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文档简介

设计计算1路线设计11道路等级和技术标准的确定111已知资料路段初始年交通量如表111(辆/日,交通量年平均增长率42)表111初始年交通组成表交通组成(辆/日)解放CA10B187解放CA390252东风EQ140513黄河JN150404黄河JN253399长征XD980136日野ZM440255日野KB222128太拖拉13850轴重小于25KN的车辆2735交通量年增长率42112交通量计算由公路工程技术标准规定采用小客车为折算标准车型。各汽车代表车型与换算系数见表112。表112各汽车代表车型与换算系数汽车代表车型车辆折算系数说明小客车1019座的客车和载质量2T的货车中型车1519座的客车和载质量2T7T的货车大型车20载质量7T14T的货车拖挂车30载质量14T的货车所以初始年交通量(187252513)15(40439913612850)202553027357162(辆/日)0N113公路等级确定根据标准104,高速公路和具干线功能的一级公路的设计交通量应按20年预测具集散功能的一级公路,以及二、三级公路的设计交通量应按15年预测四级公路可根据实际情况确定。标准103,双车道二级公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量500015000辆。初步假设为二级公路,则远景设计规划年限为15年,远景设计规划年限交通量10NKN12740(辆/日)15000(辆/日)142671远景设计年限交通量仍然在双车道二级公路所能适应交通量范围内,所以拟定该公路为双车道二级集散公路,设计车速为60KM/H。114公路主要技术标准的确定该路段为集散公路,交通量较小,沿线地形不够平缓,故设计速度选用60KM/H,服务水平为三级。其主要技术标准见表114。114主要技术指标汇总表指标名称技术指标公路等级双车道二级公路设计车速(KM/H)60服务水平三级净空高度M5车道宽度M35一般值075右侧硬路肩宽度最小值025一般值075土路肩宽度M最小值05一般值1000路基宽度M最小值850停车视距M75最大超高值()8一般值200极限值125路拱201500圆曲线最小半径M不设超高最小半径路拱201900最大纵坡()6最小纵坡()03最小坡长M15031200410005800最大坡长M纵坡坡度6600一般值2000凸形竖曲线半径M极限值1400一般值1500竖曲线最小半径和最小长度凹形竖曲线半径M极限值1000竖曲线最小长度M50路基设计洪水频率1/50汽车荷载等级公路级12纸上选线121选线原则路线方案的选择首先考虑能否在国家、省公路网中起到应有的作用,即是否能够满足国家的政治、经济和国防的要求和长远利益。对于集散二级公路,主要功能是连接城市和其附近的城镇,所以走向比较自由,尽量离人聚居地近些,但又不能穿过。技术指标达到规范要求即可,应着重减少对沿线居民的影响和对环境、经济的破坏,在此前提下尽量减小工程造价。本路段的地形是以丘陵为主,绝对高度不超过180M,且最大相对高度小于100M,属于微丘地形,地质条件良好。而本路段除了居民区、农田地势较为平缓外,大部分的丘陵坡度较大。但由于技术指标要求并不是很高,所以可沿山脚布线,尽量少跨农田。122路线方案拟定与比选根据以上原则,同时结合当地的实际情况,详细研究,综合考虑,现提出以下两个路线方案。方案A该路线方案全长约1240M,有两个交点,两交点处转角同向,小桥一座。其充分利用沿线地形,与地形相适应,基本上是沿山脚前行。在尽量少占房屋的前提下,从居住地旁穿过,方便当地居民出行,占用了部分农田和池塘。其设置的平曲线线性技术指标均符合标准。方案B该方案路线全长约1100M,较短,只有一个交点,技术指标较高,与高压线保持了适当的距离。该方案穿过了两个较高的山脊,若不设置隧道,则挖方量会很大。方案比较(1)技术方面,方案A有两个交点,交点处转角同向,中间须设较长的直线段,方案B只有一个交点,两个方案均能达到标准要求,但方案B的平曲线标准由于没有相邻的交点的影响,故可以设更大的半径,平曲线技术标准优于方案A,行车更舒适。(2)经济方面,方案A充分利用地形布线,尽量保持填挖平衡,即保证拆迁工作少,有利于居民出行;方案B拆迁量较大,农田占用较大,穿过两个较高的山脊,挖方量较大。(3)生态环境方面,方案A占用农田不多,拆迁较少,减少了公路对村屯现有环境条件的影响,最大限度的维持了原有的生态平衡,但经过的池塘较方案B多;方案B占用了较多的农田,拆迁量也较大,对当地居民的生活和农业生产影响较大。综上所述,技术指标上方案B优于方案A,但在保护生态环境和农业生产方面,方案A更具优势,且该路线设计车速低,对技术标准要求并不高,方案A的填挖方量也较少。考虑到方案A技术指标符合标准,同时有利于维持当地居民的生产生活,保护了生态环境,因此选择方案A作为本设计推荐的最佳方案。13平面定线设计平面线形应与地形、地物和环境相适应,保持线形的连续性和均衡性,并与纵断面设计相协调。设计路线在交点处设置了半径大小合适的圆曲线,该路线充分利用地形,多走坡脚和垭口,减少了土石方工程量。路线走向及交点如下图所示。本设计根据地形图上路线的起始点,定出了两个控制点JD1,JD2。以下是平曲线设计的相关计算(1)交点间距及方位角的计算在地形图上读出起点、交点和终点的坐标QDA4780948193,9451287534JD1B4782318693,9450911105JD2A4788332728,9451355850ZDA4791029003,9455505023AB段MDAB125643478216934780959401945128732251360ARCTG同理BC段MDBC603470685BCCD段D829312D2转角计算(左转)165395871045761ABC(左转)432D3圆曲线计算本路段设两个交点,具体参看图纸。JD1处的转角为1935161,取R300M。缓和曲线长度LS旅客感觉舒适得LS00350035252MRV3063行驶时间不过短得512SML取LS为50M。圆曲线内移值PMRLSP34702685304268443总切线长SQ9502323MQPRT84076925871TAN3402TAN曲线总长度730569864798LSMR5312018342812回旋线、圆曲线、回旋线长度之比约为11051,具有较好的线形协调性PE7943259SEC3702SECMLTJ458476对于JD2同上述过程,转角为5245123,取R202M。缓和曲线长度LS旅客感觉舒适得LS00350035374MRV32063行驶时间不过短得512SML取LS为90M。圆曲线内移值PMRLSP671206892042684343总切线长SQ94902323MQPRT9241564753TAN610TAN曲线总长度739204928647928LSMR937250182651回旋线、圆曲线、回旋线长度之比约为11071,具有较好的线形协调性MRPE352027534SEC6120SECMLTJ93759412两交点间直线段距离为,符合同向曲线间直线段长度要求。VT6821桩号推算起点桩号QDK0000,JD1K0142126,基本桩号交点1处JDK0142126T76840ZHK065286LS50HYK0115286LLS102535HZK0217821LS50YHK0167821L2LS/2262675QZK01415542TL/205725JDK0142126HZK0217821,所以JD2K0744027交点2处基本桩号推算JDK0744027T145924ZHK0598103LS90HYK0688103LLS185937HZK0894040LS90YHK0784040L2LS/2479685QZK07360722TL/279555JDK0744027HZK0874040,所以终点桩号ZDK1222945综合上述计算结果,得到直线、曲线及转角数据表131表131直线、曲线及转角表交点坐标曲线要素值M曲线主点桩号缓和曲缓和曲切线曲线第一缓和曲线第一缓和曲线终第二缓和曲线起第二缓和曲线交点号NXEY交点桩号转角值半径线长度线参数长度长度外距校正值起点点或圆曲线起点曲线中点点或圆曲线终点终点1234567891011121314151617QD945128753478094819K0000JD1945091111478231869K014212619587830050122474768402415253547891145K085286K0135286K0161554K0187821K0237821JD2945135585478833273KO7440275275342029013483314592372759372533515911K0618103K0708103K0756072K0804040K0894040ZD94557588847911939714纵断面设计141纵断面设计原则纵断面设计的主要内容是根据道路等级、沿线的自然地理条件和构造物控制标高等,确定路线合适的标高、各坡段的纵坡度和坡长,并设计竖曲线。基本要求是纵坡均匀平顺、起伏和缓、坡长和竖曲线长短适当、平面与纵断面组合设计协调、以及填挖经济、平衡。纵坡设计的一般要求为(1纵坡设计必须满足公路工程技术标准(JTGB012003)的各项规定。(2为保证车辆能以一定速度安全顺适地行驶,纵坡应具有一定的平顺性。起伏不宜过大和过于频繁。尽量避免采用极限纵坡值,和理安排缓和坡段,不宜连续采用极限长度的陡坡夹最短长度的缓坡。连续上坡或下坡路段,应避免设置反坡段。(3纵坡设计应对沿线地形、地质、水文、气候和排水等综合考虑,视具体情况加以处理,以保证道路的稳定与通畅。(4一般情况下纵坡设计应考虑填挖平衡,尽量使挖方运作就近路段填方,以减少借方和废方,降低造价和节省用地。(5纵坡除应满足最小纵坡要求外,还应满足最小填土高度要求,保证路基稳定。(6对连接段纵坡,如大、中桥引道等,纵坡应和缓、避免产生突变。(7在实地调查基础上,充分考虑通道、水利等方面的要求。142平纵组合设计(1设计原则应在视觉上能自然的引导驾驶员的视线,并保持视觉的连续性。注意保持平、纵线形的技术指标大小应均衡。选择组合得当的合成坡度,以利于路面排水和行车安全。注意与道路周围环境的配合,它可以减轻驾驶员的疲劳和紧张程度,并可起到引导视线的作用。(2平曲线与竖曲线的组合平曲线与竖曲线应相互重合,且平曲线应稍长于竖曲线。平曲线与竖曲线大小应保持平衡。(3暗、明弯与凸、凹竖曲线的组合应合理、悦目。143竖曲线要素的计算竖曲线要素示意图如下T1T2LI12PEQ图14竖曲线要素示意图L竖曲线长度(M)坡差()R竖曲线半径(M)E竖曲线外距(M)T竖曲线切线长(M)准备工作按比例标注20M桩、在地形图上读出地面标高、绘制地面线、绘制平曲线示意图等内容见纵断面设计图。土质情况050CM为松土,50100CM为软土,100300CM为硬土,300CM以上为软石。控制点在桩K0760M与桩K0800M间有河流,拟建造一座40米跨径的简直梁桥,桥道高出河滩113M。同时有原有公路从该两桩号间通过,可以建造匝道连接桥涵与原有公路,实现集散功能,故不再设置交叉口。起点高程110M,无越岭垭口。试坡及核对按照标准,最大纵坡为6,最小纵坡03,最小坡长150M,最大坡长见表141表141不同纵坡最大坡长纵坡坡度最大坡长M312004100058006600经核对均符合。订坡见纵断面设计图。坡长为两段桩号之差,坡度为高差与坡长之比,各段坡度线指标计算结果见表142表142各段坡度线指标计算结果坡段坡度值()变坡点桩号高程(M)坡长(M)14K0280000100000280000246K0540000112000260000306K090000011000036000045K1222945ZD126147322945设置竖曲线根据标准,竖曲线各项指标要求见表143表143竖曲线各项指标要求一般值2000凸形竖曲线半径M极限值1400一般值1500凹形竖曲线半径M极限值1000竖曲线最小长度M50A竖曲线要素计算以第一个变坡点为例,是凹型竖曲线,设半径为R3000M变坡角68412I曲线长MRL253068切线长T9/5/外距E7414B各竖曲线要素汇总如表144表144竖曲线要素汇总表变坡点变坡角()半径(M)曲线长L(M)切线长T(M)外距E(M)K02800008630002581292774K0540000523000156781014K0900000563000168841176经检验,竖曲线各要素均符合标准要求。计算竖曲线设计标高根据变坡点高程和坡度计算切线高程,IXYBBQ计算各点竖距,RH2计算竖曲线各点设计标高,YQS各段竖曲线计算结果见下各表,表145K0280处竖曲线设计高程桩号切线高程M竖距M设计高程MK01511051600000105160K01601048000014104814K01801040000140104140K02001032000400103600K02201024000794103194K02401016001320102920K02601008001980102780K02801000002774102774K03001009231980102903K03201018461320103166K03401027690794103563K03601036920400104092K03801046150140104756K04001055380014105552K04091059540000105954表146K0540处竖曲线设计高程桩号切线高程M竖距M设计高程MK04621084000000108400K04801092310054109285K05001101540241110395K05201110770561111638K05401120001014113014K05601118890561112450K05801117780241112018K06001116670054111721K06181115670000111567表147K0900处竖曲线设计高程桩号切线高程M竖距M设计高程MK08161104670000110467K08201104440003110447K08401103330096110429K08601102220323110545K08801101110683110794K09001100001176111176K09201110000683111683K09401120000323112323K09601130000096113096K09801140000003114003K09841142000000114200144全线桩号设计高程根据以上计算结果,全线桩号设计高程汇总如表148表148全线桩号设计高程汇总表桩号设计高程M桩号设计高程MK00111200K0618111567K020110400K0620111556K040109600K0640111444K060108800K0660111333K080108000K0680111222K0100107200K0700111111K0120106400K0720111000K0140105600K0740110889K0151105160K0760110778K0160104814K0780110667K0180104140K0800110556K0200103600K0816110467K0220103194K0820110447K0240102920K0840110429K0260102780K0860110545K0280102774K0880110794K0300102903K0900111176K0320103166K0920111683K0340103563K0940112323K0360104092K0960113096K0380104756K0980114003K0400105552K0984114200K0409105954K10115000K0420106462K120116000K0440107385K140117000K0460108308K160118000K0462108400K180119000K0480109177K1100120000K0500109913K1120121000K0520110516K1140122000K0540110986K1160123000K0560111328K1180124000K0580111537K1200125000K0600111613K1220126000K12229451261472路基横断面设计21路基设计211路基宽度由公路工程技术标准可知,设计速度为60KM/H的二级公路路基全宽取10M,以下是具体技术标准。路基全宽10M行车道宽度2357M中间带宽度无右侧硬路肩宽度207515M土路肩宽度207515路基横断面各组成尺寸见图211212路拱横坡度由公路工程技术标准可知,沥青混凝土及水泥混凝土路拱坡度均为12,硬路肩路拱坡度与行车道相同,但不得大于5,土路肩横向坡度一般较路面横向坡度大12,设计路段位于湖南中部地区,降水较多,为迅速排除路面降水,取路拱横坡度为2,土路肩横向坡度为3,路拱采用双向坡面的直线形路拱。22路基边坡坡度根据公路路基设计规范,对于本路段一般填土路堤边坡,当H8M(H路基填土高度)时,路基边坡按115放坡设计,超过8M时路基边坡按1175设计,对于一般土质路堑边坡,根据当地的地质情况,其边坡坡率按11设计,对于高路堤和深路堑应根据实际情况个别特殊设计。23曲线超高加宽计算231超高设计本设计有两处处平曲线,如下表所示表231平曲线超高表半径M缓和曲线长M超高曲线一3005030曲线二2029040过渡方式绕路面内侧边缘旋转,从缓和曲线某一点起过渡,采用大于1/125超高渐变率,曲线一处超高渐变率取为1/28537,缓和段长度为50M,曲线二处超高渐变率取为1/4286,缓和段长度为90M。采用路拱超高,过渡过程中右侧行车道绕中线逐渐抬高,直至与内侧横坡相等,然后一起绕内侧边缘旋转至超高坡度。土路肩的超高过渡随外侧车道一起过渡,并采用外侧车道横坡。计算公式;GCHXILI其中IX为X距离处行车道横坡值。232加宽设计曲线二的半径为202M,小于250M,应当设计加宽,采用第三类加宽。233曲线超高加宽设计结果曲线超高过渡段各桩号横坡值。见下表表232平曲线一处超高加宽设计表路基左侧路基右侧桩号加宽值M超高横坡土路肩横坡加宽值M超高横坡土路肩横坡K0065286000020002000000020002000K0080000020002000000005290529K0100000020002000000014721472K0115286000030003000000030003000K0120000030003000000030003000K0140000030003000000030003000K0160000030003000000030003000K0167821000030003000000030003000K0180000020002000000017851785K0200000020002000000002150215K0217821000020002000000020002000表233平曲线二处超高加宽设计表桩号路基左侧路基右侧加宽值M超高横坡土路肩横坡加宽值M超高横坡土路肩横坡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、道路排水设计31路基排水目的和要求路基排水的目的在于确保路基能处于干燥,坚实和稳定的状态,为此,应该尽可能将停滞在路基范围内的地表水迅速排除,并防止用地范围以内的地表水对路基的浸蚀和冲磨。路基设计时,必须考虑讲影响路基稳定性的路面水排除和拦截于路基用地范围以外,并防止地面漫流,滞积和下渗。路基施工时,应该校核全线路排水系统的设计是否完备和妥善,必要时予以补充或修改,应重视排水工程的质量和使用效果。路基养护中,对排水设施应定期检查与维修,以保证排水设施正常使用,水流畅透,并根据实际情况不断改善路基排水条件。32路基排水设计一般原则(1)排水谁既要因地制宜,全面规划,因势利导,综合治理,讲究实效,注重经济,充分利用有利地形和自然水系。(2)各种路基排水沟渠的设置,应注意与农田水利相配合,必要时可以适当增加涵管或加大涵管孔径,以防农业用水影响路基的稳定性,并做到路基排水有利于农田灌溉,(3)设计前必须进行调查研究,地面排水与地下排水相配合,各种排水沟渠的平面布置与竖向布置相匹配,做到综合整治,分期修建。(4)路基排水要注意防止附近山坡的水土流失,尽量不破坏天然水系,不轻易合并自然沟溪和改变水流性质,尽量选择有利地质条件布设人工沟渠,减少排水沟渠的防护和加固工程。(5)路基排水要结合当地水文条件和道路等级等具体情况,注意就地取材,以防为主,既要稳固适用,又必须讲究经济效益。33排水系统上设计路面积水由2的路拱横坡排出,经坡面汇入全线贯通的边沟,边沟水排至沟渠。中央分隔带采用凹形,坡面双向内倾,坡度3,表面无铺面,为防止表面水下渗,设置纵向碎石盲沟,并隔一定间距通过横向塑料排水管将中央分隔带渗水排出路界。边沟的纵坡度取05,边沟出水口的间距,不超过500M,边沟出水口的排放应结合地形,地质条件,以及桥涵水道位置,排引到路基范围以外,使之不冲刷路堤坡脚。截水沟设在路堑坡顶5M或路堤坡脚2M以外,截水沟长度控制在200M500M内,超过500M时,在中间适宜位置处增设排水口,由急流槽或急流管分流排引。4、沥青混凝土路面设计41基本资料路基土类为粘性土,最不利时,路槽底至地下水最高水位052M,至最低水位227M。H11719,H21314,H30910,所以分别为过湿路段和干燥路段。42土基回弹模量的确定421刚性板法实验数据如表421表421实验数据PMPALI001MM000021400430006390085701790151110216502518303238绘制PL曲线如图421PL曲线0501001502002500005010150202503035PMPAL001MM图421PL曲线起始部分出现反弯,考虑修正,将第三组及以后数据减去10,第二组数据减去7,绘图422PL曲线(修正后)0501001502002500005010150202503035PMPAL001MM图422PL曲线修正后修正后数据见表422表422实验数据(修正后)PMPALI001MM00002700420006290084701690151010215502517303228按LI1MM,P07MPA取前6组数据计算,(第一组数据为人为添加,只有绘图意义)计算公式为IILPDE14020I0取D30CM计算表见表423表423EI计算表数据组PMPALI001MMEI(MPA)20027590733004204135140062942777500847351936016929965SUM0317236062所以,各级荷载回弹模量见上表。MPAE0623422弯沉测定法按线性内插求的D/R极限值为314实验数据及先期处理见表424表424实验数据及先期处理测点LI(001MM)DIDI/RD/R极限值120121643159314215425357186314318336430273144198186431373145173635704731461621735712731472062664319531481671235709131492032364317331410192126430933141115029357215314121981864313731413155243571793141416910357076314L179357S202010R13636表21可见数据均满足D/R极限值要求。所以弯沉代表值(001MM)581920357191L取泊松比350轮载,7,KPAPKNP测定用标准车双圆荷载单轮传压面当量圆半径CM6210014532弯沉系数A取0712所以综合回弹模量MPALPE73461203558197220143轴载分析交通组成如表431,表431交通组成表车型后轴数后轴轮组数后轴距(M)日交通量解放CA10B1双187解放CA3901双252东风EQ1401双513黄河JN1501双404黄河JN2532双3399长征XD9802双3136日野ZM4402双3255日野KB2221双128太拖拉1382双350轴重小于25KN的车辆2735交通量年增长率4244累计当量轴次路面设计以单轴双轮组BZZ100KN作为标准轴载进行计算。441以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次(1)轴载换算黄河JN253车型后轴计算PI6600KN,标准荷载P100KN,轴载日作用次数NI399,轴数系数,M为轴数211MC311C轮组系数C2,双轮组,取,0所以标准荷载当量轴次046393535421PNNII其它级轴载及合计见表441表441各级轴载当量轴次计算车型PIC1C2NI43512IPC解放CA10B后轴608511187215解放CA390前轴3500164252168后轴701511252539东风EQ140后轴6920115131034黄河JN150前轴49001644041161后轴10160114044329黄河JN253前轴55001643991896后轴66002213991440长征XD980前轴3710164136117后轴7265221136745日野ZM440前轴60001642551769后轴100002212555610日野KB222前轴5020164128409后轴10430111281537太拖拉138前轴514016450177后轴80002215041721562注轴载小于25KN不计(2)累计当量轴次计算查规范得双向二车道二级公路沥青路面设计年限为12年,车道系数取065。年平均交通量增长率为42,所以设计年限内一个方向一个车道的累计当量轴次(次)(次)7536021504236136511NNTE43512KIIPNCN根据规范,300万次NE1200万次,为中等交通。442验算半钢性基层层底拉应力的累计当量轴次(1)轴载换算黄河JN253车型后轴计算PI6600KN,标准荷载P100KN,轴载日作用次数NI399,轴数系数,M为轴数211MC311C轮组系数C2,双轮组,取,0所以标准荷载当量轴次46398821PNNII其它级轴载及合计见表442表442各级轴载当量轴次计算车型PIC1C2NI解放CA10B后轴60851118735解放CA390后轴701511252148东风EQ140后轴692011513270黄河JN150后轴10160114044587黄河JN253前轴55001185399618后轴660031399431长征XD980后轴726531136317日野ZM440前轴60001185255792后轴10000312557650日野KB222前轴5020118512896后轴10430111281793太拖拉138前轴514011855045后轴8000315025217033注轴载小于50KN不计(2)累计当量轴次计算查规范得双向二车道二级公路沥青路面设计年限为12年,车道系数取065。年平均交通量增长率为42,所以设计年限内一个方向一个车道的累计当量轴次(次)(次)614275031704265136511NNTE45结构组合设计451过湿路段路面组合设计(1)方案拟定及比选根据本地区的路用材料,结合已有工程经验和典型路面结构,拟定了两个结构组合方案。推荐方案如表451,表451过湿路段路面组合设计推荐方案结构层材料厚度(CM)回弹模量(MPA)表面层AC1341400下面层AC2051200基层水泥碎石181500底基层水泥砂砾201300垫层级配碎石20225土基361基层与沥青面层模量比为125,接近规定范围153,基本符合要求;基层与底基层模量比为1153,符合要求;底基层与垫层模量比为578,在规定范围15125之间,符合要求;垫层与土基模量比为623,在规定范围15125之间,符合要求。备选方案如表452表452过湿路段路面组合设计备选方案结构层材料厚度(CM)抗压模量(MPA)表面层AC1031400下面层AC1651200基层二灰碎石181500底基层二灰砂砾201300垫层级配碎石20225土基467基层与沥青面层模量比为125,接近规定范围153,基本符合要求;基层与底基层模量比为1153,符合要求;底基层与垫层模量比为578,在规定范围15125之间,符合要求;垫层与土基模量比为482,在规定范围15125之间,符合要求。方案比选该地区年降水量大;年最高月平均气温大于30,且高温季节长;春夏东南季风造成的梅雨和下雨与高温季节重叠,形成明显不利季节。根据地区交通组成资料和自然区划,地下水、地面水和重车渠化将是影响路面使用的重要原因。因气候湿热,沥青材料的高温稳定性、水稳定性,半刚性基层的水稳定性是要重点考虑的问题。在进行路面结构设计的时候,尽量采用热稳定性和水稳定性和结构强度好的材料。路面沥青材料采用标号低,粘附性能好的材料。同时,该公路地处湖南中部,根据湖南省政府发展中部地区经济的精神以及中南六省有关“中部崛起”的战略,可以预见,该公路的规划和修建除交通原因外还有巨大的社会意义。因此,须保证该公路良好的使用性能和耐久性,进行结构设计时,在经济允许的情况下,尽量使用技术性能好的结构材料。综合上述原因,在本设计中采用推荐方案进行设计计算。(2)材料参数的确定各层材料的抗压模量和劈裂强度如表453,表453过湿路段路面组合设计推荐方案抗压模量(MPA)结构层材料厚度(CM)验算弯沉验算应力劈裂强度(MPA)表面层AC1341400200014下面层AC2051200180010基层水泥碎石181500360005底基层水泥砂砾201300360005垫层级配碎石20225225土基361361(3)设计指标的确定根据公路沥青路面设计规范803,二级公路的路面结构,以路表面回弹弯沉值、沥青混凝土层的层底拉应力及半刚性材料层的层底拉应力为设计指标。设计弯沉值计算NE7775353,二级公路取AC11沥青混凝土面层,取AS10半刚性基层,取AB10所以,弯沉设计值0162717536060202MANLBSCED各层材料的容许层底拉应力计算SRK材料劈裂强度抗拉强度系数AC134512KIIPNCN843512KIIPNCN86842175309002CESANKMPASR6841AC20KSR3702水泥碎石761642535001CESANMPASR807水泥砂砾KSR2615(4)路面计算弯沉和层底拉应力验算路表弯沉值验算设计弯沉值,路表弯沉按以下公式计算07MLDFEPLCS120102312,NNCEHF式中F弯沉综合修正系数,按下式计算53907062351267338360380PLS结合BISAR30计算结果,路表计算弯沉值为MLFEPLDCS01627369481经验算,设计方案的路面结构的路表弯沉值满足规范规定的弯沉要求。结构层层底拉应力验算公路沥青路面设计规范要求路面结构层层底弯拉应力满足以下要求RM由BISAR30计算各层层底弯拉应力和容许应力汇总如表454表454路面结构层层底弯拉应力表结构层材料层底弯拉应力(MPA)容许弯拉应力(MPA)表面层AC130044052下面层AC200114037基层水泥碎石0026028底基层水泥砂砾0265028垫层级配碎石土基从计算结果可知,各路面结构层层底弯拉应力均小于容许弯拉应力,路面结构各层层底弯拉应力均满足规范要求。452干燥路段路面组合设计1方案拟定和比选土基回弹模量较小,土基较软弱,为了使底基层到土基模量均匀过渡和施工方便,路面结构设计推荐与备选方案均设垫层且均与过湿路段相同。并且选用推荐方案。(2)材料参数的确定各层材料的抗压模量和劈裂强度如表455,表455干燥路段路面组合设计推荐方案抗压模量(MPA)结构层材料厚度(CM)验算弯沉验算应力劈裂强度(MPA)表面层AC1341400200014下面层AC2051200180010基层水泥碎石181500360005底基层水泥砂砾201300360005垫层级配碎石20225225土基467467(3)设计指标的确定根据公路沥青路面设计规范803,二级公路的路面结构,以路表面回弹弯沉值、沥青混凝土层的层底拉应力及半刚性材料层的层底拉应力为设计指标。设计弯沉值计算(与过湿路段相同)01627MLD各层材料的容许层底拉应力计算(与过湿路段相同)AC13MPAR5AC20370水泥碎石R28水泥砂砾PA(4)路面计算弯沉和层底拉应力验算路表弯沉值验算设计弯沉值,路表弯沉按以下公式计算01627MLDFEPLCS10102312,NNCEHF式中F弯沉综合修正系数,按下式计算5907064512673338360380PLS结合BISAR30计算结果,路表计算弯沉值为MLFEPLDCS016278045968412101经验算,设计方案的路面结构的路表弯沉值满足规范规定的弯沉要求。结构层层底拉应力验算公路沥青路面设计规范要求路面结构层层底弯拉应力满足以下要求RM由BISAR30计算各层层底弯拉应力和容许应力汇总如表456表456路面结构层层底弯拉应力表结构层材料层底弯拉应力(MPA)容许弯拉应力(MPA)表面层AC130044052下面层AC200112037基层水泥碎石0025028底基层水泥砂砾0253028垫层级配碎石土基从计算结果可知,各路面结构层层底弯拉应力均小于容许弯拉应力,路面结构各层层底弯拉应力均满足规范要求。5、水泥混凝土路面设计51轴载分析交通组成如表511,表511交通组成表车型后轴数后轴轮组数后轴距(M)日交通量解放CA10B1双187解放CA3901双252东风EQ1401双513黄河JN1501双404黄河JN2532双3399长征XD9802双3136日野ZM4402双3255日野KB2221双128太拖拉1382双350轴重小于25KN的车辆2735交通量年增长率42511轴载换算路面设计以单轴双轮组BZZ100KN作为标准轴载进行计算。轴载换算公式为NIISPN116式中100KN的单轴双轮组标准轴载的通行次数;SN各类轴轮型I级轴载的总重(KN);IP轴型和轴载级位数;N各类轴轮型I级轴载的通行次数;I轴轮型系数。单轴双轮组10I单轴单轮组304I2P双轴双轮组527I三轴双轮组802I241IP轴载换算结构见表512表512各级轴载当量轴次计算车型PIINI16PII解放CA10B后轴6085118701解放CA390前轴3500481325200后轴7015125209东风EQ140后轴6920151314黄河JN150前轴4900416540419后轴1016014045208黄河JN253前轴55003963399111后轴6600365510639900长征XD980前轴3710469413600后轴7265357810613600日野ZM440前轴60003817255275后轴10000333510625500日野KB222前轴5020412112809后轴1043011282510太拖拉138前轴51404085005后轴800035031065000NIIPN1168160注轴载小于25KN不计512累计当量轴次计算根据设计规范,高速公路混凝土路面设计基准期为20年,安全等级为二级,轮迹横向分布系数在054062之间,取06,42,则(次)54326008160423513651NNTE累计交通量在1002000之间,属于重交通。4052路面结构组合设计本设计考虑过湿和干燥两种情况进行设计计算。521过湿路段水泥路面结构设计(1)初拟路面结构根据二级公路、重交通等级和低级变异水平等级,结合以往工程经验,初拟面层为24CM的普通混凝土,其基层结构的选择如表521。表521过湿路段水泥混凝土路面结构方案方案12普通混凝土24CM连续配筋混凝土22CM多孔隙水泥稳定碎石13CM沥青稳定碎石13CM级配碎石18CM级配碎石16CM结构层次组合土基土基方案比选本公路交通等级为重交通,属江南丘陵过湿区,年降水量大地下水位高。月平均气温大于30,高温季节长。春夏两季有较长时间的集中降水。从我省混凝土路面的使用经验来看,由于基层、底基层的水稳定性不良而造成的道路使用性能下降和道路破坏的情况较为常见,因此,本设计的方案比选都着重考虑了基层、底基层的水稳定性能,使用透水性能较好的材料。从使用性能比较,2方案优于1方案,但从以往水泥混凝土路面的使用经验来看,提升的空间不大。从投资经济性和施工便利方面考虑,1方案为优,可大大节省投资。因此,从实际情况出发,本设计以方案1为设计方案。(2)混凝土面板平面尺寸与接缝普通混凝土板平面尺寸为长45M,宽度从中缝至路肩425M。纵缝为设拉杆平缝,横缝为设传力杆的假缝。硬路肩混凝土面层与行车道等厚。(3)路面材料参数确定根据设计资料,土基回弹模量MPA,多孔隙水泥碎石基层E11500MPA,级配碎石底基层1360EE2220MPA。混凝土设计弯拉强度MPA,MPA。基层顶面当量回弹模量如下5CF4103CMPAHX858213221MMNHEHDX172180231504830128305211133MEDHXX708653131678313685126126450450AX703854415050EBXMPAAHXBXT914368127063810式中基层顶面的当量回弹模量;TE路床顶面的回弹模量;0基层和底基层或垫层的当量回弹模量;X基层回弹模量;1底基层或垫层回弹模量;2基层和底基层或垫层的当量厚度;XH基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度;D基层厚度;1底基层或垫层厚度;2A、B与有关的回归系数。0/XE普通混凝土面层的相对刚度半径按式计算为MEHRTC7809143025705370331(4)计算荷载疲劳应力P标准轴载在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力为MPAHRPS150278007626因纵缝为设拉杆平缝,考虑接缝传荷能力的应力折减系数。考虑设计基准期内应力累计疲劳作用的疲RK劳应力系数。根据公路等级,考虑偏载和动载等因素,对路面疲劳损坏影响454305707EFNK的综合系数。按式规范(B12),荷载疲劳应力为1CPAPSCFRP54210285温度疲劳应力由规范查得,IV区最大的温度梯度取92(/M)。板长45M,7850RL普通混凝土板厚240MM,查图得062,故最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力为HXBMPATEAXGCTM126029431025温度疲劳应力系数按式计算为508518132BFFKCRTMTRT计算温度疲劳应力为MPATTR063250二级公路的安全等级为二级,相应于二级安全等级的变异水平为低级,目标可靠度为85。再据查得的目标可靠度和变异水平等级,查表规范确定可靠度系数R108,故MPAFRTRPR05891481所选普通混凝土面层厚度可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。522干燥路段水泥路面结构设计(1)初拟路面结构为了施工方便,干燥路段路面结构设计选用与过湿路段相同的结构层方案,并选用方案1。其基层结构的选择如表522。表522过湿路段水泥混凝土路面结构方案方案12普通混凝土24CM连续配筋混凝土22CM多孔隙水泥稳定碎石13CM沥青稳定碎石13CM级配碎石18CM级配碎石16CM结构层次组合土基土基(2)混凝土面板平面尺寸与接缝普通混凝土板平面尺寸为长45M,宽度从中缝至路肩425M。纵缝为设拉杆平缝,横缝为设传力杆的假缝。硬路肩混凝土面层与行车道等厚。(3

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