高速公路路面設(shè)計及排水設(shè)計(參考)

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1400-1900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4.2-1.1.1.1 計算匯水面積和徑流系數(shù)：

4、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=7.5X36.604=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C=0.78。匯水區(qū)域在邊溝平臺上的面積A2=1x36.604=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=36.604x12=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 計算匯流歷時：由克畢公式t=1.445*1）0"7計算坡面匯流歷時,其中：L坡面流長度;i坡面流坡度;sm1地表粗糙系數(shù);由表查得拱式護面墻防護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=1.445x(1/05Z7=2.05mn。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,所以歷時時間為t=1.445x嚴132)0.467=1

6、.287mino1<0.04因此取坡面匯流歷時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)計水深為0.5m。水力半徑為求得過水斷面段面積為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)匯流歷時為t236.6042.30s=0.27min由上可得匯流歷時為t=t+1=1.287+0.27=1.557nin。121.1.3計算降雨強度：據(jù)設(shè)計手冊，高速公路路界內(nèi)坡面排

7、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T42.25+62.60xlgP42.25+62.60xlg15)t+351.557+35I=3.170mm/mm。1.1.4計算設(shè)計徑流量：可按降雨強度由推理公式確定：Q=16.67xCxIxF，式中Q-設(shè)計徑流量；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檢驗徑流：設(shè)定邊溝的截面形式為矩形，底寬0.6m,過水斷面為底寬0.6m，水深0.5m，斷面積為0.3m2,則泄

8、水能力Qc=0.3x2.3=0.69m3/s。因為設(shè)計徑流量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：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/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,

9、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：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=50xl2xl0-6=600xl0-6km2，對于瀝青混凝土路面取徑流系數(shù)C=0.95。3)匯流歷時由克畢公式t=1.445*(lmL-)0.467計算坡面匯流歷時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,可計算

10、得到坡面匯流歷時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)匯流歷時為:gts=50/(60x0.154)=5.411min由此,可得到匯流歷時為t=t1+t2=6.698min4)降雨強度宀、亠“宀t42.25+62.60xlgP)貴州六盤水的降雨強度公式為：I=3.170mm/min,t+35由此得到設(shè)計徑流量為：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)計徑流量Q=0.03m3/s。折線型底邊的過水斷面圖見圖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=0.377一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的過水斷面的泄水量按修正的曼寧公式來計算。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)計的公式均來自于公路排水設(shè)計手冊。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計算設(shè)計年限通過的標準軸載作用次數(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N=ADTTX工（kXP）sp,kk=2352x0.5x0.8=941(次)4.2 交通參數(shù)分析1、累計標準軸次設(shè)計使用年限為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)計規(guī)范中表A.2.4查得）使用年限內(nèi)的累計標準軸次：N=e二(1+r)-1x365xqY9410.085(1+0.085)30-1x365x0.20=85326822000x10

17、4（次）使用年限內(nèi)標準軸載作用次數(shù)U（100,2000）,屬于重交通等級。4.3 方案設(shè)計方案一：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準值f=5.0MPa，相應(yīng)彎拉Y彈性模量標準值為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e=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,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）,標準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。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）計算:k=frtct,maxcbttt,maxr-c=5.00.871x(1.10287-0.071=0.2415.0按式（B.3.1）計算溫度疲勞應(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,級安全等級，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。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h=0.27m?；鶎舆x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?？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準值f=5.0MPa，相應(yīng)彎拉Y彈性模量標準值為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），標準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。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）計算:k=f

31、rtct,maxcbttt,maxrc=5.0=1860.871X（.86?1.2871.2870.071=0.46按式（B.3.1）計算溫度疲勞應(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,級安全等級，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)計基準期內(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。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準值f=5.0MPa，相應(yīng)彎拉Y彈性模量標準值為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e=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,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），標準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。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)計算:tbt-Ctk=frtat,maxat,max5.01010.871xCI"5.0-0.071=0.20按式(B.3.1)計算溫度疲勞應(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,級安全等級，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

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?shù)匮鼐€無礦石料場，礦石材料需外購，當?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)計以雙輪組單軸載lOOkN為標準軸載，表示為BZZ-1OO。按照公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范（JTGD50-2006），標準軸載的計算參數(shù)按表5-2確定。表5-2標準軸載計算參數(shù)標準軸載名稱BZZ-100標準軸載名稱BZZ-100標準軸載P（KN）100單輪當里圓直徑d（mm）21.30輪胎接地壓強p（Mpa）0.70兩輪中心距（cm）1.5d（1）當以設(shè)計彎沉值設(shè)計指標及瀝青基層層底拉應(yīng)力驗算時，各級軸載Pi

42、的作用次數(shù)n均換算成標準軸載P的當量作用次數(shù)N。iN=£CCn（P）4.3512iPi=1式中：N以設(shè)計彎沉值和瀝青層層底拉應(yīng)力為指標時的標準軸載的當量次數(shù)；n被換算車型的各級軸載換算次數(shù)（次/d）；iP標準軸載（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別。當軸間距離大于3m時，按單獨的一個軸載計算；當軸間距離小于3m時,雙軸或多軸的軸數(shù)系數(shù)按下面公式計算：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)計年限內(nèi)一個車道上的累計量軸次N：ew(1+Y)t-lx365zN=N耳ey1式中N設(shè)計年限內(nèi)一個車道的累計當量軸次數(shù)（次/車道）t設(shè)計年限（年），查表3.1.3知，t=15年；N營運第一年雙向日平均當量軸次（次/d）；1Y設(shè)計年限內(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)計彎沉值為指標及瀝青層層底拉應(yīng)力驗算時N=(1+丫“1X365XNn二巴+°.°85)15一1蘭365X2806.417x0.5二0.0851.446x107次。（2）當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)n，均按下式i換算成標準軸載p的當量作用次數(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)計指標時標準軸載的當量軸次（次/日）;c'-被換算車型的軸數(shù)系數(shù)，以拉應(yīng)力為設(shè)計指標時，雙軸或多軸的軸1數(shù)系數(shù)按式C'=1+2（m-1）計算；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)計年限內(nèi)一個車道上的累計量軸次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準為1.446x107次（按設(shè)計彎沉計），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

49、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：由于該路段屬亞熱帶濕潤季風氣候地區(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?shù)匮鼐€無礦石料場,礦石材料需外購,當?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