某高速公路路基路面课程设计资料.docx
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某高速公路路基路面课程设计资料
一、设计题目:
某高速公路的路面结构计算与路基设计
二、设计资料:
1、设计任务书要求
河南某公路设计等级为高速公路,设计基准年为2010年,设计使用年限为15年,拟比选采用沥青路面结构或水泥混凝土路面,需进行路面结构设计。
2、气象资料
该公路处于Ⅱ5区,属于温暖带大陆性季风气候,气候温和,四季分明。
年气温平均在14℃~14.5℃,一月份气温最低,月平均气温为-0.2℃~0.4℃,七月份气温27℃左右,历史最高气温为40.5℃,历史最低气温为-17℃,年平均降雨量为525.4毫米~658.4毫米,雨水多集中在6~9月份,约占全年降雨量50%以上。
平均初霜日在11月上旬,终霜日在次年3月中下旬,年均无霜日为220天~266天。
地面最大冻土深度位20厘米,夏季多东南风,冬季多西北风,年平均风速在3.0米/秒左右。
3、地质资料与筑路材料
路线位于平原微丘区,调查及勘探中发现,该地区属第四系上更新统(Q3al+pl),岩性为黄土状粘土,主要分布于低山丘陵区,坡地前和山前冲积、倾斜平原表层,具有大空隙,垂直裂隙发育,厚度变化大,承载能力低,该层具轻微湿陷性。
应注意发生不均匀沉陷的可能。
其它未发现有影响工程稳定的不良工程地质现象。
当地沿线碎石产量丰富,石料质量良好,可考虑用水泥稳定石屑作基层,路段所处的土基强弱悬殊,其计算回弹模量E0有两个代表值分别为30MPa和60MPa。
沿线有多个石灰厂,产量大质量好。
另外,附近发电厂粉煤灰储量极为丰富,可用于本项目建设,本项目所在地域较缺乏砂砾。
4、交通资料
根据工程可行性研究报告得知近期交通组成与交通量如表一所示,交通量年增长率如表二所示,不同车型的交通量参数见课本。
近期交通组成与交通量表一
车型
交通量
(辆/日)
车型
交通量
(辆/日)
三菱FR415
400~600
江淮HF150
580~750
五十铃NPR595G
500~650
东风SP9135B
560~700
江淮HF140A
510~650
五十铃EXR181L
520~700
东风M340
520~660
交通量年增长率表二
期限
增长率γ(%)
期限
增长率γ(%)
2011~2015
8.0
2021~2025
5.5
2016~2020
6.5
5、设计标准
高速公路全线按六车道高速公路标准设计行车道、路缘带、中间带、硬路肩和土路肩。
路基宽度35.0米,双向三行车道2×3×3.75米,中间分隔带宽3.0米,左侧路缘带0.75米,右侧硬路肩总宽3.25米,土路肩宽0.75米。
计算行车速度100Km/h,全线全封闭全立交。
三、路基设计
1、填土高度
该高速公路路线位于平原微丘区,处于Ⅱ5区,在该设计中采用最小填土高度为1.50m。
查路基临界高度参考值可知,最小填土高度和临界高度相比,处于Ⅱ5区的粘性土均处于干燥或中湿情况,则选用1.50m作为填土高度合适。
2、横断面设计
由横断面设计(查《公路工程技术标准》(JTGB01—2003))部分可知,路基宽度为35m,其中路面跨度为22.5m,中间带宽度为3.00m,其中中央分隔带宽度为1.5m,路缘带宽度为0.75×2=1.5m,硬路肩宽度为3.25×2=6.5m,土路肩宽度为0.75×2=1.5m。
;路面横坡为2%,土路肩横坡为4%
3、一般路堤设计
路基边坡坡度:
查路堤边坡坡度表可得,填料为砂类及粘性土时,边坡的最大高度全部高度为20m,上部高度8m,下部高度12m。
边坡坡度上部高度1:
1.5,下部高度1:
1.75。
4、陡坡路堤
路基宽度、路基高度、路基压实、路基排水和一般路基相同,只是在路基边坡坡度和填方上不同,陡坡路堤可采用砌石填方,砌石顶宽0.8m,基底以1:
5的坡率向路基内侧倾斜。
砌石高度2~15m。
5、路基压实标准
路基压实采用重型压实标准,压实度应符合《公路工程技术标准》(JTGB01—2003)表4.0.4的要求
路基压实度
填挖类别
路床顶面以下深度(m)
路基压实度
(高速公路、一级公路)
零填即挖方
0~0.30
0~0.80
—
≥96
填方
0~0.80
0.80~1.5
>1.50
≥96
≥94
≥93
由于路线地处平原微丘区,该地区属于第四系,岩性为黄土状粘土,主要分布于低山丘陵区,坡前和山前冲击、倾斜平原表层,具有大空隙,垂直裂缝发育,厚度变化大,承载能力低,该层具轻微湿陷性。
应注意发生不均匀沉陷的可能。
6、公路用地宽度
根据路基布置形式,填土高度及边坡形式计算路基用地范围,《规范》要求的公路用地宽度界限为公路路堤两侧排水沟外边缘以外不小于1m范围内的土地;在有条件的地段,高速公路、一级公路不小于3m,此处设置为3m。
7、路基填料
当地沿线碎石产量丰富,石料质量良好。
可考虑用水泥稳定石屑作基层,路段所处的土基强弱悬殊,其计算回弹模量E0有两个代表值分别为30和60MPa。
沿线有多个石灰厂,产量大质量好。
另外,附件发电厂粉煤灰储量极为丰富,可用于本项目建设,本项目所在地域较缺乏砂砾。
高速公路、一级公路路基填料最小强度和填料最大粒径应符合表3.3.1.4的规定,砂类土填筑。
路基填料最小强度和最大粒径要求
项目分类
路面底面以下深度(cm)
填料最小度(CBR)(%)
填料最大粒径(cm)
高速公路
填
方
路
基
上路床
0~30
8
10
下路床
30~80
5
10
上路堤
80~150
4
15
下路堤
150以下
3
15
零填及路堑路床
0~30
8
10
注:
①当路床填料CBR值达到表列要求时,可采取掺石灰或其它稳定材料处理
②粗粒土(填石)填料的最大粒径,不应超过压实层厚度的2/3
四、路基路面排水设计
1、路基排水设计
路基地表排水可采用边沟、截水沟、排水沟、跃水井和急流槽等,各类地段排水沟应高出设计水位0.2m以上。
一般路基排水:
边沟采用梯形,梯形边沟内测边坡为1:
1.0∽1:
1.5,梯形底宽和深度为0.4∽0.6。
排水沟采用梯形,距路基坡脚要大于2m。
陡坡路堤排水:
和一般路基排水相同。
全挖路基排水:
边沟采用梯形,内测边坡1:
1.0∽1:
1.5。
梯形低宽和深度0.4∽0.6。
在边坡坡顶设截水沟,采用梯形1:
1.0∽1:
1.5。
沟宽>0.5m,沟深>0.5m。
长度200∽500m。
排水沟采用梯形,距路基坡脚要大于2m。
2、路面排水设计
路面排水采用集中排水方式,路面雨雪水流随拦水带汇集,每30∽40米在路基一侧设置水簸箕将路面积水引至路侧排水沟。
超高路段路面排水在中央分隔带设置排水沟,弯道外侧的半幅路面水汇入排水沟,通过跌水井和横向排水管道将路面积水沟内的水引入路侧排水沟。
3、中央分隔带排水设计
中央分隔带用5cm厚水泥混凝土密封表面做成与路面相同的横坡,将水引入路侧排水沟。
五、沥青路面设计分析与计算
交通组成表
序号
车型名称
前轴重(kN)
后轴重(kN)
后轴数
后轴轮组数
后轴距(m)
交通量
1
三菱FR415
30
51
1
双轮组
500
2
五十铃NPR595
23.5
44
1
双轮组
600
3
江淮HF140A
18.9
41.8
1
双轮组
600
4
东风KM340
24.6
67.8
1
双轮组
650
5
江淮HF150
45.1
101.5
1
双轮组
700
6
东风SP9135B
20.1
72.6
2
双轮组
>3
700
7
五十铃EXR181
60
100
3
双轮组
>3
700
设计年限15车道系数0.4
1、轴载分析
路面设计以双轮组单轴载100KN作为标准轴载
⑴以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次。
a).轴载换算
轴载换算采用如下的计算公式:
式中:
N—标准轴载当量轴次,次/日
—被换算车辆的各级轴载作用次数,次/日
P—标准轴载,KN
—被换算车辆的各级轴载,KN
K—被换算车辆的类型数
—轴载系数,
,m是轴数。
当轴间距离大于3m时,按单独的一个轴载计算;当轴间距离小于3m时,应考虑轴数系数。
:
轮组系数,单轮组为6.4,双轮组为1,四轮组为0.38。
序号
分段时间(年)
交通量年增长率(%)
1
5
8
2
5
6.5
3
5
5.5
当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时:
路面竣工后第一年日平均当量轴次:
4038
设计年限内一个车道上累计当量轴次:
1.479264E+07
当进行半刚性基层层底拉应力验算时:
路面竣工后第一年日平均当量轴次:
3270
设计年限内一个车道上累计当量轴次:
1.197918E+07
2.方案一
4cm细粒式沥青混凝土+6cm中粒式沥青混凝土+8cm粗粒式沥青混凝土+38cm水泥稳定碎石基层+?
水泥石灰沙砾土层,以水泥石灰沙砾土为设计层。
2.1当E0=30Mp时
新建路面结构厚度计算
公路等级:
高速公路
新建路面的层数:
5
标准轴载:
BZZ-100
路面设计弯沉值:
22.1(0.01mm)
路面设计层层位:
4
设计层最小厚度:
20(cm)
层位
结构层材料名称
厚度(cm)
抗压模量(MPa)(20℃)
抗压模量(MPa)(15℃)
容许应力(MPa)
1
细粒式沥青混凝土
3
1400
2000
0.41
2
中粒式沥青混凝土
4
1200
1600
0.29
3
粗粒式沥青混凝土
6
900
1200
0.21
4
水泥稳定碎石基层
?
1500
1500
0.29
5
水泥粉煤灰土
25
550
550
0.09
6
土基
30
按设计弯沉值计算设计层厚度:
LD=22.1(0.01mm)
H(4)=35cmLS=22.5(0.01mm)
H(4)=40cmLS=20.4(0.01mm)
H(4)=36cm(仅考虑弯沉)
按容许拉应力验算设计层厚度:
H(4)=36cm(第1层底面拉应力验算满足要求)
H(4)=36cm(第2层底面拉应力验算满足要求)
H(4)=36cm(第3层底面拉应力验算满足要求)
H(4)=36cm(第4层底面拉应力验算满足要求)
H(4)=36cm(第5层底面拉应力验算满足要求)
路面设计层厚度:
H(4)=36cm(仅考虑弯沉)
H(4)=36cm(同时考虑弯沉和拉应力)
验算路面防冻厚度:
路面最小防冻厚度50cm
验算结果表明,路面总厚度满足防冻要求.
通过对设计层厚度取整,最后得到路面结构设计结果如下:
---------------------------------------
细粒式沥青混凝土3cm
---------------------------------------
中粒式沥青混凝土4cm
---------------------------------------
粗粒式沥青混凝土6cm
---------------------------------------
水泥稳定碎石36cm
---------------------------------------
水泥粉煤灰土25cm
---------------------------------------
土基
竣工验收弯沉值和层底拉应力计算
公路等级:
高速公路
新建路面的层数:
5
标准轴载:
BZZ-100
层位
结构层材料名称
厚度(cm)
抗压模量(MPa)(20℃)
抗压模量(MPa)(15℃)
1
细粒式沥青混凝土
3
1400
2000
2
中粒式沥青混凝土
4
1200
1600
3
粗粒式沥青混凝土
6
900
1200
4
水泥稳定碎石
36
1500
1500
5
水泥粉煤灰土
25
550
550
6
土基
30
计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值:
第1层路面顶面竣工验收弯沉值LS=22.1(0.01mm)
第2层路面顶面竣工验收弯沉值LS=23.5(0.01mm)
第3层路面顶面竣工验收弯沉值LS=25.4(0.01mm)
第4层路面顶面竣工验收弯沉值LS=28.2(0.01mm)
第5层路面顶面竣工验收弯沉值LS=123.5(0.01mm)
土基顶面竣工验收弯沉值
LS=383.1(0.01mm)(根据“基层施工规范”第88页公式)
LS=310.5(0.01mm)(根据“测试规程”第56页公式)
计算新建路面各结构层底面最大拉应力:
第1层底面最大拉应力σ
(1)=-.227(MPa)
第2层底面最大拉应力σ
(2)=-.099(MPa)
第3层底面最大拉应力σ(3)=-.058(MPa)
第4层底面最大拉应力σ(4)=.101(MPa)
第5层底面最大拉应力σ(5)=.06(MPa)
2.2、当E0=60MPa时
新建路面结构厚度计算
公路等级:
高速公路
新建路面的层数:
5
标准轴载:
BZZ-10
路面设计弯沉值:
22.1(0.01mm)
路面设计层层位:
4
设计层最小厚度:
20(cm)
层位
结构层材料名称
厚度(cm)
抗压模量(MPa)(20℃)
抗压模量(MPa)(15℃)
容许应力(MPa)
1
细粒式沥青混凝土
3
1400
2000
0.41
2
中粒式沥青混凝土
4
1200
1600
0.29
3
粗粒式沥青混凝土
6
900
1200
0.21
4
水泥稳定碎石
?
1500
1500
0.29
5
水泥粉煤灰土
25
550
550
0.09
6
土基
60
按设计弯沉值计算设计层厚度:
LD=22.1(0.01mm)
H(4)=20cmLS=24(0.01mm)
H(4)=25cmLS=21.2(0.01mm)
H(4)=23.4cm(仅考虑弯沉)
按容许拉应力验算设计层厚度:
H(4)=23.4cm(第1层底面拉应力验算满足要求)
H(4)=23.4cm(第2层底面拉应力验算满足要求)
H(4)=23.4cm(第3层底面拉应力验算满足要求)
H(4)=23.4cm(第4层底面拉应力验算满足要求)
H(4)=23.4cm(第5层底面拉应力验算满足要求)
路面设计层厚度:
H(4)=23.4cm(仅考虑弯沉)
H(4)=23.4cm(同时考虑弯沉和拉应力)
验算路面防冻厚度:
路面最小防冻厚度50cm
验算结果表明,路面总厚度满足防冻要求.
通过对设计层厚度取整,最后得到路面结构设计结果如下:
---------------------------------------
细粒式沥青混凝土3cm
---------------------------------------
中粒式沥青混凝土4cm
---------------------------------------
粗粒式沥青混凝土6cm
---------------------------------------
水泥稳定碎石24cm
---------------------------------------
水泥粉煤灰土25cm
---------------------------------------
土基
竣工验收弯沉值和层底拉应力计算
公路等级:
高速公路
新建路面的层数:
5
标准轴载:
BZZ-100
层位
结构层材料名称
厚度(cm)
抗压模量(MPa)(20℃)
抗压模量(MPa)(15℃)
1
细粒式沥青混凝土
3
1400
2000
2
中粒式沥青混凝土
4
1200
1600
3
粗粒式沥青混凝土
6
900
1200
4
水泥稳定碎石
24
1500
1500
5
水泥粉煤灰土
25
550
550
6
土基
60
计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值:
第1层路面顶面竣工验收弯沉值LS=21.7(0.01mm)
第2层路面顶面竣工验收弯沉值LS=23.3(0.01mm)
第3层路面顶面竣工验收弯沉值LS=25.7(0.01mm)
第4层路面顶面竣工验收弯沉值LS=29.2(0.01mm)
第5层路面顶面竣工验收弯沉值LS=82.8(0.01mm)
土基顶面竣工验收弯沉值
LS=200(0.01mm)(根据“基层施工规范”第88页公式)
LS=155.3(0.01mm)(根据“测试规程”第56页公式)
计算新建路面各结构层底面最大拉应力:
第1层底面最大拉应力σ
(1)=-.242(MPa)
第2层底面最大拉应力σ
(2)=-.103(MPa)
第3层底面最大拉应力σ(3)=-.053(MPa)
第4层底面最大拉应力σ(4)=.119(MPa)
第5层底面最大拉应力σ(5)=.066(MPa)
3、第二方案:
4cm细粒式沥青混凝土+8cm中粒式沥青混凝土+20cm粗级配沥青碎石+?
水泥稳定沙砾+20cm级配沙砾碎垫层,以水泥稳定沙砾为设计层。
3.1当E0=30MPa时
新建路面结构厚度计算
公路等级:
高速公路
新建路面的层数:
5
标准轴载:
BZZ-100
路面设计弯沉值:
22.1(0.01mm)
路面设计层层位:
4
设计层最小厚度:
20(cm)
层位
结构层材料名称
厚度(cm)
抗压模量(MPa)(20℃)
抗压模量(MPa)(15℃)
容许应力(MPa)
1
细粒式沥青混凝土
4
1400
2000
0.41
2
中粒式沥青混凝土
5
1200
1600
0.29
3
粗粒式沥青碎石
7
900
1200
0
4
石灰粉煤灰碎石
?
1500
1500
0.29
5
石灰粉煤灰土
25
550
550
0.09
6
土基
30
按设计弯沉值计算设计层厚度:
LD=22.1(0.01mm)
H(4)=35cmLS=22.5(0.01mm)
H(4)=40cmLS=20.4(0.01mm)
H(4)=36cm(仅考虑弯沉)
按容许拉应力验算设计层厚度:
H(4)=36cm(第1层底面拉应力验算满足要求)
H(4)=36cm(第2层底面拉应力验算满足要求)
H(4)=36cm(第4层底面拉应力验算满足要求)
H(4)=36cm(第5层底面拉应力验算满足要求)
路面设计层厚度:
H(4)=36cm(仅考虑弯沉)
H(4)=36cm(同时考虑弯沉和拉应力)
验算路面防冻厚度:
路面最小防冻厚度50cm
验算结果表明,路面总厚度满足防冻要求.
通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的修改,
最后得到路面结构设计结果如下:
---------------------------------------
细粒式沥青混凝土4cm
---------------------------------------
中粒式沥青混凝土5cm
---------------------------------------
粗粒式沥青碎石7cm
---------------------------------------
石灰粉煤灰碎石36cm
---------------------------------------
石灰粉煤灰土25cm
---------------------------------------
土基
竣工验收弯沉值和层底拉应力计算
公路等级:
高速公路
新建路面的层数:
5
标准轴载:
BZZ-100
层位
结构层材料名称
厚度(cm)
抗压模量(MPa)(20℃)
抗压模量(MPa)(15℃)
1
细粒式沥青混凝土
4
1400
2000
2
中粒式沥青混凝土
5
1200
1600
3
粗粒式沥青碎石
7
900
1200
4
石灰粉煤灰碎石
36
1500
1500
5
石灰粉煤灰土
25
550
550
6
土基
30
计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值:
第1层路面顶面竣工验收弯沉值LS=21(0.01mm)
第2层路面顶面竣工验收弯沉值LS=22.7(0.01mm)
第3层路面顶面竣工验收弯沉值LS=25(0.01mm)
第4层路面顶面竣工验收弯沉值LS=28.2(0.01mm)
第5层路面顶面竣工验收弯沉值LS=123.5(0.01mm)
土基顶面竣工验收弯沉值LS=383.1(0.01mm)(根据“基层施工规范”第88页公式)
LS=310.5(0.01mm)(根据“测试规程”第56页公式)
计算新建路面各结构层底面最大拉应力:
第1层底面最大拉应力σ
(1)=-.189(MPa)
第2层底面最大拉应力σ
(2)=-.056(MPa)
第4层底面最大拉应力σ(4)=.094(MPa)
第5层底面最大拉应力σ(5)=.055(MPa)
3.2当E0=60MPa时
新建路面结构厚度计算
公路等级:
高速公路
新建路
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