水泥混凝土路面---课程设计

设计说明书工程概况拟设计道路路线位于平原微丘地区，公路自然区划分为II5区，地震烈度为六级，设计标高为243.50mm，地下水位为路面下7.5m。设计资料土质:所经过地区多为粉性土交通:根据最新路网规划，预测使用初期2012年年平均日交通量见下表，年平均增长率取为6.8%：车型解放CA10B黄河JN150日野KF3000斯柯达706R依士兹TD50交通SH141长征XD980小汽车量/d40021016090508070600设计任务与内容根据所给资料，利用HPDS2003公路路面设计程序系统进行路面结构的设计（至少两种不同的路面结构）编写设计说明书，包括混凝土路面及沥青路面结构，厚度设计，水泥混凝土路面板接缝设计等。对所选定的路面结构方案，绘制路面结构图，包括沥青路面结构设计土，水泥混凝土路面结构设计图及其接缝设计图等，需用A3图纸。设计依据及标准【1】《公路路基设计规范》（JTGD30-2004）【2】《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）【3】《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2002）【4】《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTGF30-2003）路基横断面设计1.拟定路基横断面形式尺寸1）确定公路等级：将车辆都折算成小客车车型解放CA10B黄河JN150日野KF300D斯柯达706R依士兹TD50交通SB141长征XD980小汽车交通量辆/d40021016090508070600车辆折算系数1.52.02.02.02.01.53.00.5标准车辆数600420320180100120210300起始年平均日交通量：N0=600+420+320+180+100+120+210+300=2250辆/d计算远景设计年限平均昼夜交通量由公式：10(1)ndNN计算式中:Nd—远景设计年平均日交通量，辆/日；N0—起始年平均日交通量，辆/日；γ—年平均增长率，取6.8%；n—远景设计年限，取15年所以：设计交通量：-115-10225056521(10.068)ndNN辆/d，在500015000之间，因此根据《公路工程技术标准》JTGB01-2003，拟定该条道路为双车道的二级公路，设计车速为60km/h,设计采用的服务水平为一级，采用整体式路基。路基宽度12m,路基设计标高为道路中线。路基标准横断面技术指标见下表1。表1路基标准横断面技术指标表序号组成部分一般路段1路基宽度(m)122行车道宽度(m)2×3.753硬路肩（含路缘带）(m)2×1.54土路肩宽度(m)2×0.755路拱横坡行车道为2%，硬路肩、土路肩为3%得路基横断面图下图所示设路堤填土高度为2.5m，路基填料为细粒土，由表取路基边坡坡率为1׃1.5，则边坡宽度b=1.5H=3.75m。表2路堤边坡坡率填料类别边坡坡率上部高度（H≤8m）下部高度（H≤12m）细粒土1׃1.51׃1.75粗粒土1׃1.51׃1.75巨粒土1׃1.31׃1.75水泥混凝土路面设计本水泥混凝土路面设计主要依据《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40—2011)。在荷载图示方面采用静力作用均布面荷载，在地基模型方面，采用温克勒地基模型。在路面板形态方面，采用半空间弹性地基有限大矩形板理论。1.设计参数的确定与换算（1）标准轴载与荷载轴数的换算根据《公路水泥混凝土路面设计规范》：水泥混凝土路面设计以100KN单轴——双轮组荷载为标准轴载，各级轴载Pi的作用次数Ni按下式换算为标准轴载Ps的作用次数Ns。16100nsiiiniPNN式中：——100KN的单轴—双轮组标准轴载通行次数——各级轴—轮型i级轴载的总重（KN）i——轴—轮型系数。单轴—双轮组时1.0i；单轴—单轮组时0.4332.2210iip；双轴—双轮组时0.22-51.0710iip三轴—双轮组时0.22-82.2410iipNi——各类轴—轮型i级轴载的通行次数车型ip(kN)iiN次/日siN次/日解放CA10B后轴60.8514000.14前轴19.40620.3400~黄河JN150后轴101.601210270.7前轴49.0416.52100.97日野KF300D后轴2*79.0~160~前轴40.75450.81600.042斯柯达706R后轴90.019016.7前轴50.0412.8900.57依士兹TD50后轴80.01501.4前轴42.2443.2500.022交通SH141后轴55.11800前轴25.55~80~长征XD980后轴2*72.65~70~前轴37.10~70~16100nsiiiniPNN290.544注：小于和等于40KN（单轴）和80KN（双轴）的轴载可略去不记设计使用年限内设计车道的标准轴载累计当量作用次数Ne按下式计算：1365/1estrrNNgg式中——标准轴载累计当量作用次数——交通量年平均增长率6.8（%）t——设计基准期（为20年）——临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，查规范得二级公路η=0.54～0.62取其为0.56。则204290.5441365/13650.56/0.068238.21110.06810estrrNNgg根据《路基路面工程》表16-4可知交通等级为重交通，根据规范p13表3.0.8取定水泥混凝土的弯拉强度标准值是5.0MPa,相应弯拉弹性模量标准值为31Gpa。2.初拟路面结构：根据二级公路、重交通等级和中级变异水平等级，查《路基路面工程》表16-17，初拟普通混凝土面层厚度h为0.24m。基层选用水泥稳定粒料（水泥用量5%）厚0.20m，垫层为0.15m的低剂量无机结合稳定土。普通混凝土板的平面尺寸宽4.5m；长为5m，纵缝为设拉杆平缝，横缝为不设传力杆的假缝，路肩面层与行车道面层等厚并设拉杆相连。3.确定材料参数按规范中表3.0.8和附录E.O.3取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa，相应弯拉弹性模量和泊松比取31GPa、0.15;路基回弹模量为30Mpa；低剂量无机结合稳定土垫层回弹模量取600Mpa；水泥稳定粒料基层回弹模量取1300Mpa。基层顶面当量的回弹模量值计算如下：2221222121hhEhEhEx=22220.213000.1560010480.20.15MPa12211221232131)1(4)(12hEhEhhEhEhDx=33210.213000.15600(0.20.15)11()12413000.26000.15=3.08MNm31)12(XxxEDh=13123.08()1048=0.328])(51.11[22.645.00EEax=0.4510486.22[11.51()]30=4.3255.00)(44.11EEbx=0.55104811.44()0.80303100)(EEEahExbxt=10.80310484.320.32830()173.7530MPa普通混凝土面层的相对刚度半径为：113331000r0.5370.5370.240.726173.75ctEhmE4.计算荷载疲劳应力根据二级公路、重交通，由《路基路面工程》查得初拟普通混凝土面层厚度为0.24m。由下列公式求得：130.537=0.726ctErhmE-20.6=0.077pshrpscrfpkkk057.0efNk式中r—混凝土板的相对刚度半径（m）；h—混凝土板的厚度（m）；Ec—水泥混凝土的弯沉弹性模量（Mpa）；σp—标准轴载Ps在临界荷位处产生的荷载疲劳应力（Mpa）；kr—考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为设杆拉的平缝，kr=0.87～0.92，纵缝为不设杆拉的平缝或自由边界kr=1.0，纵缝为设杆拉的企口缝，kr=0.76～0.84，；此处取0.87kc—考虑偏载和动载因素对路面疲劳损坏影响综合系数，按公路等级强确定；由表16-24知此处为1.20σps—标准轴载Ps在四边自由板的临界荷载处产生的荷载应力（Mpa）。0.6020.077psrh=0.6020.0770.7260.241.103MPa，0.0570.057=2382099.284=2.31fekN根据公路等级，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综和系数1.20ck,则荷载疲劳应力为：2.310.871.201.103=2.66=prfrcpsMPkakk5.计算温度疲劳应力由《路基路面工程》知，II5区最大温度梯度取88﹙℃/m﹚。板长5m，L/r=5/0.726=6.89；已知混凝土板厚0.24m，则由由《路基路面工程》图16-14得Bx=0.51。则可知最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力：2xgcctmBhTE式中：αc—混凝土的温度线膨胀系数（1/°c），通常取为51.010/°c；Tg—最大温度梯度，Tg=88°c/m；Bx—综合温度翘区应力和内应力的温度应力系数；σtm—最大温度梯度时土板的温度翘取应力（Mpa）。51.010310000.24880.51=1.6722ccgxtmEhTBMPa温度疲劳系数])([bfafkcrtmtmrt，式中a，b和c为回归系数，按所在地区公路自然区划查表得a=0.828b=0.041c=1.3231.32351.67[()]=[0.828()0.041]0.4581.675ctmrttmrfkabf则温度疲劳应力：0.4581.670.77trttmkMPa查表16-20，，二级公路的安全等级为三级，相应于三级的安全等级的变异水平等级为中级，目标可靠度为85﹪。再根据查得的目标可靠度和变异水平等级，查表16-22确定可靠度系数1.13。1.132.660.773.885.0prtrrMPafMPa，因而，所选普通混凝土面层厚度0.24m可以承受设计基准期内的荷载应力和温度应力的综合疲劳作用，故满足要求。水泥混凝土路面接缝设计（1）纵缝①纵向缩缝根据规范，一次铺筑宽度大于4.5m时，应设置纵向缩缝，它采用假缝，并设置拉杆，拉杆直径为20mm，长70cm，间距为1m，其构造如下图所示：②纵向施工缝（一般情况下于缩缝为同一条）一次铺筑宽度小于路面宽度时，应设置纵向施工缝，采用平缝，设拉杆，直径20mm，长70cm，间距1m。构造如下图所示：（2）横缝①横向缩缝横向缩缝采用假缝，其构造如下图所示，在特定交通公路上，横向缩缝宜加设传力杆，其他各级交通公路上，在邻近胀缝或路面自由端部的3条缩缝内，均宜加设传力杆，传力杆长40cm，直径15mm,每隔50cm设一根。②横向胀缝在邻近桥梁或其他固定构筑处，与柔性路面相接处，板厚改变处隧道口，小半径平曲线和凹形竖曲线纵坡变换处，均应设置胀缝，在邻近构造物处的胀缝，应根据施工温度至少设置二条，上述设置以外的胀缝宜尽量不设或少设，其间距可根据施工温度混凝土集料的膨胀性并结合当地经验确定，胀缝采用滑动传力杆，长50cm，直径25cm的光圆钢筋，每隔30cm设一根，杆的半段固定在混凝土内，另半段涂的沥青，套上长10cm的小套子，筒底与杆端之间留出约3cm的空隙并用木屑与弹性材料填充，固一条胀缝上的传力杆，设有套筒的活动端在两边交错布置（如图）③横向施工缝横向施工缝位置宜设在胀缝或缩缝处，设在胀缝处的施工缝，其构造与横向胀缝处相同，设在缩缝处的施工缝采用平缝加传力杆型，传力杆长度的一半再加5cm应涂以沥青，其构造如下图所示。（3）拉杆：拉杆采用螺纹钢筋，设在板厚中央，并对应拉杆中部10cm范围内进行防锈处理。（4）传力杆：传力杆采用光面钢筋，其长