某鄉(xiāng)村公路工程的路面結(jié)構(gòu)層計(jì)算案例綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u19870某鄉(xiāng)村公路工程的路面結(jié)構(gòu)層計(jì)算案例綜述 1294021.1瀝青路面設(shè)計(jì) 1275041.2確定公路TTC分類 147991.3按水平三確定各類車輛設(shè)計(jì)軸載換算系數(shù) 2194021.4計(jì)算各類車輛的當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載換算系數(shù) 3115701.5當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載累計(jì)作用次數(shù) 4222891.6計(jì)算設(shè)計(jì)年限內(nèi)設(shè)計(jì)車道累計(jì)交通量 6215421.7擬定路面結(jié)構(gòu) 7322542水泥混凝土路面設(shè)計(jì) 9106522.1交通量軸載換算 9179182.1可靠度系數(shù)確定 117902.2路基參數(shù)的確定 1213472.3結(jié)構(gòu)組合初擬與設(shè)計(jì)參數(shù)確定 12168462.4平面尺寸、接縫及路肩形式的選擇 12134812.5計(jì)算地基綜合回彈模量 12198552.6荷載應(yīng)力計(jì)算 12116932.7確定三個(gè)修整系數(shù) 13203132.8溫度應(yīng)力的計(jì)算 1474092.9設(shè)計(jì)極限狀態(tài)驗(yàn)證 15292502.10設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化 15302583路面方案比選 151.1瀝青路面設(shè)計(jì)A縣M村至N灣村公路屬于四級(jí)公路，設(shè)計(jì)時(shí)速20Km/h，6.5m雙車道，設(shè)計(jì)使用年限15年，年平均交通量1956輛/日，方向系數(shù)取0.55，車道系數(shù)取1。路線所經(jīng)地區(qū)屬公路自然區(qū)劃Ⅲ3區(qū)—黃土高原干濕過渡區(qū)。年平均氣溫17.9℃，最低1月份平均4.8℃，最熱7月份平均24.8℃。全年總降雨量為800.6毫米。瀝青混合料層層底拉應(yīng)變、無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定層層底拉應(yīng)力對(duì)應(yīng)的溫度調(diào)整系數(shù)1.12，路基頂面豎向壓應(yīng)變對(duì)應(yīng)的溫度調(diào)整系數(shù)0.98，基準(zhǔn)等效溫度17℃。A縣屬于輕凍區(qū)取凍脹指數(shù)為600℃·日，蠕變勁度取200Mpa。1.2確定公路TTC分類整體式貨車比例：49/128×100%=38.3%半掛式貨車比例：30/61×100%=49.2%根據(jù)計(jì)算結(jié)果，查表6-1確定該設(shè)計(jì)公路TTC分類為TTC2類，由此可得車輛類型分布系數(shù)如表6-2所示。表6-1公路TTC分類標(biāo)準(zhǔn)（%）TTC分類整體式貨車比例半掛式貨車比例TTC1<40>50TTC2<40<50TTC340～70>20TTC440～70<20TTC5>70﹣表6-2TTC2車輛類型分布系數(shù)車輛類型2類3類4類5類6類7類8類9類10類11類TTC222.023.32.70.08.37.517.18.510.60.01.3按水平三確定各類車輛設(shè)計(jì)軸載換算系數(shù)根據(jù)路網(wǎng)相鄰公路的車輛滿載情況及歷史數(shù)據(jù)的調(diào)查分析，得到各類車型非滿載與滿載比例，如下表所示。表6-32類～11類車輛非滿載車與滿載車所占比例(%)車輛類型2類3類4類5類6類7類8類9類10類11類非滿載車比例85.090.065.075.055.070.045.060.055.065.0滿載車比例15.010.035.025.045.030.055.040.045.035.0不同設(shè)計(jì)指標(biāo)下，各車型對(duì)應(yīng)的非滿載車和滿載車當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載換算系數(shù)，如表6-4所示。表6-42類～11類車輛當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載換算系數(shù)設(shè)計(jì)指標(biāo)瀝青混合料層層底拉應(yīng)變、瀝青混合料層永久變形量無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定層層底拉應(yīng)力路基頂面豎向壓應(yīng)變車輛類型非滿載車滿載車非滿載車滿載車非滿載車滿載車2類0.82.80.535.50.62.93類0.44.11.3314.20.45.64類0.74.20.3137.60.98.85類0.66.30.672.90.712.46類1.37.910.21505.71.617.17類1.46.07.8553.01.911.78類1.46.716.4713.51.812.59類1.55.10.7204.32.812.510類2.47.037.8426.83.713.311類1.512.12.5985.41.620.81.4計(jì)算各類車輛的當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載換算系數(shù)（1）瀝青混合料層層底拉應(yīng)變、瀝青混合料層永久變形量同理可得：（2）無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定層層底拉應(yīng)力同理可得：（3）路基頂面豎向壓應(yīng)變同理可得：1.5當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載累計(jì)作用次數(shù)2軸6輪及以上車輛的雙向年平均日交通量方向系數(shù)車道系數(shù)m類車輛類型分布系數(shù)=0.220，0.233，0.027，0.0，0.083，0.075，0.171，0.085，0.106，0.000=211×0.55×1.0×(0.220×1.1+0.233×0.77+0.027×1.925+0.0×2.025+0.083×4.27+0.075×2.08+0.171×4.315+0.085×2.94+0.106×4.47+0.000×5.21)=283.786=211×0.55×1.0×（0.220×5.75+0.233×32.59+0.027×48.355+0.0×18.675+0.083×683.175+0.075×171.36+0.171×399.805+0.085×82.14+0.106×212.85+0.000×316.515）=20613.989=211×0.55×1.0×(0.220×0.945+0.233×0.92+0.027×3.665+0.0×3.625+0.083×8.575+0.075×4.84+0.171×7.685+0.085×6.68+0.106×8.39+0.000×8.32)=503.478=1545×0.55×1.00×(22.0×0.92+23.3×0.955+2.7×1.75+0.0×1.68+8.3×3.81+7.5×2.78+17.1×3.91+8.5×2.94+10.6×7.17+0.0×4.53)（1）瀝青混合料層層底拉應(yīng)變、瀝青混合料層永久變形量前五年（交通量年平均增長率為5%）：得后十年（交通量年平均增長率為3%）：得所以設(shè)計(jì)使用年限15年內(nèi)設(shè)計(jì)車道上的當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載總作用次數(shù)=次（2）無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定層層底拉應(yīng)力前五年（交通量年平均增長率為5%）：得后十年（交通量年平均增長率為3%）：得所以設(shè)計(jì)使用年限15年內(nèi)設(shè)計(jì)車道上的當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載總作用次數(shù)=次（3）路基頂面豎向壓應(yīng)變前五年（交通量年平均增長率為5%）：得后十年（交通量年平均增長率為3%）：得所以設(shè)計(jì)使用年限15年內(nèi)設(shè)計(jì)車道上的當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載總作用次數(shù)=次1.6計(jì)算設(shè)計(jì)年限內(nèi)設(shè)計(jì)車道累計(jì)交通量前五年（交通量年平均增長率為5%）：得后十年（交通量年平均增長率為3%）：得所以設(shè)計(jì)使用年限15年內(nèi)設(shè)計(jì)車道累計(jì)大型客車和貨車交通量為842038輛。查表6-5可知該道路的設(shè)計(jì)交通荷載等級(jí)為輕交通。表6-5瀝青路面交通荷載分級(jí)設(shè)計(jì)交通荷載等級(jí)極重特重重中等輕設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)設(shè)計(jì)車道累計(jì)大型客車和貨車的交通量（×106，輛）≥50.050.0～19.019.0～8.08.0～4.0﹤4.01.7擬定路面結(jié)構(gòu)方案一：路面層：面層選用細(xì)粒式瀝青混合料AC-13（90號(hào)瀝青），厚5cm；無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類基層（無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類底基層）：基層選用水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石，20cm，底基層選用石灰粉煤灰穩(wěn)定土，15cm。表6-6路面結(jié)構(gòu)層材料名稱模量泊松比厚度飽和度彎拉強(qiáng)度AC-13110000.255cm65水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石180000.2520cm1.5石灰粉煤灰穩(wěn)定土70000.2516cm1.0層位界面連續(xù)狀態(tài)模量泊桑比厚度界面接觸系數(shù)

1完全連續(xù)0.1100E+050.2500E+000.5000E+010.0000E+00

2完全連續(xù)0.9000E+040.2500E+000.2000E+020.0000E+00

3路基參數(shù)0.2500E+020.4000E+00

荷載號(hào)單位壓力荷載半徑位置x位置y

10.707010.65000.00000.0000

20.707010.650031.95000.0000

第1層NF1：

112585419974.998

第2層NF2：

575109150.869349

0.000000000000000E+000

第3層為壓應(yīng)力，所以不需要驗(yàn)算

永久變形為：0.2693

低溫開裂指數(shù)

-0.9925

路基頂面驗(yàn)收彎沉路表頂面彎沉

746.592036.9708

設(shè)計(jì)厚度

41.0（1）瀝青混合料層疲勞開裂壽命：第

1層NF1：2059010<

112585419974.998

由瀝青混凝土設(shè)計(jì)程序結(jié)果，可得瀝青混合料層疲勞開裂壽命滿足要求；（2）無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定層疲勞開裂壽命

第

2層NF2：149564640<575109150.869349，第

3層為壓應(yīng)力，所以不需要驗(yàn)算由瀝青混凝土設(shè)計(jì)程序結(jié)果，可得無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定層疲勞開裂壽命滿足要求；（3）瀝青混合料永久變形量：由瀝青混凝土設(shè)計(jì)程序結(jié)果得，瀝青混合料永久變形量為：0.2693，《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD50-2017》，表3.0.6-1，四級(jí)路瀝青混合料層容許永久變形量為20mm，故滿足要求；（4）路基頂面豎向壓應(yīng)變由瀝青混凝土設(shè)計(jì)程序結(jié)果得，

路基頂面驗(yàn)收彎沉為

746.5920

，路表頂面彎沉為23.6276

（5）低溫開裂指數(shù)6-6低溫開裂指數(shù)表公路等級(jí)高速、一級(jí)公路二級(jí)三級(jí)、四級(jí)公路低溫開裂指數(shù)CI,不大于357由瀝青混凝土設(shè)計(jì)程序結(jié)果得，低溫開裂指數(shù)為-6.1701，由《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD50-2017》，表3.0.6-2，四級(jí)路低溫開裂指數(shù)要求CI為7，故滿足要求；防凍厚度驗(yàn)算根據(jù)公路多年凍害，按《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD50-2017》表B.6.2的規(guī)定驗(yàn)算防凍層厚度，當(dāng)路面結(jié)構(gòu)厚度小于表B.6.2規(guī)定的最小防凍厚度時(shí)，應(yīng)設(shè)置防凍層，使其滿足最小防凍厚度的要求。查表B.6.2得:最小防凍厚度為400mm～500mm路面結(jié)構(gòu)厚度：410mm。可知最小防凍厚度滿足要求。方案一驗(yàn)算完畢。2水泥混凝土路面設(shè)計(jì)2.1交通量軸載換算查規(guī)范可知，四級(jí)公路設(shè)計(jì)基準(zhǔn)年限不小于10年，本設(shè)計(jì)基準(zhǔn)年限取15年，水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以100KN單軸-雙軸輪組荷載作為標(biāo)準(zhǔn)軸載。表5-1各類車型軸重車輛類型代表車型前軸重后軸重后軸數(shù)后軸組數(shù)后軸距數(shù)量小客車三湘CK65601325.6120508中客車江淮1726.5120128大客車解放22.1056.612049小型貨車東風(fēng)23.769.2120101中型貨車交通25.5555.012061大型貨車江淮46.397.212030查《公路混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD40-2011》表A.1.3得車道系數(shù)為1?！豆坊炷谅访嬖O(shè)計(jì)規(guī)范JTGD40-2011》得輪跡橫向分布系數(shù)0.54-0.62，根據(jù)行車道寬度和交通量大小情況取0.55。本設(shè)計(jì)采用以車輛類型為基礎(chǔ)的換算方法。表5-2水泥混凝土路面輪跡橫向分布系數(shù) 公路等級(jí) 縱縫邊緣處高速公路、一級(jí)公路、收費(fèi)站0.17～0.22二級(jí)及二級(jí)以下公路（行車道寬>7m）0.34～0.39二級(jí)及二級(jí)以下公路（行車道寬≤7m）0.54～0.62由《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范(JTGD20—2017)》規(guī)定四級(jí)公路以小客車為折算標(biāo)準(zhǔn)。計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量軸次：N=C1C2N：標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量軸次（次/天）niP：標(biāo)準(zhǔn)軸載pi其中C1計(jì)算結(jié)果如下表所示：（單位為次/日）表5-3標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量軸載計(jì)算表車型軸名軸載計(jì)算軸載（piCCnN三湘CK6560前軸1313115080.071042346后軸25.625.6115081.3542771827江淮AL6600前軸17.017.0111280.0574993291后軸26.526.5111280.3965788246解放A340前軸4922.111490.0689132085后軸91.556.611494.1204775825東風(fēng)EQ140前軸13.5523.7111010.1925203661后軸27.269.21110120.3602396085交通SH141前軸18.925.5511610.1612427771后軸41.855.111614.5639333132江淮HF352前軸46.946.311301.0529277353后軸99.997.2113026.5136492782Ns58.9133設(shè)計(jì)年限采用15年，則設(shè)計(jì)年限累計(jì)當(dāng)量軸次為：N=365×58.9133×=229656（次）參考規(guī)范，設(shè)計(jì)的水泥混凝土路面交通荷載屬于“中等”交通荷載等級(jí)。查《公路混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD40-2011》得，本設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)屬于中等交通等級(jí),變異水平選中等變異。2.1可靠度系數(shù)確定查規(guī)范可得，四級(jí)公路安全等級(jí)為“三級(jí)”目標(biāo)可靠度為70%，結(jié)合調(diào)研的變異水平等級(jí)為中等變異，查規(guī)范確定可靠度系數(shù)范圍為1.04-1.07，按中等水平取中值r=1.04。2.2路基參數(shù)的確定根據(jù)低液限黏土土質(zhì)查表可得回彈模量的范圍為50-100MPa。根據(jù)設(shè)計(jì)資料，回彈模量取值為60MPa。2.3結(jié)構(gòu)組合初擬與設(shè)計(jì)參數(shù)確定初擬定結(jié)構(gòu)層組合：普通水泥混凝土面板（hc）+級(jí)配碎石基層（20cm）+路基（綜合回彈模量為60MPa）。其中hc根據(jù)預(yù)估混凝土板厚，四級(jí)公路、“中”變異水平的厚度為200-230mm，本路段變異水平為中，初擬定為20cm。彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值查規(guī)范，取值為4.5MPa，彎拉模量為29GPa，泊松比取值為0.15，采用砂巖石料粗集料，其膨脹系數(shù)為查表得級(jí)配碎石回彈模量為300MPa。2.4平面尺寸、接縫及路肩形式的選擇平面尺寸：長4m，寬度3m。接縫：接縫為不設(shè)傳力桿的假縫，縱縫為帶拉桿的平頭接縫。路肩：與路面板間設(shè)拉桿連接，面層采用水泥混凝土。2.5計(jì)算地基綜合回彈模量選著模型：單層級(jí)配碎石基層屬于粒料類材料，因此選著彈性地基上的單層板模型。除路基外只有單層基層，即：地基綜合回彈模量為：2.6荷載應(yīng)力計(jì)算設(shè)計(jì)軸載（100KN）在四邊自由版的臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力板的彎曲剛度：面板的相對(duì)剛度半徑：荷載應(yīng)力:2.7確定三個(gè)修整系數(shù)應(yīng)力折減系數(shù)是由路肩情況決定的。采用混凝土路肩取值為0.87（路肩面層厚度與路面一樣）。考慮理論與實(shí)際差異及動(dòng)載等因數(shù)影響的綜合系數(shù)，按照四級(jí)公路查規(guī)范為1.0。荷載疲應(yīng)力系數(shù)，與累計(jì)軸次有關(guān)，由下公式確定：計(jì)算荷載疲勞應(yīng)力單程面板在最重荷載作用下的荷載應(yīng)力計(jì)算極限荷載在四邊自由板的臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力：最重的軸載應(yīng)力計(jì)算公式與相同，但要用最重的軸載代替式中的標(biāo)準(zhǔn)軸載。最重的軸載在臨界荷位產(chǎn)生的最大荷載應(yīng)力2.8溫度應(yīng)力的計(jì)算1面層最大溫度應(yīng)力面層的溫度翹曲應(yīng)力系數(shù):計(jì)算綜合溫度翹曲應(yīng)力荷=和內(nèi)應(yīng)力的溫度應(yīng)力系數(shù):Ⅲ區(qū)最大溫度梯度范圍值為90-95，取92最大溫度應(yīng)力為：2面層板溫度疲勞應(yīng)力（1）確定溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)Ⅲ區(qū)，查規(guī)范可得分別為0.855、1.355和0.041,計(jì)算溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)