【導(dǎo)讀】路面設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)內(nèi)容的理解，進(jìn)而提高和培養(yǎng)學(xué)生分析、解決工程實(shí)際問題的能力。以教師提供的設(shè)計(jì)資料為主，學(xué)生在。通條件，擬定路基路面的設(shè)計(jì)方案，對路基的穩(wěn)定性、路面結(jié)構(gòu)厚度的計(jì)算和驗(yàn)算。課程設(shè)計(jì)方式是在教學(xué)周內(nèi)安排2周獨(dú)立進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，安排指導(dǎo)老師專門指導(dǎo)。護(hù)、加筋墻路堤和浸水擋土墻路堤設(shè)計(jì)為主的穩(wěn)定分析內(nèi)容。1．路線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，山嶺重丘區(qū)一般二級公路，路基寬，路面寬。2．車輛荷載，計(jì)算荷載為汽車-20級，驗(yàn)算荷載為掛車-100。3．橫斷面原地面實(shí)測值及路基設(shè)計(jì)標(biāo)高如表1所列。①浸水高填路堤、基坑開挖與支護(hù)、加筋墻路堤和浸水擋土墻路堤的穩(wěn)定性分析報(bào)告。②交通狀況，經(jīng)調(diào)查交通量為4100輛/日，交通組成如表2所示，交通量年平均增長率γ=%。③路基土質(zhì)為粘性土，干濕狀態(tài)為潮濕，道路凍深為160cm。第三步，編制設(shè)計(jì)計(jì)算說明書，并將其提交給指導(dǎo)老師檢查認(rèn)可。簡圖和表格形式；外觀上要求字體工整，紙張和封面統(tǒng)一。

　　

【正文】 ? ，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。 （二） 中濕狀態(tài) 初擬路面結(jié)構(gòu) 查《公路水泥砼路面設(shè)計(jì)規(guī)范》 (JTG D402020)表 ，初擬普通水泥混泥土路面層厚度為 h=, 基層選用水泥穩(wěn)定碎石（水泥用量為 5％），厚為 h1=。底基層厚度為 h2= 的級配碎石。普通水泥混凝土板的平面尺寸寬為 ,長為 。縱縫為設(shè)拉桿平縫，橫縫為設(shè)傳力桿假縫。 材料參數(shù)的確定 （ 1） 混泥土的設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度與彈性模量 按《公路水泥砼路面設(shè)計(jì)規(guī)范》 (JTG D402020)表 ，取普通混泥土面層的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 MPafr 5? ,相應(yīng)彎拉彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值為 GPaEc 31? （ 2） 土基的回彈模量 參照 《公路水泥砼路面設(shè)計(jì)規(guī)范》 (JTG D402020)附錄 F，路基回彈模量取MPaE 350 ? 。查附錄 ,水泥穩(wěn)定粒料基層回彈模量取 MPaE 15001 ? ，天然砂礫回彈模量取 MPaE 2502 ? 。 按式（ ） 計(jì)算基層頂面當(dāng)量回彈模量如下： MP ahh EhEhE x 22 222221222121 ?? ??????? ? ? 12211221322311 )11(41212 ?????? hEhEhhhEhED x ? ? 14 1233 ??????? ?????????? ? mEDhxxx 33 ???? 0????????? ?????????????????? ?????????? ??EEa x 0???????????????????? ??EEb x M P aEEEahE xbxt 00???????????????????? 普通混凝土面層的相對剛度半徑按（ ）計(jì)算為 mEEhrtc 33 ????? 荷載疲勞應(yīng)力計(jì)算 按式（ ），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 M P ahrps ????? ??? 因縱縫為設(shè)拉平縫，接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù) ?rk ?？紤]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) ? ? . 9 ??? nef Nk 。根據(jù)公路等級，由《公路水泥砼路面設(shè)計(jì)規(guī)范》 (JTG D402020)附錄 B，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) ?ck 按式（ ），荷載疲勞應(yīng)力計(jì)算為 M P akkk pscfrpr ?????? ?? 溫度疲勞應(yīng)力 由《公路水泥砼路面設(shè)計(jì)規(guī)范》 (JTG D402020)表 ， Ⅳ 區(qū)最大溫度梯度區(qū) 88℃/m 。 板長 ml 5? ， ??rl 由圖 可查普通混凝土板厚mh ? , ?xB , 按式（ ），最大溫度梯度時(shí)混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力計(jì)算為 MP aBhTE xgcctm 5 ???????? ??? 溫度疲勞應(yīng)力系 數(shù) tk ，按式（ ）計(jì)算為 5 ????????? ?????????????????? ?????????? bfafk crtmtmrt ?? 再由式（ ）計(jì)算溫度疲勞應(yīng)力為 M P ak tmttr 0 0 5 9 ???? ?? 可靠度計(jì)算 由《公路水泥砼路面設(shè)計(jì)規(guī)范》 (JTG D402020)表 ，高速公路的安全等級為一級，相應(yīng)于一級安全等級的變異水平等級為低級，目標(biāo)可靠度為 95%，再根據(jù)查的目標(biāo)可靠度變異水平等級，查《公路水泥砼路面設(shè)計(jì)規(guī)范》 (JTG D402020)表 ，確定可靠度系數(shù) ?r? ， 按式（ ） ? ? ? ? M P afM P a rtrprr ??????? ??? 因而所選的普通混凝土面層厚度 mh ? ，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。 （三） 潮濕狀態(tài) 初擬路面結(jié)構(gòu) 查《公路水泥砼路面設(shè)計(jì)規(guī)范》 (JTG D402020)表 ，初擬普通水泥混泥土路面層厚度為 h=, 基層選用水泥穩(wěn)定碎石（水泥用量為 5％），厚為 h1=。底基層厚度為 h2= 的級配碎石。普通水泥混凝土板的平面尺寸寬為 ,長為 ?？v縫為設(shè)拉桿平縫，橫縫為設(shè)傳力桿假縫。 材料參數(shù)的確定 （ 1） 混泥土的設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度與彈性模量 按《公路水泥砼路面設(shè)計(jì)規(guī)范》 (JTG D402020)表 ，取普通混泥土面層的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 MPafr 5? ,相應(yīng)彎拉彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值為 GPaEc 31? （ 2） 土基的回彈模量 參照《公路水泥砼路面設(shè)計(jì)規(guī)范》 (JTG D402020)附錄 F，路基回彈模量取MPaE 260 ? 。查附錄 ,水泥穩(wěn)定粒 料基層回彈模量取 MPaE 15001 ? ，天然砂礫回彈模量取 MPaE 2502 ? 。 按式（ ） 計(jì)算基層頂面當(dāng)量回彈模量如下： MP ahh EhEhE x 22 222221222121 ?? ??????? ? ? 12211221322311 )11(41212 ?????? hEhEhhhEhED x ? ? 14 1233 ??????? ?????????? ? mEDhxxx 33 ???? 0????????? ?????????????????? ?????????? ??EEa x 0???????????????????? ??EEb x M P aEEEahE xbxt 00???????????????????? 普通混凝土面層的相對剛度半徑按（ ）計(jì)算為 mEEhrtc 33 ????? 荷載疲勞應(yīng)力計(jì)算 按式（ ），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 M P ahrps ????? ??? 因縱縫為設(shè)拉平縫，接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù) ?rk ?？紤]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) ? ? . 9 ??? nef Nk 。根據(jù)公路等級，由《公路水泥砼路面設(shè)計(jì)規(guī)范》 (JTG D402020)附錄 B，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) ?ck 按式（ ），荷載疲勞應(yīng)力計(jì)算為 M P akkk pscfrpr ?????? ?? 溫度疲勞應(yīng)力 由《公路水泥砼路面設(shè)計(jì)規(guī)范》 (JTG D402020)表 ， Ⅳ 區(qū)最大溫度梯度區(qū) 88℃/m 。 板長 ml 5? ， ??rl 由圖 可查普通混凝土板厚mh ? , ?xB , 按式（ ），最大溫度梯度時(shí)混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力計(jì)算為 MP aBhTE xgcctm 5 ???????? ??? 溫度疲勞應(yīng)力系數(shù) tk ，按式（ ）計(jì)算為 5 ????????? ?????????????????? ?????????? bfafk crtmtmrt ?? 再由式（ ）計(jì)算溫度 疲勞應(yīng)力為 M P ak tmttr 9 7 2 8 ???? ?? 可靠度計(jì)算 由《公路水泥砼路面設(shè)計(jì)規(guī)范》 (JTG D402020)表 ，高速公路的安全等級為一級，相應(yīng)于一級安全等級的變異水平等級為低級，目標(biāo)可靠度為 95%，再根據(jù)查的目標(biāo)可靠度變異水平等級，查《公路水泥砼路面設(shè)計(jì)規(guī)范》 (JTG D402020)表 ，確定可靠度系數(shù) ?r? ， 按式（ ） ? ? ? ? M P afM P a rtrprr ??????? ??? 因而所選的普通混凝土面層厚度 mh ? ，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。 三 、 連續(xù)配筋混凝土面層縱向配筋計(jì)算 計(jì)算參數(shù) 混凝土強(qiáng)度等級為 C40，查表 F． 5，得混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 tf =(MPa)，粘結(jié)剛度系數(shù) sk =34(MPa/mm)，連續(xù)配筋混凝土干縮應(yīng)變 sh? =。 選用 HRB335 螺紋鋼筋，直徑 為 ： φ 16mm，查附錄 ，得到彈性模量 Es=200GPa、屈服強(qiáng) 度 syf =335MPa。 橫向裂縫間距計(jì)算 按式 ()，混凝土溫縮應(yīng)力系數(shù)為 02 )3510(1 30 000 )ε+ΔT( α E=λc 5shCC??????tf 初擬配筋率 ρ=O .7％，按式 ()，計(jì)算鋼筋貢獻(xiàn)率為 04 000 = 3C???SE?? 由 =λc 和 =? ，查圖 ，得 =b ，代 入 式 ()中 7 9 9 ( m m ))(1020206 344)1(4k2b=L3Sd ????? ???? ?SS Ed ? 滿足橫向裂縫間距 ～ 的要求。 裂縫寬度計(jì)算 根據(jù)鋼筋貢獻(xiàn)率為 =? 和 =b ，查圖 ，得裂縫寬度系數(shù) =λb ，按式 ()計(jì)算裂縫寬度為 1 m mm)()0 0 0 (L) λε+ΔT( αb 35dbshC ?????????? ? mj 鋼筋應(yīng)力計(jì)算 根據(jù)鋼筋貢獻(xiàn)率為 =? 和 =b ，查圖 ，得鋼筋溫度應(yīng)力系數(shù)=λst ，按式 ()計(jì)算鋼筋應(yīng)力為 MP afMP aE sySS 335329 )(10200T)+ΔT( α653SstC??? ???????????????? 鋼筋間距或根數(shù)計(jì)算 上述計(jì)算均滿足要求，則初擬的縱向鋼筋配筋率是合適的。 鋼筋間距為 )( 22 mmhd s ??? ?? ??? 或每延米縱向鋼筋根數(shù)為 1000／ 120=≈ 9 根。 四、確定結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)參數(shù) 根據(jù) 《公路水泥砼路面設(shè)計(jì)規(guī)范》 (JTG D402020)的建議值取定路面各結(jié)構(gòu)層適宜厚度 ，設(shè)計(jì)水泥混凝土路面方案如下，并按照上面方法進(jìn)行 驗(yàn)算符合要求。 水泥混凝土路面各種設(shè)計(jì)方案列表如下 路基狀態(tài) 結(jié)構(gòu)層 層 厚（ cm） 干 燥 水泥混凝土面層 26 水泥穩(wěn)定碎石基層 22 級配碎石底基層 20 中 濕 水泥混凝土面層 26 水泥穩(wěn)定碎石基層 20 級配碎石底基層 20 潮 濕 水泥混凝土面層 26 水泥穩(wěn)定碎石基層 22 級配碎石墊層 22 五、 板的平面尺寸 水泥混凝土路面設(shè)計(jì)采用矩形水泥混凝土板，縱向和橫向接縫垂直相交，其縱向兩側(cè)的橫縫不得互相錯(cuò)位。 (1)縱縫間距過寬容易產(chǎn)生縱向斷裂 ，因而規(guī)范規(guī)定板寬不超過 ，由于 單側(cè)行車道 路 面 寬 ，故設(shè)計(jì)板寬取為 。 (2)橫縫間距取為 ，使 混凝土板盡可能接近正方形，以改善受力狀態(tài)。 (3)為使混凝土路面使用壽命較長，設(shè)計(jì)水泥混凝土板厚為 20cm。 六、 接縫設(shè)計(jì) 縱縫設(shè)計(jì) 一次鋪筑寬度為 ，設(shè)置縱向施工縫，縱向施工縫采用平縫形式，上部應(yīng)鋸切槽口，深度為 35mm，寬度為 6mm，槽內(nèi)灌塞填縫料。 拉桿縱向施工縫防銹涂料100填料縫 635 縱向施工縫（單位： mm） 縱向縮縫：采用假縫形式，鋸切的 槽口深度應(yīng)大于施工縫的槽口深度。采用粒料基層時(shí)，槽口深度應(yīng)為板厚的 1/3；采用半剛性基層時(shí)，槽口深度應(yīng)為板厚的 2/5。 706填料縫100防銹涂料拉桿 縱向縮縫（單位： mm） 橫向接縫 橫向施工縫其位 置盡可能選在縮縫或脹縫處。 圖55 橫 向施工縫構(gòu)造(單位 :mm)防銹涂料填料縫傳力桿 橫向施工縫構(gòu)造（單位： mm） 橫向縮縫可等間距或變間距布置，采用假縫形式，頂部應(yīng)鋸切槽口，深度為面層厚度的 1/5～ 1/4，寬度為 6mm，槽內(nèi)填塞填縫料。 圖56 橫 向縮縫構(gòu)造(單 位:m m)防銹涂料填料縫傳力桿 橫向縮縫構(gòu)造（單位： mm）