湘潭某地区老屋塘—梅子岭高速公路_毕业论文

1 摘摘 要要 本设计为湘潭某地区老屋塘 梅子岭高速 本次选题 是依据大学专80km h 业课程 道路勘测设计 路基路面工程等内容而定的具有代表性 全面检测所学知识 的结业性选题 巩固大学生在校期间所学的基本理论和专业知识 巩固 深化 拓宽 所学过的基础课程 专业基础课和专业课知识 提高综合运用这些知识独立进行分析 和解决实际问题的能力 以及锻炼自己画图 识图能力 解决道路工程设计中各方面 问题所需的综合能力和创新能力 达到初步了解与掌握道路工程实际工作内容和设计 工作的方法与步骤 设计内业详细资料有 路线设计 包括纸上定线 绘制路线平面图 路线纵断面设 计 路基设计 包括两公里横断面和路基土石方的计算及路基排水设计 路面设计 包 括沥青路面设计和水泥混凝土路面设计 结构物设计包括立交桥设计 小桥涵设计 完成一项涵洞设计 在 K1 300 K1 350 设置重力式挡土墙 荷载标准为汽 20 最后 进行软件复核 通过对原始数据的分析 根据该路段的地质 地形 地物 水文等自然条件 依据 公路工程技术标准 公路路线设计规范 等交通部颁发的相关技术指标 在老师 的指导和同学的帮助下完成的 关键词 高速公路 路线 路基 路面 挡土墙 排水 1 ABSTRACT This design for the xiangtan house pond plum hill high speed in a given area 80 h the selected topic is based on university courses road reconnaissance design roadbed engineering and so on as representative comprehensive testing knowledge in graduation sexual topics Consolidate college students during the period of school learning basic theories and professional knowledge Consolidate deepen and broaden the learned basic course professional basic course and specialized course knowledge and improve the integrated use of these knowledge independent analysis and ability to solve practical problems Able to read drawing and exercise myself Solve the problem of all aspects in the design of road engineering the comprehensive ability and innovation ability to preliminary understanding and mastery of road engineering practice content and method and step of design work Design details in the industry are the route design alignment including paper and draw the route plan route profile design Cross sectional roadbed design including two kilometers and roadbed subgrade drainage conditions of the calculation and design Pavement design including the design of asphalt pavement and cement concrete pavement design Structure design including the design of overpass small bridge culvert design complete a culvert design In K1 300 K1 350 set gravity retaining wall the load standard for steam 20 Finally carries on the software review Sections through the analysis of original data according to the geology topography terrain hydrology and other natural conditions on the basis of highway engineering technical standards the specification for highway route design such as the ministry of communications issued by the relevant technical indicators with the help of the teacher s guidance and classmates Key words Expressway route subgrade pavement retaining wall drainage 1 目 录 第一章 设计说明及主要技术指标 1 1 1 设计说明 1 1 2 主要技术指标 1 第二章 路线设计计算书 2 2 1 选线的基本原则 2 2 2 平面设计 4 第三章 纵断面设计 11 第四章 路基设计 18 4 1 路基设计原则及规定 19 4 2 路基填挖土高度 19 4 3 边坡稳定性分析 19 4 4 公路用地宽度界限 19 4 5 软土路基处理 19 4 6 路基防护 20 4 7 排水设计 20 4 8 路基土方量计算 22 第五章 路面设计 23 5 1 沥青路面设计计算 23 5 2 水泥路面设计计算 29 5 3 路面结构推荐 34 第六章 结构物设计 35 6 1 挡土墙设计 35 6 2 桥梁涵洞设计 41 总 结 43 参 考 文 献 44 致 谢 45 1 1 第一章第一章 设计说明及主要技术指标设计说明及主要技术指标 1 1 设计说明设计说明 本次设计是湘潭某地区老屋塘 梅子岭高速公路的设计 设计车速为 80km h 双向 四车道 设置中央分隔带 设计中主要包括以下几个阶段 1 主线平面设计 在这段路上选了三个交点 交点半径为 1000m 1000m 和 1200m 2 纵断面设计 考虑满足排水的最小纵坡要求进行了路线纵断面设计 全线共有两 个变坡点 半径为 20000m 和 8000m 3 本公路位于中国公路自然区划的 5 区 为东南湿热区 4 路基干湿类型为中湿 土类为粘质土 土基干湿状态的稠度值为 0 9 5 横断面设计 以桩号为基本点 进行了横断面设计 路基设计表设计 土石方计 算 排水平面设计等 6 路面结构设计 采用手工和程序相结合的办法进行了路面结构设计 7 在 K1 300 K1 350 设置重力式挡土墙 荷载标准为汽 20 级 8 预算 编制了路线范围内路基和路面部分的预算文件 关键词 主线平面设计 纵断面 横断面 路面结构设计 1 2 主要技术指标主要技术指标 1 设计行车速度为 80km h 2 路基宽度为 24 5m 其中中央分隔带 2m 路缘带 2 0 5m 行车道 4 3 75m 硬路肩 2 2 5m 土路肩 2 0 75m 3 圆曲线一般最小半径 400m 圆曲线极限最小半径 250m 不设超高的最小半 径为 2500m 缓和曲线最小长度为 60m 4 竖曲线一般最小半径 凹型为 3000m 凸型为 4500m 竖曲线极限最小半径 凹型为 2000m 凸型为 3000m 5 竖曲线最小坡长 200m 竖曲线最大纵坡为 5 1 2 第二章第二章 路线设计计算书路线设计计算书 2 1 选线的基本原则选线的基本原则 1 正确处理道路与农业的关系 新建公路要占用一部分农田 这是不可避免的 但是要尽量做到不占或少占高产田 路线应与农田水利建设相配合 有利于农田灌溉 尽可能少与水渠相交 当路线靠近村庄或田地通过时 尽量沿河岸布线 利用公路的 防护措施 兼作保村 护田之用 2 正确处理新 旧路的关系 路线与原有道理相交时 等级较高时需要修建跨线构造物 使之成立体交叉 若 为低等级道路相交 可做成平面交叉 3 合理考虑路线与城镇的联系路线选择时 应坚持便民不扰民 靠村不进村的 原则 路线应尽量避开重要的电力 电讯设施 尽可能减少拆迁民房 树木 电杆 通讯设施的数量 4 处理好路线与桥位的关系大 中桥位常常是路线的控制点 原则上应服从路 线总方向 并满足桥头接线的要求 桥路综合考虑 小桥位置应服从路线走向 但遇 到斜交过大或河沟过于弯曲的情况 可采用改河措施或改移路线 5 当地景区较多 道路路线经过风景区时 其线形要与当地风景协调一致 路 线如果与当地历史古迹相冲突时 必须改线避绕 6 注意土壤水文条件 2 2 平面设计 平面设计 平面线形的设计主要是确定交点位置 曲线半径 缓和曲线的长度等 确定 过程中应保证平面线形连续顺适 保持各平面线形指标的协调 均衡 而且要与地形 相适应和满足行驶力上的要求 根据地图上的地形 我选定了两个路线方案 下面将 两个方案均进行完整的平面设计 再将两方案进行进一步比选后 选择更为合理的方 案进行纵断面设计 1 方案一平面设计 设计的线形大致如下图所示 1 3 图 2 1 1 交点坐标计算 在路线上选取 A B C D E F G H 点 其坐标为 A 529 280 074 0 B 529 320 074 8 C 529 313 075 4 D 529 256 075 8 E 529 288 076 4 F 529 476 077 0 G 529 570 077 4 H 529 594 078 0 起点 529 260 074 20 终点 529 600 078 13 已知交点前直线上两点的坐标为 和 后直线上两点坐标为 1 x 1 y 22 y x 33 y x 和 则交点坐标为 x y 44 y x 12121 xxyyk 34342 xxyyk 21313211 kkyyxkxkx 111 xxkyy 故 JD1 529 352371 75 123710 JD2 529 207232 76 142232 JD3 529 565415 77 285367 2 交点间距 转角计算 设起点坐标为 第 i 个交点坐标为 i 1 2 3 n 则 0 JD 0 0 yx ii yx 坐标增量 1 i X i XDx 1 i Y iy YD 交点间距 22 DYDXS 计算方位角 1i JD arctan DY DX 如果 DX0 路线为右偏 i 如果 0 路线为左偏 i 经计算求得 交点距离 928 317m 22 1 92 371923 710S 1028 811m 22 2 1018 522145 139S 1197 937m 22 3 358 1831143 135S 841 344m 22 4 34 585840 633S 方位角 1 17 2408 2 3 2481 5 3 6 772 3 4 38 3788 1 4 公路偏角 1 13 49 16 2 25 30 29 3 15 2 31 3 圆曲线计算 JD1 段 取半径 R 1000 确定缓和曲线长度 按离心加速的变化率计算 0 036 V R 0 036 80 1000 18 43m min s L 按驾驶员操作反映时间 V 1 2 80 1 2 66 67m min s L 按超高渐变率计算 118 13m min s L1 5 bh iiB p 按视觉条件计算 R 9 111 11m min s L 综上取 120m s L 0 600m 3 1 4 1 2 2384 24 RLRLp ss 59 993m 3 2 2240 ss ll q R 181 266m 1 1 tan 2 h TRpq 361 224m s hLRL 11 180 7 922m RpREh 2 sec 1 1 308m hhhLTJ2 主点桩号计算 JD1 K0 928 317 ZH JD K0 928 317 181 266 K0 747 051 h T HY ZH K0 747 051 120 K0 867 051 s L YH HY 2 K0 867 051 361 224 2 120 K0 988 275 h L s L HZ YH K0 988 275 120 K1 108 275 s L QZ HZ 2 K1 108 275 361 244 2 K0 927 663 h L 验算 JD QZ 2 K0 927 663 1 308 2 K0 928 317 计算无误 h J 对于交点 JD2 取半径 R 1000 缓和曲线 120m p 0 600 q 59 993 s L 286 480mqpRTh 2 tan 2 2 565 200m 217 5 25 913m RpREh 2 sec 2 1 5 7 760m hhhLTJ2 主点桩号计算 JD2 K1 108 275 1028 811 181 266 K1 955 820 ZH JD K1 955 820 286 480 K1 669 340 h T HY ZH K1 669 340 120 K1 789 340 s L YH HY 2 K1 789 340 565 200 2 120 K1 1114 540 h L s L HZ YH K1 1114 540 120 K1 1234 540 s L QZ HZ 2 K1 1234 540 515 200 2 K1 951 840 h L 验算 JD2 QZ 2 K1 951 840 7 760 2 K1 955 820 计算无误 h J 对于 JD3 段 半径取值 R 1200m 确定缓和曲线长度 按离心加速的变化率计算 0 036 V R 0 036 80 1200 15 36m min s L 按驾驶员操作反映时间 V 1 2 80 1 2 66 67m min s L 按超高渐变率计算 118 13m min s L1 5 bh iiB p 按视觉条件计算 R 9 133 33m min s L 综上取 135m s L 0 633m 3 1 4 1 2 2384 24 RLRLp ss 67 493m 3 2 2240 ss ll q R 226 006mqpRTh 2 tan 1 1 450 038m s hLRL 11 180 11 052m RpREh 2 sec 1 1 974m hhhLTJ2 主点桩号计算 JD3 桩号 K2 234 540 1197 937 286 480 K3 145 000 ZH JD K3 145 226 006 K2 918 994 h T HY ZH K2 918 994 135 K3 53 994 s L YH HY 2 K3 53 994 450 038 2 135 K3 234 032 h L s L HZ YH K3 234 032 135 K3 369 032 s L QZ HZ 2 K3 369 032 450 038 2 K3 144 013 h L 验算 JD3 QZ 2 K3 144 013 1 974 2 K3 145 000 计算无误 h J 表 2 1 方案一交点参数表 1 6 JD1JD2JD3 R m 100010001200 m s L120120135 13 49 16 Z 25 30 29 Y 15 02 31 Z p m 0 6000 6000 633 q m 59 99359 99367 493 m h T181 266286 480226 006 m h L361 224565 200450 038 m h E7 92225 91311 052 m h J1 3087 7601 974 JDK0 928 317K1 955 820K3 145 000 ZHK0 747 051K1 669 340K2 918 994 HYK0 867 051K1 789 340K3 53 994 YHK0 988 275K2 114 540K3 234 032 HZK1 108 275K2 234 540K3 369 032 QZK0 927 663K1 951 940K3 144 013 经验算 第一个平曲线和第二个平曲线间直线段长度为 561 065m 第二个平曲线 和第三个平曲线间直线长度为 684 454m 均大于 2v 160m 且本设计的平曲线均为 反向曲线 故满足要求 2 方案二平面设计 设计的线形大致如下图所示 1 7 图 2 2 方案二平面线形图 交点坐标计算 在路线上选取 A B C D E F G H 点 其坐标为 A 529 220 074 6 B 529 284 075 0 C 529 231 075 4 D 529 043 075 8 E 529 054 076 4 F 529 126 076 8 G 529 324 077 2 H 529 766 077 8 起点 529 188 074 4 终点 529 913 078 0 已知交点前直线上两点的坐标为 和 后直线上两点坐标为 1 x 1 y 22 y x 33 y x 和 则交点坐标为 x y 44 y x 12121 xxyyk 34342 xxyyk 21313211 kkyyxkxkx 111 xxkyy 故 JD1 529 270529 75 315806 JD2 529 945412 76 008302 JD3 529 157245 76 973615 交点间距 转角计算 设起点坐标为 第 i 个交点坐标为 i 1 2 3 n 则 0 JD 0 0 yx ii yx 坐标增量 1 i X i XDx 1 i Y iy YD 交点间距 22 DYDXS 计算方位角 1i JD arctan DY DX 如果 DX0 路线为右偏 i 1 8 如果2 0m 的路段 路床顶面以下 0 60cm 采 用 7 石灰土处理层 立即底部设 3 土拱 土拱设 30cm5 石灰土处理层 对于路基中 部填土的掺灰 又施工建立根据具体情况 在保证路基压实度的前提下 决定处理的 土层及掺灰量 本路段软土路基采用抛石挤淤方法处理 4 6 路基防护路基防护 1 路基填土高度 H3m 时 采用浆砌片石衬砌拱防护 当 3 H 4m 时 设置 单层衬砌拱 当 4 H 6m 时 设置双层衬砌拱 拱内铺设草坪网布被为保证路面 水或坡面水不冲刷护坡道 相应于衬砌拱拱柱部分的护坡道也做铺砌 并设置 20 号混凝土预制块至边沟内侧 20 号混凝土预制块的规格分为两种 拱柱及护脚采 用 5cm 30cm 50cm 的长方体预制块 拱圈部分采用 5cm 30cm 65cm 的弧形预制 块 圆心角 30 度 内径 125cm 外径 130cm 预制块间用 7 5 号砌浆灌注 3 路线经过河塘地段时 采用浆砌片石满铺防护 并设置勺形基础 浆砌片 石护坡厚 30cm 下设 10cm 砂垫层 基础埋深 60cm 底宽 80cm 个别小的河塘全 部填土 4 桥梁两端各 10cm 及挖方路段采用浆砌片石满铺防护 路基两侧边沟全部浆 砌片石满铺防护 厚 25cm 4 74 7 排水设计排水设计 常见的地面排水设施有边沟 截水沟 跌水与急流槽等 分别设于路基的不同部位 各有其主要功能 各类地表排水设施的沟槽顶面应高出设计水位 0 1 0 2m 地表排水 设施的横断面形状和尺寸应满足排水设计流量的要求 不产生冲刷和淤积 1 排水明沟的设计与计算 在 K2 50 处进行排水计算 取设计流量为 0 70m s 沟底纵坡 i 0 005 沟渠粗 糙系数 n 0 025 用选择法求沟渠的断面尺寸并验算水流速度 1 设置沟底宽度 b 0 5m 边坡坡率 m 0 83 沟底深度 h 0 60m 0 83 b h 2 计算湿周 2 21xbhm 1 21 2 0 52 0 6 10 83 2 06m 3 计算过水断面面积 bh mh 0 5 0 6 0 83 0 6 0 60m 4 计算水力半径 R 0 60 2 06 0 29m 5 计算流速 因 R 0 29m y 1 51 5 0 0250 24n 29 71 0 24 0 29 0 025 y CRn 则 1 13m s iRCV 29 71 0 29 0 005 查规范可知 Vmax 1 6m s 根据 Vmin R 并取 0 45 则 Vmin 0 24m s0 450 29 可知 Vmin v Vmax 6 计算通过流量 Q 0 60 1 13 0 68m s 通过流量 Q 与设计流量 Qs 相差未超过 w v 5 水流速度在允许的范围内 无需要加固 故计算结果满足要求不需要验算 因 此 该沟渠的尺寸可定为 0 5m h h 0 15 0 75m 2 截水沟设计 采用矩形截水沟 沟底宽度和深度均为 0 6m 截水沟设置在路堑坡顶和路堤坡脚 截水沟与坡脚之间有 2 5m 的间距 并有 2 向沟倾斜的横坡 确保路堤不受水害 填方路段截水沟示意图 4 2 1 22 挖方路段截水沟示意图 4 3 4 8 路基土石方计算 经过路基土石方数量计算表计算得 本段路基的填方为 331366 挖方为 344209 3 m 本庄利用为 24631 9 弃方为 12843 3 m 3 m 3 m 1 23 第五章第五章 路面设计路面设计 5 1 沥青路面设计 路面是用各种材料混合料铺筑在路基上供车辆行使的层状结构物 路面的基本功能 是为车辆提供快速 安全 舒适和经济的行使表面 要求路面能够满足行车的使用要 求 降低运输费用和延长路面的使用年限 路面设计说明 1 根据路面所适用的公路等级 高速 一级 二级公路面层类型为水泥混凝土 与沥青混凝土 本设计公路对两种路面都进行了设计 2 在高等级公路建设中 为了将路面结构内的水分迅速排出 需要在路基全 宽范围内铺筑路面 3 根据 规范 要求沥青混凝土路面与水泥混凝土路面路拱在 1 2 之间 本 设计公路取 2 4 沥青混凝土路面 根据 规范 要求路面结构层采用 15cm 厚沥青混凝土面 层 其中表面层采用 4cm 厚的中粒式密集配沥青混凝土抗滑表面 下面层采用 6cm 厚 的粗粒式密集配沥青碎石 基层采用 25cm 厚的二灰碎石 底基层采用 47cm 厚的级配 碎石 5 水泥混凝土路面 面层采用 25cm 厚的普通混凝土面层 基层采用 15cm 厚 的碾压混凝土 底基层采用 20cm 厚的天然砂砾 路面设计基本原则 1 路面应具有良好的稳定性和足够的强度 表面应满足平整 抗滑和排水要求 2 面层 基层的结构类型及厚度应与公路等级 交通等级组成相适应 3 要顾及各结构层本身的结构特性 4 要考虑水文状况的不利影响 5 适当的层厚和层数 各结构层既要满足最小厚度要求 又应考虑施工可行性 6 应与当地的气候 水文 地质状况相适应 并充分利用当地筑路材料 5 1 1 设计资料 1 公路等级 高速公路 2 设计年限 15 年 3 车道系数 0 5 4 自然区划 1 24 5 交通增长率 10 6 车辆组成及交通量 5 1 交通量调查表 型号 前轴载 KN 后轴载 KN 后轴数轮组数轴距 cm 交通量 辆 日 三菱 T653B29 348 01双 400 黄河 JN16358 6114 01双 450 湘江 HQP4023 173 22双 3350 解放 SPQ20031 378 03双 3300 东风 EQ15526 556 72双3500 金杯 SY13212 827 61双480 5 1 2 设计要求 沥青路面应采用道路石油沥青或其加工产品 沥青的选择应根据公路等级 气候 条件 交通量及其组成 路线线形 面层结构 施工工艺等因素 并结合当地使用经 验确定 1 沥青面层应具有坚实 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 2 基层是主要承重层 满足稳定 耐久 较高的承载能力 3 底基层是设置在基层之下 并与面层 基层一起承受车轮荷载反复作用的次 要承重层 因此 对底基层材料的技术指标要求可比基层材料略低 4 垫层是设置在底基层与土基之间的结构层 起排水 隔水 防冻 防污及减 少层间模量比 降低半刚性底基层拉应力的作用 5 基层 底基层设计贯彻就地取材 就近取材的原则 6 路基密实 均匀 稳定 填方路基的填料选择 路床的压实度以及填方路堤的基底处理 等均符合 公路路基设计规范 JTJ 013 的规定 5 1 3 标准轴载及轴载换算 沥青路面设计以双轮组单轴载 100KN BZZ 100 为标准轴载 根据设计任务书所 给的资料 先将各种轴载换算为标准轴载 1 以设计弯沉值为设计指标及验算沥青层层底拉应力时 凡大于 25KN 的各级 轴载 包括车辆的前后轴 的作用次数均按公式 6 1 换算成标准轴载 P 的当量作用 1 25 次数 N 轴载换算结果见表 6 1 所示 5 1 4 35 12 1 k i i i P NC C N P 式中 N 标准轴载当量轴次 次 日 被换算车辆的各级轴载作用次数 次 日 i n P 标准轴载 100KN 被换算车辆的各级轴载 KN i p K 被换算车辆的类型数 轴载系数 m 是轴数 当轴间距离大于 3m 时 按 1 c 1 1 1 2 1 Cm 单独的一个轴载计算 当轴间距离小于等于 3m 时 应考虑轴数系数 轮组系数 单轮组为 6 4 双轮组为 1 四轮组为 0 38 2 c 表 5 2 轴载换算结果表 弯沉 车 型 KN i P 1 C 2 C 次 日 i N 4 35 12 i i P C C N P 前轴29 316 440012 3 三菱 T653B 后轴48 01140016 4 前轴58 616 4450281 7 黄河 JN163 后轴114 011450795 7 湘江 HQP40后轴73 221350180 2 前轴31 316 430012 3 解放 SPQ200 后轴78 031300305 4 前轴26 516 45009 9 东风 EQ155 后轴56 72 2150093 2 金杯 SY132后轴27 60114801 8 合计 4 35 12 1 n i i i P NC C N P 1708 9 根据设计规范 快速路沥青路面的设计年限为 15 年 两车道的车道系数是 0 5 累计当量轴次 1 1 1365 t e N N 1 26 15 365 1708 9 1 0 1 1 0 5 0 1 9909019 次 2 当进行半刚性基底层底拉应力验算时 凡大于 50KN 的各级轴载 包括车辆 的前后轴 的作用次数均按公式 6 2 换算成标准轴载 P 的当量作用次数 N 轴载换 算结果见表 6 2 所示 5 2 8 1 2 1 k i i i p Nc c n P 式中 轴数系数 单轴时 双轴或多轴的轴载系数 1 C 1 1 C 1 12 1 Cm 其中 m 为轴载系数 轮组系数 单轮组为 18 5 双轮组为 1 0 四轮组为 0 09 2 C 表 5 3 轴载换算结果表 拉应力 车 型 KN i P 1 C 2 C 次 日 i N 8 12 1 n i i i P C C N p 前轴 58 6118 5450115 8黄河 JN163 后轴 114 0114501283 7 湘江 HQP40 后轴 73 22135057 7 解放 SPQ200 后轴 78 031300123 3 东风 EQ155 后轴 56 73150016 0 合计 8 12 1 n i i i P NC C N p 1596 5 1 1 1365 t e N N 15 365 1596 5 1 0 1 1 0 5 0 1 9257270 次 根据计算在设计年限内一个行车道商店累计标准轴载次数为 1000 万次左右 路面 面层使用沥青混凝土路面 15cm 基层拟用水泥稳定碎石 25cm 底基层采用石灰土 厚度待定 1 27 图 5 1 路面设计弯沉值的计算 公路等级 高速公路 公路等级系数为 1 0 面层类型系数为 1 0 基层类型系数 为 1 0 路面设计弯沉值 0 01mm 0 22 600600 99090191 0 1 0 1 023 9 dECSB lNA A A 各层材料的容许拉应力计算 SSPR K 细粒式密级配沥青混凝土 0 09 1 0 9257270 0 22 1 0 3 07 s K 0 22 0 09 aec A NA 1 4 3 07 0 4560MPa SSPR K 中粒式密级配沥青混凝土 0 09 1 0 9257270 0 22 1 0 3 07 s K 0 22 0 09 aec A NA 1 0 3 07 0 3257MPa SSPR K 粗粒式密级配沥青混凝土 0 09 1 1 9257270 0 22 1 0 3 37 s K 0 22 0 09 aec A NA 0 8 3 37 0 2374MPa SSPR K 水泥稳定碎石 0 35 9257270 0 11 1 2 04 s K 0 11 0 35 ec NA 0 5 2 04 0 2451MPa SSPR K 石灰土 0 45 9257270 0 11 1 0 2 63 s K 0 11 0 45 ec NA 0 225 2 63 0 0856MPa SSPR K 设计资料汇总表 5 4 材料名称 H cm 20 模量15 模量劈裂强度 mpa 细粒式密级配沥青混凝土 3180014001 4 中粒式密级配沥青混凝土 5160012001 0 粗粒式密级配沥青混凝土 7120010000 8 水泥稳定碎石 2515000 5 1 28 石灰土 5500 25 土基 40 设计弯沉值和容许拉应力计算 用软件 HBDSHBDS 进行计算 按设计弯沉值计算设计层厚度 LD 23 9 0 01mm H 5 300 mm LS 24 8 0 01mm H 5 350 mm LS 23 0 01mm H 5 325 mm 仅考虑弯沉 按容许拉应力计算设计层厚度 H 5 325 mm 第 1 层底面拉应力计算满足要求 H 5 325 mm 第 2 层底面拉应力计算满足要求 H 5 325 mm 第 3 层底面拉应力计算满足要求 H 5 325 mm 第 4 层底面拉应力计算满足要求 H 5 325 mm 第 5 层底面拉应力计算满足要求 路面设计层厚度 H 5 325 mm 仅考虑弯沉 H 5 325 mm 同时考虑弯沉和拉应力 计算新建路面各结构层及路基顶面交工验收弯沉值 第 1 层路面顶面交工验收弯沉值 LS 23 8 0 01mm 第 2 层路面顶面交工验收弯沉值 LS 25 5 0 01mm 第 3 层路面顶面交工验收弯沉值 LS 28 4 0 01mm 第 4 层路面顶面交工验收弯沉值 LS 32 8 0 01mm 第 5 层路面顶面交工验收弯沉值 LS 89 4 0 01mm 1 29 路基顶面交工验收弯沉值 LS 310 5 0 01mm LS 383 1 0 01mm 计算新建路面各结构层底面最大拉应力 未考虑综合影响系数 第 1 层底面最大拉应力 1 244 MPa 第 2 层底面最大拉应力 2 085 MPa 第 3 层底面最大拉应力 3 047 MPa 第 4 层底面最大拉应力 4 106 MPa 第 5 层底面最大拉应力 5 066 MPa 路表面实测弯沉值为 31 0 0 01mm 石灰土厚度取 32 5cm 由计算结果可知 沥 青混凝土路面的第一 第二 第三层的层底均受压应力 水泥稳定碎石与石灰土层底 受拉应力 且层底的最大拉应力 压应力均小于容许值 故沥青混凝土路面的设计满 足要求 5 2 水泥路面设计计算 根据水泥混凝土设计规范 JTG D40 2000 可知高速公路的一般设计参数如下 1 设计使用年限 t 30 年 2 安全等级 一级 3 目标可靠度 95 4 目标可靠度指标 1 09 5 变异水平等级 低 5 轮迹横向分布系数 0 5 6 混凝土设计弯拉强度 fcm 5 0Mpa 7 混凝土弯拉弹性模量 Ec 31Gpa 5 2 1 水泥路面的计算 1 换算轴载并确定交通等级 我国公路水泥混凝土路面结构设计以 100kN 的单轴 双轮组荷载作为标准轴载 对 于各种不同汽车轴载的作用次数 可按等效疲劳断裂原则换算成标准轴载的作用次数 并根据标准轴载的作用次数判断道路的交通繁重程度 轴载换算采按公式 5 10 到 5 11 计算 5 3 16 1 100 n i sii i P NN 5 4 30 43 2 22 10 ii P 1 30 5 5 50 22 1 07 10 ii P 5 6 80 22 2 24 10 ii P 式中 Ns 100KN 的单轴 双轮组标准轴载的作用次数 Pi 单轴 单轮 单轴 双轮组 双轴 双轮组或三轴 双轮组轴型 级轴载的总i 重 KN 轴型和轴载级位数 n 各类轴型 级轴载的作用次数 i Ni 轴 轮型系数 i 对标准轴载的作用次数的换算结果如表 5 5 所示 表 5 5 标准轴载的作用次数计算 车型轴 Pii Ni 次 日 Ns 前 29 3519 523500 00 三菱 T653B 后 48 013500 00 前 58 6416 4640029 83 黄河 JN163 后 114 014003254 9 前 23 1381 74100 00 湘江 HQP40 后 73 20 004100 00 前 26 5407 984200 00 东风 EQ155 后 56 70 004200 00 前 12 8549 184300 00 金杯 SY132 后 27 60 004300 00 前 31 314400 0019 解放 SPQ200 后 78 014400 00 总 计 S N 3285 设计车道的年平均日货车交通量 Ns 3285 0 5 0 8 1314 次 设计年限内轴载累计作用次数为 30 30 1 1 365 1 0 1 1 365 1314 0 2 0 1 es r NN r 15778596 次 1577 8596 万次 属于重交通 2 初拟路面结构及材料参数的确定 根据高速公路重交通等级和变异水平等级 查表处拟普通混凝土面层厚度为 0 25m 基 层选用水泥稳定粒料厚 0 22m 垫层为 0 15m 石灰粉煤灰结合料普通混泥土弯拉强度 5MPa 相应弯拉弹性模量标准值为 31GPa 路基回弹模量取 30Gpa 水泥稳定粒料基层 1 31 回弹模量取 1300MPa 石灰粉煤灰垫层回弹模量取 600MPa 各层材料回弹模量及厚度见表 6 8 表 5 6 各层材料回弹模量及厚度如下 层 位名 称 回弹模量 Mpa 厚度 cm 面 层混凝土 31000 面层 h1 25 垫 层碾压混凝土 2700 基层 h2 15 基 层天然沙砾 150 垫层 h3 20 底基层土 基 30 h0 4 基层当量回弹模量计算如下 2222 1 122 2222 12 1300 0 22600 0 15 1078 0 150 22 x E hE h EMPa hh 332 1 1 12212 1 122 332 1 11 124 1300 0 22600 0 15 0 150 22 11 1241300 0 22600 0 15 3 67 x E hE hhh D E hE h MNm 1 31 3 1212 3 67 0 344 1078 x x x D hm E 0 450 45 0 1078 6 22 1 1 51 6 22 1 1 51 4 346 30 x E a E 0 550 55 0 1078 1 1 44 1 1 44 0 799 30 x E b E 1 3 0 0 7981 3 1078 4 346 0 34430 183Mpa 30 b x txo E Eah E E 5 荷载疲劳应力的验算 标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力为 110KN 1 因纵缝设拉杆平缝 取应力折减系数 kr 0 87 2 设计年限内荷载累计疲劳作用的疲劳应力系数 3 0 05160 057 15772 5878596 fe kN 根据公路等级及交通等级 取疲劳损坏影响的综合系数 4 k1 35 c 混凝土板的相对刚度半径 5 1 32 3 3 31000 0 5370 537 0 250 743m 183 c t E rh E 荷载应力 6 0 620 62 0 0770 077 0 7430 251 031 ps rhMpa 荷载疲劳应力 7 0 87 2 587 1 35 1 0313 13pa prrfcps k k kM 6 6 温度疲劳应力的验算 查表得 区最大温度梯度 Tg 90 m 1 板长 5 米 l r 5 0 0 743 6 73 混凝土面板厚 0 25m 查下图得 Bx 0 58 2 板边缘中点在最大温度梯度时的温度翘曲应力为 3 5 1 1031000 0 25 90 0 582 02 22 ccg tmx E hT BMpa 查表得 区回归系数 4 a 0 841 b 0 058 c 1 323 区的温度疲劳作用系数 5 1 323 5 02 02 0 841 0 058 0 484 2 025 0 c tmr t tmr f kab f 温度疲劳应力 6 0 484 2 020 978 trttm kMpa 7 验算厚度 高速公路安全等级为一级 相应的变异水平等级为低级 目标可靠度 95 取 定可靠度系数为 r 1 20 1 20 3 130 978 4 935 0 rprtrr MpafMpa 因此 所选普通混凝土面层厚度 25cm 可以承受设计基准期内荷载应力和温度 应力的综合影响 8 接缝设计 混凝土面层是由一定厚度的混凝土板组成的 它具有热胀冷缩的性质 由于气 温的变化 混凝土板会产生不同程度的膨胀和收缩 造成板内过大的应力 致使板 的断裂 因此应设置接缝 1 33 纵向施工缝示意图 纵向缩缝示意图 a 每日施工结束或因临时原因中断施工时 必须设置横向施工缝 其位置应尽可 能选在缩缝或胀缝处 设在缩缝处的施工缝 应采用传力杆的平缝形式 设在胀缝处 的施工缝 其构造与胀缝相同 遇有困难需设在缩缝之间时 施工缝采用设拉杆的企口缝 形式 其构造方式如图所示 b 横向缩缝顶部应锯切槽口 深度为面层厚度的 1 5 1 4 宽度为 3 8mm 槽内填 塞填缝料 c 传力杆应采用光面钢筋 其尺寸和间距可按图 6 5 选用 最外侧传力杆距纵向 接缝或自由边的距离为 150 250mm 5 3 路面结构推荐路面结构推荐 沥青混凝土路面结构由于使用了沥青结合料 因而增加了矿料间的粘结力 提高 了混合料的强度和稳定性 是路面的使用质量和耐久性都得到提高 而且与水泥混凝 土路面相比 沥青路面具有表面平整 无接缝 行车舒适 耐磨 震动小 噪音低 施工期短 养护维修简单 适宜于分期维修等优点 水泥混凝土路面虽然有强度高 稳定性好 耐久性好 养护费用少 经济效益高 有利于夜间行车等优点 但是由于平凉地区该公路为山岭重丘区二级公路 等级较低 若采用水泥混凝土路面 水泥和水的需要量大 工程造价高 路面接缝不但增加施工 和养护的复杂性 而且容易引起行车跳动 影响乘客的舒适性 另外 开放交通迟 修复困难等诸多缺点 1 34 由于沥青路面结构与水泥混凝土路面结构相比具有上述优点 并结合当地的实际情 况 本人认为采用沥青路面结构 更适应于当地的需要 并将更有利于当地旅游业及 相关产业的发展 因此 最终推荐采用沥青路面结构 路面结构图见附图 1 35 第六第六章章 结构物设计结构物设计 在桩号K1 300 K1 350最大挖方高度为7 5左右m 拟设计一段重力式路堤挡土墙 6 1 挡土墙设计挡土墙设计 设计资料 墙身构造 拟采用浆砌片石重力式路堤墙 如图 5 1 所示 墙高 H 7 5 米 填土高 度 a 3m 填土坡度 1 1 5 33 41 墙背俯斜 倾角 14 21 1 0 25 强身分段长度 10m 初拟墙顶宽 b 1 0m 墙底宽 B 3 4m 1 车辆荷载 计算荷载 汽车 20 级 验算荷载 挂车 100 填料 砂土湿密度 18 kN m 计算内摩擦角 35 填料与墙背的摩擦角 3 2 地基情况 中密砾石土 容许承载力 500kPa 基底摩擦系数 f 0 5 墙身材料 7 5 号水泥砂浆砌片石 砌体毛体积密度 a 22 kN m 容许压应力 3 a 800kPa 容许切应力 100 kPa 设计计算 由直线内插法得 h 7 5m 时 q 7 52 1020 2013 125 102 不计车辆荷载作用 0 0 73 q h r 车辆荷载换算 计算荷载 1 36 求破裂面棱体宽度 0 L 假设破裂面交于荷载内 35 14 21 17 30 66 51 求不 计车辆荷载作用时的破裂棱体宽 L 0 2 tan 22 2ab A 0 00 haHaH haHHdbh 2 3 4 57 5 7 52 3 tan14 21 53 7 0 11 tan tan A tantancot tan66 51 0 559 cot35tan66 51 tan6651 0 11 arctan0 559 2912 L H a tan Htan b 0 7 5 3 0 559 7 5 0 25 4 5 3 29m 求纵向分布长度 B 一辆重车的扩散长度为 B 5 6 H 2a tan30 5 6 7 5 2 3 tan30 13 39m 大于挡土墙分段长度 取计算长度 B 13 39m 纵向布置一辆重车总重力为 300KN 计算等代均布土层厚度 车轮中心距路基边缘 0 5m L 3 29m 重车在破裂棱体内能布置两辆 0 G 600KN h 0 75m 0 0 BL G 3 600KN 13 393 2918 mmKN m 验算荷载 挂车 100 h 0 80m 布置在路基全宽 0 主动土压力计算 设计荷载 1 37 A 3 4 52 0 754 5 1 47 5 7 52 32 0 75 0 25 537 532 0 75 7 0 07 tan tan66 51 0 585 cot35tan66 51tan66510 07 arctan0 585 30 20 破裂棱体宽度 L 7