公路设计规范.docx

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公路设计规范

1   总则

1．0．1  为适应交通运输发展和公路建设的需要，提高水泥混凝土路面的设计质量和技术

水平，保证工程安全可靠、经济合理，制定本规范。

1．0．2 本规范适用于新建和改建公路和水泥混凝土路面设计。

1．0．3 水泥混凝土路面设计方案，应根据公路的使用任务、性质和要求，结合当地气侯、水文、土质、材料、施工技术、实践经验以及环境保护要求等，通过技术经济分析确定。

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。

1．0．4 水泥混凝土路面设计除应符合本规范外，尚应符合国家现行有关标准的规定。

2   术语、符号

2．1 术语

  2．1．1 水泥混凝土路面cement concrete pavement

          以水泥混凝土做面层（配筋或不配筋）的路面，亦称刚性路面。

  2．1．2 普通混凝土路面plain concrete pavement

         除接缝区和局部范围外面层内均不配筋的水泥混凝土路面，亦称素混凝土路面。

  2．1．3 钢筋混凝土路面jointed reinforced  concrete pavement

         面层内配置纵、横向钢筋或钢筋网并设接缝的水泥混凝土路面。

  2．1．4 连续配筋混凝土路面continuous  reinforced concrete pavement

         面层内配置纵向连续钢筋和横向钢筋，横向不设缩缝的水泥混凝土路面。

  2．1．5 钢纤维混凝土路面steel fiber reinforced concrete pavement

         在混凝土面层中掺入钢纤维的水泥混凝土路面。

  2．1．6 复合式路面composite pavement

         面层由两层不同类型和力学性质的结构层复合而成的路面。

  2．1．7 水泥混凝土预制块路面concrete block pavement

         面层由水泥混凝土预制块铺砌成的路面。

  2．1．8 碾压混凝土 roller compected concrete

         采用振动碾压成型的水泥混凝土。

  2．1．9 贫混凝土 lean concrete

          水泥用量较低的水泥混凝土。

  2．1．10 设计基准期限 design reference period

          计算路面结构可靠度时，考虑各项基本度量与时间关系所取用的基准时间。

  2．1．11 安全等级safety classes

          根据路面结构的重要性和破坏可能产生后果的严重程度而划分的设计等级。

  2．1．12 可靠度reliability

           路面结构在规定的时间内和规定的条件下完成预定功能的概率。

  2．1．13 目标可靠度objective reliability

           作为设计依据的可靠度。

  2．1．14 可靠指标reliability index

           度量路面结构可靠性的一种数量指标。

  2．1．15 目标可靠指标objective reliability index

           作为设计依据的可靠指标。

  2．1．16 可靠度系数reliability coefficient

           为保证所设计的结构具有规定的可靠度，而在极限状态设计表达式中采用的单

           一综合系数。

 2．2   符号

  2．2．1  作用及作用效应符号

Ne——设计基准期内标准轴载累计作用次数

Ns——标准轴载的作用次数

P——轴载

Ps——标准轴载

      ——弯沉

εs h——干缩应变

σp r——荷载疲劳应力

σp s——标准轴载的引力

σs——钢筋应力

σt m——最大温度梯度时的温度翘曲应力

σt r——温度梯度疲劳应力

  2．2．2  设计参数和计算系数符号

Bx——温度应力系数

Cv——变异系数

Cx——温度翘曲应力系数

gr ——交通量年平均增长率

k c——综合影响系数

k f——荷载疲劳应力系数

k j——接缝传荷系数

k p——轴载当量换算系数

k r——接缝传荷能力的应力折减系数

k s——粘结刚度系数

k t——温度疲劳应力系数

k u——层间结合系数

p——概率或频率

Tg——混凝土面层最大温度梯度

αc——混凝土线膨胀系数

αs——钢筋线膨胀系数

γr——可靠度系数

δi——轴-轮型系数

η——车辆轮迹横向分布系数

λc——混凝土温缩应力系数

λs t——钢筋温度应力系数

λb——裂缝宽度系数

μ——面层与基层之间的摩阻系数

ρ——配筋率

ρf——钢纤维体积率

φ——钢筋刚度贡献率

  2．2．3   几何参数符号

A s——钢筋面积

bj ——裂缝缝隙宽度

d f ——钢纤维直径

d s——钢筋直径

h——结构层厚度

 ——钢纤维长度

 ——面层板长度

Ld——裂缝间距

  2．2．4   材料性能和混凝土板抗力符号

D——面层的弯曲刚度

Dg——双层混凝土面层的总弯曲刚度

E——土基或基、垫导线材料回弹模量

Ec——水泥混凝土的弯拉弹性模量

Es——钢筋的弹性模量

Et——基层顶面当量回弹模量

fr ——混凝土弯拉强度

fr m——混凝土配合比设计强度

fs p ——混凝土劈裂强度

fs y ——钢筋屈服强度

ft ——混凝土抗拉强度

r——混凝土面层的相对刚度半径

3   设计依据

  3．0．1 各级公路水泥混凝土路面结构的设计安全等级及相应的设计基准期、目标可靠指

         标和目标可靠度，应符合表3 .0 .1的规定。

各安全等级路面的材料性能和结构尺

         寸参数的变异水平等级，宜按表3 .0 1的建议选用。

表  3。

0。

1  可靠度设计标准

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）30302020

目标可靠度（％）95908580

目标可靠指标1.641.281.040.84

变异水平等级低低～中中中～高

  3．0．2 材料性能和结构尺寸参数的变异水平分为低、中和高三级。

各变异水平等级主要

         设计参数的变异系数变化范围，应符合表3 .0 .2的规定。

      表3。

0。

2变异系数cv的变化范围

变异水平等级低中高

水泥混凝土弯拉强度、弯拉弹性模量cv ≤ 0.100.10 ＜ cv ≤ 0.150.15 ＜cv≤0.20

基层顶面当量回弹模量cv ≤ 0.250.25 ＜ cv ≤ 0.350.35＜cv≤0.55

水泥混凝土面层厚度cv ≤ 0.040.04 ＜ cv ≤ 0.060.06＜cv≤0.08

  3．0．3 水泥混凝土路面结构设计以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为

          设计的极限状态，其表达式采用式（3 .0 .3）。

                               （3 .0 .3）

式中：

γ r——可靠度系数，依据所选目标可靠度及变异水平等级按表3 .0 3确定；

σp r——行车荷载疲劳应力（Mpa），计算方法见附录B.1；

σt r——温度梯度疲劳应力（Mpa），计算方法见符录B.2；

fr——水泥混凝土弯拉强度标准值（Mpa），见3. 0. 6条。

        表  3。

0。

3 可靠度系数

变异水平等级目标可靠度（％）

95908580

低1.20～1.331.09～1.161.04～1.08—

中1.33～1.501.16～1.231.08～1.131.04～1.07

高—1.23～1.331.13～1.181.07～1.11

  注：

变异系数在表3 .0 .2所示的变化范围的下限时，可靠度系数取低值；上限时，取高值。

  3．0．4 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，按式（3 .0 4-1）换算为标准轴载的作用次数。

                （3.0.4-1）

                   （3.0.4-2 ）

或                             （3.0.4-3 ）

或                             （3.0.4-4 ）

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（3.0.4-2）计算；双

      轴-双轮组时，按式（3.0.4-3）计算;三轴-双轮组时,按式（3.0.4-4）计算。

  3．0．5 水泥混凝土路面所承受的轴载作用，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4级，分级范围如表3.0.5。

表  3。

0。

5  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）＞2000100～20003～100＜3

   注：

交通调查和分析及Ne计算，参照本规范附录A。

  3．0．6 水泥混凝土的强度以28d龄期的弯拉强度控制。

当混凝土浇筑后90d内不开放

          交通时，可采用90d龄期的弯拉强度。

各交通等级要求的混凝土弯拉强度标准

          值不得低于表3。

0。

6的规定。

           表3。

0。

6 混凝土弯拉强度标准值

交通等级特重重中等轻

水泥混凝土的弯拉强度标准值（Mpa）5.05.04.54.0

钢纤维混凝土的弯拉强度标准值（Mpa）6.06.05.55.0

3．0．7 在季节性冰冻地区，路面的总厚度不应小于表3.0.7规定的最小防冻厚度。

        表3.0.7 水泥混凝土路面最小防冻厚度（m）

路基干湿类型路基土质当地最大冰冻深度（m）

0.50～1.001.01～1.501.50～2.00＞2.00

中湿路基低、中、高液限粘土0.30～0.500.40～0.600.50～0.700.60～0.95

粉土，粉质低、中液限粘土0.40～0.600.50～0.700.60～0.850.70～1.10

潮湿路基低、中、高液限粘土0.40～0.600.50～0.700.60～0.900.75～1.20

粉土，粉质低、中液限粘土0.45～0.700.55～0.800.70～1.000.80～1.30

  注：

①冻深小或填方路段，或者基、垫层为隔湿性能良好的材料，可采用低值；冻深大或

      挖方及地下水位高的路段，或者基、垫层为隔湿性能较差的材料，应采用高值；

②冻深小于0.50m的地区,一般不考虑结构层防冻厚度。

  3．0．8 水泥混凝土面层的最大温度梯度标准值Tg ，可按照公路所在地的公路自然区划

          按表3.0.8 选用。

         表3.0.8  最大温度梯度标准值Tg

公路自然区划Ⅱ、ⅤⅢⅣ、ⅥⅦ

最大温度梯度（℃/m）88～8390～9586～9293～98

注：

海拔高时，取高值；湿度大时，取低值。

4 结构组合设计

4．1  路基

  4．1．1 路基应稳定、密实、均质，对路面结构提供均匀的支承。

  4．1．2 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。

  4．1．3 地下水位高时，宜提高路堤设计标高。

在设计标高受限制，未能达到中湿状态的路基临界高度时，应选用粗粒土或低剂量石灰或水泥稳定细粒土做路床或上路床填料；未能达到潮湿状态的路基临界高度时，除采用上述填料措施外，还应采取在边沟下设置排水渗沟等降低地下水位的措施。

  4．1．4 路基压实度应符合《公路路基设计规范》（JTJ013）的要求。

多雨潮湿地区，对于高液限土及塑性指数大于16或膨胀率大于3％的低液限粘土，宜采用由轻型压实标准确定的压实度，并在含水量略大于其最传佳含水量时压实。

  4．1．5 岩石或填石路床顶面应铺设整平层。

整平层可采用未筛分碎石和石屑或低剂量水泥稳定粒料，其厚度视路床顶面不平整程度而定，一般为100～500mm。

4．2   垫层

4．2．1遇有下述情况时，需在层基下设置垫层：

——季节性冰冻地区，路面总厚度小于最小防冻厚度要求（表3.0.7）时，其差值应以垫层厚度补足；

——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；

——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。

  4．2．2 垫层的宽应与路基同宽，其最小厚度为150mm。

  4．2．3 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。

4．3   基层

  4．3．1 基层应具有足够的抗冲刷能力和一定的刚度。

  4．3．2 基层类型宜依照交通等级按表4.3.2选用。

混凝土预制块面层应采用水泥稳定粒

          料基层。

           表  4.3.2  适宜各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

  4．3．3 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

         碎石、沥青稳定碎石或碎石，其孔隙率约为20％。

  4．3．4 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。

  4．3．5 各类基层厚度和适宜范围见表4.3.5。

  4．3．6 碾压混凝土基层应设置与混凝土面层相对应的接缝。

贫混凝土基层在其弯拉强度超过1.8MPa时，应设置与混凝土面层相对应的横向缩缝；一次摊铺宽度大于7.5m时，应设置纵向缩缝。

  4．3．7 基层下未设垫层，上路床为细粒土、粘土质砂或级配不良砂（承受特重或重交通时），或者为细粒土（承受中等交通时），应在基层下设置底基层。

底基层可采用级配粒料、水泥稳定粒料或石灰粉煤灰稳定粒料，厚度一般为200mm。

           表  4.3.5  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

  4．3．8排水基层下应设置由水泥稳定粒料或者密级配粒料组成的不透水底基层，厚度一般为200mm。

底基层顶面宜铺设沥青封层或防水土工织物。

4．4   面层

  4．4．1 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。

  4．4．2 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，应采用设置接缝的钢筋混凝土面层。

其他面层类型可根据适用条件按表4.4.2选用。

               表   4.4.2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

  4．4．3 普通混凝土、钢筋混凝土、碾压混凝土或钢纤维混凝土面层板一般采用矩形。

其纵向和横向接缝应垂直相交，纵缝两侧的横缝不得相互错位。

  4．4．4 纵向接缝的间距按路面宽度在3.0～4.5m范围内确定。

碾压混凝土、钢纤维混凝土面层在全幅摊铺时，可不设纵向缩缝。

  4．4．5 横向接缝的间距按面层类型和厚度选定：

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

          ——碾压混凝土或钢纤维混凝土面层一般为6～10m；

          ——钢筋混凝土面层一般为6～15m。

  4．4．6 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4.4.6所示参考范围并按4.4.9条规定计算确定。

                表  4.4.6  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≥240270～240260～230250～220

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）240～210230～200220～200≤230≤220

  4．4．7 钢纤维混凝土面层的厚度按钢纤维掺量确定，钢纤维体积率为0.6％～1.0％时，其厚度为普通混凝土面层厚度的0.65～0.75倍。

特重或重交通时，其最小厚度为160mm；中等或轻交通时，其最小厚度为140mm。

  4．4．8 复合式路面沥青上面层的厚度一般为25～80mm。

  4．4．9 除混凝土预制块面层外，各种混凝土面层的计算厚度应满足式（3.0.3）的要求。

荷载疲劳应力和温度疲劳应力分别按附录B.1和B.2计算。

面层设计厚度依计算厚度按10mm向上取整。

          采用碾压混凝土或贫混凝土做基层时，宜将基层与混凝土面层视作分离式双层板

          进行应力分析。

上、下层板在临界荷位处的荷载疲劳应力和温度疲劳应力分别按

          附录C.1和C.2计算。

上、下层板的计算厚度应分别满足式（3.0.3）的要求。

     具有沥青上面层的水泥混凝土板，在临界荷位处的荷载疲劳应力和温度疲劳应

     力分别按附录D.1和D.2计算。

混凝土板的计算厚度，应满足式（3.0.3）的要求。

  4．4．10 路面表面构造应采用刻槽、压槽、拉槽或拉毛等方法制作。

构造深度在使用初

          期应满足表4.4.10的要求。

表  4.4.10  各级公路水泥混凝土面层的表面构造深度（mm）要求

公路等级高速公路、一级公路二、三、四级公路

一般路段0.70～1.100.50～0.90

特殊路段0.80～1.200.60～1.00

          注：

①特殊路段——对于高速公路和一级公路系指立交、平交或变速车道等处，

               对于其他等级公路系指急弯、陡坡、交叉口或集镇附近；

         ②年降雨量600mm以下的地区，表列数值可适当降低。

  4．4．11混凝土预制块可采用异形块或矩形块。

预制块的长度为200～250mm，宽度为100～125mm，长宽比通常为2∶1。

预制块厚度为100～120mm。

预制块下稳平层的厚度为30～50mm。

4．5  路肩

  4．5．1 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，并保证进入路面结构中的水的排除。

  4．5．2 路肩铺面可选用水泥混凝土面层或沥青面层。

  4．5．3 路肩水泥混凝土面层的厚度通常采用与行车道面层等厚，其基层宜与行车道基

层相同。

选用薄面层时，其厚度不宜小于150mm，基层应采用开级配粒料。

  4．5．4 路肩沥青面层宜选用密实型沥青混合料。

其基层可选用无机结合料稳定粒料或级

         配粒料。

行车道路面结构不设内部排水设施时，沥青面层和不透水基层的总厚度

         不宜超过行车道面层的厚度，基层下应选用透水性粒料填筑。

4．6   路面排水

  4．6．1 行车道路面应设置双向或单向横坡，坡度为1％～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％。

  4．6．2 行车道路面结构设置排水基层或垫层时，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50~100m设置横向排水管。

  4．6．3 排水基层的纵向边缘集水沟，路肩采用水泥混凝土面层时，可设在路肩下或路肩外侧边缘内；路肩采用沥青面层时，可设在路肩内侧边缘内。

排水垫层的纵向边缘集水沟设在路床边缘。

  4．6．4 带孔集水管和孔径通常采用100~150mm。

集水沟的宽度通常采用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。

  4．6．5 集水沟和集水管的纵坡宜与路线纵坡相同，但不得小于0.25%。

横向排水管的坡度不宜小于5%。

  4．6．6 横向排水管出口端应设端墙。

端头用镀锌铁丝网或格栅罩住，出水口应进行冲刷防护。

在横向排水管上方的路肩边缘处应设置标志，标明出水口位置。

5    接缝设计

5．1  纵向接缝

  5．1．1 纵向接缝的布设应路面宽度和施工铺筑宽度而定：

——一次铺筑宽度小于路面宽度时，应设置纵向施工缝。

纵向施工缝采用平缝形式，上部应锯切槽口，深度为30~40mm，宽度为3~8mm，槽内灌塞填缝料，构造如图5.1.1a）所示；

        —— 一次铺筑宽度大于4.5m时，应设置纵向缩缝。

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。

采用粒料基层时，槽口深度应为板厚的1/3；

        采用半刚性基层时，槽口深度为板厚的2/5。

其构造如图5.1.1b）所示。

  5．1．2 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