水泥路面设计

第五章 水泥混凝土路面

5.1 水泥混凝土路面设计总则

水泥混凝土路面设计方案，应根据公路的功能和等级，结合当地气侯、水文、土质、材料、施工技术、实践经验以及环保要求等，通过综合分析确定。水泥混凝土路面设计应包括结构组合、材料组成、接缝构造和钢筋配制等。水泥混凝土路面结构应按规定的安全等级和目标可靠度，承受预期的荷载作用，并同所处的自然环境相适应，满足预定的使用性能要求。水泥混凝土路面设计除应符合公路水泥混凝土路面设计规范外，尚应符合国家现行有关标准的规定。

5.2 结构组合设计原则

5.2.1路基

路基应稳定、密实、均质，对路面结构提供均匀的支承。路床顶面的综合回弹模量值，轻交通荷载等级时不得低于40MPa，中等或重交通荷载等级时不得低于60MPa,特重或极重交通荷载等级时不得低于80MPa。 高液限粘土及含有机质细粒土，不能用做高速公路和一级公路的路床填料或二级和二级以下公路和上路床填料；高液限粉土及塑性指数大于16或膨胀率大于3％的低液限粘土，不能用做高速公路和一级公路的上路床填料。因条件限制而必须采用上述土做填料时，应掺加石灰或水泥等结合料改善。季节性冰冻地区中湿类、潮湿类和过湿类路基，当冰冻深度达到路基的易冻胀土层时，在易冻胀土层上应设置防冻垫层或用不易冻胀土置换冰冻线深度范围内的易冻胀土；水文地质条件不良的土质路堑，应采取地下排水措施；填挖交界或新老路基结合路段，应采取防止差异沉降的技术措施。

5.2.2 垫层

遇有下述情况时，需在层基下设置垫层：

(1)季节性冰冻地区，路面总厚度小于最小防冻厚度要求时差值应以垫层厚度补足；

(2)水文地质条件不良的土质路堑，路床土湿度较大时，宜设置排水垫层； (3)路基可能产生不均匀沉降或不均匀变形时，可加设半刚性垫层。垫层的宽应与路基同宽，其最小厚度为150mm。防冻垫层和排水垫宜采用砂、砂砾等颗

粒材料。半刚性垫层可采用低剂量无机结合料稳定粒料或土。

5.2.3 基层

基层应具有足够的抗冲刷能力和一定的刚度。基层类型宜依照交通等级、结构层组合要求和材料供应条件分别参照表4.4.2-1和表4.4.2-2选用。混凝土预制块面层应采用水泥稳定砂粒基层湿润和多雨地区，路基为低透水性细粒土的高速公路和一级公路或者承受特重或重交通的二级公路，宜采用排水基层。排水基层可选用多孔隙的开级配水泥稳定。

承受极重、特重或重交通荷载的路面，基层下应设置底基层；承受中等或轻交通荷载时，可不设底基层。当基层采用无机结合料稳定类材料，且上路床由细粒土组成时，在基层下设置粒料类底基层。

基层采用无机结合料稳定类材料时，底基层宜选用小于0.075mm颗粒含量少于7％的粒料类材料。

贫混凝土或碾压混凝土基层上应铺设沥青混凝土夹层，层厚不宜小于40mm。无机结合料稳定碎石基层上应设置封层，封层可采用单层沥青表明处治或适宜的膜层材料等。当采用单层沥青表面处治时，层厚不宜小于6mm。

多雨地区，路基由底透水性细粒土组成的高速公路和一级公路或者承受极重或特重交通荷载的二级公路，宜设置由开级配沥青稳定碎石或开级配水泥稳定碎石组成的排水基层。排水基层下应设置由密级配粒料或水泥稳定碎石组成的不透水底基层。底基层顶面宜铺设沥青类封层或防水土工织物。

各种基层和底基层的结构层适宜压实厚度，应按所选集料的公称最大粒径和压实效果的要求而定。基层或底基层的设计层厚超出相应材料的适宜压实厚度范围时，宜分层铺设和压实。

硬路肩采用混凝土面层时，基层的结构与厚度应与车道相同。基层的宽度应比混凝土面层每侧宽出300mm（小型机具施工时）或650mm(滑模式摊铺机施工时)。

5.2.4 面层

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、填挖交界段的路等有可能产生不均匀沉降时，应采用接缝设置传力杆的钢筋混凝土面层。

普通水泥混凝土、钢筋混凝土、碾压混凝土和连续配筋混凝土面层的计算厚度，可依据交通荷载等级、公路等级和变异水平等级，按式（3.0.4-1）和式（3.0.4-2）确定。各种混凝土面层的设计厚度应依据计算厚度加6mm磨耗层后，按10mm向上取整。

横向接缝的间距按面层类型和厚度选定：

(1)普通混凝土面层一般为4～6m，面层板的长宽不宜超过1.30m，平面尺寸不宜大25m2；

(2)碾压混凝土或钢纤维混凝土面层一般为6～10m； (3)钢筋混凝土面层一般为6～15m。 5.2.5 路肩

路肩铺面结构应具有一定的承载能力，其结构导线组合和材料选用应与行车道路面相协调，不应使渗入的路表水积滞在行车道路面结构内。路肩铺面可选用水泥混凝土面层或沥青面层。

高速公路和一级公路以及承受极重、特重和重交通荷载等级公路，路肩铺面应采用与行车道路面相同的结构层组合和组成材料类型。其他等级公路，路肩铺面的基层和底基层应采用与行车道路面结构相同的材料类型和厚度。

路肩混凝土面层与行车道面层应设置拉杆相连，二者的横向缩缝应连通。行车道面层为连续配筋混凝土时，路肩混凝土面层的横向缩缝间距应为4.5m。

5.3 交通量计算

龙山至永顺高速公路K95+500～K97+600段，在自然区划上属于Ⅳ5区。拟新建一条高速公路，双向四车道，交通量年平均增长率为10%。

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

方向分配系数为0.5，车道分配系数为0.8故有：Ns=2645.656×0.5×0.8=1330.26 (次)

5.4 交通参数分析

由《水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40-2011）中表A.2.4查得取轮迹横向分布系数为η=0.22，查规范表3.0.1,设计基准期30年。可计算得到设计年限内标准轴载累计作用次数Ne为：

Ne

Ns[(1gr)1]

gr

t

365

1330.26[(10.1)

0.1

30

1]

3650.2217567797

，使用年限内标准轴载作用次数(100×104，2000×104)，属于重交通等级。

5.5 方案设计与验算

按设计要求，根据路基的干湿类型，设计三种方案如下： 5.5.1 方案一

I. 路基为干燥状态：

（1）初拟路面结构

施工变异水平取低等级。根据高速公路重交通荷载等级和底变异水平等级，查表4-3，初拟普通混凝土面层厚度为h=0.28m，ATB-25基层hb0.08m，底基层选用级配碎石厚h10.2m。普通混凝土面层板的平面尺寸为宽3.75m，长5.0m。纵缝设拉杆平缝，横缝设传力杆的假缝。硬路肩面层采用与行车道面层等厚的混凝土，并设拉杆与行车道相连。

（2）路面材料参数的确定

1、混凝土的设计弯拉强度与弯拉弹性模量

按表3.0.8和附录E.0.3，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa，相应的弯拉弹性模量与泊松比为31GPa、0.15，砾石粗集料混凝土的线膨胀系数

c1110

6

/℃。

2、土基的回弹模量

查表E.0.1-1，取低液限粘土（CL）的回弹模量为100MPa，查表E.0.1-2，取距地下水位3.0m时，温度调整系数为0.90，由此路床顶综合回弹模量取为

1000.90=90MPa

。查附录E.0.2，ATB-25基层的弹性模量取3800MPa，泊松比

取0.20，级配砾石底基层回弹模量取250MPa，泊松比取0.35。

按式(B.2.4-1) 式（B.2.4-4）计算板底地基综合回弹模量如下：

n

n

2

i

Ex

(h

i1

Ei)/h

i1

2i

hiE1h

21

2

250MPa

n

hx

h

i1

i

h10.2m

0.26ln(hx)0.860.26ln0.20.860.442

Et(

ExE0

)E0(



22090

)

0.442

90141.3MPa

板底地基综合回弹模量Et取为141 MPa。

混凝土面层板的弯曲刚度Dc[式（B.2.2-3）]、半刚性基层板的弯曲刚度

Db[（式

B.4.1-2）]，路面结构总体相对刚度半径rg[式(B.4.1-3)]为：

Dc

Echc

32c

12(1v)Ebhb

32



310000.28

2

3

12(10.15)40000.08

23

58MNm

Db

12(1vb)



12(10.2)

0.17MNm

rg1.21(

DcDb

Et

)

1/3

1.21(

580.17141

)

1/3

0.901m

（3）荷载应力：

按式（B.4.1-1），标准轴载





1.45101

Db

3

ps

r

0.65

g

h

2c

ps

0.94



1.451010.17

3

0.901

0.65

0.28

2

100

0.94

1.307MPa

Dc

3

58

3

0.65

2

0.94



pm



1.45101

Db

r

0.65g

h

2c

pm

0.94



1.451010.17

0.9010.28190

2.390MPa

Dc

按式（B.2.1）计算面层荷载疲劳应力，按式（B.2.6）计算面层最大荷载

应力。



pr

KrKfKc

krkc

ps

0.872.5881.151.3043.38MPa

0.871.152.3902.39MPa

p,maxpm

其中，应力折减系数kr=0.87（B.2.条），综合系数kc=1.15（表B.2.1），疲劳应力系数KfNe17567797（4）温度应力

由表3.0.1.0，最大温度梯度取Tg88℃/m，按B.3.3和B.5.2计算综合温度翘

曲应力和内力的温度应力系数BL。

kn

12(hcEc

hbEb

)

1

v0.057

2.588，[式（B.2.3-D）].



12

(

0.2831000



0.083800

)

1

16620MPa/m

[

DcDb

(DcDb)k

4

3

n

]

1/4

[

580.17(580.17)16620

4

]

1/4

0.056m



(knrgDc)(knrDc)

4

3

g



(166200.90158)0.056

4

33

(166200.05658)0.901

0.046

t

L3rg



530.901

1.85

CL1(0.779

1

1cos(1.85)sin(1.85)sinh(1.85)cosh(1.85)

)

sinh(1.85)cos(1.85)cosh(1.85)sin(1.85)

BL1.77e

4.48hc

CL0.131(1CL)

4.480.27

1.772.71820.7790.131(10.7779)0.364

按式（B.3.2）计算面层最大温度应力:

t,max

cEchcTg

2

BL

1110

6

310000.2888

2

0.3641.53MPa

温度疲劳应力系数kt，按式（B.3.4）计算：

kt

fr

[at(

t,max

fr

t,max

)tCt]

b

5.01.53

[0.841(

1.535.0

)

1.323

0.058]0.384

按式（B.3.1）计算温度疲劳应力：

trktt,max0.3841.530.59MPa

（5）结构极限状态：

查表3.0.4，一级安全等级，底变异水平条件下，可靠度系数取1.20。按式（3.0.4-1）和式（3.0.4-2）校核路面结构极限状态是否满足要求：

(

pr

tr)1.20(3.380.59)4.77MPafr5.0MPa t,max)1.20(2.391.53)4.71MPafr5.0MPa

(

p,max

拟定的由计算厚度0.27m的普通混凝土面层和厚度0.08m的ATB-25基层

以及厚度0.2m的级配碎石底基层组成的路面结构满足要求，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，以及最重轴载在最大温度梯度时的一次作用。

Ⅱ.假定路基为中湿状态： （1）初拟路面结构

施工变异水平取低等级。根据高速公路重交通荷载等级和底变异水平等级，

查表4-3，初拟普通混凝土面层厚度为h=0.28m，ATB-25基层hb0.08m，底基层选用级配碎石厚h10.2m，垫层厚度为h20.18m的天然砂砾。普通混凝土面层板的平面尺寸为宽3.75m，长5.0m。纵缝设拉杆平缝，横缝设传力杆的假缝。硬路肩面层采用与行车道面层等厚的混凝土，并设拉杆与行车道相连。

（2）路面材料参数的确定

1、混凝土的设计弯拉强度与弯拉弹性模量

按表3.0.8和附录E.0.3，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa，相应的弯拉弹性模量与泊松比为31GPa、0.15，碎石粗集料混凝土的线膨胀系数

c1110

6

/℃。

2、土基的回弹模量

查表E.0.1-1，取低液限粘土（CL）的回弹模量为90MPa，查表E.0.1-2，取距地下水位3.0m时，温度调整系数为0.90，由此路床顶综合回弹模量取为

900.90=81MPa

。查附录E.0.2，ATB-25基层的弹性模量取3800MPa，泊松比

取0.20，级配碎石底基层回弹模量取250MPa，泊松比取0.35，天然砂砾垫层回弹模量取120MPa。

按式(B.2.4-1) 式（B.2.4-4）计算板底地基综合回弹模量如下：

n

n

2i

Ex

(h

i1

Ei)/h

i1n

2i

0.22200.18120

0.20.18

2

2

22

191.82MPa

hx

h

i1

i

h1h10.20.180.38m

0.26ln(hx)0.860.26ln0.380.860.608

Et(

ExE0

)E0(



191.8281

)

0.563

81136.9MPa

板底地基综合回弹模量Et取为137MPa。

混凝土面层板的弯曲刚度Dc[式（B.2.2-3）]、半刚性基层板的弯曲刚度

Db[（式

B.4.1-2）]，路面结构总体相对刚度半径rg[式(B.4.1-3)]为：

Dc

Echc

32c

12(1v)Ebhb

32



310000.28

2

3

12(10.15)

3

58.0MNm

Db

12(1vb)



38000.08

2

12(10.25)

0.17MNm

rg1.21(

DcDb

Et

)

1/3

1.21(

580.17137

)

1/3

0.910m

（3）荷载应力：

按式（B.4.1-1），标准轴载



ps



1.45101

Db

3

r

0.65

g

h

2c

ps

0.94



1.451010.17

3

0.910

0.65

0.28

2

100

0.94

1.315MPa

Dc

3

58

3



pm



1.45101

Db

r

0.65g

h

2c

pm

0.94



1.451010.17

0.910

0.65

0.28

2

190

0.94

2.405MPa

Dc

58

按式（B.2.1）计算面层荷载疲劳应力，按式（B.2.6）计算面层最大荷载

应力。



pr

KrKfKc

krkc

ps

0.872.5881.151.3153.41MPa

0.871.152.4052.41MPa

p,maxpm

其中，应力折减系数kr=0.87（B.2.条），综合系数kc=1.15（表B.2.1），疲劳应力系数KfNe17567797（4）温度应力

由表3.0.1.0，最大温度梯度取Tg88℃/m，按B.3.3和B.5.2计算综合温度翘

曲应力和内力的温度应力系数BL。

kn

12(hcEc

hbEb

)

1

v0.057

2.588，[式（B.2.3-D）].



12

(

0.2831000



0.083800

)

1

16620MPa/m

[

DcDb

(DcDb)k

4

3n

]

1/4

[

580.17(580.17)16620

4

]

1/4

0.056m



(knrgDc)(knrDc)

4

3

g



(166200.9158)0.11

4

33

(166200.05658)0.91

0.047

t

L3rg



530.91

1.83

CL1(0.768

1

1cos(1.83)sin(1.83)sinh(1.83)cosh(1.83)

)

sinh(1.83)cos(1.83)cosh(1.83)sin(1.83)

BL1.77e

4.48hc

CL0.131(1CL)

4.480.27

1.772.71820.7680.131(10.768)0.357

按式（B.3.2）计算面层最大温度应力:

t,max

cEchcTg

2

BL

1110

6

310000.2888

2

0.3571.50MPa

温度疲劳应力系数kt，按式（B.3.4）计算：

kt

fr

[at(

t,max

fr

t,max

)tCt]

b

5.01.50

[0.841(

1.505.0

)

1.323

0.058]0.377

按式（B.3.1）计算温度疲劳应力：

trktt,max0.3771.500.57MPa

（5）结构极限状态：

查表3.0.4，一级安全等级，底变异水平条件下，可靠度系数取1.20。按式（3.0.4-1）和式（3.0.4-2）校核路面结构极限状态是否满足要求：

(

pr

tr)1.20(3.410.57)4.77MPafr5.0MPa t,max)1.20(2.411.50)4.70MPafr5.0MPa

(

p,max

拟定的由计算厚度0.28m的普通混凝土面层、厚度0.08m的ATB-25基层、

厚度为0.12m的级配碎石底基层和厚度为0.18m的天然砂砾垫层组成的路面结构满足要求，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，以及最重轴载在最大温度梯度时的一次作用。

Ⅲ.假定路基为潮湿状态： （1）初拟路面结构

施工变异水平取低等级。根据高速公路重交通荷载等级和底变异水平等级，

查表4-3，初拟普通混凝土面层厚度为h=0.28m，ATB-25基层hb0.08m，底基层选用级配砾石厚h10.20m，垫层厚度为h20.20m的天然砂砾。普通混凝土面层板的平面尺寸为宽3.75m，长5.0m。纵缝设拉杆平缝，横缝设传力杆的假缝。硬路肩面层采用与行车道面层等厚的混凝土，并设拉杆与行车道相连。

（2）路面材料参数的确定

1、混凝土的设计弯拉强度与弯拉弹性模量

按表3.0.8和附录E.0.3，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa，相应的弯拉弹性模量与泊松比为31GPa、0.15，砾石粗集料混凝土的线膨胀系数

c1110

6

/℃。

2、土基的回弹模量

查表E.0.1-1，取粘土质砾（SC）的回弹模量为80MPa，查表E.0.1-2，取距地下水位3.0m时，温度调整系数为0.90，由此路床顶综合回弹模量取为

800.90=72MPa

。查附录E.0.2，ATB-25基层的弹性模量取3800MPa，泊松比

取0.20，级配砾石底基层回弹模量取220MPa，泊松比取0.35，天然砂砾垫层回弹模量取120MPa。

按式(B.2.4-1) 式（B.2.4-4）计算板底地基综合回弹模量如下：

n

n

2

i

Ex

(h

i1

Ei)/h

i1n

2i

0.202200.2120

0.20.2

2

2

22

185MPa

hx

h

i1

i

h2h10.20.20.4m

0.26ln(hx)0.860.26ln0.40.860.622

Et(

ExE0

)E0(



18572

)

0.579

72129.5MPa

板底地基综合回弹模量Et取为130MPa。

混凝土面层板的弯曲刚度Dc[式（B.2.2-3）]、半刚性基层板的弯曲刚度

Db[（式

B.4.1-2）]，路面结构总体相对刚度半径rg[式(B.4.1-3)]为：

Dc

Echc

32c

12(1v)Ebhb

32



310000.28

2

3

12(10.15)

3

58MNm

Db

12(1vb)



38000.08

2

12(10.25)

0.17MNm

rg1.21(

DcDb

Et

)

1/3

1.21(

5580.17

185

)

1/3

0.926m

（3）荷载应力：

按式（B.4.1-1），标准轴载





1.45101

Db

3

ps

r

0.65

g

h

2c

ps

0.94



1.451010.17

3

0.926

0.65

0.28

2

100

0.94

1.330MPa

Dc

3

58



pm



1.45101

Db

r

0.65g

h

2c

pm

0.94



1.451010.17

3

0.926

0.65

0.28

2

190

0.94

2.432MPa

Dc

58

按式（B.2.1）计算面层荷载疲劳应力，按式（B.2.6）计算面层最大荷载

应力。



pr

KrKfKc

krkc

ps

0.872.5881.151.3303.44MPa

0.871.152.4322.43MPa

p,maxpm

其中，应力折减系数kr=0.87（B.2.条），综合系数kc=1.15（表B.2.1），疲劳应力系数KfNe17567797（4）温度应力

由表3.0.1.0，最大温度梯度取Tg88℃/m，按B.3.3和B.5.2计算综合温度翘

曲应力和内力的温度应力系数BL。

kn

12(hcEc

hbEb

)

1

v0.057

2.588，[式（B.2.3-D）].



12

(

0.2831000



0.083800

)

1

16620MPa/m

[

DcDb

(DcDb)k

n

]

1/4

[

580.17(580.17)16620

]

1/4

0.056m



(knrgDc)

4

433

(knrDc)g



(166200.92658)0.056

4

43

(166200.05658)0.926L

530.926

1.8

0.048

t

3rg

CL1(

1

1cos(1.8)sin(1.8)sinh(1.8)cosh(1.8)

)

sinh(1.8)cos(1.8)cosh(1.8)sin(1.8)

0.748m

BL1.77e

4.48hc

CL0.131(1CL)

4.480.28

1.772.71820.7480.131(10.748)0.345

按式（B.3.2）计算面层最大温度应力:

t,max

cEchcTg

2

BL

1110

6

310000.2888

2

0.3451.45MPa

温度疲劳应力系数kt，按式（B.3.4）计算：

kt

fr

[at(

t,max

fr

t,max

)tCt]

b

5.01.45

[0.841(

1.455.0

)

1.323

0.058]0.363

按式（B.3.1）计算温度疲劳应力：

trktt,max0.3631.450.53MPa

（5）结构极限状态：

查表3.0.4，一级安全等级，底变异水平条件下，可靠度系数取1.20。按式（3.0.4-1）和式（3.0.4-2）校核路面结构极限状态是否满足要求：

(

pr

tr)1.20(3.440.53)4.76MPafr5.0MPa t,max)1.20(2.431.45)4.66MPafr5.0MPa

(

p,max

拟定的由计算厚度0.27m的普通混凝土面层、厚度0.08m的ATB-25基层、

厚度为0.2m的级配碎石底基层和厚度为0.2m的天然砂砾垫层组成的路面结构满足要求，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，以及最重轴载在最大温度梯度时的一次作用。

5.5.2 方案二

I. 路基为干燥状态： （1）初拟路面结构

施工变异水平取低等级。根据高速公路重交通荷载等级和底变异水平等级，查表4-3，初拟普通混凝土面层厚度为h=0.28m，水泥稳定碎石基层（7天无侧限抗压4MPa）底基层选用水泥稳定碎石基层（7天无侧限抗压3MPa）hb=0.16m，

h1=0.16m

。普通混凝土面层板的平面尺寸为宽3.75m，长5.0m。纵缝设拉杆平

缝，横缝设传力杆的假缝。硬路肩面层采用与行车道面层等厚的混凝土，并设拉杆与行车道相连。

（2）路面材料参数的确定

1、混凝土的设计弯拉强度与弯拉弹性模量

按表3.0.8和附录E.0.3，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa，相应的弯拉弹性模量与泊松比为31GPa、0.15，砾石粗集料混凝土的线膨胀系数

c1110

6

/℃。

2、土基的回弹模量

查表E.0.1-1，取低液限粘土（CL）的回弹模量为100MPa，查表E.0.1-2，取距地下水位3.0m时，温度调整系数为0.90，由此路床顶综合回弹模量取为

1000.9=90MPa。查附录

E.0.2，水泥稳定碎石基层（7天无侧限抗压4MPa）基

层的弹性模量取1600MPa，泊松比取0.20，水泥稳定碎石基层（7天无侧限抗压3MPa）底基层回弹模量取1400MPa，泊松比取0.2。

按式(B.2.4-1) 式（B.2.4-4）计算板底地基综合回弹模量如下：

n

n

2

i

Ex

(h

i1

Ei)/

h

i1

2i



hiE1h1

2

2

1400MPa

n

hx

h

i1

i

h10.16m

0.26ln(hx)0.860.26ln0.160.860.384

Et(

ExE0

)E0(



140090

)

0.384

90257.8MPa

板底地基综合回弹模量Et取为258 MPa。

混凝土面层板的弯曲刚度Dc[式（B.2.2-3）]、半刚性基层板的弯曲刚度

Db[（式

B.4.1-2）]，路面结构总体相对刚度半径rg[式(B.4.1-3)]为：

Dc

Echc

32

12(1vc)

Ebhb

32b



310000.28

2

3

12(10.15)16000.16

23

58.0MNm

Db

12(1v)



12(10.25)

0.57MNm

rg1.21(

DcDb

Et

)

1/3

1.21(

58.00.57

258

)

1/3

0.738m

（3）荷载应力：

按式（B.4.1-1），标准轴载





1.45101

Db

3

ps

r

0.65

g

h

2c

ps

0.94



1.451010.57

3

0.738

0.65

0.28

2

100

0.94

1.141MPa

Dc

3

58.0

3



pm



1.45101

Db

r

0.65g

h

2c

pm

0.94



1.451010.57

0.738

0.65

0.28

2

190

0.94

2.085MPa

Dc

58.0

按式（B.2.1）计算面层荷载疲劳应力，按式（B.2.6）计算面层最大荷载

应力。



pr

krkfkckrkc

ps

0.872.5881.151.1412.95MPa0.871.152.0852.09MPa



p,maxpm

其中，应力折减系数kr=0.88（B.2.条），综合系数kc=1.15（表B.2.1），疲劳应力系数KfNe17567797（4）温度应力

由表3.0.1.0，最大温度梯度取Tg88℃/m，按B.3.3和B.5.2计算综合温度翘

曲应力和内力的温度应力系数BL。

v

0.057

2.588，[式（B.2.3-D）].

kn

12

(

hcEc



hbEb

)

1



12

(

0.2831000



0.161600

)

1

4586MPa/m

[

DcDb

(DcDb)k

4

33

n

]

1/4

[

58.00.57(58.00.57)4586

4

]

1/4

0.105m



(knrgDc)

4

(knrDc)g



(45860.73858.0)0.105(45860.10558.0)0.738

530.738

2.26

4

33

0.066

t

L3rg

CL1(0.969

1

1cos(2.26)sin(2.26)sinh(2.26)cosh(2.26)

)

sinh(2.26)cos(2.26)cosh(2.26)sin(2.26)

BL1.77e

4.48hc

CL0.131(1CL)

4.480.27

1.772.71820.9690.131(10.969)0.485

按式（B.3.2）计算面层最大温度应力:

t,max

cEchcTg

2

BL

1110

6

310000.2888

2

0.4852.04MPa

温度疲劳应力系数kt，按式（B.3.4）计算：

kt

fr

[at(

t,max

fr

t,max

)tCt]

b

5.02.04

[0.841(

2.045.0

)

1.323

0.058]0.487

按式（B.3.1）计算温度疲劳应力：

trktt,max0.4872.040.99MPa

（5）结构极限状态：

查表3.0.4，一级安全等级，底变异水平条件下，可靠度系数取1.30。按式（3.0.4-1）和式（3.0.4-2）校核路面结构极限状态是否满足要求：

((

pr

tr)1.20(2.950.99)4.74MPafr5.0MPa t,max)1.20(2.092.04)4.95MPafr5.0MPa

p,max

拟定的由计算厚度0.28m的普通混凝土面层和厚度0.16m的水泥稳定碎

石基层（7天无侧限抗压4MPa）基层以及厚度0.16m的水泥稳定碎石基层（7

天无侧限抗压3MPa）底基层组成的路面结构满足要求，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，以及最重轴载在最大温度梯度时的一次作用。

Ⅱ.假定路基为中湿状态： （1）初拟路面结构

施工变异水平取低等级。根据高速公路重交通荷载等级和底变异水平等级，查表4-3，初拟普通混凝土面层厚度为h=0.28m，水泥稳定碎石基层（7天无侧限抗压4MPa）基层hb=0.16m，底基层选用水泥稳定碎石基层（7天无侧限抗压3MPa）厚h1=0.16m，垫层厚度为h2=0.16m的天然砂砾。普通混凝土面层板的平面尺寸为宽3.75m，长5.0m。纵缝设拉杆平缝，横缝设传力杆的假缝。硬路肩面层采用与行车道面层等厚的混凝土，并设拉杆与行车道相连。

（2）路面材料参数的确定

1、混凝土的设计弯拉强度与弯拉弹性模量

按表3.0.8和附录E.0.3，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa，相应的弯拉弹性模量与泊松比为31GPa、0.15，砾石粗集料混凝土的线膨胀系数

c1110

6

/℃。

2、土基的回弹模量

查表E.0.1-1，取低液限粘土（CL）的回弹模量为90MPa，查表E.0.1-2，取距地下水位3.0m时，温度调整系数为0.90，由此路床顶综合回弹模量取为

900.90=81MPa

。查附录E.0.2，水泥稳定碎石基层（7天无侧限抗压4MPa）基

层的弹性模量取1600MPa，泊松比取0.20，水泥稳定碎石基层（7天无侧限抗压3MPa）底基层回弹模量取1400MPa，泊松比取0.2，天然砂砾垫层回弹模量取120MPa。

按式(B.2.4-1) 式（B.2.4-4）计算板底地基综合回弹模量如下：

n

n

2

i

Ex

(h

i1

Ei)/h

i1n

2i

0.1614000.16120

0.160.16

2

2

22

760MPa

hx

h

i1

i

h1h20.160.160.32m

0.26ln(hx)0.860.26ln0.320.860.563

Et(

ExE0

)E0(



76081

)

0.563

81286.2MPa

板底地基综合回弹模量Et取为286MPa。

混凝土面层板的弯曲刚度Dc[式（B.2.2-3）]、半刚性基层板的弯曲刚度

Db[（式

B.4.1-2）]，路面结构总体相对刚度半径rg[式(B.4.1-3)]为：

Dc

Echc

32

12(1vc)Ebhb

32b



310000.28

2

3

12(10.15)

3

58.0MNm

Db

12(1v)



14000.16

2

12(10.25)

0.57MNm

rg1.21(

DcDb

Et

)

1/3

1.21(

52.00.57

286

)

1/3

0.713m

（3）荷载应力：

按式（B.4.1-1），标准轴载



ps



1.45101

Db

3

r

0.65

g

h

2c

ps

0.94



1.451010.57

3

0.713

0.65

0.28

2

100

0.94

1.115MPa

Dc

3

58.0

3



pm



1.45101

Db

r

0.65g

h

2c

pm

0.94



1.451010.57

0.713

0.65

0.28

2

190

0.94

2.039MPa

Dc

按式（B.2.1）计算面层荷载疲劳应力，按式（B.2.6）计算面层最大荷载

应力。



pr

krkfkckrkc

ps

0.872.5881.151.1152.89MPa0.871.152.0392.04MPa

p,maxpm

其中，应力折减系数kr=0.87（B.2.条），综合系数kc=1.15（表B.2.1），疲劳应力系数KfNe17567797（4）温度应力

v

0.057

2.588，[式（B.2.3-D）].

由表3.0.1.0，最大温度梯度取Tg88℃/m，按B.3.3和B.5.2计算综合温度翘

曲应力和内力的温度应力系数BL。

kn

12(hcEc

hbEb

)

1



12

(

0.2831000



0.161600

)

1

4586MPa/m

[

DcDb

(DcDb)k

4

3

n

]

1/4

[

58.00.57(58.00.57)4586

4

]

1/4

0.105m



(knrgDc)(knrDc)

4

3g



(45860.71358.0)0.105(45860.10558.0)0.713

4

33

0.063

t

L3rg



530.713

2.34

CL1(0.992

1

1cos(2.34)sin(2.34)sinh(2.34)cosh(2.34)

)

sinh(2.34)cos(2.34)cosh(2.34)sin(2.34)

BL1.77e

4.48hc

CL0.131(1CL)

4.480.28

1.772.71820.9920.131(10.992)0.5

按式（B.3.2）计算面层最大温度应力:

t,max

cEchcTg

2

BL

1110

6

310000.2888

2

0.52.10MPa

温度疲劳应力系数kt，按式（B.3.4）计算：

kt

fr

[at(

t,max

fr

t,max

)tCt]

b

5.02.1

[0.841(

2.15.0

)

1.323

0.058]0.498

按式（B.3.1）计算温度疲劳应力：

trktt,max0.4982.11.05MPa

（5）结构极限状态：

查表3.0.4，一级安全等级，底变异水平条件下，可靠度系数取1.20。按式（3.0.4-1）和式（3.0.4-2）校核路面结构极限状态是否满足要求：

(

pr

tr)1.20(2.890.1.05)4.72MPafr5.0MPa

(

p,max

t,max)1.20(2.042.10)4.97MPafr5.0MPa

拟定的由计算厚度0.28m的普通混凝土面层、厚度0.16m的水泥稳定碎

石基层（7天无侧限抗压4MPa）基层、厚度为0.16m的水泥稳定碎石基层（7天无侧限抗压3MPa）底基层和厚度为0.16m的天然砂砾垫层组成的路面结构满足要求，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，以及最重轴载在最大温度梯度时的一次作用。

Ⅲ.假定路基为潮湿状态： （1）初拟路面结构

施工变异水平取低等级。根据高速公路重交通荷载等级和底变异水平等级，查表4-3，初拟普通混凝土面层厚度为h=0.28m，水泥稳定碎石基层（7天无侧限抗压4MPa）基层hb=0.16m，底基层水泥稳定碎石（7天无侧限抗压3MPa）厚h1=0.16m，垫层厚度为h2=0.18m的天然砂砾。普通混凝土面层板的平面尺寸为宽3.75m，长5.0m。纵缝设拉杆平缝，横缝设传力杆的假缝。硬路肩面层采用与行车道面层等厚的混凝土，并设拉杆与行车道相连。

（2）路面材料参数的确定

1、混凝土的设计弯拉强度与弯拉弹性模量

按表3.0.8和附录E.0.3，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa，相应的弯拉弹性模量与泊松比为31GPa、0.15，砾石粗集料混凝土的线膨胀系数

c1110

6

/℃。

2、土基的回弹模量

查表E.0.1-1，取粘土质砾（SC）的回弹模量为80MPa，查表E.0.1-2，取距地下水位3.0m时，温度调整系数为0.90，由此路床顶综合回弹模量取为

800.90=72MPa

。查附录E.0.2，水泥稳定碎石基层（7天无侧限抗压4MPa）

的弹性模量取1600MPa，泊松比取0.20，水泥稳定碎石基层（7天无侧限抗压3MPa）回弹模量取220MPa，泊松比取0.2，天然砂砾垫层回弹模量取120MPa。

按式(B.2.4-1) 式（B.2.4-4）计算板底地基综合回弹模量如下：

nn

2i

Ex

(h

i1

Ei)/h

i1n

2i

0.1614000.18120

0.160.18

2

2

22

648.96MPa

hx

h

i1

i

h1h20.160.180.34m

0.26ln(hx)0.860.26ln0.340.860.58

Et(

ExE0

)E0(



684.9672

)

0.579

72265.6MPa

板底地基综合回弹模量Et取为266MPa。

混凝土面层板的弯曲刚度Dc[式（B.2.2-3）]、半刚性基层板的弯曲刚度

Db[（式

B.4.1-2）]，路面结构总体相对刚度半径rg[式(B.4.1-3)]为：

Dc

Echc

32

12(1vc)Ebhb

32b



310000.28

2

3

12(10.15)

3

58MNm

Db

12(1v)



16000.16

2

12(10.25)

1/3

0.57MNm

rg1.21(

DcDb

Et

)1.21(

580.57266

)

1/3

0.731m

（3）荷载应力：

按式（B.4.1-1），标准轴载





1.45101

Db

3

ps

r

0.65

g

h

2c

ps

0.94



1.451010.57

3

0.731

0.65

0.28

2

100

0.94

1.133MPa

Dc

3

58



pm



1.45101

Db

r

0.65g

h

2c

pm

0.94



1.451010.57

3

0.731

0.65

0.28

2

190

0.94

2.071MPa

Dc

58

按式（B.2.1）计算面层荷载疲劳应力，按式（B.2.6）计算面层最大荷载

应力。



pr

krkfkckrkc

ps

0.872.5881.151.1332.93MPa0.871.152.0712.07MPa

p,maxpm

其中，应力折减系数kr=0.87（B.2.条），综合系数kc=1.15（表B.2.1），疲劳应力系数KfNe17567797（4）温度应力

由表3.0.1.0，最大温度梯度取Tg88℃/m，按B.3.3和B.5.2计算综合温度翘

曲应力和内力的温度应力系数BL。

kn

12(hcEc

hbEb

)

1

v0.057

2.588，[式（B.2.3-D）].



12

(

0.2831000



0.161600

)

1

4586MPa/m

[

DcDb

(DcDb)k

4

3

n

]

1/4

[

58.00.57(58.00.57)4586

4

]

1/4

0.105m



(knrgDc)(knrDc)

4

3

g



(45860.73158.0)0.105(45860.10558.0)0.731

530.731

2.28

4

33

0.065

t

L3rg

CL1(

1

1cos(2.28)sin(2.28)sinh(2.28)cosh(2.28)

)

sinh(2.28)cos(2.28)cosh(2.28)sin(2.28)

0.976m

BL1.77e

4.48hc

CL0.131(1CL)

4.480.30

1.772.71820.9760.131(10.976)0.49

按式（B.3.2）计算面层最大温度应力:

t,max

cEchcTg

2

BL

1110

6

310000.2888

2

0.492.06MPa

温度疲劳应力系数kt，按式（B.3.4）计算：

kt

fr

[at(

t,max

fr

t,max

)tCt]

b

5.02.06

[0.841(

2.065.0

)

1.323

0.058]0.49

按式（B.3.1）计算温度疲劳应力：

trktt,max0.492.061.01MPa

（5）结构极限状态：

查表3.0.4，一级安全等级，底变异水平条件下，可靠度系数取1.20。

按式（3.0.4-1）和式（3.0.4-2）校核路面结构极限状态是否满足要求：

((

pr

tr)1.20(2.931.01)4.73MPafr5.0MPa t,max)1.20(2.072.06)4.96MPafr5.0MPa

p,max

拟定的由计算厚度0.27m的普通混凝土面层、厚度0.16m的水泥稳定碎

石基层（7天无侧限抗压4MPa）、厚度为0.16m的水泥稳定碎石基层（7天无侧限抗压3MPa）底基层和厚度为0.18m的天然砂砾垫层组成的路面结构满足要求，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，以及最重轴载在最大温度梯度时的一次作用。 5.5.3 方案三

I. 路基为干燥状态： （1）初拟路面结构

施工变异水平取低等级。根据高速公路重交通荷载等级和底变异水平等级，查表4-3，初拟普通混凝土面层厚度为h=0.28m，水泥稳定碎石基层（7天无侧限抗压4MPa）h10.2m，底基层选用级配碎石厚h2=0.16m。普通混凝土面层板的平面尺寸为宽3.75m，长5.0m。纵缝设拉杆平缝，横缝设传力杆的假缝。硬路肩面层采用与行车道面层等厚的混凝土，并设拉杆与行车道相连。

（2）路面材料参数的确定

1、混凝土的设计弯拉强度与弯拉弹性模量

按表3.0.8和附录E.0.3，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa，相应的弯拉弹性模量与泊松比为31GPa、0.15，砾石粗集料混凝土的线膨胀系数

c1110

6

/℃。

2、土基的回弹模量

查表E.0.1-1，取低液限粘土（CL）的回弹模量为100MPa，查表E.0.1-2，取距地下水位3.0m时，温度调整系数为0.90，由此路床顶综合回弹模量取为

1000.90=90MPa

。查附录E.0.2，水泥稳定碎石基层（7天无侧限抗压4MPa）

的弹性模量取1600MPa，泊松比取0.20，级配砾石底基层回弹模量取250MPa，泊松比取0.35。

按式(B.2.4-1) 式（B.2.4-4）计算板底地基综合回弹模量如下：

nn

2i

Ex

(h

i1

Ei)/h

i1

2i

hiE1h

21

2

250MPa

n

hx

h

i1

i

h10.16m

0.26ln(hx)0.860.26ln0.160.860.384

Et(

ExE0

)E0(



25090

)

0.383

90133.2MPa

板底地基综合回弹模量Et取为133MPa。

混凝土面层板的弯曲刚度Dc[式（B.2.2-3）]、半刚性基层板的弯曲刚度

Db[（式

B.4.1-2）]，路面结构总体相对刚度半径rg[式(B.4.1-3)]为：

Dc

Echc

32

12(1vc)

Ebhb

32b



310000.28

2

3

12(10.15)16000.2

32

58.0MNm

Db

12(1v)



12(10.25)

1.11MNm

rg1.21(

DcDb

Et

)

1/3

1.21(

58.01.11

133

)

1/3

0.923m

（3）荷载应力：

按式（B.4.1-1），标准轴载





1.45101

Db

3

ps

r

0.65

g

h

2c

ps

0.94



1.451013

0.923

0.65

0.28

2

100

0.94

1.307MPa

Dc

3

58.0

3

0.65

2

0.94



pm



1.45101

Db

r

0.65g

h

2c

pm

0.94



1.451010.9230.281902.39MPa

Dc

按式（B.2.1）计算面层荷载疲劳应力，按式（B.2.6）计算面层最大荷载

应力。



pr

krkfkckrkc

ps

0.872.5881.151.3073.38MPa0.871.152.392.39MPa

p,maxpm

其中，应力折减系数kr=0.87（B.2.条），综合系数kc=1.15（表B.2.1），疲劳应力

系数KfNe17567797（4）温度应力

v0.057

2.588，[式（B.2.3-D）].

由表3.0.1.0，最大温度梯度取Tg88℃/m，按B.3.3和B.5.2计算综合温度翘

曲应力和内力的温度应力系数BL。

kn

12(hcEc

hbEb

)

1



12

(

0.2831000



0.21600

)

1

3730MPa/m

[

DcDb

(DcDb)k

4

33

n

]

1/4

[

58.01.11(58.01.11)3730

4

]

1/4

0.131m



(knrgDc)

4

(knrDc)g



(37300.92358.0)0.131(37300.13158.0)0.923L

530.923

1.8

4

33

0.132

t

3rg

CL1(0.769

1

1cos(1.8)sin(1.8)sinh(1.8)cosh(1.8)

)

sinh(1.8)cos(1.8)cosh(1.8)sin(1.8)

BL1.77e

4.48hc

CL0.131(1CL)

4.480.28

1.772.71820.7690.131(10.769)0.358

按式（B.3.2）计算面层最大温度应力:

t,max

cEchcTg

2

BL

1110

6

310000.2888

2

0.3581.51MPa

温度疲劳应力系数kt，按式（B.3.4）计算：

kt

fr

[at(

t,max

fr

t,max

)tCt]

b

5.01.51

[0.841(

1.515.0

)

1.323

0.058]0.378

按式（B.3.1）计算温度疲劳应力：

trktt,max0.3781.510.57MPa

（5）结构极限状态：

查表3.0.4，一级安全等级，底变异水平条件下，可靠度系数取1.20。按式（3.0.4-1）和式（3.0.4-2）校核路面结构极限状态是否满足要求：

(

pr

tr)1.20(3.380.57)4.74MPafr5.0MPa t,max)1.20(2.391.51)4.68MPafr5.0MPa

(

p,max

拟定的由计算厚度0.28m的普通混凝土面层和厚度0.2m的水泥稳定碎石

基层（7天无侧限抗压4MPa）以及厚度0.16m的级配碎石底基层组成的路面结构满足要求，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，以及最重轴载在最大温度梯度时的一次作用。

Ⅱ.假定路基为中湿状态： （1）初拟路面结构

施工变异水平取低等级。根据高速公路重交通荷载等级和底变异水平等级，查表4-3，初拟普通混凝土面层厚度为h=0.28m，水泥稳定碎石基层（7天无侧限抗压4MPa）hb0.2m，底基层选用级配砾石厚h1=0.16m，垫层厚度为

h2=0.16m的天然砂砾。普通混凝土面层板的平面尺寸为宽3.75m，长

5.0m。纵

缝设拉杆平缝，横缝设传力杆的假缝。硬路肩面层采用与行车道面层等厚的混凝土，并设拉杆与行车道相连。

（2）路面材料参数的确定

1、混凝土的设计弯拉强度与弯拉弹性模量

按表3.0.8和附录E.0.3，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa，相应的弯拉弹性模量与泊松比为31GPa、0.15，砾石粗集料混凝土的线膨胀系数

c1110

6

/℃。

2、土基的回弹模量

查表E.0.1-1，取低液限粘土（CL）的回弹模量为90MPa，查表E.0.1-2，取距地下水位3.0m时，温度调整系数为0.90，由此路床顶综合回弹模量取为

900.90=81MPa

。查附录E.0.2，水泥稳定碎石基层（7天无侧限抗压4MPa）的

弹性模量取1600MPa，泊松比取0.20，级配碎石底基层回弹模量取250MPa，泊松比取0.35，天然砂砾垫层回弹模量取120MPa。

按式(B.2.4-1) 式（B.2.4-4）计算板底地基综合回弹模量如下：

nn

2i

Ex

(h

i1

Ei)/h

i1n

2i

0.162500.16120

0.160.16

2

2

22

185MPa

hx

h

i1

i

h1h20.160.160.32m

0.26ln(hx)0.860.26ln0.320.860.564

Et(

ExE0

)E0(



18581

)

0.563

81129.0MPa

板底地基综合回弹模量Et取为129MPa。

混凝土面层板的弯曲刚度Dc[式（B.2.2-3）]、半刚性基层板的弯曲刚度

Db[（式

B.4.1-2）]，路面结构总体相对刚度半径rg[式(B.4.1-3)]为：

Dc

Echc

32

12(1vc)Ebhb

32b



310000.28

2

3

12(10.15)

3

58.0MNm

Db

12(1v)



16000.16

2

12(10.25)

1.11MNm

rg1.21(

DcDb

Et

)

1/3

1.21(

58.01.11

129

)

1/3

0.933m

（3）荷载应力：

按式（B.4.1-1），标准轴载



ps



1.45101

Db

3

r

0.65

g

h

2c

ps

0.94



1.451013

0.933

0.65

0.28

2

100

0.94

1.316MPa

Dc

3

58.0

3



pm



1.45101

Db

r

0.65g

h

2c

pm

0.94



1.451010.933

0.65

0.28

2

190

0.94

2.406MPa

Dc

58.0

按式（B.2.1）计算面层荷载疲劳应力，按式（B.2.6）计算面层最大荷载

应力。



pr

krkfkckrkc

ps

0.872.5881.151.3163.41MPa0.871.152.4062.41MPa



p,maxpm

其中，应力折减系数kr=0.87（B.2.条），综合系数kc=1.15（表B.2.1），疲劳应力系数KfNe17567797（4）温度应力

由表3.0.1.0，最大温度梯度取Tg88℃/m，按B.3.3和B.5.2计算综合温度翘

曲应力和内力的温度应力系数BL。

kn

12(hcEc

hbEb

)

1

v0.057

2.588，[式（B.2.3-D）].



12

(

0.2831000



0.161600

)

1

3730MPa/m

[

DcDb

(DcDb)k

4

3

n

]

1/4

[

58.01.11(58.01.11)3730

4

]

1/4

0.131m



(knrgDc)(knrDc)

4

3

g



(37300.93358.0)0.131(37300.13158.0)0.933

4

33

0.134

t

L3rg



530.933

1.79

CL1(0.759

1

1cos(1.79)sin(1.79)sinh(1.79)cosh(1.79)

)

sinh(1.79)cos(1.79)cosh(1.79)sin(1.79)

BL1.77e

4.48hc

CL0.131(1CL)

4.480.27

1.772.71820.7590.131(10.759)0.352

按式（B.3.2）计算面层最大温度应力:

t,max

cEchcTg

2

BL

1110

6

310000.2888

2

0.3521.42MPa

温度疲劳应力系数kt，按式（B.3.4）计算：

kt

fr

[at(

t,max

fr

t,max

)tCt]

b

5.01.42

[0.841(

1.425.0

)

1.323

0.058]0.357

按式（B.3.1）计算温度疲劳应力：

trktt,max0.3571.420.51MPa

（5）结构极限状态：

查表3.0.4，一级安全等级，底变异水平条件下，可靠度系数取1.20。按式（3.0.4-1）和式（3.0.4-2）校核路面结构极限状态是否满足要求：

(

pr

tr)1.20(3.410.55)4.75MPafr5.0MPa t,max)1.20(2.411.48)4.66MPafr5.0MPa

(

p,max

拟定的由计算厚度0.28m的普通混凝土面层、厚度0.2m的水泥稳定碎石

基层（7天无侧限抗压4MPa）、厚度为0.16m的级配碎石底基层和厚度为0.16m的天然砂砾垫层组成的路面结构满足要求，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，以及最重轴载在最大温度梯度时的一次作用。

Ⅲ.假定路基为潮湿状态： （1）初拟路面结构

施工变异水平取低等级。根据高速公路重交通荷载等级和底变异水平等级，查表4-3，初拟普通混凝土面层厚度为h=0.28m，水泥稳定碎石基层（7天无侧限抗压4MPa ）hb0.2m，底基层选用级配碎石厚h1=0.16m，垫层厚度为

h2=0.18m的天然砂砾。普通混凝土面层板的平面尺寸为宽3.75m，长

5.0m。纵

缝设拉杆平缝，横缝设传力杆的假缝。硬路肩面层采用与行车道面层等厚的混凝土，并设拉杆与行车道相连。

（2）路面材料参数的确定

1、混凝土的设计弯拉强度与弯拉弹性模量

按表3.0.8和附录E.0.3，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa，相应的弯拉弹性模量与泊松比为31GPa、0.15，砾石粗集料混凝土的线膨胀系数

c1110

6

/℃。

2、土基的回弹模量

查表E.0.1-1，取粘土质砾（SC）的回弹模量为80MPa，查表E.0.1-2，取距地下水位3.0m时，温度调整系数为0.90，由此路床顶综合回弹模量取为

800.90=72MPa

。查附录E.0.2，水泥稳定碎石基层（7天无侧限抗压4MPa）

的弹性模量取1600MPa，泊松比取0.20，级配碎石底基层回弹模量取250MPa，

泊松比取0.35，天然砂砾垫层回弹模量取120MPa。

按式(B.2.4-1) 式（B.2.4-4）计算板底地基综合回弹模量如下：

n

n

2i

Ex

(h

i1

Ei)/h

i1n

2i

0.162500.18120

0.160.18

2

2

22

177.379MPa

hx

h

i1

i

h3h20.160.180.34m

0.26ln(hx)0.860.26ln0.340.860.580

Et(

ExE0

)E0(



177.39772

)

0.579

72121.4MPa

板底地基综合回弹模量Et取为121MPa。

混凝土面层板的弯曲刚度Dc[式（B.2.2-3）]、半刚性基层板的弯曲刚度

Db[（式

B.4.1-2）]，路面结构总体相对刚度半径rg[式(B.4.1-3)]为：

Dc

Echc

32c

12(1v)Ebhb

32



310000.28

2

3

12(10.15)

32

58.0MNm

Db

12(1vb)



16000.2

12(10.25)

1.11MNm

rg1.21(

DcDb

Et

)

1/3

1.21(

581.11121

)

1/3

0.950m

（3）荷载应力：

按式（B.4.1-1），标准轴载





1.45101

Db

3

ps

r

0.65

g

h

2c

ps

0.94



1.451013

0.95

0.65

0.28

2

100

0.94

1.332MPa

Dc

3

58.0



pm



1.45101

Db

r

0.65g

h

2c

pm

0.94



1.451013

0.950

0.65

0.28

2

190

0.94

2.435MPa

Dc

58.0

按式（B.2.1）计算面层荷载疲劳应力，按式（B.2.6）计算面层最大荷载

应力。



pr

krkfkckrkc

ps

0.872.5881.151.3323.45MPa0.871.152.4352.44MPa

p,maxpm

其中，应力折减系数kr=0.87（B.2.条），综合系数kc=1.15（表B.2.1），疲劳应力系数KfNe17567797（4）温度应力

由表3.0.1.0，最大温度梯度取Tg88℃/m，按B.3.3和B.5.2计算综合温度翘

曲应力和内力的温度应力系数BL。

kn

12(hcEc

hbEb

)

1

v0.057

2.588，[式（B.2.3-D）].



12

(

0.2831000



0.21600

)

1

3730MPa/m

[

DcDb

(DcDb)k

4

33n

]

1/4

[

58.01.11(58.01.11)3730

4

]

1/4

0.131m



(knrgDc)

4

(knrDc)g



(37300.9558.0)0.131(37300.13158.0)0.95

530.95

1.75

4

33

0.137

t

L3rg

CL1(

1

1cos(1.75)sin(1.75)sinh(1.75)cosh(1.75)

)

sinh(1.75)cos(1.75)cosh(1.75)sin(1.75)

0.739m

BL1.77e

4.48hc

CL0.131(1CL)

4.480.30

1.772.71820.7390.131(10.739)0.339

按式（B.3.2）计算面层最大温度应力:

t,max

cEchcTg

2

BL

1110

6

310000.2888

2

0.3391.42MPa

温度疲劳应力系数kt，按式（B.3.4）计算：

kt

fr

[at(

t,max

fr

t,max

)tCt]

b

5.01.42

[0.841(

1.425.0

)

1.323

0.058]0.357

按式（B.3.1）计算温度疲劳应力：

trktt,max0.3571.420.51MPa

（5）结构极限状态：

查表3.0.4，一级安全等级，底变异水平条件下，可靠度系数取1.20。按式（3.0.4-1）和式（3.0.4-2）校核路面结构极限状态是否满足要求：

(

pr

tr)1.20(3.450.51)4.75MPafr5.0MPa t,max)1.20(2.441.42)4.63MPafr5.0MPa

(

p,max

拟定的由计算厚度0.28m的普通混凝土面层、厚度0.2m的水泥稳定碎石

基层（7天无侧限抗压4MPa）、厚度为0.16m的级配碎石底基层和厚度为0.18m的天然砂砾垫层组成的路面结构满足要求，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，以及最重轴载在最大温度梯度时的一次作用。

5.6 水泥混凝土路面结构设计及方案比选原则与总结

交通分析：水泥混凝土路面设计使用年限为30 年，按交通量增长率为10%，水泥混凝土路面设计年限累计标准轴次为17567797次，属于道路重交通。

本段为Ⅳ5区，路面结构应结合排水系统、交通量对路面结构强度的要求，结合沿线的气候、水文、地形地质筑路材料及施工条件等方面，三个方案中选用的28cm厚的普通水泥混凝土面层均能符合要求。经济方面，以所选基层材料进行比较。方案一和方案三分别选用沥青碎石与级配碎石、水泥稳定碎石与级配碎石组合，虽具有强度和稳定性较高、温宿和干缩性较好、抗冲刷能力较强等性特征，但与能满足各项要求的方案二中基层材料组合相比而言，价格较高，且方案二中基层和底基层材料均选用水泥稳定碎石，方便机械化施工。

综上，对拟定的九种路面结构方案进行比选，选定方案二为最优方案。

第五章 水泥混凝土路面

5.1 水泥混凝土路面设计总则

水泥混凝土路面设计方案，应根据公路的功能和等级，结合当地气侯、水文、土质、材料、施工技术、实践经验以及环保要求等，通过综合分析确定。水泥混凝土路面设计应包括结构组合、材料组成、接缝构造和钢筋配制等。水泥混凝土路面结构应按规定的安全等级和目标可靠度，承受预期的荷载作用，并同所处的自然环境相适应，满足预定的使用性能要求。水泥混凝土路面设计除应符合公路水泥混凝土路面设计规范外，尚应符合国家现行有关标准的规定。

5.2 结构组合设计原则

5.2.1路基

路基应稳定、密实、均质，对路面结构提供均匀的支承。路床顶面的综合回弹模量值，轻交通荷载等级时不得低于40MPa，中等或重交通荷载等级时不得低于60MPa,特重或极重交通荷载等级时不得低于80MPa。 高液限粘土及含有机质细粒土，不能用做高速公路和一级公路的路床填料或二级和二级以下公路和上路床填料；高液限粉土及塑性指数大于16或膨胀率大于3％的低液限粘土，不能用做高速公路和一级公路的上路床填料。因条件限制而必须采用上述土做填料时，应掺加石灰或水泥等结合料改善。季节性冰冻地区中湿类、潮湿类和过湿类路基，当冰冻深度达到路基的易冻胀土层时，在易冻胀土层上应设置防冻垫层或用不易冻胀土置换冰冻线深度范围内的易冻胀土；水文地质条件不良的土质路堑，应采取地下排水措施；填挖交界或新老路基结合路段，应采取防止差异沉降的技术措施。

5.2.2 垫层

遇有下述情况时，需在层基下设置垫层：

(1)季节性冰冻地区，路面总厚度小于最小防冻厚度要求时差值应以垫层厚度补足；

(2)水文地质条件不良的土质路堑，路床土湿度较大时，宜设置排水垫层； (3)路基可能产生不均匀沉降或不均匀变形时，可加设半刚性垫层。垫层的宽应与路基同宽，其最小厚度为150mm。防冻垫层和排水垫宜采用砂、砂砾等颗

粒材料。半刚性垫层可采用低剂量无机结合料稳定粒料或土。

5.2.3 基层

基层应具有足够的抗冲刷能力和一定的刚度。基层类型宜依照交通等级、结构层组合要求和材料供应条件分别参照表4.4.2-1和表4.4.2-2选用。混凝土预制块面层应采用水泥稳定砂粒基层湿润和多雨地区，路基为低透水性细粒土的高速公路和一级公路或者承受特重或重交通的二级公路，宜采用排水基层。排水基层可选用多孔隙的开级配水泥稳定。

承受极重、特重或重交通荷载的路面，基层下应设置底基层；承受中等或轻交通荷载时，可不设底基层。当基层采用无机结合料稳定类材料，且上路床由细粒土组成时，在基层下设置粒料类底基层。

基层采用无机结合料稳定类材料时，底基层宜选用小于0.075mm颗粒含量少于7％的粒料类材料。

贫混凝土或碾压混凝土基层上应铺设沥青混凝土夹层，层厚不宜小于40mm。无机结合料稳定碎石基层上应设置封层，封层可采用单层沥青表明处治或适宜的膜层材料等。当采用单层沥青表面处治时，层厚不宜小于6mm。

多雨地区，路基由底透水性细粒土组成的高速公路和一级公路或者承受极重或特重交通荷载的二级公路，宜设置由开级配沥青稳定碎石或开级配水泥稳定碎石组成的排水基层。排水基层下应设置由密级配粒料或水泥稳定碎石组成的不透水底基层。底基层顶面宜铺设沥青类封层或防水土工织物。

各种基层和底基层的结构层适宜压实厚度，应按所选集料的公称最大粒径和压实效果的要求而定。基层或底基层的设计层厚超出相应材料的适宜压实厚度范围时，宜分层铺设和压实。

硬路肩采用混凝土面层时，基层的结构与厚度应与车道相同。基层的宽度应比混凝土面层每侧宽出300mm（小型机具施工时）或650mm(滑模式摊铺机施工时)。

5.2.4 面层

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、填挖交界段的路等有可能产生不均匀沉降时，应采用接缝设置传力杆的钢筋混凝土面层。

普通水泥混凝土、钢筋混凝土、碾压混凝土和连续配筋混凝土面层的计算厚度，可依据交通荷载等级、公路等级和变异水平等级，按式（3.0.4-1）和式（3.0.4-2）确定。各种混凝土面层的设计厚度应依据计算厚度加6mm磨耗层后，按10mm向上取整。

横向接缝的间距按面层类型和厚度选定：

(1)普通混凝土面层一般为4～6m，面层板的长宽不宜超过1.30m，平面尺寸不宜大25m2；

(2)碾压混凝土或钢纤维混凝土面层一般为6～10m； (3)钢筋混凝土面层一般为6～15m。 5.2.5 路肩

路肩铺面结构应具有一定的承载能力，其结构导线组合和材料选用应与行车道路面相协调，不应使渗入的路表水积滞在行车道路面结构内。路肩铺面可选用水泥混凝土面层或沥青面层。

高速公路和一级公路以及承受极重、特重和重交通荷载等级公路，路肩铺面应采用与行车道路面相同的结构层组合和组成材料类型。其他等级公路，路肩铺面的基层和底基层应采用与行车道路面结构相同的材料类型和厚度。

路肩混凝土面层与行车道面层应设置拉杆相连，二者的横向缩缝应连通。行车道面层为连续配筋混凝土时，路肩混凝土面层的横向缩缝间距应为4.5m。

5.3 交通量计算

龙山至永顺高速公路K95+500～K97+600段，在自然区划上属于Ⅳ5区。拟新建一条高速公路，双向四车道，交通量年平均增长率为10%。

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

方向分配系数为0.5，车道分配系数为0.8故有：Ns=2645.656×0.5×0.8=1330.26 (次)

5.4 交通参数分析

由《水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40-2011）中表A.2.4查得取轮迹横向分布系数为η=0.22，查规范表3.0.1,设计基准期30年。可计算得到设计年限内标准轴载累计作用次数Ne为：

Ne

Ns[(1gr)1]

gr

t

365

1330.26[(10.1)

0.1

30

1]

3650.2217567797

，使用年限内标准轴载作用次数(100×104，2000×104)，属于重交通等级。

5.5 方案设计与验算

按设计要求，根据路基的干湿类型，设计三种方案如下： 5.5.1 方案一

I. 路基为干燥状态：

（1）初拟路面结构

施工变异水平取低等级。根据高速公路重交通荷载等级和底变异水平等级，查表4-3，初拟普通混凝土面层厚度为h=0.28m，ATB-25基层hb0.08m，底基层选用级配碎石厚h10.2m。普通混凝土面层板的平面尺寸为宽3.75m，长5.0m。纵缝设拉杆平缝，横缝设传力杆的假缝。硬路肩面层采用与行车道面层等厚的混凝土，并设拉杆与行车道相连。

（2）路面材料参数的确定

1、混凝土的设计弯拉强度与弯拉弹性模量

按表3.0.8和附录E.0.3，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa，相应的弯拉弹性模量与泊松比为31GPa、0.15，砾石粗集料混凝土的线膨胀系数

c1110

6

/℃。

2、土基的回弹模量

查表E.0.1-1，取低液限粘土（CL）的回弹模量为100MPa，查表E.0.1-2，取距地下水位3.0m时，温度调整系数为0.90，由此路床顶综合回弹模量取为

1000.90=90MPa

。查附录E.0.2，ATB-25基层的弹性模量取3800MPa，泊松比

取0.20，级配砾石底基层回弹模量取250MPa，泊松比取0.35。

按式(B.2.4-1) 式（B.2.4-4）计算板底地基综合回弹模量如下：

n

n

2

i

Ex

(h

i1

Ei)/h

i1

2i

hiE1h

21

2

250MPa

n

hx

h

i1

i

h10.2m

0.26ln(hx)0.860.26ln0.20.860.442

Et(

ExE0

)E0(



22090

)

0.442

90141.3MPa

板底地基综合回弹模量Et取为141 MPa。

混凝土面层板的弯曲刚度Dc[式（B.2.2-3）]、半刚性基层板的弯曲刚度

Db[（式

B.4.1-2）]，路面结构总体相对刚度半径rg[式(B.4.1-3)]为：

Dc

Echc

32c

12(1v)Ebhb

32



310000.28

2

3

12(10.15)40000.08

23

58MNm

Db

12(1vb)



12(10.2)

0.17MNm

rg1.21(

DcDb

Et

)

1/3

1.21(

580.17141

)

1/3

0.901m

（3）荷载应力：

按式（B.4.1-1），标准轴载





1.45101

Db

3

ps

r

0.65

g

h

2c

ps

0.94



1.451010.17

3

0.901

0.65

0.28

2

100

0.94

1.307MPa

Dc

3

58

3

0.65

2

0.94



pm



1.45101

Db

r

0.65g

h

2c

pm

0.94



1.451010.17

0.9010.28190

2.390MPa

Dc

按式（B.2.1）计算面层荷载疲劳应力，按式（B.2.6）计算面层最大荷载

应力。



pr

KrKfKc

krkc

ps

0.872.5881.151.3043.38MPa

0.871.152.3902.39MPa

p,maxpm

其中，应力折减系数kr=0.87（B.2.条），综合系数kc=1.15（表B.2.1），疲劳应力系数KfNe17567797（4）温度应力

由表3.0.1.0，最大温度梯度取Tg88℃/m，按B.3.3和B.5.2计算综合温度翘

曲应力和内力的温度应力系数BL。

kn

12(hcEc

hbEb

)

1

v0.057

2.588，[式（B.2.3-D）].



12

(

0.2831000



0.083800

)

1

16620MPa/m

[

DcDb

(DcDb)k

4

3

n

]

1/4

[

580.17(580.17)16620

4

]

1/4

0.056m



(knrgDc)(knrDc)

4

3

g



(166200.90158)0.056

4

33

(166200.05658)0.901

0.046

t

L3rg



530.901

1.85

CL1(0.779

1

1cos(1.85)sin(1.85)sinh(1.85)cosh(1.85)

)

sinh(1.85)cos(1.85)cosh(1.85)sin(1.85)

BL1.77e

4.48hc

CL0.131(1CL)

4.480.27

1.772.71820.7790.131(10.7779)0.364

按式（B.3.2）计算面层最大温度应力:

t,max

cEchcTg

2

BL

1110

6

310000.2888

2

0.3641.53MPa

温度疲劳应力系数kt，按式（B.3.4）计算：

kt

fr

[at(

t,max

fr

t,max

)tCt]

b

5.01.53

[0.841(

1.535.0

)

1.323

0.058]0.384

按式（B.3.1）计算温度疲劳应力：

trktt,max0.3841.530.59MPa

（5）结构极限状态：

查表3.0.4，一级安全等级，底变异水平条件下，可靠度系数取1.20。按式（3.0.4-1）和式（3.0.4-2）校核路面结构极限状态是否满足要求：

(

pr

tr)1.20(3.380.59)4.77MPafr5.0MPa t,max)1.20(2.391.53)4.71MPafr5.0MPa

(

p,max

拟定的由计算厚度0.27m的普通混凝土面层和厚度0.08m的ATB-25基层

以及厚度0.2m的级配碎石底基层组成的路面结构满足要求，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，以及最重轴载在最大温度梯度时的一次作用。

Ⅱ.假定路基为中湿状态： （1）初拟路面结构

施工变异水平取低等级。根据高速公路重交通荷载等级和底变异水平等级，

查表4-3，初拟普通混凝土面层厚度为h=0.28m，ATB-25基层hb0.08m，底基层选用级配碎石厚h10.2m，垫层厚度为h20.18m的天然砂砾。普通混凝土面层板的平面尺寸为宽3.75m，长5.0m。纵缝设拉杆平缝，横缝设传力杆的假缝。硬路肩面层采用与行车道面层等厚的混凝土，并设拉杆与行车道相连。

（2）路面材料参数的确定

1、混凝土的设计弯拉强度与弯拉弹性模量

按表3.0.8和附录E.0.3，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa，相应的弯拉弹性模量与泊松比为31GPa、0.15，碎石粗集料混凝土的线膨胀系数

c1110

6

/℃。

2、土基的回弹模量

查表E.0.1-1，取低液限粘土（CL）的回弹模量为90MPa，查表E.0.1-2，取距地下水位3.0m时，温度调整系数为0.90，由此路床顶综合回弹模量取为

900.90=81MPa

。查附录E.0.2，ATB-25基层的弹性模量取3800MPa，泊松比

取0.20，级配碎石底基层回弹模量取250MPa，泊松比取0.35，天然砂砾垫层回弹模量取120MPa。

按式(B.2.4-1) 式（B.2.4-4）计算板底地基综合回弹模量如下：

n

n

2i

Ex

(h

i1

Ei)/h

i1n

2i

0.22200.18120

0.20.18

2

2

22

191.82MPa

hx

h

i1

i

h1h10.20.180.38m

0.26ln(hx)0.860.26ln0.380.860.608

Et(

ExE0

)E0(



191.8281

)

0.563

81136.9MPa

板底地基综合回弹模量Et取为137MPa。

混凝土面层板的弯曲刚度Dc[式（B.2.2-3）]、半刚性基层板的弯曲刚度

Db[（式

B.4.1-2）]，路面结构总体相对刚度半径rg[式(B.4.1-3)]为：

Dc

Echc

32c

12(1v)Ebhb

32



310000.28

2

3

12(10.15)

3

58.0MNm

Db

12(1vb)



38000.08

2

12(10.25)

0.17MNm

rg1.21(

DcDb

Et

)

1/3

1.21(

580.17137

)

1/3

0.910m

（3）荷载应力：

按式（B.4.1-1），标准轴载



ps



1.45101

Db

3

r

0.65

g

h

2c

ps

0.94



1.451010.17

3

0.910

0.65

0.28

2

100

0.94

1.315MPa

Dc

3

58

3



pm



1.45101

Db

r

0.65g

h

2c

pm

0.94



1.451010.17

0.910

0.65

0.28

2

190

0.94

2.405MPa

Dc

58

按式（B.2.1）计算面层荷载疲劳应力，按式（B.2.6）计算面层最大荷载

应力。



pr

KrKfKc

krkc

ps

0.872.5881.151.3153.41MPa

0.871.152.4052.41MPa

p,maxpm

其中，应力折减系数kr=0.87（B.2.条），综合系数kc=1.15（表B.2.1），疲劳应力系数KfNe17567797（4）温度应力

由表3.0.1.0，最大温度梯度取Tg88℃/m，按B.3.3和B.5.2计算综合温度翘

曲应力和内力的温度应力系数BL。

kn

12(hcEc

hbEb

)

1

v0.057

2.588，[式（B.2.3-D）].



12

(

0.2831000



0.083800

)

1

16620MPa/m

[

DcDb

(DcDb)k

4

3n

]

1/4

[

580.17(580.17)16620

4

]

1/4

0.056m



(knrgDc)(knrDc)

4

3

g



(166200.9158)0.11

4

33

(166200.05658)0.91

0.047

t

L3rg



530.91

1.83

CL1(0.768

1

1cos(1.83)sin(1.83)sinh(1.83)cosh(1.83)

)

sinh(1.83)cos(1.83)cosh(1.83)sin(1.83)

BL1.77e

4.48hc

CL0.131(1CL)

4.480.27

1.772.71820.7680.131(10.768)0.357

按式（B.3.2）计算面层最大温度应力:

t,max

cEchcTg

2

BL

1110

6

310000.2888

2

0.3571.50MPa

温度疲劳应力系数kt，按式（B.3.4）计算：

kt

fr

[at(

t,max

fr

t,max

)tCt]

b

5.01.50

[0.841(

1.505.0

)

1.323

0.058]0.377

按式（B.3.1）计算温度疲劳应力：

trktt,max0.3771.500.57MPa

（5）结构极限状态：

查表3.0.4，一级安全等级，底变异水平条件下，可靠度系数取1.20。按式（3.0.4-1）和式（3.0.4-2）校核路面结构极限状态是否满足要求：

(

pr

tr)1.20(3.410.57)4.77MPafr5.0MPa t,max)1.20(2.411.50)4.70MPafr5.0MPa

(

p,max

拟定的由计算厚度0.28m的普通混凝土面层、厚度0.08m的ATB-25基层、

厚度为0.12m的级配碎石底基层和厚度为0.18m的天然砂砾垫层组成的路面结构满足要求，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，以及最重轴载在最大温度梯度时的一次作用。

Ⅲ.假定路基为潮湿状态： （1）初拟路面结构

施工变异水平取低等级。根据高速公路重交通荷载等级和底变异水平等级，

查表4-3，初拟普通混凝土面层厚度为h=0.28m，ATB-25基层hb0.08m，底基层选用级配砾石厚h10.20m，垫层厚度为h20.20m的天然砂砾。普通混凝土面层板的平面尺寸为宽3.75m，长5.0m。纵缝设拉杆平缝，横缝设传力杆的假缝。硬路肩面层采用与行车道面层等厚的混凝土，并设拉杆与行车道相连。

（2）路面材料参数的确定

1、混凝土的设计弯拉强度与弯拉弹性模量

按表3.0.8和附录E.0.3，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa，相应的弯拉弹性模量与泊松比为31GPa、0.15，砾石粗集料混凝土的线膨胀系数

c1110

6

/℃。

2、土基的回弹模量

查表E.0.1-1，取粘土质砾（SC）的回弹模量为80MPa，查表E.0.1-2，取距地下水位3.0m时，温度调整系数为0.90，由此路床顶综合回弹模量取为

800.90=72MPa

。查附录E.0.2，ATB-25基层的弹性模量取3800MPa，泊松比

取0.20，级配砾石底基层回弹模量取220MPa，泊松比取0.35，天然砂砾垫层回弹模量取120MPa。

按式(B.2.4-1) 式（B.2.4-4）计算板底地基综合回弹模量如下：

n

n

2

i

Ex

(h

i1

Ei)/h

i1n

2i

0.202200.2120

0.20.2

2

2

22

185MPa

hx

h

i1

i

h2h10.20.20.4m

0.26ln(hx)0.860.26ln0.40.860.622

Et(

ExE0

)E0(



18572

)

0.579

72129.5MPa

板底地基综合回弹模量Et取为130MPa。

混凝土面层板的弯曲刚度Dc[式（B.2.2-3）]、半刚性基层板的弯曲刚度

Db[（式

B.4.1-2）]，路面结构总体相对刚度半径rg[式(B.4.1-3)]为：

Dc

Echc

32c

12(1v)Ebhb

32



310000.28

2

3

12(10.15)

3

58MNm

Db

12(1vb)



38000.08

2

12(10.25)

0.17MNm

rg1.21(

DcDb

Et

)

1/3

1.21(

5580.17

185

)

1/3

0.926m

（3）荷载应力：

按式（B.4.1-1），标准轴载





1.45101

Db

3

ps

r

0.65

g

h

2c

ps

0.94



1.451010.17

3

0.926

0.65

0.28

2

100

0.94

1.330MPa

Dc

3

58



pm



1.45101

Db

r

0.65g

h

2c

pm

0.94



1.451010.17

3

0.926

0.65

0.28

2

190

0.94

2.432MPa

Dc

58

按式（B.2.1）计算面层荷载疲劳应力，按式（B.2.6）计算面层最大荷载

应力。



pr

KrKfKc

krkc

ps

0.872.5881.151.3303.44MPa

0.871.152.4322.43MPa

p,maxpm

其中，应力折减系数kr=0.87（B.2.条），综合系数kc=1.15（表B.2.1），疲劳应力系数KfNe17567797（4）温度应力

由表3.0.1.0，最大温度梯度取Tg88℃/m，按B.3.3和B.5.2计算综合温度翘

曲应力和内力的温度应力系数BL。

kn

12(hcEc

hbEb

)

1

v0.057

2.588，[式（B.2.3-D）].



12

(

0.2831000



0.083800

)

1

16620MPa/m

[

DcDb

(DcDb)k

n

]

1/4

[

580.17(580.17)16620

]

1/4

0.056m



(knrgDc)

4

433

(knrDc)g



(166200.92658)0.056

4

43

(166200.05658)0.926L

530.926

1.8

0.048

t

3rg

CL1(

1

1cos(1.8)sin(1.8)sinh(1.8)cosh(1.8)

)

sinh(1.8)cos(1.8)cosh(1.8)sin(1.8)

0.748m

BL1.77e

4.48hc

CL0.131(1CL)

4.480.28

1.772.71820.7480.131(10.748)0.345

按式（B.3.2）计算面层最大温度应力:

t,max

cEchcTg

2

BL

1110

6

310000.2888

2

0.3451.45MPa

温度疲劳应力系数kt，按式（B.3.4）计算：

kt

fr

[at(

t,max

fr

t,max

)tCt]

b

5.01.45

[0.841(

1.455.0

)

1.323

0.058]0.363

按式（B.3.1）计算温度疲劳应力：

trktt,max0.3631.450.53MPa

（5）结构极限状态：

查表3.0.4，一级安全等级，底变异水平条件下，可靠度系数取1.20。按式（3.0.4-1）和式（3.0.4-2）校核路面结构极限状态是否满足要求：

(

pr

tr)1.20(3.440.53)4.76MPafr5.0MPa t,max)1.20(2.431.45)4.66MPafr5.0MPa

(

p,max

拟定的由计算厚度0.27m的普通混凝土面层、厚度0.08m的ATB-25基层、

厚度为0.2m的级配碎石底基层和厚度为0.2m的天然砂砾垫层组成的路面结构满足要求，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，以及最重轴载在最大温度梯度时的一次作用。

5.5.2 方案二

I. 路基为干燥状态： （1）初拟路面结构

施工变异水平取低等级。根据高速公路重交通荷载等级和底变异水平等级，查表4-3，初拟普通混凝土面层厚度为h=0.28m，水泥稳定碎石基层（7天无侧限抗压4MPa）底基层选用水泥稳定碎石基层（7天无侧限抗压3MPa）hb=0.16m，

h1=0.16m

。普通混凝土面层板的平面尺寸为宽3.75m，长5.0m。纵缝设拉杆平

缝，横缝设传力杆的假缝。硬路肩面层采用与行车道面层等厚的混凝土，并设拉杆与行车道相连。

（2）路面材料参数的确定

1、混凝土的设计弯拉强度与弯拉弹性模量

按表3.0.8和附录E.0.3，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa，相应的弯拉弹性模量与泊松比为31GPa、0.15，砾石粗集料混凝土的线膨胀系数

c1110

6

/℃。

2、土基的回弹模量

查表E.0.1-1，取低液限粘土（CL）的回弹模量为100MPa，查表E.0.1-2，取距地下水位3.0m时，温度调整系数为0.90，由此路床顶综合回弹模量取为

1000.9=90MPa。查附录

E.0.2，水泥稳定碎石基层（7天无侧限抗压4MPa）基

层的弹性模量取1600MPa，泊松比取0.20，水泥稳定碎石基层（7天无侧限抗压3MPa）底基层回弹模量取1400MPa，泊松比取0.2。

按式(B.2.4-1) 式（B.2.4-4）计算板底地基综合回弹模量如下：

n

n

2

i

Ex

(h

i1

Ei)/

h

i1

2i



hiE1h1

2

2

1400MPa

n

hx

h

i1

i

h10.16m

0.26ln(hx)0.860.26ln0.160.860.384

Et(

ExE0

)E0(



140090

)

0.384

90257.8MPa

板底地基综合回弹模量Et取为258 MPa。

混凝土面层板的弯曲刚度Dc[式（B.2.2-3）]、半刚性基层板的弯曲刚度

Db[（式

B.4.1-2）]，路面结构总体相对刚度半径rg[式(B.4.1-3)]为：

Dc

Echc

32

12(1vc)

Ebhb

32b



310000.28

2

3

12(10.15)16000.16

23

58.0MNm

Db

12(1v)



12(10.25)

0.57MNm

rg1.21(

DcDb

Et

)

1/3

1.21(

58.00.57

258

)

1/3

0.738m

（3）荷载应力：

按式（B.4.1-1），标准轴载





1.45101

Db

3

ps

r

0.65

g

h

2c

ps

0.94



1.451010.57

3

0.738

0.65

0.28

2

100

0.94

1.141MPa

Dc

3

58.0

3



pm



1.45101

Db

r

0.65g

h

2c

pm

0.94



1.451010.57

0.738

0.65

0.28

2

190

0.94

2.085MPa

Dc

58.0

按式（B.2.1）计算面层荷载疲劳应力，按式（B.2.6）计算面层最大荷载

应力。



pr

krkfkckrkc

ps

0.872.5881.151.1412.95MPa0.871.152.0852.09MPa



p,maxpm

其中，应力折减系数kr=0.88（B.2.条），综合系数kc=1.15（表B.2.1），疲劳应力系数KfNe17567797（4）温度应力

由表3.0.1.0，最大温度梯度取Tg88℃/m，按B.3.3和B.5.2计算综合温度翘

曲应力和内力的温度应力系数BL。

v

0.057

2.588，[式（B.2.3-D）].

kn

12

(

hcEc



hbEb

)

1



12

(

0.2831000



0.161600

)

1

4586MPa/m

[

DcDb

(DcDb)k

4

33

n

]

1/4

[

58.00.57(58.00.57)4586

4

]

1/4

0.105m



(knrgDc)

4

(knrDc)g



(45860.73858.0)0.105(45860.10558.0)0.738

530.738

2.26

4

33

0.066

t

L3rg

CL1(0.969

1

1cos(2.26)sin(2.26)sinh(2.26)cosh(2.26)

)

sinh(2.26)cos(2.26)cosh(2.26)sin(2.26)

BL1.77e

4.48hc

CL0.131(1CL)

4.480.27

1.772.71820.9690.131(10.969)0.485

按式（B.3.2）计算面层最大温度应力:

t,max

cEchcTg

2

BL

1110

6

310000.2888

2

0.4852.04MPa

温度疲劳应力系数kt，按式（B.3.4）计算：

kt

fr

[at(

t,max

fr

t,max

)tCt]

b

5.02.04

[0.841(

2.045.0

)

1.323

0.058]0.487

按式（B.3.1）计算温度疲劳应力：

trktt,max0.4872.040.99MPa

（5）结构极限状态：

查表3.0.4，一级安全等级，底变异水平条件下，可靠度系数取1.30。按式（3.0.4-1）和式（3.0.4-2）校核路面结构极限状态是否满足要求：

((

pr

tr)1.20(2.950.99)4.74MPafr5.0MPa t,max)1.20(2.092.04)4.95MPafr5.0MPa

p,max

拟定的由计算厚度0.28m的普通混凝土面层和厚度0.16m的水泥稳定碎

石基层（7天无侧限抗压4MPa）基层以及厚度0.16m的水泥稳定碎石基层（7

天无侧限抗压3MPa）底基层组成的路面结构满足要求，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，以及最重轴载在最大温度梯度时的一次作用。

Ⅱ.假定路基为中湿状态： （1）初拟路面结构

施工变异水平取低等级。根据高速公路重交通荷载等级和底变异水平等级，查表4-3，初拟普通混凝土面层厚度为h=0.28m，水泥稳定碎石基层（7天无侧限抗压4MPa）基层hb=0.16m，底基层选用水泥稳定碎石基层（7天无侧限抗压3MPa）厚h1=0.16m，垫层厚度为h2=0.16m的天然砂砾。普通混凝土面层板的平面尺寸为宽3.75m，长5.0m。纵缝设拉杆平缝，横缝设传力杆的假缝。硬路肩面层采用与行车道面层等厚的混凝土，并设拉杆与行车道相连。

（2）路面材料参数的确定

1、混凝土的设计弯拉强度与弯拉弹性模量

按表3.0.8和附录E.0.3，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa，相应的弯拉弹性模量与泊松比为31GPa、0.15，砾石粗集料混凝土的线膨胀系数

c1110

6

/℃。

2、土基的回弹模量

查表E.0.1-1，取低液限粘土（CL）的回弹模量为90MPa，查表E.0.1-2，取距地下水位3.0m时，温度调整系数为0.90，由此路床顶综合回弹模量取为

900.90=81MPa

。查附录E.0.2，水泥稳定碎石基层（7天无侧限抗压4MPa）基

层的弹性模量取1600MPa，泊松比取0.20，水泥稳定碎石基层（7天无侧限抗压3MPa）底基层回弹模量取1400MPa，泊松比取0.2，天然砂砾垫层回弹模量取120MPa。

按式(B.2.4-1) 式（B.2.4-4）计算板底地基综合回弹模量如下：

n

n

2

i

Ex

(h

i1

Ei)/h

i1n

2i

0.1614000.16120

0.160.16

2

2

22

760MPa

hx

h

i1

i

h1h20.160.160.32m

0.26ln(hx)0.860.26ln0.320.860.563

Et(

ExE0

)E0(



76081

)

0.563

81286.2MPa

板底地基综合回弹模量Et取为286MPa。

混凝土面层板的弯曲刚度Dc[式（B.2.2-3）]、半刚性基层板的弯曲刚度

Db[（式

B.4.1-2）]，路面结构总体相对刚度半径rg[式(B.4.1-3)]为：

Dc

Echc

32

12(1vc)Ebhb

32b



310000.28

2

3

12(10.15)

3

58.0MNm

Db

12(1v)



14000.16

2

12(10.25)

0.57MNm

rg1.21(

DcDb

Et

)

1/3

1.21(

52.00.57

286

)

1/3

0.713m

（3）荷载应力：

按式（B.4.1-1），标准轴载



ps



1.45101

Db

3

r

0.65

g

h

2c

ps

0.94



1.451010.57

3

0.713

0.65

0.28

2

100

0.94

1.115MPa

Dc

3

58.0

3



pm



1.45101

Db

r

0.65g

h

2c

pm

0.94



1.451010.57

0.713

0.65

0.28

2

190

0.94

2.039MPa

Dc

按式（B.2.1）计算面层荷载疲劳应力，按式（B.2.6）计算面层最大荷载

应力。



pr

krkfkckrkc

ps

0.872.5881.151.1152.89MPa0.871.152.0392.04MPa

p,maxpm

其中，应力折减系数kr=0.87（B.2.条），综合系数kc=1.15（表B.2.1），疲劳应力系数KfNe17567797（4）温度应力

v

0.057

2.588，[式（B.2.3-D）].

由表3.0.1.0，最大温度梯度取Tg88℃/m，按B.3.3和B.5.2计算综合温度翘

曲应力和内力的温度应力系数BL。

kn

12(hcEc

hbEb

)

1



12

(

0.2831000



0.161600

)

1

4586MPa/m

[

DcDb

(DcDb)k

4

3

n

]

1/4

[

58.00.57(58.00.57)4586

4

]

1/4

0.105m



(knrgDc)(knrDc)

4

3g



(45860.71358.0)0.105(45860.10558.0)0.713

4

33

0.063

t

L3rg



530.713

2.34

CL1(0.992

1

1cos(2.34)sin(2.34)sinh(2.34)cosh(2.34)

)

sinh(2.34)cos(2.34)cosh(2.34)sin(2.34)

BL1.77e

4.48hc

CL0.131(1CL)

4.480.28

1.772.71820.9920.131(10.992)0.5

按式（B.3.2）计算面层最大温度应力:

t,max

cEchcTg

2

BL

1110

6

310000.2888

2

0.52.10MPa

温度疲劳应力系数kt，按式（B.3.4）计算：

kt

fr

[at(

t,max

fr

t,max

)tCt]

b

5.02.1

[0.841(

2.15.0

)

1.323

0.058]0.498

按式（B.3.1）计算温度疲劳应力：

trktt,max0.4982.11.05MPa

（5）结构极限状态：

查表3.0.4，一级安全等级，底变异水平条件下，可靠度系数取1.20。按式（3.0.4-1）和式（3.0.4-2）校核路面结构极限状态是否满足要求：

(

pr

tr)1.20(2.890.1.05)4.72MPafr5.0MPa

(

p,max

t,max)1.20(2.042.10)4.97MPafr5.0MPa

拟定的由计算厚度0.28m的普通混凝土面层、厚度0.16m的水泥稳定碎

石基层（7天无侧限抗压4MPa）基层、厚度为0.16m的水泥稳定碎石基层（7天无侧限抗压3MPa）底基层和厚度为0.16m的天然砂砾垫层组成的路面结构满足要求，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，以及最重轴载在最大温度梯度时的一次作用。

Ⅲ.假定路基为潮湿状态： （1）初拟路面结构

施工变异水平取低等级。根据高速公路重交通荷载等级和底变异水平等级，查表4-3，初拟普通混凝土面层厚度为h=0.28m，水泥稳定碎石基层（7天无侧限抗压4MPa）基层hb=0.16m，底基层水泥稳定碎石（7天无侧限抗压3MPa）厚h1=0.16m，垫层厚度为h2=0.18m的天然砂砾。普通混凝土面层板的平面尺寸为宽3.75m，长5.0m。纵缝设拉杆平缝，横缝设传力杆的假缝。硬路肩面层采用与行车道面层等厚的混凝土，并设拉杆与行车道相连。

（2）路面材料参数的确定

1、混凝土的设计弯拉强度与弯拉弹性模量

按表3.0.8和附录E.0.3，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa，相应的弯拉弹性模量与泊松比为31GPa、0.15，砾石粗集料混凝土的线膨胀系数

c1110

6

/℃。

2、土基的回弹模量

查表E.0.1-1，取粘土质砾（SC）的回弹模量为80MPa，查表E.0.1-2，取距地下水位3.0m时，温度调整系数为0.90，由此路床顶综合回弹模量取为

800.90=72MPa

。查附录E.0.2，水泥稳定碎石基层（7天无侧限抗压4MPa）

的弹性模量取1600MPa，泊松比取0.20，水泥稳定碎石基层（7天无侧限抗压3MPa）回弹模量取220MPa，泊松比取0.2，天然砂砾垫层回弹模量取120MPa。

按式(B.2.4-1) 式（B.2.4-4）计算板底地基综合回弹模量如下：

nn

2i

Ex

(h

i1

Ei)/h

i1n

2i

0.1614000.18120

0.160.18

2

2

22

648.96MPa

hx

h

i1

i

h1h20.160.180.34m

0.26ln(hx)0.860.26ln0.340.860.58

Et(

ExE0

)E0(



684.9672

)

0.579

72265.6MPa

板底地基综合回弹模量Et取为266MPa。

混凝土面层板的弯曲刚度Dc[式（B.2.2-3）]、半刚性基层板的弯曲刚度

Db[（式

B.4.1-2）]，路面结构总体相对刚度半径rg[式(B.4.1-3)]为：

Dc

Echc

32

12(1vc)Ebhb

32b



310000.28

2

3

12(10.15)

3

58MNm

Db

12(1v)



16000.16

2

12(10.25)

1/3

0.57MNm

rg1.21(

DcDb

Et

)1.21(

580.57266

)

1/3

0.731m

（3）荷载应力：

按式（B.4.1-1），标准轴载





1.45101

Db

3

ps

r

0.65

g

h

2c

ps

0.94



1.451010.57

3

0.731

0.65

0.28

2

100

0.94

1.133MPa

Dc

3

58



pm



1.45101

Db

r

0.65g

h

2c

pm

0.94



1.451010.57

3

0.731

0.65

0.28

2

190

0.94

2.071MPa

Dc

58

按式（B.2.1）计算面层荷载疲劳应力，按式（B.2.6）计算面层最大荷载

应力。



pr

krkfkckrkc

ps

0.872.5881.151.1332.93MPa0.871.152.0712.07MPa

p,maxpm

其中，应力折减系数kr=0.87（B.2.条），综合系数kc=1.15（表B.2.1），疲劳应力系数KfNe17567797（4）温度应力

由表3.0.1.0，最大温度梯度取Tg88℃/m，按B.3.3和B.5.2计算综合温度翘

曲应力和内力的温度应力系数BL。

kn

12(hcEc

hbEb

)

1

v0.057

2.588，[式（B.2.3-D）].



12

(

0.2831000



0.161600

)

1

4586MPa/m

[

DcDb

(DcDb)k

4

3

n

]

1/4

[

58.00.57(58.00.57)4586

4

]

1/4

0.105m



(knrgDc)(knrDc)

4

3

g



(45860.73158.0)0.105(45860.10558.0)0.731

530.731

2.28

4

33

0.065

t

L3rg

CL1(

1

1cos(2.28)sin(2.28)sinh(2.28)cosh(2.28)

)

sinh(2.28)cos(2.28)cosh(2.28)sin(2.28)

0.976m

BL1.77e

4.48hc

CL0.131(1CL)

4.480.30

1.772.71820.9760.131(10.976)0.49

按式（B.3.2）计算面层最大温度应力:

t,max

cEchcTg

2

BL

1110

6

310000.2888

2

0.492.06MPa

温度疲劳应力系数kt，按式（B.3.4）计算：

kt

fr

[at(

t,max

fr

t,max

)tCt]

b

5.02.06

[0.841(

2.065.0

)

1.323

0.058]0.49

按式（B.3.1）计算温度疲劳应力：

trktt,max0.492.061.01MPa

（5）结构极限状态：

查表3.0.4，一级安全等级，底变异水平条件下，可靠度系数取1.20。

按式（3.0.4-1）和式（3.0.4-2）校核路面结构极限状态是否满足要求：

((

pr

tr)1.20(2.931.01)4.73MPafr5.0MPa t,max)1.20(2.072.06)4.96MPafr5.0MPa

p,max

拟定的由计算厚度0.27m的普通混凝土面层、厚度0.16m的水泥稳定碎

石基层（7天无侧限抗压4MPa）、厚度为0.16m的水泥稳定碎石基层（7天无侧限抗压3MPa）底基层和厚度为0.18m的天然砂砾垫层组成的路面结构满足要求，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，以及最重轴载在最大温度梯度时的一次作用。 5.5.3 方案三

I. 路基为干燥状态： （1）初拟路面结构

施工变异水平取低等级。根据高速公路重交通荷载等级和底变异水平等级，查表4-3，初拟普通混凝土面层厚度为h=0.28m，水泥稳定碎石基层（7天无侧限抗压4MPa）h10.2m，底基层选用级配碎石厚h2=0.16m。普通混凝土面层板的平面尺寸为宽3.75m，长5.0m。纵缝设拉杆平缝，横缝设传力杆的假缝。硬路肩面层采用与行车道面层等厚的混凝土，并设拉杆与行车道相连。

（2）路面材料参数的确定

1、混凝土的设计弯拉强度与弯拉弹性模量

按表3.0.8和附录E.0.3，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa，相应的弯拉弹性模量与泊松比为31GPa、0.15，砾石粗集料混凝土的线膨胀系数

c1110

6

/℃。

2、土基的回弹模量

查表E.0.1-1，取低液限粘土（CL）的回弹模量为100MPa，查表E.0.1-2，取距地下水位3.0m时，温度调整系数为0.90，由此路床顶综合回弹模量取为

1000.90=90MPa

。查附录E.0.2，水泥稳定碎石基层（7天无侧限抗压4MPa）

的弹性模量取1600MPa，泊松比取0.20，级配砾石底基层回弹模量取250MPa，泊松比取0.35。

按式(B.2.4-1) 式（B.2.4-4）计算板底地基综合回弹模量如下：

nn

2i

Ex

(h

i1

Ei)/h

i1

2i

hiE1h

21

2

250MPa

n

hx

h

i1

i

h10.16m

0.26ln(hx)0.860.26ln0.160.860.384

Et(

ExE0

)E0(



25090

)

0.383

90133.2MPa

板底地基综合回弹模量Et取为133MPa。

混凝土面层板的弯曲刚度Dc[式（B.2.2-3）]、半刚性基层板的弯曲刚度

Db[（式

B.4.1-2）]，路面结构总体相对刚度半径rg[式(B.4.1-3)]为：

Dc

Echc

32

12(1vc)

Ebhb

32b



310000.28

2

3

12(10.15)16000.2

32

58.0MNm

Db

12(1v)



12(10.25)

1.11MNm

rg1.21(

DcDb

Et

)

1/3

1.21(

58.01.11

133

)

1/3

0.923m

（3）荷载应力：

按式（B.4.1-1），标准轴载





1.45101

Db

3

ps

r

0.65

g

h

2c

ps

0.94



1.451013

0.923

0.65

0.28

2

100

0.94

1.307MPa

Dc

3

58.0

3

0.65

2

0.94



pm



1.45101

Db

r

0.65g

h

2c

pm

0.94



1.451010.9230.281902.39MPa

Dc

按式（B.2.1）计算面层荷载疲劳应力，按式（B.2.6）计算面层最大荷载

应力。



pr

krkfkckrkc

ps

0.872.5881.151.3073.38MPa0.871.152.392.39MPa

p,maxpm

其中，应力折减系数kr=0.87（B.2.条），综合系数kc=1.15（表B.2.1），疲劳应力

系数KfNe17567797（4）温度应力

v0.057

2.588，[式（B.2.3-D）].

由表3.0.1.0，最大温度梯度取Tg88℃/m，按B.3.3和B.5.2计算综合温度翘

曲应力和内力的温度应力系数BL。

kn

12(hcEc

hbEb

)

1



12

(

0.2831000



0.21600

)

1

3730MPa/m

[

DcDb

(DcDb)k

4

33

n

]

1/4

[

58.01.11(58.01.11)3730

4

]

1/4

0.131m



(knrgDc)

4

(knrDc)g



(37300.92358.0)0.131(37300.13158.0)0.923L

530.923

1.8

4

33

0.132

t

3rg

CL1(0.769

1

1cos(1.8)sin(1.8)sinh(1.8)cosh(1.8)

)

sinh(1.8)cos(1.8)cosh(1.8)sin(1.8)

BL1.77e

4.48hc

CL0.131(1CL)

4.480.28

1.772.71820.7690.131(10.769)0.358

按式（B.3.2）计算面层最大温度应力:

t,max

cEchcTg

2

BL

1110

6

310000.2888

2

0.3581.51MPa

温度疲劳应力系数kt，按式（B.3.4）计算：

kt

fr

[at(

t,max

fr

t,max

)tCt]

b

5.01.51

[0.841(

1.515.0

)

1.323

0.058]0.378

按式（B.3.1）计算温度疲劳应力：

trktt,max0.3781.510.57MPa

（5）结构极限状态：

查表3.0.4，一级安全等级，底变异水平条件下，可靠度系数取1.20。按式（3.0.4-1）和式（3.0.4-2）校核路面结构极限状态是否满足要求：

(

pr

tr)1.20(3.380.57)4.74MPafr5.0MPa t,max)1.20(2.391.51)4.68MPafr5.0MPa

(

p,max

拟定的由计算厚度0.28m的普通混凝土面层和厚度0.2m的水泥稳定碎石

基层（7天无侧限抗压4MPa）以及厚度0.16m的级配碎石底基层组成的路面结构满足要求，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，以及最重轴载在最大温度梯度时的一次作用。

Ⅱ.假定路基为中湿状态： （1）初拟路面结构

施工变异水平取低等级。根据高速公路重交通荷载等级和底变异水平等级，查表4-3，初拟普通混凝土面层厚度为h=0.28m，水泥稳定碎石基层（7天无侧限抗压4MPa）hb0.2m，底基层选用级配砾石厚h1=0.16m，垫层厚度为

h2=0.16m的天然砂砾。普通混凝土面层板的平面尺寸为宽3.75m，长

5.0m。纵

缝设拉杆平缝，横缝设传力杆的假缝。硬路肩面层采用与行车道面层等厚的混凝土，并设拉杆与行车道相连。

（2）路面材料参数的确定

1、混凝土的设计弯拉强度与弯拉弹性模量

按表3.0.8和附录E.0.3，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa，相应的弯拉弹性模量与泊松比为31GPa、0.15，砾石粗集料混凝土的线膨胀系数

c1110

6

/℃。

2、土基的回弹模量

查表E.0.1-1，取低液限粘土（CL）的回弹模量为90MPa，查表E.0.1-2，取距地下水位3.0m时，温度调整系数为0.90，由此路床顶综合回弹模量取为

900.90=81MPa

。查附录E.0.2，水泥稳定碎石基层（7天无侧限抗压4MPa）的

弹性模量取1600MPa，泊松比取0.20，级配碎石底基层回弹模量取250MPa，泊松比取0.35，天然砂砾垫层回弹模量取120MPa。

按式(B.2.4-1) 式（B.2.4-4）计算板底地基综合回弹模量如下：

nn

2i

Ex

(h

i1

Ei)/h

i1n

2i

0.162500.16120

0.160.16

2

2

22

185MPa

hx

h

i1

i

h1h20.160.160.32m

0.26ln(hx)0.860.26ln0.320.860.564

Et(

ExE0

)E0(



18581

)

0.563

81129.0MPa

板底地基综合回弹模量Et取为129MPa。

混凝土面层板的弯曲刚度Dc[式（B.2.2-3）]、半刚性基层板的弯曲刚度

Db[（式

B.4.1-2）]，路面结构总体相对刚度半径rg[式(B.4.1-3)]为：

Dc

Echc

32

12(1vc)Ebhb

32b



310000.28

2

3

12(10.15)

3

58.0MNm

Db

12(1v)



16000.16

2

12(10.25)

1.11MNm

rg1.21(

DcDb

Et

)

1/3

1.21(

58.01.11

129

)

1/3

0.933m

（3）荷载应力：

按式（B.4.1-1），标准轴载



ps



1.45101

Db

3

r

0.65

g

h

2c

ps

0.94



1.451013

0.933

0.65

0.28

2

100

0.94

1.316MPa

Dc

3

58.0

3



pm



1.45101

Db

r

0.65g

h

2c

pm

0.94



1.451010.933

0.65

0.28

2

190

0.94

2.406MPa

Dc

58.0

按式（B.2.1）计算面层荷载疲劳应力，按式（B.2.6）计算面层最大荷载

应力。



pr

krkfkckrkc

ps

0.872.5881.151.3163.41MPa0.871.152.4062.41MPa



p,maxpm

其中，应力折减系数kr=0.87（B.2.条），综合系数kc=1.15（表B.2.1），疲劳应力系数KfNe17567797（4）温度应力

由表3.0.1.0，最大温度梯度取Tg88℃/m，按B.3.3和B.5.2计算综合温度翘

曲应力和内力的温度应力系数BL。

kn

12(hcEc

hbEb

)

1

v0.057

2.588，[式（B.2.3-D）].



12

(

0.2831000



0.161600

)

1

3730MPa/m

[

DcDb

(DcDb)k

4

3

n

]

1/4

[

58.01.11(58.01.11)3730

4

]

1/4

0.131m



(knrgDc)(knrDc)

4

3

g



(37300.93358.0)0.131(37300.13158.0)0.933

4

33

0.134

t

L3rg



530.933

1.79

CL1(0.759

1

1cos(1.79)sin(1.79)sinh(1.79)cosh(1.79)

)

sinh(1.79)cos(1.79)cosh(1.79)sin(1.79)

BL1.77e

4.48hc

CL0.131(1CL)

4.480.27

1.772.71820.7590.131(10.759)0.352

按式（B.3.2）计算面层最大温度应力:

t,max

cEchcTg

2

BL

1110

6

310000.2888

2

0.3521.42MPa

温度疲劳应力系数kt，按式（B.3.4）计算：

kt

fr

[at(

t,max

fr

t,max

)tCt]

b

5.01.42

[0.841(

1.425.0

)

1.323

0.058]0.357

按式（B.3.1）计算温度疲劳应力：

trktt,max0.3571.420.51MPa

（5）结构极限状态：

查表3.0.4，一级安全等级，底变异水平条件下，可靠度系数取1.20。按式（3.0.4-1）和式（3.0.4-2）校核路面结构极限状态是否满足要求：

(

pr

tr)1.20(3.410.55)4.75MPafr5.0MPa t,max)1.20(2.411.48)4.66MPafr5.0MPa

(

p,max

拟定的由计算厚度0.28m的普通混凝土面层、厚度0.2m的水泥稳定碎石

基层（7天无侧限抗压4MPa）、厚度为0.16m的级配碎石底基层和厚度为0.16m的天然砂砾垫层组成的路面结构满足要求，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，以及最重轴载在最大温度梯度时的一次作用。

Ⅲ.假定路基为潮湿状态： （1）初拟路面结构

施工变异水平取低等级。根据高速公路重交通荷载等级和底变异水平等级，查表4-3，初拟普通混凝土面层厚度为h=0.28m，水泥稳定碎石基层（7天无侧限抗压4MPa ）hb0.2m，底基层选用级配碎石厚h1=0.16m，垫层厚度为

h2=0.18m的天然砂砾。普通混凝土面层板的平面尺寸为宽3.75m，长

5.0m。纵

缝设拉杆平缝，横缝设传力杆的假缝。硬路肩面层采用与行车道面层等厚的混凝土，并设拉杆与行车道相连。

（2）路面材料参数的确定

1、混凝土的设计弯拉强度与弯拉弹性模量

按表3.0.8和附录E.0.3，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa，相应的弯拉弹性模量与泊松比为31GPa、0.15，砾石粗集料混凝土的线膨胀系数

c1110

6

/℃。

2、土基的回弹模量

查表E.0.1-1，取粘土质砾（SC）的回弹模量为80MPa，查表E.0.1-2，取距地下水位3.0m时，温度调整系数为0.90，由此路床顶综合回弹模量取为

800.90=72MPa

。查附录E.0.2，水泥稳定碎石基层（7天无侧限抗压4MPa）

的弹性模量取1600MPa，泊松比取0.20，级配碎石底基层回弹模量取250MPa，

泊松比取0.35，天然砂砾垫层回弹模量取120MPa。

按式(B.2.4-1) 式（B.2.4-4）计算板底地基综合回弹模量如下：

n

n

2i

Ex

(h

i1

Ei)/h

i1n

2i

0.162500.18120

0.160.18

2

2

22

177.379MPa

hx

h

i1

i

h3h20.160.180.34m

0.26ln(hx)0.860.26ln0.340.860.580

Et(

ExE0

)E0(



177.39772

)

0.579

72121.4MPa

板底地基综合回弹模量Et取为121MPa。

混凝土面层板的弯曲刚度Dc[式（B.2.2-3）]、半刚性基层板的弯曲刚度

Db[（式

B.4.1-2）]，路面结构总体相对刚度半径rg[式(B.4.1-3)]为：

Dc

Echc

32c

12(1v)Ebhb

32



310000.28

2

3

12(10.15)

32

58.0MNm

Db

12(1vb)



16000.2

12(10.25)

1.11MNm

rg1.21(

DcDb

Et

)

1/3

1.21(

581.11121

)

1/3

0.950m

（3）荷载应力：

按式（B.4.1-1），标准轴载





1.45101

Db

3

ps

r

0.65

g

h

2c

ps

0.94



1.451013

0.95

0.65

0.28

2

100

0.94

1.332MPa

Dc

3

58.0



pm



1.45101

Db

r

0.65g

h

2c

pm

0.94



1.451013

0.950

0.65

0.28

2

190

0.94

2.435MPa

Dc

58.0

按式（B.2.1）计算面层荷载疲劳应力，按式（B.2.6）计算面层最大荷载

应力。



pr

krkfkckrkc

ps

0.872.5881.151.3323.45MPa0.871.152.4352.44MPa

p,maxpm

其中，应力折减系数kr=0.87（B.2.条），综合系数kc=1.15（表B.2.1），疲劳应力系数KfNe17567797（4）温度应力

由表3.0.1.0，最大温度梯度取Tg88℃/m，按B.3.3和B.5.2计算综合温度翘

曲应力和内力的温度应力系数BL。

kn

12(hcEc

hbEb

)

1

v0.057

2.588，[式（B.2.3-D）].



12

(

0.2831000



0.21600

)

1

3730MPa/m

[

DcDb

(DcDb)k

4

33n

]

1/4

[

58.01.11(58.01.11)3730

4

]

1/4

0.131m



(knrgDc)

4

(knrDc)g



(37300.9558.0)0.131(37300.13158.0)0.95

530.95

1.75

4

33

0.137

t

L3rg

CL1(

1

1cos(1.75)sin(1.75)sinh(1.75)cosh(1.75)

)

sinh(1.75)cos(1.75)cosh(1.75)sin(1.75)

0.739m

BL1.77e

4.48hc

CL0.131(1CL)

4.480.30

1.772.71820.7390.131(10.739)0.339

按式（B.3.2）计算面层最大温度应力:

t,max

cEchcTg

2

BL

1110

6

310000.2888

2

0.3391.42MPa

温度疲劳应力系数kt，按式（B.3.4）计算：

kt

fr

[at(

t,max

fr

t,max

)tCt]

b

5.01.42

[0.841(

1.425.0

)

1.323

0.058]0.357

按式（B.3.1）计算温度疲劳应力：

trktt,max0.3571.420.51MPa

（5）结构极限状态：

查表3.0.4，一级安全等级，底变异水平条件下，可靠度系数取1.20。按式（3.0.4-1）和式（3.0.4-2）校核路面结构极限状态是否满足要求：

(

pr

tr)1.20(3.450.51)4.75MPafr5.0MPa t,max)1.20(2.441.42)4.63MPafr5.0MPa

(

p,max

拟定的由计算厚度0.28m的普通混凝土面层、厚度0.2m的水泥稳定碎石

基层（7天无侧限抗压4MPa）、厚度为0.16m的级配碎石底基层和厚度为0.18m的天然砂砾垫层组成的路面结构满足要求，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，以及最重轴载在最大温度梯度时的一次作用。

5.6 水泥混凝土路面结构设计及方案比选原则与总结

交通分析：水泥混凝土路面设计使用年限为30 年，按交通量增长率为10%，水泥混凝土路面设计年限累计标准轴次为17567797次，属于道路重交通。

本段为Ⅳ5区，路面结构应结合排水系统、交通量对路面结构强度的要求，结合沿线的气候、水文、地形地质筑路材料及施工条件等方面，三个方案中选用的28cm厚的普通水泥混凝土面层均能符合要求。经济方面，以所选基层材料进行比较。方案一和方案三分别选用沥青碎石与级配碎石、水泥稳定碎石与级配碎石组合，虽具有强度和稳定性较高、温宿和干缩性较好、抗冲刷能力较强等性特征，但与能满足各项要求的方案二中基层材料组合相比而言，价格较高，且方案二中基层和底基层材料均选用水泥稳定碎石，方便机械化施工。

综上，对拟定的九种路面结构方案进行比选，选定方案二为最优方案。