《路基路面工程》课程设计
2.1.2 轴载换算
由《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40—2002)得标准轴载的有关计算参数见表2.2：
表2.2 标准轴载计算参数
标 准 轴 载 轴载P（KN） 轮胎接地压强p（MPa） 单轮传压面当量直径d（cm） 两轮中心距（cm） BZZ—100 100 0.70 21.30 1.5d 水泥混凝土路面结构设计以100KN的单轴-双轮组荷载作为标准轴载。不同轴轮型和轴载的作用次数，换算为标准轴载的作用次数。
由《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40—2002) 有
?P?Ns???iNi?i? (2-1)
?100?i?1n16?i?2.22?103Pi?0.43 (2-2)
?5?0.2710Pi或 ?i?1.0? (2-3)
?8?0.22410Pi或 ?i?2.2? (2-4)
式中：
Ns—100KN的单轴-双轮组标准轴载的作用次数；
Pi—单轴-单轮、单轴-双轮组、双轴-双轮组或三轴-双轮组轴型i级轴载的总重（KN）；
n—轴型和轴载级位数；
Ni—各类轴型i级轴载的作用次数；
?i—轴-轮型系数，单轴-双轮组时，?i=1；单轴-单轮时，按（2-2）计算；双轴-双轮组时，按（2-3）计算；三轴-双轮组时，按（2-4）计算。
对于标准轴载作用次数的统计，去掉影响较小的轴载小于40KN的交通量。并由式2.1~2.3计算结果列表如下：
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《路基路面工程》课程设计 表2.3 轴载换算计算表
轴载Pi（KN） 每日通过次数（次/d） 68.6 70.4 49.0 101.6 59.5 115.0 51.4 80.6 2×72.65 2×80 2×110 4768 294 1680 1680 1800 1800 480 1600 563 480 1600 1 1 1 1 1 1 1 1 3.58×10-6 3.50×10-6 3.26×10-6 ?i ?P??? ?100?0.0024 0.0036 0 1.2891 0.0002 9.3576 0 0.0317 394.6843 1844.6744 301136.1496 16BZZ-100轴次 （次/d） 11 1 0 2166 0 16844 0 51 1 3 1571 ∑=20648 则可知本路建成初期每昼夜双向混合交通量换算成标准轴载的作用次数为20648次/d。
2.1.3 交通分析
由《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40—2002)可得高速公路的设计基准期为30年，具体数值见表2.4：
表2.4 可靠度设计指标
公路技术等级 安全等级 设计基准期（a） 目标可靠度（％） 目标可靠指标 变异水平等级 高速公路 一级 30 95 1.64 低 一级公路 二级 30 90 1.28 低～中 二级公路 三级 20 85 1.04 中 三、四级公路 四级 20 80 0.84 中～高
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则设计基准期内路面所承受的标准轴载累计作用次数为Ni，则有：
Ni?365n1?t1????1? (2-5) ????其中，t =30，n1=20648，γ=9.25% 。 则有
Ni?365?2064830 9?1?0.092?5?1?1194883。310.0925??由于路面设计依据的交通量是设计车道上的交通量，所以，应对道路交通量乘以方向不均匀系数及车道不均匀系数。
方向不均匀系数取0.5，车道不均匀系数取1.0。
则有设计基准期内设计车道所承受的标准轴载累计作用次数Ns为： Ns=Ni×0.5×1.0=1194883319×0.5×1.0=597441660 。
车道横断面上各点所受的轴载作用次数，仅为通过该车道断面的轴载作用次数的一部分。水泥混凝土路面的临界疲劳荷位为纵缝边缘中部，该处的轮迹横向分布系数，按实际测定结果参照表2.5所示。
表2.5 车辆轮迹横向分布系数 公路等级 高速、一级公路、收费站 行车道宽大于7m 二级及二级以下公路 行车道宽小于或等于7m 0.54~0.62 纵缝边缘处 0.17~0.22 0.34~0.39 本公路为高速公路双向六车道，取η=0.2 。
则，设计基准期内面层临界荷位出得标准轴载累积作用次数Ne。 Ne=Ns·η=597441660×0.2=119488332。 (2-6) 水泥混凝土路面所承受的交通轴载作用，按设计基准期内设计车道所承受的标准轴载累计作用次数分为4级，分级范围如表2.6所示。
表2.6 交通分级
交通等级 设计车道标准轴载累计作用次数Ne（10） 4特重 ＞2000 重 100～2000 中等 3～100 轻 ＜3
由表2.6可知，本道路交通属于特重交通。
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2.2 路面结构组合设计
组成水泥混凝土路面的结构层包括：垫层、基层和面层等，各结构层的功能和作用各不相同。
2.2.1 垫层设计
本公路路基土质较差、水温状况不良，需要在路基和基层之间设置垫层，以改善路基的湿度和温度状况，保证面层和基层的强度、刚度及温度性。
由于修筑垫层的材料，强度要求不一定要求很高，但水稳性和隔温性能要好，本设计考虑到公路所在地区降雨量较大，地下水位较高，主要采用排水垫层。排水垫层所采用的材料是砂砾，砂砾垫层应采用洁净的中、粗砂及砾石，含泥量不大于5%，并将其中的植物、杂质清除干净，也可以采用天然级配的砂砾料，其最大粒径不大于50mm。应注意防止粗细粒料分离现象。
由《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40—2002)，垫层的宽度应与路基同宽，其最小厚度为150mm。本设计取垫层厚度为180mm。
2.2.2 基层设计
在面层下设置基层的主要目的是防止唧泥、错台和由此引起的面板断裂等损坏的出现。要求刚度与面层匹配，细粒土含量少、耐冲刷能力强和有排水设施。由于本公路为高速公路，对基层的上述要求较高。
（1） 类型
由于本公路交通属于特重交通。由《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40—2002)可得适宜的基层类型如表2.7所示。
表2.7 适宜各类交通等级的基层类型
交通等级 特重交通 重交通 中等或轻交通 基层类型 贫混凝土、碾压混凝土或沥青混凝土基层 水泥稳定粒料或沥青稳定碎石基层 水泥稳定粒料、石灰粉煤灰稳定粒料或级配粒料基层
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由表2.7 本设计路面基层采用水泥稳定砂。同时考虑到特重交通的需求，同时加设选用水泥稳定粒料(水泥用量5％)的底基层。
（2） 宽度
由《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40—2002)知。基层的宽度应比混凝土面层每侧至少宽出300mm（采用小型机具施工时）或500mm（轨模式摊铺机施工时）或650mm（滑模式摊铺机施工时）。路肩采用混凝土面层，其厚度与行车道面层相同时，基层宽度宜与路基同宽。级配粒料基层的宽度也宜与路基同宽。本设计采用与路基同宽度的基层。
（3） 厚度
由《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40—2002)。可知各类基层厚度的适宜范围，如表2.8所示。
表2.8 各类基层厚度的适宜范围 基层类型 贫混凝土或碾压混凝土基层 水泥或石灰粉煤灰稳定粒料基层 沥青混凝土基层 沥青稳定碎石基层 级配粒料基层 多孔隙水泥稳定碎石排水基层 沥青稳定碎石排水基层 厚度适宜的范围（mm） 120～200 150～250 40～60 80～100 150～200 100～140 80～100 由于本设计采用水泥稳定砂基层，且考虑到交通容量特别大，并结合贫混凝土的材料性能，决定采用160mm的水泥稳定沙粒基层。水泥稳定沙粒底基层的厚度综合考虑采用180mm
2.2.3 面层设计
水泥混凝土面层应具有足够的强度、耐久性，表面抗滑、耐磨、平整。 面层采用设接缝的普通混凝土。具体设计参数见下节，水泥混凝土路面设计。
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