交通工程毕业设计.docx
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交通工程毕业设计
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摘要
本设计研究的是郑州至民权开封段路段ZM-KF3标初步设计。
主要研究方法是在考察现场地质水文资料,查阅当地交通量等信息的基础上,为郑州至民权两地间设计出一条交通便利,线形合理,经济美观,使用年限长久的高速公路。
河南省地处中国东部,路线所经地形为平原微丘区。
本设计标段全线总长3087.094m。
有1个平曲线、6个竖曲线、3座高架桥,设计车速120kmandresearchofZhengzhouKaifengroadtocivilrightsZM-KF3standardpreliminarydesign.Themainresearchmethodswasinvestigatedinfieldgeologicalandbasedon,forZhengzhoutocivilrightsbetweentwodesignaconvenienttransportation,linearrational,economicappearance,usefixednumberofyearlongexpressway.
HenanprovinceislocatedintheeasternpartofChina,theroutesthroughtheterrainfortheplainoroffulllength3087.094m.Thereare1horizontalcurveverticalcurve,6,3viaducts,thedesignspeedof120kmoftherouteschemeargumentation,determinetheappropriatedesign,andrecommendanoptimalschemeforthedetaileddesign,includingtheflat,vertical,,designofroadbedandroadsurfaceanddrainagedesign,andotheraspects
Keywords:
subgrade,pavement,
drainage
摘要1
Abstract2
目录第一章工程概述3
第一章工程概述6
1.1工程概况6
1.2沿线自然地理概况6
1.3工程技术标准6
1.4交通量资料7
1.5设计依据和标准7
第二章路线平面设计8
2.1道路技术等级确定8
2.2路线方案的拟定与比选9
2.2.1选线原则9
2.2.2平原微丘区选线要点10
2.2.3选线的一般步骤11
2.2.4平面设计技术指标的确定12
2.2.5路线方案拟定与比选13
2.3平面设计15
2.3.1平面设计的一般原则15
2.3.2逐桩桩号计算15
2.3.3逐桩坐标计算18
2.4设计成果20
第三章纵断面设计21
3.1纵断面设计原则21
3.2平纵组合设计21
3.3道路坡长及坡度确定22
3.5竖曲线设计23
3.5.1曲线最小半径和最小长度23
3.5.2竖曲线各要素计算25
3.6设计成果26
第四章横断面设计27
4.1横断面布置27
4.2路拱坡度设计27
4.3护坡道28
4.4边沟设计28
4.5超高设计28
4.6加宽设计29
4.7中央分隔带形式设计29
4.8设计成果29
第五章路基设计30
5.1一般路基设计30
5.1.1一般规定30
5.1.2路基断面形式、坡度30
5.1.3填料选择及填筑方式30
5.1.4边坡防护33
5.2路基压实标准与压实度33
5.3路基施工要求及注意事项33
5.3.1路基施工要求33
5.3.2施工注意事项34
5.4设计成果34
第六章路面结构设计35
6.1路面类型及结构层组合35
6.1.1设计原则35
6.1.2路面类型确定35
6.1.3标准轴载及轴载换算36
6.1.4路面结构层组合40
6.2路面结构层组成设计41
6.2.1沥青混凝土面层组成设计41
6.2.2水泥稳定碎石基层组成设计41
6.2.3二灰土底基层组成设计42
6.3路面结构层厚度确定42
6.3.1确定土基回弹模量42
6.3.2拟定路面结构及参数42
6.3.3计算设计弯沉值43
6.3.4计算容许弯拉应力43
6.3.5按容许弯沉计算路面厚度45
6.3.6验算弯拉应力46
6.3.7电算结果51
6.4设计成果52
第七章道路工程量计算53
7.1土石方调配与计算53
7.1.1调配要求53
7.1.2调配方法53
7.1.3路基土石方计算54
7.2路面工程量计算55
7.3设计成果55
第八章道路排水设计及桥涵方案设计56
8.1道路排水设计56
8.1.1路基排水目的和要求56
8.1.2路基排水设计一般原则56
8.1.3排水系统设计56
8.1.4排水结构物设计57
8.2桥涵方案设计57
8.2.1桥涵设计的基本要求57
8.2.2设计方案58
第九章绿化设计59
第十章施工组织设计61
10.1编制说明及设计目标61
10.1.1编制依据61
10.1.2编制原则61
10.2工程施工组织管理机构61
10.3施工方案62
10.3.1施工准备62
10.3.2施工工序总体安排63
10.3.3主要工序施工方法63
10.4工期及施工进度计划66
10.5施工平面图布置66
10.6机械设备使用计划67
10.7施工工期保证措施67
10.8工程质量目标、质量保证措施68
10.8.1质量目标68
10.8.2工程质量保证措施68
10.8.3质量管理及检验的标准69
10.9工程安全保证措施69
10.10环境保护措施70
10.11文明施工的目标和实施方案71
10.11.1目标和实施方案71
10.11.2文明施工管理71
附表一拟投入本合同的主要施工设备表73
附表二拟配备本合同的试验和检测仪器设备表74
附表三劳动力计划表75
附表四施工进度计划横道图76
附表五施工总平面布置77
结语78
参考文献80
致谢81
第一章工程概述
1.1工程概况
郑州至民权高速公路开封境段大致呈东西走向,起点位于西姜寨乡韩寨西侧,郑汴两市交界处,终点位于开封县陈留镇东南,七里湾村东侧。
工程沿线经过开封市的开封县和杞县。
其中,本标段位于开封境内,开封市位于黄河南岸,属黄河洪积冲积平原区的黄河南岸沙丘地副区。
工程全线按全封闭双向六车道高速公路标准设计,设计速度120km。
面层施工压实度不应低于马歇尔试验密度的96%。
面层抗滑标准:
构造深度,横向力系数,摆值。
②路面中、下面层
沥青混合料采用Ⅰ型密实式沥青混凝土(空隙率3%~6%),其抗裂性能、疲劳强度和耐久性均优于Ⅱ型半密实式沥青混凝土(空隙率4%~10%)。
沥青中面层AC-20Ⅰ改进型及下面层AC-25Ⅰ改进型配合比设计时,马歇尔稳定度不应低于7.5KN,空隙率宜控制在3~6%,其动稳定度不应低于800次mm,其水稳性指标:
沥青与石料的粘附性不应低于4级,浸水马歇尔试验(48h)残留稳定度不应低于85%,冻融劈裂试验残留强度不应低于70%,推荐沥青用量4~6%。
沥青中、下面层施工压实度不应低于马歇尔试验密度的96%(试验段钻孔取芯密度的99%)。
6.2.2水泥稳定碎石基层组成设计
①集料组成
路面基层是路面结构的承重部分,主要承受车轮荷载的竖向力,并把面层传来的应力扩散到路基,因而它应有足够的强度和稳定性,同时应具有良好的扩散应力的性能和足够的水稳定性能,保证路面的质量、强度,基层施工是关键的环节。
水泥稳定碎石作为高等级公路的基层,其优良的性能是国内外公认的。
水泥采用普通325#或425#水泥即可满足要求,但终凝时间一般要大于6小时。
碎石的压碎值<35%,其最大粒径≤37.5mm。
②配合比
材料的配合比采用水泥:
碎石=6:
94
③强度指标
基层压实度不小于98%,7天抗压强度4.5Mpa。
6.2.3二灰土底基层组成设计
①集料组成
石灰:
根据《公路沥青路面设计规范》规定石灰质量应符合GB1594规定的III级以上消石灰或生石灰的技术指标。
粉煤灰:
根据《公路沥青路面设计规范》规定粉煤灰中的,、和总量应大于70%,烧失量不宜大于20%,比面积大于2500cm2g。
采用湿粉煤灰的含水量不宜超过35%。
②配合比
二灰土做底基层时,石灰与粉煤灰的比例(重量比)可用1:
2~1:
4(对于粉土,以1:
2为宜),石灰粉煤灰与细粒土的比例可以是30:
70~90:
10(当采用30:
70比例时,石灰与粉煤灰之比宜为1:
2~1:
3)。
本设计建议使用配合比为石灰:
粉煤灰:
土=10:
30:
60,抗压模量E=600~900MPa,劈裂强度σ=0.2~0.3MPa。
6.3路面结构层厚度确定
6.3.1确定土基回弹模量
由于地处河南开封,位于Ⅱ5区,地下水埋深为1.8~2.3m,最小填土高度为0m,所以H=1.8+0=1.8m。
查表-路基临界高度参考值得,因此路基属中湿类型。
土质为低~高液限黏性土,查表-土基干湿状态的稠度建议值,黏质土,取,查表-二级自然区划各土组土基回弹模量参考值,取。
6.3.2拟定路面结构及参数
拟定路面结构方案,初拟路面结构及其力学参数见表下表:
表6.7各结构层材料
层次
结构层名称
厚度
(cm)
抗压模量(MPa)
劈裂强度
(MPa)
20℃
15℃
1
SMA-13
4
1400
2000
1.6
2
AC-20
6
1200
1800
1.0
3
AC-25
8
1000
1400
0.8
4
水泥稳定碎石
?
1400
0.5
5
二灰土
20
700
0.25
6
土基
—
300
—
6.3.3计算设计弯沉值
路面设计弯沉值是表征路面整体刚度大小的指标,是路面厚计算的主要依据。
知在设计年限内标准当量轴次,面层和基层类型按下式计算确定:
(6.4)
式中:
ld—路面设计弯沉值,0.01mm;
Ne—设计年限内一个车道上累计当量轴次;
Ac—公路等级系数,高速公路为1.0;
As—面层类型系数,沥青混凝土面层为1.0;
Ab—基层类型系数,对半刚性基层、底基层总厚度等于或大于20cm时为1.0。
所以
6.3.4计算容许弯拉应力
我国沥青路面设计除了以路面设计弯沉为设计控制外,对高等级道路路面还要验算沥青混凝土面层和整体性材料基层的拉应力。
要求结构层层底的最大容许拉应力不大于结构层材料的容许拉应力,在路面设计中通常表示为≤。
容许拉应力按下列公式计算:
(6.5)
式中:
—路面结构层材料的容许拉应力;
—沥青混凝土或半刚性材料的劈裂强度,Mpa。
对沥青混凝土系15 时的劈裂强度,Mpa;对二灰稳定类的材料为龄期180d的劈裂强度,Mpa;
—抗拉强度结构系数。
对沥青混凝土面层:
(6.6)
式中:
—沥青混凝土类型系数,细、中粒沥青混凝土为1.0,粗粒式沥青混凝土为1.1;
对无机结合料稳定类材料:
(6.7)
对有机结合料稳定类材料:
(6.8)
(1)计算抗弯拉强度系数
沥青混凝土
基层
(2)计算容许弯拉应力
结构层材料容许拉应力
(6.9)
沥青混凝土上层SMA-13,(MPa)
沥青混凝土上层AC-20,(MPa)
沥青混凝土上层AC-25,(MPa)
水泥稳定碎石
二灰土
6.3.5按容许弯沉计算路面厚度
1)实际路表弯沉值按下式计算:
(6.10)
(6.11)
式中:
—路面实测弯沉值(0.01mm);
—标准车型的轮胎接地压强(MPa),取0.70MPa;
—单轮传压面当量圆半径(cm),取10.65cm;
—弯沉综合修正系数;
—理论弯沉系数。
按弯沉设计指标要求计算弯沉综合修正系数,则
2)进行三层体系换算三层体系转换图如下:
E1=1400Mpa
E2=1200Mpa
E3=1000Mpa
h4=?
E4=1400Mpa
E5=700Mpa
土基
E0=38.5Mpa
E1=1400Mpa
H=?
cm
E2=1200Mpa
土基
E0=38.5Mpa
图6.3路面结构当量换算图
已知
查《路基路面》得,又,
所以
。
因此
得,(cm),
再根据公式
,
得出=20.60(cm),取25(cm)。
6.3.6验算弯拉应力
(1)验算沥青混凝土上面层底面弯拉应力
三层体系转换图如下:
E1=2000Mpa
E2=1800Mpa
E3=1400Mpa
E4=1400Mpa
E5=700Mpa
土基
E0=38.5Mpa
E1=2000Mpa
H=?
cm
E2=1800Mpa
土基
E0=38.5Mpa
图6.4路面结构当量换算图
cm
查《路基路面工程》中的《三层连续体系上层底面拉应力系数诺谟图上层中层层间连续》得,,即沥青混凝土上面层不受弯拉,所以沥青上面层的抗弯拉强度均满足设计要求。
(2)验算沥青混凝土中面层弯拉应力
三层体系转换图如下:
E1=2000Mpa
E2=1800Mpa
E3=1400Mpa
E4=1400Mpa
E5=700Mpa
土基
E0=38.5Mpa
E1=1800Mpa
H=?
cm
E2=1400Mpa
土基
E0=38.5Mpa
图6.5路面结构当量换算图
cm
查《路基路面工程》中的《三层连续体系上层底面拉应力系数诺谟图上层中层层间连续》得,,即沥青混凝土中面层不受弯拉,所以沥青中面层的抗弯拉强度均满足设计要求。
(3)验算沥青混凝土下面层弯拉应力
三层体系转换图如下:
E1=2000Mpa
E2=1800Mpa
E3=1400Mpa
E4=1400Mpa
E5=700Mpa
土基
E0=38.5Mpa
E1=1400Mpa
H=?
cm
E2=1400Mpa
土基
E0=38.5Mpa
图6.6路面结构当量换算图
cm
查《路基路面工程》中的《三层连续体系上层底面拉应力系数诺谟图上层中层层间连续》得即沥青混凝土下面层不受弯拉,所以沥青混凝土下面层的抗弯拉强度均满足设计要求。
(4)验算水泥稳定碎石基层弯拉应力
三层体系转换图如下:
E1=2000Mpa
E2=1800Mpa
E3=1400Mpa
E4=1400Mpa
E5=700Mpa
土基
E0=38.5Mpa
E1=1400Mpa
H=30cm
E2=700Mpa
土基
E0=38.5Mpa
图6.7路面结构当量换算图
查《路基路面工程》中的《三层连续体系上层底面拉应力系数诺谟图上层中层层间连续》得
,
所以抗弯拉强度满足设计要求。
(1)验算二灰土层弯拉应力
三层体系转换图如下:
E1=2000Mpa
E2=1800Mpa
E3=1400Mpa
E4=1400Mpa
E5=700Mpa
土基
E0=38.5Mpa
E1=1400Mpa
H=20cm
E2=700Mpa
土基
E0=38.5Mpa
图6.8路面结构当量换算图
查《路基路面工程》中的《三层连续体系中层底面拉应力系数诺谟图(上层中层层间连续)》得,,,
故二灰土层底抗弯拉强度满足设计要求。
(6)土基及路面结构层回弹弯沉值
三层体系转换图如下:
E1=1400Mpa
E2=1200Mpa
E3=1000Mpa
E4=1400Mpa
E5=700Mpa
土基
E0=30Mpa
E1=1400Mpa
H=?
cm
E2=1200Mpa
土基
E0=38.5Mpa
图6.9路面结构当量换算图
已知:
查《路基路面工程》中的《三层体系表面弯沉系数诺谟图》
得,,,
,
又,则
,
所以(1100mm)。
计算结果表明设计的路面结构满足要求。
6.3.7电算结果
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:
27.92(0.01mm)
路面设计层层位:
4
设计层最小厚度:
200(mm)
层位结构层材料名称厚度20℃平均抗压标准差15℃平均抗压标准差容许应力
(mm)模量(MPa)(MPa)模量(MPa)(MPa)(MPa)
1细粒式沥青玛蹄脂碎石401400020000.609
2中粒式沥青混凝土601200018000.381
3粗粒式沥青混凝土801000014000.304
4水泥稳定碎石?
1400014000.265
5石灰粉煤灰土25070007000.132
6新建路基38.5
按设计弯沉值计算设计层厚度:
LD=27.92(0.01mm)
H(4)=200mmLS=1.7(0.01mm)
由于设计层厚度H(4)=Hmin时LS<=LD,
故弯沉计算已满足要求.
H(4)=200mm(仅考虑弯沉)
按容许拉应力计算设计层厚度:
H(4)=200mm(第1层底面拉应力计算满足要求)
H(4)=200mm(第2层底面拉应力计算满足要求)
H(4)=200mm(第3层底面拉应力计算满足要求)
H(4)=200mm(第4层底面拉应力计算满足要求)
H(4)=200mm(第5层底面拉应力计算满足要求)
路面设计层厚度:
H(4)=200mm(仅考虑弯沉)
H(4)=200mm(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500mm
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:
细粒式沥青玛蹄脂碎石40mm
中粒式沥青混凝土60mm
粗粒式沥青混凝土80mm
水泥稳定碎石250mm
石灰粉煤灰土200mm
新建路基
6.4设计成果
设计成果详见路面结构图
第七章道路工程量计算
7.1土石方调配与计算
路基土石方数量的计算和调配是在路基横断面设计完成,并在路基横断图绘制完成后进行的。
首先计算横断面的面积,然后计算体积,即可获得土石方数量,最后进行土石方调配。
7.1.1调配要求
(1)土石方调配应按先横向后纵向的次序进行。
(2)纵向调运的最远距离一般应小于经济运距(按费用经济计算的纵向调运的最大限度距离叫经济运距)。
(3)土石方调运的方向应考虑桥涵位置和路线纵坡对施工运输的影响,一般情况下,不跨越深沟和少做上坡调运。
(4)借方、弃土方应与借土还田,整地建田相结合,尽量少占田地,减少对农业的影响,对于取土和弃土地点应事先同地方商量。
(5)不同性质的土石应分别调配。
回头曲线路段的土石调运,要优先考虑上下线的竖向调运。
7.1.2调配方法
土石方调配方法有多种,如累积曲线法、调配图法、表格调配法等,由于表格调配法不需单独绘图,直接在土石方表上调配,具有方法简单,调配清晰的优点,是目前生产上广泛采用的方法。
表格调配法又可有逐桩调运和分段调运两种方式。
一般采用分段调用。
表格调配法的方法步骤如下:
(1)准备工作
调配前先要对土石方计算惊醒复核,确认无误后方可进行。
调配前应将可能影响调配的桥涵位置、陡坡、深沟、借土位置、弃土位置等条件表于表旁,借调配时考虑。
(2)横向调运
即计算本桩利用、填缺、挖余,以石代土时填入土方栏,并用符号区分。
(3)纵向调运
确定经济运距
根据填缺、挖余情况结合调运条件拟定调配方案,确定调运方向和调运起讫点,并用箭头表示。
计算调运数量和运距
调配的运距是指计价运距,就是调运挖方中心到填方中心的距离见区免费运距
(4)计算借方数量、废方数量和总运量
借方数量=填缺—纵向调入本桩的数量
废方数量=挖余—纵向调出本桩的数量
总运量=纵向调运量+废方调运量+借方调运量
(5)复核
①横向调运复核
填方=本桩利用+填缺
挖方=本桩利用+挖余
纵向调运复核
填缺=纵向调运方+借方
挖余+纵向调运方+废方
总调运量复核
挖方+借方=填方+借方
以上复核一般是按逐页小计进行的,最后应按每公里合计复核。
(6)计算计价土石方
计价土石方=挖方数量+借方数量
7.1.3路基土石方计算
由于本设计路段有填有挖,即任意两相邻填方断面或挖方断面可以假定为一棱柱,即采用平均断面法进行计算,其体积的计算公式如下:
V=12(F1+F2)2L(6-1)
式中:
V—土石方量,m3;
F1,F2—相邻两断面面积,m2;
L—相邻断面间距离,m。
以K0+300为例:
=3006.3
计算得出的计价土石方和土方计算表中数据相符。
土石方量及计算见土方计算表。
7.2路面工程量计算
K0+000.00~K1+862.12段的路面工程量计算见下表:
表6-2沥青路面结构工程量表
序号
名称
厚度(cm)
宽度(m)
截面积(m2)
长度(m)
工程量(m3)
1
SMA-13
4
22.5
0.90
3087.10
2778.39
2
AC-20
6
22.5
1.35
3087.10
4167.59
3
AC-25
8
22.5
1.80
3087.10
5556.78
4
水泥稳定碎石
25
22.5
5.63
3087.10
17380.37
5
二灰土
20
22.5
4.50
3087.10
13891.95
合计
43775.08
7.3设计成果
设计成果详见公路用地图
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