土木工程毕业设计（论文）-湖南省某高速公路路基路面的综合设计

XX学院毕业设计1 绪论毕业设计是综合应用大学四年所学道路交通基础理论、基本知识和基础技能来完成一个工程实例的全过程，是专业知识学习的一个总结、深化和拓展过程。全套图 纸加扣 3346389411或3012250582本次毕业设计的任务是进行某高速公路路基路面的综合设计（K64+000K66+000），此设计路段，是湖南省内运输主干线的一部分，担负着重要的运输任务。根据我国的公路自然区划标准，湖南属于江南丘陵过湿区（IV5），大陆季风型湿润气候，春秋温和，夏热冬寒，四季分明，光照充足，雨量充沛，多年平均降雨量为12001500mm，春夏多暴雨，48月份年降雨量子60%以上，8月份以后降雨量减少，年平均气温16.5C一月份最低气温4.3C,七月份最高气温29C。全线按平原微丘区高速公路修建，设计车速为100km/ h。路基宽度为33m。路幅划分方式为：中央分隔带3.00m，土路肩为20.75m，硬路肩为23.0m，行车道为63.75m。设计洪水频率为1/100。路线所经地区为河湖相冲积平原地貌。沿线水田分布广泛。土质主要为高液限粘土、低液限粘土及粘土质砾，少量高液限粘土。沿线砂石丰富，砂质好，石料主要为石灰岩，质量可靠，运输便利。在设计过程中均严格按照相关规范并参考有关设计资料，贯彻“以人为本，结合安全、经济、耐久、环保”的设计思想，进行了路线纵面线型设计、路基一般设计、防护设计及路基综合排水设计、路面结构及排水设计、路段沿线涵洞和通道设计等。并运用了路面设计软件HPDS2003、公路综合设计软件Hard2006、桥梁设计软件为桥梁通、造价软件为同望概预算软件等辅助设计完成了在工程上可行，在结构上可靠，在经济上合理的设计方案。总之，通过本次设计，学会了搜集资料、分析问题、解决实际工程问题的方法，进一步巩固已学的课程，并能查阅资料、专业文献，熟悉、理解和应用公路工程技术标准和公路设计规范。诚然，该设计也有些不足之处，希望各位领导、老师指正。2 路线2.1 设计资料2.1.1原始资料（1）本设计路段（K64+000K66+000）平面线形其控制点坐标表（长度单位以米计）见下表： 控制点坐标表 表2-1 控制点xyJD1400723.2077978354.5927JD2401884.8741978336.1496JD3402277.8189978360.7956（2）平曲线设计为：，经计算所得曲线要素见下表： 表2-2路线逐桩坐标表见图SI-27。2.2设计原则路线设计应在保证行车安全、舒适、迅速的前提下，使工程数量小、造价低、营运费用省、效益好，并有利于施工和养护。公路路线设计是一项立体线形设计，应注意立体线形设计中平、纵、横面的舒顺、合理的配合。在工程量增加不大时，平、纵线形应尽量采用较高的技术指标，不应轻易采用最小值或极限值，也不应不顾工程量的大幅增加，而片面追求高指标。2.3 设计内容2.3.1横断面设计(1)由设计任务书说明部分可知, 本高速公路的路基横断面属整体式断面，其断面形式为：路基宽度为33.0m，双向6车道，中央分隔带3.00m，土路肩为20.75m，硬路肩为23.0m，行车道为63.75m。(2)考虑本路段地处江南丘陵过湿区，雨量充沛，为有利于路面排水，选取路拱坡度为：行车道与硬路肩部分采用2的横坡；土路肩部分采用3的横坡。(3)因本路段圆曲线半径（）均为不设超高的圆曲线最小半径（m），所以本路段沿线不设超高。2.3.2平面设计 (1) 公路平面线形由直线、曲线组合而成，平曲线又分为圆曲线和回旋线两种。(2) 采用直线线形时，应注意直线同地形、环境的协调与配合，并不宜采用长直线。直线线形亦不宜过短，曲线间设置直线段时，其最小长度为：当设计速度(100km/h)60km/h时，同向曲线间最小直线长度(以m计)以不小于设计速度(以km/h计)的6倍为宜；反向曲线间的最小直线长度(以m计)以不小于设计速度(以km/h计)的2倍为宜。(3) 选用圆曲线半径时，在与地形、地物等条件相适应的前提下，应尽量采用大半径，但圆曲线最大半径值不宜超过10000m。因本路段处一级公路平原微丘区，查表可知：圆曲线一般最小半径：，极限最小半径：。(4) 一般情况下宜采用超高为2%4%的圆曲线半径。2.3.3纵断面设计纵面线形应与地形相适应，线形设计应平顺、圆滑、视觉连续，保证行驶安全。纵坡设计应考虑填挖平衡，并利用挖方就近作为填方，以减轻对自然地面横坡与景观的影响。路线交叉处前后的纵坡应平缓。平原地形的纵坡应均匀、平缓。丘陵地形的纵坡应避免过分迁就地形而起伏过大。(1)控制指标最大纵坡：高速公路平原微丘区；理想最大纵坡和不限长度的最大纵坡查表得：；竖曲线设计指标（最小半径）竖曲线最小半径 表2-3竖曲线线形极限最小半径（m）一般最小半径（m）最小长度（m）凸形65001000085凹形3000450085(2)纵断面拉坡拉坡设计见下表 竖曲线要素表 表2-4控制点桩号设计高程（m）纵坡（）坡长（m）QDK64+00843.9712.33500BPK64+499.653855.6360.531100BPK65+600.043861.4292.68400ZDK66+000872.149(3)竖曲线设计：BP处竖曲线：竖曲线计算按式计算：式中：相邻竖曲线坡度代数差；L竖曲线长度；R竖曲线半径；T竖曲线切线长；h竖曲线上任一点竖距；E竖曲线外距。依据高等级公路要求的最小半径，对应于高速公路行车速度，凸形竖曲线R16000。两相邻竖曲线坡度代数差较小时，应选用大半径的竖曲线以满足竖曲线的最小长度要求。取所对应的竖曲线半径R16800m（凸形）；，则：竖曲线起点桩号（K64+499.653）-151.2=( K64+ 348.453)；竖曲线起点高程855.636-151.22.33%852.113m；竖曲线终点桩号：（K64+499.653）+151.2=(K64+ 650.853)；竖曲线终点高程855.636+162.30.53%856.496m竖曲线上任意一点的设计标高计算：取其中一桩号K64+400 为例进行计算:x=400-348.453=51.547m其它各点计算同上，且计算结果列于下表： BP1竖曲线计算表 表2-5桩号中桩高程桩号中桩高程K64+348.453852.113K64+520855.234K64+360852.378K64+540855.484K64+380852.818K64+560855.710K64+400853.389K64+580855.912K64+420853.628K64+600856.091K64+440853.997K64+620856.245K64+460854.342K64+640856.376K64+480854.663K64+660856.483K64+500854.961K64+650.853856.437处竖曲线：（凹形）取R=1140010000，满足视觉效果要求；竖曲线起点桩号（K65+600）-122.758=( K65+ 477.242)；竖曲线起点高程861.429-122.7580.53%860.78m；竖曲线终点桩号 =（K65+600）+122.758=(K65+722.758)；竖曲线终点高程861.429+122.7582.68%864.72m竖曲线上任意一点的设计标高计算同上。以20m为一桩进行加密，计算结果列于下表：BP2竖曲线计算表 表2-5桩号中桩高程桩号中桩高程K65+477.242860.780K65+620862.430K65+480860.795K65+640862.803K65+500860.923K65+660863.211K65+520861.087K65+680863.655K65+540861.285K65+700864.133K65+560861.519K65+720864.647K65+580861.788K65+722.758864.721K65+600862.0923 路基工程3.1设计资料3.1.1本路段地处东南湿热区，该区雨量充沛集中，雨型季节性强，水稻田多，土基湿软，强度低，必须认真处理。3.1.2沿线有较丰富的砂石材料，砂质好，石料为石灰岩，且沿线附近石灰岩储量较丰，质量可靠，运输便利。3.1.3全线路幅为整体式断面，路幅布置为：路基宽度为33.0m，双向6车道，中央分隔带3.00m，土路肩为20.75m，硬路肩为23.0m，行车道为63.75m。3.2 设计原则及设计指标3.2.1设计原则(1)路基设计之前，应做好全面调查研究，充分搜集沿线地质、水文、地形、地貌、气象、地震等设计资料。(2)路基设计应兼顾当地农田基本建设需要。(3)沿河线的路基设计，应注意路基不被洪水淹没或冲毁，在受水浸淹和冲刷的路段，可采用挡土墙、砌石护坡、石笼、抛石等直接防护措施。(4)路基设计宜避免高路堤与深路堑。(5)水文及水文地质条件不良地段的路基设计最小填土高度应小于路床处于中湿状态的临界高度。(6)受水浸淹路段的路基边缘标高，应不低于路基设计洪水频率的水位加壅水高、波浪侵袭高，以及0.5m的安全高。(7)路基坡面防护工程应在稳定的边坡上设置，防护类型的选择应综合考虑工程定性不足和存在不良地质因素的路段，应注意路基边坡防护与支挡加固的综合和耐久。(8)膨胀土地区路基设计，应避免大填、大挖，以浅路堑、低路堤通过为宜，路基设计应以防水、保湿、防风化为主，结合坡面防护，降低边坡高度，连续施工，及时封闭路床和坡面。3.2.2设计指标（1）路基压实度（重型）及其填料最小强度要求如下表： 表3-1填挖类型路面底面以下深度（m）填料最小强度（CBR%）压实度（）填方路基上路床00.3896下路床0.30.8596上路堤0.81.5494下路堤1.5以下393零填及路堑路床00.3896 弱膨胀土路堤边坡坡度及平台宽度见下表： 表3-2边坡高度（m）边坡坡度平台宽度（m）61：1.5可不设6101：1.752.0 弱膨胀土挖方路基边坡坡度和平台宽度见下表： 表3-3边坡高度（m）边坡坡度平台宽度（m）碎落台宽度（m）61：1.51.06101：1.51：2.01.52.01.52.03.3 设计计算说明3.3.1一般路基设计 本路段沿线土质为粘质土，绝大部分区域填挖高均小于20m，边坡开挖或填筑后，只需及时防护，稳定性便能满足要求；在填挖高大于20m区域（K65+860处挖20.554m、K65+560处填20.067）作特殊处理。 (1)路堤设计见路基标准横断面图SI-37。(2)路堑设计见路基标准横断面图SI-37。 3.3.2 路基防护设计(1)一般路基防护路堤边坡防护a.填土高度h2m时，路基坡面采用直接种草防护；b.填土高度2mh12m时，路基坡面采用铺草皮防护。路堑边坡防护a.挖深h2m时，路基坡面采用直接种草防护；b.挖深2mh5m时, 路基坡面采用铺草皮防护；c.挖深5h8m时，路基坡面采用拱形浆砌片石骨架植草防护。(2)特殊路基防护路堤边坡防护填土高度h12m时，路基坡面采用窗孔式护面墙，尺寸见设计图SI-45。路堑边坡防护挖深高度h8m时，路基坡面采用窗孔式护面墙，尺寸见设计图SI-45。3.3.3重力式挡土墙设计本路段采用重力式挡土墙为主的路堤支挡结构，在（K65+170K65+260）处于农田地段，为本着少占农田，而且为边坡的稳定，故在此设置路堤挡土墙。挡土墙采用浆砌片石。为结合地形和排水在挡土墙中设置一拱涵以利于排水及野生动物的迁徙。(1)设计资料：设计荷载：汽-超20挂-120 。填料：砂性土，容重=17KN/计算内摩擦角=35度。 计算图式（3-1）地基：粘性土，容许承载力=250Kpa,承载力过低，换填砾石土使其承载力达到=680Kpa.基底摩擦系数 u=0.45填料与墙背间的摩擦角 =15。墙身材料：25号片石，M7.5号水泥砂浆。根据路基路面工程 表6-19、表6-20、表6-21查得 砌体容重 。计算简图，见图3-1。(2)土力计算a=4m=b=由设计荷载为汽-超20挂-120，故汽车荷载换算土柱高为：挡土墙分段长度L=10m两汽-20横向分布宽度5.6m在L范围内可能布置的最大车轮重量为：对于挂-120，按在路面宽度（路面半幅为14.25m）内居中行驶考虑。破裂角假设破裂面交于荷载内，故 （）表明破裂面交于荷载面内，与假定相符合。同理，在挂车作用时可算得：主动土压力系数对于挂车荷载 。主动土压力 图3-2土压力作用点位置： 断面尺寸拟定断面尺寸，如图3-2所示。在BMN中NMB=，墙身（取墙长1m计算） 各部分墙重对墙趾M的力臂 抗滑动稳定性验算=1.82Ks=1.3。当为挂车荷载时，=1.50Ks=1.3。经验算，抗滑动稳定性满足要求。抗倾覆稳定性验算 =1.63K0=1.5当为挂车荷载时，=1.7K0=1.5经验算，抗倾覆稳定性满足要求。基底应力与偏心距验算当为挂车荷载时：故，基底应力及偏心距均满足要求。墙身应力验算取距离墙顶7.5m的截面进行验算，如图3-3所示。 图3-3当为挂车荷载时3.4 软弱地基处理3.4.1设计原则：软土地基处理的目的在于使低强度的土体达到稳定，并满足一定的沉降要求。所有的地基处理方法从总体上分为2类，即浅基处理与深基处理。由于使用天然地基是较为节省的方法，因此在决定对地基进行处理之前，应对上述诸多因素加以考虑，并优先考虑选用能充分利用天然地基的处理方案，以降低造价。3.4.2设计资料：本工程在（K65+170K65+260）路段据地质勘察资料，本场地为膨胀性填土场地。各地层由上而下为： 1层填土（Qm1）：褐红色，稍湿，稍密中密，主要由灰岩碎石、角砾及粘土等组成，层厚0.51米。2层耕植土（Qm1）：褐红色，稍湿 湿，松散，含植物根系。层厚0.40.5米。 1层粘土（Qa1+p1）：褐红色，可塑状态，局部硬塑或软塑，局部含砂岩圆砾，局部夹薄层圆砾、砾砂，成分主要为砂岩。层厚0.52.10米。 2层卵石（Qa1+p1）：褐红色、褐灰色，稍湿湿，稍密，砂及粘土充填。层厚1米。 1层粘土（Qp1+1）：黑灰色、灰色、灰黄色，可塑状态，局部软塑状态，局部含砂、砾石，次棱角状，顶部偶见动物残骸，夹细砂、中砂。层厚3.28.4米。2层中砂（Qp1+1）：灰色、浅灰色、灰黄色，很湿，松散稍密，分选性较差，含卵石、圆砾，次棱角状，含量510%，含粘粒。 1层粘土（Qa1+p1）：黄绿色、浅黄色，可塑硬塑状态，局部含少量碎石、角砾。层厚0.64.80米。 2层中砂（Qa1+p1）：浅灰色、灰色、黄绿色，湿，稍密中密，分选性一般，含圆砾、卵石，含量310%，含粘粒。层厚0.62.9米。 层粘土（Qa1+p1）：浅黄色、褐黄色、黄绿色，硬塑状态，局部可塑或硬塑状态，含碎石、圆砾，含量约5%左右，局部夹粉质粘土。钻孔未揭穿层顶埋深6.001米。地下水稳定埋深01.3米。上述各土层的物理力学指标见表1，各土层的容许承载力见表3-4。各主要土层主要物理力学指标表 表3-4 土层编号土层名称天然含水量（%）重力密度rKN/m3含水比aW孔隙比e液性指数IL压缩系数a1-2MPa-1压缩模量Es1-2MPa粘聚力CkkPa内磨擦角k度1粘土34190.760.960.40.44.9459.51粘土3318.80.660.910.30.454.7359.22中砂20.81粘土2520.50.490.670.050.29.080142细砂粘土2320.40.550.660.060.29.07513.5各层土的承载力标准值 表3-5土层编号土层名称土的状态地基承载力标准值（KPa）1填土稍密702耕植土松散1粘土可塑1352卵石稍密1801粘土可塑1402中砂松散稍密1503砾石中密密实2501粘土可塑硬塑2402细砂稍密中密135粘土硬塑240 续表3-5 3.4.3配合比设计根据当地以往砂石垫层级配的配比经验，决定选用表3所示的重量比砂石级配，并进行了室内压缩试验。试验表明，该级配的砂石，室内压实下取得了较好的密实度。表3-6颗粒组成（%）干重度d（kN/m3）压缩系数a1-2（kPa-1）压缩模量Es（1-2）（kPa）粒径（mm）5020205砂松散状态45.030.025.019压缩状态42.132.025.926.3410-533.41043.4.4 垫层厚度的确定根据建筑地基基础设计规范（GBJ7-89）及建筑地基处理技术规范（JGJ79-91）的规定，经计算本工程垫层厚度取1.2m，宽度宽出土基边缘1.0m。3.4.5 砂石垫层的施工在砂石垫层施工前，作为持力层的膨胀土层应避免人为扰动。级配填料在掺加总重4.5%的水后，以搅拌机搅拌均匀，并以0.30.5米的厚度分层铺垫。然后采用120kN的振动碾压机振碾，碾压时采取分条叠合搭接，每次重叠1/2的碾轮，纵横交错，重叠振压各四遍。垫层碾压结束后，对垫层进行了现场检验，经测定，砂石垫层的压实系数c0.95.满足规范要求，可以作为本路段的路基。4 路面工程4.1 设计资料4.1.1该路段为高速公路，设计车速为100km/h。4.1.2根据我国公路自然区划标准，该区属于江南丘陵过湿区（5），气候温和，雨量充沛。按照公路沥青路面施工技术规范附录A的沥青路面施工气候分区，该区属于热区，最低日平均气温大于0，另外根据该地区的降雨量，属于多雨湿润地区。4.1.1本设计参考公路设计手册路面（第三版）（姚祖康主编），以下简称路面，所有设计依据均来源于此书及其他设计规范。4.1.4沿线有较丰富的砂石材料，砂质好；石料为石灰岩，质量可靠，运输便利；当地有水泥厂和电厂，粉煤灰较丰富。4.1.5设计交通标准轴载为BZZ-100。交通资料如下表： 交通资料表 表4.1车型前轴轴重(KN)后轴轴重(KN)轴数轮数交通量中客车SH13016.5023.001单轮组800大客车CA5028.7068.201双轮组1000小货车BJ13013.5527.201双轮组1600中货车EQ14022.7069.201双轮组1000中货车CA5028.7068.201双轮组1100黄河JN36050.002x110.002双轮组800日野KB22250.20104.301双轮组800注：单位为辆/天； 交通量平均增长率为7.5%。4.2 设计原则高级路面基层选择原则：高速公路应采用水泥稳定粒料类半刚性基层，以增强基层的强度和稳定性，减少低温收缩裂缝。条件允许时，底基层宜采用水泥各种集料或土类做半刚性底基层。当采用半刚性底基层有困难时，可选用热拌或冷拌沥青啐石混合料或沥青贯入碎石做柔性基层。4.3 路面结构设计计算依据设计要求，采用两种路面结构设计方案（水泥砼路面与沥青砼路面方案各一种）进行路面结构方案比选，选取其中最优方案作为本设计路段路面结构。4.3.1水泥混凝土路面（1）轴载分析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。不同轴-轮型和轴载的作用次数，按式下换算为标准轴载的作用次数。= （4-1）= （4-2）或 = （4-3）或 = （4-4）式中：100KN单轴-双轮组标准轴载的作用次数； 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重（KN）； 轴型和轴载级位数；各类轴型级轴载的作用次数；轴-轮型系数，单轴-双轮组时，=1；单轴-单轮时，按式（4-2）计算；双轴-双轮组时，按式（4-3）计算；三轴-双轮组时，按式（4-4）计算。凡是前、后轴载大于40KN的轴数均应换算成标准轴数。对于前、后轴载小于或等于40KN的轴数，可略去不计。计算结果见下表： 的计算结果 表4.2车型轴位(KN)(辆/昼夜)(辆/昼夜)大客车CA50后轴68.201.0010002.191中货车CA50后轴68.201.0011002.410中货车EQ140后轴69.201.0010002.191黄河JN360前轴500.45x8000.000后轴2x1102.1x8000.155日野KB222前轴50.201.008000.011后轴104.301.008001372.926 将各参数代入式（4-1），并依据设计公路车道数确定交通车道分配系数取1.0，方向分配系数取0.4，故得标准轴载的作用次数：=（2）交通分析设计基准期内水泥混凝土面层临界荷位处所承受的标准轴载累计作用次数，可按路面式2-1-14计算确定。 式中：标准轴载累计作用次数；设计基准期；交通量年平均增长率；临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数。由路基路面工程表14-7，高速公路的设计基准期为t=30年，安全等级为一级。由路基路面工程表14-8，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取。已知交通量年平均增长率为7.5%。将参数代入上式计算得到设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为： 由表路基路面工程表14-8知：设计车道标准轴载累计作用次数时，属重交通等级。所以该路段属重交通等级。（3）初拟路面结构由表4-2-14，相应于安全等级一级的变异水平等级取低级。根据高速公路、重交通等级和低级变异水平等级，查表4-2-1，初拟普通混凝土面层，厚度为0.27m。基层（因该地区湿润多雨）采用多孔隙开级配水泥稳定碎石（孔隙率约为20，水泥用量10%）排水基层，厚0.20m；垫层选用石灰粉煤灰稳定粒料，厚0.20m。普通混凝土板的平面尺寸长为5.0 m，宽从中央分隔带外侧至硬路肩外侧依次为3.75 m、3.75 m、3.75 m、3.0 m；纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝，间距（板长）5.0 m。（4）路面材料参数确定查表4-2-18，取属重交通等级的普通混凝土面层的弯拉强度标准值为，相应弯拉弹性模量按表4-2-19取=31GPa。查表2-3-10，路床顶面回弹模量取35MPa（25 MPa45 MPa）。查表4-2-21水泥稳定碎石回弹模量取=1500MPa，石灰粉煤灰稳定粒料回弹模量取=1500MPa。新建公路的基层顶面当量回弹模量可按式4-2-114-2-16确定： 式中：基层顶面的当量回弹模量（MPa）；路床顶面的当量回弹模量（MPa）；基层和底基层或垫层的当量回弹模量（MPa）；、基层和底基层或垫层的回弹模量（MPa）；基层和底基层或垫层的当量厚度（m）；基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度（MN-m）；、基层和底基层或垫层的厚度（m）；、与有关的回归系数。将1500 Mpa、Mpa、Mpa代入得：=1500（MPa）=8（m） (m) (MPa)普通混凝土面层的相对刚度半径按式计算： 式中：混凝土板的相对刚度半径（m），；混凝土板的厚度（m）；水泥混凝土的弯拉弹性模量（MPa）；基层顶面当量回弹模量（MPa）。相对刚度半径计算为：=（m）（5）荷载疲劳应力标准轴载在四边自由板的临界荷位处产生的荷载应力按式（4-2-19）计算：式中：标准轴载在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力（MPa）；（MPa）标准轴载在临界荷位处产生的荷载疲劳应力按式（4-2-18）确定。 式中：标准轴载在临界荷位处产生的荷载疲劳应力（MPa）；标准轴载在四边自由板的临界荷位处产生的荷载应力（MPa）；考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为设拉杆的平缝时，=0.870.92（刚性和半刚性基层取低值，柔性基层取高值）； 考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数；考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数，按公路等级查表4-2-22确定。其中 式中：设计基准期内标准轴载累计作用次数；与混合料性质有关的指数，普通混凝土=0.057； 因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数=0.87。考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数为： ；根据公路等级，由表4-2-22，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数取。则荷载疲劳应力计算为：（MPa）（6）温度疲劳应力由表2-2-6，5区最大温度梯度取/m。板长5m，=7.00,由图3-3-16可查普通混凝土厚=0.27m时，。按式（4-2-28），最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力。式中：最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力（MPa）；混凝土的线膨胀系数（/），通常可取为/；最大温度梯度，查表3.0.8取用；综合温度翘曲应力和内应力作用的温度应力系数，可按和查用图3-3-16确定；板长，即横缝间距（m）。将参数代入式（4-16）得： （MPa）温度疲劳应力系数，按式（4-2-29）计算 式中：、和回归系数，按所在地区的公路自然区划查表4-2-23确定。混凝土弯拉强度标准值（MPa）；根据公路自然区划，查表4-2-23，取，得：临界荷位处的温度疲劳应力按式（4-2-27）确定：式中：临界荷位处的温度疲劳应力（MPa）； 最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力（MPa），按B.2.2条确定； 考虑温度应力累计疲劳作用的疲劳应力系数，按B.2.3条确定。温度疲劳应力为：（MPa）查表4-2-14，高速公路的安全等级为一级，相应于一级安全等级的变异水平等级为低级，目标可靠度为95%。再根据查得的目标可靠度和等级变异水平等级为低级，查表4-2-16，确定可靠度系数=1.30。水泥混凝土路面结构设计以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态，其表达式采用式（4-19）。 式中：可靠度系数，依据所选目标可靠度及变异水平等级按表3.0.3确定；行车荷载疲劳应力（MPa）；温度梯度疲劳应力（MPa）；水泥混凝土弯拉强度标准值（MPa）。将各参数代入式（4-19）得：MPaMPa因而，所选普通混凝土面层厚度（0.27m）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。4.3.2沥青路面沥青路面结构设计采用公路路面设计程序（HPDS2003）进行。其基本原理依据设计弯沉值计算路面厚度。轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算具体计算过程如下： 轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算 交通资料表 表4.3车型前轴轴重(KN)后轴轴重(KN)轴数轮数交通量中客车SH13016.5023.001单轮组800大客车CA5028.7068.201双轮组1000小货车BJ13013.5527.201双轮组1600中货车EQ14022.7069.201双轮组1000中货车CA5028.7068.201双轮组1100黄河JN36050.002x110.002双轮组800日野KB22250.20104.301双轮组800注：设计年限为15年 续表4.3 车道系数取0.4 交通量平均年增长率为7.5 当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时 :路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 5502 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 2.098067E+07 当进行半刚性基层层底拉应力验算时 :路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 5117 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 1.951256E+07 公路等级 高速公路公路等级系数 1 面层类型系数 1 基层类型系数 1 路面设计弯沉值 : 20.6 (0.01mm)层位 结 构 层 材 料 名 称 劈裂强度(MPa) 容许拉应力(MPa) 1 细粒式沥青混凝土 1.5 0.41 2 中粒式沥青混凝土 1 0.27 3 粗粒式沥青混凝土 0.8 0.2 4 石灰粉煤灰碎石 0.6 0.27 5 石灰土 0.25 0.09新建路面结构厚度计算:公 路 等 级 : 高速公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 20.6 (0.01mm) 路面设计层层位 : 4设计层最小厚度 : 15 (cm) 表4-4层位结 构 层 材 料 名 称厚度(cm)抗压模量(MPa) ( 20C)抗压模量(MPa) ( 15C)容许应力(MPa)1细粒式沥青混凝土3140020000.82中粒式沥青混凝土4120018000.73粗粒式沥青混凝土690012000.64石灰粉煤灰碎石？150015000.145石灰土255505500.086土基35按设计弯沉值计算设计层厚度 :LD= 20.6 (0.01mm)H( 4 )= 35 cm LS= 21.1 (0.01mm)H( 4 )= 40 cm LS= 19.2 (0.01mm)H( 4 )= 36.3 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 : H( 4 )= 36.3 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 36.3 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 36.3 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 36.3 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 36.3 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 4 )= 36.3 cm(仅考虑弯沉) H( 4 )= 36.3 cm(同时考虑弯沉和拉应力) 通过对设计层厚度取整, 最后得到路面结构设计结果如下: - 细粒式沥青混凝土 3 cm - 中粒式沥青混凝土 4 cm - 粗粒式沥青混凝土 6 cm - 石灰粉煤灰碎石 37 cm - 石灰土 25 cm - 土基- 竣工验收弯沉值和层底拉应力计算 公 路 等 级 : 高速公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 表4-5层位结 构 层 材 料 名 称厚度(cm)抗压模量(MPa) ( 20C)抗压模量(MPa) ( 20C)计算信息1细粒式沥青混凝土314002000计算应力2中粒式沥青混凝土412001600计算应力3粗粒式沥青混凝土59001200计算应力4石灰粉煤灰碎石2015001500计算应力5石灰土25550550计算应力6土基35计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 : 第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 30.1 (0.01mm) 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 32.8 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 36.7 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 42.5 (0.01mm) 第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 113.1 (0.01mm)土基顶面竣工验收弯沉值：LS= 331.5(0.01mm) LS= 266.2 (0.01mm)计算新建路面各结构层底面最大拉应力 : 第 1 层底面最大拉应力 ( 1 )= 0.084 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )= 0.025 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 ( 3 )= 0.059 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )= 0.145 (MPa) 第 5 层底面最大拉应力 ( 5 )= 0.093 (MPa)4.4 路面结构方案比选（1)水泥混凝土路面：依据设计要求，选用的各结构层，其中基层采用开级配水泥稳定碎石，以满足多雨湿润地区路面结构层排水的要求，但其中水泥掺量达到10%，孔降率约为20%，由于水泥掺量较大，在温度变化时，容易引起胀缩而形成胀缩裂缝，经反射到面层，将引起面层反射裂缝，对混凝土板工作不利，不宜采用；混凝土的接缝问题始终是一个影响路面平整度的致命缺陷，故混凝土路面平整度不如沥青路面。（2)沥青路面： 本路线段有