沥青混凝土路面设计.doc
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沥青混凝土路面设计
第五章路面设计
5.1路面设计原则及依据
本次设计的道路是村道,村道路面应根据交通量及其组成情况、使用功能、当地材料及自然条件,结合路基进行综合设计,做到经济、适用。
同时,村道路面应具有良好的稳定性和足够的强度,其表面应满足平整、抗滑和排水的要求。
村道的行车道(包括错车道)均应铺设路面。
5.2路面设计及土路肩加固形式
该道路的路基宽度为6.5m,行车道宽6m,土路肩宽度为0.5m。
由当地的自然条件和徽县交通局规划路面结构分为三层,面层采用沥青碎石,基层采用水泥稳定砂砾,基层采用天然砂砾。
由于道路级别低,没有设置路缘带和紧急停车带,当路基宽度为4.5m或在道路的不通视地段时,每隔200m左右应设置错车道,错车道有效长度不小于20m,在错车道两端应设不小于10m过渡段。
土路肩的基层与路面相同,在表层宜铺置一些粗粒式沥青碎石或砂砾石。
若行车道宽度不够,需要加固部分路肩,提供侧向宽度,以利于行车安全,见下图5.1所示:
图5.1道路横断面的构成
5.2路面结构类型的计算
1.基本资料
(1)设计任务书要求
甘肃徽县村村通道路设计等级为四级公路,设计年限10年,拟采用沥青碎石路面,需进行结构设计。
(2)气象资料
该公路处属暖温带大陆性气候,温暖而湿润,冷季短,暖季长。
年平均气温12.1℃。
无霜期215天,年平均降水量782mm。
(1)地质资料
一般路基处于中湿状态,沿线路段有大量的砂砾、岩石块,水源充足,
可以说筑料丰富。
(2)交通分析
由设计资料可知该路技术等级为四级公路,路基宽6.5m,路面宽6m,土路肩宽0.5m,根据设计要求及规范砂砾石路面的设计年限为10年,徽县麻沿乡的的汽车交通量2007年为300辆/日,交通量年平均增长率为7%,到设计年2017的年平均日交通量为550辆/日。
我国路面设计以双轮单轴载100kN为不标准轴载,以BZZ—100的各项参数见下表5.1。
表5.1标准轴载BZZ—100各项参数
标准轴载名称
BZZ—100
标准轴载名称
BZZ—100
标准轴载p(kN)
100
轮胎接地压力p(MPa)
0.70
两轮中心距
1.5d
单轮当量圆直径d(cm)
21.30
在整个设计年限内,设计车道上荷载重复作用的累计当量轴次:
2.结构组合和各层材料的选取
根据公路路面设计规范知,该次路面的等级为次高级路面。
根据要求
路面面层采用沥青碎石,厚度为3㎝,基层采用水泥稳定砂砾,厚度待定;底基层采用天然砂砾,厚度为15㎝。
(1)各层所选路面材料参数
表5.2材料参数
材料名称
抗压模量(MPa)
15ºC劈裂强度(MPa)
热拌沥青砂砾
800
1.4
水泥稳定砂砾
1400
0.5
天然砂砾
180
(2)土基回弹模量的确定:
该路段为Ⅲ区,粘质土,干湿状态为干燥,根据有关的“土基干湿状
态的稠度建议值”以及“二级自然区各土基回弹模量参考值”取稠度取得到土基回弹模量为41MPa。
3设计指标的确定
根据规范,四级公路只取设计弯沉值作为路面刚度指标,进行路面厚
度设计,并不进行层底拉应力验算。
(1)设计弯沉值
公路等级系数取1.2(四级公路),面层类型系数取1.1(热拌沥青碎石),基层类型系数取1.6。
根据沥青路面设计弯沉值公式计算:
(2)各层材料的容许层底来应力:
式中:
—容许拉应力(MPa);
—劈裂抗压强度(MPa);
—抗拉强度结构系数。
对于沥青路面才来说,抗拉强度结构系数:
式中:
—沥青混合料级配系数细粒式沥青碎石取为1.0
细粒式沥青碎石:
对于无机结合料稳定集料,水泥稳定砂砾:
4.确定水泥稳定砂砾石的厚度
路面结构体系为三层,假定基层水泥稳定砂砾厚度为16cm,由于路面厚度计算是以弯沉作为控制指标,故按弯沉等小理论进行计算。
第一层h1=3E=800第一层
第二层h2=16E=1400等效转换第二层
H=?
E=1400
第三层h3=15E=180第三层
第四层E=41
通过大量的多层弹性体系的分析得到中层厚度推算公式:
=16+6.23=22.38
查三层体系表面弯沉系数诺莫图,得
则计算路面弯沉
所以路面厚度满足要求。
第六章道路排水设计
6.1路基、路面排水系统的布置原则
6.1.1路基排水原则
1.排水设施要因地制宜,全面规划,合理布局,综合治理,讲究效益,注意经济,并充分利用有利地形和自然水系。
一般情况下地面设的排水沟渠,宜短不宜长,以使水流不过与集中,做到及时疏散,就近分流。
2.各种路基排水沟渠的设置,应注意与农田水利相配合,必要时刻适当地增设涵管或加大涵管孔径,以防农业用水影响路基稳定。
3.设计前必须进行调查研究,查明水源和地质条件,考虑排水系统的全面规划,考虑路基排水与桥涵布置相配合,各种排水渠道的平面布置与竖向布置相配合,做到路基路面综合设计和分期修建。
4.路基排水要注意防止附近山体的水土流失,尽量不要破坏天然水系,不轻易合并自然沟溪和改变水流性质,尽量选择有利地质来布设人工沟渠,减少排水沟渠的防护与加固工程。
5.路基排水要注意和防止与当地水文条件相违背,应结合当地水文条件和道路等级的具体情况,就地取材,以防为主,既要稳固适用,又必须调宽经济效益。
6.为了减少水对路面的破坏作用,应尽量阻止水流入路面结构,并提供良好的排水设施,以便迅速排除路面结构上的水,以及土质松软和纵横坡较陡地段的,亦可建筑具有承受荷载和雨水共同作用的路面结构。
6.1.2路面排水原则
1.低等级公路中,路面的横坡一般应为3%~4%左右。
当位于小纵坡或超高缓和段的扭曲路面时,最小合成坡度不小于0.5%。
2.在公路交叉口排水困难地段,路面排水设计应满足行驶动力学和排水技术要求,在交叉路口前应设置泄水口。
3.对于纵坡较大的地段,弯道内侧车道、竖曲线的凹部、高路堤的桥梁端部等特殊部位,为防止过大集中水流对路基路肩、边坡冲刷,可局部设置当水缘石。
4.所有排水设施的设置,除能满足排水要求外,均应满足有利于今后养护维修。
5.为减少地表面水和地下水对面层、基层和路基的侵蚀破,迅速排除路面结构的层间水,通常将路面排水与路面结构内部排水系统综合考虑。
6.2排水系统的水力学计算
1.设计流量
流量是路基排水的基本依据,其大小与汇水面积、洪水频率、汇水区域内的地形、地貌及植被等因素有关。
设计流量的计算法有多种,路界内的各项排水设施所需排泄的设计流量可按下式计算确定:
(6.1)
式中:
Q——设计流量,/s;
Q——设计重现期和降雨历时内的平均降雨强度,mm/min;
——径流系数;
——汇水面积,;
在本次设计中径流系数按汇水区域内的地表种类确定为0.60~0.80。
坡面汇流历时可按下式计算确定:
()(6.2)
式中:
——坡面汇流历时,min;
——地表粗度系数,按地表情况查表本次设计取0.20
——分别为坡面长度,m和坡度。
计算沟管内汇流历时时,先在断面尺寸、坡面变化点或者有支沟(支管)汇入处分段,分别计算各段的汇流历时后再叠加而得,即:
(6.3)
式中:
——沟管内江流历时,min;
和——分段数和分段序号;
——第段的长度,m
——第段的平均流速,m/s。
沟管内的平均流速按下式近似估算:
式中:
——该段排水沟管的平均坡度。
2.水力计算
(1)对于具有规则形状的沟渠段面,以及沟底纵坡较缓,流量与流速按等速流的关系式:
(6.4)
(6.5)
式中:
——水流的断面流速,m/s;
——通过一定断面的流量,
——水流断面面积,;
——水力影响半径,m;
——水力坡降,在等速的条件下,可以认为与沟底纵坡相同;
——流速系数,通过实验按规定公式计算。
(2)流速系数
流速系数主要取决于水流条件,如沟渠、管道或地表等,以及其粗糙
程度,要求在实验的基础上,确立计算公式。
(6.6)
式中:
——水流断面的粗糙系数,其值与沟渠表层材料有关,本次设计的道路沟渠。
——水力半径,m;
——与及有关的指数,三者关系如下:
(6.7)
除此外,值也可查有关的表和图得知。
(3)容许的最小与最大流速
为避免沟渠产生泥沙淤积,设计时应保证沟渠内的水流,具有一定的
流速。
沟渠的容许最小流速(m/s),同水中所含的泥沙粒径有关,可按下列经验公式计算:
(6.8)
式中:
——与所含土粒有关的系数,见表
——水力半径,m。
表6.1系数表
水中含土类
值
粗砂
0.65~0.77
中砂
0.58~0.64
细砂
0.41~0.45
极细砂
0.31~0.41
为使沟渠不致冲刷成害,沟渠的最大流速,应予限制。
本次设计沟渠一种为砂质粘土,容许最大设计流速为1.4(m/s),另一种为浆砌片石,容许最大设计流速为3.0(m/s)。
(4)常用的沟渠断面水力计算
水流断面面积及其流速与流量,同断面形式及水力半径、显周等水力
要素有关。
沟渠断面主要是梯形和矩形,其尺寸有底宽b、水深h及平均边坡率m。
水力要素关系式:
(6.9)
(6.10)
(6.11)
式中:
——沟渠边坡坡率,对于矩形,;对于梯形,;不对称梯形。
——断面系数,矩形;对于梯形;不对称梯形,
。
本次设计的道路在桩号K2+300~K2+637.878范围内有农田,需修灌溉渠,在设计时可将边沟设计为沟渠,沟渠材料采用浆砌片石。
这样既方便了灌溉,又节约了土地。
已知水力梯度0.6%,对称
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