实例：水泥混凝土路面设计计算

1.路面类型的选择确定本设计为二级公路，位于四川地区，公路自然区划为Ⅴ区,路基土为粘性土，设计路段碎石、砂砾、石灰、水泥供应丰富，拟采用普通水泥混凝土路面结构。交通组成表车型前轴重后轴重后轴数后轴轮组数后轴距（m）交通量解放CA10B19.4060.851双—69.34黄河JN15049101.601双—75.12日野KB22250.20104.301双—86.67斯柯达706R50901双—69.34依士兹TD5042.2801双—57.78吉尔13025.7559.501双—109.78交通SH361602*1102双13092.45小汽车866.72路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载,以BZZ－100表示。①轴载换算：161100niiiisPNN式中：sN——100KN的单轴—双轮组标准轴载的作用次数；iP—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；iN—各类轴型i级轴载的作用次数；n—轴型和轴载级位数；i—轴—轮型系数，单轴—双轮组时，1i；单轴—单轮时，按式43.031022.2iiP计算；双轴—双轮组时，按式22.051007.1iiP；三轴—双轮组时，按式22.081024.2iiP计算。轴载换算结果如表7-2所示。表7-2轴载换算结果车型iPiiN16)(PPNiii解放CA10B前轴19.4043.0370.231022.269.340后轴60.85169.340.023黄河JN150前轴35.0043.0300.351022.275.120.35后轴70.15175.1296.83日野KB222前轴50.243.0360.421022.286.670.58后轴104.3186.67169.98斯柯达706R前轴5043.0340.511022.269.340.439后轴90169.3412.85依士兹TD50前轴42.2043.0370.231022.257.780.023后轴57.78吉尔130前轴25.7543.0370.231022.2109.780后轴59.501109.780.023交通SH361前轴6043.0370.231022.292.459.95后轴2*1101.07×10-5×Pi-0.2292.4590.76161)(PPNNiiini381.808②计算累计当量轴次查《路线设计规范》得三级公路的设计基准期为20年，安全等级为三级，临界荷位处的车辆轮迹轮迹横向分布系数是0.54~0.62取0.54，075.0rg，则：6201026.354.0365075.01)075.01(808.3813651)1(rtrseggNN查《水泥混凝土路面设计规范》水泥混凝土路面所承受的轴载作用，按设计基准期内设计车道所承受的标准轴载累计作用次数分为4级，标准轴载累计作用次数大于1×106时，属于重交通等级，故本设计属于重交通等级。2.基层、垫层材料参数确定（1）基层基层、应具有足够的强度和稳定性，在冰冻地区应具有一定的抗冻性。拟选用石灰粉煤灰稳定粒料为基层。配比为石灰：粉煤灰：稳定粒料=1：3：12，查《水泥混凝土路面设计规范》得回弹模量aMPE13001。（2）垫层垫层的作用有抗冻、排水、防止污染等，本设计处在山东地区，属于季节性冰冻地区，易发生冻胀、翻浆等现象，为了排出路面路基中滞留的自由水，确保路面结构稳定，避免冻害发生，在底基层下设置垫层。垫层采用石灰稳定土，其中石灰含量10%，查《水泥混凝土路面设计规范》得回弹模量aMPE6002。3.路面的结构厚度（1）初拟路面结构查《水泥混凝土路面设计规范》可知三级公路的可靠度设计标准如表7-3。表7-3可靠度设计标准安全等级设计基准期（a）目标可靠度（％）目标可靠指标变异水平等级三级20851.04中表7-4水泥混凝土面层厚度的参考范围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由表7-3，相应于安全等级四级的变异水平为中~高。根据三级公路、轻交通等级和中级变异水平等级，查表7-4初拟普通混凝土面层厚度为22cm，基层厚18cm，垫层厚15cm。普通混凝土板的平面尺寸为宽4.25m，长4m。查《水泥混凝土路面设计规范》取普通水泥混凝土面层的弯拉强度标准为：acmMPf0.5，相应弯拉模量标准为：acMPE4101.3，路基土基回弹模量aMPE400。计算基层顶面当量回弹模量如下：axMPhhEhEhE101315.018.060015.0130018.02222222122212112211221322311)11(4)(1212hEhEhhhEhEDx1233)15.0600118.013001(4)15.018.0(1215.06001218.01300)(5700.2mMNmEDhxxx312.0)101357.212()12(3131181.4)341013(51.1122.6)(51.1122.645.045.00EEax757.0)401013(44.11)(44.1155.055.00EEbxaxbxtMPEEEahE359.203)401013(40312.0181.4)(31757.03100式中：tE——基层顶面的当量回弹模量；0E——路床顶面的回弹模量；xE——基层和底基层或垫层的当量回弹模量；21,EE——基层和底基层或垫层的回弹模量；xh——基层和底基层或垫层的当量厚度；xD——基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度；21,hh——基层和底基层或垫层的厚度；ba——与0EEx有关的回归系数。普通混凝土面层的相对刚度半径计算为：mEEhrtc631.0)359.20331000(22.0537.0)(537.03131（2）荷载疲劳应力标准轴载在临界荷载处产生的荷载应力计算为：apsMPhr206.122.0631.0077.0077.026.026.0因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数87.0rK。考虑设计基准期内荷应力累计疲劳作用的疲劳应力系数：351.2)1026.3(057.06vefNK式中：（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。fffdlv017.0053.0）根据公路等级，查《水泥混凝土路面设计规范》考虑偏载和动载等因素，对路面疲劳损失影响的综合系数20.1cK。荷载疲劳应力计算为：apscfrprMPKKK96.2206.120.1351.287.0（3）温度疲劳应力查《水泥混凝土路面设计规范》Ⅱ区最大温度梯度取88(℃/m)。板长4m,339.6631.04rl。图7-1温度应力系数xB由图7-1可查普通混凝土板厚68.0,22.0xBcmh。最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为：axgcctmMPBhTEa97.168.028522.03100010125温度疲劳应力系数tK计算为：486.0071.0)0.597.1(871.097.10.5)(287..1bfafKcrtmtmrt计算温度疲劳应力为：atmttrMPK957.097.1486.0查表7-3，二级公路的安全等级为三级，相应于三级安全等级的变异水平为中级，目标可靠度为85%。再据查得的目标可靠度和变异水平等级，查《水泥混凝土路面设计规范》得可靠度系数06.1rr。aratrprrMPfMPr0.523.4)957.096.2(08.1)(所选普通混凝土面层厚度（0.22cm）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。查得当地最大冻深为0.5m而本设计的路面结构总厚度为0.22+0.18+0.15=0.55＞0.5m，故所设计的路面结构满足最大冻深要求