公路与城市道路施工专业毕业设计(沥青路面).doc

沥青混泥土路面设计计算书一、 确定公路等级初定公路等级为一级公路。由规范可知，一级公路以小客车的远景设计年限平均昼夜交通量。查公路工程技术标准TG-B01-2003知。中型汽车换算成小客车的换算系数为2.0，拖挂车换算成小客车的换算系数为3.0。故本路建成初期每昼夜双向混合交通量换算成小客车交通量为：（200+150+200+150+200+200+100）2+1003+150=2600一级公路的设计年限为20年。预计年平均交通量增长率为10%，故远景设计年限年平均昼夜交通量为：2600=2600=17491查公路工程技术标准JTGB01-2003四车道一级公路应能适应各种汽车折合成小客车的年平均日交通量1500030000辆，17491辆在这个范围内满足要求，所以采用四车道的一级公路。二、道路横断面排水设计1、横断面设计从公路工程技术标准JTGB01-2003公路路基横断面途中选用道路横断面图（如图1）：路基总宽度为24.5m，一级公路选用设计速度为80kmh，其中行车通道宽.75.m，硬路肩宽.m，土路肩宽.m中央分隔带宽.m，路缘带宽.m。 图 1本路从桩号至桩号为填方段，横断面形式为路堤（如图），从桩号至桩号为挖方段，横断面的形式为路堑（如图），过渡段形式为半填半挖（如图） 图 2 路堤 图 3 路堑 图3 半填半挖 、排水设计一级公路的排水设计一般分为路基排水和路面排水。其中路基排水设计由地面排水设计（边沟、截水沟、排水沟、跌水、急流槽、到虹吸和渡水槽等）和地下排水设计（盲沟、渗沟、和渗井等）组成。路面结构排水设计由路面表面排水、中央分隔带排水、路面结构内部排水和桥面铺装体系排水组成。路面横坡采用2%路拱坡度，硬路肩与行车道的横坡相同，土路肩采用3%的横坡。a) 边沟设计挖方路基以及填土高度低于路基设计要求的临界高度的路堤，在路肩外缘均应设置边沟，用来排除路基用地范围内的地面水，包括路面、路肩和边坡的流水。采用土质梯形边沟（如图5）。(1)H=0.5 (2) H=0.5b=0.4 b=0.4 图 5 b) 截水沟设计设置在挖方路基边坡坡顶以外，或山坡路堤的上方的适当位置，用以拦截路基上方流向路基的地面水，减轻边沟的水流负担，保护挖方边坡和填方坡脚不受流水冲刷和损害。截水沟的横断面形式，一般为梯形，沟的边坡坡度，因岩土条件而定，一般采用1：11：1.5。沟底宽度和深度不小于0.5m（如图6、如图7）。 图 6、图 7c) 跌水与急流槽在陡坡地段设置跌水结构物，须用浆砌石块或水泥混凝土砌筑，埋设牢固，可在段距离内降低水流流速、消减水流能量，避免出水口下游的桥涵结构物、自然水道或农田受到冲刷。跌水成台阶式，有单级跌水和多级跌水（如图8）。 图 8用于坡度较陡的水流不离开沟底的一种排水构造物，即急流槽，多用于路堤和路堑或边坡平台上从坡顶向下竖向排水流水涵洞或天然水道以及在特殊情况下用于拦截水流流入边沟的场合。d) 倒虹吸与渡水槽当水流需要横跨路基时，可根据流水的需要设置管道和水槽，从路基下部或上空跨过，称为倒虹吸（或渡水槽），多半因配合两侧农田水利而设（如图9）。此种结构为有压管道，一般情况下，管道选用箱形或图形，孔径约0.51.5m，管道两端设竖井，可以竖立或倾斜，要求管道内具有15m/s以上的流速 图9e) 盲沟、渗沟和渗井设在路基边沟下面的暗沟称为盲沟，其目的是拦截或降低地下水。简易盲沟的构造，断面成矩形，亦可成上宽下窄的梯形（边坡陡于1：2）。渗沟也是盲沟的一种特殊形式，按其结构形式可分为盲沟式、沟式、管式。在多层含水的地基上，如果影响路基的地下含水层较薄，且平式渗沟排水不易布置时，可考虑设置立式渗水井，向地下穿过不透水层，将上层含水引入下层渗水层，以利地下水扩散排除。f) 路表排水路面表面排水的主要任务是迅速把降落在路面和路肩表面的降水排走，以免造成路面积水而影响行车安全。为了有利于表面排水，在道路所有横断面上都设置横坡。g) 中央分隔带排水中央分隔带按其缘石形式可分为凸形和凹形，按其表面形式可分为铺面封闭型和无铺面封闭型。针对不同的中央分隔带形式，其排水系统也有不同的特点，分为一般路段中央分隔带和超高路段中央分隔带（其又采取凸形和凹形这两种方式）。h) 路面结构排水路面边缘排水系统是将渗入路面结构内的自由水，先沿路面结构层的层间空隙或某一透水层次横向流入透水材料组成的纵向集水沟，并汇流入沟中的带孔集水管内，再由间隔一定距离布设的横向出水管排引出路基。这种方案常用于基层透水性小的路面，目前高等级公路建设中通常采用的半刚性基层均为透水性小的基层。一级公路的路面排水，一般由路面排水，路间排水，中央分隔带排水组成。路面路间排水设施主要由路面横坡，路间横坡，排水带或路间矩形边沟，截水沟，路间排水沟，池水口和急流槽组成。路面横坡采用的路拱坡度，硬路间与行车道的横坡相同。a)边沟设计 挖方路基以及填土高度较低的路堤，在路肩外边沟，用来排除路基地范围内的地面水。采用土质梯形边沟（如图5）。b)截水沟设计为梯形，边坡坡度因岩土条件而定，一般采用1：11：1.5，沟底宽度不小于0.5m，沟深h按设计流量计算而定，也不小于05 m。三、排水明沟设计以知设计流量1.1/s。沟渠纵坡i=0.005，土为粘性土和沙性土；设边坡坡率m=1.5沟渠粗糙系数n=0.025（养护中等的土渠），用水力最佳断面法术沟渠的端面尺寸并演算水流速度。1） 按式（5.37）计算最佳端面面积系数为K=2=2=3.6=0.345Y=1.5=1.5=0.21最佳断面面积为 =0.892） 按下式计算水流深度 h=0.65m3） 按下式计算沟度宽度 b= -mh=0.89/0.65m-1.50.65m=0.40m4） 按式（5.38）计算水力半径，即 R=h/2=0.65m/2=0.33m5） 按式（5.35）计算流速v=c=30.6=1.24 m/s6） 按式（5.31）计算通过流量，即 Q=0.891.24m/s=1.09/s7） 验算 由于通过流量Q与设计流量相差5%，水流速度在容许范围内，无须加固（无须变动粗糙系数n），故上述计算结果满足规定要求不需要重算。因此该沟渠的尺寸可定为b=0.4，H=h+0.15=0.81m四、路面结构层组合设计1、轴载分析汽车型号前轴重（KN）后轴重（KN）后轴数后轴轮组数后轴距交通量解放CA10B19.460.851双140东风EQ14023.7069.201双120黄河JN15049.00101.601双130黄河JN25355.00266.002双100长征XD98037.10272.652双122.0160黄河QD35148.5097.151双100解放CA5028.7068.201双300太脱拉13851.40280.002双132.0100（1） 以设计弯沉值为设计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（轴重大于25KN）=被换算车型的各级轴载作用次数（次/日）P标准轴载(KN)被换算车型的各级轴载（KN）轴系数，当轴间距大于3时，应按单独的一个轴载系数计算，此时轴数系数为m；当轴间距小于3m时，按双轴或多轴计算，轴数系数按下式计算。=1+1.2（m-1）轮组系数，单轮组为0.4，双轮组为1，四轮组为0.38.。解放CA10B=11140=16.1次东风EQ140=11120=24.2次黄河JN150=16.4130=37.4次=11130=139.3次黄河JN253=16.4100=47.5次=21100=32.8次长征XD980=16.4160=13.7次=2.21160=87.8次黄河QD351=16.4100=27.5次=11100=88.2次解放CA50=16.4300=8.4次=11300=56.8次太脱拉138=16.4100=35.4次=2.21100=83.3次由于后轮距132.0cm3m，故=1.2（m-1）+1=2.2合计=698.3次b） 设计年限里的累计作用轴次=365-1/r， =365698.3-10.45/10%=6569200路面设计弯沉值由于公路等级为一级，Ac取1.0，面层类型属于混凝土面积As取1.0，Ab基型类对类刚性基层，有基层总厚度等于或大于20cm时， Ab=1.0 =600=6001.01.01.0=26（0.01mm）（2）验算半刚性基层底拉力中的量计与量轴次a） 轴载换算（轴重大于50KN）=轴数系数轮组系数，单轮组为18.5，双轮组为1.0，四轮组为0.09。当轴间距小于3m时，双轴或多轴的轴数系数按下式计算：=1+2（m-1）。解放CA10B=11100=2.6次东风EQ140=11120=6.3次黄河JN150=11130=147.6次黄河JN253=118.5100=15.5次=21.0100=7.2次长征XD980=2.21160=27.3次黄河QD351=11.0100=79.3次解放CA50=11.0300=14.0次太脱拉138=118.5100=9.0次=2.21100=36.9次合计=345.7次设计年限里的雷击作用轴次=365-1/r， =365345.7-10.45/10%=32521442、计算土基回弹模量：规范规定，取弯沉l1mm的弯沉值进行计算由已知条件计算出弯沉值在01mm范围内的土基回弹模量。=1000D/4/（1-）=100030/4（0.05+0.10+0.15）/24+44+78）（1-）=44.3Mpa 由已知资料，从桩号K0+000至K5+000，路基土壤为粘性土，地下水位距离路槽底面1.2m，查公路沥青路面设计规范JTJ-97附录E表E1，此路段为潮湿状态。从桩号K5+000z至K10+000，路基为沙性土。底下水位距挖方后地面高1.5m。因路基设计一般处于干燥或中湿状态，潮湿和过湿状态路基须竟处理方可铺筑。3、初拟路面结构组合方案：（1）干燥，中湿状态下取土基弹模量=32Mpa方案一：面层采用沥青混泥土（厚度15cm），基层采用水泥稳定碎石（厚度25cm），底层采用石灰土（厚度待定）方案二：面层采用沥青混泥土（厚度15cm），基层采用级配碎石（厚度待定），底层采用天然砂砾（厚度25cm）方案三：面层采用沥青混泥土（厚度15cm），基层采用二灰稳定级配碎石（厚度25cm），底基层采用二灰土（厚度待定）。根据规范推荐结构，并考虑到沿线地方材料有碎石，砾石，砂，石灰，粉煤灰等。其他材料如沥青，水泥，矿粉等需要外购，采取方案一组合。根据公路沥青路面设计规范表4.2.1采用三层沥青层，鸟们采用细粒式，密级配力求混泥土（4cm），中间层采用中粒式密级配沥青混泥土（5cm），下面层采用粗粒式密级。配沥青混泥土（6cm）。a） 各层的拉应力如下：=/对沥青混泥土面层 对无机结合料稳定集料类 对无机结合料稳定土类=0.09/ =0.35/ =0.09/各层材料的劈裂强度由表列查得。沥青表面层：Ks=0.091.0/1.0=2.85 = / Ks=1.6/2.85=0.5614Mpa沥青中间层：Ks=0.091.0/1.0=2.85 = / Ks=1.2/2.85=0.4211Mpa沥青下面层：Ks=0.091.1/1.0=3.13 =/ Ks=1.0/3.13=0.3195 Mpa水泥碎石层：Ks=0.35/1.0=1.82 = / Ks=0. 5/1.82=0.2747Mpa碎石灰土底基层：Ks=0.45/1.0=2.3 =/ Ks=0.225/2.34=0.0962Mpab） 计算石灰土底基层厚度：沥青层底拉应力验算时：=600=6001.01.01.0=26（0.01mm）F=1.63=1.63=0.504=（）/（2pF）=（160026.0）/（20.710.650.5041000）=5.536将原体系转换成当量三层体系（如图1-2）： =4 =1600 =5 =1400 =6 =1200 h=4 =1600=25 =1300 H=？ =1400=？ =500 =32=32 图1-2 H=+=5+6+25+=34.8668+0.6512由h/=4/10.65=0.376， /=1400/1600=0.875。查图得=0.1。由h/=0.376，/=32/1400=0.02查图得=1.804， =/=5.536/（6.11.804）=0.493 。由h/=0.376， /=0.02。查图得h/=4.75， H=50.588cm所以 =24.1cm， 取=24cm。c） 层底拉应力验算：（1） 沥青表面层，转换抵挡量三层体系如图1-3 =4 =2200 =5 =2000 =6 =1600 h=4 =2200=25 =1300 H=？ =2000=24 =500 =32=32 图1-3H=+=5+6+25+24=30.32cm由h/=0.376， /=0.91。查图得0，故0为压应力。（2） 沥青中层面转换的三层体系如图1-4。h=4+5=9.10cm h =？ =1200 H= H=？ =1600 =6+25+24=32.44cm 图1-4 由h/= 9.10 /10.65=0.854， /=0.8。查得0，故0为压应力。（3） 沥青下面层： 转换的当量三层体系如图1-5。h=4+5+6=15.62cmH=25+24=33.30cm h=？ =1600 由h/= 1.47， /=0.8125。 H=？ =1300查得0，故0为压应力。 =32（4） 水泥碎石基层 图1-5转换的当量三层体系如图1-6。h=4+5+6+25=41.45cmH=24cm由h/= 3.89， /=0.385，查得 =0.13。由h/= 3.89， /=0.385， /=0.064。 h=？ =1300查得=1.47。 H=24 =500由h/= 2.25，/=0.064， /=0.385。 =32 查得=0.92。 图1-6= p=p=0.70.131.470.92=0.123Mpa=0.0962Mpa不满足疲劳破坏的要求。采取增大底基层的厚度，取H=30cm，则h/=2.25， /=0.064， 查得 =0.33由 /=0.385， h/=2.25， 查得 =1.08。由 h/=3.89， H/=2.25， /=0.385， 查得 =0.56。=p=0.70.261.080.45=0.0885Mpa=0.0962Mpa满足要求。考虑到H增大，有利于提高路面的抗弯能力，故不进行对其的验算。d） 面层剪应力验算转换为当量三层体系，如图1-7。H=+=5+6+25+30=48.29cmf=0.3时。由 h/= 0.376， /=0.91， 查得 = 0.431Mpa由 h/= 0.376， /=0.91， /= 0.016， 查得 =0.830。由 h/=4.534 ， /=0.91 ， /= 0.016， 查得 =1.095。=p =0.70.4310.8301.095=0.2742Mpa由 h/=0.376， /= 0.91， 查得 =1.1238。由 h/=0.376， /=0.91，/=0.016 查得 =1.057由 h/=4.534 ，/=0.91，/= 0.016 查得 =0.976=p=0.71.12381.0570.976=0.8115Mpa缓慢制动f=0.2。=+1.3（f-0.3）p=0.2742+1.3（0.2-0.3）0.7=0.1832 Mpa=+0.46（f-0.3）p=0.8115+0.46（0.2-0.3）0.7=0.7793 Mpa= cos=0.1832 cos=0.146Mpa=-（1+ sin）=0.7793-0.1832（1+ sin）=0.486Mpa= c+tan=0.25=0.486tan=0.616Mpa（已知沥青混泥土面层c=0.25Mpa，=。）紧急制动 f=0.5。= 0.2742+1.3（0.5-0.3）0.70.456Mpa= 0.8115+0.46（0.5-0.3）0.7=0.876Mpa= 0.456cos=0.364Mpa=0.876-0.456（1+sin）=0.146 Mpa=20.25+0.146tan=0.56 Mpa确定容许剪应力：停车站在设计年限内停车标准轴数按双车道总累计轴数的15%计，即=0.156569200=985380次则缓慢制动时：=0.35/AC=0.35/1.0=2.774=/=0.616/2.77=0.222 Mpa紧急制动时：=1.2/AC=1.2/1.0=1.2=/=0.56/1.2=0.466Mpa验算剪切条件对于缓慢制动： =0.146 Mpa =0.222Mpa对于紧急制动时： =0.346 Mpa =0.466 Mpa满足抗剪强度要求。（2） 潮湿，过湿状态下，取土基回弹模量=25Mpa 方案一： 面层采用沥青混泥土（厚度15cm），基层采用水泥稳定级配石（厚度待定）有基层采用级配沙砾（厚度25cm），垫层采用石灰稳定土（厚度15cm）（图2-1）方案二：面层采用沥青混泥土（厚度15cm），基层采用石灰稳定级配碎石（厚度待定），底基层采用级配碎石（厚度25cm），垫层采用粗砂（厚度5cn）（图2-1）方案三：面层采用沥青混泥土（厚度15cm），基层采用岁你稳定碎石（厚度25cm），底层采用石灰土（厚度待定），垫层采用天然沙砾（厚度15cm）（图2-1）沥青混泥土15cm沥青混泥土15cm沥青混泥土15cm水泥稳定级碎石H=？二灰稳定级配碎石H=？水泥稳定级配沙砾25cm级配沙砾25cm级配沙砾25cm石灰土 H=？石灰土15cm中粗砂15cm天然沙砾15cm=25=25=25方案一方案二方案三图（2-1）根据规范推荐结构，并考虑稻谷路沿途有大量碎石，砂石，砂，石灰土，粉煤灰供应，而沥青，水积极，矿粉等须外购，采取方案三组合，根据公路沥青路面设规范采用配沥青混泥土（5cm），下面层采用粗粒式密级配沥青混泥土（6cm）。a） 半刚性材料层的容许拉应力同前干燥，中湿状态下的容许拉应力。 沥青表层面： =/= 1.6/285=0.5614Mpa沥青中层面： =/= 1.2/2.85=0.4211Mpa沥青下层面： =/= 1.0/3.13=0.3195Mpa水泥稳定碎石基层：=/=0.5/1.82=0.2747 Mpa石灰土垫层： =/=0.225/2.34=0.0962Mpab） 计算石灰土底基层厚度。 =4 =1600 =5 =1400 =6 =1200 h=4 =1600=25 =1300 H=？ =1400=？ =500 =25=15 =180 图2-2沥青层底层层拉应力验算时 =26.0（0.01mm）F=1.63=1.63=0.461=（）/（2pF）=（160026.0）/（20.710.650.4611000）=6.052将原体系转换成当量三层体系（如图2-2）H=+=5+6+25+15=41.2477+0.6512由h/=4/10.65=0.376，/=1400/1600=0.875，查得a=6.1。由h/=0.376， /=25/1400=0.018，查得=2.04。由h/=0.376， /=0.018查得H/f=5.92。 H=63.048cm，=33.5cm，取=34cm。c） 层底弯拉应力验算 沥青面层的弯拉应力验算同前干燥，中湿状态。（1） 小泥砂砾基层转换的当量三曾体系如图2-3。 =4 =2200 =5 =2000 =6 =1600 h=？ =1300=25 =1300 H=？ =500=32 =500 =25=15 =180 图2-3h=4+5+6+25=41.45MpaH=32+15=36.82cm由h/=41.45/1065=3.982，/=0.05，/=0.385，查得=0.12。由h/=3.892，/=0.385，/=0.05查得=1.37。由h/=36.82/10.65=3.457，/=0.385，/=0.05查得=0.68。=p=0.70.121.370.68=0.0783Mpa（2） 石灰土基层：转换的当量按层体系如图2-4。 h=4+5+6+25+34=0.36由h/=86.63/10.65=8.13，/=180/500=0.36。查得0 =4 =2200 =5 =2000 =6 =1600 h=？ =500=25 =1300 H=？ =180=34 =500 =25=15 =180 图2-4 h=4 =2200 H=? =2000 =25 图2-5 面层剪应力验算 1） 转换成当量三层体系如图2-5。 H=+ =5+6+25+34+15=55.94Mpa 由h/=0.376，/=0.91，查得=0.431由h/=0.376，/=0.91，/=0.0125查得=0.815。由h/=5.253，/=0.0125，/=0.91查得=1.136。=p=0.70.4310.8151.136=0.2793Mpa由h/=0.376，/=0.91，查得=1.1238。由h/=0.376，/=0.91，/=0.0125，查得=1.058。 由h/=5.253，/=0.0125，/=0.91，查得=0.974。=p =0.71.12381.0580.974 =0.8106Mpa缓慢制动时： =+1.3（f-0.317） =0.2793+1.3（0.2-0.3）0.7 =0.1883Mpa=+0.46（f-0.3）p=0.8106+0.46（0.2-0.3）0.7=0.7784Mpa已知沥青混泥土面层 c= 0.25Mpa，=则=cos=0.1883cos=0.1504 Mpa=-（1+sin）=0.7784-0.1883（1+sin）=0.4768 Mpa=c+tan=0.25+0.4768tan=0.6093 Mpa紧急制动时：=0.2793+1.3（0.5-0.3）0.7=0.4613 Mpa =0.4613cos=0.3684 Mpa=0.8106+0.46（0.5-0.3）0.7=0.8750 Mpa =0.8750-0.4613（1+sin）=0.1361 Mpa=2c+tan=20.25+0.1361tan=0.6026 Mpa（3） 确定客体剪应力。=0.35/1.0=2.774=/=0.6093/2.7742=0.2196 Mpa紧急制动时：=1.2/1.0=1.2=/=0.6026/1.2=0.5022 Mpa（4） 验算剪切条件对于缓慢制动 =0.1504Mpa=0.2195 Mpa对于紧急制动 =0.4613Mpa=0.5022 Mpa满足抗剪强度要求。五、面层结构组成设计。1、细粒式沥青混凝土型号AC13I；中粒式沥青混凝土型号AC20I；粗粒式沥青混凝土型号AC30I。 沥青混合料矿料级配及沥青用量查规范如下： 通过下列筛孔尺寸（方孔筛，mm ）的质量百分率（%）级配 名 称 37.531.526.519.016.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075上面层细粒式范围1009510070884868365324411830122281648中值10098795845332417126中面层中粒式范围100951007590628052723858284620341527102061448中值100988371624837272115106下面层粗粒式范围1009010079926682597752724363325225421832132581851337中值100958674686253423425191395沥青用量（%）：下面层粗粒式AC30I ：4.06.0；中面层中粒式AC20I ：4.06.0；上面层细粒式AC13I ：4.56.5。2、各种沥青混凝土材料组成计算：绘制级配曲线图（如图15） 矿质混合料组成配合计算表（粗粒式）材料组成 下列筛孔（mm）的通过百分率（%）37.531.526.519.016.013.29.5原材料级配碎石100%100917354422911石屑100%100100100100100100100砂100%100100100100100100100矿粉100%100100100100100100100各碎石51.5%（52%）51.5（52） 46.9（47.3）37.6（38.0）27.8（28.0）21.6（21.8）14.9（15.1）5.7（5.7）石屑17.8（18%）17.8（18.0）17.8（17.8）17.8（17.8）17.8（17.8）17.8（17.8）17.8（17.8）17.8（17.8）砂23.4%（24%）23.4（24.0）23.4（24.0）23.4（24.0）23.4（24.0）23.4（24.0）23.4（24.0）23.4（24.0）矿粉7.3%（6%）7.3（6.0）7.3（6.0）7.3（6.0）7.3（6.0）7.3（6.0）7.3（6.0）7.3（6.0）合成级配100（100）95.4（95.3）86.1（86.0）76.3（76.1）70.1（69.8）63.4（63.1）54.2（53.7）级配范围（AC-30I）1009010079926682597752724363级配中值100958674686253材料组成 下列筛孔（mm）的通过百分率（%）4.752.361.180.60.30.150.075原材料级配碎石100%0石屑100%8414740砂100%10092824221114矿粉100%1001001001001009687矿料在混合料的级配碎石51.5%（52%）0（0）石屑17.8（18%）15.0（15.1）2.5（2.5）1.4（1.3）0.7（0.7）0（0）砂23.4%（24%）23.4（24.0）21.5（22.1）19.2（19.7）9.8（10.1）4.9（5.1）2.6（2.6）0.9（1.0）矿粉7.3%（6%）7.3（6.0）7.3（6.0）7.3（6.0）7.3（6.0）7.3（6.0）7.0（5.8）6