8路面設(shè)計(jì)瀝青路面設(shè)計(jì)包括原材料的調(diào)查與選擇、瀝青混合料配合比以及基層材料配合比設(shè)計(jì)、各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)的測試與選定、路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)、路面結(jié)構(gòu)層厚度驗(yàn)算以及路面結(jié)構(gòu)方案的比選等。8.1 瀝青混凝土路面概述（1）路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)使用要求及氣候、水文、土質(zhì)等自然條件，密切結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)踐經(jīng)驗(yàn)，將路面作為一個(gè)整體考慮，進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。在滿足交通量和使用要求的前提下，應(yīng)遵循“因地制宜、合理選材、方便施工、利于養(yǎng)護(hù)、節(jié)約投資”的原則進(jìn)行路面設(shè)計(jì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理，安全可靠的方案。應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)踐基礎(chǔ)，積極推廣成熟的科研成果，積極、慎重地運(yùn)用行之有效的新材料、新工藝、新技術(shù)。路面設(shè)計(jì)方案應(yīng)充分考慮沿線環(huán)境保護(hù)、自然生態(tài)的平衡，有利于施工、養(yǎng)護(hù)工作人員的健康與安全。為確保工程質(zhì)量，應(yīng)盡可能選擇有利于機(jī)械化、工廠化施工的設(shè)計(jì)方案。（2）瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與方法世界各國的瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，可分為經(jīng)驗(yàn)法和力學(xué)經(jīng)驗(yàn)法兩大類。經(jīng)驗(yàn)法主要通過對(duì)實(shí)驗(yàn)路或使用道路的實(shí)驗(yàn)觀測，建立路面結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)層組合、厚度和材料性質(zhì)）、車輛荷載（軸載大小和作用次數(shù)）和路面使用性能三者之間的關(guān)系，如美國的加州承載比（CBR）法和美國各州公路和運(yùn)輸工作協(xié)會(huì)（AASHTO）法。力學(xué)經(jīng)驗(yàn)法應(yīng)用于力學(xué)原理分析路面結(jié)構(gòu)在荷載與環(huán)境作用下的力學(xué)響應(yīng)量（應(yīng)力、應(yīng)變、位移），建立力學(xué)響應(yīng)量與路面使用性能之間的關(guān)系模型，路面設(shè)計(jì)按使用要求，運(yùn)用關(guān)系模型完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。我國現(xiàn)行的瀝青路面設(shè)計(jì)方法、美國的瀝青學(xué)會(huì)（AI）法和殼牌（Shell）法均為力學(xué)經(jīng)驗(yàn)法。我國現(xiàn)行的公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D502011）采用彈性層狀體系作力學(xué)分析基礎(chǔ)理論，以雙圓垂直均布荷載作用下的路面整體沉降（彎沉）和結(jié)構(gòu)層的層底拉應(yīng)力作為設(shè)計(jì)指標(biāo)，以疲勞效應(yīng)為基礎(chǔ)，處理軸載標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換與軸載多次重復(fù)作用效應(yīng)。8.2瀝青路面的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）設(shè)計(jì)交通資料（見下表8.1）：表8.1路面設(shè)計(jì)交通資料序號(hào)車型名稱前軸重（KN）后軸重（KN）后軸數(shù)后軸輪組數(shù)后軸距交通量（輛/晝夜）1小客車11.8281雙輪組16172中客車 SH13025.5555.11雙輪組8503大客車CA5028.768.21雙輪組1334小貨車BJ13013.5527.21雙輪組18175中貨車CAD5024.568.61雙輪組6926中貨車EQ14023.769.21雙輪組1027大貨車JN15049101.61雙輪組245注：設(shè)計(jì)年限為12年車道系數(shù)為=0.7 交通量年平均增長值r=8.0。軸載分析：路面設(shè)計(jì)以BZZ100作為標(biāo)準(zhǔn)軸載，以設(shè)計(jì)彎沉值為指標(biāo)驗(yàn)算瀝青層層底拉應(yīng)力中的累計(jì)當(dāng)量軸次。 軸載換算軸載換算公式：式中：以設(shè)計(jì)彎沉值和瀝青層層底拉應(yīng)力為指標(biāo)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量軸次（次/日）；被換算車型的各級(jí)軸載作用次數(shù)（次/日）；標(biāo)準(zhǔn)軸載（kN）；被換算車型的各級(jí)軸載（kN）；被換算車型的軸載系數(shù)；被換算車型的輪組系數(shù)，雙輪組為1.0，單輪組為6.4，四輪組為0.38；被換算車型的軸載級(jí)別。當(dāng)軸間距大于3m時(shí)，應(yīng)按單獨(dú)的一個(gè)軸載計(jì)算；當(dāng)軸間距小于3m時(shí)，雙軸或多軸的軸數(shù)系數(shù)按下列公式計(jì)算：式中：軸數(shù)軸載換算結(jié)果如下表8.2所示：表8.2軸載換算結(jié)果序號(hào)車型 1小客車前軸11.816.416171后軸2811161772中客車SH130前軸25.5516.485015后軸55.111850643大客車CA50前軸28.716.41334后軸68.211133264小貨車BJ130前軸13.5516.418172后軸27.211181775中貨車CAD50前軸24.516.469210后軸68.6116921356中貨車EQ140前軸23.716.41022后軸69.211102217大貨車JN150前軸4916.424571后軸101.611245263后軸1003179237628累計(jì)當(dāng)量軸次計(jì)算路面竣工后第一年日平均當(dāng)量軸次：= 628設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上累計(jì)當(dāng)量軸次：查表可得交通等級(jí)為中等交通。方案一：路面各層結(jié)構(gòu)及其力學(xué)參數(shù)（見下表8.3）表8.3路面結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù)層位結(jié)構(gòu)層材料名稱厚度（cm）抗壓模量（M Pa）20劈裂強(qiáng)度（M Pa）1細(xì)粒式瀝青混凝土614001.22粗粒式瀝青混凝土810000.83水泥穩(wěn)定碎石2515000.64天然砂礫待定200 土基回彈模量確定：該路段處于5區(qū)，為亞砂土和亞粘土，干濕狀態(tài)為中濕狀態(tài)，稠度為1.0，查得土基回彈模量為32.5。設(shè)計(jì)指標(biāo)確定：本二級(jí)公路的設(shè)計(jì)，以設(shè)計(jì)彎沉值作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行層底拉應(yīng)力計(jì)算。按彎沉指標(biāo)要求計(jì)算天然砂礫層厚度本公路為二級(jí)公路，根據(jù)規(guī)范，公路等級(jí)系數(shù)，面層為瀝青混凝土面層，基層為半剛性基層，基層類型系數(shù)。 土基 土基 （2）設(shè)計(jì)彎沉值：由和查諾謨圖得，由和查諾莫圖得。 令則彎沉綜合修正系數(shù)： 聯(lián)立上面兩式得：由、和查諾謨圖得則可反算出：代入當(dāng)量厚度換算公式得，解得，?。?）各層材料的容許層底拉應(yīng)力： 細(xì)粒式密級(jí)配瀝青混凝土粗粒式密級(jí)配瀝青混凝土 水泥穩(wěn)定碎石設(shè)計(jì)資料總結(jié)：設(shè)計(jì)彎沉值為33.33（0.01mm），相關(guān)資料匯總?cè)缦卤?.4：表8.4設(shè)計(jì)資料匯總表材料名稱H(cm)20抗壓模量15容許拉應(yīng)力（） 細(xì)粒式瀝青混凝土614000.550粗粒式瀝青混凝土810000.458水泥穩(wěn)定碎石2515000.365天然砂礫18200土基32.5（4）彎拉應(yīng)力的驗(yàn)算由于水泥穩(wěn)定碎石下層有天然砂礫，故天然砂礫作為中層，以上作為上層。細(xì)粒式瀝青混凝土： 查諾謨圖發(fā)現(xiàn)為壓應(yīng)力，故應(yīng)力驗(yàn)算通過。粗粒式瀝青混凝土查諾謨圖得： 則：故應(yīng)力驗(yàn)算通過。水泥穩(wěn)定類碎石查諾謨圖得： 則： 故應(yīng)力驗(yàn)算通過。 天然砂礫查諾謨圖得： 則： 符合設(shè)計(jì)要求。方案二：（1） 設(shè)計(jì)資料（見表8.1和表8.2）路面各層結(jié)構(gòu)及其力學(xué)參數(shù)（見下表8.5）表8.5路面結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù)層位結(jié)構(gòu)層材料名稱厚度（cm）抗壓模量（M Pa）20劈裂強(qiáng)度（M Pa）1細(xì)粒式瀝青混凝土614001.22粗粒式瀝青混凝土810000.83碎石灰土259000.354級(jí)配碎石待定200土基回彈模量確定：該路段處于5區(qū)，為亞砂土和亞粘土，稠度為1.0，查得土基回彈模量為32.5.設(shè)計(jì)指標(biāo)確定：本二級(jí)公路的設(shè)計(jì)，以設(shè)計(jì)彎沉值作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行層底拉應(yīng)力計(jì)算。按彎沉指標(biāo)要求計(jì)算天然砂礫層厚度本公路為二級(jí)公路，根據(jù)規(guī)范，公路等級(jí)系數(shù)，面層為瀝青混凝土面層，基層為半剛性基層，基層類型系數(shù) 土基 土基 （2）設(shè)計(jì)彎沉值：由和查諾謨圖得，由和查諾莫圖得。 令則彎沉綜合修正系數(shù)：聯(lián)立上面兩式得：由、和查諾謨圖得則可反算出：代入當(dāng)量厚度換算公式得，解得，?。?）各層材料的容許層底拉應(yīng)力。用方案一求解方法可得各層材料容許拉應(yīng)力要素如下表8.6：8.6各層材料及容許拉應(yīng)力要素表材料名稱H(cm)20抗壓模量15容許拉應(yīng)力（） 細(xì)粒式瀝青混凝土614000.550粗粒式瀝青混凝土810000.458碎石灰土259000.213級(jí)配碎石18200土基32.5（4）彎拉應(yīng)力的驗(yàn)算由于水泥穩(wěn)定碎石下層有天然砂礫，故天然砂礫作為中層，以上作為上層。細(xì)粒式瀝青混凝土： 查諾謨圖發(fā)現(xiàn)為壓應(yīng)力，故應(yīng)力驗(yàn)算通過。粗粒式瀝青混凝土查諾謨圖發(fā)現(xiàn)為壓應(yīng)力，故應(yīng)力驗(yàn)算通過。碎石灰土查諾謨圖得： 則： 故應(yīng)力驗(yàn)算通過。 級(jí)配碎石查諾謨圖得： 則： 符合設(shè)計(jì)要求 。方案比選（見下表8.7）：表8.7方案比選表比較要素方案一方案二材料性能水泥穩(wěn)定碎石抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度相對(duì)較大。碎石灰土抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度相對(duì)較小。經(jīng)濟(jì)性水泥穩(wěn)定碎石和天然砂礫成本較低，且材料易取得。碎石灰土和級(jí)配碎石成本較高。施工工藝施工簡單，方便。需注意水對(duì)材料的影響安全系數(shù)各層基底拉應(yīng)力安全系數(shù)較高。第二層基底拉應(yīng)力安全系數(shù)偏低。綜合比較后，認(rèn)為方案一的設(shè)計(jì)更為合理，故采用方案一作為瀝青路面設(shè)計(jì)方案。8 路面設(shè)計(jì)路面是用各種材料混合料鋪筑在路基上供車輛行駛的層狀結(jié)構(gòu)物。路面按面層的使用品質(zhì)，材料組成類型以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性，路面可分為四個(gè)等級(jí)，即高級(jí)路面，次高級(jí)路面，中級(jí)路面和低級(jí)路面。從力學(xué)性能來分路面可分為柔性路面、剛性路面和半剛性路面三類。本二級(jí)公路可選的路面結(jié)構(gòu)主要是瀝青混凝土路面和水泥混凝土路面，下面將主要計(jì)算這兩種路面。8.1瀝青混凝土路面瀝青路面是用瀝青材料作結(jié)合料粘結(jié)礦料修筑面層與各類基層和墊層所組成的路面結(jié)構(gòu)，是在柔性基層、半剛性基層上鋪筑一定厚度的瀝青混合料作面層的路面結(jié)構(gòu)。瀝青路面設(shè)計(jì)的任務(wù)是根據(jù)使用要求及氣候、水文、土質(zhì)等自然條件，密切結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)確定經(jīng)濟(jì)合理的路面結(jié)構(gòu)，使之能承受交通荷載和環(huán)境因素的作用，在預(yù)定的使用期限滿足各級(jí)公路相應(yīng)的承載能力、耐久性、舒適性、安全性的要求。路面設(shè)計(jì)包括原材料的選擇、混合料配合比設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)參數(shù)的測試與確定、路面結(jié)構(gòu)層組合與厚度計(jì)算，以及路面結(jié)構(gòu)的方案比選等內(nèi)容。路面設(shè)計(jì)除行車道部分的路面外，對(duì)高速公路、一級(jí)公路還應(yīng)包括路緣帶、硬路肩、加減速車道、緊急停車帶、收費(fèi)站和服務(wù)區(qū)的場面設(shè)計(jì)及路面排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)其他各級(jí)公路應(yīng)包括路肩加固、路緣石和路面排水設(shè)計(jì)。8.2 瀝青路面的計(jì)算設(shè)計(jì)608.2.1 交通量的確定作為路面設(shè)計(jì)的重要參照，交通量組成是設(shè)計(jì)的咽喉，有關(guān)交通量資料如下表8.1所示：表8.1路面設(shè)計(jì)交通資料序號(hào)車型名稱前軸重（KN）后軸重（KN）后軸數(shù)后軸輪組數(shù)后軸距交通量（輛/晝夜）1小客車11.8281雙輪組15002中客車 SH13025.5555.11雙輪組24003大客車CA5028.768.21雙輪組1804小貨車BJ13013.5527.21雙輪組15005解放CAD5024.568.61雙輪組7006東風(fēng)EQ14023.769.21雙輪組2007黃河JN15049.0101.61雙輪組2008特大車日野KB22250.2104.31雙輪組1609拖掛車五十鈴603001雙輪組40注：設(shè)計(jì)年限為12年車道系數(shù)為=0.7 交通量年平均增長值r=8.0。軸載分析：路面設(shè)計(jì)以BZZ100作為標(biāo)準(zhǔn)軸載，以設(shè)計(jì)彎沉值為指標(biāo)驗(yàn)算瀝青層層底拉應(yīng)力中的累計(jì)當(dāng)量軸次。 軸載換算軸載換算公式：式中：以設(shè)計(jì)彎沉值和瀝青層層底拉應(yīng)力為指標(biāo)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量軸次（次/日）；被換算車型的各級(jí)軸載作用次數(shù)（次/日）；標(biāo)準(zhǔn)軸載（kN）；被換算車型的各級(jí)軸載（kN）；被換算車型的軸載系數(shù)；被換算車型的輪組系數(shù)，雙輪組為1.0，單輪組為6.4，四輪組為0.38；被換算車型的軸載級(jí)別。當(dāng)軸間距大于3m時(shí)，應(yīng)按單獨(dú)的一個(gè)軸載計(jì)算；當(dāng)軸間距小于3m時(shí)，雙軸或多軸的軸數(shù)系數(shù)按下列公式計(jì)算：式中：軸數(shù)軸載換算結(jié)果如下表8.2所示：表8.2軸載換算結(jié)果序號(hào)車型1小客車前軸11.816.416171后軸2811161772中客車SH130前軸25.5516.485015后軸55.111850643大客車CA50前軸28.716.41334后軸68.211133264小貨車BJ130前軸13.5516.418172后軸27.211181775解放CAD50前軸24.516.469210后軸68.6116921356東風(fēng)EQ140前軸23.716.41022后軸69.211102217黃河JN150前軸4916.424571后軸101.6112452638特大車日野KB222前軸4916.424571后軸101.6112452639拖掛車五十鈴前軸4916.424571后軸101.611245263628累計(jì)當(dāng)量軸次計(jì)算路面竣工后第一年日平均當(dāng)量軸次：= 628設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上累計(jì)當(dāng)量軸次：查表可得交通等級(jí)為中等交通。8.2.3 結(jié)構(gòu)組合與材料選取由上面的計(jì)算得到設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)行車道上的累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次約為85萬次左右，根據(jù)規(guī)范推薦結(jié)構(gòu)，根據(jù)規(guī)范推薦結(jié)構(gòu)，路面結(jié)構(gòu)面層采用瀝青混凝土（15cm）、基層采用水泥穩(wěn)定碎石（厚度待定）、底基層采用石灰土24cm。8.2.4 各層材料的抗壓模量與劈裂強(qiáng)度的確定查有關(guān)資料的表格得各層材料抗壓模量（20）與劈裂強(qiáng)度，如下表3.4所示：表3.4 各層材料抗壓模量與劈裂強(qiáng)度表材料名稱 H(mm)20抗壓模量 劈裂強(qiáng)度細(xì)粒式密級(jí)配瀝青混凝土41400MPa1.4MPa中粒式密級(jí)配瀝青混凝土51200MPa1.0MPa粗粒式密級(jí)配瀝青混凝土61000MPa0.8MPa水泥穩(wěn)定碎石 待定1500MPa0.5MPa石灰土碎石 24500MPa0.225MPa 土基回彈模量的確定查得土基回彈模量為80MPa。 設(shè)計(jì)指標(biāo)的確定對(duì)于二級(jí)公路，規(guī)范要求以設(shè)計(jì)彎沉值作為設(shè)計(jì)指標(biāo)。設(shè)計(jì)彎沉值的計(jì)算公式為：其中，設(shè)計(jì)年限內(nèi)的一個(gè)車道累計(jì)當(dāng)量軸次；公路等級(jí)系數(shù)，三、四級(jí)公路為1.2； 面層類型系數(shù)，瀝青混凝土面層取值為1.0； 路面結(jié)構(gòu)類型系數(shù)，半剛性基層瀝青路面為1.0。 代入數(shù)據(jù)， 設(shè)計(jì)資料總結(jié)設(shè)計(jì)彎沉值為40.96（0.01mm）相關(guān)資料匯總?cè)缦卤?.5：表3.5 各層資料數(shù)據(jù)表材料名稱 H/cm20抗壓模量 容許拉應(yīng)力細(xì)粒式密級(jí)配瀝青混凝土4 1400MPa0.855MPa中粒式密級(jí)配瀝青混凝土5 1200MPa0.611MPa粗粒式密級(jí)配瀝青混凝土6 1000MPa0.489MPa水泥穩(wěn)定碎石 待定 1500MPa0.370MPa石灰土 24 500MPa0.128MPa土基 32.5MPa 確定水泥穩(wěn)定碎石層厚度（換算成三層體系） 令彎沉值等于設(shè)計(jì)彎沉值：彎沉綜合修正系數(shù)F按下式計(jì)算：其中：設(shè)計(jì)彎沉值； ，標(biāo)準(zhǔn)車型的輪胎接地壓強(qiáng)和當(dāng)量圓半徑，取值為別為0.7MPa和10.65cm。理論彎沉系數(shù)用以下公式計(jì)算：細(xì)粒式密集配瀝青混凝土厚度細(xì)粒式密集配瀝青混凝土20抗壓模中粒式密集配瀝青混凝土20抗壓模量 查諾模圖得 查表得 查表得：根據(jù)公式：其中，石灰土厚度，代入數(shù)據(jù)有由公式可以算得，則取值。綜上所述，該擬定方案可行，即路面結(jié)構(gòu)面層采用瀝青混凝土（15cm）、基層采用水泥穩(wěn)定碎石（17cm）、底基層采用石灰土(24cm)。3.3 水泥混凝土路面水泥混凝土路面是指以水泥混凝土板做面層（配筋或不配筋）的路面，亦稱剛性路面，俗稱白色路面，它是一種高級(jí)路面。它是以混凝土路面板和基、墊層所組成的路面結(jié)構(gòu)。根據(jù)對(duì)材料的要求及組成分為：普通混凝土路面（素混凝土路面 ）鋼筋混凝土路面、連續(xù)配筋混凝土路面、鋼釬維混凝土路面、復(fù)合式混凝土路面、水泥混凝土預(yù)制路面等。其中素混凝土路面是指除局部范圍外面層內(nèi)不配筋的水泥混凝土路面。水泥混凝土路面是一種剛度大、擴(kuò)散荷載應(yīng)力的能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好和使用壽命長的路面結(jié)構(gòu)，它與其他路面相比，具有以下特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（1） 強(qiáng)度高。水泥混凝土路面具有較高的抗壓、抗彎拉力學(xué)強(qiáng)度和抗磨耗能力。（2） 穩(wěn)定性好。水泥混凝土路面受到水的侵入和氣候溫度等自然因素影響時(shí)，引起的強(qiáng)度變化小，沒有像瀝青路面那樣的“老化”情況，也沒有像砂石路那樣的“衰變”現(xiàn)象，同時(shí)，抵抗侵蝕能力也較強(qiáng)。（3） 耐久性好。由于水泥混凝土路面強(qiáng)度和穩(wěn)定性好，抗侵蝕能力強(qiáng)，所以它經(jīng)久耐用。一般能使用2040年，而且它能通行包括履帶式車輛等在內(nèi)的各種運(yùn)輸工具。（4） 養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用小。與瀝青路面相比，水泥混凝土路面雖然一次修筑投資大，但由于使用年限長，并且每年所需養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用比較少，因此水泥混凝土路面的長遠(yuǎn)經(jīng)濟(jì)效益較好。（5） 抗滑性能好。水泥混凝土路面粗糙度好、抗滑，能保證車輛有較高的安全行駛速度，提高車輛行駛的穩(wěn)定性。（6） 有利于夜間行車。水泥混凝土路面色澤鮮明，能見度好，有利于夜間行車。缺點(diǎn)：（4） 水泥和水的需要量大，修筑20 cm厚、7 m寬水泥混凝土路面，每公里要消耗水泥約400500 t 和水約250 t，尚且不包括養(yǎng)生用水，這給水泥不足和缺水地區(qū)帶來較大的困難。（5） 接縫較多。水泥混凝土路面建造許多接縫，這些接縫不但增加施工和養(yǎng)護(hù)的復(fù)雜性，而且容易引起行車跳動(dòng)，其剛度大、減震效果差，噪聲大、影響行車的舒適性。接縫處混凝土面層板的板邊和角隅部位是薄弱點(diǎn)，如處理不當(dāng)易發(fā)生破壞。（6） 開放交通較遲。水泥混凝土路面鋪筑后，一般需經(jīng)23個(gè)星期濕治養(yǎng)生后，使強(qiáng)度的增長滿足行車要求才能開放交通。（7） 養(yǎng)護(hù)修復(fù)難。水泥混凝土路面使用中的局部破壞處，在修復(fù)過程中開挖困難，有時(shí)修復(fù)的工作量大，且影響交通。這對(duì)于有地下管線的城市道路、交通量大的高等級(jí)公路會(huì)帶來較大困難。3.4 水泥混凝土路面的設(shè)計(jì)計(jì)算 交通量的確定作為路面設(shè)計(jì)的重要參照，交通量組成是設(shè)計(jì)的咽喉，有關(guān)交通量資料如下表3.6所示，其平均增長率為4.5%:表3.6 交通量資料車型交通量（輛/晝夜）123456789101112小客車120015001700160017001400210019001700150013001800中客車SH1301300110090070060050060070080090010001100大客車CA50160150130120130110100110140130180130小貨車BJ130210024001800200016001400150016001700180019002000中貨車CAD506007507009001000900800700600500450400中貨車EQ14010011015018080707580859095100大貨車JN150200300250300220230300220210240270190特大車日野KB2221601401201009070809060504045拖掛車五十鈴40609012010080859075706565交通量年平均增長率（%）4.55.55.06.56.07.57.08.08.59.09.510.0換算可得下3.7表：表3.7 軸載簡化表車型前軸重后軸重后軸數(shù)后軸輪組數(shù)交通量小客車13.0025.601雙1200中客車SH13016.5023.001雙1300大客車CA5028.7068.201雙160小貨車BJ13013.5527.201雙2100中貨車CAD5024.7068.201雙600中貨車EQ14023.7069.201雙100大貨車JN15049.00101.601雙200日野車KB22250.20104.301雙160拖掛車五十鈴50.20104.301雙40跟據(jù)上面的資料進(jìn)行軸載換算以確定路面各層所需的厚度。 軸載分析路面設(shè)計(jì)雙輪組單軸載100kN以設(shè)計(jì)彎沉值為指標(biāo)及驗(yàn)算面層層底拉力中的累計(jì)當(dāng)量軸次。（1） 軸載換算： 式中 ：100kN的單軸雙輪組標(biāo)準(zhǔn)軸載的作用次數(shù)； 單軸單輪、單軸雙輪組、雙軸雙輪組或三軸雙輪組軸型i級(jí)軸載的總重kN； 各類軸型i級(jí)軸載的作用次數(shù)； -軸型和軸載級(jí)位數(shù)； 標(biāo)準(zhǔn)軸載。軸載換算結(jié)果如表3.8所示：表3.8 軸載換算表車型大客車CA50后軸68.201600.35中貨車CAD50后軸68.206001.31中貨車EQ140后軸69.20 1000.28大貨車JN150前軸49.002000.002后軸101.60200161.14拖掛車五十鈴前軸50.20400.001后軸104.304078.45 日野車KB222前軸50.21600.004后軸104.3160313.80564.326注：軸載小于40KN的軸載作用不計(jì)。（2） 計(jì)算累計(jì)當(dāng)量軸次 根據(jù)表設(shè)計(jì)規(guī)范，三級(jí)公路的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為15年，安全等級(jí)為三級(jí)，輪跡橫向分布系數(shù)取0.60， 交通量年平均增長率，則其交通量在中，故屬重型交通。 初擬路面結(jié)構(gòu)橫斷面 由表，相應(yīng)于安全等級(jí)三級(jí)的變異水平為中高。根據(jù)三級(jí)公路、重交通等級(jí)和中級(jí)變異水平等級(jí)，現(xiàn)初擬普通混凝土面層厚度為240mm，基層采用級(jí)配碎石粒料，厚20cm。普通混凝土板的平面尺寸為寬3.5m，長4.0m。橫縫為設(shè)傳力桿的假縫。 確定基層頂面當(dāng)量回彈模量取路基回彈模量值為80MPa,取距地下水位2.0m時(shí)的濕度調(diào)整系數(shù)0.8，則土基回彈模量取值，級(jí)配碎石。設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度：，泊松比為0.15。結(jié)構(gòu)層如下圖3.1：圖3.1 路面結(jié)構(gòu)層強(qiáng)度圖按式（B.2.4）計(jì)算板底地基當(dāng)量回彈模量如下：式中：板底地基當(dāng)量回彈模量； 路床頂面的綜合回彈模量，基層和底基層或墊層的當(dāng)量回彈模量，基層和底基層或墊層的回彈模量，基層和底基層或墊層的當(dāng)量厚度，基層和底基層或墊層的厚度。普通混凝土面層的相對(duì)剛度半徑按式（B.1.3-2）計(jì)算為： 計(jì)算荷載疲勞應(yīng)力按式（B.1.3），標(biāo)準(zhǔn)軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力計(jì)算為：因縱縫為設(shè)拉桿平縫，接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)?？紤]設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷應(yīng)力累計(jì)疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)：其中，與混合料性質(zhì)有關(guān)的指數(shù)，普通混凝土、鋼筋混凝土、連續(xù)配筋混凝土， 根據(jù)公路等級(jí)，由表B.1.2考慮偏載和動(dòng)載等因素，對(duì)路面疲勞損失影響的綜合系數(shù) 按式（B.1.2），荷載疲勞應(yīng)力計(jì)算為最大荷載應(yīng)力為： 計(jì)算最大溫度應(yīng)力與溫度疲勞應(yīng)力由表，區(qū)最大溫度梯度取90(m)，板長4m ,則有： ,按式（B.3.2）計(jì)算最大溫度應(yīng)力：其中，水泥混領(lǐng)土線膨脹系數(shù)，選用的粗集料類型為花崗巖，取值為1090/； 區(qū)域最大溫度梯度，取值90(m)。溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)按式（B.3.4）計(jì)算。其中，回歸系數(shù)，按所在地區(qū)的公路自然區(qū)劃查表(B.3.4)確定,這里取值分別為0.841，1.323，0.058。查表 ，三級(jí)公路的安全等級(jí)為三級(jí)，相應(yīng)于三級(jí)安全等級(jí)的變異水平為中級(jí)，目標(biāo)可靠度為80%。再據(jù)查得的目標(biāo)可靠度和變異水平等級(jí)，查表3.0.3，確定可靠度系數(shù) 再按式（B.3.1）計(jì)算溫度疲勞應(yīng)力： 結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)校核三級(jí)公路，目標(biāo)可靠度為80%，中等變異水平條件下的可靠度系數(shù)經(jīng)查表可去1.04到10.07，這里取值得取1.05。 所選普通混凝土面層厚度（24cm）可以承受設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力的綜合疲勞作用。取設(shè)計(jì)厚度為24cm。3.5 路面結(jié)構(gòu)方案選定 比選原則（1）.三級(jí)公路對(duì)路面平整度、行車舒適性要求比較高；（2）.當(dāng)?shù)赝粱鶑?qiáng)度較高，軟弱土基較少；（3）.交通量比較大，耐磨性要求高。 方案確定下面分別列出兩種路面的特點(diǎn)：水泥混凝土路面的特點(diǎn)：它是一種剛度大、擴(kuò)散荷載應(yīng)力的能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好和使用壽命長的路面結(jié)構(gòu)，和其他路面結(jié)構(gòu)相比有以下優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好，受水的漫入和氣候溫度等自然因素影響時(shí)，引起的強(qiáng)度變化小，耐久性好，養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用小，抗滑性能好，有利于夜間行車等。瀝青路面具有表面平整，無接縫，行車舒適耐磨振動(dòng)小，噪音低，施工期短，養(yǎng)護(hù)維修簡便，適宜于分期修建等優(yōu)點(diǎn)。路面結(jié)構(gòu)直接曝露在大氣之中，瀝青路面的動(dòng)彈模量隨溫度的升高變化大，路基回彈模量隨濕度的增長而急劇下降。經(jīng)兩種路面結(jié)構(gòu)的綜合比較和當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境的結(jié)合，水泥混凝土路面更適合本次所設(shè)計(jì)三級(jí)公路路面。故確定水泥混凝土結(jié)構(gòu)為最終路面結(jié)構(gòu)方案。即路面結(jié)構(gòu)面層為普通混凝土面層，厚度為24cm，基層采用級(jí)配碎石粒料，厚度為2