路面結(jié)構(gòu)設計計算示例.doc

.課程名稱：學生姓名：學生學號：專業(yè)班級：指導教師：年 月 日;.路面結(jié)構(gòu)設計計算1 試驗數(shù)據(jù)處理1.1 路基干濕狀態(tài)和回彈模量1.1.1 路基干濕狀態(tài)路基土為粘性土，地下水位距路床頂面高度0.98m1.85m。查路基臨界高度參考值表可知IV5區(qū)H1=1.71.9m，H2=1.31.4m，H3=0.91.0m，本路段路基處于過濕中濕狀態(tài)。1.1.2 土基回彈模量1) 承載板試驗表1.1 承載板試驗數(shù)據(jù)承載板壓力（）回彈變形（0.01mm)擬合后的回彈變形(0.01mm)0.0220100.0435250.0650410.0865570.1080720.15119剔除0.20169剔除0.25220剔除計算路基回彈模量時，只采用回彈變形小于1mm的數(shù)據(jù)，明顯偏離擬合直線的點可剔除。擬合過程如圖所示：路基回彈模量：2）貝克曼梁彎沉試驗表1.2 彎沉試驗數(shù)據(jù)測點回彈彎沉（0.01mm）1155218231704174515762007147817391721020711209122101317214170根據(jù)試驗數(shù)據(jù)：=lin=155+17014=178.43s=li-2n-1=20.56(0.01mm)式中：回彈彎沉的平均值（0.01mm）；S回彈彎沉測定值的標準差（0.01mm）；li 各測點的回彈彎沉值（0.01mm）；n 測點總數(shù)。根據(jù)規(guī)范要求，剔除超出的測試數(shù)據(jù)，重新計算彎沉有效數(shù)據(jù)的平均值和標準差。計算代表彎沉值：l1=+zas=178.43+1.64520.56=212.25Za為保證率系數(shù)，高速公路、一級公路取2.0，二、三級公路取1.645，四級公路取1.5。土基的回彈模量：1.2 二灰土回彈模量和強度1.2.1 抗壓回彈模量二灰土抗壓回彈模量為：735MPa。1.2.2 f50mm50mm試件劈裂試驗表1.3 二灰土試件劈裂試驗數(shù)據(jù)f50mm50mm試件劈裂試驗最大荷載（N）（kPa）處理結(jié)果1926 235.80選用2982 250.06選用31042 265.34選用4986 251.08選用51049 267.13剔除6881 224.34剔除有效數(shù)據(jù)平均值（kPa）250.57有效數(shù)據(jù)樣本標準差S（kPa）12.07變異系數(shù)Cv（%）4.82變異系數(shù)應小于6%，否則可在剔除偏差較大的數(shù)據(jù)后，重新計算平均值和標準差。設計值為：td=-1645s25057-164512.07=230.71(kpa)1.3 二灰穩(wěn)定砂礫回彈模量和強度1.3.1 二灰穩(wěn)定砂礫回彈模量 二灰穩(wěn)定砂礫回彈模量為：1530MPa。1.3.2 二灰穩(wěn)定砂礫f100mm100mm試件劈裂試驗表1.4 二灰砂礫試件劈裂試驗數(shù)據(jù)f100mm100mm試件劈裂試驗最大荷載（N）（kPa）處理結(jié)果110538 671.21選用211735 747.45選用311889 757.26選用410794 687.52選用510570 673.25選用611519 733.69選用711444 728.92選用811671 743.38選用912156 774.27選用有效數(shù)據(jù)平均值（kPa）724.10有效數(shù)據(jù)樣本標準差S（kPa）37.70變異系數(shù)（%）5.2變異系數(shù)應小于10%，否則可在剔除偏差較大的數(shù)據(jù)后，重新計算平均值和標準差。設計值為：td=-1645s724.10-1.64537.70=662.08(kpa)1.4 中粒式瀝青混凝土回彈模量和強度1.4.1 抗壓回彈模量 20時抗壓回彈模量：1079(MPa)15時抗壓回彈模量：1606(MPa)1.4.2 15時 f101.6mm63.5mm試件劈裂試驗表1.5 瀝青混凝土試件劈裂試驗數(shù)據(jù)f101.6mm63.5mm試件劈裂試驗最大荷載（N）（kPa）處理結(jié)果110746 1060.91選用210037 990.92選用310557 1042.25選用49248 913.02選用510074 994.57選用610879 1074.04選用有效數(shù)據(jù)平均值（kPa）1012.62有效數(shù)據(jù)樣本標準差S（kPa）59.5變異系數(shù)（%）5.2設計值取為：td=1012.62(kpa)1.5 水泥混凝土抗折強度表1.6 水泥混凝土試件彎拉強度試驗數(shù)據(jù)組別試件極限荷載（kN）（kPa）處理結(jié)果11394933.3選用2395067.7選用3385333.3選用有效數(shù)據(jù)平均值= 5111.1（kPa）21395600.0選用2395733.3選用3395466.7選用有效數(shù)據(jù)平均值=5600.0（kPa）一組3個試件，以3個試件測值的算術(shù)平均值為測定值。如任一個測值與中值的差值超過中值的15%時，則取中值為測定值。如有兩個測值與中值的差值均超過上述規(guī)定時，則該組試驗結(jié)果無效。因此第1組測定值為5.11MPa，第2組測定值為5.60MPa。一般情況下，用于路面設計的彎拉（抗折）強度標準值可取多組測定值的代表強度：因試驗數(shù)據(jù)僅有2組，彎拉強度標準值fr按規(guī)范要求取5.0MPa。2 瀝青路面設計2.1 軸載分析該道路的交通組成情況如表2.1所示。表2.1 交通組成表車型前軸重后軸重后軸數(shù)后軸輪組數(shù)后軸距（m）交通量解放CA10B19.4060.851雙解放 CA39035.0070.151雙東風EQ14023.7069.201雙黃河JN15049.00101.601雙黃河JN25355.0066.002雙 3長征XD98037.1072.652雙 3日野ZM44060.00100.002雙 3日野KB22250.20104.301雙太拖拉13851.4080.002雙 3小客車2.1.1 以設計彎沉值為指標及驗算瀝青層層底拉應力的累計當量軸次瀝青路面設計以單軸雙輪組 BZZ100kN 作為標準軸載。1) 軸載換算軸載換算采用如下計算公式：式中：N 標準軸載當量軸次，次/日；Ni 被換算車輛的各級軸載作用次數(shù)，次/日；P 標準軸載，kN；Pi 被換算車輛的各級軸載，kN；k 被換算車輛的類型數(shù)；軸載系數(shù)，,為軸數(shù)。當軸間距離大于3m時，按單獨的一個軸載計算，當軸間距離小于3m時，應考慮軸數(shù)系數(shù)。輪組系數(shù)，單輪組為6.4，雙輪組為1，四輪組為0.38。軸載換算結(jié)果如表2.2所示。表2.2 軸載換算表（一）車型解放 CA10B后軸60.8511解放 CA390前軸35.0016.4后軸70.1511東風 EQ140后軸69.2011黃河 JN150前軸49.0016.4后軸101.6011黃河 JN253前軸55.0016.4后軸66.002.21長征 XD980前軸37.1016.4后軸72.652.21日野 ZM440前軸60.0016.4后軸100.002.21日野 KB222前軸50.2016.4后軸104.3011太拖拉 138前軸51.4016.4后軸80.002.21合計備注：軸載小于25kN的軸載作用不計。2) 累計當量軸次計算根據(jù)設計規(guī)范，高速公路瀝青路面的設計年限為 15年，六車道的車道系數(shù)是0.30.4，取0.35， = 5.3%，累計當量軸次：2.1.2 驗算半剛性基層層底拉應力的累計當量軸次1) 軸載換算驗算半剛性基層層底拉應力公式為：式中： 軸組系數(shù)，； 輪組系數(shù)，單輪組為18.5，雙輪組為1，四輪組為0.09。計算結(jié)果如表2.3所示。表2.3 軸載換算表（二）車型解放 CA10B后軸60.8511解放 CA390后軸70.1511東風 EQ140后軸69.2011黃河 JN150后軸101.6011黃河 JN253前軸55.00118.5后軸66.0031長征 XD980后軸72.6531日野 ZM440前軸60.00118.5后軸100.0031日野 KB222前軸50.20118.5后軸104.3011太拖拉 138前軸51.40118.5后軸80.0031合計備注：軸載小于 50kN 的軸載作用不計。2) 累計當量軸數(shù)計算根據(jù)設計規(guī)范，高速公路瀝青路面的設計年限為 15年，六車道的車道系數(shù)是 0.30.4，取 0.35, = 5.3%，累計當量軸次：2.2 路面結(jié)構(gòu)組合設計本道路位于IV5區(qū)，地下水位較高，所以需要考慮干燥（中濕）和潮濕（過濕）兩種情況進行路面結(jié)構(gòu)設計。2.2.1 路基干燥（中濕）情況瀝青路面結(jié)構(gòu)根據(jù)本地區(qū)的路用材料、已有的工程經(jīng)驗和典型路面結(jié)構(gòu)，擬定了兩個路面結(jié)構(gòu)方案。根據(jù)各結(jié)構(gòu)層的混合料類型、最小施工厚度、施工機具等因素，初步確定了各結(jié)構(gòu)層厚度。該公路地處 IV5區(qū)，屬江南丘陵過濕地區(qū)，根據(jù)氣候資料，該地區(qū)年降水量大于 1500mm；年最高月平均氣溫大于30，且高溫季節(jié)長，年最低氣溫大于9；春夏東南季風造成的梅雨和下雨與高溫季節(jié)重疊，形成明顯不利季節(jié)。根據(jù)地區(qū)交通組成資料和自然區(qū)劃，地下水、地面水和重車渠化將是影響路面使用的重要原因。因氣候濕熱，瀝青材料的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性，半剛性基層的水穩(wěn)定性是要重點考慮的問題。在進行路面結(jié)構(gòu)設計的時候，盡量采用熱穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)強度好的材料。路面瀝青材料采用標號低，粘附性能好的材料。同時，該公路 地處湖南中部，根據(jù)湖南省政府發(fā)展中部地區(qū)經(jīng)濟的精神以及中南六省有關(guān)“中部崛起”的戰(zhàn)略，可以預見，該公路的規(guī)劃和修建除交通原因外還有巨大的社會意義。因此，須保證該公路良好的使用性能和耐久性，進行結(jié)構(gòu)設計時，在經(jīng)濟允許的情況下，盡量使用技術(shù)性能好的結(jié)構(gòu)材料。綜合上述原因，在本設計中采用方案 A（推薦方案）進行設計計算。2.2.2 路基潮濕（過濕）情況瀝青路面結(jié)構(gòu)當路基地下水位較高時，土質(zhì)易受濕度的影響，導致路基承載力降低。首先應采用有效的措施降低地下水位，其次是設置防水墊層，隔斷地下水對路面結(jié)構(gòu)的不利影響，且提高路面結(jié)構(gòu)的整體承載力。在同一個建設項目，為方便施工的組織，降低工程成本，路面結(jié)構(gòu)不宜變化過大，因此路基潮濕路段路面結(jié)構(gòu)與干燥、中濕路基段路面結(jié)構(gòu)基本相同，僅增加一個防水墊層。路面結(jié)構(gòu)組合方案如下：2.3 路面結(jié)構(gòu)厚度計算2.3.1 土基回彈模量根據(jù)試驗資料處理，干燥路段土基回彈模量為48.86MPa，考慮到該地區(qū)地質(zhì)水文情況，設計中選用40.00MPa進行計算。潮濕路段土基回彈模量為33.17MPa，考慮到該地區(qū)地質(zhì)水文情況，設計中選用30.00MPa進行計算。2.3.2 設計指標1) 設計彎沉值計算公式為：式中：ld 設計彎沉值（0.01mm）； Ne 設計年限內(nèi)一個車道累計當量標準軸載通行次數(shù)； Ac 公路等級系數(shù)，高速公路、一級公路為1.0； As 面層類型系數(shù)，瀝青混凝土面層為1.0；Ab 路面結(jié)構(gòu)類型系數(shù)，剛性基層、半剛性基層、瀝青路面為1.0，柔性基層瀝青路面為1.6。若基層由半剛性材料層與柔性材料層組合而成，則Ab介于兩者之間通過線性內(nèi)插決定。2) 各層材料的容許層底拉應力 細粒式密級配瀝青混凝土： 中粒式密級配瀝青混凝土： 粗粒式密級配瀝青混凝土：水泥穩(wěn)定碎石： 二灰穩(wěn)定碎石：2.3.3 路面結(jié)構(gòu)計算 1）干燥（中濕）路段各層材料的抗壓模量與劈裂強度如表2.4。表2.4 路面結(jié)構(gòu)層材料參數(shù)材料名稱厚度（cm）抗壓模量（MPa）劈裂強度（MPa）2015細粒式瀝青混凝土4140020001.2中粒式瀝青混凝土5107219300.8粗粒式瀝青混凝土7100013000.6水泥穩(wěn)定碎石35150036000.5二灰穩(wěn)定砂礫20130036000.5土基40.00采用BISAR3.0程序分析計算路表彎沉值和各結(jié)構(gòu)層底部拉應力。路表彎沉值按下式計算：式中：F彎沉綜合修正系數(shù)，按下式計算： 采用程序計算得到的理論彎沉值lL = 36.25（0.01mm）可求得路表彎沉計算值：采用Bisar3.0程序計算各層層底拉應力匯總于表2.5。表2.5 路面結(jié)構(gòu)拉應力計算結(jié)果材料名稱厚度（cm）層底拉應力（MPa）容許拉應力（MPa）細粒式瀝青混凝土4-0.0560.325中粒式瀝青混凝土5-0.0230.217粗粒式瀝青混凝土7-0.0750.163水泥穩(wěn)定碎石350.1190.183二灰穩(wěn)定碎石200.0790.279土基從計算結(jié)果可知，各結(jié)構(gòu)層層底拉應力均小于容許拉應力，路面結(jié)構(gòu)各層層底拉應力均滿足規(guī)范要求。 2）潮濕（過濕）路段各層材料的抗壓模量與劈裂強度如表2.6。表2.6 路面結(jié)構(gòu)層材料參數(shù)材料名稱厚度（cm）抗壓模量（MPa）劈裂強度（MPa）2015細粒式瀝青混凝土4140020001.2中粒式瀝青混凝土5107219300.8粗粒式瀝青混凝土7100013000.6水泥穩(wěn)定碎石35150036000.5二灰穩(wěn)定碎石20130036000.5級配碎石20225土基30.00采用BISAR3.0程序分析計算路表彎沉值和各結(jié)構(gòu)層底部拉應力。路表彎沉值按下式計算：式中：F彎沉綜合修正系數(shù)，按下式計算： 采用程序計算得到的理論彎沉值lL = 43.63（0.01mm）可求得路表彎沉計算值：采用Bisar3.0程序計算各層層底拉應力匯總于表2.7。表2.7 路面結(jié)構(gòu)拉應力計算結(jié)果材料名稱厚度（cm）層底拉應力（MPa）容許拉應力（MPa）細粒式瀝青混凝土4-0.0160.325中粒式瀝青混凝土5-0.0190.217粗粒式瀝青混凝土7-0.0750.163水泥穩(wěn)定碎石350.0520.183石灰土穩(wěn)定碎石200.1510.279級配碎石20土基從計算結(jié)果可知，各路面結(jié)構(gòu)層層底拉應力均小于容許拉應力，路面結(jié)構(gòu)各層層底拉應力均滿足規(guī)范要求。3 水泥混凝土路面設計3.1 軸載分析本道路交通組成如表3.1。表3.1 交通組成表車型前軸重后軸重后軸數(shù)后軸輪組數(shù)后軸距（m）交通量解放CA10B19.4060.851雙解放 CA39035.0070.151雙東風EQ14023.7069.201雙黃河JN15049.00101.601雙黃河JN25355.0066.002雙 3長征XD98037.1072.652雙 3日野ZM44060.00100.002雙 3日野KB22250.20104.301雙太拖拉13851.4080.002雙 3小客車3.1.1 軸載換算路面設計以單軸雙輪組BZZ100kN作為標準軸載。式中：Ns 100kN的單軸雙輪組標準軸載的通行次數(shù)；Pi 各類軸輪型i級軸載的總重（kN）； n 軸型和軸載級位數(shù)； Ni 各類軸輪型i級軸載的通行次數(shù)； 軸輪型系數(shù)。 單軸雙輪組： 單軸單輪組： 雙軸雙輪組： 三軸雙輪組： 軸載換算結(jié)果如表3.2所示。表3.2 軸載換算表車型解放CA10B后軸60.851.009210.33解放CA390后軸70.151.009653.32東風EQ140后軸69.201.0010282.84黃河JN150前軸49.00416.5010094.64后軸101.601.0010091300.74黃河JN253前軸55.00396.3092525.7后軸132.003.655E-069250.29長征XD980后軸145.303.578E-066450.91日野ZM440前軸60.00381.7076582.38后軸200.003.335E-06765137.20日野KB222前軸50.20412.1013068.75后軸104.301.0013062561.49太拖拉138前軸51.40408.002172.10后軸160.003.503E-062171.40合計4162.09備注：軸載小于40kN的軸載作用不計。3.1.2 計算累計當量軸次根據(jù)設計規(guī)范，高速公路混凝土路面設計基準期為30年，安全等級為一級，輪跡橫向分布系數(shù)在0.170.22之間，取0.20，gr=0.053，則：累計交通量在100 104 2000 104之間，屬于重交通。3.2 路面結(jié)構(gòu)組合設計本設計考慮干燥（中濕）和潮濕（過濕）兩種情況進行路面設計。3.2.1 干燥（中濕）情況路面結(jié)構(gòu)組合本公路交通等級為重交通，地處 IV5區(qū)，屬江南丘陵過濕區(qū)，年降水量大于1500mm，地下水位高。月平均氣溫大于30，高溫季節(jié)長。春夏兩季有較長時間的集中降水。選擇設計方案主要考慮的問題有：（1）路面的結(jié)構(gòu)強度和耐久性；（2）基層、底基層的穩(wěn)定性，特別是水穩(wěn)定性；（3）經(jīng)濟性和施工便利。從我省混凝土路面的使用經(jīng)驗來看，由于基層、底基層的水穩(wěn)定性不良而造成的道路使用性能下降和道路破壞的情況較為常見，因此，路面結(jié)構(gòu)設計方案應著重考慮了基層、底基層的水穩(wěn)定性能?？紤]沿線可利用的材料來源、路面結(jié)構(gòu)水穩(wěn)定性要求以及本地水泥混凝土路面建設經(jīng)驗，擬定兩個路面結(jié)構(gòu)方案。從路面結(jié)構(gòu)承載性能方面比較，B方案優(yōu)于A方案，但從以往水泥混凝土路面的使用經(jīng)驗來看，提升的空間不大。從經(jīng)濟性和施工便利方面考慮，B方案也較好。同時，在公路沿線有大量碎石、砂礫、粉煤灰等可用于穩(wěn)定類基層建造的材料，可大大節(jié)省投資。鑒于本地區(qū)水泥混凝土路面因排水不良引起損壞的問題較多，本設計以方案A為推薦方案。3.2.2 潮濕（過濕）情況路面結(jié)構(gòu)組合當路基地下水位較高時，土質(zhì)易受濕度的影響，導致路基承載力降低。首先應采用有效的措施降低地下水位，其次是設置防水墊層，隔斷地下水對路面結(jié)構(gòu)的不利影響，且提高路面結(jié)構(gòu)的整體承載力。在同一個建設項目，為方便施工的組織，降低工程成本，路面結(jié)構(gòu)不宜變化過大，因此路基潮濕路段路面結(jié)構(gòu)與干燥、中濕路基段路面結(jié)構(gòu)基本相同，僅增加一個防水墊層。路面結(jié)構(gòu)組合方案如下：3.2.3 路面結(jié)構(gòu)和橫斷面一級公路相應的安全等級為二級，變異水平為中，根據(jù)一級公路、重交通等級和中級變異水平等級，初擬普通混凝土面層厚度為260mm，基層采用水泥穩(wěn)定粒料，厚度為200mm。普通混凝土板的平面尺寸為長5.0m，寬度從中央分隔帶至路肩依次為4.25m、3.75m、3.0m?？v縫為設拉桿平縫，橫縫為設傳力桿的假縫。硬路肩混凝土面層與行車道等厚。3.3 路面結(jié)構(gòu)厚度計算3.3.1 干燥（中濕）路段1）確定基層頂面當量回彈模量根據(jù)設計資料，土基回彈模量E0 = 40.0 MPa，多孔隙水泥穩(wěn)定碎石E1 = 1300 MPa，水泥穩(wěn)定粒料E2 = 1500 MPa。混凝土設計彎拉強度fc= 5.0 MPa，Ec = 3.1104 MPa?；鶎禹斆娈斄炕貜椖Ａ咳缦拢菏街校夯鶎禹斆娴漠斄炕貜椖Ａ?； 路床頂面的回彈模量； 基層和底基層或墊層的當量回彈模量；多孔隙水泥碎石回彈模量； 水泥穩(wěn)定粒料回彈模量； 基層和底基層或墊層的當量厚度； 基層和底基層或墊層的當量彎曲剛度； 多孔隙水泥碎石厚度； 水泥穩(wěn)定粒料厚度； a、b 與有關(guān)的回歸系數(shù)。普通混凝土面層的相對剛度半徑按規(guī)范式（B.1.3-2）計算：2）計算荷載疲勞應力 按規(guī)范式（B.1.3），標準軸載在四邊自由板臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應力為：因縱縫為設拉桿平縫，考慮接縫傳荷能力的應力折減系數(shù)Kr = 0.87?？紤]設計基準期內(nèi)應力累計疲勞作用的疲勞應力系數(shù)Kf = Ne0.057 = 191319000.057 =2.600。根據(jù)公路等級，考慮偏載和動載等因素，對路面疲勞損壞影響的綜合系數(shù)Kc = 1.25。按規(guī)范式（B.1.2），荷載疲勞應力為：3）計算溫度疲勞應力 由規(guī)范查得，IV區(qū)最大的溫度梯度取92（/m）。板長4.5m，l/r = 4.5/0.717 = 6.276，由圖B.2.2可查得普通混凝土板厚h =260mm時，Bx = 0.580，按式（B.2.2），最大溫度梯度時混凝土板的溫度翹曲應力為：溫度疲勞應力系數(shù)按式（B.2.3）計算為：再由式（B.2.1）計算溫度疲勞應力為查表3.0.1，一級公路的安全等級為二級，相應于二級安全等級的變異水平為中級，目標可靠度為90%。再據(jù)查得的目標可靠度和變異水平等級，查表3.0.3，確定可靠度系數(shù)r = 1.16，按式（3.0.3）：所選普通混凝土面層厚度可以承受設計基準期內(nèi)荷載應力和溫度應力的綜合疲勞作用。3.3.2 潮濕（過濕）路段1）確定基層頂面當量回彈模量由設計資料知，土基回彈模量E0 = 30.0MPa，多孔隙水泥碎石E1 =1300 MPa，水泥穩(wěn)定粒料E2 =1500 MPa，混凝土設計彎拉強度fcm = 5.0 MPa，Ec =31000 MPa。計算基層頂面當量回彈模量如下：式中：基層頂面的當量回彈模量； 路床頂面的回彈模量； 基層和底基層或墊層的當量回彈模量；多孔隙水泥碎石回彈模量； 水泥穩(wěn)定粒料回彈模量； 基層和底基層或墊層的當量厚度； 基層和底基層或墊層的當量彎曲剛度； 多孔隙水泥碎石厚度； 水泥穩(wěn)定粒料厚度； a、b 與有關(guān)的回歸系數(shù)。普通混凝土面層的相對剛度半徑按規(guī)范式（B.1.3-2）計算：2）計算荷載疲勞應力 按規(guī)范式（B.1.3），標準軸載在四邊自由板臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應力為：因縱縫為設拉桿平縫，接縫傳荷能力的應力折減系數(shù)Kr = 0.87；考慮設計基準期內(nèi)應力累計疲勞作用的疲勞應力系數(shù)Kf = Ne0.057 = 191319000.057 = 2.600；根據(jù)公路等級，考慮偏載和動載等因素，對路面疲勞損壞影響的綜合系數(shù)Kc =1.25。按式（B.1.2），荷載疲勞應力為：3）計算溫度疲勞應力由規(guī)范查得，IV區(qū)最大的溫度梯度取92（/m）。板長4.5m，l/r = 4.5/0.752 = 5.984，由圖B.2.2可查得普通混凝土板厚h =260mm時，Bx = 0.580，按式（B.2.2），最大溫度梯度時混凝土板的溫度翹曲應力為：溫度疲勞應力系數(shù)Kt，按式（B.2.3）計算為：再由式（B.2.1）計算溫度疲勞應力為：查表3.0.1，一級公路的安全等級為二級，相應于二級安全等級的變異水平為中級，目標可靠度為90%。再據(jù)查得的目標可靠度和變異水平等級，查表3.0.3，確定可靠度系數(shù)r = 1.16。所以，所選普通混凝土面層厚度可以承受設計基準期內(nèi)荷載應力和溫度應力的綜合疲勞作用。3.4 水泥混凝土路面接縫設計3.4.1 縱向接縫（1）縱向接縫的布設視路面寬度和施工鋪筑寬度而定：一次鋪筑寬度小于路面寬度時，應設置縱向施工縫?？v向施工縫采用平縫形式，上部應鋸切槽口，深度為3040 mm，寬度為38 mm，槽內(nèi)灌塞填縫料，見水泥混凝土路面接縫構(gòu)造圖；一次鋪筑寬度大于 4.5 m 時，應設置縱向縮縫?？v向縮縫采用假縫形式，鋸切的槽口深度應大于施工縫的槽口深度。采用粒料基層時，槽口深度應為板厚的1/3；采用半剛性基層時，槽口深度為板厚的 2/5，見水泥混凝土路面接縫構(gòu)造圖。（2）縱縫與路線中縫平行。在路面等寬的路段內(nèi)或路面變寬路段的等寬部分，縱縫的間距和形式應保持一致。路面變寬段的加寬部分與等寬部分之間，以縱向施工縫隔開。加寬板在變寬段起終點處的寬度不小于1 m。（3）拉桿應采用螺紋鋼筋，設在板后中央，并對拉桿中部100 mm范圍內(nèi)進行防銹處理。拉桿的直徑、長度和間距，參照表3.3。施工布設時，拉桿間距應按橫向接縫的實際位置予以調(diào)整，最外側(cè)的拉桿距橫向接縫的距離不小于100 mm。表3.3 拉桿直徑、長度和間距（mm）面層厚度（mm）到自由邊或未設拉桿縱縫的距離（m）3.003.503.754.506.007.50200250147009001470080014700700147006001470050014700400250300168009001680080016800700168006001680050016800400備注：拉桿直徑、長度和間距的數(shù)字為直徑長度間距。3.4.2 橫向接縫（1）每日施工結(jié)束或因臨時原因中斷施工時，必須設置橫向施工縫，其位置應盡可能選在縮縫或脹縫處。設在縮縫處的施工縫，采用傳力桿的平縫形式；設在脹縫處的施工縫，其構(gòu)造與脹縫相同。遇有困難需設在縮縫之間時，施工縫采用設拉桿的企口縫形式。見水泥混凝土路面接縫構(gòu)造圖。（2）橫向縮縫間距布置，采用設傳力桿假縫形式，其構(gòu)造見水泥混凝土路面接縫構(gòu)造圖。（3）橫向縮縫頂部應鋸切槽口，深度為面層厚度的1/51/4，寬度為38 mm，槽內(nèi)填塞填縫縫料。橫向縮縫槽口宜增設深20 mm、寬610 mm的淺槽口，見水泥混凝土路面接縫構(gòu)造圖。（4）在鄰近橋梁或其他固定構(gòu)造物處或其他道路相交處設置橫向脹縫。設置的脹縫條數(shù)視膨脹量大小而定。脹縫寬20 mm，縫內(nèi)設置填縫板和可滑動的傳力桿。脹縫的構(gòu)造見水泥混凝土路面接縫構(gòu)造圖。（5） 傳力桿應采用光面鋼筋。傳力桿直徑 32 mm，長度 450 mm，間距 300 mm。最外側(cè)傳力桿距縱向接縫或自由邊的距離為 150250 mm。3.4.3 端部處理（1）混凝土路面與固定構(gòu)造物相銜接的脹縫無法設置傳力桿時，可在毗鄰構(gòu)造物的板端部內(nèi)配置雙層鋼筋網(wǎng)；或在長度約為610倍板厚的范圍內(nèi)逐漸將板厚增加20%。（2）混凝土路面與橋梁相接，橋頭設有搭板時，應在搭板與混凝土面層板之間設置長610 m的鋼筋混凝土面層過渡板。后者與搭板間的橫縫采用設拉桿平縫形式，與混凝土面層間的橫縫采用設傳力桿脹縫形式。膨脹量大時，應連續(xù)設置23 條設傳力桿脹縫。當橋梁為斜交時，鋼筋混凝土板的銳角部分應采用鋼筋網(wǎng)補強。橋頭未設搭板時，宜在混凝土面層與橋臺之間設置長1015 m的鋼筋混凝土面層板；或設置由混凝土預制塊面層或瀝青面層鋪筑的過渡段，其長度不小于8 m。（3）混凝土路面與瀝青路面相接時，其間應設置至少3 m長的過渡段。過渡段的路面采用兩種路面呈階梯狀疊合布置，其下面鋪設的變厚度混凝土過渡板的厚度不得小于200 mm。過渡板與混凝土面層相接處的接縫內(nèi)設置直徑25 mm、長700 mm、間距400mm的拉桿?；炷撩鎸优徳摻涌p的12條橫向接縫應設置脹縫。4 舊路補強設計4.1 設計基本資料該道路位于湖南省境內(nèi)，等級為三級，原路面為5cm的瀝青貫入碎石路面，隨著使用年限的增加，表面性能和承載能力不斷降低，需采取修復措施恢復及提高道路的使用性能。4.1.1 道路交通組成情況表4.1 交通組成車型前軸重后軸重后軸數(shù)后軸輪組數(shù)后軸距（m）交通量（輛/晝夜）解放CA10B19.4060.851雙51解放CA39035.0070.151雙44東風EQ14023.7069.201雙266黃河JN15049.00101.601雙197黃河JN25355.0066.002雙 3127小汽車1628交通量年增長率為：5.2%4.1.2 舊路彎沉資料表4.2 舊路彎沉數(shù)據(jù)里程樁號彎沉值（0.01mm）里程樁號彎沉值（0.01mm）里程樁號彎沉值（0.01mm）K0+000171K2+000220K4+000204K0+050156K2+050231K4+050187K0+100162K2+100219K4+100186K0+150164K2+150217K4+150197K0+200174K2+200230K4+200195K0+250162K2+250235K4+250185K0+300161K2+300217K4+300184K1+350173K3+350228K5+350202K1+400153K3+400230K5+400185K1+450160K3+450236K5+450190K1+500169K3+500224K5+500184K1+550167K3+550223K5+550187K1+600161K3+600215K5+600182K1+650170K3+650225K5+6501944.2 瀝青混凝土補強方案4.2.1 軸載分析舊路補強路面設計以單軸雙輪組BZZ100 kN作為標準軸載。1）軸載換算軸載換算采用如下計算公式：軸載換算結(jié)果如表4.3所示。表4.3 軸載換算表車型PiC1C2ni解放CA10B后軸60.8511515.88解放CA390前軸35.0016.4442.93后軸70.1511449.41東風EQ140后軸69.201126653.62黃河JN150前軸49.0016.419756.62后軸101.6011197211.08黃河JN253前軸55.0016.412760.33后軸66.002.2112745.84合計445.72注：軸載小于25kN的軸載作用不計。2）累計當量軸數(shù)計算根據(jù)設計規(guī)范，三級公路瀝青路面的設計年限為8年，雙向兩車道的車道系數(shù) = 0.60.7，取0.65， = 5.2%，累計當量軸次為：4.2.2 原路面當量回彈模量計算根據(jù)原路面彎沉測試數(shù)據(jù)，三個段落的彎沉值有較大的差別，故分成三個段落分別處理，如表4.4所示。計算彎沉值：舊路當量回彈模量：表4.4 原路面當量回彈模量計算里程樁號彎 沉平均值(0.01mm)彎 沉標準差(0.01mm)保證率系 數(shù)季節(jié)影響系數(shù)濕度影響系數(shù)溫度修正系數(shù)計 算彎沉值(0.01mm)當量回彈模量(MPa)K0+000K1+650164.56.111.31.21.01.0206.979.6K2+000K4+000225.05.991.31.21.01.0279.358.2K4+000K6+000190.16.811.31.21.01.0238.868.74.2.3 道路補強設計1）補強方案考慮道路施工便利，原料采購以及提高道路使用性能方面的因素，同時考慮到舊路彎沉資料有限，不能全面反映該道路的真實情況，因此在進行道路補強設計時，對三路段采用相同的補強方案。2）設計指標的確定對于三級公路，為簡單起見，僅以設計彎沉值作為設計指標。路面設計彎沉值為： 式中，因該公路為三級公路，道路等級系數(shù)Ac = 1.2，瀝青混凝土面層As = 1.0，半剛性基層，基層類型系數(shù)Ab = 1.0。3）結(jié)構(gòu)層參數(shù)三個路段原路面回彈模量相差不大，統(tǒng)一采用路段二的當量回彈模量進行設計計算。各結(jié)構(gòu)層設計參數(shù)如表4.5。表4.5 路面結(jié)構(gòu)層參數(shù)材料名稱厚度（cm）抗壓模量2015中粒式瀝青混凝土512001800水泥穩(wěn)定碎石2615003600土基58.24）路面彎沉驗算設計彎沉值ld = 45.27（0.01mm）采用BISAR3.0程序分析計算路表彎沉值和各結(jié)構(gòu)層底部拉應力。路表彎沉值按下式計算：式中：F彎沉綜合修正系數(shù)，按下式計算： 采用程序計算得到的理論彎沉值lL = 65.25（0.01mm）可求得路表彎沉計算值：4.3 水泥混凝土補強方案4.3.1 軸載分析路面設計以單軸雙輪組BZZ100kN作為標準軸載。1）軸載換算 軸載換算結(jié)果如表4.6所示。表4.6 軸載換算表車型PiiNi解放CA10B后軸60.851.00510.02解放CA390后軸70.151.00440.15東風EQ140后軸69.201.00266