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文檔簡介
1、第三章排水設(shè)計(jì)計(jì)算說明書3.1氣候與地質(zhì)條件介紹項(xiàng)目工程區(qū)屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū),整體氣溫變化幅度小,年均溫13-14°C,1月均溫3.0-6.3°C,7月均溫19.8-22.0°C。極端最高氣溫為32.8°C,最低氣溫為-12C。多年平均降水量達(dá)到1350毫米/年。蒸發(fā)量最大的月份為25月份,無霜期230-300天。冬暖夏涼,氣候宜人。地形起伏較大,局部地區(qū)氣候差異明顯。全市總水量約142.18億立方米,其中地表水體平均年流量64億立方米。項(xiàng)目工程區(qū)地處長江水系和珠江水系的分水嶺地區(qū)。長江水系以烏江上游三岔河為干流,展布于市境北部;珠江水系以北盤江為干
2、流,由西向東橫貫市境中部;南盤江支流分布于市境南部邊緣。受巖溶地貌影響,地表河網(wǎng)與地下河網(wǎng)均有發(fā)育,互有銜接,且反復(fù)出現(xiàn)。境內(nèi)10公里以上河流43條,多呈現(xiàn)河谷深切,河床狹,水流急,落差大,水利資源豐富。工程區(qū)年降水量具明顯的季候性特征,510月為雨季,多暴雨,降水量占全年總量的三分之二,暴雨常造成洪水災(zāi)害,并誘使崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生。項(xiàng)目工程區(qū)所屬境內(nèi)巖溶地貌類型齊全,發(fā)育典型。山巒眾多,延綿起伏;溝壑縱橫,深履險(xiǎn)峻。地勢(shì)西北高,東南低。地面最高點(diǎn)為烏蒙山脈的韭菜坪,海拔在2900.3米,人稱“貴州屋脊”;最低點(diǎn)在六枝特區(qū)毛口鄉(xiāng)北盤江河谷,海拔586米。境內(nèi)平均海拔在1400-1900米
3、之間。沿線地質(zhì)情況為覆蓋層以種植土、亞砂土和亞粘土為主,含少量的碎石質(zhì)土,覆蓋層厚2m左右,稻田中種植土厚0.6m左右。下伏基巖為硅化板巖。3.2邊溝設(shè)計(jì)驗(yàn)算在K10+983.396至K11+020之間的左側(cè)挖方段為挖方最大匯水面積段,本次設(shè)計(jì)以瀝青混凝土路面為例。硅化板巖路塹(坡度為1:0.5,坡面流長度為7.5m),路基寬度21.5m,取單側(cè)路面和路肩橫向排水寬度為12m,路拱橫坡為2%在縱斷面方面,此處屬于豎曲線上,采用平均縱坡i=(1518.14-1516.70)/36.604=0.03%,邊溝坡腳和路肩邊緣間設(shè)置矩形形邊溝。計(jì)算簡圖如圖4.2-1.1.1.1 計(jì)算匯水面積和徑流系數(shù):
4、由圖一計(jì)算匯水區(qū)域在路塹一側(cè)(由平臺(tái)溝到邊坡平臺(tái))的面積A1=7.5X36.604=274.53m2。由于坡面上采用拱式護(hù)面墻防護(hù),則由公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范得坡面徑流系數(shù)取C=0.78。匯水區(qū)域在邊溝平臺(tái)上的面積A2=1x36.604=36.604m2,取坡面徑流系數(shù)(漿植草護(hù)面)C2=0.53,匯水區(qū)域在路面一側(cè)(公路路中線到邊溝)的面積為A3=36.604x12=439.248m2,由表查得瀝青路面徑流系數(shù)為C3=0.95。由此,總的匯水面積為F=274.53+36.604+439.248=750.382m2,匯水區(qū)的徑流數(shù)為C=274.53x0.78+36.604x0.53+439.248x
5、0.95750.382=0.871.1.2 計(jì)算匯流歷時(shí):由克畢公式t=1.445*1)0"7計(jì)算坡面匯流歷時(shí),其中:L坡面流長度;i坡面流坡度;sm1地表粗糙系數(shù);由表查得拱式護(hù)面墻防護(hù)路塹邊坡的粗度系數(shù)m=0.4,且路塹坡度為1:0.5,得路塹坡0.4x7.5面匯流歷時(shí)=1.445x(1/05Z7=2.05mn。由表查得邊溝平臺(tái)(植草護(hù)面)的粗度系數(shù)m1=0.4,橫向坡度為4%,則t=1.445*(0x)0.467=3.816rin1<0.04查表得瀝青混凝土路面粗糙系數(shù)為mi=0.013,橫坡4%,坡面流長度為12m,所以歷時(shí)時(shí)間為t=1.445x嚴(yán)132)0.467=1
6、.287mino1<0.04因此取坡面匯流歷時(shí)t=3.816min(取最大值)。設(shè)邊溝底寬為0.6m,高0.65m,以漿砌片石砌筑,溝壁粗糙系數(shù)口=0.025。設(shè)計(jì)水深為0.5m。水力半徑為求得過水?dāng)嗝娑蚊娣e為A=0.6x0.5二0.3m2bhR=b?2h0.6x0.50.6+2x0.5=0.188m。按曼寧公式,得溝內(nèi)平均流速為:V=-R2i2=x0.188;x0.032=2.30m/sn0.025因此溝內(nèi)匯流歷時(shí)為t236.6042.30s=0.27min由上可得匯流歷時(shí)為t=t+1=1.287+0.27=1.557nin。121.1.3計(jì)算降雨強(qiáng)度:據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè),高速公路路界內(nèi)坡面排
7、水設(shè)計(jì)降雨重現(xiàn)期為15年。求設(shè)計(jì)重現(xiàn)期和降雨歷時(shí)內(nèi)的降雨強(qiáng)度(mm/min),由于公路在貴州六盤水境內(nèi),據(jù)公路排水設(shè)計(jì)手冊(cè),可取公式T42.25+62.60xlgP42.25+62.60xlg15)t+351.557+35I=3.170mm/mm。1.1.4計(jì)算設(shè)計(jì)徑流量:可按降雨強(qiáng)度由推理公式確定:Q=16.67xCxIxF,式中Q-設(shè)計(jì)徑流量;C-徑流系數(shù);F-匯水面積(Km2);所以Q=16.67x0.87x3.170x750.382x10-6=0.0345m3/s。1.1.5檢驗(yàn)徑流:設(shè)定邊溝的截面形式為矩形,底寬0.6m,過水?dāng)嗝鏋榈讓?.6m,水深0.5m,斷面積為0.3m2,則泄
8、水能力Qc=0.3x2.3=0.69m3/s。因?yàn)樵O(shè)計(jì)徑流量Q=0.0345m3/s泄水能力Qc=0.69m3/s,所以假定的邊溝尺寸符合要求。1.1.6沖淤檢驗(yàn):邊溝的平均流速應(yīng)使水流在設(shè)計(jì)流量條件下不產(chǎn)生沖刷和淤泥。為此,應(yīng)保證設(shè)計(jì)流速在最大和最小允許流速范圍內(nèi)。對(duì)于漿砌片石邊溝,最大允許速度為3.0m/s,由于水深不大于0.5m,則修正系數(shù)為0.85,故修正最大允許流速為2.55m/s,而最小允許速度為0.4m/s。對(duì)于平均流速V=2.3m/s在最大與最小范圍內(nèi),故滿足沖淤檢驗(yàn)。綜上所述,邊溝尺寸符合要求。攔水帶設(shè)計(jì)驗(yàn)算:本次設(shè)計(jì)以瀝青路面設(shè)計(jì)為例,單側(cè)路面和路肩橫向排水的寬度為12m,
9、出水口的間距初擬為50m,以K10+983.396K11+020段為設(shè)計(jì)段,縱坡坡度為0.03%,路拱橫坡度為4%。計(jì)算圖見圖4.3-1:圖0-1攔水帶設(shè)計(jì)示意圖1.1.7設(shè)計(jì)徑流量計(jì)算(1)設(shè)計(jì)重現(xiàn)期按公路重要程度(高速公路),對(duì)路面和路肩表面排水取設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為5年。(2)匯水面積和徑流系數(shù)設(shè)出水口間距為50米,則兩個(gè)出水口之間的匯水面積為F=50xl2xl0-6=600xl0-6km2,對(duì)于瀝青混凝土路面取徑流系數(shù)C=0.95。3)匯流歷時(shí)由克畢公式t=1.445*(lmL-)0.467計(jì)算坡面匯流歷時(shí)由表查得地表粗度系數(shù)m=0.013,路面橫坡為is=4%,坡面流長度LS=12m,可計(jì)算
10、得到坡面匯流歷時(shí)t=1.445*(10.013x12、=1.287min)0.467<0.04由溝底(即路線)縱坡i=0.03%,則由齊哈近似估算:gv二20i0.6=20x0.00030.6=0.154m/s,所以溝內(nèi)匯流歷時(shí)為:gts=50/(60x0.154)=5.411min由此,可得到匯流歷時(shí)為t=t1+t2=6.698min4)降雨強(qiáng)度宀、亠“宀t42.25+62.60xlgP)貴州六盤水的降雨強(qiáng)度公式為:I=3.170mm/min,t+35由此得到設(shè)計(jì)徑流量為:Q二16.67xCxIxF=16.67x0.95x3.170x600x10-6=0.030m3/s1.1.8確定路
11、緣帶內(nèi)的水深與水面寬度硬路肩寬為3m,外側(cè)邊緣設(shè)瀝青路緣帶,近路緣帶60cm寬度范圍內(nèi)路肩橫坡采用5%,由以上求得設(shè)計(jì)徑流量Q=0.03m3/s。折線型底邊的過水?dāng)嗝鎴D見圖4.3-2。查表得,光滑瀝青表面的粗糙系數(shù)為n=0.013,對(duì)于淺三角形溝的水力計(jì)算采用修正的曼寧公式來計(jì)算泄水能力,由18丄QC=0.377一h3i2,帶入Q=0.03m3/s,ih=0.04,i=0.0003,來反算h=0.104m。Cinhah則離路緣帶60cm處的水深hb=h-Bi=0.104-0.6x0.04=0.08m。bawa水深為0.08、橫坡為0.04的過水?dāng)嗝娴男顾堪葱拚穆鼘幑絹碛?jì)算。0.3778丄
12、Q=x0.043x0.00032=000211m3/s10.04x0.0130.00/s圖0-2路緣帶內(nèi)60cm寬度范圍內(nèi)的泄水量為:Q=Q一Q=0.03-0.00211=0.028m3/s。a1路緣帶內(nèi)60cm寬度范圍外的泄水量為:Qb0.3770.03x0.0138丄x0.043x0.00032=0.0028m3/s??傂顾縌a+Qb=0.0308m3/s>Q=0.03m3/s改水深h=0.06m,按上述方法知:ahb=h-Bi=0.06-0.6x0.04=0.036mbawa03778丄x0.0363x0.000320.04x0.013=0.0016m3/s,Qa=0.028-0
13、.0016=0.0264m3/s0.37781£=x°0363x0-00032=0-0021m3/s總泄水量Q+Qb=0.0264+0.0021=0.0285m3/s,接近于設(shè)計(jì)流量Q=0.03m3/s,因而,ab攔水帶邊溝水深為6cm,溝內(nèi)水面寬度到達(dá)離硬路肩邊緣0.6+0.02/0.03=1.27m。1.1.9確定攔水帶尺寸水力計(jì)算主要關(guān)心邊溝排泄設(shè)計(jì)流量時(shí)的水深和水面寬度,前者影響到路緣帶或緣石的高度,后者用于檢驗(yàn)溝內(nèi)水面是否超過設(shè)計(jì)規(guī)定的限值(硬路肩內(nèi)側(cè)邊緣)。根據(jù)攔水帶邊溝水深為6cm,以及水面寬度為1.27m(硬路肩寬度為3m),選擇攔水帶的形式為水泥混凝土攔水
14、帶,攔水帶堤高12cm,正面邊坡1:1,背面邊坡直立。具體尺寸見下圖。本節(jié)設(shè)計(jì)的公式均來自于公路排水設(shè)計(jì)手冊(cè)。攔水帶尺寸圖(單位:cm)4水泥混凝土路面設(shè)計(jì)4.1 交通量計(jì)算立德高速K10+000K12+250段,在自然區(qū)劃上屬于V區(qū)。擬建一條高速3公路,雙向四車道,交通量年平均增長率為8.5%,路基土為低液限粘土。表4-1計(jì)算設(shè)計(jì)年限通過的標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)車型車軸車軸車輪型p(KN)iNiP、16N(一丄)i(T00小客車前軸1-111.527002.52656E-12后軸1-12327001.6558E-07中客車SH130前軸1-116.58002.41453E-10后軸1-223800
15、4.90609E-08大客車CA50前軸1-128.75001.05945E-06后軸1-268.25001.095267小貨車BJ130前軸1-113.5517002.19522E-11后軸1-227.217001.52599E-06中貨車前軸1-128.76001.27134E-06CA50后軸1-268.26001.314320388中貨車EQ140前軸1-123.78508.42156E-08后軸1-269.28502.350262856大貨車JN150前軸1-1498500.009387635后軸1-2101.68501095.76709特大車日野KB222前軸1-150.26000
16、.009759121后軸1-2104.36001095.76709拖掛車五十鈴前軸1-160750.0.21158324后軸3-21007575合計(jì)2352.3605442軸4輪略去不計(jì);方向分配系數(shù)0.5,車道分配系數(shù)為0.8。故有N=ADTTX工(kXP)sp,kk=2352x0.5x0.8=941(次)4.2 交通參數(shù)分析1、累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次設(shè)計(jì)使用年限為30年,車輪輪跡橫向分布系數(shù)為=0.2。(公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范中表A.2.4查得)使用年限內(nèi)的累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次:N=e二(1+r)-1x365xqY9410.085(1+0.085)30-1x365x0.20=85326822000x10
17、4(次)使用年限內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)U(100,2000),屬于重交通等級(jí)。4.3 方案設(shè)計(jì)方案一:面層:水泥混凝土板,厚0.28m基層:5%水泥穩(wěn)定碎石,厚0.18m底基層:6%級(jí)配碎石,厚0.16m(一)初擬路面結(jié)構(gòu)由表3.0.1,相應(yīng)于安全等級(jí)一級(jí)的變異水平等級(jí)為低等。根據(jù)高速公路、重交通等級(jí)和低等級(jí)變異水平等級(jí),查表4-1和表4-3,初擬普通混凝土面層厚度為h=0.28m?;鶎舆x用水泥穩(wěn)定碎石(水泥用量5%),厚h=0.18m,底基層c1為h2=0.16m的級(jí)配碎石(顆粒含量6%)。單向路幅寬度為2x4m(行車道)+2X2.5m(硬路肩),普通混凝土板的平面尺寸為3.75m,長5.0m。
18、縱縫為設(shè)拉桿平縫,橫縫設(shè)計(jì)為傳力桿的假縫。二)材料參數(shù)的確定1、混凝土的設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度與彎拉彈性模量按表3.0.8,取普通混凝土面層的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值f=5.0MPa,相應(yīng)彎拉Y彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值為ec=31GPa泊松比0.15。2、土基的回彈模量參照公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范附錄表E.0.1、表F.0.1路基回彈模量取e=70MPa,查表E.0.1-2,取地下水位1.0m時(shí)濕度調(diào)節(jié)系數(shù)0.80。由此,0路床頂綜合回彈模量取為70x0.8=56MPa為查附錄E.0.2水泥穩(wěn)定碎石基層回彈模量ea=1300MPa。泊松比0.35級(jí)配碎石底基層回彈模量E=220MPa。泊松比12為0.35,礫石粗集料混凝
19、土的線膨脹系數(shù)Q=11x10-6/0c按式(B.2.4-1)式(B.2.4-4)計(jì)算板底地基綜合回彈模量如下:Ex=工i=1i=1i丿h2E""=22工h/h廠i2=220MPah=工h=h=0.16mxi2i=1a=0.261n(h)+0.86=0.26Xln(0.16)+0.86=0.384xE=fEIE丿0(20)aV/E2200.384x56=94.7MPa056板底地基綜合回彈模量E取為90MPat混凝土面層板的彎曲剛度D式.2.2-3)、半剛性基層板的彎曲剛度cD式(B.4.1-2)、路面結(jié)構(gòu)總相對(duì)剛度半徑r式(B.4.1-3)為:1gD=fcT乍31000x0
20、.283=58MN.mc12f-v212(1-0.152cD=1Eh3=0-66MN-m1r=1.21g(3)按式(D+D)c1IE丿t荷載應(yīng)力B.4.1-1),標(biāo)準(zhǔn)荷載和極限荷載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力為1/3=1.21x'8+0.66/3=1.05m901.45x10-3rD廠g1+1Dc=1.434MPa=1.45x10-3r0.65h-2p0.941.45x10-3pm=gPmps0.65h-2Pc0941.45x10-3s0.94=x1.050.65x0.28-2x1000.94s1+0.6658x1.050.65x0.28-2x104.30.941+0.6658Dc=1.
21、51MPa按式(B.2.1),計(jì)算面層荷載疲勞應(yīng)力。按式(B.2.6)計(jì)算面層最大荷載應(yīng)力。C=kkkC=0.87x2.484x1.15x1.434=3.56MPaprrfcps=kkC=0.87x1.15x1.51=1.51MParcpmCp,max其中:應(yīng)力折減系數(shù)k=0.87(B.2.1條);綜合系數(shù)k=1.15(表B.2.1);疲勞應(yīng)力系數(shù)k=nf(4)溫度應(yīng)力由表3.0.10,最大溫度梯度取88t/m。按B.3.3和B.5.2計(jì)算綜合溫度翹曲應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)九=85326820.05=2.484式.2.3-1)1e力的溫度應(yīng)力系數(shù)B。L(h+h1_+_L(EcE1丿k=1n2r=DD、SD
22、+D)k丿c1n-11=21/40.280.18-1+=3390MPa/m31000130058x0.66(58+0.66)x33901/4=0.118mkrg4-DFB3=390x1.054-58)x0,1183=01013390x0.1184-58以1.053gpngc丿1g=_WrTDrt=-=1.593r3x1.05g(1=1-LsinhG.39)cos(l.59)+cosh(1.59)sin(1.59)0.419_。619cosG.39)sinG.59)+sinhG.59)cosh(1.59)1+0.101B=1.77e_4.48hXC-0131(_C)=1.77e-4.48x0.2
23、8x0.619-0.1316-0.619)=0.263LcLL按式(B.3.2)計(jì)算面層最大溫度應(yīng)力:t,maxEhTB11x10-6x31000x0.28x88ccgB=2L2x0.263=1.10MPa溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)k,按式(B.3.4)計(jì)算:k=frtct,maxcbttt,maxr-c=5.00.871x(1.10287-0.071=0.2415.0按式(B.3.1)計(jì)算溫度疲勞應(yīng)力:c=kc=0.241X1.10=0.265MPatrtt,max(5)結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)校核查表3.0.4,級(jí)安全等級(jí),低變異水平條件下,可靠度系數(shù)Y取1.24。按式r3.0(.4-1)和式(3.0.4-2)
24、校核路面結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)是否滿足要求:YC+CL1.24x(3.56+0.265)=4.743f=5.0MPatrprY(c+c11.24X(1.51+1.1)=3.24MPaWf=5.0MParp,maxt,maxr擬定的由計(jì)算厚度0.28m的普通混凝土面層和厚度0.18m的水泥穩(wěn)定粒料基層組成的路面結(jié)構(gòu)滿足要求,可以承受設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力的綜合疲勞作用,以及最重軸載在最大溫度梯度時(shí)的一次作用。取混凝土面層設(shè)計(jì)厚度為0.28m。方案二:面層:水泥混凝土板,厚0.27m基層:5%水泥穩(wěn)定碎石,厚0.15m底基層:4%水泥穩(wěn)定碎石,厚0.16m(一)初擬路面結(jié)構(gòu)由表3.0.1,相應(yīng)于安全
25、等級(jí)一級(jí)的變異水平等級(jí)為低等。根據(jù)高速公路、重交通等級(jí)和低等級(jí)變異水平等級(jí),查表4-1和表4-3,初擬普通混凝土面層厚度為h=0.27m。基層選用水泥穩(wěn)定碎石(水泥用量5%),厚h=0.15m,c1底基層為h2=0.16m的水泥穩(wěn)定碎石(水泥用量4%)。單向路幅寬度為2x3.75m(行車道)+2X2.5m(硬路肩),普通混凝土板的平面尺寸為3.75m,長5.0m。縱縫為設(shè)拉桿平縫,橫縫設(shè)計(jì)為傳力桿的假縫。二)材料參數(shù)的確定1、混凝土的設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度與彎拉彈性模量按表3.0.8,取普通混凝土面層的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值f=5.0MPa,相應(yīng)彎拉Y彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值為ec=31GPa泊松比0.15。2、土基的回
26、彈模量參照公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范附錄表E.0.1、表F.0.1路基回彈模量取e=70MPa,查表E.0.1-2,取地下水位1.0m時(shí)濕度調(diào)節(jié)系數(shù)0.80。由此,0路床頂綜合回彈模量取為70x0.8=56MPa為查附錄E.0.2水泥穩(wěn)定碎石基層回彈模量e、=1300MPa。泊松比0.35,水泥穩(wěn)定碎石底基層回彈模量E=1300MPa。12泊松比為0.35,礫石粗集料混凝土的線膨脹系數(shù)Q=11x10-6/毛。c按式(B.2.4-1)式(B.2.4-4)計(jì)算板底地基綜合回彈模量如下:i=1i丿Ex=工i=1=1300MPah2E""=22工h/h廠i2h=工h=h=0.16m
27、xi2i=1a=0.261n(h)+0.86=0.26Xln(0.16)+0.86=0.384x13000.384x56=187.3MPa56(EE=E=tIE丿00板底地基綜合回彈模量E取為185MPat混凝土面層板的彎曲剛度D式(B.2.2-3)、半剛性基層板的彎曲剛度cD式(B.4.1-2)、路面結(jié)構(gòu)總相對(duì)剛度半徑r式(B.4.1-3)為:1gD=fcT乍31000x0.273=52MN.mc12f-v212(1-0.152c1D=1Eh3r=1.21g(3)按式(D+D)c1IE丿t荷載應(yīng)力(B.4.1-1),標(biāo)準(zhǔn)荷載和極限荷載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力為:1/352+0.421/3=
28、1.21x52十u=0.80m1851.45x10-3rDrg1+1Dc=1.29MPa=1.45x10-3r0.65h-/Ppm=1+DghPps0.65hc-2Ps0.94=氣;0-3x0.800&x0.27-2x1000.941+./520.94=145x103x0.800.65x0.27-2x104.30.94_1+04252Dc=1.34MPa按式(B.2.1),計(jì)算面層荷載疲勞應(yīng)力。按式(B.2.6)計(jì)算面層最大荷載應(yīng)力。C=kkkCprrfc=kkCrc=0.87x2.484x1.15x1.29=3.21MPapsCp,max其中:應(yīng)力折減系數(shù)k=0.87(B.2.1條)
29、;綜合系數(shù)k=1.15(表B.2.1);疲勞=0.87x1.15x1.34=1.34MPapm應(yīng)力系數(shù)k=nf(4)溫度應(yīng)力由表3.0.10,最大溫度梯度取88t/m。按B.3.3和B.5.2計(jì)算綜合溫度翹曲應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)九=85326820.05=2.484式.2.3-1)1e力的溫度應(yīng)力系數(shù)B。L(h+h1_+_L(EcE1丿k=1n2r=DD、SD+D)k丿c1n-11=21/4kr4Dyr3ng-B=3=_g=pngc丿1g=_WrTDrt=-=2.083r3x0.8g0.270.15-1+=4029MPa/m31000130052x0.42(52+0.42)x40291/4=0.101m
30、x084-52)x0.10l3=0.062x0.1014-52x0.83(1=1-L$形(1.8止0(2.08)+coshG.OfLin£.08?=10.104cos(2.08)sin(2.08)+sinh(2.08)cosh(2.08)1+0.062=0.90B=1.77e_4.48hXC-0131(1_C)=1.77e-4.48X0.27x0.900.131(1-0.90)=0.46LcLL按式(B.3.2)計(jì)算面層最大溫度應(yīng)力:t,maxEhTB11X10_6X31000X0.27X88ccgB=2L2X0.46=1.86MPa溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)k,按式(B.3.4)計(jì)算:k=f
31、rtct,maxcbttt,maxrc=5.0=1860.871X(.86?1.2871.2870.071=0.46按式(B.3.1)計(jì)算溫度疲勞應(yīng)力:c=kc=0.46X1.86=0.86MPatrtt,max(5)結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)校核查表3.0.4,級(jí)安全等級(jí),低變異水平條件下,可靠度系數(shù)Y取1.24。按式r3.0(.4-1)和式?(3.0.4-2)校核路面結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)是否滿足要求:YC+C)=1.24x(3.21+0.86)=5.04MPa5MPaWf=5.0MPatrprY(c+c11.24X(1.34+1.86)=3.97MPaWf=5.0MParp,maxt,maxr擬定的由計(jì)算厚度0
32、.27m的普通混凝土面層和厚度0.15m的水泥穩(wěn)定粒料基層組成的路面結(jié)構(gòu)滿足要求,可以承受設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力的綜合疲勞作用,以及最重軸載在最大溫度梯度時(shí)的一次作用。取混凝土面層設(shè)計(jì)厚度為0.27m。方案三:面層:水泥混凝土板,厚0.28m基層:5%水泥穩(wěn)定碎石,厚0.16m底基層:天然砂礫,厚0.22m(一)初擬路面結(jié)構(gòu)由表3.0.1,相應(yīng)于安全等級(jí)一級(jí)的變異水平等級(jí)為低等。根據(jù)高速公路、重交通等級(jí)和低等級(jí)變異水平等級(jí),查表4-1和表4-3,初擬普通混凝土面層厚度為h=0.28m?;鶎舆x用水泥穩(wěn)定碎石(水泥用量5%),厚h=0.16m,c1底基層為h2=0.22m的天然礫石。單向路
33、幅寬度為2x3.75m(行車道)+2X2.5m(硬路肩),普通混凝土板的平面尺寸為3.75m,長5.0m??v縫為設(shè)拉桿平縫,橫縫設(shè)計(jì)為傳力桿的假縫。二)材料參數(shù)的確定1、混凝土的設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度與彎拉彈性模量按表3.0.8,取普通混凝土面層的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值f=5.0MPa,相應(yīng)彎拉Y彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值為ec=31GPa泊松比0.15。2、土基的回彈模量參照公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范附錄表E.0.1、表F.0.1路基回彈模量取e=70MPa,查表E.0.1-2,取地下水位1.0m時(shí)濕度調(diào)節(jié)系數(shù)0.80。由此,0路床頂綜合回彈模量取為70x0.8=56MPa為查附錄E.0.2水泥穩(wěn)定碎石基層回彈模量e.=
34、1300MPa。泊松比0.35,天然礫石底基層回彈模量E=150MPa。泊松12比為0.35,礫石粗集料混凝土的線膨脹系數(shù)Q=11x10-6/0c按式(B.2.4-1)式(B.2.4-4)計(jì)算板底地基綜合回彈模量如下:Ex=工i=1i=1i丿h2E""=22工h/h廠i2=150MPah=工h=h=0.22mxi2i=1a=0.261n(h)+0.86=0.26Xln(0.22)+0.86=0.466x(EE=E=tIE丿0056x56=88.6MPa板底地基綜合回彈模量E取為85MPat混凝土面層板的彎曲剛度D式(B.2.2-3)、半剛性基層板的彎曲剛度cD式(B.4.1
35、-2)、路面結(jié)構(gòu)總相對(duì)剛度半徑r式(B.4.1-3)為:1gD=fcT乍31000x0.283=58MN.mc12f/212(1-0.152c'丿D=1Eh3瞿般=0-51MN-m1r=1.21g(3)按式(D+D)c1IE丿t荷載應(yīng)力(B.4.1-1),標(biāo)準(zhǔn)荷載和極限荷載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力為:1/358+0.511/3=1.21x=1.07m851.45x10-3rD廠g1+1Dc=1.45MPa=1.45x10-3r0.65h-2ppm=1+DghPps0.65h-2Pc0.941.45x10-3.94=x1.070.65x0.28-2x1000.94s1+0.51580.
36、94=1.45:O-3x1.070.65x0.28-2x104.30.94Dc=1.51MPa按式(B.2.1),計(jì)算面層荷載疲勞應(yīng)力。按式(B.2.6)計(jì)算面層最大荷載應(yīng)力。C=kkkCprrfc=kkCrc=0.87x2.484x1.15x1.45=3.60MPapsCp,max其中:應(yīng)力折減系數(shù)k=0.87(B.2.1條);綜合系數(shù)k=1.15(表B.2.1);疲勞=0.87x1.15x1.51=1.63MPapm應(yīng)力系數(shù)k=nf(4)溫度應(yīng)力由表3.0.10,最大溫度梯度取88t/m。按B.3.3和B.5.2計(jì)算綜合溫度翹曲應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)九=85326820.05=2.484式.2.3-1
37、)1e力的溫度應(yīng)力系數(shù)B。L(h+h1_+_L(EcE1丿k=1n2r=DD、<(D+D)E丿c1”&=_;k”r:D-11=21/4(0.280.16)-1+=3785MPa/m31000130058x0.51(58+0.51)x37851/4=0.108mDFB3=785X1074-58)>)01083=008833785x0.1084-58丿xi.073gL5t=1.563r3X1.07gC=1-LsinhG.56)cos(l.56)+cosh(1.56)sin(1.56)0.443=059G.56)sinG.56)+sinhG.56)cosh(1.56)1+0.08
38、8B=1.77e-4.48h伙C-0.131(-C卜1.77e-4.48x0.28x0.59-0.1316-0.59)=0.24LcLL按式(B.3.2)計(jì)算面層最大溫度應(yīng)力:at,maxacEhTgB=11x10-6x31000x°28x88x0.24=1.01MPa2L溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)k,按式(B.3.4)計(jì)算:tbt-Ctk=frtat,maxat,max5.01010.871xCI"5.0-0.071=0.20按式(B.3.1)計(jì)算溫度疲勞應(yīng)力:a=ka=0.20x1.01=0.202MPatrtt,max(5)結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)校核查表3.0.4,級(jí)安全等級(jí),低變異水平
39、條件下,可靠度系數(shù)Y取1.24。按式r(3.(41)和式(3.0.4-2)校核路面結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)是否滿足要求:Ya+a)=1.24x(3.6+0.202)=4.71MPaWf=5.0MPaprtrrYa+a11.24X(1.63+1.01)=3.27MPaWf=5.0MParp,maxt,maxr擬定的由計(jì)算厚度0.28m的普通混凝土面層和厚度0.16m的水泥穩(wěn)定粒料基層組成的路面結(jié)構(gòu)滿足要求,可以承受設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力的綜合疲勞作用,以及最重軸載在最大溫度梯度時(shí)的一次作用。取混凝土面層設(shè)計(jì)厚度為0.28m。5瀝青路面結(jié)構(gòu)層厚度計(jì)算5.1 設(shè)計(jì)資料立德高速K10+000K12+250
40、段,在自然區(qū)劃上屬于V區(qū)。擬建一條高速公路,雙向四車道,車道系數(shù)為n=05,擬采用瀝青路面結(jié)構(gòu),3設(shè)計(jì)年限為15年,交通量年平均增長率為8.5%,沿線土質(zhì)為低液限粘土,沿線地質(zhì)情況為覆蓋層以種植土、亞砂土和亞粘土為主,含少量的碎石質(zhì)土,覆蓋層厚2m左右,稻田中種植土厚0.6m左右。下伏基巖為硅化板巖。公路沿線有較豐富的砂礫材料、砂,當(dāng)?shù)匮鼐€無礦石料場(chǎng),礦石材料需外購,當(dāng)?shù)赜兴鄰S和電廠,粉煤灰較豐富,有少量石灰生產(chǎn),但產(chǎn)量不高。5.2 軸載分析表5-1交通組成及交通量表(雙向)車型后軸型號(hào)交誦量(輛/晝夜)小客車1-12700中客車SH1301-2800大客車CA501-2500小貨車BJ13
41、01-21700中貨車CA501-2600中貨車EQ1401-2850大貨車JN1501-2850特大車日野KB2221-2600拖掛車五十鈴3-275交誦量年平均增長率()8.5我國瀝青路面設(shè)計(jì)以雙輪組單軸載lOOkN為標(biāo)準(zhǔn)軸載,表示為BZZ-1OO。按照公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范(JTGD50-2006),標(biāo)準(zhǔn)軸載的計(jì)算參數(shù)按表5-2確定。表5-2標(biāo)準(zhǔn)軸載計(jì)算參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)軸載名稱BZZ-100標(biāo)準(zhǔn)軸載名稱BZZ-100標(biāo)準(zhǔn)軸載P(KN)100單輪當(dāng)里圓直徑d(mm)21.30輪胎接地壓強(qiáng)p(Mpa)0.70兩輪中心距(cm)1.5d(1)當(dāng)以設(shè)計(jì)彎沉值設(shè)計(jì)指標(biāo)及瀝青基層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí),各級(jí)軸載Pi
42、的作用次數(shù)n均換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載P的當(dāng)量作用次數(shù)N。iN=£CCn(P)4.3512iPi=1式中:N以設(shè)計(jì)彎沉值和瀝青層層底拉應(yīng)力為指標(biāo)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量次數(shù);n被換算車型的各級(jí)軸載換算次數(shù)(次/d);iP標(biāo)準(zhǔn)軸載(kN);P各種被換算車型的軸載(kN);iC被換算車型的軸數(shù)系數(shù);C2被換算車型的輪組系數(shù),單輪組為6.4,雙輪組為1.0,四軸組為0.38K被換算車型的軸載級(jí)別。當(dāng)軸間距離大于3m時(shí),按單獨(dú)的一個(gè)軸載計(jì)算;當(dāng)軸間距離小于3m時(shí),雙軸或多軸的軸數(shù)系數(shù)按下面公式計(jì)算:C=1+1.2(m-1)1式中:m軸數(shù)。表5-3軸載換算結(jié)果車型P(kN)iC1C2n(次/日)iCCn(P/
43、P)4.35小客車前軸11.516.427001.417684后軸2316.4270028.91078中客車SH130前軸16.516.48002.019878后軸23118001.338462大客車CA50前軸28.716.450014.02608后軸68.21150094.60891小貨車BJ130前軸13.5516.417001.822069后軸27.21117005.899615中貨車CA50前軸28.716.460016.83129后軸68.211600113.5307中貨車EQ140前軸23.716.485010.36941后軸69.211850171.3486大貨車JN150前軸
44、4916.4850244.316后軸101.611850910.7655特大車日野KB222前軸50.216.4600191.5986后軸104.311600720.5896拖掛車五十鈴前軸6016.47552.02345后軸3x1003175225刀N2806.417則按公式(3.1.7)其設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上的累計(jì)量軸次N:ew(1+Y)t-lx365zN=N耳ey1式中N設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道的累計(jì)當(dāng)量軸次數(shù)(次/車道)t設(shè)計(jì)年限(年),查表3.1.3知,t=15年;N營運(yùn)第一年雙向日平均當(dāng)量軸次(次/d);1Y設(shè)計(jì)年限內(nèi)的交通量平均增長率,由材料知,丫=0.085;n車道系數(shù),查表3.1.
45、6知n=o.5。則以設(shè)計(jì)彎沉值為指標(biāo)及瀝青層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)N=(1+丫“1X365XNn二巴+°.°85)15一1蘭365X2806.417x0.5二0.0851.446x107次。(2)當(dāng)進(jìn)行半剛性基層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí),各級(jí)軸載的作用次數(shù)n,均按下式i換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載p的當(dāng)量作用次數(shù)N':p丫i-Ip丿式中N'以半剛性材料層的拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量軸次(次/日);c'-被換算車型的軸數(shù)系數(shù),以拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí),雙軸或多軸的軸1數(shù)系數(shù)按式C'=1+2(m-1)計(jì)算;1C'被換算車型的輪組系數(shù),單輪組為18.5,雙輪組為1.
46、0,四輪組為20.09表5-4軸載換算結(jié)果車型P(kN)iC'1C'2n(次/日)i(P.8C1C"IP丿小客車前軸11.5118.527000.001528后軸23118.527000.391163中客車SH130前軸16.5118.58000.008131后軸23118000.006265大客車CA50前軸28.7118.55000.425791后軸68.21150023.40157小貨車BJ130前軸13.55118.517000.003574后軸27.21117000.050933中貨車CA50前軸28.7118.56000.51095后軸68.2116002
47、8.08188中貨車EQ140前軸23.7118.58500.156523后軸69.21185044.6959大貨車JN150前軸49118.585052.25878后軸101.611850965.0917特大車日野KB222前軸50.2118.560044.76646后軸104.311600840.2833拖掛車五十鈴前軸60118.57523.30467后軸3x1005175375刀N'2398.388則其設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上的累計(jì)量軸次N'為:e0.085e二(1+丫)Tx365X切=(1+0.°8卯弘365x2398388X0.5二1.236価次。5.3 瀝青
48、路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案5.3.1 路面材料選擇1. 交通量情況:經(jīng)計(jì)算得設(shè)計(jì)車道交通量累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為1.446x107次(按設(shè)計(jì)彎沉計(jì)),為重交通,說明交通量很大。2. 地質(zhì)與土基情況:立德高速公路沿線地處貴州省西南部,該路段在自然區(qū)劃上屬于V3區(qū),沿線土質(zhì)為低液限粘土,填方路基高1.8m,地下水位距路床0.9m,屬中濕狀態(tài),路線大致呈西南走向,六盤水境內(nèi)巖溶地貌類型齊全,發(fā)育典型。山巒眾多,延綿起伏;溝壑縱橫,深履險(xiǎn)峻。地勢(shì)西北高,東南低;其中本設(shè)計(jì)段K10+000K12+500段路中線相對(duì)高差較大,公路沿線主要為荒山坡,地形地質(zhì)條件極為復(fù)雜,地質(zhì)病害較多,有溶洞、滑坡、崩塌、采空區(qū)、軟土、斷層等。該
49、設(shè)計(jì)路段路基處于中濕狀態(tài),路基土為低液限黏質(zhì)土,土基的回彈模量為35MPa。3. 沿線氣象情況:由于該路段屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候地區(qū)。整體氣溫變化幅度小,年均溫13-14°C,1月均溫3.0-6.3°C,7月均溫19.8-22.0°C。無霜期230-300天。降雨量1200-1500毫米。冬暖夏涼,氣候宜人。多年最大道路凍深為平均凍結(jié)指數(shù)為32C,最大凍結(jié)指數(shù)為57C,查表5.2.2可知該路段地區(qū)屬于非冰凍地區(qū),所以不需要進(jìn)行防凍厚度驗(yàn)算。路段所屬地區(qū)地形起伏較大,局部地區(qū)氣候差異明顯。六盤水市總水量約142.18億立方米,其中地表水體平均年流量64億立方米。4. 公路沿線主要筑路材料情況:公路沿線有較豐富的砂礫材料、砂,當(dāng)?shù)匮鼐€無礦石料場(chǎng),礦石材料需外購,當(dāng)?shù)赜兴鄰S和電廠,粉煤灰較豐富,有少量石灰生產(chǎn),但產(chǎn)量不高。本路段水源較為豐富,施工用電可考慮利
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