南華大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院路基路面工程課程設(shè)計(jì)

1、摘 要本設(shè)計(jì)為浙江省某地新建的一條雙向六車道高速公路,設(shè)計(jì)速度為120km/h.起止樁號(hào)為k280+030-k400+485.分為路基設(shè)計(jì)和路面設(shè)計(jì)兩部分.路基設(shè)計(jì)中主要以一般路堤形式進(jìn)行設(shè)計(jì),路堤平均高度為2.5m.主要進(jìn)行了路基橫斷面設(shè)計(jì)、道路橫斷面排水設(shè)計(jì)、路基穩(wěn)定性驗(yàn)算和施工設(shè)計(jì).其中,路基穩(wěn)定性驗(yàn)算取8m高一般路堤進(jìn)行設(shè)計(jì).路面設(shè)計(jì)中對(duì)任務(wù)書所給的一些不合理的條件根據(jù)規(guī)范做出了相應(yīng)的修改,主要是初擬路面結(jié)構(gòu)的不同.設(shè)計(jì)路面為水泥混凝土剛性路面,主要包括路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)、混凝土路面板尺寸設(shè)計(jì)、接縫設(shè)計(jì)以及施工設(shè)計(jì).并對(duì)水泥混凝土路面面層的配合比進(jìn)行了設(shè)計(jì).關(guān)鍵詞 一般路堤、排水、施工、

2、水泥路面、配合比目錄摘 要11路基設(shè)計(jì)61.1 路基橫斷面設(shè)計(jì)61.1.1 確定路基橫斷面形式61.1.2 確定自然區(qū)劃和路基干濕類型61.2 道路橫斷面排水設(shè)計(jì)81.2.1 確定邊溝布置、斷面形式及尺寸81.2.2 確定截水溝布置、斷面形式和尺寸81.2.3 其他排水設(shè)施91.3 路基穩(wěn)定性驗(yàn)算91.3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)101.3.2 穩(wěn)定性驗(yàn)算101.3.3 路基坡面防護(hù)121.4 路基施工設(shè)計(jì)131.4.1 施工要點(diǎn)131.4.2 路基壓實(shí)142剛性路面設(shè)計(jì)152.1行車荷載152.1.1車輛的類型和軸型152.1.2軸載換算162.1.3交通分析172.2路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)182.2.1墊層

3、設(shè)計(jì)182.2.2基層設(shè)計(jì)192.2.3面層設(shè)計(jì)202.2.4路肩設(shè)計(jì)202.2.5路面排水設(shè)計(jì)202.3路面結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)222.3.1. 初擬路面結(jié)構(gòu)222.3.2. 路面材料參數(shù)的確定222.3.3. 基層頂面回彈模量232.3.4. 荷載疲勞應(yīng)力252.3.5. 溫度疲勞應(yīng)力272.4接縫設(shè)計(jì)292.4.1 縱向接縫292.4.2 橫向接縫302.5各結(jié)構(gòu)層材料組成設(shè)計(jì)312.6各結(jié)構(gòu)層的施工技術(shù)要求及質(zhì)量控制準(zhǔn)312.7工程量及材料用量計(jì)算332.7.1材料用量332.7.2工程量量362.8水泥混泥土路面建筑設(shè)計(jì)362.8.1路面標(biāo)示、標(biāo)志、標(biāo)線362.8.2公路防撞護(hù)欄362.8.3

4、 防眩設(shè)施363柔性路面設(shè)計(jì)383.1進(jìn)行軸載換算，確定交通等級(jí)383.1.1軸載分析383.1.2交通等級(jí)的確定413.2擬定路面結(jié)構(gòu)組合方案413.3路面材料參數(shù)確定413.4路面結(jié)構(gòu)層厚度確定423.4.1設(shè)計(jì)指標(biāo)的確定423.4.2路面結(jié)構(gòu)層厚度的計(jì)算433.4.3瀝青混泥土面層和半剛性基層、底基層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算443.5驗(yàn)算防凍層厚度453.6各結(jié)構(gòu)層材料組成設(shè)計(jì)453.7提出各結(jié)構(gòu)層得施工技術(shù)要求及質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)453.8工程量及材料組成設(shè)計(jì)463.9瀝青路面建筑設(shè)計(jì)463.9.1路面標(biāo)示、標(biāo)志、標(biāo)線463.9.2公路防撞護(hù)欄463.9.3 防眩設(shè)施47參考文獻(xiàn)481路基設(shè)計(jì)路基根據(jù)

5、其使用要求和當(dāng)?shù)刈匀粭l件，并結(jié)合施工方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，既有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，又要經(jīng)濟(jì)合理。影響路基強(qiáng)度和穩(wěn)定的地面水和地下水，必須采取攔截或排出路基以外的措施，并結(jié)合路面排水，綜合排水設(shè)計(jì)，形成完整的排水系統(tǒng)。修筑路基取土和棄土?xí)r，應(yīng)符合環(huán)保要求，以適當(dāng)處理，減少棄土侵占耕地，防止水土流失和瘀塞河道。本路基設(shè)計(jì)主要依據(jù)公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范(jtg d302004)、公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(jtj b012003)、公路自然區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)及土的工程分類(gbt_50145-2007)和路基路面工程教材進(jìn)行設(shè)計(jì)。1.1 路基橫斷面設(shè)計(jì)1.1.1 確定路基橫斷面形式由設(shè)計(jì)任務(wù)書所給條件，路基橫斷面可采用路堤、路塹和半

6、填半挖三種形式，以及公路曲線的超高、加寬時(shí)的路基橫斷面。本設(shè)計(jì)主要才用一般路堤形式，按照標(biāo)準(zhǔn)橫斷面形式進(jìn)行設(shè)計(jì)。1.1.2 確定自然區(qū)劃和路基干濕類型由公路自然區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)可知：遼寧大部分位于遼河平原凍融交替副區(qū)，屬于東部溫潤季凍區(qū)。路基土質(zhì)為粉性亞粘土。：由路基路面工程可得路基臨界高度：表1.1 路基臨界高度參考值土組路槽底至水位臨界高度自然區(qū)劃粉性亞粘土地下水h1h2h32.72.0該公路為高速公路雙向六車道,要求標(biāo)準(zhǔn)較高,故取路基干濕類型為干燥,則由表1.1可得路基最小高度h>2.7m。1.1.3 擬定路基斷面尺寸江浙地區(qū)地形以丘陵、平原為主，屬于平原微丘區(qū)，本公路為高速公路雙向六車道

7、，并考慮該地區(qū)經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)，取計(jì)算行車速度為120km/h。（1） 路基寬度：由公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(jtj b012003)可歸納得：表1.2 路基寬度參數(shù)高速公路六車道120 km/h行車道寬度(m)中央分隔帶(m)左側(cè)路緣帶(m)硬路肩(m)土路肩(m)2×11.2530.753.250.75行車道寬度：2×11.25=22.5m 中央分隔帶：3m 左側(cè)路緣帶：0.75m×2=1.5m硬路肩寬度：3.25m×2=6.5m 土路肩寬度：0.75m×2=1.5m則，路基寬度：22.5+3+1.5+6.5+1.5=35m得路基橫斷面圖如圖1.1所示：

8、圖1.1 路基橫斷面圖（2） 路基高度：由公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范(jtg d302004)，設(shè)有中央分隔帶的高速公路，路基設(shè)計(jì)標(biāo)高為中央分隔帶的外側(cè)邊緣高程。由于該公路位處遼河平原凍融交替副區(qū)，自然災(zāi)害以凍融為主，且公路等級(jí)要求高，設(shè)計(jì)需求路基干濕類型為干燥，由表1.2知，路基高度h>2.7m，設(shè)計(jì)資料中路基平均高度為0.7m。綜合考慮路線縱坡要求，路基穩(wěn)定性和工程經(jīng)濟(jì)等因素，本設(shè)計(jì)取路基高度h=3.5m。（3） 路基邊坡坡率：路堤填土高度為5m，路基填料為細(xì)粒土，由表1.3可得，取路基邊坡坡率為11.5，則邊坡寬度b=1.5h=5.25m。表1.3 路堤邊坡坡率填料類別邊坡坡率上部高度（h8

9、m）下部高度（h12m）細(xì)粒土11.511.75粗粒土11.511.75巨粒土11.311.751.2 道路橫斷面排水設(shè)計(jì)1.2.1 確定邊溝布置、斷面形式及尺寸邊溝的排水量不大，一般不需進(jìn)行水文和水力計(jì)算。依據(jù)沿線情況，選用標(biāo)準(zhǔn)橫斷面形式。邊溝的縱坡一般與路線縱坡一致。邊溝橫斷面采用梯形，內(nèi)測邊坡坡率為11.5，外側(cè)邊坡坡度與挖方邊坡坡度相同。由于該公路位于東南潮熱區(qū)，降雨量較大，梯形邊溝的底寬和深度都采用0.6m。由于水量較大，邊溝采用漿砌片石鋪砌，砌筑用砂漿m7.5號(hào)。邊溝斷面如圖1.2所示：圖1.2 邊溝構(gòu)造圖1.2.2 確定截水溝布置、斷面形式和尺寸截水溝的位置應(yīng)盡量與絕大多數(shù)的地面

10、水流方向垂直，以提高截水溝的效能和縮短截水溝的長度。溝底采用0.5%的縱坡。截水溝截面采用對(duì)稱梯形，溝的邊坡坡度采用11.5，溝底采用干砌片石鋪筑。對(duì)截水溝斷面尺寸采用試算法進(jìn)行水力計(jì)算，以獲得最佳斷面。如圖1.3所示 圖1.3 截水溝構(gòu)造圖1.2.3 其他排水設(shè)施道路的排水設(shè)施主要包括路基排水和路面排水。常用的路基地面排水設(shè)施，除了已經(jīng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的邊溝和截水溝外，還包括排水溝、跌水與急流槽。這些排水設(shè)備，分別設(shè)在路基的不同部位，各自的排水功能、布置要求和構(gòu)造形式均有所差異。各類地表水溝溝頂應(yīng)高出設(shè)計(jì)水位0.2m以上。當(dāng)?shù)叵滤绊懧坊访娴膹?qiáng)度或邊坡穩(wěn)定時(shí)，應(yīng)設(shè)置暗溝、滲溝和檢查井等地下排水設(shè)施

11、。路面表面排水主要是迅速把降落在路面和路肩表面得降水排走，一面造成路面積水而影響行車安全。主要包括中央分隔帶排水、路面內(nèi)部排水和邊緣排水系統(tǒng)，以及排水基層的排水系統(tǒng)等。1.3 路基穩(wěn)定性驗(yàn)算由于本設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)橫斷面采用一般路堤形式，路堤平均填土高度為0.7m。對(duì)于路基的穩(wěn)定性分析，采用一般路堤的最高值8m。由公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范(jtg d302004)得路堤邊坡坡度為定值。1.3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)路堤填土高h(yuǎn)1=8m，路堤邊坡坡率為m=11.5，路堤填料為粘質(zhì)土，粘聚力c=20kpa，內(nèi)摩擦角=15°（tan=0.268）。土的容重取=20kn/m3。車輛荷載為公路一級(jí)汽車荷載。由公路路基設(shè)計(jì)

12、規(guī)范(jtg d302004)，對(duì)路堤和地基的整體穩(wěn)定性采用簡化的bishop法進(jìn)行分析計(jì)算。1.3.2 穩(wěn)定性驗(yàn)算（1） 車輛荷載的換算在進(jìn)行路堤穩(wěn)定性驗(yàn)算時(shí)，將車輛荷載按最不利情況排列，并換算成相當(dāng)?shù)耐翆雍穸取９芬患?jí)汽車荷載換算成土柱高：由路基路面工程有， ； (1-1)式中：n并列車輛數(shù)，雙向六車道n=6； l 標(biāo)準(zhǔn)車輛軸載為12.8m； q一輛重車的重力（標(biāo)準(zhǔn)車輛荷載為550kn）； 路基填料的重度為20kn/m3； b荷載橫向分布寬度，近似取路基寬35m。數(shù)值帶入計(jì)算可得：h0=0.27m，考慮安全?。?） 路堤橫斷面用4.5h法滑動(dòng)面圓心位置的輔助線，取通過路堤坡腳和距路基左邊緣

13、1/4路基跨度處的圓弧。繪出圓弧滑動(dòng)面的計(jì)算圖示，如圖1.4所示：圖1.4 4.5h法確定圓心位置圖示其中，輔助線的作圖表值參考表1.4：表1.4 輔助線的作圖表值邊坡坡度邊坡角1211.530°40´26°35°（3） 穩(wěn)定系數(shù)k值由路基路面工程有， ； (1-2)式中：ni各土條的法向分力，ni=qicosi； ti各土條的切向分力，ti= qisini； i各土條重心與圓心連接線對(duì)豎軸y的夾角； l圓弧滑動(dòng)面全長，l=8m邊坡計(jì)算高度h=h0+h1=4.3m。綜上可列穩(wěn)定性計(jì)算表如表1.5所示：表1.5 路堤穩(wěn)定性計(jì)算表編號(hào)iainiti19

14、76;1.1120.934.47223°2.7950.3624.8339°3.1745.2740.9454°´0.809.416.94總和7.87125.9687.11則，穩(wěn)定系數(shù)由于k>1.25，所以路基穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果滿足要求。1.3.3 路基坡面防護(hù)本路基設(shè)計(jì)主要采用土質(zhì)邊坡坡度為11.5。考慮到江浙地區(qū)降雨量較大，坡面沖刷比較嚴(yán)重，并結(jié)合工程防護(hù)，采用骨架防護(hù)，并鋪草皮相結(jié)合的路基坡面防護(hù)形式，具體為采用片石鋪砌成方格，方格內(nèi)再鋪草皮。坡面防護(hù)如圖1.4所示：圖1.4 坡面防護(hù)示意圖1.4 路基施工設(shè)計(jì)理想的設(shè)計(jì)必須通過施工來實(shí)現(xiàn),施工實(shí)踐是

15、檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的重要過程。路基施工的主要內(nèi)容，大致可歸納為施工前的準(zhǔn)備工作和基本工作兩大部分。土質(zhì)路基的基本工作，是路塹挖掘成型、土的移運(yùn)、路堤填筑壓實(shí)，以及與路基直接有關(guān)的各項(xiàng)附屬工程。施工的準(zhǔn)備工作，內(nèi)容較多，大致可以歸納為組織準(zhǔn)備、技術(shù)準(zhǔn)備和物質(zhì)準(zhǔn)備三個(gè)方面。1.4.1 施工要點(diǎn)（1） 基本要求土質(zhì)路基的挖填，首先必須搞好施工排水，包括地面臨時(shí)排水溝槽及設(shè)法降低地下水位,以便始終保持施工場地的干燥。路基挖填范圍內(nèi)的地表障礙物，事先應(yīng)予以拆除。路塹開挖，應(yīng)在全橫斷面進(jìn)行，自上而下一次成型。土質(zhì)路堤分層填平壓實(shí)，是確保施工質(zhì)量的關(guān)鍵。路堤填方材料，應(yīng)有一定的強(qiáng)度。經(jīng)野外取土試驗(yàn)，高速公路應(yīng)符合表1

16、.6的規(guī)定時(shí)才能使用。表1.6 路堤填方材料最小強(qiáng)度和最大粒徑表填料應(yīng)有部位（路床頂面以下深度）（m）填料最小強(qiáng)度（cbr）(%)填料最大粒徑（cm）路堤上路床（030）8.010下路床（3080）5.010上路堤（80150）4.015下路堤（>150）3.015零填及路塹路床（030）8.010（3080）5.010（2） 填挖方案土質(zhì)路堤填筑，主要采用不同的土水平分層平鋪的方式，以保證強(qiáng)度均應(yīng)。土質(zhì)路塹開挖，主要采用縱向全款掘進(jìn)和橫向通道掘進(jìn)兩種方式。（3） 機(jī)械化施工主要采用機(jī)械化施工，人工輔助配合的方式進(jìn)行路基施工。1.4.2 路基壓實(shí)（1） 機(jī)具選擇與操作根據(jù)各種填料的不同性

17、質(zhì)以及不同土層厚度，采用最適宜的壓實(shí)機(jī)械進(jìn)行施工。路基壓實(shí)應(yīng)在最佳含水率條件下進(jìn)行。（2） 壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)本公路為高速公路，路面為混凝土，對(duì)路基強(qiáng)度要求較高，按現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定，路基壓實(shí)度應(yīng)滿足表1.7的要求。表1.7 路基壓實(shí)度填挖類別路床頂面以下深度（m）路基壓實(shí)度（%）零填及挖方00.30-00.80»96填方00.80»960.801.50»94>1.50»932剛性路面設(shè)計(jì)水泥混凝土路面板為剛性路面，具有較高的力學(xué)強(qiáng)度，在車輪荷載作用下變形較小。所以，混凝土板通常工作在彈性階段。本水泥混凝土路面設(shè)計(jì)主要依據(jù)公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范(jtg d40

18、2002)。在荷載圖示方面采用靜力作用均布面荷載，在地基模型方面，采用溫克勒地基模型。在路面板形態(tài)方面，采用半空間彈性地基有限大矩形板理論。2.1行車荷載2.1.1車輛的類型和軸型由交通調(diào)查和預(yù)測得知，2010年一晝夜雙向混合交通量組成如下：桑塔納2000 2920輛；江淮al6600 550輛；黃海dd680 466輛北京bj130 141輛； 東風(fēng)eq140 652輛；黃河jn163 892輛東風(fēng)sp9250 226輛；預(yù)計(jì)年平均交通增長率為9.8%。根據(jù)交通調(diào)查結(jié)果，查閱相關(guān)資料可得2.1表如下：表2.1 車輛軸重參數(shù)參考表車型序號(hào)車型名稱前軸重（kn）后軸重（kn）后軸數(shù)后軸輪數(shù)交通量

19、01桑塔納2000 12292002江淮al660017.026.52255003黃海dd68049.091.51246604北京bj13013.427.41214105東風(fēng)eq14023.669.31265206黃河jn16358.6114.01289207東風(fēng)sp925050.7113.3322262.1.2軸載換算由公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范(jtg d402002)得標(biāo)準(zhǔn)軸載的有關(guān)計(jì)算參數(shù)見表2.2：表2.2 標(biāo)準(zhǔn)軸載計(jì)算參數(shù)標(biāo) 準(zhǔn) 軸 載bzz100軸載p（kn）100輪胎接地壓強(qiáng)p（mpa）0.70單輪傳壓面當(dāng)量直徑d（cm）21.30兩輪中心距（cm）1.5d水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)

20、計(jì)以100kn的單軸-雙輪組荷載作為標(biāo)準(zhǔn)軸載。不同軸輪型和軸載的作用次數(shù)，換算為標(biāo)準(zhǔn)軸載的作用次數(shù)。由公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范(jtg d402002) 有 (2-1) (2-2)或 (2-3)或 (2-4)式中：ns100kn的單軸-雙輪組標(biāo)準(zhǔn)軸載的作用次數(shù)；pi單軸-單輪、單軸-雙輪組、雙軸-雙輪組或三軸-雙輪組軸型級(jí)軸載的總重（kn）；軸型和軸載級(jí)位數(shù)；各類軸型級(jí)軸載的作用次數(shù)；軸-輪型系數(shù)，單軸-雙輪組時(shí)，=1；單軸-單輪時(shí)，按（2-2）計(jì)算；雙軸-雙輪組時(shí)，按（2-3）計(jì)算；三軸-雙輪組時(shí)，按（2-4）計(jì)算。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)的統(tǒng)計(jì)，去掉影響較小的軸載小于40kn的交通量。并由式

21、2.12.3計(jì)算結(jié)果列表如下：表2.3 軸載換算計(jì)算表軸載pi（kn）每日通過次數(shù)（次/d）bzz-100軸次（次/d）49.046610091.546610.24112.569.365210.0021.858.689210011489218.13725250.72261003×113.32266.2×10-93.2×108477.3=7900則可知本路建成初期每晝夜雙向混合交通量換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載的作用次數(shù)為7900×(1+9.8%)5=12600次/d。2.1.3交通分析由公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范(jtg d402002)可得高速公路的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為30

22、年，具體數(shù)值見表2.4：表2.4 可靠度設(shè)計(jì)指標(biāo)公路技術(shù)等級(jí)高速公路一級(jí)公路二級(jí)公路三、四級(jí)公路 安全等級(jí)一級(jí)二級(jí)三級(jí)四級(jí)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期（a）30302020目標(biāo)可靠度（）95908580目標(biāo)可靠指標(biāo)1.641.281.040.84變異水平等級(jí)低低中中中高則設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)路面所承受的標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)為ni，則有： (2-5)其中，t =30，n1=12600，=9.8% 。則有 ni=。車道橫斷面上各點(diǎn)所受的軸載作用次數(shù)，僅為通過該車道斷面的軸載作用次數(shù)的一部分。水泥混凝土路面的臨界疲勞荷位為縱縫邊緣中部，該處的輪跡橫向分布系數(shù)，按實(shí)際測定結(jié)果參照表2.5所示。表2.5 車輛輪跡橫向分布系數(shù)公路

23、等級(jí)縱縫邊緣處高速、一級(jí)公路、收費(fèi)站0.170.22二級(jí)及二級(jí)以下公路行車道寬大于7m0.340.39行車道寬小于或等于7m0.540.62本公路為高速公路雙向六車道，取=0.2 。則，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)面層臨界荷位出得標(biāo)準(zhǔn)軸載累積作用次數(shù)ne。ne=ns·=728438828×0.2=145687765 。 (2-6)水泥混凝土路面所承受的交通軸載作用，按設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計(jì)車道所承受的標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)分為4級(jí)，分級(jí)范圍如表2.6所示。表2.6 交通分級(jí)交通等級(jí)特重重中等輕設(shè)計(jì)車道標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)ne（104）2000100200031003由表2.6可知，本道路交通屬于特

24、重交通。2.2路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)組成水泥混凝土路面的結(jié)構(gòu)層包括：墊層、基層和面層等，各結(jié)構(gòu)層的功能和作用各不相同。2.2.1墊層設(shè)計(jì)本公路路基土質(zhì)較差、水溫狀況不良，需要在路基和基層之間設(shè)置墊層，以改善路基的濕度和溫度狀況，保證面層和基層的強(qiáng)度、剛度及溫度性。由于修筑墊層的材料，強(qiáng)度要求不一定要求很高，但水穩(wěn)性和隔溫性能要好，本設(shè)計(jì)考慮到公路所在地區(qū)冬季凍脹，春季翻漿，主要采用排水隔溫墊層。排水隔溫墊層所采用的材料是砂礫，砂礫墊層應(yīng)采用潔凈的中、粗砂及礫石，含泥量不大于5%，并將其中的植物、雜質(zhì)清除干凈，也可以采用天然級(jí)配的砂礫料，其最大粒徑不大于50mm。應(yīng)注意防止粗細(xì)粒料分離現(xiàn)象。由公路水泥

25、混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范(jtg d402002)，墊層的寬度應(yīng)與路基同寬，其最小厚度為150mm。本設(shè)計(jì)取墊層厚度為180mm。2.2.2基層設(shè)計(jì)在面層下設(shè)置基層的主要目的是防止唧泥、錯(cuò)臺(tái)和由此引起的面板斷裂等損壞的出現(xiàn)。要求剛度與面層匹配，細(xì)粒土含量少、耐沖刷能力強(qiáng)和有排水設(shè)施。由于本公路為高速公路，對(duì)基層的上述要求較高。（1） 類型由于本公路交通屬于特重交通。由公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范(jtg d402002)可得適宜的基層類型如表2.7所示。表2.7 適宜各類交通等級(jí)的基層類型交通等級(jí)基層類型特重交通貧混凝土、碾壓混凝土或?yàn)r青混凝土基層重交通水泥穩(wěn)定粒料或?yàn)r青穩(wěn)定碎石基層中等或輕交通水泥穩(wěn)

26、定粒料、石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料或級(jí)配粒料基層由表2.7 本設(shè)計(jì)路面基層采用碾壓混凝土。同時(shí)考慮到特種交通的需求，同時(shí)加設(shè)選用水泥穩(wěn)定粒料(水泥用量5)的底基層。（2） 寬度由公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范(jtg d402002)知。基層的寬度應(yīng)比混凝土面層每側(cè)至少寬出300mm（采用小型機(jī)具施工時(shí)）或500mm（軌模式攤鋪機(jī)施工時(shí)）或650mm（滑模式攤鋪機(jī)施工時(shí)）。路肩采用混凝土面層，其厚度與行車道面層相同時(shí)，基層寬度宜與路基同寬。級(jí)配粒料基層的寬度也宜與路基同寬。本設(shè)計(jì)采用與路基同寬度的基層。（3） 厚度由公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范(jtg d402002)?？芍黝惢鶎雍穸鹊倪m宜范圍，如表2.

27、8所示。表2.8 各類基層厚度的適宜范圍基層類型厚度適宜的范圍（mm）貧混凝土或碾壓混凝土基層120200水泥或石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料基層150250瀝青混凝土基層4060瀝青穩(wěn)定碎石基層80100級(jí)配粒料基層150200多孔隙水泥穩(wěn)定碎石排水基層100140瀝青穩(wěn)定碎石排水基層80100由于本設(shè)計(jì)采用碾壓混凝土基層，且考慮到交通容量特別大，并結(jié)合貧混凝土的材料性能，決定采用180mm的碾壓混凝土基層。水泥穩(wěn)定粒料底基層的厚度綜合考慮采用180mm2.2.3面層設(shè)計(jì)水泥混凝土面層應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、耐久性，表面抗滑、耐磨、平整。面層采用設(shè)接縫的普通混凝土。具體設(shè)計(jì)參數(shù)見下節(jié)，水泥混凝土路面設(shè)計(jì)。2.

28、2.4路肩設(shè)計(jì)路肩的作用是為路面提供側(cè)向支承，并承受一定的荷載。本設(shè)計(jì)路肩鋪面采用水泥混凝土面層。高速公路硬路肩水泥混凝土面層的厚度采用與行車道面層等厚，基層與行車道基層相同。2.2.5路面排水設(shè)計(jì)（1）高速公路因平縱橫三方面均要求較高，所以路基填挖較大。一般需設(shè)置攔水帶，防止雨水集中沖刷填方坡面，造成坡面拉溝，甚至沖毀路基。攔水帶采用形式如圖2.1所示。圖2.1 攔水帶示意圖（2）中央分隔帶排水的作用主要是排除中央分隔帶范圍內(nèi)的表面滲入水，本設(shè)計(jì)采用凸形表面有鋪面封閉的中央分隔帶，如圖2.2所示。圖2.2 中央分隔帶排水（3）行車道路面應(yīng)設(shè)置雙向或單向橫坡，坡度為2。路肩鋪面的橫向坡度值比行

29、車道路面的橫坡值大1，為3。（4）行車道路面結(jié)構(gòu)設(shè)置了排水墊層，在排水墊層外側(cè)邊緣設(shè)置縱向集水溝，并間隔50100m設(shè)置橫向排水管。排水墊層的縱向邊緣集水溝設(shè)在路床邊緣。集水溝的縱坡與路線縱坡相同。（5）集水溝的寬度通常采用300mm。集水溝的深度為保證集水管管頂?shù)陀谂潘畬拥酌妫⒂凶銐蚝穸群突靥盍鲜辜懿槐皇┕C(jī)械壓裂。采用200mm。2.3路面結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)2.3.1. 初擬路面結(jié)構(gòu)由表2.4知，相應(yīng)于安全等級(jí)一級(jí)的變異水平等級(jí)為低級(jí)。根據(jù)高速公路特重交通等級(jí)和低變異水平等級(jí)，查表2.9初擬普通混凝土面層厚度為0.28m，碾壓混凝土基層0.18m，底基層選用水泥穩(wěn)定粒料(水泥用量5)，厚0.

30、18m，墊層為0.18m天然沙礫。水泥混凝土上面層板的平面尺寸長為4.0m、寬從中央分隔帶至路肩依次為3.75m、3.75m、3.75m、3.25m；縱縫為設(shè)拉桿平縫，橫縫為設(shè)傳力桿的假縫。碾壓混凝土不設(shè)縱縫，橫縫設(shè)假縫，間距(板長)4m。表2.9 水泥混凝土面層厚度參考范圍交通等級(jí)特重重公路等級(jí)高速一級(jí)二級(jí)高速一級(jí)二級(jí)變異水平等級(jí)低中低中低中低中面層厚度（mm）2602502402702402602302502202.3.2. 路面材料參數(shù)的確定（1）面層由公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范(jtg d402002)可得普通混凝土面層彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值如表2.10所示。表2.10 水泥混凝土設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度

31、標(biāo)準(zhǔn)值交通等級(jí)特重重中等輕水泥混凝土的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（mpa）5.05.04.54.0鋼纖維混凝土的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（mpa）6.06.05.55.0同時(shí)可得相應(yīng)的彎拉彈性模量如表2.11所示。表2.11 水泥混凝土彎拉彈性模量經(jīng)驗(yàn)參考值彎拉強(qiáng)度（mpa）1.01.52.02.53.03.54.04.55.05.5抗壓強(qiáng)度（mpa）5.07.711.014.919.324.229.735.841.848.4彎拉彈性模量（gpa）10151821232527293133綜上分析，取普通混凝土面層的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為5.0mpa，相應(yīng)彎拉彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值為31gpa。（2）基層參考有關(guān)資料，碾壓混凝土彎

32、拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為4.0mpa，相應(yīng)彎拉彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值為27gpa。又由表2.12得水泥穩(wěn)定粒料基層回彈模量取1300mpa。表2.12 墊層和基層材料回彈模量經(jīng)驗(yàn)參考值材料類型回彈模量（mpa）天然沙礫150200水泥穩(wěn)定粒料13001700（3）墊層同樣由表2.12得天然沙礫墊層的回彈模量取200mpa。（4）路基由公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范(jtg d402002)建議路基土回彈模量取值如表2.13所示。表2.13 中濕路基路床頂面回彈模量（mpa）土組公路自然區(qū)劃土質(zhì)砂26424050395035605060粘質(zhì)土25453040254530453045粉質(zhì)土224632543050274

33、33045由公路自然區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)可知：遼寧大部分位于遼河平原凍融交替區(qū)，屬于東部溫季凍區(qū)。路基土質(zhì)為粉性亞粘土。路基土回彈模量取48mpa。2.3.3. 基層頂面回彈模量由公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范(jtg d402002)得基層頂面回彈模量的計(jì)算公式如下： (2-7) (2-8) (2-9) (2-10) (2-11) (2-12)將數(shù)據(jù)代入上式，可解得： (mpa)由公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范(jtg d402002)，有基層頂面的當(dāng)量回彈模量et的最低要求見表2.14所示。表2.14 基層頂面回彈模量et最低要求交通量等級(jí)特重重中等輕回彈模量et（mpa）1201008080由于所以算的et

34、=186mpa，大于120mpa，所以滿足要求。2.3.4. 荷載疲勞應(yīng)力由公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范(jtg d402002)，采用碾壓混凝土或貧混凝土做基層時(shí)，宜將基層與混凝土面層視作分離式雙層板進(jìn)行應(yīng)力分析。復(fù)合式混凝土面層的截面總剛度。 (2-13)式中，層間結(jié)合系數(shù)。分離式，取=0 。則有， 復(fù)合式混凝土面層的相對(duì)剛度半徑。 (2-14)則有， 標(biāo)準(zhǔn)軸載在普通混凝土面層臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力計(jì)算為，。 (2-15)則有， (2-16)則有， 由公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范(jtg d402002)，標(biāo)準(zhǔn)軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力按下式計(jì)算： (2-17)其中：普通混凝土面層，

35、因縱縫為設(shè)拉桿平縫，接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)=0.87；碾壓混凝土基層不設(shè)縱縫，不考慮接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的荷載疲勞應(yīng)力系數(shù)。 (2-18)式中： kf設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的荷載疲勞應(yīng)力系數(shù)； ne設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)； 與混合料性質(zhì)有關(guān)的指數(shù)，普通混凝土、鋼筋混凝土、連續(xù)配筋混凝土，=0.057，普通混凝土碾壓混凝土和貧混凝土，=0.065；對(duì)普通混凝土面層， 。對(duì)于碾壓混凝土基層， 。考慮偏載和動(dòng)載等因素對(duì)路面疲勞損壞影響的綜合系數(shù)，按公路等級(jí)查 表2.15可得。表2.15 綜合系數(shù)公路等級(jí)高速公路一級(jí)公路二級(jí)公路三、四級(jí)公路1.301.251.201.10由于本

36、公路為高速公路，取=1.30 。普通混凝土面層的荷載疲勞應(yīng)力計(jì)算為，(mpa)碾壓混凝土基層的荷載疲勞應(yīng)力計(jì)算為，(mpa)2.3.5. 溫度疲勞應(yīng)力水泥混凝土面層的最大溫度梯度標(biāo)準(zhǔn)值tg ，可按照公路所在地的公路自然區(qū)劃按表2.16選用。表2.16 最大溫度梯度標(biāo)準(zhǔn)值tg公路自然區(qū)劃、最大溫度梯度(/m)8883909586929398本公路位于5江南丘陵過濕區(qū)，最大溫度梯度取85/m。普通混凝土面層板長4m，?；炷撩鎸雍穸?.28m。查公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范(jtg d402002)附圖，可得：bx=0.41 ，cx=0.85 。分離式雙層混凝土板上層的最大溫度翹曲應(yīng)力按下式計(jì)算：

37、(2-19) (2-20) (2-21)將數(shù)據(jù)代入上式可解得：(mpa) 溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)可按下式計(jì)算確定： (2-22)式中：a、b和c回歸系數(shù)，按所在地區(qū)的公路自然區(qū)劃查表2.17確定。表2.17 回歸系數(shù)a、b和c系 數(shù)公路自然區(qū)劃iiiiivv11a0.8280.8550.8410.8710.8370.834b0.0410.0410.0580.0710.0380.052c1.3231.3551.3231.2871.3821.270本公路位于5江南丘陵過濕區(qū)，取a=0.828，b=0.041，c=1.323 。在臨界荷位處的溫度疲勞應(yīng)力按下式計(jì)算確定： (2-23)則有，（mpa） 分離

38、式復(fù)合式路面中碾壓混凝土基層的溫度翹曲應(yīng)力可忽略不計(jì)。由表2.4可得高速公路的安全等級(jí)為一級(jí)，目標(biāo)可靠度為95，相應(yīng)的變異水平等級(jí)為低。再由表2.18可得可靠度系數(shù)。表2.18 可靠度系數(shù)變異水平等級(jí)目標(biāo)可靠度（）95908580低1.201.331.091.161.041.08中1.331.501.161.231.081.131.041.07高1.231.331.131.181.071.11確定可靠度系數(shù)=1.33 。水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以行車荷載和溫度梯度綜合作用產(chǎn)生的疲勞斷裂作為設(shè)計(jì)的極限狀態(tài)，其表達(dá)式采用下式計(jì)算： (2-24)普通混凝土面層為，<5.0mpa碾壓混凝土基層為，

39、<4.0mpa因而，擬定的由厚度0.28m的普通混凝土上面層和厚度0.18m的碾壓混凝土基層組成的分離式復(fù)合式路面，可以承受設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力的綜合疲勞作用。2.4接縫設(shè)計(jì)混凝土路面板由于溫度或濕度變化、硬化時(shí)的收縮等原因，會(huì)出現(xiàn)脹縮合翹曲。設(shè)置接縫，可減小混凝土板因變形受到約束而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，并滿足施工的需要。2.4.1 縱向接縫縱縫設(shè)在劃分車道線的位置，由于一次鋪筑寬度小于路面寬度，設(shè)置縱向施工縫。縱縫與路線中縫平行?？v向施工縫采用平縫加拉桿形式，上部鋸切槽口，深度為30mm，寬度為5mm，槽內(nèi)灌塞填縫料，構(gòu)造如圖2.3所示。圖2.3 縱向施工縫構(gòu)造圖拉桿采用螺紋鋼筋，設(shè)

40、在板厚中央，并對(duì)拉桿中部100mm范圍內(nèi)進(jìn)行防銹處理。拉桿的直徑、長度和間距，參照表2.19選用。施工布設(shè)時(shí)，拉桿間距按橫向接縫的實(shí)際位置予以調(diào)整。表2.19 拉桿直徑、長度和間距（mm）面層厚度（mm）到自由邊或未設(shè)拉桿縱縫的距離（m）3.003.503.754.506.007.520025014×700×90014×700×80014×700×70014×700×60014×700×50014×700×40026030016×800×90016

41、5;800×80016×800×70016×800×60016×800×50016×800×400由于設(shè)計(jì)混凝土面層厚度為280mm，一車道寬度即到自由邊距離為3.75m。選用直徑16螺紋鋼筋，長度800mm，間距700mm。2.4.2 橫向接縫橫縫垂直于縱縫，有縮縫、脹縫和施工縫三種。由于設(shè)置脹縫不僅給施工帶來不便，而且也容易出現(xiàn)碎裂、唧泥和錯(cuò)臺(tái)等病害。因此本設(shè)計(jì)主要采用縮縫和施工縫兩種接縫形式。每日施工結(jié)束或因臨時(shí)原因中斷施工時(shí)，設(shè)置橫向施工縫，其位置選在縮縫處。采用傳力桿的平縫形式，其構(gòu)造如圖2.4

42、所示。圖2.4 橫向施工縫構(gòu)造圖橫向縮縫等間距布置，采用假縫形式。由于特重交通，采用設(shè)傳力桿假縫形式。橫向縮縫頂部鋸切槽口，深度為面層厚度的1/4，寬度為5mm，槽內(nèi)填塞填縫料。高速公路的橫向縮縫槽口增設(shè)深20mm、寬610mm的淺槽口，其構(gòu)造如圖2.5所示。圖2.5 橫向縮縫構(gòu)造圖傳力桿采用光面鋼筋。其尺寸和間距可按表2.20選用。最外側(cè)傳力桿距縱向接縫或自由邊的距離為200mm。表2.20 傳力桿尺寸和間距（mm）面層厚度（mm）傳力桿直徑傳力桿最小長度傳力桿最大間距2202840030024030400300260324503002803545030030038500300水泥混凝土面層

43、厚度280mm。則采用傳力桿直徑35光面鋼筋，長度500mm，間距200mm。 2.5各結(jié)構(gòu)層材料組成設(shè)計(jì) 水泥混泥土 28cm 碾壓混泥土 18cm 水泥穩(wěn)定粒料土 18cm 路基2.6各結(jié)構(gòu)層的施工技術(shù)要求及質(zhì)量控制準(zhǔn)本設(shè)計(jì)水泥混凝土路面施工采用滑模施工技術(shù)。主要參考公路水泥混凝土路面滑模施工技術(shù)規(guī)范。本設(shè)計(jì)采用螺旋布料器布料、多根振動(dòng)棒振動(dòng)密實(shí)、振搗器上下振搗壓入粗骨料、成型模板擠壓成型和抹光等工序，確保水泥混凝土路面密度，特別是路面的平整度有了明顯的提高，能滿足高速公路的高標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量要求。施工要求：（1）施工前的準(zhǔn)備：根據(jù)質(zhì)量要求驗(yàn)收基層標(biāo)高與平整度，避免因基層的標(biāo)高或平整度的不良而影響

44、水泥混凝土面層。在合格的基層頂面用經(jīng)緯儀和水準(zhǔn)儀測量出道路中心線和標(biāo)高，然后，放出攤鋪機(jī)一側(cè)的基準(zhǔn)線，放線時(shí)每5m（彎道段）或10m（直線段）測設(shè)一個(gè)點(diǎn)，確保標(biāo)高準(zhǔn)確，線形平順。攤鋪機(jī)履帶行走部位的地基，應(yīng)稍整平并有能承載履帶接地壓力的承載力。（2）混凝土制備螺旋布料器均勻布料虛方控制板控制砼進(jìn)入成型模板的數(shù)量振搗棒將砼加以振動(dòng)密實(shí)振搗器將表面上的粗料壓入砼之中成型模板使路面板擠壓成型浮動(dòng)模板對(duì)擠壓成型出來的砼表面進(jìn)行修整抹光板對(duì)路表面進(jìn)行搓柔抹光拌制符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)且質(zhì)量穩(wěn)定的拌和料，其坍落度宜為3050mm，砂率直為40。加強(qiáng)攪拌站材料的計(jì)劃性，原材料必須有足夠的貯存量，滿足每天的攤鋪量。在滿

45、足攤鋪量的同時(shí)，必須按運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場的時(shí)間和車輛噸位大小等情況，配備運(yùn)輸車輛，確保攤鋪機(jī)持續(xù)均勻地進(jìn)行攤鋪。（3）全自動(dòng)鋪筑攤鋪機(jī)定位后，安裝自動(dòng)找平傳感裝置并檢查其完好性及操作靈活性，它將直接影響到鋪筑路面的質(zhì)量。全自動(dòng)攤鋪的工藝為：根據(jù)施工情況，調(diào)整攤鋪速度以及振動(dòng)棒位置與振動(dòng)頻率。（5）整修攤鋪機(jī)自動(dòng)鋪筑路面成型后，為了使路面兩側(cè)的邊角達(dá)到要求的平整度，可備有3m輕型直尺進(jìn)行整修。每天攤鋪機(jī)在開始和結(jié)束鋪筑時(shí)，兩端都采用人工立模板和鋪筑。兩端平整度必須與機(jī)械攤鋪整個(gè)面層保持一致，上述兩端處的人工修邊必須認(rèn)真精修。（6）拉毛、初期養(yǎng)生拉毛質(zhì)量直接影響路面抗滑性能，拉毛可以采用麻袋布拉毛，壓紋機(jī)

46、壓紋或切割成紋。要求紋理均勻、順直、深度適宜。當(dāng)混凝土成型后應(yīng)適時(shí)用潮濕的麻袋布或草包覆蓋養(yǎng)生，防止表面干縮裂縫，并在7天內(nèi)保持濕治養(yǎng)生。也可采用噴灑化學(xué)養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù)。（7）切縫掌握好切縫時(shí)機(jī)是防止施工初期斷板的重要措施，應(yīng)“寧早不晚”和“切縫不淺”，以切縫時(shí)刀片不帶起碎石為最早切縫時(shí)機(jī)，切縫深度應(yīng)為1/31/4的板厚（具體根據(jù)設(shè)計(jì)要求）。（8）灌封縫當(dāng)養(yǎng)生結(jié)束后即可開始灌封縫，灌封縫前必須清除縫內(nèi)雜物，保持縫壁干燥，然后選用合適的灌縫料進(jìn)行灌封縫。2.7工程量及材料用量計(jì)算2.7.1材料用量（1）配置抗折強(qiáng)度設(shè)配置滑模攤鋪的水泥混凝土，高速公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)抗折強(qiáng)度5mpa，強(qiáng)度施工保證系

47、數(shù)k=1.15。則配置抗折強(qiáng)度由下式確定：則有，（2）計(jì)算水灰比w/c實(shí)測28d抗折強(qiáng)度平均值取8.40mpa。參照下列兩個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：帶入數(shù)據(jù)則有，w/c=0.3642 或 w/c=0.544上述兩個(gè)公式計(jì)算的水灰比，一個(gè)偏小，一個(gè)偏大，取兩個(gè)公式的計(jì)算結(jié)果的平均值w/c=0.454較合適。（3）計(jì)算單位用水量w0 取細(xì)度模數(shù)為2.6，參考表2.21得sp=32%；表2.21砂的細(xì)度模數(shù)與最優(yōu)砂率關(guān)系砂細(xì)度模數(shù)2.22.52.52.82.83.13.13.43.43.7砂率（%）碎石30343236343836403842礫石28323034323634383640塌落度h=5cm，由下列

48、經(jīng)驗(yàn)公式可計(jì)算：代入數(shù)據(jù)得，sp=162.15kg/m3>160kg/m3用水量過大，需使用減水劑。（4）外加劑用量使用外加劑，應(yīng)采用引氣緩凝減水劑用量1.5，最優(yōu)減水率7% 。減水量計(jì)算如下：7%×162.15=11.35kg/m3，162.12-11.35=120.8kg/m3，符合礫石混凝土最大控制單位用水量155kg/m3的要求。外加劑用量y0=359×0.0015=0.5385 kg/m3。（5）計(jì)算單位水泥用量c0c0=w0（c/w）=150.8×2.2026=332.15 kg/m3考慮到施工的波動(dòng)，增加水泥用量c=7.85 。取c0=340 kg/m3，水灰比為150.8/340=0.044 。對(duì)比耐久性的要求，高速公路水泥混凝土路面的水灰比不大于0.44，基本符合要求，單位用水量不小于300 kg/m3，滿足耐久性要求。（6）計(jì)算砂石材料用量使用假定密度法計(jì)算，假定礫石混凝土密度2450 kg/m3。由細(xì)度模數(shù)fm=2.625查表2.20，的砂率sp=32%。由下式可計(jì)算：代入上式得，（8）計(jì)算結(jié)果匯總上述計(jì)算結(jié)果如表2.