高速公路路面設(shè)計及排水設(shè)計

1、第三章 排水設(shè)計計算說明書3.1 氣候與地質(zhì)條件介紹項目工程區(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13-14C, 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-12 Co多年平均降水量達(dá)到1350毫米/年。蒸發(fā)量最大的月份為2 5 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流, 由西向東

2、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，深履險峻。地勢西北高，東南低。地面最高點為烏蒙山脈的韭菜坪， 海拔在 2900.3 米，人稱“貴州屋脊”；最低點在六枝特區(qū)毛口鄉(xiāng)北盤江河谷，海 拔586米。境內(nèi)平均海拔在1400-

3、1900米之間。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)計驗算在 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。 計算簡圖如圖 4.2-1

4、.1.1.1 計算匯水面積和徑流系數(shù)：由圖一計算匯水區(qū)域在路塹一側(cè)（由平臺溝到邊坡平臺）的面積A1=7.5 X 36.604=274.53m2。由于坡面上采用拱式護面墻防護，則由公路排水設(shè)計規(guī)范得坡面徑 流系數(shù)取C1=0.78。匯水區(qū)域在邊溝平臺上的面積A2=1 X36.604=36.604m2,取坡面徑流系數(shù)（漿植草護面）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=36.604 X2=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=750.382m 2， 匯 水 區(qū) 的 徑 流 系 數(shù)

5、 為C=0.87拱式護面墻一級邊坡排水1：0.5274.53 0.78 36.604 0.53 439.248 0.95750.382圖0-1邊溝計算示意圖1.1.2計算匯流歷時:由克畢公式1.445*計算坡面匯流歷時,其中：Ls 坡面流長度;坡面流坡度;m 1 地表粗糙系數(shù);由表查得拱式護面墻防護路塹邊坡的粗度系數(shù)m1=o.4,且路塹坡度為1： 0.5，得路塹坡面匯流歷時 J 1.445 (0.4 7.5)o.4672.05mn。V1/0.5由表查得邊溝平臺(植草護面)的粗度系數(shù)m1 =0.4,橫向坡度為4%，則t11.445*(0.4 A)073.816m nV0.04查表得瀝青混凝土路面

6、粗糙系數(shù)為m 1=0.013，橫坡4%，坡面流長度為12m，所以歷時時間為 t11.445 (0.013 12)0.4671.287min。10.04V1.1-R3i2n12丄0.1883 0.0320.025L36.604上2s0.27min。2 V2.30由上可得匯流歷時為t t1 t2 1.2872.30m/s，因此溝內(nèi)匯流歷時為0.271.557mi n因此取坡面匯流歷時ti=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)n=0.025。設(shè)計水深為0.5m。求得過水?dāng)嗝娑蚊娣e為 A= 0.620.50.3m， 水力半徑為bhn0.60.5

7、0.188m。R=b 2h0.62 0.5按曼寧公式，得溝內(nèi)平均流速為:1.1.3計算降雨強度:據(jù)設(shè)計手冊，高速公路路界內(nèi)坡面排水設(shè)計降雨重現(xiàn)期為15年。求設(shè)計重現(xiàn)期和降雨歷時內(nèi)的降雨強度（mm/min），由于公路在貴州六盤水境內(nèi)，據(jù)公 路排水設(shè)計手冊，可取公式42.2562.60 IgP 42.25 62.60 Ig15）I3.170mm/min。t 351.557 351.1.4計算設(shè)計徑流量:可按降雨強度由推理公式確定：Q 16.67 C I F，式中Q-設(shè)計徑流量;C-徑流系數(shù)；2F-匯水面積（Km ）所以 Q 16.67 0.87 3.170 750.382 10 60.0345m

8、3/s 。1.1.5檢驗徑流: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Q為 0.3m2,則泄水能力 Qc=0.3 忽.3=0.69m /s。33因為設(shè)計徑流量 Q=0.0345m /s泄水能力Qc=0.69m /s,所以假定的邊溝尺寸符合要求。1.1.6 沖淤檢驗：邊溝的平均流速應(yīng)使水流在設(shè)計流量條件下不產(chǎn)生沖刷和淤泥。為此,應(yīng)保證設(shè)計流速在最大和最小允許流速范圍內(nèi)。對于漿砌片石邊溝，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。對于平均流速 V=2.3m

9、/s 在最大與最小范圍內(nèi), 故滿足沖淤檢驗。綜上所述,邊溝尺寸符合要求。攔水帶設(shè)計驗算：本次設(shè)計以瀝青路面設(shè)計為例，單側(cè)路面和路肩橫向排水的寬度為12m,出水口的間距初擬為50m，以K10+983.396K11+020段為設(shè)計段，縱坡坡度為0.03%,路拱橫坡度為 4%。 計算圖見圖 4.3-1 ：路肩邊緣道路中線圖0-1攔水帶設(shè)計示意圖1.1.7設(shè)計徑流量計算（1）設(shè)計重現(xiàn)期按公路重要程度（高速公路），對路面和路肩表面排水取設(shè)計重現(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，則兩個出水口之間的匯水面積為F=50 X12 X106=600 X106km2,對于瀝青混凝土路面取徑流系

10、數(shù)C=0.95。（3）匯流歷時由克畢公式t11.445*計算坡面匯流歷時t1,由表查得地表粗度系數(shù)m1=0.013,路面橫坡為is=4%,坡面流長度Ls=12m,可計算得到坡面匯流歷時t11.445* (0.013 120.04)0.467=1.287min由溝底（即路線）縱坡ig=0.03%,則由齊哈近似估算：v 20i0.6= 20 0.00030.6=0.154m/s,所以溝內(nèi)匯流歷時為:ts=50/(60 (X154)=5.411min由此，可得到匯流歷時為t=t1+t2=6.698min貴州六盤水的降雨強度公式為：I 42.25 62.60 lgP) 3.170mm/mi n,t 3

11、5由此得到設(shè)計徑流量為：Q 16.67 C I F =16.67 0.95 & 170 800 1 0-6=0.030m3/s1.1.8確定路緣帶內(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)計徑流量 Q=0.03m3/s。折線型底邊的過水?dāng)嗝鎴D見圖432。查表得，光滑瀝青表面的粗糙系數(shù)為n=0.013,對于淺三角形溝的水力計算采用修正的曼寧公式來計算泄水能力，由18丄Qc= 0.377h3i 2 ,帶入 Q=0.03m3/s, ih=0.04,i=0.0003,來反算 ha=0.104m。hn則離路緣帶 60cm 處的水深 h

12、b=ha-Bwia=0.104-0.6 0旳4=0.08m。水深為0.08、橫坡為Q10.3770.04 0.01380.04310.00032 =0.00211 m3/s0.04的過水?dāng)嗝娴男顾堪葱拚穆鼘幑絹碛嬎?。圖0-2路緣帶內(nèi)60cm寬度范圍內(nèi)的泄水量為QaQ Qi 0.03 0.002110.028m3/s。路緣帶內(nèi)60cm寬度范圍外的泄水量為Qb0.3770.03 0.0130.04310.00032=0.0028m3/s。總泄水量 Qa+Qb=0.0308m3/s Q=0.03m3/s改水深ha=0.06m,按上述方法知：hb=ha-Bwi a=0.06-0.6 004=0.

13、036mQ10.3770.04 0.0130.03630.000320.0016 m3/s,Qa=0.028-0.0016=0.0264m 3/s0.3770.03 0.01380.03610.0003空0.0021 m3/s總泄水量 Qa+Qb=0.0264+0.0021=0.0285m 3/s,接近于設(shè)計流量 Q=0.03m3/s,因而, 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算主要關(guān)心邊溝排泄設(shè)計流量時的水深和水面寬度，前者影響到路緣帶或緣石的 高度，后者用于檢驗溝內(nèi)水面是否超過設(shè)計規(guī)定的限值（硬路肩

14、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)計的公 式均來自于公路排水設(shè)計手冊。仝J A1If-QX.1 .1*L11FJ11,硬路肩攔水帶尺寸圖（單位：cm）4水泥混凝土路面設(shè)計4.1交通量計算立德高速K10+000K12+250段，在自然區(qū)劃上屬于 V3區(qū)。擬建一條高速公路，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計算設(shè)計年限通過的標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)車型車軸車軸車輪型Pi (KN)Ni16M (豆)100小

15、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1-2238004.90609E-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1-123.7P 850 :8.42156E-08后軸1-26

16、9.28502.350262856大貨車JN150前軸1-1498500.009387635后軸1-2101.68501095.76709特大車 日野KB222前軸1-150.26000.009759121后軸1-2104.36001095.76709拖掛車 五十鈴前軸1-160750.0.21158324后軸3-2100p 75 n75合計2352.3605442軸4輪略去不計；方向分配系數(shù)0.5,車道分配系數(shù)為0.8。故有:Ns=adtt X （ kp,k X pk）k=2352X0.5 X.8=941 （次）4.2交通參數(shù)分析1、累計標(biāo)準(zhǔn)軸次設(shè)計使用年限為30年，車輪輪跡橫向分布系數(shù)為

17、n =0.20 （公路水泥混 凝土路面設(shè)計規(guī)范中表A.2.4查得）使用年限內(nèi)的累計標(biāo)準(zhǔn)軸次：Ne=（1 r）t-1X365X9410.085301 0.085-1365 0.20=8532682三 2000X104 （次）使用年限內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)（100,2000）,屬于重交通等級。4.3方案設(shè)計面層：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)于安全等級一級的變異水平等級為低等。根據(jù)高速公路、 重交通等級和低等級變異水平等級，查表 4-1和表4-3，初擬普通混凝土面層厚 度為hc=.28m?；鶎舆x用水

18、泥穩(wěn)定碎石（水泥用量 5%），厚h1=0.18m，底基層為h2=0.16m的級配碎石（顆粒含量 6%）。單向路幅寬度為2 4m （行車道）+2x 2.5m （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)計為傳力桿的假縫。（二）材料參數(shù)的確定1、混凝土的設(shè)計彎拉強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度標(biāo)準(zhǔn)值 f =5.0MPa相應(yīng)彎拉彈性模量標(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)計規(guī)范附錄表 E.0.1、表F.0.1路基回彈 模量取E0=70MPa，查表E.0.1-2取地下水位1.0m時濕度

19、調(diào)節(jié)系數(shù)0.80。由此, 路床頂綜合回彈模量取為70 0.8=56MPa為查附錄E.0.2水泥穩(wěn)定碎石基層回彈 模量Ei=1300MPa。泊松比0.35級配碎石底基層回彈模量 E2=220MPa。泊松比 為0.35，礫石粗集料混凝土的線膨脹系數(shù)=11 i0-6/C。c按式（B.2.4-1） 式（B.2.4-4）計算板底地基綜合回彈模量如下：EX=2=h2 E22 2 h2=220MPahx=hi = h2=.16mi 1=0.261 n(hx)+0.86=0.26X In (0.16) +0.86=0.384Et =ExEc =0.38422056 =94.7MPaE。56板底地基綜合回彈模量

20、 Et取為90MPa混凝土面層板的彎曲剛度De式B.2.2 3、半剛性基層板的彎曲剛度D1式B.4.1 2、路面結(jié)構(gòu)總相對剛度半徑rg式B.4.1 3為:De-E12131000 0.28121-0.152=58MN.mD1=2121- 11300 0.18 =0.66MN.m2121-0.35rg=1.21 DEt1/3D158 0.66 1/3-=1.21=1.05m90（3）荷載應(yīng)力按式（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:=1.45 10-3.652.94 = 1.45 10-3ps D1 r ghe Ps =1 0.661 D1158Dc0.65-20.

21、941.050.28100=1.434MPa-3- 30.6520.94r g-f=pmhc Pm1 66580.65-20.941.050.28 104.3= 1.51MPa按式（B.2.1），計算面層荷載疲勞應(yīng)力。按式（B.2.6 ）計算面層最大荷載應(yīng)力。pr = kr kf kcp，max = k r k cps=0.87 2.484 1.15 1.434=3.56MPapspm=0.87 1.15 1.51=1.51MPa其中：應(yīng)力折減系數(shù)kr=0.87 （B.2.1條）；綜合系數(shù) 尾九佰（表 B21）;疲勞應(yīng)力系數(shù) kf = Ne =85326820.057 =2.484 式 B.2

22、.3 1。（4）溫度應(yīng)力力的溫度應(yīng)力系數(shù)Bl。1kn = 2hchiEcEi0.28310000.181300-1=3390MPa/m1/41/4DcD1580.66=0.118mDc D1 kn58 0.663390由表3.0.10,最大溫度梯度取88C/m。按B.3.3和B.5.2計算綜合溫度翹曲應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)E Dc r43knr Dc 九=3390=_ 33901.054 - 580.11834 l30.118 -58 1.05t= =5=1.593g 3 1.05Cl=1-如39 59 cosh1.59sin1.59 =1- O.419=0.619cos 1.39 sin 1.59 si

23、nh 1.59 cosh 1.591 0.101BL=j77e4.48hc cL 0.1311Cl=77e4.48 0.280.619 0.1311 0.619 =0.263按式（B.3.2）計算面層最大溫度應(yīng)力:t,maxEchcT g11Bl= 10 6 31000 0.28 8820.263 =1.10MPa溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)kt，按式（B.3.4）計算:kt=f_ att, maxbtt,maxfrCt=5.0= 1.100.8711.2871.105.00.071 =0.241按式（B.3.1）計算溫度疲勞應(yīng)力：tr = ktt,max =0.241 1.10=0.265 MPa（5）

24、結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)校核查表3.0.4, 一級安全等級，低變異水平條件下，可靠度系數(shù)（3.0.4-1）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:取1.24。按式rr pr tr 1.24(3.56+0.265) =4.743三 f r=5.0MPap,maxt,max=1.24X( 1.51+1.1) =3.24MPa三 f r=5.0MPa擬定的由計算厚度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的一次作用。取混凝土面層設(shè)計厚度為 0.28m。面層：水泥混凝土

25、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)于安全等級一級的變異水平等級為低等。根據(jù)高速 公路、重交通等級和低等級變異水平等級，查表4-1和表4-3,初擬普通混凝土面層厚度為hc=.27m。基層選用水泥穩(wěn)定碎石（水泥用量 5%），厚m=0.15m，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2 3.75m（行車道）+2X 2.5m （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)計為傳力桿的假縫。（二）材料參數(shù)的確定1、混凝土的設(shè)計彎拉強度與

26、彎拉彈性模量按表3.0.8,取普通混凝土面層的彎拉強度標(biāo)準(zhǔn)值 f =5.0MPa相應(yīng)彎拉彈性模量標(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)計規(guī)范附錄表 E.0.1、表F.0.1路基回彈 模量取Ec=70MPa，查表E.0.1-2取地下水位1.0m時濕度調(diào)節(jié)系數(shù)0.80。由此， 路床頂綜合回彈模量取為70 0.8=56MPa為查附錄E.0.2水泥穩(wěn)定碎石基層回彈 模量E1=1300MPa。泊松比0.35,水泥穩(wěn)定碎石底基層回彈模量 E2=1300MPa。泊松比為0.35，礫石粗集料混凝土的線膨脹系數(shù)=11 10-6/c。按式（B.2.4-1） 式（B.2.

27、4-4）計算板底地基綜合回彈模量如下：=1300MPahx=hi = h2=.16m=0.26ln(hx)+0.86=0.26X In (0.16) +0.86=0.384E。板底地基綜合回彈模量 Et取為185MPa混凝土面層板的彎曲剛度De式B.2.2 3、半剛性基層板的彎曲剛度D，式B.4.1 2、路面結(jié)構(gòu)總相對剛度半徑rg式B.4.1 3為：De =EChe12131000 0.273121-0.152=52MN.mD1=3Eh2121- 1= 1300 0.153 2121-0.35=0.42MN.mL21De D1Et1/3=1.2152 0.421851/3=0.80m= 1.4

28、5 10-3ps =r1 D1Dc=1.29MPa0.65rghc32o.94_ 1.45 10-3Pm =1 0.4217520.650.800.27-2104.30.94（3）荷載應(yīng)力按式（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:0.6520.94 _ 1.45 10-on0.6S0.94g hc Ps = 1 0 420.800.271001/ 52= 1.34MPa按式（B.2.1），計算面層荷載疲勞應(yīng)力。按式（B.2.6 ）計算面層最大荷載應(yīng)力pr = kr kf kcps=0.87 2.484 1.15 1.29=3.21MPapsp，max = k r

29、k cpm=0.87 1.15 1.34=1.34MPa其中：應(yīng)力折減系數(shù)kr=0.87（B.2.1條）；綜合系數(shù) 區(qū)=1.15 （表B.2.1）；疲勞應(yīng)力系數(shù) kf = Ne =85326820.057 =2.484 式 B.2.3 1。（4）溫度應(yīng)力由表3.0.10,最大溫度梯度取 88C/m。按B.3.3和B.5.2計算綜合溫度翹曲應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力的溫度應(yīng)力系數(shù)Bl。1kn = 2hchi0.27EcEi31000吐-1=4029MPa/m13001/41/4DcD1520.42=0.101mDc D1 kn520.424029Dc rk“rg43Dc rgknr:4029 0.84-520

30、.101_ 4029 0.1014-520.83=0.062t= =5=2.083rg 3 .8彳 1Cl=1-廠sinh 1.81 cos 2.08 cosh 2.08 sin 2.08 0.104=1-=0.90cos 2.08 sin 2.08 sinh 2.08 cosh 2.081 0.0624.48 0.27BL=1.77ehc C 01311 C =1.77e 0.90 0.1311 0.90 =0.46hc按式（B.3.2）計算面層最大溫度應(yīng)力:c Ec hcT gt,max6bl = 11 1031000 0.27 88 0.46=1.86MPa溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)kt，按式（B

31、.3.4）計算:kt=btt,maxf r廠 at THt, maxct =空 0.871ct1.861.287竺 0.071 =0.465.0按式（B.3.1）計算溫度疲勞應(yīng)力：tr = ktt,max =.461.86=0.86MPa取1.24。按式r（5）結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)校核查表3.0.4, 一級安全等級，低變異水平條件下，可靠度系數(shù)3.0.4-1）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：r pr tr 1.24（3.21+0.86） =5.04MPa 5MPa三 fr=5.0MPap,maxt,max=1.24X( 1.34+1.86) =3.97MPa三 f r=5.0M

32、Pa擬定的由計算厚度0.27m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的一次作用。取混凝土面層設(shè)計厚度為 0.27m。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)于安全等級一級的變異水平等級為低等。根據(jù)高速 公路、重交通等級和低等級變異水平等級，查表 4-1 和表 4-3，初擬普通混凝土面層厚度為hc=.28m?；鶎舆x用水泥穩(wěn)定碎石（水泥用量 5%）,厚m=0.16m,底

33、基層為h2 =0.22m的天然礫石。單向路幅寬度為 2 3.75m （行車道）+2X 2.5m（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)計為傳力桿的假縫。（二）材料參數(shù)的確定1、混凝土的設(shè)計彎拉強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度標(biāo)準(zhǔn)值 f =5.0MPa相應(yīng)彎拉彈性模量標(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)計規(guī)范附錄表 E.0.1、表F.0.1路基回彈模量取Eo=70MPa，查表E.0.1-2取地下水位1.0m時濕度調(diào)節(jié)系數(shù)0.80。由此，路床頂綜合回彈模量取為70 0.8=56

34、MPa為查附錄E.0.2水泥穩(wěn)定碎石基層回彈模量E1=1300MPa。泊松比0.35，天然礫石底基層回彈模量 E2=150MPa。泊松比為0.35,礫石粗集料混凝土的線膨脹系數(shù)c=11 10-6/C。c按式（B.2.4-1） 式（B.2.4-4）計算板底地基綜合回彈模量如下:nEx=hi2hi = h2=22m2=h2 E22h2=150MPai 1 nhx=i 1Et =ExE0 =0.466150E05656 =88.6MPa=0.261 n(hx)+0.86=0.26X ln (0.22 ) +0.86=0.466板底地基綜合回彈模量 Et取為85MPa混凝土面層板的彎曲剛度C式B.2.

35、2 3、半剛性基層板的彎曲剛度D1式B.4.1 2、路面結(jié)構(gòu)總相對剛度半徑rg式B.4.1 3為：3Dc-EC12131000 0.283121-0.152=58MN.mD1=3Eh2121- 1= 1300 0.163121-0.352=0.51MN.mL21De D11/3=1.21Et58 0.51851/3=1.07m（3）荷載應(yīng)力按式（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:PS1.45 10-30.65he320.94 = 1.45 10Ps =1 0.511 580651.070.28-21000.94=1.45MPa-33_ 1.45 1006520.

36、94 1.45 10pm =rg hc Pm1 D1Dc0.65-20.941.070.28104.31 0.5158= 1.51MPa按式（B.2.1 ）,計算面層荷載疲勞應(yīng)力。按式（B.2.6 ）計算面層最大荷載應(yīng)力。pr = kr kf kcps=0.87 2.484 1.15 1.45=3.60MPaPsp，max = k r k cpm=0.87 1.15 1.5 仁1.63MPa其中：應(yīng)力折減系數(shù)kr=0.87 （B.2.1條）；綜合系數(shù) 尾九佰（表 B21）;疲勞應(yīng)力系數(shù) kf = Ne =85326820.057 =2.484 式 B.2.3 1。（4）溫度應(yīng)力由表3.0.10

37、,最大溫度梯度取88C/m。按B.3.3和B.5.2計算綜合溫度翹曲應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力的溫度應(yīng)力系數(shù)Bl。1kn = 2hchi0.280.16-1EcE11/4310001300=3785MPa/m1/4DcD1580.51=0.108mDcD1 kn580.513785kng43knrDc 九Dc r- 3785 監(jiān)；T0冷88t=-=5=1.563g 3 1.07CL=1- Fsinh1.56cos1.56込,.561.56 =1044 =0.59cos1.56 sin 1.56 sinh 1.56 cosh1.561 0.0884.48 0.28hcB, =1.774.48hc=1.77e0

38、.59 0.1311 0.59 =0.24e Cl 0.1311 Cl按式（B.3.2）計算面層最大溫度應(yīng)力:Ec hcT gt,max11Bl= 10 6 31000 0.28 8820.24=1.01MPa溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)kt，按式（B.3.4）計算:kt=f ratt, maxbtt,max5.0frCt0.8711.2871.015.00.071 =0.20按式（B.3.1）計算溫度疲勞應(yīng)力：tr = ktt,max =0.20 1.01=0.202MPa（5）結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)校核查表3.0.4, 一級安全等級，低變異水平條件下，可靠度系數(shù)（3.0.4-1）和式（3.0.4-2）校核路面結(jié)

39、構(gòu)極限狀態(tài)是否滿足要求:取1.24。按式rr pr tr 1.24(3.6+0.202) =4.71MPa三 fr=5.0MPap,maxt,max=1.24X( 1.63+1.01) =3.27MPa三 f r=5.0MPa擬定的由計算厚度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的一次作用。取混凝土面層設(shè)計厚度為 0.28m。5瀝青路面結(jié)構(gòu)層厚度計算5.1設(shè)計資料立德高速K10+000K12+250段，在自然區(qū)劃上屬于 V3區(qū)。擬建一條高速 公路，雙向四車道，車道

40、系數(shù)為 n =C5,擬采用瀝青路面結(jié)構(gòu)，設(shè)計年限為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，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）車型后軸型號交通量（輛/晝夜）小客車1-12700中客車SH1301-2800大客車CA501-2500:小貨車BJ1301-21700中貨車CA501-2600中貨

41、車EQ1401-2850大貨車JN1501-2850特大車日野 KB2221-2600拖掛車五十鈴3-275交通量年平均增長 率（%）8.5我國瀝青路面設(shè)計以雙輪組單軸載 100kN為標(biāo)準(zhǔn)軸載，表示為BZZ-100。按 照公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范（JTGD50-2006 ,標(biāo)準(zhǔn)軸載的計算參數(shù)按表5-2確表5-2標(biāo)準(zhǔn)軸載計算參數(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)量圓直徑d （mm）21.30輪胎接地壓強P（Mpa）0.70兩輪中心距（cm）1. 5d（1）當(dāng)以設(shè)計彎沉值設(shè)計指標(biāo)及瀝青基層層底拉應(yīng)力驗算時，各級軸載R的作用次數(shù)ni均換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載P的

42、當(dāng)量作用次數(shù)N。KPj 4 35N 06口（）4.35j ip式中：N以設(shè)計彎沉值和瀝青層層底拉應(yīng)力為指標(biāo)時的標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量次數(shù)；nj 被換算車型的各級軸載換算次數(shù)（次/d）;P 標(biāo)準(zhǔn)軸載（kN ）;P 各種被換算車型的軸載（kN ）；Ci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0.38;K 被換算車型的軸載級別。當(dāng)軸間距離大于3m時，按單獨的一個軸載計算；當(dāng)軸間距離小于 3m時, 雙軸或多軸的軸數(shù)系數(shù)按下面公式計算：G 1 1.2 m 1式中：m軸數(shù)。Ne(1)t 1 365 N1表5-3軸載換算結(jié)果車型R ( kN )GC2n （次/ 日）G

43、 C?ni(%)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68.21 :1 :50094.60891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69.2廠廠850171.348

44、6大貨車JN150前軸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)計年限內(nèi)一個車道上的累計量軸次Ne:式中 Ne 設(shè)計年限內(nèi)一個車道的累計當(dāng)量軸次數(shù)（次/車道）；t 設(shè)計年限（年），查表3.1.3知，t=15年；Ni 營運第一年雙向日平均當(dāng)量軸次（次/d）；設(shè)計年限內(nèi)的交通量平均增長率，由材料知，丫 =0.08； 車道系數(shù)，查表3.1.6知n

45、=0.5則以設(shè)計彎沉值為指標(biāo)及瀝青層層底拉應(yīng)力驗算時:NeNi15(1 0.085)1 3650.0852806.417 0.51.446 107次。（2）當(dāng)進行半剛性基層層底拉應(yīng)力驗算時，各級軸載的作用次數(shù)ni，均按下式 換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載P的當(dāng)量作用次數(shù):8PiP式中 -以半剛性材料層的拉應(yīng)力為設(shè)計指標(biāo)時標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量軸次（次 /日）；G-被換算車型的軸數(shù)系數(shù)，以拉應(yīng)力為設(shè)計指標(biāo)時，雙軸或多軸的軸數(shù)系數(shù)按式C1 =1+2 （m-1）計算;C2-被換算車型的輪組系數(shù)，單輪組為18.5,雙輪組為1.0，四輪組為0.09表5-4軸載換算結(jié)果車型R ( kN )C1C2n （次/ 日）8Pic 1 c

46、 2 n i p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68.211r 50023.40157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68.21160028.08188中貨車EQ140:前軸23.7118.58500.156523后軸69.21P 185044.69

47、59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104.31r 1600840.2833拖掛車五十 鈴前軸60118.57523.30467后軸3X1005175375刀n2398.388Net(1) 1 365Ni15(1 0.085)1 3650.0852398388 0.5 1.236 107 次。則其設(shè)計年限內(nèi)一個車道上的累計量軸次 Ne為:5.3瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計方案5.3.1路面材料選擇1. 交通量情況：經(jīng)計算得設(shè)計車道交通量累計標(biāo)準(zhǔn)為1.446 107次（按設(shè)計

48、彎沉計），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 亞 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，深履險峻。地勢西北高，東南低；其中本設(shè)計段K10+000K12+500段路中線相對高差較大，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。該設(shè)計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

49、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13-14C, 1月均溫3.0-63C , 7月均溫19.8-22.0C。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)，所以不需要進行防凍厚度驗算。 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 1 42 . 1 8億立方米,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)?沿線無礦石料場,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,施工用電可考慮利用沿線 農(nóng)用電網(wǎng),加裝變壓器,改善及加鋪電路解決。5.3.2 初擬路面結(jié)構(gòu)根據(jù)本地區(qū)的路用材料, 結(jié)合已有工程經(jīng)驗與典型結(jié)構(gòu), 擬定了兩個結(jié)構(gòu)組 合方案。按計算法確定方案一、 方案二的路面厚度。 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,基于以上考慮因素