《路面施工技術(shù)》案例2水泥穩(wěn)定粒料基層上混凝土面板厚度計算

1、案例2水泥穩(wěn)定粒料基層上混凝土面板厚度計算1 設(shè)計資料湖北咸寧新建一條二級公路，路線總長為10 km,設(shè)計車速為60 km/h，路基填料為低 液限黏土，路床頂而距地下水位1.41-no沿線有水泥及碎石供應(yīng)。擬采用普通水泥混凝土路 面,考慮排水與施工方便，將硬路肩鋪裝成與行車道相同的路面結(jié)構(gòu)層,采用小型機(jī)具施工。 經(jīng)交通調(diào)查分析得知，設(shè)計軸載為100 kn,最重軸載為150 kn,設(shè)計車道使用初期標(biāo)準(zhǔn)軸 載日作用次數(shù)m=1 324次，交通量年增長率&=5%。2 設(shè)計步驟1）水泥混凝土面板平面尺寸的確定（1）路基的寬度。根據(jù)公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（jtg b012003）中的3.0.2、3.0.

2、5、3.0.11 條規(guī)定，擬定路基寬度為10 m,行車道2x3.5 m+硬路肩2x0.75 m+土路肩2x0.75 m。（2）水泥混凝土面板的尺寸。 水泥混凝土面板的寬度。公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范5.1.2條規(guī)定：縱向接縫的 間距（即板寬）宜在3.04.5 m范圍內(nèi)選用。本項目硬路肩與行車道的路面結(jié)構(gòu)相同，水泥混凝土路面的總寬度為行車道+硬路肩， 即8.5 m寬。在路中心線上設(shè)置縱向施工縫，縱縫為設(shè)拉桿平縫，面板的寬度為4.25 水泥混凝土面板的長度。橫向接縫的間距（即板長）大小影響板內(nèi)溫度應(yīng)力、接縫縫 隙寬度和接縫傳荷能力，板塊宜盡可能接近正方形，以改善其受力狀況。公路水泥混凝土 路血設(shè)計

3、規(guī)范5.1.3條規(guī)定：普通水泥混凝土面層的橫向接縫問距宜為46 m,血層板的 長寬比不宜超過1.35,平面面積不宜大于25 m2o面板的寬度為4.25 m,取面板的長度為5 m,能滿足公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范 5.1.3條的規(guī)定。2）交通荷載分析（1）設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計車道標(biāo)準(zhǔn)荷載累計作用次數(shù)ne的計算。查表116可得，二級 公路的設(shè)計基準(zhǔn)期戶20年，安全等級為二級；查表117得出臨界荷位處的車輛輪跡橫向分 布系數(shù)，取百0.62。按式（112）計算得到設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計車道標(biāo)準(zhǔn)荷載累計作用次數(shù)“ _ 365他（1 + g j -1 _ 1324x（l + 5%）20 - 1x365x0.62&#

4、39;v “ g5%=9 907 261 （次）（2）確定交通等級。查表得出，交通等級為重交通。3）水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計（1）路基。查表119可得，低液限黏土回彈模量為80 mpa；查表120可得，濕度調(diào) 整系數(shù)為0.7。路床頂綜合冋彈模量£o=8oxo.7=56 mpa,取eo=6o mpa,滿足公路水泥混 凝土路面設(shè)計規(guī)范“中等或重交通荷載等級時不得低于60 mpa”的規(guī)定。（2）墊層。本線不用設(shè)墊層。（3）基層。 交通荷載等級為重交通，查表121可知，基層選用水泥穩(wěn)定碎石。 查表1-23,擬定水泥穩(wěn)定碎石基層的厚度為180 mm，, 本項目釆用小型機(jī)具施工，基層每側(cè)比面層

5、寬300 mirio 查表124可得，水泥穩(wěn)定碎石基層的回彈模量eb=2 000 mpa,泊松比取0.20。（4）底基層。 根據(jù)公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范4.4.3條的規(guī)定，本線設(shè)級配碎石底基層。 查表123可得，級配碎石底基層厚200 mm,鋪至路基同寬。 查表124可得，級配碎石底基層的回彈模量£）=250 mpa,泊松比取0.35。（5）普通水泥混凝土面層。 初擬普通水泥混凝土面層的厚度。本線為重交通、二級公路，查表126可知，初擬 普通水泥混凝土而層的厚度為220 mmo 查表1-27,取水泥混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值/；=5.0 mpao 查表1-28,取普通水泥混凝土面板的回彈

6、模mec=31 000 mpa,泊松比取0.15。4）水泥混凝土面層板厚度的計算（1）按式（1j3）式（116）計算板底地基綜合回彈模量，見案例表12。案例表12板底地基綜合回彈模量伍級配碎石底基層回彈?；羌壟渌槭谆鶎雍穸萢,/m路基冋彈模竝£（/mpa2500.260比250見式(1-14)0.2見式（116）a0.442見式（ij5）et112.7見式(1-13)（2）混凝上面層板的彎曲剛度2、半剛性基層板彎曲剛度 鳳、路面結(jié)構(gòu)總相對剛度 半徑的確定，見案例表13。案例表13彎曲剛度2、d、相對剛度半徑g的確定混凝土面板計算厚度hjm混凝土彈性模雖ec/mpa水泥混凝土泊松比k

7、-0.2231 00005混凝上面板彎曲剛度228.14見式1-17)082 0000.2半剛性基層板彎曲剛度d,1.013見式(1-18)路面結(jié)構(gòu)總相對剛度半徑儀0.771見式（119）注：若案例表16不滿足結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)校核要求，則增加混凝上血板計算厚度九。（3）荷載應(yīng)力的計算，見案例表14。案例表14荷載應(yīng)力的計算半剛性基層板彎曲剛度db混凝土面板彎曲剛度2路面結(jié)構(gòu)總相對剛 度半徑rg混凝土面板厚hjm標(biāo)準(zhǔn)軸載 pan極限軸載/vkn1.01328.140.7710.22100150臨界荷位處標(biāo)準(zhǔn)軸載荷戟應(yīng) 力 apmpa1.85見式(1-20)臨界荷位處極限軸載荷載應(yīng) 力 apm/mpa

8、2.71見式(1-21)應(yīng)力折減系數(shù)0.87看式（1-22）中的規(guī) 定綜合系數(shù)kc1.05表 1-29疲勞應(yīng)力系數(shù)kf2.5見式（123）標(biāo)準(zhǔn)軸載累計作用次 數(shù)汕/次9 907 261前面己計算 得出而層荷載疲勞應(yīng)力（jpaipa4.22見式(1-22)面層最大荷載應(yīng)力竹咖/mpa2.48式(1-24)（4）溫度應(yīng)力的計算，見案例表15o案例表15溫度應(yīng)力的計算混凝土面板卑hjm混凝上彈性模量£c/mpa水泥穩(wěn)定碎石 基層厚度ai/m水泥穩(wěn)定碎石基 層彈性模最 eb®ipa混凝土面板 彎曲剛度2半剛性基層板 彎曲剛度氏路而結(jié)構(gòu)總 相對剛度半徑4水泥混凝土 面板長度l/m0.

9、2231 0000.182 00028.141.0130.7715kn5149.5式(1-25)yp0.117式(1-26)yc0.23式(1-27)t2.162式(1-28)混凝土血層板溫度翹曲應(yīng) 力系數(shù)g0.944式(1-29)綜合溫度翹曲應(yīng)力和內(nèi)應(yīng) 力的溫度應(yīng)力系數(shù)0.616式(1-30)混凝土線膨脹系數(shù)兔/ （10° c"）最大溫度梯度標(biāo) 準(zhǔn)值 t/cc -m1）回歸系數(shù)e回歸系數(shù)人回歸系數(shù)g水泥混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn) 值 avmpa查表1-30査表1-31査表1-32査表1-32查衣1-32查表1-277890.8411.3230.0585血層最大溫度應(yīng)力久nm/mp

10、a131式(1-31)溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)60.324式(1-33)面層溫度疲勞應(yīng)力tr/mpa0.42式(1-32)（5）極限狀態(tài)校核，見案例表16。案例表16極限狀態(tài)校核可靠度系數(shù)13查表1-33而層荷載疲勞應(yīng)力7p/mpa4.22已計算，見案例表14面層溫度疲勞應(yīng)力smpa0.42已計算,見案例表15面層域大荷載應(yīng)力ap,max/mpa2.48已計算，見案例表14面層最大溫度應(yīng)力smax/mpa131已計算，見案例表15水泥混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值/mpa5查表1-27xr (仃p*r)5.2不滿足式（1-34）的要求xr( "p.nm+s.max)43滿足式（1-35）的要求（6）增

11、加混凝土血板計算厚度九，重復(fù)笫（2）（5）步，直至滿足結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)的 校核要求。因案例表16不滿足結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)的校核要求，故將案例表13屮混凝土面板的計算厚度 九增加，電子表格程序可白動完成案例表14案例表16的計算，并在設(shè)計者手動增加hc 直至滿足結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)校核要求的前提下（本案例從0.220 m 直增加至0.228 m）,程序會 按規(guī)范要求，將計算厚度加6 mm磨損厚度，然后按10 mm向上収整確定混凝土面層的設(shè) 計厚度。具體計算過程見案例表17案例表20。案例表17彎曲剛度2、dh、相對剛度半徑$的確定混凝土面板計算厚度hjm混凝土彈性模量ec/mpa水泥混凝土泊松比以0.22831

12、00005混凝土面板彎曲剛度231.323見式!-17)水泥穩(wěn)定碎石基層厚度枷水泥穩(wěn)定碎石基層彈性模 量仇/mpa水泥穩(wěn)定碎石泊松比人0.182 0000.2半剛性基層板彎曲剛度d,1.013見式(1-18)路面結(jié)構(gòu)總相對剛度半徑心0.798見式(1-19)案例表18荷載應(yīng)力的計算半剛性棊層板彎曲剛度氏混凝土面板彎曲 剛度2路血結(jié)構(gòu)總相對剛度 半徑rg混凝土面板厚hjm標(biāo)準(zhǔn)軸載極限軸載pnan1.01331.3230.7980.228100150臨界荷位處標(biāo)準(zhǔn)軸載荷載 應(yīng)力"pjmpa1.77式(1-20)臨界荷位處極限軸載荷載 應(yīng)力 apm/mpa2.59式(1-21)應(yīng)力折減系數(shù)

13、k0.87看式(122)中的規(guī)定綜合系數(shù)心1.05表 1-29疲勞應(yīng)力系數(shù)kf2.5式(1-23)標(biāo)準(zhǔn)軸載累計作用次 數(shù)n/次9 907 261前面已計 算得岀面層荷載疲勞應(yīng)力 葉/mpa4.04式(1-22)面層最大荷戦應(yīng)力"p.max/mp。2.37式(1-24)案例表19溫度應(yīng)力的計算混凝土面板厚hjm混凝土艸性模水泥穩(wěn)定碎 右慕層厚度水泥穩(wěn)定碎 石基層彈性 模疑仇/mpa混凝土面 板彎曲剛 度l半剛性基 層板彎曲 剛度db路面結(jié)構(gòu) 總相對剛 度半徑4水泥混 凝土面 板長度l/m0.22831 000082 00031.3231.0130.79855 135.9式(1-25)7

14、00.118式(1-26)0.219式(1-27)t2.089式(1-28)混凝土面層板溫度翹曲 應(yīng)力系數(shù)cl0.918式(1-29)綜合溫度翹曲應(yīng)力和內(nèi) 應(yīng)力的溫度應(yīng)力系數(shù)bl0.574式(1-30)混凝土線膨脹系數(shù)(10" cj授大溫度梯度 標(biāo)準(zhǔn)值77 (c -m4)回歸系數(shù)仏回歸系數(shù)5回歸系數(shù)q水泥混凝土彎拉強(qiáng)度 標(biāo)準(zhǔn)值/；/mpa查表1-30査表1-31查表1-32查表1-32査表1-32査表1-277890.8411.3230.0585血層圾大溫度應(yīng)力%maxrlpa1.26式(1-31)溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)乙0.309式(1-33)面層溫度疲勞應(yīng)力兀/mpd0.39式(1-32)案例表20極限狀態(tài)校核可靠度系數(shù)升13查表1-33面層荷戦疲勞應(yīng)力知、npa4.04已計算，見案例表18面層溫度疲勞應(yīng)力s/mpa0.39已計算，見案例表19面層最大荷載應(yīng)力“pmmmpa2.37已計算，見案例表18面層最大溫度應(yīng)力tt.nm/mpa1.26已計算，見案例表19水泥混凝七彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值/mpd5查表1-27zr(qpr+兀)5.0滿足式(1-34)的耍