【導讀】本設計為湖南省長沙某地2020年擬新建的一條雙向六車道高速公路,設計。速度為120km/K0+000-K11+200，計劃2020年末建成通車。基設計和路面設計兩部分。路基設計中主要以一般路堤形式進行設計,路堤平均高度。性土，平均地下水位于處，主要進行了路基橫斷面設計、道路橫斷面排水。設計、路基穩(wěn)定性驗算和施工設計.其中,路基穩(wěn)定性驗算取8m高一般路堤進行。路面設計主要包括水泥混凝土路面設計和柔性路面設計，水泥混凝土為剛性。配合比以及工程量和材料用量進行了設計。柔性路面為瀝青路面，本設計是以設計彎沉值和瀝青層層底拉應力為指標進。行設計的，其主要包括軸載換算確定交通等級、路面結構組合方案設計、路面結

　　

【正文】 ?? ? ? ?????? 由 《公路 水泥混凝土路面設計 規(guī)范》 (JTG D40— 2020)，有 基層頂面的當量回彈模量 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 荷載疲勞應力 由 《公路 水泥混凝土路面設計 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 標準軸載 PS在臨界荷位處產生的荷載疲勞應力按式 (B． 1． 2)確定。 式中： σ pr—— 標準軸載 PS在臨界荷位處產生的荷載疲勞應力 (MPa)； σ ps—— 標準軸載 PS 在四邊自由板的臨界荷位處產生的荷載應力(MPa)，按 B． 1． 3條計算確定； kr —— 考慮接縫傳荷能力的應力折減系數(shù)，縱縫為設拉桿的平縫時，kr =～ (剛性和半剛性基層取低值，柔性基層取高值 )； kf —— 考慮設計基準期內荷載應力累計疲勞作用的疲勞應力系數(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 標準軸載 PS 在四邊自由板臨界荷位處產生的荷載應力按式 第 31 頁 共 74 頁 ()計算。 式中： σ ps—— 標準軸載 PS在四邊自由板臨界荷位處產生的荷載應力 (MPa)； r —— 混凝土板的相對剛度半徑 (m)，按式 ()計算； h—— 混凝土板的厚度 (m)； Ec—— 水泥混凝土的彎拉彈性模量 (MPa)； Et—— 基層頂面當量回彈模量 (MPa)，按附錄 。 B． 1． 4 設計基準期內的荷載疲勞應力系數(shù)按式 (B． 1． 41)計算確定。 式中： kf—— 設計基準期內的荷載疲勞應力系數(shù)； Ne—— 設計基準期內標準軸載累計作用次數(shù)，按附錄 A 式 (A． 2． 2)計算； ν —— 與混合料性質有關的指數(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度標準值為 ，相應彎拉彈性模量標準值為 31GPa。 按設計資料及 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） 溫度疲勞應力 由 《公路 水泥混凝土路面設計 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力按式 ()計算 ： 式中： σ tm—— 最大溫度梯度時混凝土板的溫度翹曲應力 (MPa)； α c—— 混凝土的線膨脹系數(shù) (1／ ℃ )，通常可取為 1179。10 5／ ℃ ； Tg—— 最大溫度梯度，查表 取用； Bx—— 綜合溫度翹曲應力和內應力作用的溫度應力系數(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 的最大溫度梯度標準值 Tg ，可按照公路所在地的公路自然區(qū)劃按表 選用。 表 最大溫度梯度標準值 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 水泥混凝土路面設計 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 水泥混凝土路面設計 規(guī)范》 (JTG D40— 2020) B． 2． 3 溫度疲勞應力系數(shù)可按式 ()計算確定。 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力按 下 式 計算確定： 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，目標可靠度為 95％ ，相應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 = 水泥混凝土路面結構設計以行車荷載和溫度梯度綜合作用產生的疲勞斷裂作為設計的極限狀態(tài)，其表達式采用下式計算： ? ?r pr tr rrf???? (210) 由前面計算可知：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， 可以承受設計基準期內荷載應力和溫度應力的綜合疲勞作用 ，又可 彌補 其抗水沖刷不足的缺陷 ， 另外這個板厚也是比較經濟的。 接縫設計 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?；炷谅访姘逵捎跍囟然驖穸茸兓⒂不瘯r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)板內產生過大應力、出現(xiàn)板的斷裂或拱脹等破壞，需要在混凝土面板設置各種類型的接縫。此外，設置接縫可滿足施工的需要。 縱向接縫 縱縫設在劃分車道線的位置，由于一次鋪筑寬度小于路面寬度，設置縱向施工縫?？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，構造如圖 所示。 拉 桿填 縫 料防 銹 涂 料 圖 縱向施工縫構造圖 第 36 頁 共 74 頁 拉桿采用螺紋鋼筋，設在板厚中央，并對拉桿中部 100mm 范圍內進行防銹處理。拉桿的直徑、長度和間距，參照表 選用。施工布設時，拉桿間距按橫向接縫的實際位置予以調整。 表 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） 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 由于設計混凝土面層厚度為 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。因此本設計主要采用縮縫和施工縫兩種接縫形式。 每日施工結束或因臨時原因中斷施工時，設置橫向施工縫，其位置選在縮縫處。采用傳力桿的平縫形式，其構造如圖 所示。 圖 橫向施工縫構造圖 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，槽內填塞填縫料。由于高速公路的橫向縮縫槽口增設深 20mm、寬 6~10mm 的淺槽口，故本設計橫向縮縫槽口增設深 20mm、寬 8mm 的淺槽口，其構造如圖 所示。 圖 橫向縮縫構造圖 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。 各結構層材料組合設計 基本要求 水泥混凝土混合料根據公路交通量及公路的使用任務、性質，并結合氣候、 第 38 頁 共 74 頁 水文、土質、材料、實踐經驗以及施工和養(yǎng)護條件等，通過技術經濟比較。獲得符合使用要求與環(huán)境條件相適應的路面。 混凝 土混合料由水泥、粗集料、細集料、水與外加劑等原材料組成。各種材料的基本技術要求應滿足相應的技術規(guī)范?；拘阅馨拐蹚姸?、抗折疲勞強度、抗壓強度、變形性能和耐久性等性能也應滿足要求。 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。應注意防止粗細粒料分離現(xiàn)象。 排水層材料的級配應滿足下述滲濾標準： —— 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 的細粒含量不得大于 5%， 小于 的顆粒含量不宜大于 50%，細粒土的液限應小于 25%，塑性指數(shù)應小于 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計規(guī)范》 (JTGD40— 2020)規(guī)定：水泥混凝土集公稱最大粒徑不應大于