某高速公路沥青路面课程设计平原微丘区.docx
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某高速公路沥青路面课程设计平原微丘区
第一部分设计资料
一设计题目
某高速公路的沥青路面的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2017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,约占全年降雨量的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∽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
由于路线地处平原微丘Ⅱ5区,调查及勘察中发现,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。
其他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。
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规范。
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
江淮HF150
600
五十铃NPR595
500
东风SP9135B
600
江淮HF140A
600
五十铃EXR181
700
东风KM340
600
交通量年增长率表二
期限
增长率r(%)
期限
增长率r(%)
2008∽2012
9.0
2018∽2022
5.5
2013∽2017
7.5
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,双向三车道2X3X3.75米,中间分隔带宽3.0米,路缘带0.75米,
硬路肩总宽3.25米,土路肩宽0.75米。
计算行车速度100Km/h,全线封闭全立交。
第二部分:
路基设计
一、路基设计
1、路基横断面布置
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%
路基宽度(35)
路肩(4.75)
行车道及路缘带(12)中间带(
3.00)行车道及路缘带(12)
路肩(4.75)
硬路肩3.75
硬路肩3.75
土
右
车
车
车
左
中
左
车
车
车
右
土
路
侧
道
道
道
侧
央
侧
道
道
道
侧
路
肩
路
3.75
3.75
3.75
路
分
路
3.75
3.75
3.75
路
肩
0.75
缘
缘
隔
缘
缘
0.75
带带带带带
0.750.751.50.750.75
公路路基宽度示意图
(单位:
)
2、路基最小填土高度
由前面纵断面设计可知,本段公路路基最小填土高度为1.5m
3、路基边坡
由横断面设计可知(查《公路路基设计规范》(JTJ013—2004))本公路路基边坡由于路
基填土高度均小于8m,且路提边坡采用1:
1.5的坡度,路堑边坡采用1:
05的坡度。
护坡道为1.0m,且由于该段公路非高填土,故不需要进行边坡稳定性验算。
4、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)
0~0.30
—
零填即挖方
0~0.80
≥96
0~0.80
≥96
0.80~1.50
≥94
填方
>1.50
≥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。
5、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。
6、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
(m)
填料最小度(CBR)(%)
填料最大粒径
(m)
高速公路
填
上路床
0~30
8
10
方
下路床
30~80
5
10
路
上路堤
80~150
4
15
基
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
二、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
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
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。
第三部分公路路面结构设计计算
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
400
2
五十铃
NPR595
23.5
44
1
双轮组
500
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
600
5
江淮
HF150
45.1
101.5
1
双轮组
600
6
东风
20.1
72.6
2
双轮组
>3
600
SP9135B
7
五十铃
EXR181
60
100
3
双轮组
>3
700
设计年限15车道系数0.4
轴载分析
路面设计以双轴组单轴载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:
NC1C2NiPi
12iP
式中:
N—标准轴载当量轴次,次/日
ni—被换算车辆的各级轴载作用次数,次/日
P—标准轴载,KN
pi—被换算车辆的各级轴载,KN
K—被换算车辆的类型数
c1—轴载系数,c111.2(m1),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。
c2:
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
9
2
5
7.5
3
5
5.5
路面竣工后第一年日平均当量轴次:
3838
设计年限内一个车道上累计当量轴次:
1.497857E+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:
3136
设计年限内一个车道上累计当量轴次:
1.223887E+07
初拟路面采用两种路面结构
(1)、半刚性基层沥青路面
(2)、组合式基层沥青路面
一、半刚性基层沥青路面
公路等级高速公路公路等级系数1
面层类型系数1基层类型系数1
路面设计弯沉值:
22(0.01mm)
层位
结构层材料名称
劈裂强度(MPa)
容许拉应力(MPa)
1
细粒式沥青混凝土
1.4
0.41
2
中粒式沥青混凝土
1.0
0.29
3
粗粒式沥青混凝土
0.8
0.21
4
水泥稳定石屑
0.6
0.22
5
石灰碎石土
0.3
0.11
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(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
6
1200
1600
0.29
3
粗粒式沥青混凝土
7
900
1200
0.21
4
水泥稳定石屑
?
1500
1500
0.22
5
石灰碎石土
25
550
550
0.11
6
土基
30
按设计弯沉值计算设计层厚度:
LD=22(0.01mm)H(4)=30cm
LS=23.3(0.01mm)H(4)=35cm
LS=21(0.01mm)H(4)=32.8cm(仅考虑弯沉)
按容许拉应力验算设计层厚度:
H(4)=32.8cm(第1层底面拉应力验算满足要求)
H(4)=32.8cm(第2层底面拉应力验算满足要求)
H(4)=32.8cm(第3层底面拉应力验算满足要求)
H(4)=32.8cm(第4层底面拉应力验算满足要求)
H(4)=32.8cm(第5层底面拉应力验算满足要求)
路面设计层厚度:
H(4)=32.8cm(仅考虑弯沉)
H(4)=32.8cm(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6cm
粗粒式沥青混凝土7cm
水泥稳定石屑33cm
石灰碎石土25cm
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
6
1200
1600
3
粗粒式沥青混凝土
7
900
1200
4
水泥稳定石屑
33
1500
1500
5
石灰碎石土
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=21.9(0.01mm)
第2层路面顶面竣工验收弯沉值LS=23.8(0.01mm)
第3层路面顶面竣工验收弯沉值LS=26.8(0.01mm)
第4层路面顶面竣工验收弯沉值LS=30.5(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)
LS=310.5(0.01mm)
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)=-.195(MPa)
第2层底面最大拉应力
第3层底面最大拉应力
第4层底面最大拉应力
第5层底面最大拉应力
(2)=-.042(MPa)
(3)=-.038(MPa)
(4)=.098(MPa)
(5)=.058(MPa)
2、当E0=60Mp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(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
6
1200
1600
0.29
3
粗粒式沥青混凝土
7
900
1200
0.21
4
水泥稳定石屑
?
1500
1500
0.22
5
石灰碎石土
25
550
550
0.11
6
土基
60
按设计弯沉值计算设计层厚度:
LD=22(0.01mm)H(4)=20cm
LS=22(0.01mm)
H(4)=Hmin时LS<=LD,
故弯沉计算已满足要求.H(4)=20cm(仅考虑弯沉)
按容许拉应力验算设计层厚度
H(4)=20cm(第1层底面拉应力验算满足要求)
H(4)=20cm(第2层底面拉应力验算满足要求)
H(4)=20cm(第3层底面拉应力验算满足要求)
H(4)=20cm(第4层底面拉应力验算满足要求)
H(4)=20cm(第5层底面拉应力验算满足要求)
路面设计层厚度:
H(4)=20cm(仅考虑弯沉)
H(4)=20cm(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6cm
粗粒式沥青混凝土7cm
水泥稳定石屑20cm
石灰碎石土25cm
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℃)
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
6
1200
1600
0.29
3
粗粒式沥青混凝土
7
900
1200
0.21
4
水泥稳定石屑
20
1500
1500
0.22
5
石灰碎石土
25
550
550
0.11
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=22(0.01mm)
第2层路面顶面竣工验收弯沉值LS=24.3(0.01mm)
第3层路面顶面竣工验收弯沉值LS=28.2(0.01mm)
第4层路面顶面竣工验收弯沉值LS=33.4(0.01mm)
第5层路面顶面竣工验收弯沉值LS=82.8(0.01mm)
LS=200(0.01mm)
LS=155.3(0.01mm)
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)=-.209(MPa)
第2层底面最大拉应力
第3层底面最大拉应力
第4层底面最大拉应力
第5层底面最大拉应力
(2)=-.04(MPa)
(3)=-.028(MPa)
(4)=.119(MPa)
(5)=.066(MPa)
公路等级高速公路公路等级系数1
面层类型系数1基层类型系数1
路面设计弯沉值:
22(0.01mm)
层位
结构层材料名称
劈裂强度(MPa)(MPa)
容许拉应力
1
细粒式沥青混凝土
1.4
0.41
2
中粒式沥青混凝土
1
0.29
3
粗粒式沥青混凝土
.8
0.21
4
石灰粉煤灰土
.6
0.22
5
石灰土
.25
0.9
1、当E0=30Mps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
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
.41
2
中粒式沥青混凝土
6
1200
1600
.29
3
粗粒式沥青混凝土
10
900
1200
.21
4
石灰粉煤灰土
?
1500
1500
.22
5
石灰土
25
550
550
.09
6
土基
30
路面设计弯沉值:
22(0.01mm)
路面设计层层位:
4
设计层最小厚度:
15(cm)
按设计弯沉值计算设计层厚度:
LD=22(0.01mm)H(4)=30cm
LS=22.2(0.01mm)H(4)=35cm
仅考虑弯沉)
LS=20.2(0.01mm)H(4)=30.5cm(
按容许拉应力验算设计层厚度:
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
6cm
粗粒式沥青混凝土10cm
石灰粉煤灰土31cm
石灰土
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
6
1200
1600
3
粗粒式沥青混凝土
10
900
1200
4
石灰粉煤灰土
31
1500
1500
5
石灰土
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=21.8(0.01mm)
第2层路面顶面竣工验收弯沉值LS=23.7(0.01mm)
第3层路面顶面竣工验收弯沉值LS=26.8(0.01mm)
第4层路面顶面竣工验收弯沉值LS=32.2(0.01mm)
第5层路面顶面竣工验收弯沉值LS=123.5(0.01mm)
LS=383.1(0.01mm)
LS=310.5(0.01mm)
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)=-.194(MPa)
第2层底面最大拉应力
第3层底面最大拉应力
第4层底面最大拉应力
第5层底面最大拉应力
(2)=-.038(MPa)
(3)=-.028(MPa)
(4)=.096(MPa)
(5)=.056(MPa)
2、当E0=60Mp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(0.01mm)
路面设计层层位:
4
设计层最小厚度:
20(cm)
按设计弯沉值计算设计层厚度
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
.41
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