【導(dǎo)讀】本設(shè)計(jì)為湖南省長沙某地2020年擬新建的一條雙向六車道高速公路,設(shè)計(jì)。速度為120km/K0+000-K11+200，計(jì)劃2020年末建成通車。基設(shè)計(jì)和路面設(shè)計(jì)兩部分。路基設(shè)計(jì)中主要以一般路堤形式進(jìn)行設(shè)計(jì),路堤平均高度。性土，平均地下水位于處，主要進(jìn)行了路基橫斷面設(shè)計(jì)、道路橫斷面排水。設(shè)計(jì)、路基穩(wěn)定性驗(yàn)算和施工設(shè)計(jì).其中,路基穩(wěn)定性驗(yàn)算取8m高一般路堤進(jìn)行。路面設(shè)計(jì)主要包括水泥混凝土路面設(shè)計(jì)和柔性路面設(shè)計(jì)，水泥混凝土為剛性。配合比以及工程量和材料用量進(jìn)行了設(shè)計(jì)。柔性路面為瀝青路面，本設(shè)計(jì)是以設(shè)計(jì)彎沉值和瀝青層層底拉應(yīng)力為指標(biāo)進(jìn)。行設(shè)計(jì)的，其主要包括軸載換算確定交通等級、路面結(jié)構(gòu)組合方案設(shè)計(jì)、路面結(jié)

　　

【正文】 ?? ? ? ?????? 由 《公路 水泥混凝土路面設(shè)計(jì) 規(guī)范》 (JTG D40— 2020)，有 基層頂面的當(dāng)量回彈模量 Et 的最低要求見表 所示。 表 基層頂面回彈模量 Et 最低要求 交通量等級 特重 重 中等 輕 回彈模量 Et（ MPa） 120 100 80 80 由于所以算的 Et=，大于 120MPa，所以滿足要求 荷載疲勞應(yīng)力 由 《公路 水泥混凝土路面設(shè)計(jì) 規(guī)范》 (JTG D40— 2020)B． 1． 1 選取混凝土板的縱向邊緣中部作為產(chǎn)生最大荷載和溫度梯度綜合疲勞損壞的臨界荷 載B． 1． 2 標(biāo)準(zhǔn)軸載 PS在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力按式 (B． 1． 2)確定。 式中： σ pr—— 標(biāo)準(zhǔn)軸載 PS在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力 (MPa)； σ ps—— 標(biāo)準(zhǔn)軸載 PS 在四邊自由板的臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力(MPa)，按 B． 1． 3條計(jì)算確定； kr —— 考慮接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)，縱縫為設(shè)拉桿的平縫時，kr =～ (剛性和半剛性基層取低值，柔性基層取高值 )； kf —— 考慮設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力累計(jì)疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)，按； kc—— 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)，按公路等級查表 確定。 表 綜合系數(shù) kc 公路等級 高速公路 一級公路 二級公路 三、四級公路 kc B． 1． 3 標(biāo)準(zhǔn)軸載 PS 在四邊自由板臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力按式 第 31 頁 共 74 頁 ()計(jì)算。 式中： σ ps—— 標(biāo)準(zhǔn)軸載 PS在四邊自由板臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力 (MPa)； r —— 混凝土板的相對剛度半徑 (m)，按式 ()計(jì)算； h—— 混凝土板的厚度 (m)； Ec—— 水泥混凝土的彎拉彈性模量 (MPa)； Et—— 基層頂面當(dāng)量回彈模量 (MPa)，按附錄 。 B． 1． 4 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的荷載疲勞應(yīng)力系數(shù)按式 (B． 1． 41)計(jì)算確定。 式中： kf—— 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的荷載疲勞應(yīng)力系數(shù)； Ne—— 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)，按附錄 A 式 (A． 2． 2)計(jì)算； ν —— 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 ，ν =。 按表 3． O． 6，取普通混凝土面層的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為 ，相應(yīng)彎拉彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值為 31GPa。 按設(shè)計(jì)資料及 查附錄 ，路基回彈模量取 35MPa。查附錄 ， 天然沙礫 墊層回彈模量取 200MPa，水泥穩(wěn)定粒料基層回彈模量取1300MPa。 Kr=， Kc 查表 B． 1． 2 得： 。 h=。代入以上公式可得： 1/30537ctErhE??? ???? 1 / ??? ? ? ???? =（ m） 將 r 代入 得： 21 rh? ?? 0. 60 20. 07 7 0. 84 9 0. 27 5 ?? ? ? = (MPa) 又：對普通混凝土面層： 7 0 .0 5 7( 4 .8 5 9 1 0 )vfk N e? ? ?= 第 32 頁 共 74 頁 則： pr r f c psk k k??? =179。 179。 179。 = （ MPa） 溫度疲勞應(yīng)力 由 《公路 水泥混凝土路面設(shè)計(jì) 規(guī)范》 (JTG D40— 2020)B． 2． 2 最大溫度梯度時混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力按式 ()計(jì)算 ： 式中： σ tm—— 最大溫度梯度時混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力 (MPa)； α c—— 混凝土的線膨脹系數(shù) (1／ ℃ )，通?？扇?1179。10 5／ ℃ ； Tg—— 最大溫度梯度，查表 取用； Bx—— 綜合溫度翹曲應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力作用的溫度應(yīng)力系數(shù)，可按 l ／ r和 h 查用圖 確定； l —— 板長，即橫縫間距 (m)。 水泥混凝土面層 的最大溫度梯度標(biāo)準(zhǔn)值 Tg ，可按照公路所在地的公路自然區(qū)劃按表 選用。 表 最大溫度梯度標(biāo)準(zhǔn)值 Tg 公路自然區(qū)劃 Ⅱ、Ⅴ Ⅲ Ⅳ、Ⅵ Ⅶ 最大溫度梯度 (℃ /m) 88～ 83 90～ 95 86～ 92 93～ 98 本公路 位于 Ⅳ5 江南丘陵過濕區(qū) ，最大溫度梯度取 88℃ /m。 普通混凝土面層板長 5m， / 5 / 0 .8 4 9 5 .8 9glr ???；炷撩鎸雍穸?。查 《公路 水泥混凝土路面設(shè)計(jì) 規(guī)范》 (JTG D40— 2020)附圖： 第 33 頁 共 74 頁 可得： Bx= ， Cx= 又 代入 可得： ? ?1521 1 0 3 1 0 0 0 0 .2 7 5 8 8 0 .5 221 .9 5c c gtm xE h TBM P a????? ? ? ???? 由 《公路 水泥混凝土路面設(shè)計(jì) 規(guī)范》 (JTG D40— 2020) B． 2． 3 溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)可按式 ()計(jì)算確定。 式中： a、 b 和 c—— 回歸系數(shù)，按所在地區(qū)的公路自然區(qū)劃查表 確定。 表 回歸系數(shù) a、 b 和 c 系 數(shù) 公路自然區(qū)劃 II III Ⅳ V Ⅵ V11 A B C 本公路 位于 Ⅳ5 江南丘陵過濕區(qū) ，取 a=， b=， c= 。 第 34 頁 共 74 頁 1. 32 35 .0 1 .9 50 .8 4 1 0 .0 5 81 .9 5 5 .00 .4 7 2ctmrttm rfk a bf????????????????????? ? ?????????? 在臨界荷位處的溫度疲勞應(yīng)力按 下 式 計(jì)算確定： tr t tmk??? (29) 則有， ? ?0 .4 7 2 1 .9 50 .9 2tr t tmk M P a??? ? ?? 由表 可得 高速公路的安 全等級為一級，目標(biāo)可靠度為 95％ ，相應(yīng)的變異水平等級為低 。再由表 可得可靠度系數(shù) r 。 表 可靠度系數(shù) r 變異水平等級 目標(biāo)可靠度（％） 95 90 85 80 低 ～ ～ ～ — 中 ～ ～ ～ ～ 高 — ～ ～ ～ 確定可靠度系數(shù) r = 水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以行車荷載和溫度梯度綜合作用產(chǎn)生的疲勞斷裂作為設(shè)計(jì)的極限狀態(tài)，其表達(dá)式采用下式計(jì)算： ? ?r pr tr rrf???? (210) 由前面計(jì)算可知：普通混凝土面層： 第 35 頁 共 74 頁 ? ?? ?1. 30 2. 86 3 0. 924. 92 ( )5. 0( )r pr trrM PaM Pa???? ? ??? 通過驗(yàn)算可知 ，擬定的由厚度 厚度為 200mm水泥穩(wěn)定粒料基層 +厚度為 60mm 瀝青混凝土 加鋪層， 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 ，又可 彌補(bǔ) 其抗水沖刷不足的缺陷 ， 另外這個板厚也是比較經(jīng)濟(jì)的。 接縫設(shè)計(jì) 水泥混凝土路面是由一定百度的混凝土板組成的，具有熱脹冷縮的性質(zhì)。混凝土路面板由于溫度或濕度變化、硬化時的收縮等原因，會出現(xiàn)脹縮合翹曲。為避免水泥路面板出現(xiàn)板內(nèi)產(chǎn)生過大應(yīng)力、出現(xiàn)板的斷裂或拱脹等破壞，需要在混凝土面板設(shè)置各種類型的接縫。此外，設(shè)置接縫可滿足施工的需要。 縱向接縫 縱縫設(shè)在劃分車道線的位置，由于一次鋪筑寬度小于路面寬度，設(shè)置縱向施工縫?？v縫與路線中縫 平行?？v向施工縫采用平縫加拉桿形式，上部鋸切槽口，深度為 35mm，寬度為 5mm，接縫填縫材料，優(yōu)先選用樹脂類、橡膠類或改性瀝青類，并在填縫中加入適量的耐老化劑，構(gòu)造如圖 所示。 拉 桿填 縫 料防 銹 涂 料 圖 縱向施工縫構(gòu)造圖 第 36 頁 共 74 頁 拉桿采用螺紋鋼筋，設(shè)在板厚中央，并對拉桿中部 100mm 范圍內(nèi)進(jìn)行防銹處理。拉桿的直徑、長度和間距，參照表 選用。施工布設(shè)時，拉桿間距按橫向接縫的實(shí)際位置予以調(diào)整。 表 拉桿直 徑、長度和間距（ mm） 面層厚度 （ mm） 到自由邊或未設(shè)拉桿縱縫的距離（ m） 200~250 14179。 700179。 900 14179。 700179。 800 14179。 700179。 700 14179。 700179。 600 14179。 700179。 500 14179。 700179。 400 260~300 16179。 800179。 900 16179。 800179。 800 16179。 800179。 700 16179。 800179。 600 16179。 800179。 500 16179。 800179。 400 由于設(shè)計(jì)混凝土面層厚度為 275mm，一車道寬度即到自由邊距離為 。 選用直徑 Φ 16 螺紋鋼筋，長度 800mm，間距 700mm。 橫向接縫 橫縫垂直于縱縫，有縮縫、脹縫和施工縫三種。由于設(shè)置脹縫不僅給施工帶來不便，而且也容易出現(xiàn)碎裂、唧泥和錯臺等病害。因此本設(shè)計(jì)主要采用縮縫和施工縫兩種接縫形式。 每日施工結(jié)束或因臨時原因中斷施工時，設(shè)置橫向施工縫，其位置選在縮縫處。采用傳力桿的平縫形式，其構(gòu)造如圖 所示。 圖 橫向施工縫構(gòu)造圖 第 37 頁 共 74 頁 橫向縮縫等間距布置，采用假縫形式。由于特重交通， 采用設(shè)傳力桿假縫形式。橫向縮縫頂部鋸切槽口，深度為面層厚度的 1/4，寬度為 5mm，槽內(nèi)填塞填縫料。由于高速公路的橫向縮縫槽口增設(shè)深 20mm、寬 6~10mm 的淺槽口，故本設(shè)計(jì)橫向縮縫槽口增設(shè)深 20mm、寬 8mm 的淺槽口，其構(gòu)造如圖 所示。 圖 橫向縮縫構(gòu)造圖 傳力桿采用光面鋼筋。其尺寸和間距可按表 選用。最外側(cè)傳力桿距縱向接縫或自由邊的距離為 200mm。 表 傳力桿尺寸和間距（ mm） 面層厚度（ mm） 傳力桿直徑 傳力桿最 小長度 傳力桿最大間距 220 28 400 300 240 30 400 300 260 32 450 300 280 35 450 300 300 38 500 300 水泥混凝土面層厚度 275mm。則采用傳力桿直徑 Φ 35光面鋼筋，長度 500mm，間距 200mm。 各結(jié)構(gòu)層材料組合設(shè)計(jì) 基本要求 水泥混凝土混合料根據(jù)公路交通量及公路的使用任務(wù)、性質(zhì)，并結(jié)合氣候、 第 38 頁 共 74 頁 水文、土質(zhì)、材料、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及施工和養(yǎng)護(hù)條件等，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。獲得符合使用要求與環(huán)境條件相適應(yīng)的路面。 混凝 土混合料由水泥、粗集料、細(xì)集料、水與外加劑等原材料組成。各種材料的基本技術(shù)要求應(yīng)滿足相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范。基本性能包括抗折強(qiáng)度、抗折疲勞強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、變形性能和耐久性等性能也應(yīng)滿足要求。 墊層材料 排水墊層所采用的材料是砂礫，砂礫墊層應(yīng)采用潔凈的中、粗砂及礫石，含泥量不大于 5%，并將其中的植物、雜質(zhì)清除干凈，也可以采用天然級配的砂礫料，其最大粒徑不大于 50mm。應(yīng)注意防止粗細(xì)粒料分離現(xiàn)象。 排水層材料的級配應(yīng)滿足下述滲濾標(biāo)準(zhǔn)： —— 墊層材料通過率為 15%時的粒徑 D15不小于路床土通過率為 15%時的粒徑 d15的 5 倍（ D15≥ 5d15）； —— 墊層材料通過率為 15%時的粒徑 D15不大于路床土通過率為 85%時的粒徑 d85的 5倍（ D15≤ 5d 85）； —— 墊層材料通過率為 50%時的粒徑 D50不大于路床土通過率為 50%時的粒徑 d50的 25 倍（ D50≤ 25d50）； —— 墊層材料的均勻系數(shù)（ D60 / D10）不大于 20。 基層 水泥穩(wěn)定粒料、級配碎石或礫石的集料公稱最大粒徑宜為 或。小于 的細(xì)粒含量不得大于 5%， 小于 的顆粒含量不宜大于 50%，細(xì)粒土的液限應(yīng)小于 25%，塑性指數(shù)應(yīng)小于 6。承受重交通時，水泥劑量宜為 5%；中等和輕交通時，水泥劑量宜為 4%。 面層材料 《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》 (JTGD40— 2020)規(guī)定：水泥混凝土集公稱最大粒徑不應(yīng)大于