双向四车道高速公路路基路面工程设计课程设计

双向四车道高速公路路基路面工程设计课程设计内容摘要：

对于标准轴载作用次数的统计，去掉影响较小的轴载小于40KN 的交通量。 并由式 ~ 计算结果列表如下： 表 轴载换算计算表 轴载 Pi（ KN） 每日通过次数（次 /d） i 16100P BZZ100 轴次 （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 页 共 54 页 1600 1 51 2 563 106 1 2 80 480 106 3 2 110 1600 106 1571 ∑ =20648 则可知本路建成初期每昼夜双向混合交通量换算成标准轴载的作用次数为 20648 次 /d。 交通分析 由 《公路 水泥混凝土路面设计 规范》 (JTG D40— 2020)可得高速公路的设计基准期为 30 年，具体数值见 表 ： 表 可靠度设计指标 公路技术等级 高速公路 一级公路 二级公路 三、四级公路 安全等级 一级 二级 三级 四级 设计基准期（ a） 30 30 20 20 目标可靠度（％） 95 90 85 80 目标可靠指标 第 26 页 共 54 页 变异水平等级 低 低～中 中 中～高 则设计基准期内路面所承受的标准轴载累计作用次数为Ni，则有：  1365 11ti nN     (25) 其中， t =30， n1=20648，γ =%。 则有    1 1 94 8 8 3 31 910 9 9 2 0 64 8365 30 iN。 由于路面设计依据的交通量是设计车道上的交通量，所以，应对道路交通量乘以方向不均匀系数及车道不均匀系数。 方向不均匀系数取 ，车道不均匀系数取。 则有 设计基准期内设计车道所承受的标准轴载累计作用次数 Ns 为： Ns=Ni =1194883319 =597441660。 车道横断面上各点所受的 轴载作用次数，仅为通过该车道断面的轴载作用次数的一部分。 水泥混凝土路面的临界疲劳荷位为纵缝边缘中部，该处的轮迹横向分布系数，按实际测定结果参照表 所示。 表 车辆轮迹横向分布系数 公路等级 纵缝边缘处 第 27 页 共 54 页 高速 、 一级公路 、 收费站 ~ 二级及二级 以 下公路 行车道宽大于 7m ~ 行车道宽小于或等于 7m ~ 本公路为高速公路双向六车道，取 η =。 则，设计基准期内面层临界荷位出得标准轴载累积作用次数 Ne。 Ne=Nsη =597441660 =119488332。 (26) 水泥混凝土路面所承受的交通轴载作用，按设计基准期内设计车道所承受的标准轴载累计作用次数分为 4 级，分级范围如表 所示。 表 交通分级 交通等级 特重 重 中等 轻 设计车道标准轴载累计作用次数 Ne（ 104） ＞ 2020 100～ 2020 3～ 100 ＜ 3 由表 可知， 本 道路交通属于特重交通。 路面结构组合设计 组成水泥混凝土路面的结构层包括：垫层、基层和面层等，第 28 页 共 54 页 各结构层的功能和作用各不相同。 垫层设计 本公路路基土质较差、水温状况 不良 ， 需要在路基和基层之间设置垫层，以改善路基的湿度和温度状况，保证面层和基层的强度、刚度及温度性。 由于修筑垫层的材料，强度要求不一定要求很高，但水稳性和隔温性能要好，本设计 考虑到公路所在地区降雨量较大，地下水位较高， 主要采用排水垫层。 排水垫层所采用的材料是砂砾，砂砾垫层应采用洁净的中、粗砂及砾石，含泥量不大于 5%，并将其中的植物、杂质清除干净，也可以采用天然级配的砂砾料，其最大粒径不大于 50mm。 应注意防止粗细粒料分离现象。 由 《公路 水泥混凝土路面设计 规范》 (JTG D40— 2020)，垫层的宽度应与路基同宽，其最小厚度为 150mm。 本设计取垫层厚度为 180mm。 基层设计 在面层下设置基层的主要目的是防止唧泥、错台和由此引起的面板断裂等损坏的出现。 要求刚度与面层匹配，细粒土含量少、耐冲刷能力强和有排水设施。 由于本公路为高速公路，对基层的上述要求较高。 （ 1） 类型 由于本公路交通属于特重交通。 由 《公路 水泥混凝土路面第 29 页 共 54 页 设计 规范》 (JTG D40— 2020)可得适宜的基层类型如表 所示。 表 适宜各类交通等级的基层类型 交通等级 基层类型 特重交通 贫混凝土 、碾压混凝土或沥青混凝土基层 重交通 水泥稳定粒料或沥青稳定碎石基层 中等或轻交通 水泥稳定粒料、石灰粉煤灰稳定粒料或级配粒料基层 由表 本设计路面基层采用 水泥稳定砂。 同时考虑到特种交通的需求，同时加设 选用水泥稳定粒料 (水泥用量 5％ )的底基层。 （ 2） 宽度 由 《公路 水泥混凝土路面设计 规范》 (JTG D40— 2020)知。 基层的宽度应比混凝土面层每侧至少宽出 300mm（采用小型机具施工时）或 500mm（轨模式摊铺机施工时）或 650mm（滑模式摊铺机施工时）。 路肩采用混凝土面层，其厚度与行车道面 层相同时，基 层宽度宜与路基同宽。 级配粒料基层的宽度也宜与路基同宽。 本设计 采用与路基同宽度的基层。 （ 3） 厚度 由 《公路 水泥混凝土路面设计 规范》 (JTG D40— 2020)。 可知各类基层厚度的适宜范围，如表 所示。 表 各类基层厚度的适宜范围 第 30 页 共 54 页 基层类型 厚度适宜的范围（ mm） 贫混凝土或碾压混凝土基层 120～ 200 水泥或石灰粉煤灰稳定粒料基层 150～ 250 沥青混凝土基层 40～ 60 沥青稳定碎石基层 80～ 100 级配粒料基层 150～ 200 多孔隙水泥稳定碎石排水基层 100～ 140 沥青稳定碎石排水基层 80～ 100 由于本设计采用 水泥稳定砂 基层，且考虑到交通容量特别大，并结合贫混凝土的材料性能，决定采用 160mm 的 水泥稳定沙粒 基层。 水泥稳定 沙粒 底基层的厚度综合考虑采用 180mm 面层设计 水泥混凝土面层应具有足够的强度、耐久性，表面抗滑、耐磨、平整。 面层采用设接缝的普通混凝土。 具体设计参数见下节，水泥混凝土路面设计。 路肩设计 路肩的作用是为路面提供侧向支承，并承受一定的荷载。 本设计路肩铺面采用水泥混凝土面层。 高速公路硬路肩水第 31 页 共 54 页 泥混凝土面层的厚度采用与行车道面层等 厚，基层与行车道基层相同。 路面排水设计 （ 1）高速公路因平纵横三方面均要求较高，所以路基填挖较大。 一般需设置拦水带，防止雨水集中冲刷填方坡面，造成坡面拉沟，甚至冲毁路基。 拦水带采用形式如图 所示。 图 拦水带示意图 （ 2）中央分隔带排水的作用主要是排除中央分隔带范围内的表面渗入水，本设计采用凸形表面有铺面封闭的中央分隔带，如图 所示。 1:11:1铺面封闭底基层基层面层涂刷粘层沥青1c m厚 座底砂浆 图 中央分隔带排水 第 32 页 共 54 页 （ 3）行车道路面应设置双向或单向横坡，坡度为 2％。 路肩铺面的横向坡度值比行车道路面的横坡值大 1％，为 3％。 （ 4）行车道路面结构设置了排水垫层，在排水垫层外侧边缘设置纵向集水沟，并间隔 50~100m 设置横向排水管。 排水垫层的纵向边缘集水沟设在路床边缘。 集水沟的纵坡与路线纵坡相同。 （ 5）集水沟的宽度通常采用 300mm。 集水沟的深度为保证集水管管顶低于排水层底面，并有足够厚度和回填料使集水管不被施工机械压裂。 采用 200mm。 路面结构层设计 . 初拟路面结构 由表 知， 相应于安全等级一级的变异水平等级为低级。 根据高速公路特重交通等级和低变异水平等级，查表 初拟普通混凝土面层厚度为 ， 水泥稳定砂 基层 ，底基层选用水泥稳定粒料 (水泥用量 5％ )，厚 ，垫层为 天然沙砾。 水泥混凝土上面层板的平面尺寸长为 、宽从中央分隔带至路肩依次为 、 、 ；纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。 水泥稳定砂 不设纵缝，横缝设假缝，间距 (板长 )4m。 表 水泥混凝土面层厚度参考范围 交通等级 特重 重 第 33 页 共 54 页 公路等级 高速 一级 二级 高速 一级 二级 变异水平等级 低 中 低 中 低 中 低 中 面层厚度（ mm） ≥ 260 ≥ 250 ≥ 240 270～240 260～230 250～ 220 . 路面材料参数的确定 （ 1）面层 由 《公路 水泥混凝土路面设计 规范》 (JTG D40— 2020)可得普通混凝土面层弯拉强度标准值如表 所示。 表 水泥混凝土设计弯拉强度标准值 交通等级 特重 重 中等 轻 水泥混凝土的弯拉强度标准值（ MPa） 钢纤维混凝土的弯拉强度标准值（ MPa） 同时可得相应的 弯拉弹性模量如表 所示。 表 水泥混凝土弯拉弹性模量经验参考值 弯拉强度（ MPa） 1.0 1.5 第 34 页 共 54 页 抗压强度（ MPa） 5.0 7.7 11.0 14.9 19.3 24.2 29.7 35.8 41.8 48.4 弯拉弹性模量（ GPa） 10 15 18 21 23 25 27 29 31 33 综上分析， 取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为 ，相应弯拉弹性模量标准值为 31GPa。 （ 2）基层 参考有关资料， 水泥稳 定砂 弯拉强度标准值为 ，相应弯拉弹性模量标准值为 27GPa。 又由表 得 水泥稳定粒料基层回弹模量取 1300MPa。 表 垫层和基层材料回弹模量 经验参考值 材料类型 回弹模量（ MPa） 天然沙砾 150~200 水泥稳定粒料 1300~1700 （ 3）垫层 同样由表 得天然 砂 砾垫层的回弹模量取 200MPa。 （ 4）路基 由 《公路 水泥混凝土路面设计 规范》 (JTG D40— 2020)建议路基土回弹模量取值如表 所示。 表 中湿路基路床顶面回弹模量（ MPa） 第 35 页 共 54 页 土组 公路自然区划 Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 土质砂 26~42 40~50 39~50 35~60 50~60 粘质土 25~45 30~40 25~45 30~45 30~45 粉质土 22~46 32~54 30~50 27~43 30~45 由《公路自然区划标准》可知： 辽宁 大部分位于 II2a 辽河平原冻融交替副 区，属于 东部温润季冻 区。 路基土质为粉质土。 路基土回弹模量取 40MPa。 . 基层顶面回弹模量 由 《公路 水泥混凝土路面设计 规范》 (JTG D40— 2020)得基层顶面回弹模量的计算公式如下： 1 30 0b xtxEE ah E E  (27) 221 1 2 22212x h E h EE hh 。