公路路面结构设计计算

公路路面结构设计计算一、刚性路面设计交通组成表车型 总重 （kN ） 前轴重 (kN) 后轴重 (kN) 后轴数 后轴轮组数 原始交通量 （辆/日）北京BJ130 40.75 13.55 27.2 1 2 398 跃进NJ131 58.4 20.2 38.2 1 2 621 解放CA340 78.7 22.1 56.6 1 2 822 东风LZ341 94 29.5 64.5 1 2 579 黄河JN360 270 50 110 2 2 46 宇通ZK6820G 85 30 55 1 2 983 红旗CA63047.219.327.91212511）轴载分析路面设计双轮组单轴载100KN⑴ 以设计弯沉值为指标及验算面层层底拉力中的累计当量轴次。

① 轴载换算：161100∑=⎪⎭⎫⎝⎛=ni i i i s P N N δ 式中 ：s N ——100KN 的单轴—双轮组标准轴载的作用次数； i P —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 ；i N —各类轴型i 级轴载的作用次数； n —轴型和轴载级位数；i δ—轴—轮型系数，单轴—双轮组时，i δ=1；单轴—单轮时，按式43.031022.2-⨯=i i P δ计算；双轴—双轮组时，按式22.051007.1--⨯=i i P δ；三轴—双轮组时，按式22.081024.2--⨯=i i P δ计算。

轴载换算结果如表所示车型i Pi δi N16)(PP N i i i δ 北京BJ130后轴27.2 1398 3.57×10-7 前轴 13.55 43.0355.131022.2-⨯⨯ 398 3.72×10-9 跃进NJ131前轴20.2 43.032.201022.2-⨯⨯621 2.91×10-6 后轴 38.2 1621 1.28×10-4 解放CA340前轴22.1 43.031.221022.2-⨯⨯822 1.56×10-5 后轴 56.6 18229.12×10-2 东风LZ341前轴29.5 43.03601022.2-⨯⨯ 579 9.87×10-4 后轴 64.5 1579 5.20×10-1黄河JN360后轴2⨯110.0022.052201007.1--⨯⨯ 46 45.25 前轴50 43.03501022.2-⨯⨯46 2.90×10-1 宇通ZK6820G前轴 30 43.03301022.2-⨯⨯983 2.18×10-3 后轴 55 1 983 6.89×10-2 红旗CA630后轴27.911251 1.69×10-6 前轴19.343.033.191022.2-⨯⨯12512.88×10-6 161)(PP N N i i i ni s δ∑== 46.22② 计算累计当量轴次根据设计规范（表3.0.1），一级公路的设计基准期为30年，安全等级为二级，轮迹横向分布系数η是0.17~0.22取0.2，05.0=rg ，则[][]次224158.282.036505.01)05.01(46.223651)1(30=⨯⨯-+⨯=⨯-+=ηr t r s e g g N N 其交通量在4103⨯～6101⨯之间，故属中等型交通。

2）初拟路面结构横断面表 3.0.1 可靠度设计标准公路技术等级 高速公路 一级公路 二级公路 三、四级公路安全等级 一级 二级 三级 四级 设计基准期（a ） 30302020目标可靠度（％） 95908580目标可靠指标 1.64 1.28 1.04 0.84 变异水平等级低低～中中中～高表 4.4.6 水泥混凝土面层厚度的参考范围交通等级 特重 重 公路等级 高速 一级 二级 高速 一级二级 变异水平等级低中 低中低 中 低中面层厚度（mm ） ≥260 ≥250≥240 270～240260～230250～220交通等级 中等 轻 公路等级 二级 三、四级 三、四级 三、四级 变异水平等级 高 中高 中 高 中 面层厚度（mm ）240～210230～200220～200≤230≤220由上表知：相应于安全等级二级的变异水平为低~中。

根据一级公路、中等交通等级和低级变异水平等级，查表 4.4.6 初拟普通混凝土面层厚度为25cm ，基层采用水泥碎石，厚20cm ；底基层采用石灰土，厚20cm 。

普通混凝土板的平面尺寸为宽3.75m ，长5.0m 。

横缝为设传力杆的假缝。

3）确定基层顶面当量回弹模量tc s E E ,查表的土基回弹模量a MP E 0.350=，水泥碎石a MP E 15001=，石灰土a MP E 5502=设计弯拉强度：a cm MP f 5.4=，a c MP E 4109.2⨯= 结构层如下：水泥碎石20cm 石灰土20cm×水泥混凝土25cm按式（B.1.5）计算基层顶面当量回弹模量如下：a x MP h h E h E h E 102520.020.055020.0150020.022222221222121=+⨯+⨯=++= 12211221322311)11(4)(1212-++++=h E h E h h h E h E D x1233)2.055012.015001(4)2.02.0(122.0550122.01500-⨯+⨯++⨯+⨯=)*(700.4m MN =m E D h x x x 380.0)10257.412()12(3131=⨯==165.4)351025(51.1122.6)(51.1122.645.045.00=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯-⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯=--E E a x 786.0)351125(44.11)(44.1155.055.00=⨯-=-=--E E b xa x bx t MP E E E ah E 276.212)351025(35380.0165.4)(31786.03100=⨯⨯⨯==式中：t E ——基层顶面的当量回弹模量，a MP ； 0E ——路床顶面的回弹模量，x E ——基层和底基层或垫层的当量回弹模量， 21,E E ——基层和底基层或垫层的回弹模量， x h ——基层和底基层或垫层的当量厚度， x D ——基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度， 21,h h ——基层和底基层或垫层的厚度，b a -——与0E Ex 有关的回归系数普通混凝土面层的相对刚度半径按式（B.1.3-2）计算为：()m E E h r t c691.0)276.21229000(25.0537.0)(537.03131=⨯⨯== 4）计算荷载疲劳应力p σ按式（B.1.3），标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为： a ps MP h r 987.025.0691.0077.0077.026.026.0=⨯⨯==--σ因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数87.0=r K 。

考虑设计基准期内荷应力累计疲劳作用的疲劳应力系数005.2972.199676057.0===v e f N K（v —与混合料性质有关的指数，普通混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土，计算。

ff fd l v ρ017.0053.0-=） 根据公路等级，由表B.1.2考虑偏载和动载等因素，对路面疲劳损失影响的综合系数25.1=c K按式（B.1.2），荷载疲劳应力计算为a ps c f r pr MP K K K 152.2987.025.1005.287.0=⨯⨯⨯==σσ 5）温度疲劳应力由表3.0.8，Ⅱ5a 区最大温度梯度取88(℃／m)。

板长5m ,236.7691.05==r l , 由图B.2.2可查普通混凝土板厚61.0,25.0==x B cm h 。

按式（B.2.2）,最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为：a x gc c tm MP B hT E a 94.161.028825.029*******5=⨯⨯⨯⨯⨯==-σ温度疲劳应力系数t K ，按式（B.2.3）计算为 470.0058.0)0.594.1(841.094.10.5)(323.1=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=b f a f Kc r tm tm r t σσ 再由式（B.2.1）计算温度疲劳应力为 a tm t tr MP K 912.094.1470.0=⨯==σσ查表3.0.1 ，一级公路的安全等级为二级，相应于二级安全等级的变异水平为低级，目标可靠度为90%。

再据查得的目标可靠度和变异水平等级，查表3.0.3，确定可靠度系数16.1=r r按式（3.0.3）a r a tr pr r MP f MP r 0.555.3)912.0152.2(16.1)(=≤=+⨯=+σσ ∴所选普通混凝土面层厚度（0.25cm ）可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。

二、柔性路面设计交通组成表车型 总重 （kN ） 前轴重 (kN) 后轴重 (kN) 后轴数 后轴轮组数 原始交通量 （辆/日）北京BJ130 40.75 13.55 27.2 1 2 398 跃进NJ131 58.4 20.2 38.2 1 2 621 解放CA340 78.7 22.1 56.6 1 2 822 东风LZ341 94 29.5 64.5 1 2 579 黄河JN360 270 50 110 2 2 46 宇通ZK6820G 85 30 55 1 2 983 红旗CA63047.219.327.9121251设计年限为15年，车道系数为4，交通量平均年增长率为5 ％。

一个车道上大客车及中型以上的各种货车日平均交通量Nh= 972，属中等交通等级。

当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时：路面营运第一年双向日平均当量轴次：481；设计年限内一个车道上的累计当量轴次：1515376；属轻交通等级。

当以半刚性材料结构层层底拉应力为设计指标时：路面营运第一年双向日平均当量轴次：336；设计年限内一个车道上的累计当量轴次：1058558；属轻交通等级，路面设计交通等级为中等交通等级。

公路等级：一级公路公路等级系数为1；面层类型系数为1；路面结构类型系数为1 。

路面设计弯沉值：34.8 (0.01mm)层位结构层材料名称劈裂强度(MPa) 容许拉应力(MPa)1 细粒式沥青混凝土1.4 682 中粒式沥青混凝土1 493 粗粒式沥青混凝土8 394 石灰粉煤灰碎石 6 375 石灰土25 12二、新建路面结构厚度计算新建路面的层数：5标准轴载：BZZ-100路面设计弯沉值：34.8 (0.01mm)路面设计层层位：4设计层最小厚度：150 (mm)层位结构层材料名称厚度(mm)20℃平均抗压模量(MPa)标准差(MPa)15℃平均抗压模量(MPa)标准差(MPa)容许应力(MPa)40 1400 0 2000 0 68 1 细粒式沥青混凝土2 中粒45 1200 0 1600 0 49式沥青混凝土3 粗粒65 900 0 1200 0 39式沥青混凝土200 1500 0 300 0 37 4 石灰粉煤灰碎石250 550 0 550 0 12 5 石灰土6 新建36路基按设计弯沉值计算设计层厚度：LD= 34.8 (0.01mm)H( 4 )= 150 mm LS= 2.3 (0.01mm)由于设计层厚度H( 4 )=Hmin时LS<=LD,故弯沉计算已满足要求。