分與等寬部分之間，以縱向施工縫隔開。加寬板在變寬段起終點(diǎn)處的寬度不小于1 m。（3）拉桿應(yīng)采用螺紋鋼筋，設(shè)在板后中央，并對拉桿中部100 mm范圍內(nèi)進(jìn)行防銹處理。拉桿的直徑、長度和間距，參照表3.3。施工布設(shè)時(shí)，拉桿間距應(yīng)按橫向接縫的實(shí)際位置予以調(diào)整，最外側(cè)的拉桿距橫向接縫的距離不小于100 mm。表3.3 拉桿直徑、長度和間距（mm）面層厚度（mm）到自由邊或未設(shè)拉桿縱縫的距離（m）3.003.503.754.506.007.50200250147009001470080014700700147006001470050014700400250300168009001680080016800700168006001680050016800400備注：拉桿直徑、長度和間距的數(shù)字為直徑長度間距。3.4.2 橫向接縫（1）每日施工結(jié)束或因臨時(shí)原因中斷施工時(shí)，必須設(shè)置橫向施工縫，其位置應(yīng)盡可能選在縮縫或脹縫處。設(shè)在縮縫處的施工縫，采用傳力桿的平縫形式；設(shè)在脹縫處的施工縫，其構(gòu)造與脹縫相同。遇有困難需設(shè)在縮縫之間時(shí)，施工縫采用設(shè)拉桿的企口縫形式。見水泥混凝土路面接縫構(gòu)造圖。（2）橫向縮縫間距布置，采用設(shè)傳力桿假縫形式，其構(gòu)造見水泥混凝土路面接縫構(gòu)造圖。（3）橫向縮縫頂部應(yīng)鋸切槽口，深度為面層厚度的1/51/4，寬度為38 mm，槽內(nèi)填塞填縫縫料。橫向縮縫槽口宜增設(shè)深20 mm、寬610 mm的淺槽口，見水泥混凝土路面接縫構(gòu)造圖。（4）在鄰近橋梁或其他固定構(gòu)造物處或其他道路相交處設(shè)置橫向脹縫。設(shè)置的脹縫條數(shù)視膨脹量大小而定。脹縫寬20 mm，縫內(nèi)設(shè)置填縫板和可滑動的傳力桿。脹縫的構(gòu)造見水泥混凝土路面接縫構(gòu)造圖。（5） 傳力桿應(yīng)采用光面鋼筋。傳力桿直徑 32 mm，長度 450 mm，間距 300 mm。最外側(cè)傳力桿距縱向接縫或自由邊的距離為 150250 mm。3.4.3 端部處理（1）混凝土路面與固定構(gòu)造物相銜接的脹縫無法設(shè)置傳力桿時(shí)，可在毗鄰構(gòu)造物的板端部內(nèi)配置雙層鋼筋網(wǎng)；或在長度約為610倍板厚的范圍內(nèi)逐漸將板厚增加20%。（2）混凝土路面與橋梁相接，橋頭設(shè)有搭板時(shí)，應(yīng)在搭板與混凝土面層板之間設(shè)置長610 m的鋼筋混凝土面層過渡板。后者與搭板間的橫縫采用設(shè)拉桿平縫形式，與混凝土面層間的橫縫采用設(shè)傳力桿脹縫形式。膨脹量大時(shí)，應(yīng)連續(xù)設(shè)置23 條設(shè)傳力桿脹縫。當(dāng)橋梁為斜交時(shí)，鋼筋混凝土板的銳角部分應(yīng)采用鋼筋網(wǎng)補(bǔ)強(qiáng)。橋頭未設(shè)搭板時(shí)，宜在混凝土面層與橋臺之間設(shè)置長1015 m的鋼筋混凝土面層板；或設(shè)置由混凝土預(yù)制塊面層或?yàn)r青面層鋪筑的過渡段，其長度不小于8 m。（3）混凝土路面與瀝青路面相接時(shí)，其間應(yīng)設(shè)置至少3 m長的過渡段。過渡段的路面采用兩種路面呈階梯狀疊合布置，其下面鋪設(shè)的變厚度混凝土過渡板的厚度不得小于200 mm。過渡板與混凝土面層相接處的接縫內(nèi)設(shè)置直徑25 mm、長700 mm、間距400mm的拉桿?；炷撩鎸优徳摻涌p的12條橫向接縫應(yīng)設(shè)置脹縫。4 舊路補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)4.1 設(shè)計(jì)基本資料該道路位于湖南省境內(nèi)，等級為三級，原路面為5cm的瀝青貫入碎石路面，隨著使用年限的增加，表面性能和承載能力不斷降低，需采取修復(fù)措施恢復(fù)及提高道路的使用性能。4.1.1 道路交通組成情況表4.1 交通組成車型前軸重后軸重后軸數(shù)后軸輪組數(shù)后軸距（m）交通量（輛/晝夜）解放CA10B19.4060.851雙51解放CA39035.0070.151雙44東風(fēng)EQ14023.7069.201雙266黃河JN15049.00101.601雙197黃河JN25355.0066.002雙 3127小汽車1628交通量年增長率為：5.2%4.1.2 舊路彎沉資料表4.2 舊路彎沉數(shù)據(jù)里程樁號彎沉值（0.01mm）里程樁號彎沉值（0.01mm）里程樁號彎沉值（0.01mm）K0+000171K2+000220K4+000204K0+050156K2+050231K4+050187K0+100162K2+100219K4+100186K0+150164K2+150217K4+150197K0+200174K2+200230K4+200195K0+250162K2+250235K4+250185K0+300161K2+300217K4+300184K1+350173K3+350228K5+350202K1+400153K3+400230K5+400185K1+450160K3+450236K5+450190K1+500169K3+500224K5+500184K1+550167K3+550223K5+550187K1+600161K3+600215K5+600182K1+650170K3+650225K5+6501944.2 瀝青混凝土補(bǔ)強(qiáng)方案4.2.1 軸載分析舊路補(bǔ)強(qiáng)路面設(shè)計(jì)以單軸雙輪組BZZ100 kN作為標(biāo)準(zhǔn)軸載。1）軸載換算軸載換算采用如下計(jì)算公式：軸載換算結(jié)果如表4.3所示。表4.3 軸載換算表車型PiC1C2ni解放CA10B后軸60.8511515.88解放CA390前軸35.0016.4442.93后軸70.1511449.41東風(fēng)EQ140后軸69.201126653.62黃河JN150前軸49.0016.419756.62后軸101.6011197211.08黃河JN253前軸55.0016.412760.33后軸66.002.2112745.84合計(jì)445.72注：軸載小于25kN的軸載作用不計(jì)。2）累計(jì)當(dāng)量軸數(shù)計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，三級公路瀝青路面的設(shè)計(jì)年限為8年，雙向兩車道的車道系數(shù) = 0.60.7，取0.65， = 5.2%，累計(jì)當(dāng)量軸次為：4.2.2 原路面當(dāng)量回彈模量計(jì)算根據(jù)原路面彎沉測試數(shù)據(jù)，三個(gè)段落的彎沉值有較大的差別，故分成三個(gè)段落分別處理，如表4.4所示。計(jì)算彎沉值：舊路當(dāng)量回彈模量：表4.4 原路面當(dāng)量回彈模量計(jì)算里程樁號彎 沉平均值(0.01mm)彎 沉標(biāo)準(zhǔn)差(0.01mm)保證率系 數(shù)季節(jié)影響系數(shù)濕度影響系數(shù)溫度修正系數(shù)計(jì) 算彎沉值(0.01mm)當(dāng)量回彈模量(MPa)K0+000K1+650164.56.111.31.21.01.0206.979.6K2+000K4+000225.05.991.31.21.01.0279.358.2K4+000K6+000190.16.811.31.21.01.0238.868.74.2.3 道路補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)1）補(bǔ)強(qiáng)方案考慮道路施工便利，原料采購以及提高道路使用性能方面的因素，同時(shí)考慮到舊路彎沉資料有限，不能全面反映該道路的真實(shí)情況，因此在進(jìn)行道路補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)時(shí)，對三路段采用相同的補(bǔ)強(qiáng)方案。2）設(shè)計(jì)指標(biāo)的確定對于三級公路，為簡單起見，僅以設(shè)計(jì)彎沉值作為設(shè)計(jì)指標(biāo)。路面設(shè)計(jì)彎沉值為： 式中，因該公路為三級公路，道路等級系數(shù)Ac = 1.2，瀝青混凝土面層As = 1.0，半剛性基層，基層類型系數(shù)Ab = 1.0。3）結(jié)構(gòu)層參數(shù)三個(gè)路段原路面回彈模量相差不大，統(tǒng)一采用路段二的當(dāng)量回彈模量進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。各結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)參數(shù)如表4.5。表4.5 路面結(jié)構(gòu)層參數(shù)材料名稱厚度（cm）抗壓模量2015中粒式瀝青混凝土512001800水泥穩(wěn)定碎石2615003600土基58.24）路面彎沉驗(yàn)算設(shè)計(jì)彎沉值ld = 45.27（0.01mm）采用BISAR3.0程序分析計(jì)算路表彎沉值和各結(jié)構(gòu)層底部拉應(yīng)力。路表彎沉值按下式計(jì)算：式中：F彎沉綜合修正系數(shù)，按下式計(jì)算： 采用程序計(jì)算得到的理論彎沉值lL = 65.25（0.01mm）可求得路表彎沉計(jì)算值：4.3 水泥混凝土補(bǔ)強(qiáng)方案4.3.1 軸載分析路面設(shè)計(jì)以單軸雙輪組BZZ100kN作為標(biāo)準(zhǔn)軸載。1）軸載換算 軸載換算結(jié)果如表4.6所示。表4.6 軸載換算表車型PiiNi解放CA10B后軸60.851.00510.02解放CA390后軸70.151.00440.15東風(fēng)EQ140后軸69.201.00266