道路工程設(shè)計書

1、河北大學(xué)本科生課程設(shè)計道路工程課程路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(第 5 小組) 學(xué) 院 建筑工程學(xué)院 學(xué)科門類 工科 專 業(yè) 土木工程 學(xué) 號 姓 名 小組成員 指導(dǎo)教師 楊三強 2016年 5 月 12日 道路工程設(shè)計說明書一、所分配地區(qū)簡介華北地區(qū)簡介：華北地區(qū)，屬于自然地理分區(qū)，不是行政區(qū)，不隨著行政區(qū)劃調(diào)整而改變，按照地理教科書，華北地區(qū)，一般指秦嶺-淮河線以北，長城以南的中國的廣大區(qū)域；北與東北地區(qū)、內(nèi)蒙古地區(qū)相接。大致以10積溫3200（西北段為3000）等值線、1月平均氣溫-10（西北段為-8）等值線為界。自然區(qū)劃屬于西北地區(qū)，地理上的氣候?qū)W的現(xiàn)代華北為“暖溫帶半濕潤大陸性氣候”，四季分明，光照

2、充足；冬季寒冷干燥且較長，夏季高溫降水相對較多，春秋季較短。但華北平原的熱量和雨水明顯多于黃土高原。華北的土壤皆為河流沖積黃色旱作類型，是中國小麥的主產(chǎn)區(qū)。氣候特點：冬季這里受來自高緯內(nèi)陸偏北風(fēng)的影響，盛行極地大陸氣團(tuán)，寒冷干燥；夏季受極地海洋氣團(tuán)或變性熱帶海洋氣團(tuán)影響，盛行東和東南風(fēng)，暖熱多雨，雨熱同季。年降水量多為5001000mm，約有23集中于夏季（夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥）。全年四季分明，天氣多變，隨著緯度的增高，冬、夏氣溫變幅相應(yīng)增大，而降水逐漸減少。冬季寒冷干燥：最冷月均溫在0攝氏度以下，冬季寒冷，成因有：本地緯度較高、離冬季風(fēng)源地近、地形較低平坦地勢西高東低使冬季風(fēng)得以加強。

3、春季干旱多風(fēng)沙，夏季炎熱多雨，冬季較寒冷，干燥少雪；秋季是最好的季節(jié)，秋高氣爽，溫潤宜人。年平均氣溫為11.7度，極端最低氣溫-27.4(1966年2月22日)。極端最高氣溫40.6(1961年6月10日)。年平均降水量為640毫米，是華北平原降水最多的地方之一。主要降水集中在七、八月份，且多雷雨和大到暴雨，全年無霜期為180-200天。石保二級公路的設(shè)計資料：通過主要的城市定州市和新樂市，擬設(shè)計出石家莊到保定的高速公路。設(shè)計路線的全場為126.9公里，為雙車道公路，設(shè)計速度為80Km/h。雙車道二級公路應(yīng)能適應(yīng)將各種汽車折合成小客車的年平均日交通量 5000 -15000 輛。高速公路地處4

4、區(qū)，為雙向四車道，擬采用瀝青路面結(jié)構(gòu)，進(jìn)行施工圖設(shè)計，沿線土質(zhì)為中液限粘性土，年降雨量為640mm/年，最高氣溫37，最低氣溫-21，多年平均凍結(jié)指數(shù)為113d，最大凍結(jié)指數(shù)為184d。交通量資料根據(jù)交通調(diào)查進(jìn)行綜合分析，預(yù)測其交通增長率前五年為8.0% 、之后五年為7.2%，最后五年為5.0%。石保高速公路屬于四車道高速公路，應(yīng)能適應(yīng)將各種汽車折合成小客車的年平均日交通量 25000 到55000 輛。初擬路面結(jié)構(gòu)擬定采用半剛性基層瀝青路面。根據(jù)結(jié)構(gòu)層的最小施工厚度、材料、水文、交通量以及施工機具的功能等因素，初步確定路面結(jié)構(gòu)組合與各層厚度如下：4cm細(xì)粒式瀝青混凝土 + 6cm中粒式瀝青混

5、凝土 + 7cm粗粒式瀝青混凝土 + 56cm水泥穩(wěn)定碎石 基層+ 二灰土底基層，以二灰土為設(shè)計層。路面材料配合比設(shè)計與設(shè)計參數(shù)的確定試驗材料的確定半剛性基層所用集料與結(jié)合料取自沿線料場，瀝青選用重交通90#石油瀝青，上面層采用SBS改性瀝青，技術(shù)指標(biāo)均符合公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范相關(guān)規(guī)定。設(shè)計路段路基處于中濕狀態(tài)，路基土為中液限粘質(zhì)土，查表法可得土基回彈模量值為35.5MPa。設(shè)計彎沉值和容許拉應(yīng)力計算序號 車 型 名 稱 前軸重(kN) 后軸重(kN) 后軸數(shù) 后軸輪組數(shù) 后軸距(m) 交通量 1 黃河JN150 49 101.6 1 雙輪組 2000 2 黃海DD690 56 104 2

6、 雙輪組 3 2500 3 東風(fēng)CS938 24 70 2 雙輪組 3 2000 4 平板車 100 100 3 四輪組 3 2500 5 其他車 50 50 1 單輪組 1000 設(shè)計年限 15 車道系數(shù) .4 序號 分段時間(年) 交通量年增長率 1 5 8 2 5 7.2 3 5 5 一個車道上大客車及中型以上的各種貨車日平均交通量Nh= 4000 ,屬特重交通等級當(dāng)以設(shè)計彎沉值和瀝青層層底拉應(yīng)力為指標(biāo)時 :路面營運第一年雙向日平均當(dāng)量軸次 : 30664 設(shè)計年限內(nèi)一個車道上的累計當(dāng)量軸次 : 1.139923E+08 屬特重交通等級當(dāng)以半剛性材料結(jié)構(gòu)層層底拉應(yīng)力為設(shè)計指標(biāo)時 :路面營

7、運第一年雙向日平均當(dāng)量軸次 : 57434 設(shè)計年限內(nèi)一個車道上的累計當(dāng)量軸次 : 2.135088E+08 屬特重交通等級路面設(shè)計交通等級為特重交通等級公路等級 高速公路公路等級系數(shù) 1 面層類型系數(shù) 1 路面結(jié)構(gòu)類型系數(shù) 1 路面設(shè)計彎沉值 : 14.7 (0.01mm)第一層：細(xì)粒式瀝青混凝土OGFC。厚度確定：根據(jù)經(jīng)驗宜為最大粒徑的2-3倍，故選為40mm厚。 第二層：選用中粒式瀝青混凝土AC-16。厚度確定：根據(jù)經(jīng)驗宜為最大粒徑的2-3倍，故選為60mm厚。第三層：選用密集配瀝青穩(wěn)定碎石AC-25。厚度確定：根據(jù)經(jīng)驗宜為最大粒徑的2-3倍，故選為70mm厚。第一層和第二層瀝青選用：根

8、據(jù)中國瀝青路面氣候分區(qū)圖，可知該地區(qū)為2-2區(qū)，根據(jù)公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范表4.2.1-1，選用90號瀝青。第三層：根據(jù)原路面的回彈模量選擇水泥穩(wěn)定碎石，厚度選取在150250mm之間。故取200mm。公路等級 高速公路公路等級系數(shù) 1 面層類型系數(shù) 1 路面結(jié)構(gòu)類型系數(shù) 1 層位 結(jié) 構(gòu) 層 材 料 名 稱 劈裂強度(MPa) 容許拉應(yīng)力(MPa) 1 中粒式瀝青混凝土 1 .19 2 粗粒式瀝青混凝土 .8 .15 3 粗粒式瀝青混凝土 .6 .11 4 水泥穩(wěn)定碎石 .6 .21 5 石灰土 .25 .07 驗算路面防凍厚度 : 路面最小防凍厚度 560 mm驗算結(jié)果表明 ,路面總厚度

9、滿足防凍要求 . 新建路面結(jié)構(gòu)厚度計算 公 路 等 級 : 高速公路 新建路面的層數(shù) : 5 標(biāo) 準(zhǔn) 軸 載 : BZZ-100 路面設(shè)計彎沉值 : 14.7 (0.01mm) 路面設(shè)計層層位 : 4 設(shè)計層最小厚度 : 150 (mm) 層位 結(jié) 構(gòu) 層 材 料 名 稱 厚度 20平均抗壓 標(biāo)準(zhǔn)差 15平均抗壓 標(biāo)準(zhǔn)差 容許應(yīng)力 (mm) 模量(MPa) (MPa) 模量(MPa) (MPa) (MPa) 1 細(xì)粒式瀝青混凝土 40 1400 0 2000 0 .8 2 中粒式瀝青混凝土 60 1200 0 1600 0 .7 3 粗粒式瀝青混凝土 70 900 0 1200 0 .6 4

10、水泥穩(wěn)定碎石 ? 1500 0 1500 0 .14 5 石灰土 200 550 0 550 0 .08 6 新建路基 35.5 按設(shè)計彎沉值計算設(shè)計層厚度 : LD= 14.7 (0.01mm) H( 4 )= 550 mm LS= 14.8 (0.01mm) H( 4 )= 600 mm LS= 13.8 (0.01mm) H( 4 )= 555 mm(僅考慮彎沉) 按容許拉應(yīng)力計算設(shè)計層厚度 : H( 4 )= 555 mm(第 1 層底面拉應(yīng)力計算滿足要求) H( 4 )= 555 mm(第 2 層底面拉應(yīng)力計算滿足要求) H( 4 )= 555 mm(第 3 層底面拉應(yīng)力計算滿足要求

11、) H( 4 )= 555 mm(第 4 層底面拉應(yīng)力計算滿足要求) H( 4 )= 555 mm(第 5 層底面拉應(yīng)力計算滿足要求)路面設(shè)計層厚度 : H( 4 )= 555 mm(僅考慮彎沉) H( 4 )= 555 mm(同時考慮彎沉和拉應(yīng)力) 驗算路面防凍厚度 : 路面最小防凍厚度 560 mm 驗算結(jié)果表明 ,路面總厚度滿足防凍要求 . 通過對設(shè)計層厚度取整, 最后得到路面結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)果如下: - 細(xì)粒式瀝青混凝土 40 mm - 中粒式瀝青混凝土 60 mm - 粗粒式瀝青混凝土 70 mm - 水泥穩(wěn)定碎石 560 mm - 石灰土 200 mm - 新建路基 交工驗收彎沉值和層底

12、拉應(yīng)力計算 公 路 等 級 : 高速公路 新建路面的層數(shù) : 5 標(biāo) 準(zhǔn) 軸 載 : BZZ-100層位 結(jié) 構(gòu) 層 材 料 名 稱 厚度 20平均抗壓 標(biāo)準(zhǔn)差 15平均抗壓 標(biāo)準(zhǔn)差 綜合影響系數(shù) (mm) 模量(MPa) (MPa) 模量(MPa) (MPa) 1 細(xì)粒式瀝青混凝土 40 1400 0 2000 0 1 2 中粒式瀝青混凝土 60 1200 0 1600 0 1 3 粗粒式瀝青混凝土 70 900 0 1200 0 1 4 水泥穩(wěn)定碎石 560 1500 0 1500 0 1 5 石灰土 200 550 0 550 0 1 6 新建路基 35.5 1 計算新建路面各結(jié)構(gòu)層及路

13、基頂面交工驗收彎沉值 : 第 1 層路面頂面交工驗收彎沉值 LS= 14.6 (0.01mm) 第 2 層路面頂面交工驗收彎沉值 LS= 15.4 (0.01mm) 第 3 層路面頂面交工驗收彎沉值 LS= 16.6 (0.01mm) 第 4 層路面頂面交工驗收彎沉值 LS= 18.1 (0.01mm) 第 5 層路面頂面交工驗收彎沉值 LS= 145.2 (0.01mm) 路基頂面交工驗收彎沉值 LS= 262.4 (0.01mm)( 根據(jù)“公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范”公式計算) LS= 327.1 (0.01mm)( 根據(jù)“公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范”公式計算) 計算新建路面各結(jié)構(gòu)層底面最大拉應(yīng)力

14、 :(未考慮綜合影響系數(shù)) 第 1 層底面最大拉應(yīng)力 ( 1 )=-.157 (MPa) 第 2 層底面最大拉應(yīng)力 ( 2 )=-.025 (MPa) 第 3 層底面最大拉應(yīng)力 ( 3 )=-.033 (MPa) 第 4 層底面最大拉應(yīng)力 ( 4 )= .064 (MPa) 第 5 層底面最大拉應(yīng)力 ( 5 )= .034 (MPa)設(shè)計依據(jù)：新建或改建公路的路面設(shè)計應(yīng)根據(jù)工程可行性研究報告的有關(guān)交通量預(yù)測資料或現(xiàn)有交通量觀測站實測十年以上的交通量資料，考慮各種車型的交通組成（或比例），并實測或收集大客車、小貨車、中貨車、大型貨車、拖掛車等的軸載譜分布，或論證地確定各種車型的代表軸重；再將不同

15、車型的軸重?fù)Q算成標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量軸次，求得交工后第一年雙向日平均當(dāng)量軸次(N1)。設(shè)計年限內(nèi)交通量的平均增長率( r )應(yīng)根據(jù)工程可行性研究報告中有關(guān)預(yù)測的交通量增長率，分析論證確定設(shè)計交通量的平均增長率。表3.1.6 車道系數(shù)車 道 特 征車道系數(shù)雙向單車道1.0雙向兩車道0.60.7雙向四車道0.40.5雙向六車道0.30.4雙向八車道0.250.35半剛性材料基層、底基層的一層壓實厚度宜為180200mm，并不得分層鋪筑小于15cm的薄層，對半剛性材料的上基層厚度不宜小于180mm。當(dāng)采用半剛性基層瀝青路面時，高速公路、一級公路的瀝青層厚度可為120180mm；二級公路的瀝青層厚度宜為60

16、120mm凍土是指含有水份的土壤因溫度下降到0或以下時而呈凍結(jié)的狀態(tài)。 石家莊站平均于11月13日土壤開始出現(xiàn)夜凍現(xiàn)象，至3月13日終止凍結(jié)。 歷年最大凍土深度為56厘米，發(fā)生在1984年2月1013日。二級公路的路面設(shè)計年限應(yīng)為12年，有特殊使用要求時可適當(dāng)延長。表3.1.8 交通等級交通等級BZZ-100KN累計標(biāo)準(zhǔn)軸次Ne(萬次/車道)中型以上貨車及大客車（日/輛）A特輕交通100250010000表4.1.3 瀝青混合料結(jié)構(gòu)層的最小壓實厚度與適宜厚度瀝青混合料類型公稱最大粒徑（mm）最小壓實厚度（mm）適宜厚度（mm）砂粒式瀝青砼4.75101525細(xì)粒式瀝青砼9.5202025細(xì)粒式

17、瀝青砼13.2303040中粒式瀝青砼16404060中粒式瀝青砼19506080粗粒式瀝青砼26.56070100粗粒式大粒徑瀝青碎石26.57080120粗粒式大粒徑瀝青碎石31.590100150特粗式大粒徑瀝青碎石37.5100120150表4.1.5 結(jié)構(gòu)層最小壓實厚度與適宜厚度結(jié) 構(gòu) 層 類 型最小壓實厚度（mm）適宜厚度（mm）上拌下貫瀝青碎石6060100瀝 青 貫入式碎石404080瀝青表處101030水泥穩(wěn)定類150*180200石灰穩(wěn)定類150*180200石灰粉煤灰穩(wěn)定類150*180200貧混凝土150180240級配碎、礫石80100200泥 結(jié) 碎 石801001

18、50填 隙 碎 石100100120注：*為半剛性基層補強的最小厚度。墊層采用未篩分碎石和天然砂礫時，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)層厚度（h）確定最大粒徑，一般最大粒徑應(yīng)在1/3-2/3h之間，以保證集料骨架的形成，提高結(jié)構(gòu)層的穩(wěn)定性。 一條公路應(yīng)采用同一凈高 高速公路 一級公路 二級公路的凈高應(yīng)為 5.00m 三級公路 四級公路的凈高應(yīng)為 4.50m 檢修道 人行道與行車道分開設(shè)置時 其凈高應(yīng)為 2.50m 表E.1 瀝青混合材料設(shè)計參數(shù)材 料 名 稱抗壓模量E(MPa)劈裂強度備 注2015（彎沉）15（拉應(yīng)力）15細(xì)粒式瀝青混凝土密級配1200-16001800-22001.2-1.6AC-10,AC-13開級配700-10001000-14000.6-1.0OGFC瀝青瑪蹄脂碎石1200-16001200-15001.4-1.9SMA中粒式瀝青混凝土1000-14001600-20000.8-1.2AC-16AC-20密級配粗粒式瀝青混凝土800-12001000-14000.6-1.0AC-25大粒徑瀝青碎石基層密級配1000-14001200-16000.6-1.0LSM25-35半開級配600-800AM25-35瀝青貫入式400-600注：瀝青為90#或70#表E.2 基層、底基層材料設(shè)計參數(shù)材料名稱配合比或規(guī)格要求抗壓模量E(MPa)彎沉計算劈裂強度(Mpa)抗壓模量E(MP