《路面工程》课程设计指导书。
李剑编。土木与建筑工程学院。
二○一三年四月。
路面工程》课程设计指导书。
一、新建公路水泥混凝土路面设计。
设计标准的选取。
各级公路水泥砼路面结构的设计安全等级及相应的设计基准期、目标可靠度和目标可靠度指标，以及路面的材料性能和结构尺寸参数的变异水平等级应符合表1的规定。
表1 可靠度设计标准。
交通量调查与分析。
设计车道使用初期的年平均日货车交通量。
根据给定的该公路使用初年年平均日交通量（双向）和车辆组成数据，剔除2轴4轮以下的客、货车交通量，得到初期年平均日货车交通量（双向），再乘以方向分配系数（一般可取0.5～0.6）和车道分配系数（见表2），即为设计车道的年平均日货车交通量（adtt）。
adtt =（500＋学号×90）λ1λ2
式中：λ1——方向分配系数；
λ2——车道分配系数。
上式adtt计算中，注意尚含有2轴4轮以下的客、货车交通量（本设计即小汽车），建议在轴载换算中予以剔除即可。
表2 2轴6轮及以上车辆及交通量的车道分配系数。
轴载换算。换算为设计轴载，即设计车道使用初期的标准轴载日作用次数ns计算如下：
=\\sum\\limits_^\begin\\frac}}\end^}'altimg': w': 147', h': 68'}]
式中：ns——设计轴载的作用次数；
pi——第i级轴载重(kn)，联轴按每一根轴载单独计；
ps——设计轴载重(kn)；
n ——各种轴型的轴载级位数；
ni—— i级轴载的作用次数。
设计基准期内水泥砼面层临界荷位处所承受的设计轴载累计作用次数ne
=\\frac\\begin\\begin1+g_\\end^1\\end}}×altimg': w': 251', h': 64'}]
式中：ne——设计基准期内设计车道所承受的设计轴载累计次数（轴次/车道）；
ns——设计车道使用初年设计轴载日作用次数；
t ——设计基准期（年）；
gr ——基准期内交通量的年平均增长率（以分数计）；
——临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，见表3。
表3 车辆轮迹横向分布系数。
注：车道、行车道较宽或者交通量较大时，取高值；反之，取低值。
设计轴载计算建议列表4进行计算。
表4 轴载换算及累计轴载。
交通荷载分级。
表5 交通荷载等级。
路基干湿类型划分及土基回弹模量确定。
新建公路路基干湿类型按临界高度法确定，改建公路路基干湿类型按分界稠度法确定。
按路基土组及路基干湿类型将全线划分为若干段，使每段路基土及干湿类型大致相同。
再按平均稠度查表得到推荐的土基回弹模量值作为该路段土基回弹模量设计值（见教材p395的表14-11）。
拟定路面结构组合方案及材料设计参数。
根据交通荷载等级、施工条件以及当地材料**等情况，合理拟定路面结构组合设计方案。各结构层具体要求如下：
面层。水泥混凝土面层初拟厚度可按表6给定的参考范围选定。
表6 水泥混凝土面层厚度的参考范围。
基层和底基层。
基层和底基层的材料可依据交通荷载等级、结构层组合要求和材料**条件，参照表7选用。
表7 各交通荷载等级的基层、底基层材料类型。
承受极重、特重或重交通荷载的路面，基层下应设置底基层；承受中等或轻交通荷载时，可不设底基层。当基层采用无机结合料稳定类材料，且上路床由细粒士组成时，应在基层下设置粒料类底基层。
硬路肩采用混凝土面层时基层的结构与厚度应与行车道相同。基层的宽度应比混凝土面层每侧宽出300mm(小型机具施工时)或650mm(滑模式摊铺机施工时) 。
各类基层、底基层的适宜厚度见表8。
表8 各类基层、底基层的适宜施工厚度。
垫层。遇有以下情况时，应在基层或底基层下设置垫层：
季节性冰冻地区，路面结构厚度小于最小防冻厚度要求时，应设置防冻垫层，使路面结构厚度符合要求。
水文地质条件不良的土质路堑，路床土湿度较大时，宜设置排水垫层。
垫层应与路基同宽，厚度不得小于150mm。防冻垫层和排水垫层宜采用碎石、砂砾等颗粒材料。
路基。路床顶面的综合回弹模量值，轻交通荷载等级时不得低于40mpa，中等或重交通荷载等级时不得低于60mpa，特重或极重交通荷载等级时不得低于80mpa。
水泥混凝土路面板块划分及接缝设计。
纵向接缝的间距(即板宽)宜在3.0～4.5m范围内选用。
横向接缝的间距(即板长)应按面层类型和厚度选定：
普通水泥混凝土面层宜为4～6m ，面层板的长宽比不宜超过1.35 ，平面面积不宜大于25m2。
碾压混凝土或钢纤维混凝土面层宜为6～10m。
钢筋混凝土面层宜为6～15m ，面层板的长宽比不宜超过2.5，平面面积不宜大于45m2。
横向缩缝、胀缝、施工缝，以及纵向施工缝、缩缝的具体设计和要求详见现行《水泥混凝土路面设计规范》。
水泥混凝土路面板厚验算。
力学计算模型。
弹性地基单层板模型一一适用于粒料基层上混凝土面层，旧沥青路面加铺混凝土面层，面层板底面以下部分按弹性地基处理。
弹性地基双层板模型一一适用于无机结合料类基层或沥青类基层上混凝土面层，旧混凝士路面上加铺分离式混凝士面层；面层和基层或者新旧面层作为双层板，基层底面以下或者旧面层底面以下部分按弹性地基处理。
复合板模型一一适用于两层不同性能材料组成的面层或基层复合板。旧混凝土路面上加铺结合式混凝土面层，两层不同性能材料组成的层间教结的面层，作为弹性地基上的单层板或者弹性地基上双层板的上层板；无机结合料类基层或沥青类基层与无机结合料类底基层组成的基层，作为弹性地基上双层板的下层板。
板厚验算标准。
混凝土面层板应力验算。
水泥混凝士路面结构设计应以面层板在设计基准期内，在行车荷载和温度梯度综合作用下，不产生疲劳断裂作为设计标准；并以最重轴载和最大温度梯度综合作用下，不产生极限断裂作为验算标准。其极限状态设计表达式采用：
式中：γr——可靠度系数，据所选目标可靠度及变异水平等级按表9确定；
σpr——行车荷载疲劳应力，mpa；
σtr——温度梯度疲劳应力，m pa；
p，max——最重的轴载在临界荷位处产生的最大荷载应力(mpa) ，计算方法见规范附录b；
t，max——所在地区最大温度梯度在临界荷位处产生的最大温度翘曲应力(mpa)，计算方法见规范附录b；
fr ——水泥混凝土弯拉强度标准值(mpa)，按表10确定。
贫混凝土或碾压混凝土基层或者双层板的下面层板应力验算。
贫混凝土或碾压混凝土基层应以设计基准期内行车荷载不产生疲劳断裂作为设计标准。其极限状态设计表达式为：
σ_≤f_',altimg': w': 94', h': 27'}]
式中：σbpr——基层内产生的行车荷载疲劳应力(mpa)，计算方法见规范附录b；
fbr——基层材料的弯拉强度标准值(mpa)。
计算厚度加6mm 磨损厚度后，应按l0mm 向上取整，作为混凝土面层的设计厚度。
表9 可靠度系数。
注：变异系数接近教材p479表16-21下限时，可靠度系数取低值；接近上限时，取高值。
表10 水泥混凝土弯拉强度标准值。
若不能满足上式要求，则需调整砼板厚（按1cm整倍数改变），或改变基层、垫层的结构材料、厚度及设计参数，或改变板的平面尺寸，重新计算，直至满足要求为止。
板厚计算流程（见图1）
路面结构防冻厚度验算。
在季节性冰冻地区，路面结构层的总厚度不应小于表11规定的最小防冻厚度。
绘制路面结构设计图（见附录样图）
表11 水泥混凝土路面结构最小防冻厚度(m)
注：1.易冻胀土——细粒土质砾(gm 、gc)、除极细粉土质砂外的细粒土质砂(sm、sc)、塑性。
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