路基路面设计

河南理工大学《路基路面工程》课程设计

3水泥混凝土路面设计

3.1设计资料

某地（IV区）拟建一级公路，设计年限为30年，土基为粉质土，确定土基的稠度为1.10，回弹模量取36MPa，路基干湿状态为中湿状态。有关资料如下：

（1）初始条件

表3.1交通组成

型号 黄河JN150 黄海DD690 东风CS938 解放CA340 北京BJ130 东风EQ140 南阳351 前轴载(KN) 49.0 56 24 22.1 13.55 23.7 48.7 后轴载(KN) 101.6 104 70 56.6 27.2 69.2 97.3 后轴数 轮组数 1 双 2 双 2 双 1 双 1 双 1 双 1 双 轴距(cm) - >3m >3m - - - - 交通量(辆/日) 200 1200 300 600 100 550 650 （2）公路技术等级为一级，为双向四车道。 （3）交通组成如表所示，交通量年平均增长率：前十年：γ= 8%；中间十年：γ= 7%；后十年：γ= 6%。

3.2 轴载换算

我国公路水泥混凝土路面结构设计以100KN的单轴-双轮组荷载作为标准轴载。不同轴-轮型和轴载的作用次数，按公式换算为标准轴载的作用次数。

pnN???iN(i)16si100i?1

式中：NS---100kN的单轴-双轮组标准轴载的作用次数

Pi---单轴-单轮、单轴-双轮组、双轴-双轮组或三轴-双轮组轴型I级轴载的总 重（kN）

n---轴型和轴载级位数

Ni---各级轴型I级轴载的作用次数 ?i---轴-轮型系数，

- 11 -

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单轴-双轮组时，?i=1，

3?0.43单轴-单轮组时，?i?2.22?10pi； ?5?i?1.07?10pi双轴-双轮组时，

?0.22；

?8?0.22三轴-双轮组时，?i?2.24?10pi；

3.2 轴载换算结果汇总

车型 黄河JN150 黄海DD690 东风CS938 解放CA340 北京BJ130 东风EQ140 南阳351 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 Pi(kN) 49 101.6 56 104 24 70 22.1 56.6 13.55 27.2 23.7 69.2 48.7 97.3 总计 ?i 416 1 393 0.39 566 -50.42×10 586 1 749 1 569 1 418 1 Ni 200 200 1200 1200 300 300 600 600 100 100 550 550 650 650 NS 0.92257.83 44.11 -48.8×10 2.06 -84.2×10 -51.14×10 0.07 13.55 27.2 -53.1×10 1.52 2.72 419.49 727 设计使用年限内设计车道的标准轴载累计作用次数Ne tNs???1????1??365????Ne?

式中：Ne---标准轴载累计当量作用次数 t---设计基准年限 γ---交通量年平均增长率

η---临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，取η=0.2，

表3.3 混凝土路面临界荷位车辆轮迹横向分布系数

公路等级 高速公路、一级公路、收费站 行车道宽>7m 二级及二级以下公路 行车道宽≤7m 纵缝边缘处 0.17-0.22 0.34-0.39 0.54-0.62 ? 12

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第一个十年Ns1=727

Ne1?Ns1??1????1?365??r???727??1?8％??1?365?0.25 ??7.7?10（次/车道）8％5??第二个十年Ns11?727?1.089?1.07?1555

Ne2?Ns11??1????1?365??r? 第三个十年Ns211555??1?7％??1?365?0.25??15.7?10（次/车道）?7％?1555?1.079?1.06?3030

5r???3030??1?6％??1?365?0.26Ne3???2.9?10（次/车道）?6％ 一个车道的累计当量轴载作用次数为：

5Ns21??1????1?365??????Ne=Ne1+Ne2+Ne3=5.25?106，属于重级交通。

3.3结构组合设计及材料选取

面层：由规范查得推荐普通混凝土厚度26cm，其长度7m，宽为6.5m。 基层：采用水泥稳定粒料（水泥用量5%），厚度为25cm。 垫层：采用15cm低剂量无机结合料稳定土。

表3.4 水泥混凝土弯拉弹性模量经验参考值

弯拉强度（MPa） 抗压强度（MPa） 弯拉强度模量（GPa） 弯拉强度（MPa） 抗压强度（MPa） 弯拉强度模量（GPa） 1.0 5.0 10 3.5 24.2 25 1.5 7.0 15 4.0 19.7 27 2.0 11.0 18 4.5 35.8 29 2.5 14.9 21 5.0 41.8 31 3.0 19.3 23 5.5 48.4 33 根据路基路床顶面回弹模量值经验参考值表，取路基回弹模量为40MPa。

表3.5 路基路床顶面回弹模量值经验参考值

材料类型 中粗砂 回弹模量（MPa） 80～100 材料类型 石灰粉煤灰稳定粒料 回弹模量（MPa） 1300～1700 - 13 -

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材料类型 天然砂砾 未筛分碎石 级配碎砾石（垫层） 级配碎砾石（基层） 石灰土 石灰粉煤灰土 回弹模量（MPa） 150～200 180～220 200～250 250～350 200～700 600～900 材料类型 水泥稳定粒料 沥青碎石（粗粒式， 20C）沥青混凝土 （粗粒式，20C） 沥青混凝土 （中粒式，20C） 多空隙水泥碎石 （水泥剂量9.5%～11%） 多空隙沥青碎（20C，沥青含量2.5%～3.5% 0000回弹模量（MPa） 1300～1700 600～800 800～1200 1000～1400 1300～1700 600～800 根据垫层、基层材料回弹模量经验参考值表，可取低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量为600MPa，水泥稳定粒料基层回弹模量为1300MPa。 3.3.1计算基层顶面当量回弹模量

基层顶面的当量回弹模量计算如下：

2h12E1?h2E21300?0.252?600?0.152Ex???1726MPa 2222h1?h20.25?0.15E1h13E2h13?h1?h2??11???????Dx12124?E1h1E2h2?2?11300?0.253600?0.153?0.25?0.15??11? ??????12124?1300?0.25600?0.15??1.86(MN?m)?12?12Dxhx???E?x????13?12?1.86????1726??13?0.109(m)

a=6.22[1-1.51?(Ex?0.451726?0.45)]=6.22?[1-1.51?())]?1.910 E050b=1-1.44(Ex?0.551726?0.55)=1-1.44()?0.795 E050????13?ExbE0?则:Et?ahx?E?0?1726??1.910?0.1090.796?50??50??13?53(MPa)

普通水泥混凝土面层的相对刚度半径为：

r?0.537h3Ec/Et?0.537?0.26?331000/53?0.542(m)

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