雙向四車道高速公路路基路面工程設計課程設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 對于標準軸載作用次數的統計，去掉影響較小的軸載小于40KN 的交通量。并由式 ~ 計算結果列表如下： 表 軸載換算計算表 軸載 Pi（ KN） 每日通過次數（次 /d） i? 16100P?????? BZZ100 軸次 （次 /d） 4768 1 11 294 1 1 1680 1 0 0 1680 1 2166 1800 1 0 1800 1 16844 480 1 0 0 第 25 頁 共 54 頁 1600 1 51 2 563 106 1 2 80 480 106 3 2 110 1600 106 1571 ∑ =20648 則可知本路建成初期每晝夜雙向混合交通量換算成標準軸載的作用次數為 20648 次 /d。 交通分析 由 《公路 水泥混凝土路面設計 規范》 (JTG D40— 2020)可得高速公路的設計基準期為 30 年，具體數值見 表 ： 表 可靠度設計指標 公路技術等級 高速公路 一級公路 二級公路 三、四級公路 安全等級 一級 二級 三級 四級 設計基準期（ a） 30 30 20 20 目標可靠度（％） 95 90 85 80 目標可靠指標 第 26 頁 共 54 頁 變異水平等級 低 低～中 中 中～高 則設計基準期內路面所承受的標準軸載累計作用次數為Ni，則有： ? ?1365 11ti nN ?? ??? ? ??? (25) 其中， t =30， n1=20648，γ =% 。 則有 ? ?? ? 1 1 94 8 8 3 31 910 9 9 2 0 64 8365 30 ?????iN。 由于路面設計依據的交通量是設計車道上的交通量，所以，應對道路交通量乘以方向不均勻系數及車道不均勻系數。 方向不均勻系數取 ，車道不均勻系數取 。 則有 設計基準期內設計車道所承受的標準軸載累計作用次數 Ns 為： Ns=Ni =1194883319 =597441660 。 車道橫斷面上各點所受的 軸載作用次數，僅為通過該車道斷面的軸載作用次數的一部分。水泥混凝土路面的臨界疲勞荷位為縱縫邊緣中部，該處的輪跡橫向分布系數，按實際測定結果參照表 所示。 表 車輛輪跡橫向分布系數 公路等級 縱縫邊緣處 第 27 頁 共 54 頁 高速 、 一級公路 、 收費站 ~ 二級及二級 以 下公路 行車道寬大于 7m ~ 行車道寬小于或等于 7m ~ 本公路為高速公路雙向六車道，取 η = 。 則，設計基準期內面層臨界荷位出得標準軸載累積作用次數 Ne。 Ne=Nsη =597441660 =119488332 。 (26) 水泥混凝土路面所承受的交通軸載作用，按設計基準期內設計車道所承受的標準軸載累計作用次數分為 4 級，分級范圍如表 所示。 表 交通分級 交通等級 特重 重 中等 輕 設計車道標準軸載累計作用次數 Ne（ 104） ＞ 2020 100～ 2020 3～ 100 ＜ 3 由表 可知， 本 道路交通屬于特重交通。 路面結構組合設計 組成水泥混凝土路面的結構層包括：墊層、基層和面層等，第 28 頁 共 54 頁 各結構層的功能和作用各不相同。 墊層設計 本公路路基土質較差、水溫狀況 不良 ， 需要在路基和基層之間設置墊層，以改善路基的濕度和溫度狀況，保證面層和基層的強度、剛度及溫度性。 由于修筑墊層的材料，強度要求不一定要求很高，但水穩性和隔溫性能要好，本設計 考慮到公路所在地區降雨量較大，地下水位較高， 主要采用排水墊層。排水墊層所采用的材料是砂礫，砂礫墊層應采用潔凈的中、粗砂及礫石，含泥量不大于 5%，并將其中的植物、雜質清除干凈，也可以采用天然級配的砂礫料，其最大粒徑不大于 50mm。應注意防止粗細粒料分離現象。 由 《公路 水泥混凝土路面設計 規范》 (JTG D40— 2020)，墊層的寬度應與路基同寬，其最小厚度為 150mm。本設計取墊層厚度為 180mm。 基層設計 在面層下設置基層的主要目的是防止唧泥、錯臺和由此引起的面板斷裂等損壞的出現。要求剛度與面層匹配，細粒土含量少、耐沖刷能力強和有排水設施。由于本公路為高速公路，對基層的上述要求較高。 （ 1） 類型 由于本公路交通屬于特重交通。 由 《公路 水泥混凝土路面第 29 頁 共 54 頁 設計 規范》 (JTG D40— 2020)可得適宜的基層類型如表 所示。 表 適宜各類交通等級的基層類型 交通等級 基層類型 特重交通 貧混凝土 、碾壓混凝土或瀝青混凝土基層 重交通 水泥穩定粒料或瀝青穩定碎石基層 中等或輕交通 水泥穩定粒料、石灰粉煤灰穩定粒料或級配粒料基層 由表 本設計路面基層采用 水泥穩定砂 。 同時考慮到特種交通的需求，同時加設 選用水泥穩定粒料 (水泥用量 5％ )的底基層。 （ 2） 寬度 由 《公路 水泥混凝土路面設計 規范》 (JTG D40— 2020)知。基層的寬度應比混凝土面層每側至少寬出 300mm（采用小型機具施工時）或 500mm（軌模式攤鋪機施工時）或 650mm（滑模式攤鋪機施工時）。路肩采用混凝土面層，其厚度與行車道面 層相同時，基 層寬度宜與路基同寬。級配粒料基層的寬度也宜與路基同寬。本設計 采用與路基同寬度的基層。 （ 3） 厚度 由 《公路 水泥混凝土路面設計 規范》 (JTG D40— 2020)?？芍黝惢鶎雍穸鹊倪m宜范圍，如表 所示。 表 各類基層厚度的適宜范圍 第 30 頁 共 54 頁 基層類型 厚度適宜的范圍（ mm） 貧混凝土或碾壓混凝土基層 120～ 200 水泥或石灰粉煤灰穩定粒料基層 150～ 250 瀝青混凝土基層 40～ 60 瀝青穩定碎石基層 80～ 100 級配粒料基層 150～ 200 多孔隙水泥穩定碎石排水基層 100～ 140 瀝青穩定碎石排水基層 80～ 100 由于本設計采用 水泥穩定砂 基層，且考慮到交通容量特別大，并結合貧混凝土的材料性能，決定采用 160mm 的 水泥穩定沙粒 基層。 水泥穩定 沙粒 底基層的厚度綜合考慮采用 180mm 面層設計 水泥混凝土面層應具有足夠的強度、耐久性，表面抗滑、耐磨、平整。 面層采用設接縫的普通混凝土。具體設計參數見下節，水泥混凝土路面設計 。 路肩設計 路肩的作用是為路面提供側向支承，并承受一定的荷載。 本設計路肩鋪面采用水泥混凝土面層。高速公路硬路肩水第 31 頁 共 54 頁 泥混凝土面層的厚度采用與行車道面層等 厚，基層與行車道基層相同 。 路面排水設計 （ 1）高速公路因平縱橫三方面均要求較高，所以路基填挖較大。一般需設置攔水帶，防止雨水集中沖刷填方坡面，造成坡面拉溝，甚至沖毀路基。攔水帶采用形式如圖 所示。 圖 攔水帶示意圖 （ 2）中央分隔帶排水的作用主要是排除中央分隔帶范圍內的表面滲入水，本設計采用凸形表面有鋪面封閉的中央分隔帶，如圖 所示。 1:11:1鋪面封閉底基層基層面層涂刷粘層瀝青1c m厚 座底砂漿 圖 中央分隔帶排水 第 32 頁 共 54 頁 （ 3）行車道路面應設置雙向或單向橫坡，坡度為 2％。路肩鋪面的橫向坡度值比行車道路面的橫坡值大 1％，為 3％。 （ 4）行車道路面結構設置了排水墊層，在排水墊層外側邊緣設置縱向集水溝，并間隔 50~100m 設置橫向排水管。排水墊層的縱向邊緣集水溝設在路床邊緣。集水溝的縱坡與路線縱坡相同。 （ 5）集水溝的寬度通常采用 300mm。集水溝的深度為保證集水管管頂低于排水層底面，并有足夠厚度和回填料使集水管不被施工機械壓裂。采用 200mm。 路面結構層設計 . 初擬路面結構 由表 知， 相應于安全等級一級的變異水平等級為低級 。根據高速公路特重交通等級和低變異水平等級，查表 初擬普通混凝土面層厚度為 ， 水泥穩定砂 基層 ，底基層選用水泥穩定粒料 (水泥用量 5％ )，厚 ，墊層為 天然沙礫 。水泥混凝土上面層板的平面尺寸長為 、寬從中央分隔帶至路肩依次為 、 、 ；縱縫為設拉桿平縫，橫縫為設傳力桿的假縫。 水泥穩定砂 不設縱縫，橫縫設假縫，間距 (板長 )4m。 表 水泥混凝土面層厚度參考范圍 交通等級 特重 重 第 33 頁 共 54 頁 公路等級 高速 一級 二級 高速 一級 二級 變異水平等級 低 中 低 中 低 中 低 中 面層厚度（ mm） ≥ 260 ≥ 250 ≥ 240 270～240 260～230 250～ 220 . 路面材料參數的確定 （ 1）面層 由 《公路 水泥混凝土路面設計 規范》 (JTG D40— 2020)可得普通混凝土面層彎拉強度標準值如表 所示。 表 水泥混凝土設計彎拉強度標準值 交通等級 特重 重 中等 輕 水泥混凝土的彎拉強度標準值（ MPa） 鋼纖維混凝土的彎拉強度標準值（ MPa） 同時可得相應的 彎拉彈性模量如表 所示。 表 水泥混凝土彎拉彈性模量經驗參考值 彎拉強度（ MPa） 1.0 1.5 第 34 頁 共 54 頁 抗壓強度（ MPa） 5.0 7.7 11.0 14.9 19.3 24.2 29.7 35.8 41.8 48.4 彎拉彈性模量（ GPa） 10 15 18 21 23 25 27 29 31 33 綜上分析， 取普通混凝土面層的彎拉強度標準值為 ，相應彎拉彈性模量標準值為 31GPa。 （ 2）基層 參考有關資料， 水泥穩 定砂 彎拉強度標準值為 ，相應彎拉彈性模量標準值為 27GPa。 又由表 得 水泥穩定粒料基層回彈模量取 1300MPa。 表 墊層和基層材料回彈模量 經驗參考值 材料類型 回彈模量（ MPa） 天然沙礫 150~200 水泥穩定粒料 1300~1700 （ 3）墊層 同樣由表 得天然 砂 礫墊層的回彈模量取 200MPa。 （ 4）路基 由 《公路 水泥混凝土路面設計 規范》 (JTG D40— 2020)建議路基土回彈模量取值如表 所示。 表 中濕路基路床頂面回彈模量（ MPa） 第 35 頁 共 54 頁 土組 公路自然區劃 Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 土質砂 26~42 40~50 39~50 35~60 50~60 粘質土 25~45 30~40 25~45 30~45 30~45 粉質土 22~46 32~54 30~50 27~43 30~45 由《公路自然區劃標準》可知： 遼寧 大部分位于 II2a 遼河平原凍融交替副 區，屬于 東部溫潤季凍 區 。路基土質為粉質土。路基土回彈模量取 40MPa。 . 基層頂面回彈模量 由 《公路 水泥混凝土路面設計 規范》 (JTG D40— 2020)得基層頂面回彈模量的計算公式如下： 1 30 0b xtxEE ah E E??? ???? (27) 221 1 2 22212x h E h EE hh?? ?