水泥混凝土路面设计
1 交通量计算：
根据我国的《公路自然区划标准》（JTJ013-86），该路段K0+000—K30+000所经地区属于我国公路自然区划V4区，为中原干湿交替区。现拟新建一条一级公路，双向四车道，设计基准期为12年，交通量年平均增长率为4.67%，车道系数0.20，路基土为粘性土。
计算设计日通过的标准轴载作用次数
车 型 小客车 车 轴 前轴 后轴 大客车CA50 小货车BJ130 中货车EQ140 大货车JN163 拖挂车 五十铃 拖拉机 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 轴轮型 1-1 1-2 1-1 1-2 1-1 1-2 1-1 1-2 1-1 1-2 1-1 2-3 1-1 1-2 Pi(KN) 轴载系数 ?i 交通量 ?iNi(Ni(次/日) Pi100)16 13 25.6 28.7 68.2 21.3 61.4 23.7 69.2 58.6 114 60 100 20 8 736.813 1 524.16 1 595.868 1 569.13 1 416.456 1 381.723 8.13×10-9 612.224 1 合 计 1181 1181 161 161 1047 1047 801 801 922 922 275 275 551 551 5.79×10-9 4.02×10 1.79×10-4 0.353 1.12×10-5 0.472 4.52×10-5 2.215 74.244 7502.54 29.64 2.236×10-6 2.211×10 1.551×10-15 7609.419 -6-7
注：1-1表示单轴单轮组，1-2表示单轴双轮组，2-2表示双轴双轮组，2-3表示双轴三轮组
小于40KN的单轴和小于80KN的双轴略去不计；方向分配系数采用0.5，因为是双向4车道，即单向2车道，所以车道分配系数取0.9（0.8-1.0）。故有：设计车道的年平均日货车交通量（ADTT）
Ns=7609.419×0.5×0.9=3424.239
2 交通参数分析
2.1 累计标准轴次计算： 使用年限内的累计标准轴次为
Ne?Ns[(1?gr)?1]?365gr12t??0.2?3424.239[(1?0.0467)0.04676?1]?365?3.903?10(次）
交通等级划分： 2.2
由规范交通分级知，累计作用次数在106-2×107之间，所以交通等级为重交通；水泥混凝土路面设计使用年限12年，车轮轮迹横向分布系数η=0.20。(由《水泥混凝土路面设计规范》中表A.2.2，对一级公路，η为0.17—0.22)。
3 路面结构方案设计
现在按设计要求，由表3.0.1得，相应于安全等级二级的变异水平等级为低-中级。根据一级公路重交通等级和低级变异水平等级，查表4.4.6，面层厚度h取0.22-0.25m之间。根据路基干湿类型，设计多种方案，并进行方案比选如下：
路基为中湿状态时：
方案一：参考《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40—2002) 1、初拟路面结构：
初拟普通混凝土面层，厚度为h?0.25m；
基层选用水泥稳定粒料基层，厚h1?0.24m；垫层选用级配碎砾石，厚
h2?0.2m。普通混凝土板的平面尺寸为宽3.75m，长5m。纵缝为设拉杆平缝，
横缝为设传力杆的假缝。 2、材料参数的确定：
（1）混凝土路面设计弯拉强度与弯拉弹性模量： 本设计为普通混凝土路面为重型交通，查规范得：弯拉强度的标准值
fr?5.0Mpa，相应的弯拉弹性模量标准值为Ec?31Gpa。
（2）土基的回弹模量：
路基属于中湿状态，土质为粘质土，根据规范附录F 材料参考值表F1，可选用路基土基的回弹模量值：E0?45Mpa
（3）基层和半刚性垫层的回弹模量：
基层选用水泥稳定粒料，回弹模量取：E1?1500Mpa(1300-1700)
垫层选用级配碎砾石，回弹模量取：E2?230Mpa(200-250) （4）基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量：
根据土基状态拟定的基层、垫层结构类型和厚度，参照《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40—2002)中，按式（B.1.5）计算基层顶面当量回弹模量如下：
Ex?h1E1?h22222E2h1?h23?1500?0.24?230?0.20.24?0.2(h1?h2)4322222?979.508(Mpa)
Dx?E1h112?E2h21233?(1E1h1?1E2h22)?1
11230?0.2
?1500?0.2412?230?0.212?(0.24?0.2)4?(1500?0.24?)?1
?3.855(MN?m)hx?312DxEx?ExE0)312?3.855979.580?0.362(m)
]?6.22?[1?1.5(979.50845)?0.45a?6.22[1?1.5(?0.45]?3.871
b?1?1.44(ExE0ExE0)?0.55?1?1.44(979.50845)?0.55?0.735
Et?ahxE0(b)13?3.871?0.3620.735?45?(979.50845)13?230.472(Mpa)
普通混凝土面层的相对刚度半径按（B.1.3-2）计算为：
r?0.537h3EcEt?0.573?0.25?331000230.472?0.688(m)
3、荷载疲劳应力计算：
按式（B.1.3），标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为
?ps?0.077r0.60h?2?0.077?0.6880.60?0.25?2?0.984(Mpa)
因纵缝为设拉杆平缝，对于水泥稳定粒料基层，接缝传荷能力的应力折减系数取kr?0.90。考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数
kf?Ne?3.903?10??60.057??2.375。根据公路等级，由表B.1.2，考虑偏载和动
载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数kc?1.25。
按式（B.1.2），荷载疲劳应力计算为
?pr?krkfkc?ps?0.90?2.375?1.25?0.984?2.629(MPa)
4、温度疲劳应力分析：
查表3.0 .8，因为该路段位于我国自然区划V4区，所以在83-88之间取低值87，可选取最大温度梯度Tg=87（℃/m）。
取板长l?5m，l/r?5/0.688?7.267
由图B.2.2可查普通混凝土板厚h?0.25m，Bx?0.62。按式（B.2.2），最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为：
?tm??cEchTg2Bx?1?10?5?31000?0.25?872?0.62?2.09(MPa)，?c混凝土线
膨胀系数。
温度疲劳应力系数kt按式（B.2.3）计算为
kt?fr???tm?a??f???rc1.287???5.0??2.09???b??0.871??0.071?????0.51， ?2.09??5.0????????tm其中a,b,c为回归系数：本项目在云南，为V4区，分别取a=0.871，b=0.071，c=1.287。
再由式（B2.1）计算温度疲劳应力为
?tr?kt?tm?0.51?2.09?1.066(MPa)
由表3.0.1，一级公路的安全等级为二级，相应于二级安全等级的变异水平等级为低级，目标可靠度为90%。再据查得的目标可靠度和变异水平等级，查表3.0.3，，确定可靠度系数?r?1.09?1.16，取为1.12
按式（3.0.3）
?r(?pr??tr)?1.12?(2.629?1.066)?4.14MPa?fr?5.0MPa
综上所述，所选的普通混凝土面层厚度h?0.26m可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。
方案二：参考《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40—2002) 1、初拟路面结构：
初拟普通混凝土面层，厚度为h?0.25m；
考虑到本路线为川、滇、黔高原干湿交替区，交通等级为重交通，因此设置多孔隙的水泥稳定碎石基层(水泥剂量9.5％～11％，孔隙率20%)，厚度
h1?0.12m(0.10-0.14)；从而在基层下设置水泥稳定碎石组成的底基层，厚度
；垫层采用级配碎砾石，厚度h3?0.2m。普h2?0.20m（据规范：一般取0.2m）
通混凝土板的平面尺寸宽3.75m，长5m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。
2、材料参数的确定：
（1）混凝土路面设计弯拉强度与弯拉弹性模量： 本设计为普通混凝土路面为重型交通，查规范得：弯拉强度的标准值
fr?5.0Mpa，相应的弯拉弹性模量标准值为Ec?31Mpa。
（2）土基的回弹模量：
路基属于中湿状态，土质为粘质土，根据规范附录F 材料参考值表F1，可选用路基土基的回弹模量值：E0?30.0MPa
（3）基层和半刚性垫层的回弹模量：
基层选多孔隙开级配水泥稳定碎石，回弹模量取：E1?1400Mpa（1300-1700）
底基层选用水泥稳定碎石，回弹模量取：E2?1400Mpa（1300-1700）