《路基路面工程》课程设计.doc

目 录
1 路基设计 1
1.1 路基横断面设计 1
1.1.1 确定路基横断面形式 1
1.1.2 确定自然区划和路基干湿类型 1
1.1.3 路基横断面尺寸设计 2
1.2 道路横断面排水设计 3
1.2.1 边沟设计 3
1.2.2 排水沟设计 3
1.2.3 截水沟设计 4
1.3 路基稳定性验算 4
1.3.1 路基稳定性验算 4
1.3.2 路基坡面防护 6
1.4 路基施工设计 7
1.4.1 施工要点 7
1.4.2 路基压实 8
1.4.3 其它路基设施的施工 9
2 刚性路面设计 10
2.1 行车荷载 10
2.1.1 车辆类型和轴型 10
2.1.2 轴载换算 10
2.1.3 交通分析 12
2.2 路面结构组合设计 13
2.2.1 垫层设计 13
2.2.2 基层设计 14
2.2.3 面层设计 15
2.2.4 路肩设计 16
2.2.5 路面排水设计 16
2.3 路面结构层设计 17
2.3.1 初拟路面结构 17
2.3.2 路面材料参数确定 17
2.3.3 基层顶面回弹模量 18
2.3.4 荷载疲劳应力分析 20
2.3.5 温度疲劳应力 22
2.4 接缝设计 25
2.4.1 纵向接缝 25
2.4.2 横向接缝 26
2.5 水泥混凝土面层混合料设计 27
2.5.1 基本要求 27
2.5.2 配合比设计 27
2.6 钢筋用钢量计算 30
2.7 水泥混凝土路面机械摊铺施工 31
3 柔性路面设计 33
3.1 初拟路面结构方案 33
3.2 轴载换算并确定路面容许弯沉值 34
3.2.1 车辆类型和轴型 34
3.2.2 以设计弯沉值为指标轴载换算 34
3.2.3 层底拉应力验算轴载换算 36
3.3 确定路基回弹模量 38
3.4 确定材料回弹模量 38
3.5 三层体系简化确定路面结构 39
3.5.1 求算综合修正系数 40
3.6 验算结构层底地面拉应力 41
3.6.1 验算中粒式沥青混凝土面层 41
3.6.2 验算水泥砂砾基层 43
3.6.3 验算石灰水泥粉煤灰砂砾底基层 44
3.7 各结构层材料组成设计 45
3.8 各结构层施工技术要求及质量控制标准 45
3.9 工程量及材料组成设计 46
参考文献 47

xx大学xx学院《路基路面工程》课程设计

1 路基设计
路基是在地表按照道路路线位置和一定技术要求开挖或堆填而成的岩土结构物，是道路的主要组成部分之一，其好坏决定道路的使用品质。路基既要有足够的强度和稳定性，又要经济合理。因此在设计时，根据其使用要求和当地自然条件，并结合施工方案进行合理设计，必要时还要设计多种方案，综合比较后，以选最优。在实际工程中，水是影响路基强度和稳定性的一个非常重要的因素，因此在设计时要注意路基的排水，同时要结合路面排水，形成一个统一的排水系统。本设计主要依据《公路路基设计规范》(JTG D30—2004)、《道路勘测设计》和《路基路面工程》教材进行设计。
1.1 路基横断面设计
1.1.1 确定路基横断面形式
路基横断面一般有路堤、路堑、半挖半添路基三种方式。根据设计任务书要求，本设计为南京地区的二级公路，主要为平原，因此主要采用路堤形式。设计为二级公路，双车道混合形式。
1.1.2 确定自然区划和路基干湿类型
根据《路基路面工程》可知：南京位于Ⅳ1长江下游平原润湿区。路基土质为低液限粘土。由《路基路面工程》得路基临界高度：
表1.1 路基临界高度参考值
土
组
路
槽
底
至
水
位
临
界
高
度
自
然
区
划

粉性土
地下水
H1
H2
H3
Ⅳ1
1.7~1.9
1.2~1.3
0.8~0.9

根据设计任务书，该公路为二级公路双车道混合行驶，路基高度为0.5m，地下水位1m，因此临界高度H=0.5+1=1.5m，H2 <H< H1 ，故该路基干湿类型为中湿。
1.1.3 路基横断面尺寸设计
南京在长江三角洲地区，以平原为主，本公路为二级公路双车道混合行驶，并考虑该地区经济较发达，取计算行车速度为60Km/h。
（1） 路基宽度：
由《道路勘测设计》可归纳得：
表1.2 路基宽度参数
二级公路
双车道
80 Km/h
行车道宽度
(m)
硬路肩
(m)
土路肩
(m)
3.75
1.5
0.75
行车道宽度：3.75×2=7.5m
硬路肩宽度：0.75×2=1.5m
土路肩宽度：0.75×2=1.5m
则，路基宽度：7.5+1.5+1.5=10.5m
得路基横断面图如图1.1所示：

图1.1 路基横断面图

（2）路基边坡坡率：
路堤填土高度为0.5m，路基填料为细粒土，根据《公路路基设计规范》(JTG D30—2004)，由表1.3可得，取路基边坡坡率为1׃1.5，则边坡宽度b=1.5H=0.75m。

表1.3 路堤边坡坡率
填料类别
边坡坡率
上部高度（H≤8m）
下部高度（H≤12m）
细粒土
1׃1.5
1׃1.75
粗粒土
1׃1.5
1׃1.75
巨粒土
1׃1.3
1׃1.75

1.2 道路横断面排水设计
1.2.1 边沟设计
路基边沟参照规范边沟类型及使用条件表，在一些低填方路（高度小于边沟深度 ）或者挖方段的路肩外侧设置边沟排水。边沟的纵坡一般与路线纵坡一致。边沟横断面采用梯形，内测边坡坡率为1׃1.5，外侧边坡坡度与挖方边坡坡度相同。由于该公路位于东南潮热区，降雨量较大，边沟采用浆砌片石铺砌，砌筑用砂浆M7.5号。沟底宽度 0.4m 边沟尺寸如图 1.2所示。

图1.2 边沟构造图
1.2.2 排水沟设计
排水沟用来将边沟、截水沟、和取土坑汇聚的水、边坡坡面水及路基附近的积水引出路基附近。排水沟应尽量采用直线，必须转弯时其半径不宜小于10m，排水沟的长度不宜大于500m。
1.2.3 截水沟设计
南京地区由于位于河流下游平原开阔地带，一般不必设截水沟。如必须设置，根据《公路路基设计规范》(JTG D30—2004)，挖方路基的堑顶截水沟应设在坡口5m之外，并宜结合地形进行布设。填方路基上侧的路堤截水沟距填方坡脚的距离，应不小于2m。截水沟断面形式应结合设置位置、排水量、地形及边坡情况确定，一般情况下，沟底纵坡不宜小于0.3%。截水沟应进行防渗加固。

图1.3 截水沟构造图
1.3 路基稳定性验算
1.3.1 路基稳定性验算
路堤填土高h1=8m，路堤边坡坡率为m=1׃1.5，路堤填料为粘质土，粘聚力C=20KPa，内摩擦角φ=35°（tanφ=0.7）。土的容重取γ=20KN/m3。
（1） 车辆荷载的换算
在进行路堤稳定性验算时，需将车辆荷载按最不利情况排列，并换算成相当的土层厚度，在计入条块面积内一起进行重力计算。
由《路基路面工程》有：
(1-1)
式中：N—并列车辆数，双车道混合形式N=2；
L— 标准车辆轴载为12.8m；
Q—一辆重车的重力（标准车辆荷载为550KN）；
γ—路基填料的重度为20KN/m3；
B—荷载横向分布宽度，近似取路基宽10.5m。
数值带入计算可得：h0=0.41m，取h0=0.4m，偏于安全计算。
（2） 路堤横断面
用4.5H法滑动面圆心位置的辅助线，取通过路堤坡脚和距路基左边缘1/3
路基跨度处的圆弧。
绘出圆弧滑动面的计算图示，如图1.4所示：

图1.4 4.5H法确定圆心位置图示
其中，辅助线的作图表值参考表1.4：
表1.4 辅助线的作图表值
边坡坡度
边坡角
β1
β2
1׃1.5
30°40´
26°
35°
（3） 稳定系数K值
由《路基路面工程》有：
(1-2)
式中：Ni—各土条的法向分力，Ni=Qicosαi；
Ti—各土条的切向分力，Ti= Qisinαi；
αi—各土条重心与圆心连接线对竖轴y的夹角；
L—圆弧滑动面全长，L=18.64m
f—岩土的摩擦系数，f= tanφ
边坡计算高度H=8m。
综上可列稳定性计算表如表1.5所示：
表1.5 路堤稳定性计算表
编号
αi
cosαi
sinαi
Ai
Qi
Ni
Ti
1
-4°53´
0.99
-0.08
1.41
28.2
27.92
-2.26
2
2°36´
0.99
0.04
3.99
79.8
79
3.19
3
10°9´
0.98
0.17
6.07
121.4
118.97
20.64
4
17°52´
0.95
0.3
7.63
152.6
144.97
45.78
5
25°57´
0.9
0.43
8.62
172.4
155.16
74.13
6
34°40´
0.82
0.57
8.91
178.2
146.12
101.57
7
44°27´
0.71
0.7
7.46
149.2
105.93
104.44
8
56°28´
0.55
0.83
2.83
56.6
31.13
46.98
总和

46.92
938.4
809.2
394.47
则，稳定系数 。
由于K>1.45，所以路基稳定性验算结果满足要求。
1.3.2 路基坡面防护
由于南京地区处于亚热带湿热气候区，年降雨量在1000~1500mm，对路基冲刷较大，结合二级公路的标准，应设置路基坡面防护。根据《公路路基设计规范》(JTG D30—2004)，路基较低，路基边坡坡率为1:1.5，可设植被防护。植被防护时宜选择易成活、生长快、根系发达、叶茎矮或有匍匐茎的多年生草种。路基挖方较大时，可设骨架加固，即骨架植物防护。

图1.5 植被坡面防护图示

图1.6 骨架植物坡面防护图示
1.4 路基施工设计
路基施工主要是修筑路堤，并将其压实，同时注意排水工作。修筑路堤时要注意合理取土，因地制宜，符合环保要求，防止污染环境，以适当处理，减少弃土侵占耕地，防止水土流失和瘀塞河道。
1.4.1 施工要点
1） 基本要求
土质路基的挖填，首先必须搞好施工排水，包括地面临时排水沟槽及设法降低地下水位,以便始终保持施工场地的干燥。路基挖填范围内的地表障碍物，事先应予以拆除。路堑开挖，应在全横断面进行，自上而下一次成型。土质路堤分层填平压实，是确保施工质量的关键。主要采用机械化施工，人工辅助配合的方式进行路基施工。
路堤填方材料，应有一定的强度。经野外取土试验，二级公路应符合表1.6的规定时才能使用。
表1.6 路堤填方材料最小强度和最大粒径表
填料应有部位
（路床顶面以下深度）（m）
填料最小强度（CBR）(%)
路 堤
上路床（0~30）
6
下路床（30~80）
4
上路堤（80~150）
3
下路堤（>150）
2
零填及路堑路床
（0~30）
6
（30~80）
4
（2） 填挖方案
土质路堤填筑，主要采用不同的土水平分层平铺的方式，以保证强度均应。分层填筑、分层压实， 分层的最大摊铺层厚，按土质类别，确定压实机具功能碾压遍数，最大摊铺厚度，不宜超过 50cm，填筑至路床底面，最后一层的最小压实厚度，不应小于 8cm。路基压实采用重型压实标准，压实度应符合《公路路基设计规范》(JTG D30—2004)的要求。 路基基底为耕地或土质松散时，应在填前进行压实，路基设计时，可考虑了清理场地后进行填筑压实，厚度按 0.2m 计列压实下沉所填增加的土方量。
需要开挖时，土质路堑开挖，主要采用纵向全款掘进和横向通道掘进两种方式。
1.4.2 路基压实
（1） 机具选择与操作
根据各种填料的不同性质以及不同土层厚度，采用最适宜的压实机械进行施工。路基压实应在最佳含水率条件下进行。
（2） 压实标准
本公路为二级公路，按现行规范规定，路基压实度应满足表1.7的要求。
表1.7 路基压实度
填挖类别
路床顶面以下深度（m）
路基压实度（%）
零填及挖方
0~0.3
≥95
0.3~0.8
≥95
填方
0~0.8
≥95
0.8~1.5
≥94
>1.5
≥92
1.4.3 其它路基设施的施工
这里主要包括边坡施工和排水设施（包括边沟、排水沟、截水沟等）施工，前面已经说明，这里不再赘述。但需要说明的是，边坡和排水设施施工时，应注意有足够的压实度。比如边坡坡面的压实，边沟、排水沟、截水沟沟底和沟底两侧坡面的压实，要符合相应的技术要求。

2 刚性路面设计
刚性路面即水泥混凝土路面，具有较高的力学强度，在车轮荷载作用下变形较小。所以，混凝土板通常工作在弹性阶段。本水泥混凝土路面设计主要依据《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40—2002)和《路基路面工程》教材。在荷载图示方面采用静力作用均布面荷载；在路面板形态方面，采用半空间弹性地基有限大矩形板理论。
2.1 行车荷载
2.1.1 车辆类型和轴型
根据设计任务书及有关资料，得车辆轴重参数如下表：
表2.1 车辆轴重参数参考表
车型分类
汽车车型
前轴重（kN）
后轴重（kN）
后轴数
后轴轮组数
后轴距（m）
交通量
小客车
桑塔纳2000
0
0
　0
0
0
959
中客车
江淮AL6600
17
26.5
1
2
0
143
大客车
黄海DD680
49
91.5
1
2
0
248
轻型货车
北京BJ130
13.4
27.4
1
2
0
361
中型货车
东风EQ140
23.6
69.3
1
2
0
185
中型货车
黄河JN163
58.6
114
1
2
0
290
铰接挂车
东风SP9250
50.7
113.3
3
2
4
196
2.1.2 轴载换算
根据《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40—2002)，我国路面设计规范中选用双轮组单轴轴载100KN（以BZZ-100表示）为标准轴载，标准轴载的有关计算参数具体见表2.2：

表2.2 标准轴载计算参数
标 准 轴 载
BZZ—100
轴载P（KN）
100
轮胎接地压强p（MPa）
0.70
单轮传压面当量直径d（cm）
21.30
两轮中心距（cm）
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
(2-1)
(2-2)
或 (2-3)
或 (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-双轮组轴型级轴载的总重（KN）；
—轴型和轴载级位数；
—各类轴型级轴载的作用次数；
—轴-轮型系数，单轴-双轮组时，=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：

表2.3 轴载换算计算表
轴载Pi（KN）
每日通过次数（次/d）

BZZ-100轴次
（次/d）
0
959
1
0
0
26.5
143
1
0
0
91.5
248
1
0.2414
60
27.4
361
1
0
0
69.3
185
1
0.0028
1
114.0
290
1
8.1372
2360
3×113.3
196
0.79×10-8
317408558.9
492

∑=2913
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2913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)可得二级公路的设计基准期为20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
高速公路
一级公路
二级公路
三、四级公路
安全等级
一级
二级
三级
四级
设计基准期（a）
30
30
20
20
目标可靠度（％）
95
90
85
80
目标可靠指标
1.64
1.28
1.04
0.84
变异水平等级
低
低～中
中
中～高
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：
(2-5)
其中，t =20，n1=2913，γ=7% 。
则有
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=43588253×0.5×1.0=21294127 (2-7)
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
纵缝边缘处
高速、一级公路、收费站
0.17~0.22
二级及二级以下公路
行车道宽大于7m
0.34~0.39
行车道宽小于或等于7m
0.54~0.62
本公路为二级公路双向混合形式，取η=0.38 。
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=21294127×0.38=8091768 (2-8)
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四级，分级范围如表2.6所示。
表2.6 交通分级
交通等级
特重
重
中等
轻
设计车道标准轴载累计作用次数Ne（104）
＞2000
100～2000
3～100
＜3
由表2.6可知，本道路交通属于重交通。

2.2 路面结构组合设计
2.2.1 垫层设计
本公路由于位于南京地区，地下水位为1m，路基高度为0.5米，路基干湿类型为中湿，降雨量较多，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160mm。
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，并承受面层传递下来的荷载。因此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，具有一定的刚度和承载能力。
（1）类型
由于本公路交通属于重交通。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
基层类型
特重交通
贫混凝土、碾压混凝土或沥青混凝土基层
重交通
水泥稳定粒料或沥青稳定碎石基层
中等或轻交通
水泥稳定粒料、石灰粉煤灰稳定粒料或级配粒料基层
根据路基的基本参数和南京地区的自然环境，决定采用多空隙水泥稳定碎石排水基层，并在基层下铺设底基层，采用石灰粉煤灰稳定集料，以满足重交通的需要。
（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
厚度适宜的范围（mm）
贫混凝土或碾压混凝土基层
120～200
水泥或石灰粉煤灰稳定粒料基层
150～250
沥青混凝土基层
40～60
沥青稳定碎石基层
80～100
级配粒料基层
150～200
多孔隙水泥稳定碎石排水基层
100～140
沥青稳定碎石排水基层
80～100
考虑到二级公路的设计要求，且交通量较大，多空隙水泥稳定碎石排水基层采用120mm，石灰粉煤灰稳定集料底基层采用200mm。
2.2.3 面层设计
（1） 类型
根据《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40—2002)，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。面层一般采用设接缝的普通混凝土；面层板的平面尺寸较大或形状不规则，路面结构下埋有地下设施，高填方、软土地基、填挖交界段的路基等有可能产生不均匀沉降时，应采用设置接缝的钢筋混凝土面层。面层类型可根据适用条件按表2.9选用。
表2.9 其他面层类型选择
面层类型
适用条件
连续配筋混凝土面层
高速公路
沥青上面层与连续配筋混凝土或横缝设传力杆的普通混凝土下面层组成的复合式路面
特重交通的高速公路
碾压混凝土面层
二级及二级以下公路、服务区停车场
钢纤维混凝土面层
标高受限制路段、收费站、混凝土加铺层和桥面铺装
矩形或异形混凝土预制块面层
服务区停车场、二级及二级以下公路桥头引道沉降未稳定段
本设计为二级道路，根据表2.9可知应采用碾压混凝土面层。
（2） 宽度
根据设计任务书要求，本设计面层宽度即路面宽度，为9m。
（3） 厚度
普通混凝土、钢筋混凝土、碾压混凝土或配筋混凝土面层所需的厚度，可参照表2.10所示参考范围。
表2.10 水泥混凝土面层厚度的参考范围
交通等级
特重
重
公路等级
高速
一级
二级
高速
一级
二级
变异水平等级
低
中
低
中
低
中
低
中
面层厚度（mm）
≥260
≥250
≥240
270～240
260～230
250～220
交通等级
中等
轻
公路等级
二级
三、四级
三、四级
三、四级
变异水平等级
高
中
高
中
高
中
面层厚度（mm）
240～210
230～200
220～200
≤230
≤220
根据表2.10可知，二级公路，交通等级为重交通，因此碾压混凝土面层采用250mm。
2.2.4 路肩设计
路肩铺面结构应具有一定的承载能力，其结构层组合和材料选用应与行车道路面相协调，并保证进入路面结构中的水的排除。路肩铺面可选用水泥混凝土面层或沥青面层。本设计采用水泥混凝土硬路肩，设计厚度与行车道面层同厚，为250mm，且跟行车道面层一样采用碾压混凝土结构。
2.2.5 路面排水设计
（1） 路面横坡设计
根据《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40—2002)，行车道路面应设置双向或单向横坡，坡度设计为2％。路肩铺面的横向坡度值宜比行车道路面的横坡值大1％～2％，设计为3%。
（2）集水管和集水沟设计
由于行车道路面结构设置了排水基层或垫层，应在排水基层或垫外侧边缘设置纵向集水沟和带孔集水管，并间隔80m设置横向排水管。
带孔集水管和孔径采用120mm。集水沟的宽度采用300mm。集水沟的深度应能保证集水管管顶低于排水层底面，并有足够厚度和回填料使集水管不被施工机械压裂。沟内回填料宜采用与排水基层或垫层相同的透水性材料，或者不含细料的碎石或砾石粒料。回填料与沟壁间应铺设无纺反滤织物。横向排水管不带孔，其管径与集水管相同。集水沟和集水管的纵坡与路线纵坡相同，且不小于0.25%。横向排水管的坡度为7%。
2.3 路面结构层设计
2.3.1 初拟路面结构
根据路面结构组合设计，可知路面结构层设计参数如下表：
表2.11 路面结构层设计参数
路面结构层
厚度（m）
宽度（m)
结构类型
面层
0.25
9
碾压混凝土面层
基层
0.12
10.5
多空隙水泥稳定碎石排水基层
底基层
0.2
10.5
石灰粉煤灰稳定粒料
垫层
0.16
10.5
天然砂砾

2.3.2 路面材料参数确定
（1） 面层
由《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40—2002)可得普通混凝土面层弯拉强度标准值如表2.12所示。
表2.12 水泥混凝土设计弯拉强度标准值
交通等级
特重
重
中等
轻
水泥混凝土的弯拉强度标准值（MPa）
5.0
5.0
4.5
4.0
钢纤维混凝土的弯拉强度标准值（MPa）
6.0
6.0
5.5
5.0
同时可得相应的弯拉弹性模量如表2.13所示。

表2.13 水泥混凝土弯拉弹性模量经验参考值
弯拉强度（MPa）
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
抗压强度（MPa）
5.0
7.7
11.0
14.9
19.3
24.2
29.7
35.8
41.8
48.4
弯拉弹性模量（GPa）
10
15
18
21
23
25
27
29
31
33
根据本设计交通等级为重交通，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa，相应弯拉弹性模量标准值为31GPa。
（2） 基层
表2.14 垫层和基层材料回弹模量经验参考值
材料类型
回弹模量（MPa）
天然沙砾
150~200
石灰粉煤灰稳定粒料
1300~1700
由表2.14得石灰粉煤灰稳定粒料基层回弹模量取1400MPa。
（3）垫层
同样由表2.14得天然砂砾垫层的回弹模量取180MPa。
（4）路基
由设计任务书可知，路基回弹模量为32MPa。
2.3.3 基层顶面回弹模量
由《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40—2002)得基层顶面回弹模量的计算公式如下：
(2-9)
(2-10)
(2-11)
(2-12)
(2-13)
(2-14)
式中：
Et——基层顶面的当量回弹模量(MPa)；
E0——路床顶面的回弹模量(MPa)；
Ex——基层和底基层或垫层的当量回弹模量(MPa)；
E1、E2——基层和底基层或垫层的回弹模量(MPa)；
hx——基层和底基层或垫层的当量厚度(m)；
Dx——基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度(MN-m)；
h1、h2——基层和底基层或垫层的厚度(m)；
a、b——与Ex／E0有关的回归系数。

将数据代入上式，可解得：

由《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40—2002)，有基层顶面的当量回弹模量Et的最低要求见表2.15所示。
表2.15 基层顶面回弹模量Et最低要求
交通量等级
特重
重
中等
轻
回弹模量Et（MPa）
120
100
80
80
由于所以算的Et=152MPa，大于100MPa，所以满足要求。
2.3.4 荷载疲劳应力分析
（1）公式
根据《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40—2002)，选取混凝土板的纵向边缘中部作为产生最大荷载和温度梯度综合疲劳损坏的临界荷位。标准轴载PS在临界荷位处产生的荷载疲劳应力按式（2-15）确定。
σpr = krkfkcσps （2-15）
式中：
σpr——标准轴载PS在临界荷位处产生的荷载疲劳应力(MPa)；
σps——标准轴载PS在四边自由板的临界荷位处产生的荷载应力(MPa)，按式（2-16）计算确定；
kr ——考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为设拉杆的平缝时，kr =0.87～0.92(刚性和半刚性基层取低值，柔性基层取高值)；纵缝为不设拉杆 的平缝或自由边时，kr =1.0；纵缝为设拉杆的企口缝时，kr=0.76～0.84；
kf ——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，按式（2-18）计算确定；
kc——考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数，按公路等级查表2.16确定。
表2.16 综合系数kc
公路等级
高速公路
一级公路
二级公路
三、四级公路
kc
1.30
1.25
1.20
1.10

标准轴载PS在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力按下式计算。
σps =0.077 （2-16）
r =0.537h （2-17）
式中：
σps——标准轴载PS在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力(MPa)；
r ——混凝土板的相对刚度半径(m)，按式（2-17）计算；
h——混凝土板的厚度(m)；
Ec——水泥混凝土的弯拉弹性模量(MPa)；
Et——基层顶面当量回弹模量(MPa)。

设计基准期内的荷载疲劳应力系数按下式计算确定。
kf = （2-18）
式中：
kf——设计基准期内的荷载疲劳应力系数；
Ne——设计基准期内标准轴载累计作用次数；
ν——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，ν=0.057；碾压混凝土和贫混凝土，ν=0.065。
（2）碾压混凝土面层荷载疲劳应力计算
kr =0.87
kc =1.20

r =0.537h =0.537×0.25×=0.377
σps1 =0.077 =0.077××=0.686
σpr1 = krkfkcσps =0.87×1.20×2.476×0.686=1.773（MPa）
（3）多空隙水泥稳定碎石排水基层荷载疲劳应力计算
kr =0.87
kc =1.20

r =0.537h =0.537×0.12×=0.227
σps2 =0.077 =0.077××=2.197
σpr2 = krkfkcσps =0.87×1.20×2.812×2.197=6.450（MPa）
2.3.5 温度疲劳应力
（1）公式
在临界荷位处的温度疲劳应力按式(2-19)确定。
（2-19）
式中：
σtr——临界荷位处的温度疲劳应力(MPa)；
σtm——最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力(MPa)；
kt——考虑温度应力累计疲劳作用的疲劳应力系数。

最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力按式(2-20)计算。
（2-20）
式中：
σtm——最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力(MPa)；
αc——混凝土的线膨胀系数(1／℃)，通常可取为1×10-5／℃；
Tg——最大温度梯度，按表2.17查取；
Bx——综合温度翘曲应力和内应力作用的温度应力系数，可按／r和h查用图确定；
——板长，即横缝间距(m)。
表2.17 最大温度梯度标准值Tg
公路自然区划
Ⅱ、Ⅴ
Ⅲ
Ⅳ、Ⅵ
Ⅶ
最大温度梯度(℃/m)
88～83
90～95
86～92
93～98

图2.1 温度应力系数Bx

温度疲劳应力系数可按式(2-21)计算确定。
（2-21）
式中：
a、b和c——回归系数，按所在地区的公路自然区划查表2.18确定。
表2.18 回归系数a、b和c
系 数
公路自然区划
II
III
Ⅳ
V
Ⅵ
V11
a
0.828
0.855
0.841
0.871
0.837
0.834
b
0.041
0.041
0.058
0.071
0.038
0.052
c
1.323
1.355
1.323
1.287
1.382
1.270
（2） 碾压混凝土面层温度疲劳应力计算

（3）多空隙水泥稳定碎石排水基层荷载疲劳应力计算

故不会出现温度翘曲应力。

2.4 接缝设计
混凝土路面板由于温度或湿度变化、硬化时的收缩等原因，会出现胀缩合翘曲。设置接缝，可减小混凝土板因变形受到约束而产生的内应力，并满足施工的需要。
2.4.1 纵向接缝
纵缝应与路线中缝平行。在路面等宽的路段内或路面变宽路段的等宽部分，纵缝的间距和形式应保持一致。路面变宽段的加宽部分与等宽部分之间，以纵向施工缝隔开。纵缝设在划分车道线的位置，由于一次铺筑宽度小于路面宽度，设置纵向施工缝。纵缝与路线中缝平行。纵向施工缝采用平缝加拉杆形式，上部锯切槽口，深度为30mm，宽度为5mm，槽内灌塞填缝料，构造如图2.2所示。

图2.2 纵向施工缝构造图
拉杆采用螺纹钢筋，设在板厚中央，并对拉杆中部100mm范围内进行防锈处理。拉杆的直径、长度和间距，参照表2.19选用。施工布设时，拉杆间距按横向接缝的实际位置予以调整。
表2.19 拉杆直径、长度和间距（mm）
面层厚度
（mm）
到自由边或未设拉杆纵缝的距离（m）