公路水泥混凝土路面设计
一、轴载换算
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，按下式换算为标准轴载的作用次数。
（1） ； （2）
（3） ； （4）
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，按式（2）计算；双轴-双轮组时，按式（3）计算；三轴-双轮组时,按式（4)计算。
轴载换算
| 车型 | (KN) | (次/日) | |||
| 小客车 | 前轴 | 16.5 | 665 | 2654 | 0 |
| 后轴 | 23.0 | 1 | 2654 | 0 | |
| 中客车
SH130 |
前轴 | 25.55 | 551 | 756 | 0.0001 |
| 后轴 | 45.10 | 1 | 756 | 0.0022 | |
| 大客车
CA50 |
前轴 | 28.70 | 524.2 | 1631 | 0.0018 |
| 后轴 | 68.20 | 1 | 1631 | 3.5728 | |
| 小货车
BJ130 |
前轴 | 13.40 | 727.3 | 1625 | 0 |
| 后轴 | 27.40 | 1 | 1625 | 0 | |
| 中货车
CA50 |
前轴 | 28.70 | 524.2 | 705 | 0.0008 |
| 后轴 | 68.20 | 1 | 705 | 1.5443 | |
| 中货车
EQ140 |
前轴 | 23.70 | 569.1 | 531 | 0 |
| 后轴 | 69.20 | 1 | 531 | 1.4682 | |
| 大货车
JN150 |
前轴 | 49.00 | 416.5 | 776 | 3.5695 |
| 后轴 | 101.60 | 1 | 776 | 1000.37 | |
| 特大车日野
KB222 |
前轴 | 50.20 | 412.1 | 756 | 5.0674 |
| 后轴 | 104.30 | 1 | 756 | 1482.7595 | |
| 拖挂车
五十铃 |
前轴 | 60.00 | 381.7 | 51 | 5.4918 |
| 后轴 | 100（3轴） | 0 | 51 | 0 | |
| 2503.8457 | |||||
上表为双车道双向交通调查结果， 取交通量年平均增长率为11.1％。小于40KN的轴载可略去。调查分析双向交通的分布情况，选取交通量方向分布系数，一般取0.5，车道数为1，所以交通量车道分布系数取1.0。
Ns=∑0.5×1.0×2503.8457=1251.9228次
查《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)》，此路面属重交通，设计使用年限为20年。由《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)》取轮迹横向分布系数为0.37，可计算得到设计年限内标准轴载累计作用次数Ne为：
=10980291.39次
二、路面板厚度计算
设计道路路基为中湿状态，故按以下步骤进行路面板厚度计算
1、初拟路面结构
查《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)》表4.4.6，初拟普通水泥混泥土路面层厚度为h=0.24m, 基层选用水泥稳定碎石（水泥用量为5％），厚为h1=0.20m。垫层选用厚度为h2=0.20m的天然砂砾。普通水泥混凝土板的平面尺寸宽为4.0m,长为5.0m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆假缝。
2、材料参数的确定
（1）混泥土的设计弯拉强度与弹性模量
按《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)》表3.0.6，取普通混泥土面层的弯拉强度标准值,相应弯拉弹性模量标准值为
（2）土基的回弹模量
参照《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)》附录F，路基回弹模量取。查附录F.2,水泥稳定粒料基层回弹模量取，天然砂砾回弹模量取。
按式（B.1.5）计算基层顶面当量回弹模量如下：
普通混凝土面层的相对刚度半径按（B.1.3-2）计算为
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
因纵缝为设拉平缝，接缝传荷能力的应力折减系数。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。根据公路等级，由《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)》附录B，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数
按式（B.1.2），荷载疲劳应力计算为
4、温度疲劳应力
由《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)》表3.0.8，Ⅲ区最大温度梯度区93℃/m。板长, 由图B.2.2可查普通混凝土板厚,h=0.24m, 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
温度疲劳应力系数，按式（B.2.3）计算为
=0.553
再由式（B2.1）计算温度疲劳应力为
5、可靠度计算
由《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)》表3.0.1，二级公路的安全等级为三级，相应于三级安全等级的变异水平等级为中级，目标可靠度为85%，再根据查的目标可靠度变异水平等级，查《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)》表3.0.3，确定可靠度系数，按式（3.0.3）
因而所选的普通混凝土面层厚度h=0.24m，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。
三、连续配筋混凝土面层纵向配筋计算
1、计算参数
混凝土强度等级为C40，查表F．5，得混凝土抗拉强度标准值=3.5(MPa)，粘结刚度系数=34(MPa/mm)，连续配筋混凝土干缩应变=O.0002。
选用HRB335螺纹钢筋，直径为：16mm，查附录F.4，得到弹性模量Es= 200GPa、屈服强度 =335MPa。
2、横向裂缝间距计算
按式(E.O.2-3)，混凝土温缩应力系数为
初拟配筋率ρ=O.7％，按式(E.O.2-2)，计算钢筋贡献率为
由，查图E.O.2，得b=5.6，代入式(E.0.2-1)中
满足横向裂缝间距1.0～2.5m的要求。
3、裂缝宽度计算
根据钢筋贡献率为，查图E.0.3，得裂缝宽度系数，按式(E.O.3)计算裂缝宽度为
4、钢筋应力计算
根据钢筋贡献率为，查图E.0.4，得钢筋温度应力系数，按式(E.0.4)计算钢筋应力为
=315MPa
5、钢筋间距或根数计算
上述计算均满足要求，则初拟的纵向钢筋配筋率是合适的。
钢筋间距为
四、确定结构层设计参数
根据《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)》的建议值取定路面各结构层适宜厚度，设计水泥混凝土路面方案如下，并按照上面方法进行验算符合要求。
水泥混凝土路面各种设计方案列表如下
| 路基状态 | 结构层 | 层 厚（cm） |
| 中 湿 | 水泥混凝土面层 | 24 |
| 水泥稳定碎石基层 | 20 | |
| 级配碎石底基层 | 20 |
五、板的平面尺寸
水泥混凝土路面设计采用矩形水泥混凝土板，纵向和横向接缝垂直相交，其纵向两侧的横缝不得互相错位。
(1)纵缝间距过宽容易产生纵向断裂，因而规范规定板宽不超过4.5m，由于单侧行车道路面宽6.0m，故设计板宽取为4.0m。
(2)横缝间距取为5.0m，使混凝土板尽可能接近正方形，以改善受力状态。
(3)为使混凝土路面使用寿命较长，设计水泥混凝土板厚为24cm。
六、接缝设计
1、纵缝设计
一次铺筑宽度为3.75m，设置纵向施工缝，纵向施工缝采用平缝形式，上部应锯切槽口，深度为35mm，宽度为6mm，槽内灌塞填缝料。
纵向施工缝（单位：mm）
纵向缩缝：采用假缝形式，锯切的槽口深度应大于施工缝的槽口深度。
纵向缩缝（单位：mm）
2、横向接缝
横向施工缝其位置尽可能选在缩缝或胀缝处。
横向施工缝构造（单位：mm）
横向缩缝可等间距或变间距布置，采用假缝形式，顶部应锯切槽口，深度为面层厚度的1/5-1/4，宽度为6mm，槽内填塞填缝料。
横向缩缝构造（单位：mm）
