沥青混凝土和水泥混凝土路面的设计流程-分享篇

一、确定路面结构方案

按材料情况拟定路面结构组合设计方案，如图

细粒式密级配沥青混凝土h1=3cm,E1=1200Mpa粗粒式密级配沥青混凝土h2=8cm,E2=800Mpa粉煤灰三渣h3=30cm,E3=600Mpa天然砂砾h4待求,E4=160MpaE0=27Mpa二、确定路面设计弯沉值

1、计算设计年限内一个车道上的累计当量轴次Ne

在《路基路面工程》查表得t=15,r=4%，=0.3，N1＝880次/日

1r)t136514%)151365（（NeN18800.45 r4% ＝2894862次

2、计算确定路面设计弯沉值ld

根据《路基路面工程》表12-9、12-10、12-11得Ac=1.0、As=1.0、Ab=1.0 由此计算ld，

ld600Ne0.2AcAsAb600)(2894862610)0.21.01.01.0 ＝ 30.61(m0.m01c0m.031

三、计算待求层厚度

土基及路面材料的回弹模量及各强度值列于下表中 抗压回弹模（MPa） 材料名称 细粒试沥青混泥土 粗粒试沥青混泥土 粉煤灰三渣 天然砂砾 土基 20C 1200 800 600 160 27 15C 1800 1200 劈裂强度（MPa） 1.2 0.6 0.3 － －

①根据ls=ld，求理论弯沉系数ac由F1.63(ls2000)0.38

2pE1acF

(E0p)0.36、ls代入数据，即

F＝1.63( 30.61200010.65)0.38(270.7)0.360.505

aclsE12pF0.030611400210.650.70.5054.88

②计算待求层高度h4

把此多层体系换算成三层体系，如下图3所示，计算方法如下：

细粒式密级配沥青混凝土粗粒式密级配沥青混凝土细粒式密级配沥青混凝土h3=30cm,E3=600Mpa粉煤灰三渣粗粒式密级配沥青混凝土天然砂砾h4待求,E4=160Mpa 图3 换算当量三层体系图

acak1k2hh310.650.282;E0E2yE2yE1y80012000.667查图1210,得180.282;acak1278000.034查图1210，得k11.29k24.8881.290.504;EhH由k20.504，00.034;0.282,查表得5.1E2yH5.110.6554.32cm；Hh2h32.4E3E22.4h42.4600800E4E22.454.32830h4160800h438.53cm因此其厚度满足施工.

四、验算整体性材料层底部的最大弯拉应力 ①确定各土层底部的容许拉应力 因有RSPKs，则

a、 细粒式沥青混凝土的容许拉应力 Ks0.09AgNeAc0.22；R11.21.00.091.0(2894862)0.220.51MPa

b、 粗粒式沥青混凝土的容许拉应力 Ks0.09AgNeAc0.22 ；R20.61.00.091.1(2894862)0.220.23MPa

c、 粉煤灰三渣

Ks0.35Ne'Ac0.11；R30.31.00.35(2894862)0.110.17MPa

②确定各层底部的最大弯拉应力（说明：验算层底弯拉应力15c的抗压回弹模量） a、确定细粒式沥青混凝土层层底的弯拉应力m1

将多层体系换算成当量三层体系，如下图；

细粒式密级配h1=3cm,E1=1800Mpa沥青混凝土粗粒式密级配h2=8cm,E2=1200Mpa换算沥青混凝土粉煤灰三渣h3=30cm,E3=600Mpah=3cm,E1=1800Mpa计算得出h=3cm,E1=1800MpaH=?,E2=1200MpaH=30.4cm,E2=1200Mp天然砂砾h4=38.5cm,E4=160MpaE0=27MpaE0=27MpaE0=27MpaHh2h30.9E3E2h40.9E4E28300.96001200560.9160120030.4cm

h0.282;E2yE1y0.667;E0E2y2712000.023,查表12-18，得0，表明该层层底受弯曲

压应力，m1自然满足要求。

b、确定粗粒式沥青混凝土层层底的弯拉应力m2

hh2h14E1E2831800120012.32cm4

160120041.7cmHh3h40.9E4E33030.40.9

将多层体系换算成当量三层体系，如下图；

细粒式密级配h1=3cm,E1=1800Mpa沥青混凝土粗粒式密级配h2=8cm,E2=1200Mpa换算沥青混凝土粉煤灰三渣h3=30cm,E3=600Mpah=?,E1y=1200Mpa计算得出h=12.32cm,E1y=1200MpH=?,E2y=600MpaH=41.7cm,E2y=600Mpa天然砂砾h4=38.5cm,E4=160MpaE0=27MpaE0=27MpaE0=27Mpah12.3210.651.16;E2yE1y60012000.5;E0yE2y276000.045;查图12-18，得：0.12,m10.9H41.710.653.92;查图12-18，得：m20.52

m20.7m1m20.70.120.90.520.039MpaR20.23Mpa故满足验算要求。c、确定粉煤灰三渣层底的弯拉应力m3 将多层体系换算成当量三层体系，如下图；

细粒式密级配h1=3cm,E1=1800Mpa沥青混凝土粗粒式密级配h2=8cm,E2=1200Mpa换算沥青混凝土粉煤灰三渣h3=30cm,E3=600Mpah=?,E1y=600Mpa计算得出h=53.0cm,E1y=600MpaH=30.4cm,E2y=160MpaH=38.5cm,E2y=160Mpa天然砂砾h4=38.5cm,E4=160MpaE0=27MpaE0=27MpaE0=27Mpahh3h2h5310.654E2E3h14E2yE1yE1E33084120060034180060053cm

4.97;1606000.267;E0E2y271600.169;查图12-18，得：0.16,m11.05H38.510.653.62;查图12-18，得：m20.82

m0.7m1m20.70.161.050.820.096MpaR0.17Mpa故满足验算要求。通过计算可以确定本方案所拟定路面结构符合要求，即，细粒式沥青混凝土：3cm；粗粒式沥青混凝土：8cm；粉煤灰三渣：30cm；天然砂砾：38.5cm。

水泥混凝土路面

（一） 横向缩缝设传力杆

混凝土板h1,E1粉煤灰三渣h2,E2=600Mpa天然砂砾h3,E3=160MpaE0=27Mpa

1、确定设计参数

1）计算使用初期设计车道的日标准轴载的轴数 N1＝760次/日。 对照《城市道路设计规范》，本例为重级交通，设计使用年限t＝30年。 2）设计年限内设计车道累计标准轴载的车辆有效作用次数N 按《城规》，取η＝0.45

Ne1)t1365（14%)301365（N17600.454%

 ＝7001083次

3）动荷系数和综合系数 《城规》规定：“采用半刚性材料做基层，动荷系数减少0.05；横缝处设传力杆，动荷系数减少0.05，现二者兼具，故动荷系数应减少0.1，因此取Kd1.05；综合系数Kc1.25.

4)混凝土设计弯拉强度和弹性模量

取fcm4.5MPa;Ec2810MPa 5）基、垫层厚度设计

（1）土基回弹模量：E027.0MPa。

（2）根据《城规》要求的基层顶面当量回弹模量Et(min)值设计基、垫层厚度。 ①先求天然砂砾层（厚度定为20cm）顶面的当量回弹模量Et1（如图2）： 由E1/E0160/275.93及h120cm，查《城规》可得Et1/E02.4

3因此 Et12.427.064.8MPa

②根据三渣基层顶面要求的当量回弹模量Et(min)计算基层厚度（图3）

E1t=?Etmin=100MPah1=20天然砂砾h4,E4=160MpaE0=27Mpa图2粉煤灰三渣h3,E3=600MpaE0=64.8Mpa图3

E0Et164.8，取Et(min)100MPa

由E1/E0600/64.89.26，Et/E0100/64.81.54，查规范得h18cm。基层厚度采用15cm。基层宽度应比混凝土板每侧各宽出25－35cm。

当粉煤灰三渣层厚度用15cm时，三渣基层顶面的当量回弹模量Et重新计算如下： ，查《城规》图得Et/E02.35， E1/E0600/64.89.26，

则 Et12.3564.8152.3MPa 2、计算荷载应力p，确定混凝土板的厚度hb

1）计算混凝土地抗折疲劳强度f

ffcm(0.8850.06N3lg)4.5(0.8850.063lg70010M8Pa3)

2.04()2）混凝土板下地基地计算回弹模量Es 设板厚hb19cm，则

EsnEt

h1=? nnr(8.4hbEt0.58)，设传力杆时，nr1.0

则 n1.0(8.419152.30.58)1.63

EsnEt1.63152.3248.2MPa

3）确定计算荷载应力p

由Ec/Es2810/248.2112.8；hb19cm；P100kN，查得1.23MPa 则 p3KdKc1.051.251.23M1P.6a1f(M2P0 .a由于《城规》规定板的最小厚度不得小于18cm，故取板厚为20cm。

另按规定，按设传力杆确定混凝土的厚度时，在板的自由边不能设传力设施时，应设置边缘钢筋，自由板角上都应设角隅钢筋。

3、混凝土板块平面尺寸设计

板宽（Bb）按一个车道设计，即为3.75m；板长（Lb）根据温度翘曲应力验算确定； 1）混凝土板的温度梯度（Th）确定

规定中：Th＝0.92～0.97，此取均值 Th＝0.945 2）计算温度翘曲应力时板的相对刚度半径ln

ln1.42hb3Ec(10)/[6Et(1c)]322

21.42182810(10.3)/[6152.3(10.15)]78.1cm323）计算温度应力系数Cx和Cy 设板长Lb450cm，则板的

相对长度：Lb/ln450/78.15.76 相对宽度：Bb/ln375/78.14.8 查图得：板中点 Cx0.92 5 Cy0.840 4)计算板中点的温度翘曲应力x和y值

36EccThCxcCy2810100.94519(0.880.150.84)x()2.70MPa2221c2(10.15)y36EccThCxcCy2810100.94519(0.840.150.88)()2.50MPa2221c2(10.15)取其中的最大值x=2.7MPa作为混凝土板的温度翘曲应力t。 5）确定一次最大行车荷载作用下的计算荷载应力p 按交通等级，一次最大行车荷载的轴载P应定位120kN。

则由Ec/Es2810/248.2112.8；hb19cm；P120kN， 查得最大应力1.48MPa

则 pKdKc1.051.251.481.94MPa

6）板中点可能出现的一次最大行车计算荷载应力和温度翘曲应力的叠加值为

'pt1.942.74.64MPafcm(4.5MPa)，但超过值小于fcm的5％，故可

''''3认为板长4.5m可以通过。

4、通过计算，可以确定本方案所拟定路面结构符合要求，即板厚19cm；粉煤灰三渣厚15cm；天然砂砾厚20cm；板块平面尺寸为：板长（缩缝间距）4.5m；板宽（一个车道宽）3.75m。

5、防冻厚度检验 参照《公路自然区规划JTJ003－86》II4a为冀北山地副区，其多年平均最大冻深为100～120cm，查《城规》，路基粘性土、中湿类型，要求的混凝土路面结构防冻最小厚度为40～60mm。此处总厚度为19+15+20＝54cm，满足防冻要求。

（二）横向缩缝设传力杆 1、确定设计参数

1）计算使用初期设计车道的日标准轴载的轴数 N1＝880次/日。 对照《城市道路设计规范》，本例为重级交通，设计使用年限t＝30年。 2）设计年限内设计车道累计标准轴载的车辆有效作用次数N 按《城规》，取η＝0.45

Ne1)t1365（14%)301365（N18800.454%

 ＝8106516次

3）动荷系数和综合系数

取Kd1.10；综合系数Kc1.25. 4)混凝土设计弯拉强度和弹性模量

取fcm4.5MPa;Ec2810MPa 5）基、垫层结构及厚度设计同解答（一）

3 Et1152.3MPa 2、计算荷载应力p，确定混凝土板的厚度hb

1）计算混凝土地抗折疲劳强度f

ffcm(0.8850.06N3lg)4.5(0.8850.063lg81065M1Pa6)

2.02()2）混凝土板下地基地计算回弹模量Es 设板厚hb22cm，则

EsnEt nnr(8.4hbEt0.58)，设传力杆时，nr0.75

则 n0.75(8.422152.30.58)1.35

EsnEt1.35152.3205.61MPa

3）确定计算荷载应力p

由Ec/Es2810/205.61136.2；hb22cm；P100kN，查得1.45MPa 则 p3KdKc1.051.251.45M1P.9a0f(M2P .a0故取板厚为22cm。

3、混凝土板块平面尺寸设计

板宽（Bb）按一个车道设计，即为3.75m；板长（Lb）根据温度翘曲应力验算确定； 1）混凝土板的温度梯度（Th）确定

规定中：Th＝0.83～0。88，此取均值， Th＝0.855 2）计算温度翘曲应力时板的相对刚度半径ln

ln1.42hb3Ec(10)/[6Et(1c)]322

21.42122810(10.3)/[6152.3(10.15)]95.46cm323）计算温度应力系数Cx和Cy 设板长Lb450cm，则板的

相对长度：Lb/ln450/95.464.71 相对宽度：Bb/ln375/95.463.93 查图得：板中点 Cx0.80 5 Cy0.645 4)计算板中点的温度翘曲应力x

36EccThCxcCy2810100.85522(0.8050.150.645)x()2.15MPa2221c2(10.15)

5）确定一次最大行车荷载作用下的计算荷载应力p 按交通等级，一次最大行车荷载的轴载P应定位120kN。

则由Ec/Es2810/205.61136.2；hb22cm；P120kN， 查得最大应力1.61MPa

则 pKdKc1.11.251.612.2MPa

6）板中点可能出现的一次最大行车计算荷载应力和温度翘曲应力的叠加值为

''''3pt2.152.24.35MPafcm(4.5MPa)，叠加应力与fcm地差值在容许范

围内（3.3％），故可认为板长4.5m可以通过。

4、通过计算，可以确定本方案所拟定路面结构符合要求，即板厚22cm；粉煤灰三渣厚15cm；天然砂砾厚20cm；板块平面尺寸为：板长（缩缝间距）4.5m；板宽（一个车道宽）3.75m。

5、防冻厚度检验 参照《公路自然区规划JTJ003－86》II4a为冀北山地副区，其多年平均最大冻深为100～120cm，查《城规》，路基粘性土、中湿类型，要求的混凝土路面结构防冻最小厚度为40～60mm。此处总厚度为22+15+20＝57cm，满足防冻要求。

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