公路路面结构设计计算示例
一、刚性路面设计
交通组成表 车型 小客车 解放CA10B 黄河JN150 交通SH361 太脱拉138 吉尔130 尼桑CK10G 前轴重 19.40 49.00 60.00 51.40 25.75 39.25 后轴重 60.85 101.60 2×110.00 2×80.00 59.50 76.00 后轴数 1 1 2 2 1 1 后轴轮组数 双 双 双 双 双 双 后轴距（m） — — 130.0 132.0 — — 交通量 1800 300 540 120 150 240 180
1）轴载分析
路面设计双轮组单轴载100KN
? 以设计弯沉值为指标及验算面层层底拉力中的累计当量轴次。 ① 轴载换算：
?P?Ns???iNi?i??100? i?1
Nsn16 式中 ：
——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；
i—各类轴型i级轴载的作用次数； n—轴型和轴载级位数；
?0.43???2.22?103Pi?iii —轴—轮型系数，单轴—双轮组时，=1；单轴—单轮时，按式计算；?0.22?0.22??1.07?10?5Pi??2.24?10?8Piii双轴—双轮组时，按式；三轴—双轮组时，按式计算。
N
轴载换算结果如表所示 车型 解放CA10B 黄河JN150 交通SH361 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 Pi 60.85 49.00 101.6 60.00 2?110.00 ?i 1 Ni 300 540 540 120 120 ?iNi(i)16 0.106 2.484 696.134 12.923 118.031 PP2.22?103?49?0.43 1 2.22?103?60?0.43 1.07?10?5?220?0.22 ~ 1 ~
太脱拉138 吉尔130 尼桑CK10G 前轴 后轴 后轴 后轴 51.40 2?80.00 59.50 76.00 2.22?103?51.40?0.43 1.07?10?5?160?0.22 1 1 n150 150 240 1800 1.453 0.969 0.059 2.230 834.389 N???iNi(i?1Pi16) P 根据表设计规范，一级公路的设计基准期为30年，安全等级为二级，轮迹横向分布系数?是0.17~0.22取0.2，gr?0.08，则
注：轴载小于40KN的轴载作用不计。 ② 计算累计当量轴次
Ns(1?gr)t?1?365834.389?(1?0.08)30?1???365?0.2?6900125.362其交通 Ne?gr0.08量在100?10~2000?10中，故属重型交通。
2）初拟路面结构横断面
由表3.0.1，相应于安全等级二级的变异水平为低~中。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 初拟普通混凝土面层厚度为24cm，基层采用水泥碎石，厚20cm；底基层采用石灰土，厚20cm。普通混凝土板的平面尺寸为宽3.75m，长5.0m。横缝为设传力杆的假缝。
3）确定基层顶面当量回弹模量Es,Etc
查表的土基回弹模量E0?35.0MPa，水泥碎石E1?1500MPa，石灰土E2?550MPa 设计弯拉强度：结构层如下：
44????fcm?5.0MPa，
Ec?3.1?104MPa
水泥混凝土24cm水泥碎石20cm石灰土20cm
按式（B.1.5）计算基层顶面当量回弹模量如下：
×
2h12E1?h2E20.202?1500?0.202?550??1025MPa Ex?2222h1?h20.20?0.203E1h13E2h2(h1?h2)211?1??(?) Dx?12124E1h1E2h21500?0.23550?0.23(0.2?0.2)211??(?)?1 ?121241500?0.2550?0.2 ?4.700(MN?m)
12Dx312?4.73)?()?0.380m hx?(Ex102511~ 2 ~
a?6.22??1?1.51(??Ex?0.45?1025?0.45??)?6.22?1?1.51?()?4.165 ???E035???b?1?1.44(
bxEx?0.551125?0.55)?1?1.44?()?0.786E035
1E102530.786?35?()?212.276MPa Et?ahE0(x)3?4.165?0.386E035
式中：Et——基层顶面的当量回弹模量， E0——路床顶面的回弹模量，
Ex——基层和底基层或垫层的当量回弹模量， E1,E2——基层和底基层或垫层的回弹模量， hx——基层和底基层或垫层的当量厚度， Dx——基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度， h1,h2——基层和底基层或垫层的厚度， a?b——与
1MPa；
ExE013有关的回归系数
13 普通混凝土面层的相对刚度半径按式（B.1.3-2）计算为： r?0.537h(EcEt)?0.537?0.24?(31000212.276)?0.679?m?
4）计算荷载疲劳应力?p
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?0.077r0.6h?2?0.077?0.6790.6?0.24?2?1.060MPa
v0.057因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数Kr?0.87。考虑设计基准期内荷应力累计疲劳作用的疲劳应力系数Kf?Ne?6900121.392?2.454
（v—与混合料性质有关的指数，普通混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土，
v?0.053?0.017?flfdf计算。）
根据公路等级，由表B.1.2考虑偏载和动载等因素，对路面疲劳损失影响的综合系数Kc?1.25 按式（B.1.2），荷载疲劳应力计算为
?pr?KrKfKc?ps?0.87?2.454?1.25?1.06?2.829MPa 5）温度疲劳应力
由表3.0.8，Ⅳ区最大温度梯度取92(℃／m)。 板长5m ,lr?50.679?7.364 ,
由图B.2.2可查普通混凝土板厚h?0.24cm,Bx?0.65。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?acEchTg2 温度疲劳应力系数
1?10?5?31000?0.24?92Bx??0.65?2.23MPa
2Kt，按式（B.2.3）计算为
~ 3 ~
Kt?
再由式（B.2.1）计算温度疲劳应力为 ?tr?Kt?tm?0.518?2.23?1.16MPa
?5.0?fr??tmc2.571..323?a()?b?0.841?()?0.058?0.565?????tm?fr5.0??2.57?
查表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rr?1.16
按式（3.0.3）
rr(?pr??tr)?1.16?(2.829?1.16)?4.63MPa?fr?5.0MPa ∴所选普通混凝土面层厚度（0.24cm）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。
二、柔性路面设计
交通组成表 车型 前轴重 后轴重 后轴数 后轴轮组数 后轴距交通量 （m） 1800 小客车 19.40 60.85 1 300 解放CA10B 双 — 49.00 101.60 1 540 黄河JN150 双 — 60.00 2110.00 2 130.0 120 交通SH361 双 51.40 280.00 2 132.0 150 太脱拉138 双 25.75 59.50 1 240 吉尔130 双 — 39.25 76.00 1 180 尼桑CK10G 双 —
1） 轴载分析
路面设计以双轴组单轴载100KN作为标准轴载
?以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次。 a).轴载换算
?P?轴载换算采用如下的计算公式：N?C1C2Ni?i??P? 式中： N —标准轴载当量轴次，次/日
4.33
i—被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日 P—标准轴载，KN
i—被换算车辆的各级轴载，KN K—被换算车辆的类型数
c1—轴载系数，c1?1?1.2(m?1)，m是轴数。当轴间距离大于3m时，按单独的一个轴载计算；当轴间距离小于3m时，应考虑轴数系数。
c2：轮组系数，单轮组为6.4,双轮组为1，四轮组为0.38。
轴载换算结果如表所示 pi ni c1 c2 车型 解放CA10B 黄河JN150 交通SH361 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 60.85 49.00 101.60 60.00 110.00 1 1 1 1 2.2 ~ 4 ~
npc1c2ni(pi4..35) P1 6.4 1 6.4 1 300 540 540 120 120 34.566 155.212 578.604 83.238 399.634 太脱拉138 吉尔130 尼桑CK10G 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 51.40 80.00 25.75 59.50 39.25 76.00 1 2.2 1 1 1 1 4.336.4 1 6.4 1 6.4 1 150 150 240 240 180 180 ?P?N?C1C2Ni?i??P?53.084 125.013 4.200 25.082 19.709 54.552 1532.894 注：轴载小于25KN的轴载作用不计。 b).累计当量轴数计算
根据设计规范，一级公路沥青路面的设计年限为15年，四车道的车道系数?是0.4~0.5取0.45，?=8%，累计当量轴次：
Ne?(1??)?t?1??365?N1??15 ?（1?0.08）?1?365?1532.894?0.45?6836300.582次
0.088??
验算半刚性基层层底拉应力的累计当量轴次 a).轴载换算
pN'??c1c2ni(i)P i?1 验算半刚性基底层底拉应力公式为
''cc11式中：为轴数系数，?1?2(m?1)
k'''c2 为轮组系数，单轮组为1.85，双轮组为1，四轮组为0.09。
车型 解放CA10B 黄河JN150 交通SH361 太脱拉138 吉尔130 尼桑CK10G 计算结果如表所示： pi c1' 后轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 后轴 后轴 60.85 101.60 60.00 2×110.00 51.40 2×80.00 59.50 76.00 1 1 1 3 1 3 1 1 ''c2 ni 300 540 120 120 150 150 240 180 c1c2ni(''pi8) P1 1 1.85 1 1.85 1 1 1 N??c1c2ni(i?1k'
注：轴载小于50KN的轴载作用不计。
pi8)P 5.640 613.117 3.729 771.692 1.360 75.498 3.770 20.035 1494.839 Ne?(1??)?1??365?N??t'1 ??(1?0.08)?15?1?365?1494.839?0.45?6666584次
0.08~ 5 ~
?
2） 结构组合与材料选取