高速公路沥青混凝土路面结构组成设计说明书.doc

山东交通学院毕业设计1工程概况济南绕城高速公路是国道主干线北京-上海，北京-福州和青岛-银川在济南外围联网形成的快速绕城公路，由东、西、南、北四段组成。东线全长19.61862km，共分九个合同段，第九合同段（K50+800K58+518.62）为路面结构设计，该合同段起始于简家屯东，与小许家互通立交相接，经向阳村西向北跨越小清河，穿过南郭而村的空隙达到本合同的终点。本段路线主线全长7.72km，内有小青河大桥1座，分离式立交1座，中桥1座，天桥2座，小桥3座，通道14座，主线涵洞15座，线外涵27道及通信监控管道预埋工程。1.1沿线自然条件1.1.1地理位置、地形、地貌工程位于山东省中部的台山北麓和黄河南岸，南北东向，自南部低山丘岭区到北部平原区，穿越了不同的地貌单元，本合同段属平原微丘区。1.1.2气象条件路线所经区域位于我国东部温暖带亚湿润大陆季风气候区，一年四季分明。全年平均气温13.4，7月份最热平均气温27.3，1月份最冷，平均气温-2.7，极端最高气温42.5（1995年7月24日），极端最低气温-22.7（1972年2月7日）。沿线降水受季风影响明显，年平均降水量一般为698mm，最小为314mm（1968年），降水量年季变化较大，春季占全年的14%，夏季占66%，秋季占15.6%，冬季占4.4%。沿线平均初霜期为10月27日，平均终霜期为4月13日，平均无霜期198天，平均湿度为64-66%。1.1.3地质、地震沿线所经地带在大地构造上位于鲁中山地与华北平原的过渡地带，大地构造属于山东地带泰山隆起的北麓。经勘探为黄河泛冲积的新近堆积土，沿线为亚粘土、亚砂土。地下水埋深较浅。地震烈度为度。自然区划属5a区。1.1.4水文特征路线所经地区，地表径流主要受大气降水的控制，雨量充沛，水资源较为丰富，径流补给主要来源于大气降水。1.2交通量及路面使用要求1.2.1交通量以双轮组单轴载100kN为标准轴载，以BZZ-100表示，累计交通量为13.96106轴次/车道。1.2.2路面使用要求双向四车道高速公路，行车速度为120km/h。1.3主要设计技术指标1.3.1公路等级平原微丘区高速公路，双向四车道。1.3.2路面设计标准BZZ-100，累计交通量13.96106轴次/车道。其它技术标准见表1.1。表1.1路面设计其它标准路基全宽（m）设计行车速度（km/h）行车道宽（m）中间带（m）路肩（m）路面横坡（%）土路肩横坡（%）2812027.54.52（3.5+0.75）241.4筑路材料来源及供应情况1.4.1取土场全线采用集中取土，地点在董家土场。土质为粉质低液限粘土，经试验检测技术指标见表1.2。表1.2土技术指标检测结果土类塑性指数Ip（%）有机质含量（%）硫酸盐含量（%）低液限粘土12.00.80.11.4.2砂石材料工程南端靠近泰山余脉，岩矿资源较丰富，分布广泛且运距较近。集料：碎石由章灵石料场生产，运距较近。粗砂：产地莱芜，运距较远。矿粉：历城水泥厂生产。1.4.3石灰采用济南港沟镇南湖生产的级钙质生石灰，技术指标符合GB1594要求，试验结果见表1.3。表1.3石灰检测结果类别CaO（%）MgO（%）CaO+MgO（%）未消化残渣含量（%）生石灰68.72.671.33.1消石灰58.22.160.31.4.4粉煤灰采用济南黄台火力发电厂生产的硅铝型低钙粉煤灰，质量符合JTJ034-93路面用粉煤灰技术要求，技术指标见表1.4。表1.4粉煤灰技术指标检测结果成分含量（%）烧失量（%）比表面积（cm2/g）堆积密度（kg/m3）SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO9.3315078557.210.87.23.12.01.4.5水泥山东交通水泥厂生产的路港P.O32.5水泥，技术指标见表1.5。表1.5泥技术指标检测结果标准稠度用水量（%）细度（%）安定性凝结时间（h:min）胶砂强度（Mpa）初凝终凝3d抗折3d抗压25.65.7合格6：017：134.820.01.4.6沥青美国产埃索AH-70，技术指标见表1.6。表1.6沥青技术指标检测结果针入度P25100g5s(0.1mm)软化点TR&B()延度（cm）比重25闪点溶解度(三氯乙烯)（%）含蜡量(裂解法）（%）薄膜烘箱试验针入度比（%）延度（）251525156546.31501501.03523099.82.0851501502路面结构设计2.1设计的依据及原则2.1.1设计依据公路沥青路面设计规范JTJ014-972.1.2设计原则我国新建公路沥青路面设计采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性层状体系理论，以设计弯沉值为路面整体刚度的设计指标，以弯拉应力作为路面强度的验算指标。对沥青混凝土面层和半刚性材料的基层、底基层应进行层底拉应力的验算。设计使用年限为15年。（1）路面设计应根据使用要求及气候、水文、土质等自然条件，密切结合当地实践经验，进行路基路面综合设计。（2）在满足交通量和使用要求的前提下，应遵循因地制宜、合理选材、方便施工、利于养护、节约投资的原则，进行路面设计方案的技术经济比较，选择技术先进、经济合理、安全可靠、有利于机械化、工厂化施工的路面结构方案。（3）结合当地条件，积极推广成熟的科研成果，对行之有效的新材料、新工艺、新技术应在路面设计方案中积极、慎重的加以运用。（4）路面设计方案应注意环境保护和施工人员的健康和安全。2.2设计技术要求2.2.1公路等级平原微丘区高速公路，双向四车道2.2.2其它设计要求其它设计要求见表1.12.3收集或调查交通量，计算累计标准轴次Ne根据设计材料可知，Ne=13.96106轴次/车道。2.4划分土基类型，确定土基回弹模量。自然区划属5a区，查二级自然区划该区土质为粉性土，则临界高度为H1=2.42.9m，H2=1.82.3m。经判断应属中湿类型，则0.90 70202500结果评定合格合格合格3.2.4路面底基层材料组成设计（1）设计原则根据对某种材料规定的技术要求，选择合适的原材料，确定结合料的种类和数量及混合料的最佳含水量。本设计中底基层的材料组成设计应根据选用的材料及要求的抗压强度，通过试验选取最适宜于稳定的土，确定石灰与粉煤灰的比例，确定石灰粉煤灰与土的质量比例，确定二灰土的最佳含水量。（3） 设计方法步骤 制备不同比例的二灰土混合料（石灰：粉煤灰：土取6：20：74、8：20：72、10：20：70、12：20：68、14：20：66）共五组试件，用重型击实试验法，确定各组二灰土的最佳含水量和最大干密度。试验数据见附表1。 按规定达到的压实度，分别计算不同配合比时二灰土应有的干密度。击实试验结果如表3.4所示：表3.4不同配比的二灰土击实试验结果配合比例6：20：748：20：7210：20：7012：20：6814：20：66最佳含水量17.6%18.3%18.7%18.0%19.8%最大干密度1.631.611.601.59 1.56规定压实度应有干密度1.551.531.521.511.48 按最佳含水量和计算所得的干密度制备试件。进行强度试验时，作为平行试验的试件数量应符合规范的规定。当偏差系数10%时，最少试件数量为6组。 将试件在规定温度下保湿养生6d，浸水24h后，进行无侧限抗压强度试验。 整理试验结果，计算平均值和偏差系数。试验数据见附表2。 根据要求的强度标准，选定混合料的配合比。在此配合比下试件室内试验结果的平均抗压强度应符合公式(3.1)的要求：R Rd/(1-ZCV) (3.1) 式中：Rd设计抗压强度； CV试验结果的偏差系数； Z标准正态分布表中随保证率而变的系数，高速公路应取保证率95%，即 Z=1.645。 强度试验结果如表3.5所示：根据试验结果可以看出，每组配合比均能满足 Rd/(1-ZCV) 的要求，但以技术经济观点分析，建议目标配合比为石灰：粉煤灰：土=6：20：74，但所选原材料必须满足材料要求。表3.5 二灰土7d无侧限抗压强度试验结果石灰：粉煤灰：土6：20：748：20：7210：20：7012：20：6814：20：66强度平均值（MPa）1.201.221.241.281.30偏差系数（%）4.77.56.48.95.5Rd/(1-ZCV) 0.650.680.670.700.66注意事项：目标配合比也称为试验室配合比或理论配合比，而试验室所提供的混合料配合比只能作为混合料试拌的依据。该配合比只有经过试拌试铺的验证调整后，才能作为生产配合比，在生产配合比的基础上，再对原材料的差异和原材料含水量的变化进行修整，就可得到施工配合比。3.3基层3.3.1设计依据及原则（1）设计依据：公路路面基层施工技术规范JTJ034-2000公路工程无机结合料稳定材料试验规程JTJ057-94（2）设计原则： 高级路面下的半刚性基层应具有较小的收缩变形和较强的抗冲刷能力。 高速公路的基层宽度每侧宜比面层宽出10cm。 其它设计原则同底基层。3.3.2设计标准设计强度：R71.0MPa压实度：Kd98%3.3.3路面基层原材料的选择（1） 路面基层对原材料的技术要求 集料集料的压碎值要不大于30%，颗粒组成范围满足规范要求。 石灰同底基层对石灰的要求。 粉煤灰粉煤灰的技术要求同底基层。 水凡饮用水均可使用。（2） 原材料技术指标检验在二灰碎石基层施工前，应取有代表性的样品进行下列试验： 集料筛分试验高速公路中，二灰稳定级配集料用作基层时，混合料中集料的质量应占80%85%，集料的最大粒径不应超过31.5mm，其颗粒组成应符合表3.6种2号级配的范围，小于0.075mm颗粒含量宜接近0。表3.6组成材料筛分试验结果集料规格（mm）筛孔尺寸（mm）31.519.09.54.751.190.60.075通过率（%）10-20碎石10070.90.60.20005-10碎石10010095.79.20.300石屑10010010094.845.725.68.4用图解法进行配合比计算，如附图3.10所示。三种矿料的配合比，计算结果如表3.7所示。表3.7矿料组成配合比计算表集料规格（mm）筛孔尺寸（mm）31.519.09.54.751.190.60.075通过率（%）10-20碎石（33%）3323.40.20.10005-10碎石（20%）202019.11.80.100石屑（47%）47474744.621.512.03.9合成级配10090.466.346.521.612.03.92号级配范围10085-10055-7539-5917-3510-250-10级配中值1009365 4926185经过矿料的配合比计算，当10-20碎石：5-10碎石：石屑=33：20：47时，集料合成级配满足2号级配范围。 集料的压碎值试验表3.8碎石力学性能检测结果碎石空隙率（%）含泥量（%）针片状含量（%）压碎值（%）检测值450.43.99.1标准值30%结果评定合格经检验，所采用的集料满足压碎值的要求。 生石灰的有效钙和氧化镁含量试验结果见表3.2。提供的消石灰满足级钙质生石灰的技术标准。 粉煤灰的化学成分、细度和烧失量试验结果见表3.3。提供的粉煤灰满足要求。3.3.4路面基层材料组成设计（1）设计原则根据对某种材料规定的技术要求，选择合适的原材料，确定结合料的种类和数量及混合料的最佳含水量。本设计中基层的材料组成设计应根据选用的材料及要求的抗压强度，通过试验得到合适的集料级配，确定石灰与粉煤灰的比例，确定石灰粉煤灰与碎石的质量比例，确定二灰碎石的最佳含水量。 为了提高二灰碎石的早期强度，本设计还在二灰碎石中掺入了少量的水泥，在石灰、粉煤灰与碎石的质量比确定的情况下，比较不同水泥掺量对强度的影响，确定最佳配合比例。（2）设计方法步骤 根据规范规定的配合比范围，选取在石灰：粉煤灰：碎石=4：14：82的配合比下，制备不同水泥掺量（1%、2%、3%）的三组试件，分别进行击实试验，确定各组混合料的最佳含水量和最大干密度。试验结果见附表3。 根据基层的压实度要求，分别计算不同水泥掺量的二灰碎石应有的干密度。击实试验结果如表3.9所示： 按最佳含水量和计算所得的干密度制备试件。进行强度试验时，作为平行试验的试件数量应符合规范的规定。当偏差系数10%时，最少试件数量为6组。 将试件在规定温度下保湿养生6d，浸水24h后，进行无侧限抗压强度试验。 整理试验结果，计算平均值和偏差系数。试验结果见附表4。表3.9不同水泥掺量的二灰碎石击实试验结果水泥掺量（%）123最佳含水量7.4%7.6%7.4%最大干密度2.082.092.10规定压实度应有干密度2.042.052.06 根据要求的强度标准，选定混合料的配合比。在此配合比下试件室内试验结果的平均抗压强度应符合公式(3.1)的要求： 强度试验结果如表3.10所示：表3.10二灰碎石7d无侧限抗压强度试验结果水泥掺量（%）123强度平均值（MPa）1.301.722.5偏差系数（%）15.313.810.9Rd/(1-ZCV) 1.021.301.22根据试验结果可以看出，每组配合比均能满足 Rd/(1-ZCV) 的要求，但以技术经济观点分析，建议目标配合比为石灰：粉煤灰：碎石=4：14：82，水泥掺量取1%，且所选原材料必须满足材料要求。注意事项：目标配合比也称为试验室配合比或理论配合比，而试验室所提供的混合料配合比只能作为混合料试拌的依据。该配合比只有经过试拌试铺的验证调整后，才能作为生产配合比，在生产配合比的基础上，再对原材料的差异和原材料含水量的变化进行修整，就可得到施工配合比。3.4面层3.4.1设计依据及原则（1） 设计依据：公路沥青路面设计规范JTJ014-97公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTJ052-2000（2） 设计原则：为了给汽车运输提供安全、快速、舒适的行车条件，沥青路面应具有坚实、平整、抗滑、耐久的品质，同时还应具有高温抗车辙、低温抗开裂、抗水损害以及防止雨水渗入基层的功能。沥青路面集料的选择必须经过认真的料源调查。确定料源应尽可能就地取材，质量符合使用要求。石料开采必须注意环境保护，防止破坏生态平衡。沥青混凝土适用于做各级公路的沥青路面面层。对高速公路的表面层、中面层、下面层应采用沥青混凝土。3.4.2设计技术标准工程所在地最热月为7月份，平均气温为27.3，按照设计高温分区指标，应为2-夏热区；极端最低气温为-22.7，按照设计低温分区指标，应为2-冬寒区；年降水量一般为698mm，按设计雨量分区指标，应为2-湿润区。气候分区应为2-2-2（夏热冬寒湿润区）表3.10密级配沥青混凝土混合料马歇尔试验技术标准（本表适用于公称最大粒径26.5mm的密级配沥青混凝土混合料）试验指标单位高速公路夏热区（2-2）重载交通击实次数（双面）次75试件尺寸mm101.6mm63.5mm空隙率VV深约90mm以下%36稳定度MS不小于KN8流值FLmm24矿料间隙率VMA(%)不小于设计空隙率（%）相应于以下公称最大粒径（mm）的最小VMA及VFA技术要求（%）26.5191613.29.54.752101111.51213153111212.51314164121313.51415175131414.51516186141515.5161719沥青饱和度55-7065-7570-853.4.3路面面层原材料的选择（1） 路面面层对原材料的技术要求 道路石油沥青高速公路使用的沥青等级应为A级沥青，道路石油沥青的质量应符合规范要求。沥青路面采用的沥青标号，宜按照公路等级、气候条件、交通条件、路面类型及在结构层中的层位及受力特点、施工方法等，结合当地的使用经验，经技术论证后确定。当高温与低温对沥青的要求发生矛盾时应优先考虑满足高温性能的要求。气候分区为2-2，而提供的沥青为AH-70，沥青标号满足要求。规范中对道路用石油沥青的技术要求见表3.11。沥青必须按品种、标号分开存放。除长期不使用的沥青可放在自然温度下存储外，沥青在储罐中的贮存温度不宜低于130，并不得高于170。桶装沥青应直立堆放。道路石油沥青在贮运、使用及存放过程中应有良好的防水措施，避免雨水或加热管道蒸汽进入沥青中。表3.11 AH-70道路用石油沥青技术要求指标单位等级沥青标号70号针入度（P25100g5s）0.1mm6080适用的气候分区2-2针入度指数PIA-1.5+1.0软化点（R&B） 不小于A4560动力粘度 不小于PasA16010延度 不小于cmA2515延度 不小于cmA、B100蜡含量（蒸馏法） 不大于%A2.2闪点 不小于260溶解度 不小于%99.5质量变化 不大于%0.8残留针入度比（25） 不小于cmA61残留延度（10） 不小于cmA6残留延度（15） 不小于cmA15 粗集料高速公路沥青层用粗集料不得使用筛选砾石和矿渣。粗集料必须由具有生产许可证的采石场生产或施工单位自行加工。粗集料应该洁净