某段二级公路工程设计23000字论文

某段二级公路工程设计 第1章设计概况 41.1课题研究的目的 4 4 4 4 52.1公路等级的确定 52.1.1公路等级分级 52.1.2交通量的确定 52.1.3公路等级的确定 5 62.2.1技术标准汇总 6第3章方案比选 83.1方案评价内容 83.3方案比选内容 83.3.1路线方案拟定与比选 83.3.2方案综合评价 9第4章路线平面设计 10 4.1.1方位角及转角计算 4.1.2平曲线几何元素计算 4.1.3主点桩号计算 4.1.4逐桩坐标表 第5章路线纵断面设计 19 5.1.1竖曲线几何要素 5.1.2竖曲线计算内容 5.1.3竖曲线上任意点高程计算 第6章横断面设计 28 286.1.1横断面的组成 28 286.1.3边坡设计 286.2弯道的加宽设计 6.3超高值的计算 29 296.3.3确定超高过渡方式 6.3.3计算超高过渡段长度 6.4.1路基土石方数量计算 36.4.2路基土石方调配 6.4.3土石方数量计算过程 427.1一般路基设计 427.1.1路堤 7.1.3填挖结合路基 427.3路基排水设计 437.3.1边沟设计 437.3.3排水沟设计 43 487.4.1路堤边坡防护 7.4.2路堑边坡防护 49 497.5.设计资料及分析 497.5.2圆弧条分法 7.5.3结果分析 569.1路面结构设计依据 9.2水泥混凝土路面结构设计 9.2.1交通量分析 9.2.2路面结构方案设计 9.2.3初拟路面结构 9.2.4材料参数的确定 9.2.5荷载疲劳应力计算 9.2.6温度疲劳应力分析 9.2.7结构极限状态校核 7.1沥青路面设计指标与标准 7.2交通分析 7.2.1交通量计算 7.2.2交通参数分析 7.3当量设计轴载计算 7.3.1当量设计轴载换算系数 7.3.2当量设计轴载累计作用次数 7.4路面结构方案设计 7.4.1初拟路面结构方案 707.4.2材料参数 707.5路面结构验算 727.5.1无机结合料稳定层疲劳开裂验算 727.5.2沥青混合料层永久变形量验算 757.5.3沥青混合料标准车辙试验动稳定度验算 777.5.4路面弯沉值验算 787.5.5低温开裂指数及防冻验算 797.6设计结论 9.2.9方案比选 第1章设计概况本次设计目的为培养学生综合设计的能力，了解和熟悉道路设计程序，为今后从事公路设计工作奠定了良好的基础。1.2设计内容1.2.4完成施工图设计阶段应完成的各种图表及设计说明书。1.3设计资料1.3.1工程概况经查阅资料，本项目属于安徽省南阳市境内，隶属于Ⅱ5自然区，为鲁豫轻(2)技术标准：道路等级：二级公路交通量：拟定初始年交通组成及数量如下表所示小客车(桑塔纳2000):3750辆/日(年平均，下同)解放CA50:750辆/日黄河JN150:560辆/日(自拟)预计年平均交通量增长率为4%第2章公路等级的确定及技术标准的论证二级公路、三级公路和四级公路。10m,双向两车道)3、交通量计算：由表2-1的交通量资料和表2-2的车辆折算系数，对初始年交通量整理如下：车型交通量小客车(桑塔纳2000)1中客车(AL6600)1大客车(DD680)东风EQ140所以，本设计路段初始年平均日交通量ADT(辆/日)计算如下：ADT=3750+1500+2220+1125+975+1400=10970(辆/日)1、计算设计交通量AADT远景设计平均日交通量根据历年交通观测资料按照年平均增长率计算确定。计算公式如下：式中：AADT—设计交通量(年平均日交通量),辆/日；ADT—起始年平均日交通量，辆/日；n—远景设计年限。本设计路段为二级公路，设计使用年限为15年，拟定交通量预计年增长率r=4%。则远景设计年(15年后)年平均日交通量AADT(辆/日)计算如下：AADT=ADT×(1+y)"-¹=10970×(1+4%)¹⁵-¹=1899715000(辆/日)<AADT2、确定道路等级依据《公路工程技术标准JTGB01-2014》可知，通过交通量计算，交通量满足一级公路的交通量要求，单根据任务书要求本次设计为五星至王庄段二级公路设计，根据《公路工程技术标准》(JTJO01-15)综合考虑，本次道路设计道路等级为二级公路，设计速度为V=60Km/h,路基宽度为10m,双向两车道。其中，单车道宽度为3.75米。土路肩宽度使用0.75米，硬路肩宽度决定使用1.50米，2.2技术标准论证2.2.1技术标准汇总计算行车速度纵坡不小于(%)行车道宽度(m)最大纵坡(%)62最小纵坡(%)中间带中央分隔带宽无纵坡坡度3456路缘带带宽度无竖曲线凸形竖曲线半径极限最小值3000一般最小值4500土路肩宽度一般值凹形竖极限最小值2000曲线半径一般最小值3000视距(m)圆曲线极限最小半径(m)同向曲线间最小直线长一般最小半径(m)不设的最小半径路基宽度(m)一般值最大半径不应大于(m)最小长度(m)最小坡长(m)8第3章方案比选3.1方案评价内容(1)本项目方案综合评价考虑的主要因素大致包含以下几个方面：①工程技术指标。②对沿线地形、地质、水文、气象、地震等自然条件的影响。③施工条件及养护管理方面的影响。④对自然植被、环境的影响，对水土保持的影响。(2)技术与经济指标的比选包含：①路线长度及其延长系数；②全线转角数、变坡点个数；③最小平曲线和竖曲线半径；④最大纵坡、较大和最大坡度的中段累计长度；⑤土石方工程数量。⑦挡土墙、护坡等防护工程数量。3.3方案比选内容3.3.1路线方案拟定与比选9。疆。疆公路对所经过地区的经济起重要作用，同时(1)从路线平面指标上看，平曲线比例小，平面交点个数少，所以方案一(2)从规模及施工难度上看，选择路线短、桥梁规模小、高程起伏较小的(3)从工程经济上看，选择桥梁规模小、侵占房屋少的方案，所以方案一第4章路线平面设计4.1平曲线计算(1)利用CAD的标注功能查询起点、各交点及终点的坐标，坐标如下：交点号①起点QD与JD1之间：Dx=3312323.3-3311970.8Dy=40365052.3-40364772.9=2交点间距：S=√Dx²+DY²=√(352.5)²+(279.399)²因为Dx>0,Dy>0,故方位角A1=38.401°=38°24'03.6"Dx=3313210.5-3312323.3=8Dy=40366417.8-40365052.3=交点间距：s=√DX²+DY²=√(887.2)²+(1365.5)²=162因为Dx>0,Dy>0,故方位角A2=56.987°=56°59'13.2"Dx=3313102.1-3313210.5=-1Dy=40365203.7-40366417.8=-12交点间距：s=√DX²+DY²=√(-108.4)²+(-1214.1)²=1218.93m因为Dx<0,Dy<0,故方位角A3=180°+84.898°=264.898°=264°53'Dx=3313820.226-3313102.1=7Dy=40365238.405-40365203.7=交点间距：s=√DX²+DY²=√(718.126)²+(34.705)²=718.96m因为Dx>0,Dy>0,故方位角A4=2.767°=2°46'01.2"⑤计算转角值：a₂=A3-A2=264°53′52.8"-56°59'13.2"=207°54'39.6"(右)α₃=A4-A3=2°46'01.2"-264°53'52.8"=-262°07'51.6"(左)交点号交点桩号直线长度及方向段长(m)交点间距(m)方位角123456784.1.2平曲线几何元素计算(1)计算图示图4.1平曲线几何元素图(2)计算公式J=2T-L(3)计算各要素①JD1交点桩号为K0+449.801,设计速度为60km/h,圆曲线半径为800m,缓和曲线长度为70m,转角为18°35'09.6"(Y),平曲线几何要素计算如下：图4.2平曲线1示意图切线增值：缓和曲线角：m平曲线长：圆曲线长：Ly=L-2Ls=329.509-2×70=189.509mmJ=2T-L=2×165.944-329.509经检验无误。经其计算结果详见4.3平曲线几何要素计算表。交点4.1.3主点桩号计算(1)计算公式(2)各主点桩号计算①JD1交点桩号为K0+449.801,已知该圆曲线平曲线几何要素，主点桩号计算如下ZH=JD1-T=(K0+449.801)-165.944=K0+2HY=ZH+Ls=(K0+283.856)+70=K0+YH=HY+Ly=(K0+353.856)+189.509=K0+54HZ=YH+Ls=(K0+543.366)+70=K0+QZ=HZ-L/2=(K0+613.366)+329.509/JD1=QZ+J/2=(K0+448.611)+2.379/2=K0②JD2交点桩号为K2+075.830,已知该圆曲线平曲线几何要素，主点桩号计算如下ZH=JD2-T=(K2+075.830)-728.232=K1+3HY=ZH+Ls=(K1+347.524)+180=K1+YH=HY+Ly=(K1+527.524)+218.169=K1+7HZ=YH+Ls=(K1+745.693)+180=K1QZ=HZ-L/2=(K1+925.693)+578.169/JD2=QZ+J/2=(K1+636.609)+878.296/2=K③JD3交点桩号为K2+416.317,已知该圆曲线平曲线几何要素，主点桩号ZH=JD3-T=(K2+416.317)-230.747=K2+1HY=ZH+Ls=(K2+185.566)+110=K2YH=HY+Ly=(K2+295.566)+146.22=K2+4HZ=YH+Ls=(K2+441.786)+110=K2QZ=HZ-L/2=(K2+551.786)+366.22/JD3=QZ+J/2=(K2+368.676)+95.275/2=K经检验，各交点桩号无误，其计算结果详见表4.4平曲线桩号计算表。曲线中点点或圆曲线起点点或圆曲线终点12345674.1.4逐桩坐标表本路面设计的逐桩坐标表如下表4.5所示：桩号桩号第5章路线纵断面设计5.1竖曲线计算纵断面设计时所用图式如下图所示。w一坡差，%;R一竖曲线半径，m;5.1.2竖曲线计算内容(1)竖曲线边坡点1,对应桩号为K0+140,对应标高Ho为167.82m,前坡度il=-0.7%,后坡度i2=-4.8%,竖曲线半径R=3000m。图4.2竖曲线1示意图坡度差：w=i2-il=-4.8%--0.7%=-4.1%,为凸形。竖曲线中点设计高程=Ho-E=(167.82)-0.63=167.19竖曲线起点桩号=变坡点桩号-T=(KO+140)-61.5=KO+079竖曲线起点高程=167.82-61.5×(-0.7%)=168.2505m竖曲线起点桩号=变坡点桩号-T=(K0+140)-61.5=KO+202竖曲线起点高程=167.82-61.5×(-4.8%)=164.868m(2)竖曲线边坡点2,对应桩号为K0+450,对应标高Ho为152.94m,前坡外矢距：竖曲线中点设计高程=Ho+E=(152.94)+0.817=153.757竖曲线起点桩号=变坡点桩号-T=(KO+450)-99=KO+351竖曲线起点高程=15竖曲线起点桩号=变坡点桩号-T=(KO+450)-99=K0+549竖曲线起点高程=152.94-99×(-1.m(3)竖曲线边坡点3,对应桩号为K0+830,对应标高Ho为147.24m,前坡度il=-1.5%,后坡度i2=3.6%,竖曲线半径R=3000m。外矢距：竖曲线中点设计高程=Ho+E=(147.24)+0.975=148.215竖曲线起点桩号=变坡点桩号-T=(K0+830)-76.5=K0+754竖曲线起点高程=147.24-76.5×(-1.5%)=148.3875m竖曲线起点桩号=变坡点桩号-T=(K0+830)-76.5=K0+907竖曲线起点高程=147.24-76.5×(3.6%)=149.994m(4)竖曲线边坡点4,对应桩号为K1+650,对应标高Ho为176.76m,前坡坡度差：w=i2-il=-3.7%-3.6%=-7.3%,竖曲线中点设计高程=Ho-E=(176.76)-3.331=173.429竖曲线起点桩号=变坡点桩号-T=(K1+650)-182.5=K1+468竖曲线起点高程=176.76-182.5×(3.6%)=170.19m竖曲线起点桩号=变坡点桩号-T=(K1+650)-182.5=K1+833竖曲线起点高程=176.76-182.5×(-3.7%)=170.008m5、竖曲线边坡点5,对应桩号为K2+360,对应标高Ho为150.49m,前坡度il=-3.7%,后坡度i2=0.7%,竖曲线半径R=4000m。竖曲线中点设计高程=Ho+E=(150.49)+0.968=151.458竖曲线起点桩号=变坡点桩号-T=(K2+360)-88=K2+272竖曲线起点高程=150.49-88×(-3.7m竖曲线起点桩号=变坡点桩号-T=(K2+360)-88=K2+448竖曲线起点高程=150.49-88×(0.7m变坡点半径曲线长L标高(m)(1)计算任意点切线高程(2)计算设计高程(3)变坡点前直线任一点高程(4)变坡点后直线任一点高程(1)变坡点前直线段上，以KO+059为例，计算设计标高：设计标高H=Ho-i×L=167.82-(-0.7%)×(140-58.5)=168.3905变坡点后直线段上，以K0+222为例，计算设计标高：设计标高H=Ho+i×L=167.82+(-4.8%)×(221.5-140)=163.908填挖高度填挖000第6章横断面设计6.1道路横断面设计本设计路段为二级公路，车速定为60km/h,路基宽度10米，横断面组合形+0.5m土路肩=10m。根据规范规定，本二级公路行车道和硬路肩采用2.0%的路拱横坡，土路肩为了能迅速排出路面上的降水，路拱坡度为3.0%。填方边坡坡率采用1:1.5;挖方路基高度在8m以下边坡采用1:0.75坡率；6.2弯道的加宽设计本设计曲线中JD2半径为150m,JD3半径为150m,均小于250m,所以需已知JD1平曲线半径为150m,加宽类型为三类加宽，查规范得到路面加宽值b=1m,加宽过渡段长度L即为缓和曲线Lc长度，故L=Lc=180,JD1平曲线K1+527.524-K1+745.693,路面加宽值计算如下：桩号K0+350处加宽值：bx=x*b/Lc=(350-347.6)×1/180=0.013桩号K0+360处加宽值：bx=x*b/Lc=(360-347.6)×1/180=0.069桩号K0+380处加宽值：bx=x*b/Lc=(380-347.6)×1/180=0.18桩号K0+400处加宽值：bx=x*b/Lc=(400-347.6)×1/180=0.291桩号K0+420处加宽值：bx=x*b/Lc=(420-347.6)×1/180=0.402桩号K0+440处加宽值：bx=x*b/Lc=(440-347.6)×1/180=0.513桩号K0+463.242处加宽值：bx=x*b/Lc=(463.242-347.6)×1/180=0.642桩号K0+601.234处加宽值：bx=x*b/Lc=(601.234-925.77)×1/180=1.803桩号K0+860处加宽值：bx=x*b/Lc=(860-925.77)×1/180=0.365桩号K0+880处加宽值：bx=x*b/Lc=(880-925.77)×1/180=0.254桩号K0+900处加宽值：bx=x*b/Lc=(900-925.77)×1/180=0.143桩号K0+920处加宽值：bx=x*b/Lc=(920-925.77)×1/180=0.0326.3超高值的计算(1)根据《公路工程技术标准》(JTGB01-2014)为60km/h时，一般地区的最大超高值为8%,最小超高为该道路所采用的路拱坡度之值2%。Ih-超高横坡度μ-横向力系数速度V采用运行速度，取设计车速的70%-90%,高速路取低值，低速路取高值(2)本次设计为二级公路，设计速度为60km/h,已知横向力系数μ与圆曲(3)计算平面线中各交点的圆曲线超高值：交点1圆曲线半径R1=800m,设计速度为60km/h,运行速度V取设计速度的90%,即V=54km/h作为本次设计运行速度，则交点1圆曲线超高值为：交点圆曲线半径R(m)横向力系数μ计算超高值i(%)修正值(%)266考虑到本次设计为新建项目，故选择a)类超高过渡方式，即超高过度方式B-行车道宽度(m);Lc-超高过渡段长度(或缓和曲线长度)(m)h.-路肩外缘最大超高值(m);h"-路基内缘最大降低值(m);6.4土石方计算F=bh(1)土石方调配原则①半填半挖断面，先考虑本路段内移挖作填进行平衡，然后再作纵向调配；③不同类型的土石方应根据需要分别调动，确保路基稳定等的填料需要；④土方调配对于借土和弃土尽可能的和地方商量明确，妥善处理。⑤借土应该符合实际，并综合考虑借土还田，整地造田等措施。(2)土石方调配方法①准备工作：根据横断面图，统计各桩号填挖土石方截面面积，然后整理②横向调配：根据横断面土石方面积，采用棱台法计算相邻桩号填挖土石③纵向调配：按照上述土石方调配原则，结合本项目调运距离和当地经济、交通等情况，确定土石方调配起终点和调配距离，该过程用带箭头④调配平衡：通过横向和纵向调运后，统计项目全线的土石方调运总量和填缺、挖余情况，若最终剩余填缺方量，则选择设置现调配平衡，若最终剩余挖余方量，则选择设置弃土场或者沿线就地废弃实现废方数量=挖余数量-纵向调出本桩数量借方数量=填缺数量-纵向调入本桩数量总运量=纵向调运量+废方调运量+借方调运量填方=本桩利用+填缺挖方=本桩利用+挖余填缺=纵向调运+借方挖余=纵向调运+废方总运量复核：挖方+借方=填方+弃方(1)K0+000(起点)与K0+020段土石方计算：该段本桩利用土石方量为230.84m³,填缺土石方量为77.62m³该段本桩利用土石方量为50.88m³,该段本桩利用土石方量为29.72m³,挖余土石方量为1.9m³该段本桩利用土石方量为0m³,挖余土石方量为189.59m³利用方数量(m3)备注本桩利用土土土499999330011110022883142288884427755665555第7章路基设计7.1一般路基设计按照填土高度，可分为矮路堤，高路堤和一般路堤。矮路堤填土高度在1-1.5m;高路堤填土高度大于18m(土质)或20m(石质);一般路堤填土高度介于两者之间，当路堤属于高路堤时，需要分台阶进行设置，并进行防护工路堑开挖后，在一定范围内改变了原地层的自然平衡状态，其稳定性主要取决于地质与水文条件以及边坡的高度及陡度上。一般说的路堑，是指挖方深度小于30m(岩质)和高度小于20m(土质)条件下的路堑，超过上述界限则属于挖方高边坡，需要特殊处理。填挖结合路基兼有路堤和路堑两者的特点，此种形式位于山坡的路基，通常取路中心的标高接近于原地面标高，目的是为了减少土石方数量，保持土石方数量的横向填挖平衡。若处理得当，路基稳定可靠，是比较经济的路基横断7.2路基边坡设计本次设计路堑边坡采用1:1,路堤边坡采用坡率1:1.5。边坡设置示意图如图6.4~6.6所示：7.4路基防护工程(1)对于土质填方路堤边坡高度0m<H≤4m时，填方路段路堤边坡采用植草进行坡面防护。(2)对于土质填方路堤边坡高度4m<H≤8m时，填方路段路堤边坡采用路堤拱形骨架进行坡面防护。7.4.2路堑边坡防护挖方边坡防护以经济、实用、安全、方便施工为原则。边坡在确保安全的前提下尽量采用植物防护，并尽量少采用实体护面墙、石砌挡土墙等防护形(1)对土质挖方路堑边坡：当挖方高度为0m≤H<4m时，边坡采用喷播植草进行坡面防护；当挖方高度为4m≤H<8m时，采用路堑拱形骨架防护。7.5边坡稳定性验算本次设计在K1+580K1+700设置有一处桥梁，桥头两侧填方深度较大，小桩号桥头边坡桥头深度为9m,大桩号填方高度为8.5m,故对K1+580位置边坡高度9m位置进行边坡稳定性验算，保证道路和边坡的稳定性。7.5.设计资料及分析7.5.2圆弧条分法连接坡脚E与坡顶S,得边线ES,计算得其坡比为1:1.23,根据坡比1:1.23查表3-11得取β₁=25°,β2=35°,过SE和坡顶水平线分别作角β1、β2,两角线的交点为I;过坡脚E作垂线EF=9+2=11m,过F点作水平线FM=4.5*11=49.5m,连接IM即得圆心辅助线。结果如图所示7.5.2.2假设滑动曲线通过路基中线1、计算步骤(1)圆弧范围内土条分10段，每段宽=(13.5+13)/2=2.65m。(2)计算曲线每一分段距圆心竖线之间的偏角αi,(3)将土条底部曲线近似看做直线，计算各分段面积，其中包括土柱部分面积。(4)取路堤1m长，计算各分段重力Gi=yAi,并计算其法向分量Ni=Gicosai,(5)计算曲线总弧长L。(6)计算稳定系数K,通过土条10等分，取每段土条中位线深度作为土条深度Hi,并记下相关数据。度Hi(m)i123456789其中：土条宽度3.45m,滑动曲线长L=32.94m。最后算得边坡稳定系数K=(20.4×32.94+3884.60×tan23.2°)/1167.54=2.01用类似的方法对土条10等分，仍取每段土条中位线深度作为土条深度，结果如下：图3滑动曲线通过距左边缘路基1/4路基宽度处具体数据如下表所示：土条深度123456789其中：土条宽度2m,滑动曲线长L=23.64m。7.5.2.4假设滑动曲线通过距左边缘路基3/8路基宽度处图5滑动曲线通过距左边缘路基3/8路基宽度处度Hi(m)i1234567897.5.2.5假设滑动曲线通过距左边缘路基1/8路基宽度处土条深度i1234567897.5.3结果分析由以上结果可知，第二条曲线(通过距左边缘路基1/4路基宽度处)解得Kmin=1.48,所以该曲线为极限滑动面，其稳定系数满足范围(1.25-1.50)要求，因桑塔纳2000前轴一一后轴— 根据《公路水泥混凝土设计规范》可知，通过调查分况，选取交通量方向分配系数一般取为0.5。根据的分配系数，依照表A.1.1进行选取。表9.2.2交通量车道分配系数单向车道数123车道分配系数N,=3930.795×0.5×1.0=1965.397土路面的设计年限为20年，车轮轮迹的横向分布系数为7=0.35。根据《公路水泥混凝土设计规范》可知，在设计年限到表面层厚度为220~260mm。《公路水泥混凝土设计规范》中规定，水泥混凝土路面结构层的最度为0.6m,因此基层选用水泥稳定砂砾厚度为hi=200mm;垫层选用水泥石灰(1)确定设计弯拉强度和弯拉弹性模量设计道路的路段中，交通量分析结果为重交通计规范》中规定，水泥混凝土的弯拉强度的标准值为f,=5.0MPa,相对应的弯拉弹性模量标准准为Ee=31GPa。(2)土基回弹模量E₀=32.31MPa(3)基层和半刚性垫层的回弹模量基层选用水泥稳定砂砾，回弹模量取E₁=2532MPa;(4)基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量。根据土基的状态拟定的基层、垫层结构类型以及厚度普通混凝土面层的相对刚度半径为：9.2.5荷载疲劳应力计算在临界荷位处，标准轴载所产生的荷载应力计算得：σ=0.077r⁰6h²=0.077×0.647⁶×0.25²=0考虑纵缝为设拉杆平缝，故对于水泥稳定砂砾基层，接缝传荷能力折减系数取k,=0.89。在道路设计年限内，荷载应力的累计疲劳作用的疲劳应力系数，计算如k,=Ne=(8.302×10⁶)⁰057根据公路等级以及规范要求，路面疲劳损坏影响的综合系数ke=1.2。在面层板临界荷位设计轴载产生的荷载疲劳应力：σr=k,kfk.σps=0.89×2.48×1.2×0.9499.2.6温度疲劳应力分析该设计路段处于在V₂区，海拔较低，湿度大，根据《公路水泥混凝土设计规范》规定，该地区最大温度梯度T=88℃/m。混凝土板长为5m,,普通混凝土板厚度为h=250mm,根据规范中温度应力系数应力计算如下：其中：a为混凝土线膨胀系数。0.200.160.14心483图9.2.3温度应力系数B区，根据《公路水泥混凝土设计算温度疲劳应力为：9.2.7结构极限状态校核根据《公路水泥混凝土设计规范》表3.0.1规定，二级道路的安全等级为三级，相当于三级安全等级的中级的变异水平等级，目标可靠度为85%。再根据可靠度和变异水平等级，确定可靠度系数Y,=1.08~1.13,取Y,=1.13。r,(om+o)=1.13×(2.514+0.546)=3.458<f,=综上所述，满足结构极限状态要求，所选的普通《规范》规定沥青路面结构的可靠度及其指标在公路等级不同时是不同公路等级一级公路一级公路二级公路四级公路目标可靠度(%)目标可靠指标由表5.1可知，本次道路设计等级为一级公路，目标可靠指标为1设计年限内当量设计轴载累计作用次数计算的沥青混合料永久变形量小于表5.2基层类型土基层和底基层为无机结合料稳定类的沥青混合料基层其他基层一级公路、一级公路二级、三级对于季节性冻土地区的沥青路面结构，沥青路面低温开裂指数宜小于表5.3公路等级低温开裂指数CI,不大于3577.2交通分析根据提供的交通量及任务书要求分析可知，该设计道路初始年的交通组成如下表所示，路面使用年限内交通量年平均增长率为5%。初始年大型客车和货车双向年平均日交通量(AADTT)表7.1车辆信息表型号交通量(辆/日)车型小客车1解放CA153东风EQ14033长征CZ3614根据设计规范要求，本设计公路等级为双向四车道的一级公路；新建沥青路面设计年限为20年；方向系数取值为0.55;沥青路面的车道系数按照水平三采用推荐值，则单向车道数为2的车道系数为0.6。详细参数见下表。表7.2交通参数表公路等级设计年限(年)交通量(辆/日)交通增长率5(1)初始年设计车道大型客车和货车年平均日交通量Q₁AADTT=(2500+1850+1400+1300)=7050(辆)(2)设计年限内设计车道累计交通量Q按下式确定：式中：γ-设计年限内交通量年平均增长率；(辆)根据沥青路面设计交通荷载分级规定，计算可知设计表5.5沥青路面设计交通荷载分级设计交通荷载等级极重重轻设计使用年限内设计车道累计大型客车和货车交通量(×106辆)(1)车辆类型分布系数(VCDFm)根据交通量分析车辆组成数据可知：整体式货车占比为77%,半挂式货车占比为0%。根据沥青路面规范附表A.2.6-1,车辆类型分布系数按水平三确定为TTC5。根据沥青路面规范附表A.2.6-2确定2类11类车辆类型分布系数如表5.7TTC4车辆类型分布系数(%)(VCDFm)3类5类9类注：表中整体式货车为表中3类~6类车，半挂车为表中7类~10类(2)非满载车与满载车所占比例根据沥青路面规范附表A.3.1-2以及相邻公路的车辆满载情况，得到本次道路设计各类车型非满载与满载比例，如下表所示：表5.7非满载车(PERml)与满载车(PERmh)所占比例(%)车辆类型3类5类7类10类11类非满载车比例满载车比例7.3当量设计轴载计算7.3.1当量设计轴载换算系数根据路面设计规范附表A.3.1-3,对应路面设计指标为沥青层变劳开裂、无机结合料层疲劳开裂和路基顶面竖向压应变的各车型对应的非满载和满载车当量设计轴载换算系数如下表所示。表5.72-11类车辆非满载和满载车当量设计轴载车量类型沥青混合料层层底拉应变、劳开裂(层底应力)2类3类5类6类7类68类9类10类711类7.3.2当量设计轴载累计作用次数1、计算公式根据路面设计规范A.4进行当量设计累计作用次数的计算，确定初始年设计车道日平均当量轴次N₁和设计车道上的当量设计轴载累计作用次数Ne,计算公式如下：通车后第一年设计车道日平均当量轴次N₁计算公式如下：式中：AADTT—2轴6轮及以上车辆的双向年平均日交通量(辆/日);DDF一方向系数；LDF一车道系数；m一车辆类型编号；VCDFm-m类车辆类型分布系数；EALFm-m类车辆的当量设计轴载换算系数。当量设计轴载累计作用次数，按式(5-3)确定各类车辆的当量设计轴载换算系数：EALFm=EALFm×PAFm+EALFm×PAFmh式中：EALFm-m类车辆中非满载车的当量设计轴载换算系数；EALFm-m类车辆中满载车的当量设计轴载换算系数；PAFm-m类车辆中非满载车所占的百分比；PAFm—m类车辆中满载车所占的百分比。根据通车第一年设计车道日平均当量轴次N1、设计使用年限等，设计车道上的当量设计轴载累计作用次数Ne计算公式如下：式中：N.一设计使用年限内设计车道上的当量设计轴载累计作用次数(次);t一设计使用年限(年);y一设计使用年限内交通量年平均增长率；N₁一通车第一年设计车道日平均当量轴次。2、当验算沥青混合料层疲劳开裂时：表5.102类~11类车所占比例车辆类型满载车比例非满载车比例(1)m类车辆当量轴载换算系数计算：EALF₂=EALF₂₁×PAF₂₁+EALF₂h×PAF₂h=0.8×0.85+2.8×0.15=EALF₃=EALF₃×PAF₃+EALF₃×PAF₃=0.4×0.9+4.1×0.1=0.77EALF₄=EALF₄×PAF₄,+EALF₄h×PAF₄=0.7×0.65+4.2×0.35=1.9EALF₅=EALF₅×PAF₅₁+EALF₅×PAFs=0.6×0.75+6.3×0.25=2.0EALF₆=EALF₆×PAF₆+EALF₆×PAF₆=1.3×0.55+7.9×0.45=4.27EALF₇=EALF₇×PAF,+EALF₇×PAF=1.4×0.7+6×0.3=2.EALF₈=EALFg,×PAFg,+EALF8×PAFgh=1.4×0.45+6.7×0.55=4.3EALF₉=EALF₉×PAF₉,+EALF₉h×PAF₉=1.5×0.6+5.1×0.4=2.EALF₁₀=EALF₁₀×PAF¹o+EALF¹oh×PAF¹o=2.4×0.55+7×0.45=4.47EALF₁=EALF×PAF+EALF×PAF1=1.5×0.65+12.1×0.35=5.表5.11m类车辆当量轴载换算系数计算汇总表车辆类型5类(2)初始年设计车道日平均当量轴次：=7050×0.55×0.6×(9.9%×1.1+42.3%×0.77+14.8%×1.925+22.7%×4.27+2%×2.78+2.3%×4.315+3.2%×2.94+2.5%×4.47+0=7050×0.55×0.6×2.06=4792(次)设计使用年限内设计车道上的当量设计轴载累计作用次数为：(次)3、当验算无机结合料稳定层疲劳开裂时：表5.122类~11类车所占比例无机结合料稳定层层底拉应力车辆类型2类3类9类满载车比例(1)m类车辆当量轴载换算系数计算：EALF₂=EALF₂×PAF₂₁+EALF₂×PAF₂h=0.5×0.85+35.5×0.15=5.EALF₃=EALF₃×PAF3₁+EALF₃×PAF₃=1.3×0.9+314.2×0.1=32.EALF₄=EALF₄×PAF₄+EALF₄×PAF₄h=0.3×0.65+137.6×0.35=48.3EALF₅=EALF₅×PAF₅₁+EALF₅h×PAFsh=0.6×0.75+72.9×0.25=18.6EALF₇=EALF₇×PAFπ+EALF₇×PAF₇=7.8×0.7+553×0.3=171.36EALF₈=EALF₈,×PAF₈+EALFgh×PAFsh=16.4×0.45+713.5×0.55=399.8EALF₉=EALF₉,×PAF₉,+EALF₉h×PAFg=0.7×0.6+204.3×0.4=82.EALF₁₀=EALF¹o×PAF¹o+EALF¹oh×PAF¹o=37.8×0.55+426.8×0.45=212.EALF=EALF×PAF+EALF×PAF=2.5×0.65+985.4×0.35=346.515表5.13m类车辆当量轴载换算系数计算汇总表车辆类型3类4类6类8类10类11类(2)初始年设计车道日平均当量轴次：=7050×0.55×0.6×(9.9%×5.75+42.3%×32.59+14.8%×4818.675+22.7%×683.175+2%×171.=7050×0.55×0.6×197.86=460316(次)(3)设计使用年限内设计车道上的当量设计轴载累计作用次数为：表5.102类~11类车所占比例车辆类型3类4类6类7类8类9类满载车比例非满载车比例(EALF₂=EALF₂₁×PAF₂₁+EALF₂×PAF₂ₙ=0.6×0.85+2.9×0.15=0.EALF₃=EALF₃×PAF3₁+EALF₃h×PAF₃=0.4×0.9+5.6×0.1=0.EALF₄=EALF₄,×PAF4₁+EALF₄h×PAF₄n=0.9×0.65+8.8×0.35=3.6EALF₅=EALF₅×PAF₅₁+EALF₅h×PAFsh=0.7×0.75+12.4×0.25=3.625EALF₆=EALF₆,×PAF₆+EALF₆×PAF₆=1.6×0.55+17.1×0.45=8.5EALF₇=EALF₇,×PAF,+EALF₇×PAF₇=1.9×0.7+11.7×0.3=4.EALF₈=EALFg,×PAF₈,+EALF8×PAFgh=1.8×0.45+12.5×0.55=7.6EALF₉=EALF₉,×PAF,+EALF₉h×PAF₉=2.8×0.6+12.5×0.4=6.EALF₁₀=EALF¹o×PAF¹o+EALF¹oh×PAF¹o=3.7×0.55+13.3×0.45=8.EALF₁₁=EALF×PAF+EALF×PAF=1.6×0.65+20.8×0.35=8.表5.11m类车辆当量轴载换算系数计算汇总表车辆类型2类3类5类7类9类=7050×0.55×0.6×(9.9%×1.1+42.3%×0.77+14.8%×1.925++22.7%×4.27+2%×2.78+2.3%×4.315+3.2%×2.94+2.5%×4.47+0.2=7050×0.55×0.6×2.06=4792(次)设计使用年限内设计车道上的当量设计轴载累计作用次数为：4、当验算路基顶面竖向应变时：表5.142类~11类车所占比例车辆类型2类3类4类6类7类(1)m类车辆当量轴载换算系数计算：EALF₂=EALF₂₁×PAF₂₁+EALF₂×PAF₂ₙ=0.6×0.85+2.9×0.15=0.EALF₃=EALF₃×PAF3₁+EALF₃h×PAF₃=0.4×0.9+5.6×0.1=0.EALF₄=EALF₄,×PAF4₁+EALF₄h×PAF₄n=0.9×0.65+8.8×0.35=3.6EALF₅=EALF₅×PAF₅₁+EALF₅h×PAFsh=0.7×0.75+12.4×0.25=3.6EALF₆=EALF₆,×PAF₆+EALF₆×PAF₆=1.6×0.55+17.1×0.45=8.5EALF₇=EALF₇,×PAF,+EALF₇×PAF₇=1.9×0.7+11.7×0.3=4.EALF₈=EALFg,×PAF₈,+EALF8×PAFgh=1.8×0.45+12.5×0.55=7.6EALF₉=EALF₉,×PAF,+EALF₉h×PAF₉=2.8×0.6+12.5×0.4=6.EALF₁₀=EALF¹o×PAF¹o+EALF¹oh×PAF¹o=3.7×0.55+13.3×0.45=8.EALF₁₁=EALF×PAF+EALF×PAF=1.6×0.65+20.8×0.35=8.表5.15m类车辆当量轴载换算系数计算汇总表车辆类型4类5类6类7类8类9类3(2)初始年设计车道日平均当量轴次：=7050×0.55×0.6×(9.9%×0.945+42.3%×0.92+14.8%×3.665+=7050×0.55×0.6×3.68=8552(次)2、验算无机结合料稳定层疲劳开裂时：Ne₂=5.3、验算沥青混合料层永久变形量时：Ne=5.784×10⁷;4、验算路基顶面竖向压应变时：N₄=1.032×10⁸;7.4路面结构方案设计根据前面计算确定的交通荷载等级，结合项目路基条表5.16路面材料及厚度结构层号料类型弹性泊松比厚度总厚度1土2面层中粒式沥青混凝土3土4基层水泥稳定碎石-水泥稳定碎石-(1)路基顶面回弹模量①路基动态回弹模量值MR②路基回弹模量湿度调整系数Ks项日设计路段所在地为宁夏回族自治区，自然区划属于VI3区，根据《公路路基设计规范》(JTGD30-2015)附录C和附录D可知，对应湿度指标TMI度调整系数取0.60,根据路基规范表D.0.2干燥状态含细粒土砾(GF)路基回半厚度考虑，计算的中湿类路基回弹模量湿度调整系数为Ks=0.5×0.60+0.5×③干湿冻融循环条件下的路基土模量折减系数Kη融循环条件下的路基土模量折减系数Kη取值为0.85。E₀=K,K,MR则考虑湿度调整系数和干湿冻融循环作用折减系数模量为Eo=70.1MPa。(2)各结构层沥青材料参数沥青混合料动态压缩模量按《公路工程沥青(JTGE20-2011)T0738试验方法确定，试验温度为20℃,试验加载频率为选用；采用马歇尔试验试件密度、确定的理结构层材料名称动态压缩模量(MPa)泊松比沥青饱和度VFA(%)备注上面层中粒式沥青混凝土中面层下面层注：沥青种类上面层、中面层和下面层选用90号道路石油沥青。(3)基层、底基层材料参数基层、底基层分别采用水泥稳定碎石、级配碎用，考虑弹性模量室内外试验检测结果差异料稳定类材料弹性模量乘以结构层模量调整系数0.5,级配碎石和未筛分碎石回弹模量乘以湿度调整系数2.0;材料泊松比参照路面设计规范表5.6.1选用，具动态模量(Mpa)弯拉强度(Mpa)泊松比备注水泥稳定碎石(5%)基层水泥稳定碎石(4%)7.5路面结构验算根据路面设计规范表6.2.1规定，本路面结构组合需要机结合料稳定层层底拉应力和沥青混合料层永久变形量。配沥青混凝土无需计算其当量厚度与模量。设计沥0.95,由于本次道路位于宁夏回族自治区，离银川距离较近，查规范可知本次稳定层层底拉应力，按式(4.6)计算：式中：N2一无机结合料稳定层的疲劳开裂寿命(轴次);k一基准路面结构温度调整系数，按所在地查表取值；Ah、AE、Bh、BE一与路面、基层厚度和模量有关的函数，按式(5-10)~式(5-15)确定；应按式(5-16)和式(5-17)分别换算成当量沥青面层和当量基层。式中：h,"、E"一当量层厚度(min)和模量(MPa),下标i=a为kc一现场综合修正系数，按式(5-18)计算；数取Ka=1;温度调整系数根据气温条件相近地区的系数值取用，选取宁夏回族自治区的温度调整系数k=1.37;疲劳试验回归参数a、b分别取13.24、12.52;由本次设计参数，可知基层为两种不同材料组成的，因此需要计算基层的A,=0.7