毕业设计（论文）-南京某高速路段挡土墙及路面设计.doc

东莞理工学院建筑工程系2013级土木工程路桥班路基路面课程设计 题目南京某高速路段挡土墙及路面设计院 系 建筑工程系 班 级 2013级土木工程1班 学生姓名 指导教师 提交日期 2016.06.30 摘要摘要本次课程设计主要完成南京某高速路段的挡土墙设计和路面设计（包括沥青路面和水泥路面）。运用课堂上学到的设计理论和方法，结合实际工程经验、规范和标准进行设计。本计算说明书主要包括三部分，分别是重力式挡土墙设计、沥青路面设计、水泥混凝土路面设计，各部分的内容如下：重力式挡土墙设计的内容包括：确定墙身断面构造与尺寸；确定破裂棱体位置；进行土压力计算；进行墙体抗滑及抗倾覆稳定性验算；进行基底应力及合力偏心距验算；进行墙身断面强度验算；纵断面布置图、平面图及挡墙横断面图的绘制。公路沥青路面设计的内容包括：计算累积当量轴次和设计弯沉值；确定土基回弹模量值；确定合适的面层类型；拟定路面结构组合与厚度方案，确定各结构层材料的计算参数；验算拟定的路面结构。水泥混凝土路面设计的内容包括：计算累积当量轴次和设计弯沉值；进行板块平面尺寸设计及接缝设计；计算地基顶面的当量回弹模量；选定设计计算基本模型，进行荷载应力计算；验算拟定的路面结构，并进行方案优化。通过本次课程设计，掌握路基和路面工程的基本设计理论和设计方法，了解设计内容和设计过程，熟悉相关路面设计规范及相关标准，达到学以致用的目的。关键词：挡土墙设计、沥青路面设计、水泥混凝土路面设计目录目录第1章 重力式挡土墙设计11 设计背景11.1 设计计算概述11.2 设计资料11.3 设计的内容与要求21.4 设计依据22 挡土墙设计计算32.1 挡土墙的选型和初步设计32.1.1 选型原则32.1.2 选择挡土墙32.1.3 确定建造材料及其构造尺寸52.2 设计计算原则62.3 计算挡土墙外力62.3.1 分析作用在挡土墙上的力系62.3.2 荷载当量土柱高度计算62.3.3 计算主动土压力72.3.4 墙身重量及其作用点位置计算92.4 稳定性验算102.4.1 抗滑稳定性验算102.4.2 抗倾覆稳定性验算102.5 合力偏心矩和基底应力验算102.5.1 合力偏心矩计算102.5.2 基底应力验算102.6 墙身截面强度验算112.6.1强度验算112.6.2 稳定性验算122.7 设计图纸及工程量13第2章 沥青路面设计141 设计背景141.1 设计计算概述141.2 设计目的141.3 设计资料141.4设计内容151.5设计要求151.6设计依据152 设计计算162.1 交通量分析162.1.1 轴载换算162.1.2 累计标准轴载作用次数（累计当量轴次）182.1.3 车轮荷载相应当量直径182.2 初拟结构组合和材料选取192.3 各层材料的抗压模量与劈裂强度192.4 土基回弹模量的确定192.5 设计指标的确定-设计弯沉值202.6 设计指标的确定-容许拉应力202.7 设计资料汇总212.8 路面结构层厚度计算212.9 进行技术经济比较22第3章 水泥路面设计231设计背景231.1 设计计算概述231.3 设计内容与要求231.4 设计依据232 设计计算242.1 交通量分析242.2 可靠度系数的确定242.3 路基参数的确定252.4 结构组合初拟与设计参数确定252.5 平面尺寸、接缝及路肩形式选择262.6 计算地基综合回弹模量262.7 荷载应力计算262.8 温度应力计算282.9设计极限状态验证292.10设计方案优化292.11 验算防冻厚度29参考文献：31正文第1章 重力式挡土墙设计1 设计背景1.1 设计计算概述本部分设计主要完成某二级公路的挡土墙设计，主要内容包括：确定墙身断面构造与尺寸；确定破裂棱体位置；进行土压力计算；进行墙体抗滑及抗倾覆稳定性验算；进行基底应力及合力偏心距验算；进行墙身断面强度验算；纵断面布置图、平面图及挡墙横断面图的绘制。1.2 设计资料某二级公路，路基宽8.5m，双车道路面，有部分路段需设计路肩式挡土墙，分段长度为10m。要求设置普通重力式挡土墙，墙身及基础采用浆砌片石（250#片石，50#砂浆）。墙身断面建议如图1-1-1所示，图1-1-1设计标准图浆砌片石扩大基础下采用砂砾石材料（基础埋深为地面以下1m），各设计参数分别为墙背填土内摩擦角，填土与墙背的摩擦角，墙背俯斜坡度及坡角度（），墙面坡度1:0.1（=543），砌体=22kN/m3，g填土=18kN/m3，基底摩擦系数=0.6，地基承载力标准值为fk=450kN/m3，圬工砌体的极限抗压强度700kN/m3、极限抗弯拉强度为110kN/m3、极限抗剪强度为80kN/m3。挡土墙设计参数汇总到表1-1-1。表1-1-1 挡土墙设计参数角度(）tan(i)值挡土墙的高度H（m)3地基承载 力标准值为fk（KN/m3)450墙背仰斜坡度214805“0.40 附加荷载强度q（KN/m3）18.75圬工砌体的极限抗压强度（KN/m3）700填土与墙背的摩擦角150000“0.2679 墙背填土重度（KN/m3）18圬工砌体极限抗弯拉强度（KN/m3）110内摩擦角350000“0.7002 砌体重度（KN/m3）22圬工砌体的极限抗剪强度（KN/m3）80墙面坡角54238“0.10 基底摩擦系数0.6公路行车道数21.3 设计的内容与要求（1） 根据具体情况选择确定你认为较合理的墙身断面构造与尺寸；（2） 确定破裂棱体位置；（3） 进行土压力计算；（4） 进行墙体抗滑及抗倾覆稳定性验算；（5） 进行基底应力及合力偏心距验算；（6） 进行墙身断面强度验算；（7） 画出纵断面布置图、平面图及挡墙横断面图；1.4 设计依据1 公路路基设计规范JTG D30-20152 路基路面工程，黄晓明主编，2015.52 挡土墙设计计算2.1 挡土墙的选型和初步设计2.1.1 选型原则根据路基路面工程（黄晓明主编，2015.5）第四章二节内容，在路基工程中，支挡结构用于稳定路基和路堑边坡，减少土石方工程量和占地面积，防止水流冲刷路基，并经常用于整治塌方、滑坡等路基病害。根据工程需要，路基在下列情况下可设支挡结构：（1） 陡坡路堑边坡薄层开挖、路堤边坡薄层填方地段，或为加强路堤本体稳定地段；（2） 为避免大量挖方、降低高边坡或加强边坡稳定性的路堑地段；（3） 不良地质条件下，为加固地基、边坡、山体、危岩或拦挡落石地段；（4） 水流冲刷影响路堤稳定的沿河、滨海撸提提地段；（5） 为节约用地、少占农田或为保护重要的既有建筑物地段；（6） 其他特殊条件的需要，如环境景观等方面的要求。2.1.2 选择挡土墙（1）确定挡土墙位置及其长度和高度根据公路路基设计规范（JTG D30-2015）5.4.1条规定，挡土墙设计应根据路基横断面、地形、地质条件和地基承载能力，合理确定挡土墙位置、起讫点、长度和高度。根据设计任务书，本设计路段为二级公路，路基宽8.5m，双车道路面，需设置路肩式挡土墙，分段长度为10m，高度为3m。根据实际情况分析计算，假设设置路肩墙与路堤墙的墙高与坞工数量比较接近，两者的基础情况相仿，所适宜做路肩式挡土墙。路肩式挡土墙用于支挡陡坡路堤下滑、抬高公路路基高程、收缩坡角，减少占地，较少填方量。（2）根据结构形式和作用机理选定挡土墙根据设计路段的土体的稳定平衡条件，综合考虑汽车等外荷载的作用情况、地质、地形、地质状况、冲刷深度、基础的埋置深度、基底的承载力设计值和不均匀沉降、可能的地震作用、与其他构造物的衔接、墙面的外观美感、施工难易、造价高低、环境特点等因素，结合设计任务书建议，本设计初步选用重力式挡土墙。重力式挡土墙适用于一般地区、浸水地段和高烈度区的路堤和路堑等支挡工程，其依靠墙自重承受土压力、结构简单、施工简便，墙身比较重，对地基承载力要对较高。本设计路段属于一般地区，地基较好，选用重力式挡土墙。（3） 排水设计以及沉降缝与伸缩缝设计1) 排水设计根据公路路基设计规范（JTG D30-2015）5.4.4条规定，挡土墙墙身应设置倾向墙外且坡度不小于4%的排水孔，墙背应设置反滤层。排水孔的位置及数量应根据挡土墙墙背渗水情况合理布设，排水孔可采用管型材料，进水口应设置反滤层，并宜采用透水土工布。墙背反滤层宜采用透水性的砂砾、碎石，含泥量应小于5%，厚度不应小于0.50m。本设计路段地基较好，且排水设计不是本设计重点，所以此处仅按构造设计。泄水孔尺寸为，每布置一个，泄水孔高出地面30cm。挡土墙的排水设施由地面排水和墙身排水两部分组成。本设计设置地面排水沟，截留地表水。对墙前回填土及地表松土进行补充夯实，以减少雨水和地面水下渗。墙身排水按照以上规范要求按构造设计。墙背设置50cm厚的砂砾透水层，并做土工布封层。排水设施布置见附录挡土墙横断面图及立面布置图。2) 沉降缝与伸缩缝设计为防止因地基不均匀沉陷而引起墙身开裂，应根据地基地质条件及墙高、墙身断面的变化情况，设置沉降缝。为减少坞工砌体因硬化收缩和温度变化作用而产生的裂缝，须设置伸缩缝。根据公路路基设计规范（JTG D30-2015）5.4.4条规定，具有整体式墙面的挡土墙应设置伸缩缝和沉降缝。沿墙长度方向在墙身断面变化处、与其他构造物相接处应设置伸缩缝，在地形、地基变化处应设置沉降缝。伸缩缝与沉降缝可合并设置。根据地基地质条件及墙高、墙身断面的变化情况以及任务书要求，本设计除了按规范在规定位置设置一道伸缩缝，其他位置每10m设置一道伸缩缝，缝内用沥青麻絮嵌塞，本设计不考虑沉降缝。伸缩缝布置见附录挡土墙横断面图及立面布置图。2.1.3 确定建造材料及其构造尺寸根据公路路基设计规范（JTG D30-2015）5.4.5条规定，重力、重力式挡土墙设计应符合下列要求：（1） 墙顶宽度，当墙身为混凝土浇筑时，不应小于0.40m；浆砌片石时，不应小于0.50m；干砌片石时，不应小于0.60m。（2） 应根据墙趾处地形情况及经济比较，合理选择重力式挡土墙墙背坡度。（3） 墙高小于10m的挡土墙可采用浆砌片石，墙高大于10m的挡土墙和浸水挡土墙宜采用片石混凝土。根据设计任务书及设计路段的工程地质勘查报告，考虑到墙高只有3m，小于10m，所以墙身及基础采用浆砌片石（250#片石，50#砂浆），则墙顶宽度不应小于0.50m，本设计采用0.60m。根据路段所处地形情况及相关工程经验，墙背俯斜坡度及坡角度（），墙面坡度1:0.1（=543）。根据公路路基设计规范（JTG D30-2015）5.4.3条规定，挡土墙宜采用明挖基础，基础埋深应符合要求：基础最小埋置深度不应小于1m。风化层不厚的硬质岩石地基，基底应置于基岩风化层以下。本设计路段地质较好，基础埋置深度取1m。扩大基础采用与挡土墙相同的材料修建，为了进一步提高地基承载力，降低不均匀沉降，基础下采用砂砾石材料填筑。根据地质勘查报告及相关实验，确定各设计参数：墙背填土内摩擦角，填土与墙背的摩擦角，砌体=22kN/m3，填土=18kN/m3，基底摩擦系数=0.6，地基承载力标准值为fk=450kN/m3，圬工砌体的极限抗压强度700kN/m3、极限抗弯拉强度为110kN/m3、极限抗剪强度为80kN/m3。重力式挡土墙断面尺寸见图1-2-1图1-2-1挡土墙局部大样图2.2 设计计算原则根据公路路基设计规范（JTG D30-2015）5.4.2条规定，挡土墙设计应采用以极限状态设计的分项系数法为主的设计方法，车车辆荷载计算应采用附加荷载强度法。挡土墙设计应进行其承载能力极限状态计算和正常使用极限状态验算，以及挡土墙抗滑稳定、抗倾覆稳定和整体稳定性验算。挡土墙按“极限状态分项系数法”进行设计。挡土墙设计极限状态分为构件承载力极限状态和正常使用极限状态。承载力极限状态是指当挡土墙出现以下任何一种状态，及认为超过了承载力极限状态：1 整个挡土墙或挡土墙的一部分作为刚体失去平衡。2 挡土墙构件或连接部件因材料承受的强度超过极限而破坏，或因过量塑性变形而不适于继续承载。3 挡土墙结构变为机动体系或局部失去平衡。正常使用极限状态是指挡土墙出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：1 影响正常使用或外观变形。2 影响正常使用或耐久性的局部破坏（包括裂缝）。3 影响正常使用的其他特定状态。2.3 计算挡土墙外力2.3.1 分析作用在挡土墙上的力系1 本设计作用于挡土墙的力包括：2 挡土墙自重力G及位于墙上的恒载。3 墙后土体的主动土压力（包括作用在墙后填料破裂棱体上的荷载，简称超载），作用点位于距墙底1/3墙高的位置。4 基底的法向反力N及摩擦力T。5 本设计不考虑被动土压力、浮力、地震力等。挡土墙受力情况见图1-2-22.3.2 荷载当量土柱高度计算根据公路路基设计规范（JTG D30-2015）H.0.1条规定，车辆荷载作用在挡土墙墙背填土上所引起的附加土体侧压力，按下式换算成等代均布土层厚度计算：图1-2-2 作用于挡土墙上的力式中：换算土层厚度（m）；车辆荷载附加荷载强度，墙高小于2m,取；墙高大于10m，取；墙高210m之内时，附加荷载强度用直线内插法计算。作用于墙顶或墙后填土上的人群荷载强度规定为；作用于挡墙栏杆顶的水平推力采用，作用于栏杆扶手上的竖向力采用。本设计墙高3m，用直线内插法计算，不考虑人群等的作用。2.3.3 计算主动土压力（1） 破裂角棱体位置确定计算破裂角，假设破裂面位于荷载范围内，则：因为根据路堤挡土墙破裂面教育荷载内部时破裂角的计算公式：则（2）土压力计算根据路堤挡土墙破裂面教育荷载内部的土压力计算公式：（3）土压力作用点位置计算表示土压力作用点到墙踵的垂直距离。（4）土压力对墙趾的力臂2.3.4 墙身重量及其作用点位置计算挡土墙按单位长度计算，为方便计算，将墙身分为六部分计算，分块如图1-2-3所示。图1-2-3 挡土墙分块图式计算结果见表1-2-1。表1-2-1 墙体自重及其作用点位置计算表分块名称分块面积Ai（m2)分块面积形心至z左缘水平距离yi（m)分块面积形心至墙趾水平距离Zyi（m)分块重度（KN/m3)自重（KN)0.31 0.17 0.37 22.00 6.88 1.50 0.30 0.75 22.00 33.00 1.25 0.33 1.38 22.00 27.50 （土）1.25 0.67 1.72 18.00 22.50 （土）0.50 0.10 2.15 18.00 9.00 0.79 1.29 1.29 22.00 17.33 116.22.4 稳定性验算2.4.1 抗滑稳定性验算倾斜基底1:8.3333（），验算公式：所以抗滑稳定性满足要求。2.4.2 抗倾覆稳定性验算所以抗倾覆稳定性满足要求。2.5 合力偏心矩和基底应力验算2.5.1 合力偏心矩计算所以基底合力偏心矩满足要求。2.5.2 基底应力验算由于，因此，计算结果见表1-2-2表1-2-2 基底应力计算表参数GG+Q1Ey-Wcos0sin0Q1ExNd|e|B/6maxmin数据189.96 0.99 0.13 67.53 197.22 0.09 0.38 60.79 17.12 显然，基底应力满足要求。2.6 墙身截面强度验算由经验可知，最薄弱截面应是墙身变阶处，如图1-2-4所示。以下对此截面进行验算:根据公路坞工桥涵设计规范的规定，当构件采用分项安全系数的极限状况设计时，荷载效应组合的设计值，应小于或等于结构抗力效应的设计值。2.6.1强度验算验算截面见图1-2-4所示图1-2-4 墙身验算截面根据公路坞工桥涵设计规范的规定，计算公式如下按每延米墙长计算：式中：设计轴向力（KN）；重要性系数；荷载组合系数；分别为恒载引起的轴向力（KN）和相应的分项系数；主动土压力引起的轴向力（KN）；被动土压力、水浮力、静水压力、动水压力、地震力引起的轴向力（KN）；以上各项轴向力的分项系数；抗力分项系数；材料极限抗压强度（KPa）;A挡土墙构件的计算截面积（）；轴向力偏心影响系数，按下式计算：计算结果见表2-32-5所示。2.6.2 稳定性验算按下式验算式中：同上式；弯曲平面内的纵向翘曲系数，按下式计算：其中：墙有效高度（m），视下端固定、上端自由；B墙的宽度（m），本设计；系数，对于砌体砂浆强度等级，取0.002。计算结果见表1-2-31-2-5所示。表1-2-3 墙身截面强度验算参数0GNGQ1NQ1Q1CiNQ1Nj数据1.00 139.44 67.53 0.00 206.97 表1-2-4 主动土压力作用点对应截面(I-I)参数kk计算截面积A(m2)Rk(KN/m2)KRk/KkARk/KkkARk/K数据0.98 1.00 1.50 700.00 2.31 303.03 444.61 444.61 由表格可知，满足强度要求。，满足稳定性要求。表1-2-5 墙身变截面处(II-II)参数kk计算截面积A（m2）Rk(KN/m2)KRk/KkARk/KkkARk/K数据0.98 1.00 1.85 700.00 2.31 303.03 549.25 549.25 由表格可知，满足强度要求。，满足稳定性要求。2.7 设计图纸及工程量图纸包括纵断面布置图、平面图及挡墙横断面图，分别见附录挡土墙横断面图及立面布置图和挡土墙平面布置图及工程数量表。参考文献：1 公路路基设计规范JTG D30-20152 路基路面工程，黄晓明主编，2015.532第2章 沥青路面设计1 设计背景1.1 设计计算概述本部分主要完成南京某高速公路的路面设计，按要求进行沥青路面设计，主要完成以下计算：公路沥青路面设计的内容包括：计算累积当量轴次和设计弯沉值；确定土基回弹模量值；确定合适的面层类型；拟定路面结构组合与厚度方案，确定各结构层材料的计算参数；验算拟定的路面结构。1.2 设计目的沥青路面广泛应用于公路与城市道路，是我国高速公路的主要路面形式。通过本课程设计，掌握高速公路沥青路面设计的基本过程与计算方法。1.3 设计资料某高速公路，其中某段经调查路基为粉质中液限粘土，地下水位1.1m，路基填土高度0.5m。近期混合交通量为25350辆/日，交通组成和代表车型的技术参数分别如表2-1-1、表2-1-2所示，交通量年平均增长率8%。该路沿线可开采砂砾、碎石，并有石灰、水泥、粉煤灰、沥青供应。请设计合适的半刚性沥青路面结构。表2-1-1 南京高速路段混合交通组成车型分类一类车二类车三类车四类车五类车六类车代表车型桑塔纳五十铃解放CA10B黄河JN150黄河JN162交通SH361比重（%）24.57 42.30 22.04 9.01 1.89 0.18 表2-1-2 代表车型的技术参数序号车型总重（KN）载重（KN）前轴重（KN）后轴重（KN）后轴数轮组数轴距（cm）1桑塔纳21.00 2五十铃42.00 3解放CA10B80.25 40.00 19.40 60.85 1.00 双4黄河JN150150.60 82.60 49.00 101.60 1.00 双5 黄河JN162174.50 100.00 59.50 115.00 1.00 双6交通SH361280.00 150.00 60.00 110.00 2.00 双130.00 路面结构设计参考图：图2-1-1 设计标准图1.4设计内容（1） 根据自然区划、路基土类型和地下水位高度，确定土基回弹模量值；（2） 计算设计年限内一个车道的累积当量轴次和设计弯沉值；（3） 根据设计资料，确定合适的面层类型（包括面层材料级配类型）；（4） 拟定1种可能的路面结构组合与厚度方案， 确定各结构层材料的计算参数；（5） 根据公路沥青路面设计规范验算拟定的路面结构。1.5设计要求 （1） 要求计算每种代表车型的轴载换算系数；（2） 根据设计资料， 每人拟1种路面方案。应明确标示出每种材料的名称、厚度和设计时使用的模量值，并列出路面结构验算 过程。材料设计参数可参考附录；（3） 设计完成后，小组成员针对各自的方案进行经济技术比较。1.6设计依据 1 公路沥青路面设计规范（JTG D502006） 2 路基路面工程，黄晓明主编，2015.52 设计计算2.1 交通量分析2.1.1 轴载换算以设计弯沉和沥青层层底拉应力为指标的轴载换算按下式计算：式中：以弯沉为指标的标准轴载的当量轴次（次/d）；被换算车型的各级轴载作用次数（次/d）；P标准轴载（KN）；被换算车型的各级轴载（KN）;轴数系数；轮组系数，单轮组6.4，双轮组1，四轮组0.38。其中，当轴间距大于3m时，应按单独的一个轴载进行计算，此时轴数为m=1;当轴间距小于3m时，按双轴或多轴进行计算，轴数系数为：式中：轴数。计算结果见表2-2-1表2-2-1以设计弯沉和沥青层层第拉应力为指标的轴载换算计算表车型Pi(KN)C1C2ni(次/日)C1C2ni(Pi/p)4.35(次/日)解放CA10B前轴19.401.006.405587.1428.53后轴60.851.001.005587.14643.76黄河JN150前轴49.001.006.402284.04656.50后轴101.601.001.002284.042447.32黄河JN162前轴59.501.006.40479.12320.46后轴115.001.001.00479.12879.99交通SH361前轴60.001.006.4045.6331.65后轴110.002.201.0045.63151.96Ns=C1C2ni(Pi/p)4.355160.16注：轴载小于25KN的轴载作用可以不计。以半刚性材料层的层底拉应力为指标的轴载换算按下式计算：式中：以弯沉为指标的标准轴载的当量轴次（次/d）；被换算车型的各级轴载作用次数（次/d）；P标准轴载（KN）；被换算车型的各级轴载（KN）;轴数系数；轮组系数，单轮组18.5，双轮组1，四轮组0.09。其中，当轴间距大于3m时，应按单独的一个轴载进行计算，此时轴数为m=1;当轴间距小于3m时，按双轴或多轴进行计算，轴数系数为：式中：轴数。计算结果见表2-2-2。表2-2-2以半刚性材料层的层底拉应力为指标的轴载换算计算表车型Pi(KN)C1C2ni(次/日)C1C2ni(Pi/p)8(次/日)解放CA10B前轴19.401.0018.505587.140.21后轴60.851.001.005587.14105.02黄河JN150前轴49.001.0018.502284.04140.42后轴101.601.001.002284.042593.30黄河JN162前轴59.501.0018.50479.12139.23后轴115.001.001.00479.121465.62交通SH361前轴60.001.0018.5045.6314.18后轴110.003.001.0045.63293.44Ns=C1C2ni(Pi/p)84751.42注：轴载小于50KN的轴载作用可以不计。2.1.2 累计标准轴载作用次数（累计当量轴次）设计使用年限内设计车道的累计标准轴载作用次数按下式计算：式中：设计年限内一个车道上的累计标准轴载作用次数（次）；t设计年限（年）；路面竣工后第一年双向日平均标准轴载作用次数（次/d）；设计年限内的交通量（标准轴载作用次数）平均年增长率（%）；沥青混凝土路面为车道系数。则作弯沉计算及沥青层底弯拉应力验算时作半刚性基层层底弯拉应力验算时2.1.3 车轮荷载相应当量直径对于双轮组，本设计按双圆荷载计算，计算公式：式中：P作用在车轮上的荷载（KN）；p轮胎接触压力（KPa）；d接触面当量圆半径。按我国现行路面设计规范中规定的标准轴载的计算：2.2 初拟结构组合和材料选取设计年限内一个行车道上累计标准轴次为900*105次左右。根据规范推荐结构，并考虑到公路沿途有大量碎石且有石灰供应，路面结构面层用沥青混凝土(17cm)，基层用二灰稳定碎石（厚度取25cm），底基层用二灰土（厚度待定）。采用三层式沥青面层，表面层采用细粒式密级配沥青混凝土(厚度3cm)，中面层采用中粒式密级配沥青混凝土(厚度6cm)，下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土(厚度8cm)。具体见表2-2-3。表2-2-3 拟定路面结构参数表层位编号材料类型抗压回弹模量劈裂强度厚度（cm）泊松比层间接触关系弯沉计算应力计算1细粒式沥青砼1400.002000.001.403.000.25连续2中粒式沥青砼1200.001800.001.006.000.25连续3粗粒式沥青砼1000.001200.000.808.000.25连续4二灰稳定集料1500.003600.000.5025.000.25连续5二灰土750.001400.000.25？0.25连续2.3 各层材料的抗压模量与劈裂强度查表得到各层材料的抗压回弹模量和劈裂强度。汇总于表2-2-3（见上表）。2.4 土基回弹模量的确定该路段处于IV1区，为粘质土，稠度为1.0，查表“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值(MPa)”得土基回弹模量为30MPa。2.5 设计指标的确定-设计弯沉值根据我国公路沥青路面设计规范规定路面设计弯沉值按下式计算：式中：设计弯沉值（0.01mm）；设计年限内一个车道累计当量标准轴载通行次数；公路等级系数，本设计中高速公路取；面层系数，本设计为沥青混凝土面层为1.0；路面结果类型系数，本设计为半刚性基层沥青路面为1.0。则2.6 设计指标的确定-容许拉应力结构层容许拉应力按下式计算；式中：路面结构材料的极限抗拉强度（MPa）;路面结构材料的容许拉应力，即该材料能承受设计年限次加载的疲劳弯拉应力（MPa）；抗拉强度结构系数。根据结构层材料不同按下式计算：沥青混凝土面层：无机结合料稳定集料基层：无机结合料稳定细粒图基层：贫混凝土基层：各结构层容许拉应力计算见表2-2-4。表2-2-4 结构层容许拉应力材料名称spKsR细粒式沥青砼1.403.650.38中粒式沥青砼1.003.650.27粗粒式沥青砼0.803.650.22二灰稳定集料0.502.210.23二灰土0.252.840.092.7 设计资料汇总见表2-2-3所示。2.8 路面结构层厚度计算通过程序计算得到，二灰土的厚度为38.28cm，实际路面结构的路表实测弯沉值为20.7(0.01mm)，沥青面层的层底均受压应力，二灰稳定碎石层底的最大拉应力为0.2263MPa，二灰土层底最大拉应力为0.088MPa。各层的验算见表2-2-5。表2-2-5 拟定路面结构参数表层位编号材料类型抗压回弹模量劈裂强度（MPa)厚度（cm）层底拉应力（MPa)容许拉应力（MPa)弯沉计算 （MPa)应力计算（MPa)1细粒式沥青砼1400.002000.001.40003.0000-0.35110.38332中粒式沥青砼1200.001800.001.00006.00000.00530.27333粗粒式沥青砼1000.001200.000.80008.0000-0.04120.21904二灰稳定集料1500.003600.000.500025.00000.16860.22635二灰土750.001400.000.250035.38000.08700.0880上述设计结果满足指标要求，底基层厚度35cm。2.9 进行技术经济比较取一米长度路面进行造价计算，计算结果见表2-2-6。表2-2-6 技术经济比较（按每米长度计算）层位编号材料类型厚度（cm）材料单价计价材料名称单位单价（元）单位厚度价格（元）1 细粒式沥青砼3.00 4cm细粒式沥青砼单位30.12 7.53 22.59 2 中粒式沥青砼6.00 6cm中粒式沥青砼单位34.30 5.72 34.30 3 粗粒式沥青砼8.00 8cm粗粒式沥青砼单位42.95 5.37 42.95 4 二灰稳定集料25.00 20cm二灰稳定碎石0.25 29.35 1.47 36.69 5 二灰土35.38 20cm二灰土0.25 16.40 0.82 29.01 165.54 由表2-2-6的计算结果知，本设计路面每米造价为165.54元。第3章 水泥路面设计1设计背景1.1 设计计算概述本部分主要进行南京某高速路段的路面设计，按要求进行水泥混凝土路面设计，主要完成以下内容：计算累积当量轴次和设计弯沉值；进行板块平面尺寸设计及接缝设计；计算地基顶面的当量回弹模量；选定设计计算基本模型，进行荷载应力计算；验算拟定的路面结构，并进行方案优化。1.2 设计资料公路自然区划区拟新建一条二级公路，路基回弹模量根据以往经验取30MPa，采用普通混凝土路面，路面宽16m（双向四车道），经交通调查与预测知设计车道使用初期标准轴载日作用次数为3200次，交通量年增长率取4%。1.3 设计内容与要求 （1） 板块平面尺寸设计根据路面设计宽度，综合确定板块数目和每块板的宽度，一般按3-4.5m等宽取值，由纵缝分割。如：9m一般采用2块4.5m宽的板，12m采用3块4m宽的板。板的长度一般是宽度的1-1.3倍，取4-6m，大多数情况下由缩缝分割，还有少量胀缝或施工缝。（2） 接缝设计主要确定纵缝、横缝处的构造、布置和间距，纵缝种类主要有：设拉杆平口纵缝、设拉杆企口纵缝等，横缝主要有：假缝、加传力杆的假缝等。（3） 板厚设计 在板块尺寸和接缝设计之后，对水泥混凝土板块的厚度进行设计，该部分为普通水泥混凝土路面设计的主要内容。由于设计理论涉及的参数很多，可采用试算方法，即固定其他参数，试取一个初始厚度计算板块疲劳应力，然后与材料抗折强度比较，小于材料强度的则减小厚度，直到刚好满足设计准则公式为止，否则增大板厚。1.4 设计依据 1 公路水泥混凝土路面设计规范JTG D40-2011 2 路基路面工程，黄晓明主编，2015.52 设计计算2.1 交通量分析根据公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D40-2011）附录A.2.4条规定，设计基准期内水泥混凝土路面设计车道临界荷位处在设计基准期内的累计标准轴载（或设计轴载）作用次数按下式计算：式中：设计年限内一个车道上的累计标准轴载作用次数（次）；设计年限（年）；路面竣工后第一年双向日平均标准轴载作用次数（次/d）；设计年限内的交通量（标准轴载作用次数）平均年增长率（%），以小数代入计算；轮迹横向分布系数，按对应表A.2.4选用。本次设计为二级公路双向四车道，取0.35。（次）根据公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D40-2011）3.0.7条规定，查对应表3.0.7知，本设计路段交通等级属“重”。2.2 可靠度系数的确定根据公路水泥混凝土路面设计规范3.0.2条规定，二级公路的变异水平应不大于中级。假设本设计路段的投标施工企业资质较好，机械化施工水平高、管理水平也较高，变异水平等级可控制到“低”级别范围内的中等水平。根据公路水泥混凝土路面设计规范3.0.1条可知，二级公路安全等级为“二级”，目标可靠度为85%，结合变异水平等级为“低”，可确定可靠度系数范围为1.041.08，按中等水平取值。2.3 路基参数的确定根据设计资料，路基回弹模量取30MPa。根据公路水泥混凝土路面设计规范4.2.2条规定，路床顶面的综合回弹模量值，轻交通荷载等级时不得低于40MPa，中等或重交通荷载等级时不得低于60MPa，特重或极重交通荷载等级时不得低于80MPa。本设计交通荷载等级为“重”，所以取60MPa。2.4 结构组合初拟与设计参数确定因本路段属重交通荷载等级，根据公路水泥混凝土路面设计规范4.4.2条规定，分别查表4.4.2-1和4.4.2-2确定基层和底基层的材料。适宜的基层材料为：密级配沥青稳定碎石，水泥稳定碎石。底基层材料为：级配碎石，水泥稳定碎石，石灰、粉煤灰稳定碎石。初步拟定的结构组合：普通水泥混凝土路面板（hc）+水泥稳定碎石基层（16cm）+级配碎石底基层（15cm）+路基（综合回弹模量为80MPa）。其中根据预估板厚，二级公路、“中”变异水平的厚度为240280mm，本路段变异水平低，初定为24cm。根据公路水泥混凝土路面设计规范表3.0.8查得，弯拉强度标准值取为5MPa，弯拉模量为31GPa，泊松比取0.15，线膨胀系数为。初定结构层见图3-2-1所示。图3-2-1 初定结构层参考公路水