某雙車道二級公路的路面設(shè)計計算1.水泥路面設(shè)計1.1設(shè)計資料：福建省內(nèi)計劃修建一條雙車道二級公路，經(jīng)勘察路基土為中密級碎石土、角礫土，地下水位距地表3m，路基平均填土高為-1.32m，使用年限內(nèi)交通量的年平均增長率為前五年8%，其余各年5%，沿線可開采碎石、砂礫，并有煤渣、石灰?guī)r、大理石、花崗巖等材料供應(yīng)。有中型采石場和石灰廠，水泥、鋼材均需外購。據(jù)預(yù)測該路竣工初年的交通組成如下：車型交通量（輛/晝夜）車型交通量（輛/晝夜）黃河QD351313長征CZ361213東風(fēng)EQ140413交通SH141313太拖拉138S313解放CA50213延安SX161313小汽車600試設(shè)計水泥混凝土路面，并進行接縫設(shè)計。1.2交通量分析雙車道二級公路的設(shè)計基準期查規(guī)范得為20年，方向系數(shù)取0.5、車道系數(shù)取1，水泥混凝土路面輪跡橫向分布系數(shù)=0.20，使用年限內(nèi)交通量的年平均增長率為前五年8%，其余各年5%，可計算得Ne：Ne屬重交通等級，設(shè)計軸載采用100kN，最重荷載采用150kN。1.3可靠度系數(shù)的確定變異系數(shù)等級可控制到“中”級別范圍內(nèi)，查表得二級公路安全等級為二級，目標(biāo)可靠度為85%，可靠度系數(shù)取1.11。1.4路基參數(shù)的確定根據(jù)規(guī)范要求，重型交通地基回彈模量需大于等于60Mpa，該地區(qū)地基為中密級碎石土、角礫土，查表可得地基的彈性模量可取150Mpa。路床至地下水位面（-1.32+3）=1.68m，查規(guī)范，根據(jù)內(nèi)插法，可求得適度調(diào)整系數(shù)為0.74，E01.5結(jié)構(gòu)組合初擬與設(shè)計參數(shù)確定此路段交通荷載分級為重交通等級，初步擬定的結(jié)構(gòu)組合：普通水泥混凝土路面板(24cm)+水泥穩(wěn)定碎石(15cm)+水泥穩(wěn)定碎石底基層(15cm)+路基。彎拉強度標(biāo)準值查表取為5.0MPa，彎拉模量為31GPa,泊松比取0.15，線膨脹系數(shù)為1.0x10^(-5)/℃。上下兩層水泥穩(wěn)定碎石在水泥用量上和集料方面有差異，上層要優(yōu)于下層，參考規(guī)范中的經(jīng)驗參考值表，取上層水泥穩(wěn)定碎石的回彈模量為10000MPa，下層水泥穩(wěn)定碎石回彈模量為8000MPa，泊松比取為0.20。1.6平面尺寸、接縫及路肩形式選擇單向路行車道3.5m+硬路肩0.75m+土路肩0.75m。行車道水泥混凝土面層板平面尺寸取長5m，寬4.25m,接縫根據(jù)規(guī)范，重及以上交通荷載等級，縮縫為不設(shè)傳力桿的假縫，縱縫為帶拉桿的平頭真縫。硬路肩面層采用與行車道面層等厚的混凝土,并設(shè)拉桿與行車道板相連。1.7計算地基綜合回彈模量水泥混凝土面板為與上層水泥穩(wěn)定碎石層為分離式雙層板，下層穩(wěn)定碎石底基層和路基組成地基，選擇模型：雙層水泥穩(wěn)定碎石不屬于粒料類材料，因此選擇分離式雙層板模型。除了路基外只有水泥穩(wěn)定碎石單層基層。8000MPa（底基層水泥穩(wěn)定碎石模量）0.15m（底基層水泥穩(wěn)定碎石厚度）α=0.26E1.8荷載應(yīng)力計算(1)荷載應(yīng)力DDrσ(2)確定三個修正系數(shù)kr、kc、kf應(yīng)力折減系數(shù)k,，因接縫的傳荷能力，對板的應(yīng)力降低有正面效果，是一個小于1的數(shù)。因臨界荷載位在縱縫邊緣，因此主要由路肩情況確定：采用混凝土路肩時，取0.87~0.92(路肩面層與路面面層等厚時取低值，減薄時取高值)；采用柔性路肩或土路肩時取1。所以kr取0.87，kc查表取1.05，查表可求kf(3)計算荷載疲勞應(yīng)力σ(4)面板層在最重軸載作用下的荷載應(yīng)力計算最重軸載(或稱極限荷載)在四邊自由板的臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力σpmσ最重軸載在臨界荷位產(chǎn)生的最大荷載應(yīng)力σp，maxσ1.9溫度應(yīng)力計算(1)面層板最大溫度應(yīng)力σt，max下層板不考慮其溫度應(yīng)力krξ=?t=面層板的溫度翹曲應(yīng)力系數(shù)CL:CL計算綜合溫度翹曲應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力的溫度應(yīng)力系數(shù)BL:BLIV區(qū)最大溫度梯度范圍為86~92℃/m,取92℃/m,則最大溫度應(yīng)力:σt，(2)面層板溫度疲勞應(yīng)力σ①確定溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)ktIV區(qū)，查課本P404可得at、bt和ct分別為0.843、1.323和0.058，計算溫度疲勞應(yīng)力系數(shù):kt②計算溫度疲勞應(yīng)力σσtr1.10設(shè)計極限狀態(tài)驗證檢驗單層板的極限狀態(tài):彈性地基上單層板模型，只需要驗證單層板的極限狀態(tài)γrσprγrσp，擬定的由計算厚度0.25m的普通混凝土面層和厚度0.15m的水泥穩(wěn)定粒料基層組成的路面結(jié)構(gòu)滿足要求,可以承受設(shè)計基準期內(nèi)荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力的綜合疲勞作用,以及最重軸載在最大溫度梯度時的一次作用。2.瀝青路面設(shè)計2.1設(shè)計資料福建二級公路，其中某段經(jīng)調(diào)查路基為中密級碎石土、角礫土，地下水位3m，路基填土高度1.32m。交通組成如下表所示，交通量年平均增長率前五年為8%，其余各年為5%。沿線可開采碎石、砂礫，并有煤渣、石灰?guī)r、大理石、花崗巖等材料供應(yīng)。有中型采石場和石灰廠，水泥、鋼材均需外購。設(shè)計合適的瀝青路面結(jié)構(gòu)（交通參數(shù)計算采用水平三）交通組成表車輛類型1類2類4類數(shù)量60012528392.2環(huán)境參數(shù)福建二級公路，查表8-19得設(shè)計使用年限=12年。所在地區(qū)自然區(qū)劃屬Ⅳ6n區(qū)，瀝青路面氣候分區(qū)屬1-4區(qū)，查表8-6知年降水總量>1000mm，最熱月平均最高氣溫>30℃，年極端最低氣溫>-6℃。2.3交通參數(shù)（1）1類車不參與計算，可求得AADTT=313+413+313+313+213+313+213=2091輛/日（2）計算Q1：查表可得車道系數(shù)取LDF為1,方向系數(shù)取DDF為0.5，可計算得Q1=AADTT×DDF×LDF=1045.5輛/日（3）計算累計交通量Q:交通量年平均增長率前五年為8%，其余各年為5%，Q=365Q1[1+r（4）判斷交通荷載分級：根據(jù)表6-15，屬于“中等”交通荷載等級。（5）計算EALFm：水平三，按表6-13、6-14取非滿載車與滿載車比例如下表，TTC分類為TTC1,EALFm瀝青混合料層永久變形量：車類非滿載車比例滿載車比例當(dāng)量設(shè)計軸載換算系數(shù)EALFm1非滿載車滿載車30.90.190.44.10.7740.650.350.74.21.925無機結(jié)合料層層底拉應(yīng)力：車類非滿載車比例滿載車比例當(dāng)量設(shè)計軸載換算系數(shù)EALFm2非滿載車滿載車30.90.11.3314.232.5940.650.350.3137.648.355路基頂面豎向壓應(yīng)變：車類非滿載車比例滿載車比例當(dāng)量設(shè)計軸載換算系數(shù)EALFm3非滿載車滿載車30.90.10.45.60.9240.650.350.98.83.665（6）計算N1:N車類EALFm1EALFmEALFm3VCDF（%）VCDFmVCDFm*EALFVCDFm30.7732.590.92600.4219.550.5541.92548.3553.665400.7719.222.2求和1.1938.772.75N112091*1*0.50*1.19=1244次/日N212091*1*0.50*38.77=40534次/日N312091*1*0.50*2.75=2875次/日Ne=365Ne12.52*10^6次Ne25.00*10^7次Ne34.07*10^6次對應(yīng)于瀝青混合料層永久變形量的當(dāng)量設(shè)計軸載累計作用次數(shù)為2.52*10^6次，對應(yīng)于無機結(jié)合料層層底拉應(yīng)力的當(dāng)量設(shè)計軸載累計作用次數(shù)為5.00*10^7次,對應(yīng)于路基頂面豎向壓應(yīng)變當(dāng)量設(shè)計軸載累計作用次數(shù)為4.07*10^6次。2.4初擬路面結(jié)構(gòu)初擬水泥穩(wěn)定碎石基層瀝青路面結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)層材料類型厚度（mm）面層AC-13(SBS改性瀝青）60AC-20(90號道路石油瀝青）70基層水泥穩(wěn)定碎石200底基層級配碎石200設(shè)計指標(biāo)為無機結(jié)合料穩(wěn)定層層底拉應(yīng)力、瀝青混合料層永久變形量2.5材料參數(shù)（1）路基頂面回彈模量經(jīng)調(diào)查路基為中密級碎石土、角礫土，參考JTGD50-2017公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范，路基標(biāo)準狀態(tài)下回彈模量取30MPa，回彈模量濕度調(diào)整系數(shù)ks取0.75，經(jīng)過濕度調(diào)整作用折減的路基頂面回彈模量為22.5MPa，不合規(guī)范最小值50MPa，采用相應(yīng)措施提高路基頂面回彈模量后，路基頂面回彈模量取50MPa。（2）級配碎石底基層模量查表6-30，經(jīng)濕度調(diào)整后，級配碎石底基層模量為300MPa。（3）水泥穩(wěn)定碎石基層模量和彎拉強度查表6-19，水泥穩(wěn)定碎石材料彈性模量為20000MPa，乘以結(jié)構(gòu)層模量調(diào)整系數(shù)0.5，水泥穩(wěn)定碎石基層模量為10000MPa，彎拉強度為1.8MPa。（4）瀝青面層模量查課本表6-24，20℃、10Hz時，SBS改性瀝青AC-13表面層模量為11000MPa，90號道路石油瀝青AC-20下面層模量為10000MPa。（5）泊松比根據(jù)公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范（JTGD50-2017）表5.6.1，路基泊松比取0.4，級配碎石底基層泊松比取0.35，瀝青混合料面層和水泥穩(wěn)定碎石基層泊松比取0.25。2.6當(dāng)量瀝青面層和當(dāng)量基層基層當(dāng)量基層厚度：?b?=?基層當(dāng)量基層模量：Eb?=Eb1?b13+E當(dāng)量瀝青面層厚度：?a?=當(dāng)量瀝青面層模量：Ea?=Ea1?a1?E=Ea?Eb2.7溫度調(diào)整系數(shù)和等效溫度瀝青混合料層疲勞開裂：AABB=1.17無機結(jié)合料穩(wěn)定層疲勞開裂疲勞開裂：AE=0.10?A?=0.73?BE=0.15ln(?B?=0.44ln(?溫度調(diào)整系數(shù)：=2.22瀝青混合料層的等效溫度：Tpef=Tξ+0.0162.8路面結(jié)構(gòu)驗算2.9路面結(jié)構(gòu)細粒式瀝青混凝土h1=6cmE1=11000MPaμ=0.25中粒式瀝青混凝土h2=7cmE2=10000MPaμ=0.25水泥穩(wěn)定碎石h3=20cmE4=10000MPaμ=0.25級配碎石h4=20cmE5=300MPaμ=0.35土基E0=50MPaμ=0.403.方案比選現(xiàn)有瀝青路面和水泥路面兩種選擇，兩種方案在設(shè)計上都是可行的。（1）從經(jīng)濟成本方面來看，瀝青路面比水泥路面的造價更高；（2）從使用性能方面來看，瀝青路面較為舒適平穩(wěn)，噪音較小，有一定的彈性；但瀝青路面受高溫影響會有較大氣味，使用壽命較短，且瀝青路面為黑色，不利于夜間行車安全。普通水泥混凝土路面