学士学位论文--三级公路改建设计.doc

*大学毕业设计*改建设计The Reconstruction Design of Chang Jin Road2013 届 交通运输 学院专 业 交通工程 学 号 20091755 学生姓名 * 指导教师 * 完成日期 2013 年 06 月 08 日毕业设计成绩单学生姓名谷宏洋学号20091755班级交0901-3专业交通工程毕业设计题目*改建设计指导教师姓名王丽娟指导教师职称讲师评 定 成 绩指导教师得分评阅人得分答辩小组组长得分成绩院长签字：年 月 日毕业设计任务书题目*改建设计学生姓名*学号*班级专业交通工程承担指导任务单位交通运输学院导师姓名*导师职称讲师1 主要设计内容 (1)对给定道路路面现状的使用性能进行评价； (2)根据道路使用现状评价结果及相关调查资料，进行改建设计。具体包括平面设计、纵断面设计、横断面设计、路基设计、路面设计、相关附属设施设计等。2 要求 (1) 查阅相关规范和资料，掌握路面使用性能评价的相关知识； (2) 掌握路面病害的基本知识，能够根据病害调查资料对路面使用性能进行评价； (3) 能够根据相关的评价结果及调查资料提出较为合理的改建设计方案； (4) 掌握相关工具软件。三、主要技术标准1.设计等级：公路三级2.设计速度：40km/m3.标准轴载：BZZ-1004.路面类型：沥青混凝土路面四、应收集的资料及参考文献1 *交通量年报表，现况道路弯沉数据.2 交通部公路司.公路工程技术标准(JTG B01-2003)S.北京：人民交通出版社，2004.3 上海市公路管理处.公路沥青路面养护技术规范(JTJ 073.2-2001)S.北京：人民交通出版社，2001.4 交通部公路规划设计院.公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)S.北京：人民交通出版社，2006.5 交通部公路规划设计院.公路沥青路面设计规范释义手册(JTG D50-2006)S.北京：人民交通出版社，2008.6 中交第一公路勘察设计研究院.公路路线设计规范(JTG D20-2006)S.北京：人民交通出版社，2006.7 中交第二公路勘察设计研究院.公路路基设计规范(JTG D30-2006)S.北京：人民交通出版社，2004.8 中交第二公路勘察设计研究院.公路路基设计规范(JTG D30-2006)S.北京：人民交通出版社，2004.9 徐培华.高等级公路路基路面养护技术M.北京：人民交通出版社，2003.10 于凤河，张永明，宋金华.道路改扩建工程设计与施工技术M.北京：人民交通出版社，2004.11 尤晓伟.现代道路勘测设计M.北京：清华大学出版社，2004.12 张维全.道路勘测设计M.北京：人民交通出版社，2007.13 尤晓伟.现代道路路基路面工程M.北京：清华大学出版社，2003.14 周绪红，朱彦鹏.交通土建课程设计指南M.北京：中国建筑工业出版社，2004.五、进度计划第1周第2周 收集资料，完成开题报告，同时对外文资料进行翻译；第3周第3周 道路现状评价；第4周第10周 改建方案设计；第11周第12周 整理设计说明书，准备答辩。教研室主任签字时间 年 月 日 毕业设计开题报告题目*改建设计学生姓名学号班级专业一、课题背景：*为市级公路，*修建年代在1991年至1997年之间，但由于路面结构较薄，加之路面老化，大部分路段出现比较严重的破损：包括路面龟裂、网裂、坑槽、沉陷等多种病害，影响了道路交通安全和行车舒适性，若继续发展下去，对道路的破坏将更加严重，很有必要进行维修处理。本次大修设计起点为大辛峰桥桥头，设计起点里程为K0+000，终点里程为K2+110，设计全长2.11公里。二、国内外公路研究现状国外研究现状国外为了适应公路养护特别是日益增长的高等级公路的养护，在基础科学迅猛发展的推动下，以研究开发节能。环保型的养护材料为着眼点，不断推出新的养护工艺和与之相配套的机械设备，其主要有如下几方面：（1）以改性乳化沥青技术为基础，发展节能，环保型的养护材料；（2）以提高乳化沥青质量和实用性能的沥青乳化剂、改性剂；（3）以改性乳化沥青为主、应用于各种不同用途（雾封层、石硝封层、各种稀浆封层、微表处及改性乳化薄层罩面等）的乳化沥青材料及相应的生产机械设备-改性乳化沥青设备；（3）专用途材料：例如应用于各种天气状况的坑槽填补材料和灌缝材料等；（4）应用于各种路况、效率高、能保护环境的养护技术及其机械设备的发展。国内公路养护现状由于中国干线公路的建设发展异常迅猛，传统的、长期计划经济体制下的经验型养护管理模式已不能适应其发展要求，目前暴露出的问题集中反映在以下几个方面。（1）养路与养人没能从根本上得到解决；（2）养护投资体制不顺。弊端凸现；（3）养护运行机制落后，“重建轻养”思想严重；（4）缺少养护定额与规范；（5）养护机械配套率不足，养护科技含量低；（6）养护管理人员总体素质普遍偏低。三、课题主要内容（1）道路现况调查及分析对道路状况进行调查和分析，其主要目的主要是了解现有道路结构和强度状况，分析损坏原因及为作为改建方案的确定原则，道路现状的调查主要包括：现有道路等级及横断面情况调查、现有路面破损调查和分析、现况路面结构分析、沿线结构物调查。（2）交通量（车辆荷载）分析和预测交通等级是改建路基、路面的设计的重要影响因素，主要包括：现状交通量分析、现状车辆荷载分析、交通量发展预测、车辆荷载发展预测。（3）设计依据和标准根据对旧路的分析和国家相关规定确定设计依据、标准。（4）方案设计在交通等级、设计标准的的基础上对改建道路结构进行设计，并考虑经济因素对方案进行比选，决定最佳方案。主要工作内容包括：纵断面设计、横断面设计、路面结构设计、其它防护设计、平面交叉口设计、方案比选。（5）路面结构设计计算书设计过程中对路面结构的分析、设计应当编写计算书，包括：路面设计弯沉值、原路面当量回弹模量、路面结构计算。四、预期达到的效果通过对道路的改建解决网裂等路面病害，道路适应交通要求，改善道路行车条件。指导教师签字时 间 年 月 日摘 要我国低等级公路大多使用时间长、路面状况差，已经不能满足交通发展的要求。限于经济条件及征地问题，改建成为解决这一问题的主要手段。*修建时间较长，路面结构较薄，加之路面老化，大部分路段出现比较严重的破损，因此急需对其进行改建。本设计首先通过对道路现状进行调查及分析，并对交通量及车辆荷载进行分析和预测，以分析结果为依据，提出了在原路面进行补强的改建措施，同时，对改线路段进行了新建路面结构设计。其次，由于征地及经济要求，本改建设计本着尽量贴近原线形的原则，并结合相关规范标准，对平面、纵断面进行了拟合设计。平面设计中，除两段曲线半径不满足要求改设为半径为150m和200m的S形曲线外，其他路段不做变动。由于该路使用时间较长，修建时标准较低，且使用过程中存在路基沉降，因此在纵断面设计中需要进行填挖方的路段较多。最后，根据公路路线设计规范(JTG D20-2006)，对公路横断面的各个组成部分及加宽和超高进行了重新设计。通过本次改建设计，解决了公路破损、行驶条件差的问题，并阻止路面进一步发展破坏土基。同时提高了该路的通过能力，使该路能够适应该地区的经济发展。关键词：公路改建 路况调查 线形设计 横断面AbstractMost low grade highway in China are used for a long time, poor road condition, has been unable to meet the requirements of the development of traffic. Limited to the economic conditions and the problem of land expropriation, renovated is becoming the main means of solving this problem.ChangJin Road has been used for a long time, pavement structure is thin, and the pavement aging most sections of damaged is serious, so it is must to be reconstruction.This design first through the investigation and analysis of the road status, and the analysis and prediction of traffic volume and vehicle load, based on the result, Proposed reinforcement alterations measures in the original pavement at the same time, the new pavement structure design of the reconstruction lines, the new pavement structure design of the line. Secondly, as to the land acquisiction and economy requirements, The Reconstruction design in principle of as close as possible to the original alignment, combined with the relevant normative standards, Design the plan and longitudinal section against this line. In graphic design, in addition to the two section curve radius does not meet the requirements set for the radius of S curve of 150m and 200m, the other sections do not change. Because the road is used for a long time, the construction of low standard, and the subgrade settlement according to the use of it There are many of the design of the longitudinal sections need to be cut and fill, longitudinal section is provided with four vertical curve and uniform radius 100m. Then, according to the (JTG D20-2006). Redesigned various components of the Cross-section, widening and ultrahigh of the highway.Through this reconstruction design, it solves the problem of road damage and poor driving conditions, and to prevent the further development of pavement damage. At the same time, the road can adapt to the regional economic development.Key Words: highway reconstruction condition investigation alignment design transverse section目 录第1章 绪论11.1 设计的意义11.2 国内外研究现状11.3 设计解决的问题21.4 预期成果2第2章 道路现状调查32.1 现状路面结构分析32.2 现有路面破损调查及分析42.3 路面弯沉调查及分析6第3章 交通量及车辆荷载分析及预测83.1 现状交通量分析及预测83.2 现状车辆荷载分析及预测8第4章 平面设计114.1 直线114.2 曲线114.3 缓和曲线124.4 视距134.5 曲线要素计算13第5章 纵断面设计165.1 坡度165.2 坡长165.3 竖曲线175.4 平纵组合18第6章 横断面设计196.1 行车道196.2 路肩196.3 边坡及边沟196.4 路拱横坡196.5 弯道加宽及超高206.6 视距保证21第7章 路面结构设计237.1 面层237.2 基层237.3 底基层和垫层237.4 路面结构验算24第8章 结束语27参考文献28致谢29附录A 外文翻译30A.1 原文30A.2 译文34附录B 设计图纸38B.1 *平面图38B.2 *纵断面图38B.3 *横断面图38B.4 *路面结构图38附录C 附表39*大学毕业设计第1章 绪 论1.1 设计的意义随着国民经济的快速发展，交通量的迅猛增长，超重、超载车辆的不断出现，现有旧路难以满足交通运输发展的需要，出现许多严重损坏的路段。但我国的路网基本已经形成，考虑到经济和占地等因素，新建公路的数量受到限制。对现有旧路的大修升级改建已经成为当前乃至今后较长时期内公路网建设的重点。公路改建是道路方向的重要学习内容。特别是我国基本路网已经形成，且很多公路已经接近设计年限，大量公路都存在不同程度的病害。公路维修、改扩建成为公路建设的重点。公路改建的方法是公路工程学科的重要技能。*大部分路段路面已经出现龟裂、网裂、坑槽、沉陷等病害，路面承载能力已经严重下降。*已经不能适应交通荷载的发展，这次改建设计是要解决*的路面病害问题、提高路段适应能力。1.2 国内外研究现状国外工业发达国家都面临着大规模的重建工作，各国政府都花大力气研究和改善道路的使用性能和特性，并取得重大成果。国外发达国家建立了完善的路面状况和使用工况数据库，为道路改建提供数据支持。使用先进的检测设备对路面状况进行检测，为路面状况参数提供了科学保证。国外特别正式对道路资源的再生利用，就地再生工艺在大多数国家得到应用，显著提高社会效益和经济效益。国外研制了对应道路改建的成套专用施工设备，适应道路改建的施工需要，提高工作效率。由于社会交通量的快速增长，很多地区公路的实际运量已经远远超过其设计交通能力而造成严重交通阻塞，急需进行扩建。而由于车型结构和轴载结构发生变化，使得大部分道路已经不堪重负，出现不同程度的道路病害。我国二级以下的公路占相当大的比例，改扩建是提高道路等级，改变行车条件的主要手段，尤其早期修建的沥青类路面道路，改建比新建有更高的经济价值。我国的道路养护和改建已经有了明显提高。一系列新材料、新技术和新工艺，如沥青路面冷、热再生技术等，投入到道路改扩建工程中，极大的提高了作业效率、确保了施工质量。但距离发达国家还是有差距的，我国原有道路的修建方式多种多样，其标准也不尽相同，因此对原有道路的勘测在标准和规范上是否应有差异需要研究。目前，我国路面再生技术还不成熟，而且我国沥青面层结构与国外不同，所以在引进其技术和设备的基础上还要进行研究。1.3 设计解决的问题本次改建主要是为了解决*大部分路段路面龟裂、网裂、坑槽、沉陷等病害，改善行车体验，提高道路交通安全和行车舒适性，使路段适应未来几年内的交通发展。主要有以下步骤：首先是路面状况调查，主要包括：公路等级及横断面情况、现有路面破损情况调查分析、现况路面结构分析、现况路面弯沉值调查及分析等。据调查，现有公路等级为三级，路面病害严重主要为网裂、坑槽、下沉、纵、横缝等，所以很有必要进行大修。现况路面结构主要分为两类，设计路面结构时应分别考虑。从路面实测弯沉分析，应该进行补强设计。其次是交通量(荷载)分析和预测，主要是分析现状交通量和车辆荷载并预测设计年限内的发展，确定改建道路等级和为路面结构设计提供必要参数。然后进行方案设计，包括：平面设计、纵断面设计、横断面设计、路面结构设计等。在原路基础上保持基本横、纵线形不变，主要进行路面结构设计，提高承载力以满足交通发展的要求。路面结构设计根据不同的基层分别进行设计。最后编写路面设计计算书。1.4 预期成果通过对旧路的改建设计，使现有道路病害得到解决，提高了路面承载力，同时能够适应交通发展，改善了行车条件。第2章 道路现状调查2.1 现状路面结构分析本路段为三级公路，路基宽8.5m，路面宽7.0m，两侧路肩各宽0.75m。公路行车荷载是不断发展的，早期的路面结构不一定能适应现在的行车荷载，为了能更具体了解路面结构，为路面强度的分析及设计提供依据，使路面结构适应行车荷载发展，现对路面结构进行探坑调查，调查结果见表2-1。表2-1 对现有路面结构进行勘探调查表勘探点号勘探点里程路面结构层厚度总厚度1K0+1007cm沥青砼20cm级配砂砾27cm2K0+3005cm沥青砼25cm级配砂砾30cm3K0+5505cm沥青砼25cm级配砂砾30cm4K0+7005cm沥青砼22cm级配砂砾27cm5K0+9007.5cm沥青砼23cm级配砂砾30.5cm6K1+1002.5cm沥青砼33cm级配砂砾35.5cm7K1+3809cm沥青砼20cm级配砂砾29cm8K1+4305cm沥青砼25cm无机料基层30cm9K1+44010cm沥青砼15cm无机料基层25cm10K1+5004cm沥青砼15cm无机料基层10cm级配砂砾29cm11K2+1002.5cm沥青砼8cm无机料基层22cm级配砂砾32.5cm从调查结果中可以看出路面结构分为三类：(1)K0+000K1+380段为砂石料基层，沙石料基层属于柔性基层且强度较低，适用于二级及以下公路的基层。(2)K1+430K1+440路段为无机料基层，无机粒料基层属于半刚性基层，承载力较高，但厚度较薄。(3)K1+440K2+211段为砂石料底基层及无机料基层，柔性底基层有利于半刚性基层荷载向路基扩散。从调查结果看出该路段大部分路面基层属于柔性基层，承载力较低，半刚性基层路段由于基层较薄承载力也不足，路面在车辆荷载作用下极易出现裂缝且随雨水进入基层进而会形成网裂等严重病害。从现场状况看该路段网裂，坑槽等病害严重，路面基层结构已遭到破坏，如不进行修复，路面病害会不断扩大。从路面结构看，大部分路段承载力不足，且已经遭到严重破坏。如不进行大修会使路面病害继续发展，因此应该进行补强设计，提高道路承载力。2.2 现有路面破损调查及分析*主要路面病害为龟裂、网裂、坑槽、沉陷等，网裂的主要原因是路面强度不足，沥青面层老化。坑槽主要是因为路面网裂未能及时处理造成基层破坏，基层强度不足也会形成坑槽。可见该路路面破坏主要是因为道路修建年限较长由于行车荷载反复作用、路面老化、及荷载发展路面结构承载力不足等原因。路面结构已不能适应交通荷载的发展，必须进行重新设计。为了更好的对现有路面进行分析确定路面破坏的原因，有针对性的进行路面结构设计，现对对路面破损进行现场调查，调查结果见表2-2。根据公路工程沥青路面养护技术规范(JTJ073.2-2001)中的规定，路面破损系数DR按式(2-1)计算。 (2-1)式中，表示路面综合破损率，以百分数计；表示调查路段的折合破损面积(m2)，；表示调查路段的总面积(m2)；第i类损坏，第j类严重程度的实际破损面积(m2)；第i类损坏，第j严重程度的换算系数。路面状况系数按式(2-3)进行计算。 (2-3)根据PCI值对路面结构破损状况进行评价，路面评级标准见表2-3。表2-2 *路面破损情况调查表(K0+000K2+110段)序号起点桩号终点桩号沉陷(m2)网裂龟裂(m2)纵裂(m2)横裂(m2)坑槽、补丁(m2)松散(m2)严重程度及系数轻0.4重1轻0.6中0.8重1轻0.4重0.6轻0.2重0.4轻0.8重1轻0.2重0.41K0+000K0+1007066700.38.51122K0+100K0+2005667300.50.54258923K0+200K0+3001103090.8401554K0+300K0+40011035260251.51.01.23.61655K0+400K0+500860200.92.36.3831156K0+500K0+6008035160.71.39201407K0+600K0+70011532060.91.99270458K0+700K0+800213222090.62131559K0+800K0+900986750.60.5262010K0+900K1+0001060280301.43514511K1+000K1+1006202206010.32.5602511012K1+100K1+200400400100.31.1613K1+200K1+3006567020014015014K1+300K1+400158560770.60.29.510015K1+400K1+5004040110250.345608016K1+500K1+60030602050.4601606017K1+600K1+70010150102.570508018K1+700K1+80093301273697157519K1+800K1+900200773101.21.73.51454220K1+900K2+00040201.60.337536421K2+000K2+11035045120740.7566895表2-3 路面损坏状况评价标准评价等级评价指标优良中次差路面状况指数8570855570405540跟据计算出的PCI值对照表2-3现有路面的破损情况分析结果见表2-4。路面结构病害若不及时处理，很容易造成病害加剧并引起其他病害。裂缝在雨后极易使雨水进入基层从而造成网裂等严重病害。网裂路面由于车辆荷载作用及裂缝处雨水渗入若不处理会造成路面病害加重成基层机构破坏，形成坑槽。从评价结果可以看出路面状况评价等级全部为差和次，路面损坏严重度较高，路面结构已遭到严重破坏。根据公路沥青路面养护技术规范(JTJ073.2-2001)路面损坏状况评价标准损坏等级为差和次时必须进行补强。因此，该路段必须进行补强设计。由现场调查可知，*路面结构已大面积的龟裂、网裂，不及时修复，会不断出现扩大的坑槽，局部挖补不能彻底根除病害，养护成本加大，对行车安全也带来隐患，因此必须进行补强设计。表2-4 *路面破损情况分析结果序号起点桩号道路总面积(m2)综 合破损率%PCI值路面状况评价等级1K0+00070030.9338.32差2K0+10070028.5140.35次3K0+20070027.5941.16次4K0+30070062.0217.85差5K0+40070020.2148.25次6K0+50070025.9542.62次7K0+60070044.4828.37差8K0+70070042.6329.60差9K0+80070024.6843.80次10K0+90070055.1821.71差11K1+00070049.7824.96差12K1+10070081.68.02差13K1+20070046.626.98差14K1+30070032.8536.78差15K1+40070036.7333.80差16K1+50070027.3241.40次17K1+60070028.9340.00次18K1+70070051.3124.02差19K1+80070028.9140.02次20K1+90070017.5151.21次21K2+00077056.3021.06差2.3 路面弯沉调查及分析结构承载力与损坏存在内在联系，弯沉可以反映路面结构的承载力。如果弯沉值过大，其变形也就越大，路面各层也就容易破裂。当弯沉过大时路面损坏加剧，达到临界程度时路面损坏达到严重程度，必须采取改建措施提高路面承载力。为了根据路面状况进行改建设计对路面进行弯沉实测及分析。实测弯沉见附表1，由实测弯沉数据，根据公式(2-3)，计算出原来路面计算弯沉值和当量回弹模量E0。路面代表弯沉值计算公式为： (2-3)式中，实测弯沉平均值；均方差；季节性影响系数，取；湿度影响系数，取；温度影响系数，取；保证率系数，三级公路取。原路面当量回弹模量计算公式： (2-4)式中，标准轴载车型轮胎接地压强(Mpa)；标准轴载单轮传压面当量圆半径(cm)；轮板对比值，；原路面当量回弹模量扩大系数，。根据公路沥青路面养护技术规范(JTJ073.2-2001)三级公路结构强度系数小于0.6时，应该对路面进行补强。从中附表1看出K0+000至K0+800路段路面结构强度较差，因为路面已经严重网裂，路面承载力主要有基层和路基提供，可见该段道路结构的基层和路基结构也遭到一定程度的破坏，因此路面结构需要进行大修补强，而K0+800至K2+000路段结构层强度较好，但因面层已经破坏，故也应进行补强设计。第3章 交通量及车辆荷载分析及预测3.1 现状交通量分析及预测交通量是指一定时间间隔内各类车辆通过道路断面的数量。要确定公路等级、交通构成，决定设计所用标准，必须对现有的交通量进行调查和分析。为了确定该路合适的交通等级，选择合适的设计参数。取得该路段交通量。根据公路工程技术标准(JTGB01-2003)的规定将交通量换算为小汽车当量。结果见表3-1。表3-1 *2010交通量调查表项目机动车合计小货中货大货特大货集装箱拖挂车小客大客摩托车拖拉机人力车自行车2010自然车型数量2471861481032365553152312378324812680自然车型比例()9.226.945.523.840.862.4320.635.6711.6414.101.1917.95100标准车型折算系数11.5233311.51410.222.2标准车型数量2472792963096919555322831215123296.24128.2标准车型比例()5.986.767.177.491.674.7213.405.527.5636.630.782.33100.00从表3-1看出该路交通量折算标准车型为4128辆/日，预测年限为8年，年平均增长率为5%，设计年限末日平均交通量为辆/日。根据公路工程技术标准(JTG B01-2003)的规定，双车道三级公路应能适应将各种车辆折合成小客车的年平均日交通量20006000辆，故在设计年限内可选用三级公路标准对该路进行设计。3.2 现状车辆荷载分析及预测轴载对路面的使用寿命有直接影响，要考虑设计年限内车辆对路面的综合累计损伤作用必须对现有轴载进行调查和预估，并按公路沥青路面设计规范(JTG D30-2004)换算成当量标准轴载作用次数。根据交通量调查结果计算车辆荷载见表3-2。表3-2 *车辆荷载2010年调查表项目机动车合计小货中货大货特大货集装箱拖挂车小客大客摩托车拖拉机人力车自行车2010自然车型数量2471861481032365553152312378324812680自然车型比例()9.226.945.523.840.862.4320.635.6711.6414.101.1917.95100标准轴载换算系数00.050.282.514.914.9100.560000标准轴载09.341.44258.53112.93319.15085.120000826.47标准轴载比例()0.001.135.0131.2813.6638.620.0010.300.000.000.000.00根据公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)规定设计年限内一个车道上的累计当量轴次按式(3-1)计算。 (3-1)式中，设计年限内一个车道上的累计当量轴次(次)；设计年限；竣工后第一年双向平均当量轴次(次/日)；设计年限内交通量的平均年增长率(%)；车道系数，见表3-3。表3-3 车道系数车道特征车道系数单车道1.0 双车道有分隔带0.5无分隔带0.60.7四车道0.40.5六车道0.30.4按式(3-1)计算设计年限内一个车道的累计标准当量轴载。交通等级的确定累计标准轴次和日平均汽车交通量取较高值，累计标准轴次Ne=1728359次/年，中型及以上大货车和大客车1376辆/日，故该路属中交通等级。公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)规定路面设计弯沉值按式(3-2)计算。 (3-2)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，三级公路取1.2；As面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0；Ab基层类型系数，取1.6。求得路面设计弯沉值mm。第4章 平面设计平面线形设计应考虑到线形连续、均衡、平顺，并与地形相适应，与环境相协调，并与纵断面、横断面相互配合。该路段共有2座