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摘要本设计为湖南省长沙某地2010年拟新建的一条双向六车道高速公路设计速度为120km/h.起止桩号为K0+000-K11+200,计划2015年末建成通车分为路基设计和路面设计两部分路基设计中主要以一般路堤形式进行设计路堤平均高度
4.5m.路基土为黏性土,平均地下水位于
1.0M处,主要进行了路基横断面设计、道路横断面排水设计、路基稳定性验算和施工设计.其中路基稳定性验算取8m高一般路堤进行设计路面设计主要包括水泥混凝土路面设计和柔性路面设计,水泥混凝土为刚性路面主要包括轴载换算、路面结构组合设计、混凝土路面结构层设计、接缝设计、各结构层材料组合设计、各结构层的施工设计.并对水泥混凝土路面面层的配合比以及工程量和材料用量进行了设计柔性路面为沥青路面,本设计是以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标进行设计的,其主要包括轴载换算确定交通等级、路面结构组合方案设计、路面结构层厚度设计、各层材料组成设计、各结构的施工设计、工程量设计以及沥青路面建筑设计关键词路基、水泥路面、柔性路面、结构组合、设计验算、排水施工目录TOC\o1-3\h\z\u摘要1关键词1目录21路基设计
11.1路基设计的一般要求
11.2路基横断面设计
21.
2.1确定路基横断面形式
21.
2.2确定自然区划和路基干湿类型
21.
2.3拟定路基断面尺寸
31.3道路横断面排水设计
41.
3.1初步设计
41.
3.2路拱设计
51.
3.3边沟设计
51.
3.4截水沟设计
51.
3.5排水沟设计
61.
3.6其他排水设施
101.4路基稳定性验算
101.
4.1设计参数
101.
4.2稳定性验算
111.5施工设计
161.
5.1路基施工的一般规定
161.
5.2填方路基的施工
161.
5.3边沟的施工172水泥混凝土路面设计
182.1行车荷载
182.
1.1车辆的类型和轴型
182.
1.2轴载换算
192.
1.3交通分析
212.2路面结构组合设计
232.
2.1垫层设计
232.
2.2基层设计
232.
2.3面层设计
252.
2.4路肩设计
252.
2.5路面排水设计
252.3路面结构层设计
262.
3.1初拟路面结构
262.
3.2路面材料参数的确定
272.
3.3基层顶面回弹模量
282.
3.4荷载疲劳应力
302.
3.5温度疲劳应力
322.4接缝设计
352.
4.1纵向接缝
352.
4.2横向接缝
362.5各结构层材料组合设计
372.
5.1基本要求
372.
5.2垫层材料
382.
5.3基层
382.
5.4面层材料
382.6各结构层的施工技术要求及质量控制标准
412.
6.1施工技术
412.
6.2施工要求
412.7工程量及材料用量计算
432.8水泥混凝土路面建筑设计443.柔性路面设计
443.1进行轴载换算确定交通等级
443.
1.1交通量转化
443.
1.2确定交通等级
483.2拟定路面结构组合方案
493.3路面材料参数确定
493.
3.1确定土的回弹模量
493.
3.2确定材料回弹模量
493.4路面结构层厚度的确定及强度验算
503.
4.1初拟路面各结构层厚度
503.
4.2计算稳定砂砾结构层厚度
503.
4.3验算结构层底面拉应力
533.5验算防冻层厚度
573.6各结构层材料组成设计
573.7各结构层的施工技术要求及质量控制标准
613.
7.1石灰稳定粒料施工技术要求
623.
7.2二灰稳定类基层的施工技术要求
623.
7.3沥青混凝土面层的施工技术要求
653.
7.4质量控制标准
693.8工程量及材料组成设计
723.9沥青路面建筑设计
733.
9.1类型
733.
9.2施工方法73主要参考文献741路基设计路基设计,通常包括路基基身,排水、防护与加固等方面路基基身设计,主要涉及填料选择、压实标准、路基边坡及地基要求等问题一般路基是指在一般地质与水文等条件下的路基其横断面可直接参照现行规范的有关规定或者标准图,结合当地实际情况进行设计对边坡高度和基底横坡超过规定以及工程地质条件特殊的路基,需要进行个别论证和稳定性验算既有足够的强度和稳定性,又要经济合理影响路基强度和稳定的地面水和地下水,必须采取拦截或排出路基以外的措施,并结合路面排水,综合排水设计,形成完整的排水系统修筑路基取土和弃土时,应符合环保要求,以适当处理,减少弃土侵占耕地,防止水土流失和瘀塞河道本路基设计主要依据《公路路基设计规范》JTGD30—
2004、《公路工程技术标准》JTJB01—
2003、《公路自然区划标准》及《土的工程分类》GBT_50145-2007《公路排水设计规范》(jTj018)和《路基路面工程》教材进行设计
1.1路基设计的一般要求路基应根据道路等级、行车要求和当地自然条件,并综合考虑施工、养护和使用等方面的情况,进行精心的设计,既要坚实稳定,又要经济合理路基设计除选择合适的路基横断面形式外,还应设置完善的排水设施和必要的防护加固工程以及其他结构物选定路线时,应尽量绕避一些难以处理的地质不良地段路基设计应兼顾当地农田基本建设及环境保护等的需要
1.2路基横断面设计
1.
2.1确定路基横断面形式由设计任务书所给条件,路基横断面可采用路堤、路堑和半填半挖三种形式,以及公路曲线的超高、加宽时的路基横断面本设计主要才用一般路堤形式,按照标准横断面形式进行设计
1.
2.2确定自然区划和路基干湿类型由《公路自然区划标准》可知浙江大部分位于Ⅳ5江南丘陵过湿区,属于东南湿区路基土质为粉质土由《公路自然区划标准》得公路二级区划的特征和指标表
1.1二级区划的特征和指标二级区名包括副区水热状态地表情况地貌类型地表切割深度(m)土质和岩性潮湿系数K年降水量mm雨型最高月K值最大月雨期长度最高月平均地温℃Ⅳ5江南丘陵过湿区
1.5~
2.251400~2000梅雨秋雨伏旱
3.5~
5.
04.0~
4.525~
32.5湿润丘陵局部分部有山地一般≥200局部为200~500粘性土由表
1.1可知Ⅳ5江南丘陵过湿区的潮湿系数K值较高由《路基路面工程》可得路基临界高度表
1.2路基临界高度参考值该公路为高速公路双向六车道要求标准较高故取路基干湿类型为干燥则由表
1.2可得路基最小高度HH1=(
1.7~
1.9)又由设计资料可知地下水于
1.0M处,故路基的最小填土高度为
0.9米
1.
2.3拟定路基断面尺寸由《公路自然区划标准》可知,湖南长沙属于IV5江南丘陵过湿区,地貌为湿润丘陵局部有山地,本公路为高速公路双向六车道,并考虑该地区经济较发达,取计算行车速度为120Km/h
(1)路基宽度由《公路工程技术标准》JTJB01—2003可归纳得表
1.3路基宽度参数高速公路六车道120Km/h行车道宽度m中央分隔带m左侧路缘带m硬路肩m土路肩m6×
3.
7530.
753.
000.75行车道宽度6×
3.75=
22.5m中央分隔带3m左侧路缘带
0.75m×2=
1.5m硬路肩宽度
3.00m×2=
6.0m土路肩宽度
0.75m×2=
1.5m右侧路缘带
0.50×2=
1.0m则,路基宽度
22.5+3+
1.5+
6.5+
1.5=
34.5m得路基横断面图如图
1.1所示图
1.1路基横断面简图
(2)路基高度由《公路路基设计规范》JTGD30—
20042.
0.8,设有中央分隔带的高速公路,路基设计标高为中央分隔带的外侧边缘高程《公路自然区划标准》规定,由于该公路位处江南丘陵过湿区,连续阴雨多,公路最不利季节为4-6月,公路以水毁为主,且公路等级要求高,设计需求路基干湿类型为干燥,由表
1.2知,路基高度H
1.9m,最低填土高度为
0.9m设计资料中路基平均高度为
4.8m综合考虑路线纵坡要求,路基稳定性和工程经济等因素,本设计取路基稳定纪验算高度h=8m
(3)路基边坡坡率路堤填土高度为8m,路基填料为细粒土,由表
1.4可得,取路基边坡坡率为1׃
1.5,则边坡宽度b=
1.5h=12m表
1.4路堤边坡坡率填料类别边坡坡率上部高度(H≤8m)下部高度(H≤12m)细粒土1׃
1.51׃
1.75粗粒土1׃
1.51׃
1.75巨粒土1׃
1.31׃
1.
751.3道路横断面排水设计
1.
3.1初步设计本次设计路段地下水位为1m,经地质勘察无小范围内泉眼出露,地下水流汇集等现象且该路段修建在Ⅳ5区,填土的平均高度为
4.8m土质为粘性土,地下水位为1m,则可知路面底至地下水位平均高度H=1+
4.8=
5.8m,查《公路自然区域标准》可知粘性土路基的临界高度H1和H2相应为
1.7~
1.9m和
1.3~
1.4m,故H2HH1,可知路基属于干燥类,路基下层处于中湿状态故本次道路横断面排水设计以路表面排水为主,不作地下排水设计
1.
3.2路拱设计按规范要求,为了便于路面快速排水,在路基行车道和硬路肩设置2%的路拱,土路肩设置4%的路拱如图
1.1所示
1.
3.3边沟设计1土质沟渠大多采用梯形,其边沟坡度取1:
1.0~
11.5,考虑雨水冲刷的影响,本次边沟坡度取1:
1.52参照路基边沟规范规定,高速公路边沟的最小断面尺寸为沟深及底宽均不应小于
0.6m,且按最小断面尺寸设计的边沟足以排出其份内的水量,可以不进行水文水力计算3考虑本次设计路段处于Ⅳ5区(江南丘陵过湿区)雨量较多,以及各种边沟类型和使用条件所以本次设计中,在一些低填方路段(高度小于边沟深度
0.8m)或者挖方段设置边沟排水,沟底宽度设为
0.8m土质边沟容易生长杂草而淤塞,养护工作量较大,外容也难齐整,因此,高速公路的土质边沟应全部进行防护于水量较大,边沟采用浆砌片石铺砌,砌筑用砂浆M
7.5号,厚度取
0.35m详见图
1.2所示图
1.2边沟尺寸图(单位m)
1.
3.4截水沟设计1截水沟的设计包括天沟和路堤坡脚处的截水沟,按照规范要求,截水沟与路堑坡顶与路堤坡脚之间应有一定的距离(有边沟时应≥5m;无边沟时≥2m),深度及底宽不宜小于
0.5m,结合当地地形和地质条件顺等高线合理布置,采用梯形断面,沟壁坡度取
11.3,沟深及宽度均取
0.7m详图见
1.3和
1.4所示2截水沟沟底设置
0.8%的纵坡,沟底和沟壁要夯击密实,不渗水,不滞水,沟底和沟壁不再进行加固图
1.3有边沟的截水沟(单位m)图
1.4无边沟的截水沟(单位m)
1.
3.5排水沟设计1排水沟平面线形应力求顺直,需要转弯时亦尽量圆顺,做成弧形,其半径不小于10~20m,沿路线布设,距填方路基坡脚不宜小于3~4m,为防止沟渠内因水流的流程太长和流量过大而造成冲刷或积水,其长度应有所限制,沟渠排水长度一般不宜超过500m沟渠过长时,应结合地形条件,增设出水口或涵管,将水引走2排水沟水流进入其他沟渠或水道时,应使原水道不冲刷或淤积,一般应使排水沟与原水道两者成锐角相交,交角不大于450,有条件时可用半径R=10b(b为沟顶宽)的圆曲线向下游与其它水道相接如图
1.5所示图
1.5边沟的位置
(3)排水沟水力计算因为湖南长沙位于江南丘陵湿润区,降雨较多故排水沟的排水负担较大,需进行排水沟的水力计算由《公路排水设计规范》
3.
0.1可知,路界各项排水设施所需排泄的设计流量按下式计算确定(1-1)式中Q设计径流量(m3/s);q设计重现期各降雨历时的平均降雨强度(mm/min);径流系数;F:汇水面积(Km2)经计算可得Q==
1.0×
0.63×
2.0=
1.26又查表可得=
0.9(水泥路面)
0.95(沥青路面)因湿润地区高速公路一般每300m设计一排水沟故可设汇水面积为F=300×250=75000mm2=
0.075Km2代入得:Q=
16.67×
0.95×
1.26×
0.075=
1.50m3/s取设计纵坡=
0.02,坡率=1,浆砌片石沟壁粗糙系数=
0.025,假定沟底宽度=
0.5m;由表
3.7可得=
0.83取=
0.6m;表
1.5水力最佳断面宽深比边坡率
00.
250.
50.
751.
001.
251.
502.
003.
0021.
561.
241.
000.
830.
700.
610.
470.
323.水流断面积(1-2)由得,=
0.66m2;断面系数1-3由得,=
2.82;湿周1-4由得,=
2.19m;水力半径1-5由得,=
0.33m;
4.指数3-5由得,=
0.24;流速系数1-6由得,=32;水流断面流速1-7由得=
2.48m/s;断面流量1-8由得,=
1.64m3/s;
5.验算沟底铺砌采用浆砌片石则由表
1.6可得最大容许设计流速为=
3.0m/s;表
1.6容许流速表沟渠类型最大容许设计流速(m/s)沟渠类型最大容许设计流速(m/s)粗砂
0.8草皮护面
1.6黏土质砂
1.0干砌片石
2.0高限黏土
1.2浆砌片石
3.0石灰岩
4.0混凝土
4.0假设水中主要含土类为中细沙,取=
0.5;最小容许流速1-9由得=
0.26m/s;因为设计结果=
2.48m/s,介于与值之间,所以流速符合要求又因为计算流量=
1.64m3/s,与=
1.50m3/s相差未超过10%,一般可认为符合设计要求综上可知因为流量和流速均符合要求,本排水沟可采用底宽
0.5m,而沟深,应为水深加安全高度=
0.10~
0.20m,本设计取=
0.1m,所以沟深=+=
0.6+
0.1=
0.7m.
1.
3.6其他排水设施道路的排水设施主要包括路基排水和路面排水常用的路基地面排水设施,除了已经进行设计的边沟和截水沟外,还包括排水沟、跌水与急流槽这些排水设备,分别设在路基的不同部位,各自的排水功能、布置要求和构造形式均有所差异各类地表水沟沟顶应高出设计水位
0.2m以上当地下水影响路基路面的强度或边坡稳定时,应设置暗沟、渗沟和检查井等地下排水设施路面表面排水主要是迅速把降落在路面和路肩表面得降水排走,一面造成路面积水而影响行车安全主要包括中央分隔带排水、路面内部排水和边缘排水系统,以及排水基层的排水系统等
1.4路基稳定性验算由《路基路面工程》可知,粘性土具有较大的粘结力,而内摩擦角较小,破坏滑动面可采用圆弧破裂面法,并且应当符合以下假定
(1)不考虑滑动体内应力不均匀分布和局部移动;2认为平衡状态只在滑动面上达到,滑动土体滑动时整体下滑;3极限滑动面的位置需通过试算法加尺以确定由于本设计标准横断面采用一般路堤形式,路堤平均填土高度为
4.8m对于路基的稳定性分析,采用一般路堤的最高值8m由《公路路基设计规范》JTGD30—2004得路堤边坡坡度为定值
1.
4.1设计参数由于本路基属中湿,经查可知,土的摩擦系数f和黏结力C为表
1.7容许流速表土壤名称内摩擦角摩擦系数黏结力C(KPa)干黏土13°-17°
0.23-
0.315-10湿黏土13°-17°
0.23-
0.215-20极湿黏土13°-17°
0.23-
0.216-10故可取路堤粘聚力C=16KPa,内摩擦角φ=17路堤填土高h1=8m,路堤边坡坡率为m=1׃
1.5,°(tanφ=
0.31)土的容重取γ=17KN/m3车辆荷载为公路一级汽车荷载由《公路路基设计规范》JTGD30—
20043.
6.7,对路堤和地基的整体稳定性采用简化的Bishop法进行分析计算
1.
4.2稳定性验算
(1)车辆荷载的换算在进行路堤稳定性验算时,将车辆荷载按最不利情况排列,并换算成相当的土层厚度公路一级汽车荷载换算成土柱高由《路基路面工程》有1-10式中N—并列车辆数,双向六车道N=6;L—标准车辆轴载为13m;Q—一辆重车的重力(标准车辆荷载为550KN);γ—路基填料的重度为17KN/m3;B—荷载横向分布宽度,B=Nb+(N-1)m+△=6×
1.8+(6-1)×
1.3+
0.6=
17.9数值带入计算可得h0=
0.83m,取h0=
1.0m,偏于安全计算
(2)路堤横断面
4.5H法滑动面圆心位置的辅助线,确定不同圆心可得各计算好下图表图
1.8滑动面距道路边缘1/4H=
2.25时其计算如下表
1.8分段Xi(cm)SINai=Xi/RaiCOSai面积(cm2)GiNiTiL/cm
1.
001458.
840.
8053.
210.
6034367.
82584253.
02349924.
90467871.
941898.
802.
001271.
340.
7044.
260.
7249321.
30838462.
17600519.
81585145.
083.
001121.
340.
6237.
990.
7954124.
87920122.
77725154.
55566371.
604.
00971.
340.
5332.
220.
8555033.
15935563.
52791477.
01498841.
905.
00821.
340.
4526.
800.
8952825.
48898033.
23801579.
86404886.
936.
00671.
340.
3721.
620.
9347980.
34815665.
77758259.
11300589.
047.
00521.
340.
2916.
630.
9640808.
53693744.
98664729.
69198536.
008.
00371.
340.
2011.
760.
9831516.
47535779.
96524530.
81109213.
569.
00221.
340.
126.
980.
9920239.
25344067.
28341518.
2141804.
3710.
0071.
340.
042.
241.
007058.
76119998.
86119906.
814699.25∑
5677600.
753177959.67K
1.51在上表中1-111-121-13同理可得图
1.9滑动面距道路边缘3M时其计算如下表
1.9分段XicmSINai=Xi/RaiCOSai面积cm2GiNiTiL/cm
1.
001380.
830.
7952.
180.
6159594.
601013108.
18621257.
94800266.
671984.
332.
001155.
830.
6641.
390.
7562038.
751054658.
76791215.
47697340.
083.
001005.
830.
5835.
130.
8264913.
771103534.
01902556.
48634963.
854.
00855.
830.
4929.
310.
8764171.
281090911.
73951227.
88534091.
685.
00705.
830.
4023.
810.
9160469.
641027983.
89940459.
88415073.
616.
00555.
830.
3218.
540.
9554218.
55921715.
40873880.
32293074.
167.
00405.
830.
2313.
420.
9745683.
63776621.
72755403.
01180298.
618.
00255.
830.
158.
420.
9935037.
44595636.
40589223.
1987170.
879.
00105.
830.
063.
471.
0022101.
68375728.
59375039.
4122746.
8710.
0044.
170.
031.
451.
007500.
00127500.
00127459.
293221.63∑
6927722.
883668248.03K
1.45图
1.10滑动面距道路边缘4M时其计算如下表
1.10分段Xi(cm)SINai=Xi/RaiCOSai面积(cm2)GiNiTiL/cm
1.
001392.
720.
8356.
450.
5530777.
98523225.
65289135.
73436079.
822104.
152.
001192.
720.
7145.
540.
7082092.
101395565.
63977442.
01996097.
663.
001008.
340.
6037.
120.
8087908.
901494451.
381191710.
00901782.
784.
00839.
590.
5030.
160.
8688026.
031496442.
451293846.
03751865.
975.
00670.
840.
4023.
670.
9283586.
941420978.
051301446.
35570452.
486.
00502.
090.
3017.
490.
9575347.
211280902.
511221715.
41384867.
117.
00333.
340.
2011.
510.
9863650.
231082053.
951060306.
60215848.
738.
00164.
590.
105.
651.
0047386.
35805567.
93801650.
8579344.
859.00-
4.
160.00-
0.
141.
0031856.
94541568.
00541566.32-
1348.
2210.00-
172.91-
0.10-
5.
940.
9911074.
19188261.
24187250.67-
19480.23∑
8866069.
974315510.97K
1.41701图
1.11滑动面距道路边缘5M时其计算如下表
1.11分段XicmSINai=Xi/RaiCOSai面积(cm2)GiNiTiL/cm
1.
001343.
770.
8356.
390.
5548687.
47827686.
94458104.
53689351.
802230.
802.
001093.
770.
6842.
680.
74126495.
992150431.
761580867.
071457812.
083.
00884.
390.
5533.
240.
84104906.
931783417.
891491623.
58977567.
634.
00715.
640.
4426.
330.
90102341.
701739808.
941559301.
45771695.
625.
00546.
890.
3419.
810.
9495557.
771624482.
071528313.
37550636.
226.
00378.
140.
2313.
550.
9785150.
251447554.
211407236.
07339263.
657.
00209.
390.
137.
460.
9971470.
071214991.
251204715.
94157680.
858.
0040.
640.
031.
441.
0054711.
25930091.
17929796.
0723427.
679.00-
128.11-
0.08-
4.
551.
0034950.
48594158.
13592282.17-
47177.
5010.00-
296.86-
0.18-
10.
600.
9812161.
31206742.
26203212.66-
38039.15∑
10955452.
904882218.88K
1.43经计算可知当距道路边缘4M时计算所得K值最小,即K=
1.417>
1.35(简单毕肖普法最小值)所以路基稳定符合要求
1.5施工设计
1.
5.1路基施工的一般规定⑴路基施工宜以挖作填,减少土地占用和环境污染⑵路基施工中各施工层表面不应有积水,填方路堤应根据土质情况和施工时气候状况,做成2%~4%的排水横坡⑶雨季施工或因故中断施工时,必须将施工层表面及时修理平整并压实⑷施工过程中,当路堑或边坡内发生地下水渗流时,应根据渗流水的位置及流量大小采取设置排水沟、集水井、渗沟等设施降低地下水位⑸排水沟的出口应通至桥涵进出口处⑹取土坑应有规则的形状,坑底应设置纵、横坡度和完整的排水系统⑺当设计未规定取土坑位置或规定的取土坑的贮土量不能满足要求须另寻土源上四,应按照下列规定办理当地面横坡定于110时,路侧取土坑应设在路基上侧,在桥头两侧不宜设取土坑,特殊情况下,可在下游一侧设置,但应留有宽度不小于
4.0m的护坡道取土坑的边坡,内侧宜为
11.5,外侧宜小于11,沿河地段的坑底纵坡可减少至
0.1%,沿线取土坑的坑底纵坡不宜小于
0.2%,坑底一般宜高出附近水域的常年水位,取土坑的坑底横坡可做成向路线外侧倾斜的单向坡,坡厚为2%~3%,当取土坑坑底宽度大于6m时,可做成向中间倾斜的双向横坡,并在中间设置底宽
0.4m的纵向排水沟,当坑底纵坡大于
0.5%时,可以不设排水沟当沿河弃土时,不得阻塞河流,挤压挤孔和造成河岸冲刷
1.
5.2填方路基的施工⑴土方路基应分层填筑压实,用透水性不良的土填筑路堤时,应控制其含水量在最佳压实含水量大2%之内⑵土方路基,必须根据设计断面,分层填筑、分层压实,采用机械压实时,分层的最大摊铺层厚,按土质类别,压实机具功能碾压遍数等,经过经验确定,但最大摊铺厚度,不宜超过50cm,填筑至路床底面,最后一层的最小压实厚度,不应小于8cm⑶路堤填土宽度每侧应宽于填层设计厚度,压实厚度不得小于设计宽度,最后削坡⑷填筑路堤宜采用水平分层填筑法施工⑸原地面纵坡大于2%的地段,可采用纵向分层法施工,沿纵坡分层,逐层填压密实⑹若填方分几个作业段施工,两段交接处,不在同一时间填筑则先填地段应按11坡度分层留台阶若两个地段同时填,则应分层相互交叠、衔接,其搭接长度不得小于2m⑺河滩路堤填土,应连同护坡道在内,一并分层填筑,可能受水浸淹部分的填料,应选用水稳性比较好的土料,河槽加宽,加深工程应在修筑路堤前完成,调治构造物应提前修建⑻两侧取土,提高在3m以内的路堤可用推土机从两侧分层推填,并配合平地机分层填平,土的含水量不够多时,用洒水车并用压路机分层碾压⑼填方集中地区路基的施工A.取土场运距在1km范围内时,可用铲运机运送,辅以推土机开道,翻松硬土,取整取土段,清除障碍等B.取土场运距超过1m范围时,可用松土机翻松,用挖掘机或装载机配合自卸车运输,用平地机平整填土,配合洒水车压路机碾压
1.
5.3边沟的施工⑴边沟应分段设置出水口,梯形边沟没段长度不宜超过300m,三角形边沟不宜超过200m⑵平曲线处边沟施工时,沟底纵坡应与曲线前后沟底纵坡平顺衔接,不允许曲线内侧有积水或外溢现象发生,曲线外侧边沟应适当加深,其增加值等于超高值⑶土质边沟当沟底纵坡大雨3%的应采用加固措施2水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面板为刚性路面,具有较高的力学强度,在车轮荷载作用下变形较小所以,混凝土板通常工作在弹性阶段本水泥混凝土路面设计主要依据《公路水泥混凝土路面设计规范》JTGD40—2002在荷载图示方面采用静力作用均布面荷载,在地基模型方面,采用温克勒地基模型在路面板形态方面,釆用半空间弹性地基有限大矩形板理论
2.1行车荷载
2.
1.1车辆的类型和轴型由交通调查和预测得知,本路建成初期每昼夜双向混合交通量组成如下表
2.1交通参数根据交通调查结果,查阅相关资料可得
2.2表如下表
2.2车辆轴重参数参考表车型序号车型名称前轴重(KN)后轴重(KN)后轴数后轴轮组数后轴距交通量01桑塔纳2000290902江淮AL
660017.
0026.5012042603黄海DD
68049.
0091.5012051404北京BJ
13013.
5527.2012023405东风EQ
14023.
7069.2012055706黄河JN
16358.
60114.0012090407东风SP
925050.
70113.30324299交通年平均值增长率(%)
9.
52.
1.2轴载换算由《公路水泥混凝土路面设计规范》JTGD40—2002得标准轴载的有关计算参数见表
2.3表
2.3标准轴载计算参数标准轴载BZZ—100轴载P(KN)100轮胎接地压强p(MPa)
0.70单轮传压面当量直径d(cm)
21.30两轮中心距(cm)
1.5d水泥混凝土路面结构设计以100KN的单轴-双轮组荷载作为标准轴载不同轴轮型和轴载的作用次数,换算为标准轴载的作用次数由《公路水泥混凝土路面设计规范》JTGD40—2002有2-12-2或2-3或2-4式中Ns—100KN的单轴-双轮组标准轴载的作用次数;Pi—单轴-单轮、单轴-双轮组、双轴-双轮组或三轴-双轮组轴型级轴载的总重(KN);—轴型和轴载级位数;—各类轴型级轴载的作用次数;—轴-轮型系数,单轴-双轮组时,=1;单轴-单轮时,按(2-2)计算;双轴-双轮组时,按(2-3)计算;三轴-双轮组时,按(2-4)计算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
2.1~
2.3计算结果列表如下表
2.4轴载换算计算表轴载级位PiKN每日通过次数(次/d)BZZ-100轴次(次/d)
49.
0051411.1044×
100.
0191.
5051410.
241400133124.
0869.
2055710.
0027650151.
5158.
6090410.
0001933580.
17114.
0090418.
1372492957356.
0750.
7029911.9060×
100.013×
113.
302996.21×
10317408558.
9589.36合计∑=
8071.24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
8071.24次/d由于本公路运2015年末建成通车,故那时的每昼夜双向混合交通量换算成标准轴载的作用次数为
2.
1.3交通分析《公路水泥混凝土路面设计规范》JTGD40—2002可得高速公路的设计基准期为30年,具体数值见表
2.4表
2.5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)30302020目标可靠度(%)95908580目标可靠指标
1.
641.
281.
040.84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2-5其中,t=30,N1=
12706.058,γ=
9.5%则有=
694207400.9(次)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调查分析双向交通的分布情况,选取交通量方向分配系数,一般情况可采用O.5依据设计公路的车道数,参照表
2.6确定交通量车道分配系数表
2.6交通量车道分配系数单向车道数123≥4车道分配系数
1.0O.8~
1.0O.6~O.
80.5~
0.75注交通量大时,取低值;交通量小时,取高值本设计为六车道高速公路,取方向不均匀系数取
0.5,车道不均匀系数取
0.2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×
0.5×
0.7=
694207400.9×
0.5×
0.7=
242972590.3(次)2-6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
2.7所示表
2.7车辆轮迹横向分布系数公路等级纵缝边缘处高速、一级公路、收费站
0.17~
0.22二级及以下公路行车道宽大于7m
0.23~
0.39行车道宽小于或等于7m
0.54~
0.62本公路为高速公路双向六车道,取η=
0.2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为Ne=Ns·=
242972590.3×
0.2=
4.859×10(次)2-7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
2.8所示表
2.8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)>2000100~20003~100<3由表
2.8可知,本道路交通属于特重交通
2.2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,各结构层的功能和作用各不相同
2.
2.1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》JTGD40—
20024.
2.2,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160mm
2.
2.2基层设计
(1)类型JTGD40—20024.3.2条,推荐在特重交通条件下,水泥混凝土路面适宜的基层为贫混凝土、碾压混凝土或沥青混凝土基层;在重交通条件下,水泥混凝土路面适宜的基层为水泥稳定粒料或沥青稳定碎石基层按照规范的建议,在特重交通条件下,水泥混凝土路面适宜的基层为贫混凝土、碾压混凝土或沥青混凝土基层但我省目前在特重交通条件下,却采用了规范在重交通条件下推荐的基层类型,即在特重交通条件下,水泥混凝土路面采用水泥稳定粒料基层显然是在抗水冲刷方面弱了 既然知道在特重交通条件下,水泥混凝土路面采用水泥稳定粒料基层在抗水冲刷方面弱了,那么有没有补救的办法呢 基层应具有足够的抗冲刷能力和一定的刚度多年来的应用实践表明在刚度方面,在特重交通条件下采用水泥稳定粒料作为水泥混凝土路面基层,较少有反映由于刚度不足造成水泥混凝土路面损坏的,而反映最多的是水损坏因此要考虑补强,应主要从抗水冲刷方面去补强不放弃半刚性基层而要提高其抗水冲刷能力,比较切合实际的想法是复合,即在半刚性基层上加铺一层抗水冲刷能力较强的结构层从规范推荐的材料来看,抗水冲刷能力较强的有碾压混凝土、贫混凝土和沥青混凝土三类从加铺的功能来看,加铺的厚度应较薄,厚则失去了加铺与复合的意义碾压混凝土和贫混凝土两种因加铺时必须保证一定的厚度≥10cm而显得不经济,沥青混凝土比较合适,其厚度可小至0.5cm,它不但可以防冲刷而且是良好的防水层,防止了水的下渗,保证其下的抗水冲刷能力较弱的基层不受水的侵蚀德国、日本水泥混凝土路面常见这种结构,作为混凝土板与基层间的过渡层,其目的是为了提高和改善基层的耐久性,密级配沥青混凝土的厚度通常为4cm两种材料复合后,优势互补,相得益彰,既继承了传统的半刚性基层结构,又弥补了其抗水冲刷不足的缺陷,且在造价方面提高不大,较为经济
(2)宽度由《公路水泥混凝土路面设计规范》JTGD40—
20024.
3.4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《公路水泥混凝土路面设计规范》JTGD40—20024.3.5各类基层厚度和适宜范围见表
2.9表
2.9各类基层厚度的适宜范围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基于以上考虑,本公路基层采用厚度为200mm水泥稳定粒料基层+厚度为60mm沥青混凝土加铺层弥补其抗水冲刷不足的缺陷
2.
2.3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
2.
2.4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
2.
2.5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
2.1所示图
2.1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
2.2所示图
2.2中央分隔带排水
(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
2.3路面结构层设计
2.
3.1初拟路面结构由表
2.4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
2.9初拟普通混凝土面层厚度为
0.275m,垫层为160mm天然沙砾基层采用厚度为200mm水泥稳定粒料基层+厚度为60mm沥青混凝土加铺层弥补其抗水冲刷不足的缺陷,水泥混凝土上面层板的平面尺寸长为
5.0m、宽从中央分隔带至路肩依次为
3.75m、
3.75m、
3.75m、
3.00m;纵缝为设拉杆平缝,横缝为设传力杆的假缝碾压混凝土不设纵缝,横缝设假缝,间距板长5m表
2.10水泥混凝土面层厚度参考范围交通等级特重重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≥240270~240260~230250~
2202.
3.2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》JTGD40—2002可得普通混凝土面层弯拉强度标准值如表
2.11所示表
2.11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)
5.
05.
04.
54.0钢纤维混凝土的弯拉强度标准值(MPa)
6.
06.
05.
55.0同时可得相应的弯拉弹性模量如表
2.12所示表
2.12水泥混凝土弯拉弹性模量经验参考值弯拉强度(MPa)
1.
01.
52.
02.
53.
03.
54.
04.
55.
05.5抗压强度(MPa)
5.
07.
711.
014.
919.
324.
229.
735.
841.
848.4弯拉弹性模量(GPa)10151821232527293133综上分析,取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为
5.0MPa,相应弯拉弹性模量标准值为31GPa
(2)基层参考有关资料,碾压混凝土弯拉强度标准值为
4.0MPa,相应弯拉弹性模量标准值为27GPa又由表
2.13得水泥稳定粒料基层回弹模量取1300MPa表
2.13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
2.11得天然沙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》JTGD40—2002建议路基土回弹模量取值如表
2.14所示表
2.14中湿路基路床顶面回弹模量(MPa)土组公路自然区划ⅡⅢⅣⅤⅥ土质砂26~4240~5039~5035~6050~60粘质土25~4530~4025~4530~4530~45粉质土22~4632~5430~5027~4330~45由《公路自然区划标准》可知湖南长沙位于Ⅳ5江南丘陵过湿区,属于东南湿热区路基土质为粘性土路基土回弹模量取35MPa
2.
3.3基层顶面回弹模量由《公路水泥混凝土路面设计规范》JTGD40—2002得基层顶面回弹模量的计算公式如下B.1.5新建公路的基层顶面当量回弹模量可按式B.1.5.1计算确定式中Et——基层顶面的当量回弹模量MPa;E0——路床顶面的回弹模量MPa;Ex——基层和底基层或垫层的当量回弹模量MPa,按式B.
1.5-2计算;E
1、E2——基层和底基层或垫层的回弹模量MPa;hx——基层和底基层或垫层的当量厚度m,按式B.
1.5-3计算;Dx——基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度MN-m,按式B.
1.5-4计算;h
1、h2——基层和底基层或垫层的厚度m;a、b——与Ex/E0有关的回归系数,分别按式B.
1.5-5和式B.
1.5-6计算将数据代入上式,可解得将以上计算结果代入(B.
1.5-1)可得此公路的基层顶面当量回弹模量为由《公路水泥混凝土路面设计规范》JTGD40—2002,有基层顶面的当量回弹模量Et的最低要求见表
2.15所示表
2.15基层顶面回弹模量Et最低要求交通量等级特重重中等轻回弹模量Et(MPa)1201008080由于所以算的Et=
163.2MPa,大于120MPa,所以满足要求
2.
3.4荷载疲劳应力由《公路水泥混凝土路面设计规范》JTGD40—2002B.1.1选取混凝土板的纵向边缘中部作为产生最大荷载和温度梯度综合疲劳损坏的临界荷载B.1.2标准轴载PS在临界荷位处产生的荷载疲劳应力按式B.1.2确定式中σpr——标准轴载PS在临界荷位处产生的荷载疲劳应力MPa;σps——标准轴载PS在四边自由板的临界荷位处产生的荷载应力MPa,按B.1.3条计算确定;kr——考虑接缝传荷能力的应力折减系数,纵缝为设拉杆的平缝时,kr=O.87~O.92刚性和半刚性基层取低值,柔性基层取高值;kf——考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数,按B.
1.4条计算确定;kc——考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数,按公路等级查表
2.16确定表
2.16综合系数kc公路等级高速公路一级公路二级公路
三、四级公路kc
1.
301.
251.
201.10B.1.3标准轴载PS在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力按式B.
1.3-1计算式中σps——标准轴载PS在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力MPa;r——混凝土板的相对刚度半径m,按式B.
1.3-2计算;h——混凝土板的厚度m;Ec——水泥混凝土的弯拉弹性模量MPa;Et——基层顶面当量回弹模量MPa,按附录B.
1.5条计算B.1.4设计基准期内的荷载疲劳应力系数按式B.1.4-1计算确定式中kf——设计基准期内的荷载疲劳应力系数;Ne——设计基准期内标准轴载累计作用次数,按附录A式A.2.2计算;ν——与混合料性质有关的指数,普通混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土,ν=O.057按表3.O.6,取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为
5.0MPa,相应弯拉弹性模量标准值为31GPa按设计资料及查附录F.1,路基回弹模量取35MPa查附录F.2,天然沙砾垫层回弹模量取200MPa,水泥稳定粒料基层回弹模量取1300MPaKr=
0.87,Kc查表B.1.2得
1.3h=
0.275m代入以上公式可得=
0.849(m)将r代入B.
1.3-1得=
0.923MPa又对普通混凝土面层=
2.742则=
0.87×
2.742×
1.3×
0.923=
2.863(MPa)
2.
3.5温度疲劳应力由《公路水泥混凝土路面设计规范》JTGD40—2002B.2.2最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力按式B.
2.2计算式中σtm——最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力MPa;αc——混凝土的线膨胀系数1/℃,通常可取为1×10-5/℃;Tg——最大温度梯度,查表
3.
0.8取用;Bx——综合温度翘曲应力和内应力作用的温度应力系数,可按/r和h查用图B.
2.2确定;——板长,即横缝间距m水泥混凝土面层的最大温度梯度标准值Tg,可按照公路所在地的公路自然区划按表
2.17选用表
2.17最大温度梯度标准值Tg公路自然区划Ⅱ、ⅤⅢⅣ、ⅥⅦ最大温度梯度℃/m88~8390~9586~9293~98本公路位于Ⅳ5江南丘陵过湿区,最大温度梯度取88℃/m普通混凝土面层板长5m,混凝土面层厚度
0.275m查《公路水泥混凝土路面设计规范》JTGD40—2002附图可得Bx=
0.52,Cx=
1.01又代入B.
2.2可得由《公路水泥混凝土路面设计规范》JTGD40—2002B.2.3温度疲劳应力系数可按式B.
2.3计算确定式中a、b和c——回归系数,按所在地区的公路自然区划查表
2.18确定表
2.18回归系数a、b和c系数公路自然区划IIIIIⅣVⅥV11A
0.
8280.
8550.
8410.
8710.
8370.834B
0.
0410.
0410.
0580.
0710.
0380.052C
1.
3231.
3551.
3231.
2871.
3821.270本公路位于Ⅳ5江南丘陵过湿区,取a=
0.841,b=
0.058,c=
1.323在临界荷位处的温度疲劳应力按下式计算确定2-9则有,由表
2.18可得高速公路的安全等级为一级,目标可靠度为95%,相应的变异水平等级为低再由表
2.19可得可靠度系数表
2.19可靠度系数变异水平等级目标可靠度(%)95908580低
1.20~
1.
331.09~
1.
161.04~
1.08—中
1.33~
1.
501.16~
1.
231.08~
1.
131.04~
1.07高—
1.23~
1.
331.13~
1.
181.07~
1.11确定可靠度系数=
1.30水泥混凝土路面结构设计以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态,其表达式采用下式计算2-10由前面计算可知普通混凝土面层通过验算可知,拟定的由厚度
0.275m的普通混凝土上面层和厚度为200mm水泥稳定粒料基层+厚度为60mm沥青混凝土加铺层,可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用,又可弥补其抗水冲刷不足的缺陷,另外这个板厚也是比较经济的
2.4接缝设计水泥混凝土路面是由一定百度的混凝土板组成的,具有热胀冷缩的性质混凝土路面板由于温度或湿度变化、硬化时的收缩等原因,会出现胀缩合翘曲为避免水泥路面板出现板内产生过大应力、出现板的断裂或拱胀等破坏,需要在混凝土面板设置各种类型的接缝此外,设置接缝可满足施工的需要
2.
4.1纵向接缝纵缝设在划分车道线的位置,由于一次铺筑宽度小于路面宽度,设置纵向施工缝纵缝与路线中缝平行纵向施工缝采用平缝加拉杆形式,上部锯切槽口,深度为35mm,宽度为5mm,接缝填缝材料,优先选用树脂类、橡胶类或改性沥青类,并在填缝中加入适量的耐老化剂,构造如图
2.3所示图
2.3纵向施工缝构造图拉杆采用螺纹钢筋,设在板厚中央,并对拉杆中部100mm范围内进行防锈处理拉杆的直径、长度和间距,参照表
2.20选用施工布设时,拉杆间距按横向接缝的实际位置予以调整表
2.20拉杆直径、长度和间距(mm)面层厚度(mm)到自由边或未设拉杆纵缝的距离(m)
3.
003.
503.
754.
506.
007.5200~25014×700×90014×700×80014×700×70014×700×60014×700×50014×700×400260~30016×800×90016×800×80016×800×70016×800×60016×800×50016×800×400由于设计混凝土面层厚度为275mm,一车道宽度即到自由边距离为
3.75m选用直径Φ16螺纹钢筋,长度800mm,间距700mm
2.
4.2横向接缝横缝垂直于纵缝,有缩缝、胀缝和施工缝三种由于设置胀缝不仅给施工带来不便,而且也容易出现碎裂、唧泥和错台等病害因此本设计主要采用缩缝和施工缝两种接缝形式每日施工结束或因临时原因中断施工时,设置横向施工缝,其位置选在缩缝处采用传力杆的平缝形式,其构造如图
2.4所示图
2.4横向施工缝构造图横向缩缝等间距布置,采用假缝形式由于特重交通,采用设传力杆假缝形式横向缩缝顶部锯切槽口,深度为面层厚度的1/4,宽度为5mm,槽内填塞填缝料由于高速公路的横向缩缝槽口增设深20mm、宽6~10mm的浅槽口,故本设计横向缩缝槽口增设深20mm、宽8mm的浅槽口,其构造如图
2.5所示图
2.5横向缩缝构造图传力杆采用光面钢筋其尺寸和间距可按表
2.21选用最外侧传力杆距纵向接缝或自由边的距离为200mm表
2.21传力杆尺寸和间距(mm)面层厚度(mm)传力杆直径传力杆最小长度传力杆最大间距2202840030024030400300260324503002803545030030038500300水泥混凝土面层厚度275mm则采用传力杆直径Φ35光面钢筋,长度500mm,间距200mm
2.5各结构层材料组合设计
2.
5.1基本要求水泥混凝土混合料根据公路交通量及公路的使用任务、性质,并结合气候、水文、土质、材料、实践经验以及施工和养护条件等,通过技术经济比较获得符合使用要求与环境条件相适应的路面混凝土混合料由水泥、粗集料、细集料、水与外加剂等原材料组成各种材料的基本技术要求应满足相应的技术规范基本性能包括抗折强度、抗折疲劳强度、抗压强度、变形性能和耐久性等性能也应满足要求
2.
5.2垫层材料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排水层材料的级配应满足下述渗滤标准——垫层材料通过率为15%时的粒径D15不小于路床土通过率为15%时的粒径d15的5倍(D15≥5d15);——垫层材料通过率为15%时的粒径D15不大于路床土通过率为85%时的粒径d85的5倍(D15≤5d85);——垫层材料通过率为50%时的粒径D50不大于路床土通过率为50%时的粒径d50的25倍(D50≤25d50);——垫层材料的均匀系数(D60/D10)不大于
202.
5.3基层水泥稳定粒料、级配碎石或砾石的集料公称最大粒径宜为
26.5mm或
19.0mm小于
0.075mm的细粒含量不得大于5%,小于
4.75mm的颗粒含量不宜大于50%,细粒土的液限应小于25%,塑性指数应小于6承受重交通时,水泥剂量宜为5%;中等和轻交通时,水泥剂量宜为4%
2.
5.4面层材料《公路水泥混凝土路面设计规范》JTGD40—2002规定水泥混凝土集公称最大粒径不应大于
31.5mm(碎石)或
19.0mm卵石砂的细度模数不宜小于
2.5;高速公路面层的用砂,其硅质砂或石英砂的含量不宜低于25%水泥用量不得小于300kg/m3(非冰冻地区)面层材料的配合比设计如下:设配置
52.5级普通水泥砾石混凝土
(1)配置抗折强度设配置滑模摊铺的水泥混凝土,高速公路水泥混凝土路面设计抗折强度5MPa,强度施工保证系数K=
1.15则配置抗折强度由下式确定2-11则有
(2)计算水灰比W/C实测28d抗折强度平均值取
8.40MPa参照下列两个经验公式计算2-12带入数据则有,W/C=
0.3642或W/C=
0.544上述两个公式计算的水灰比,一个偏小,一个偏大,取两个公式的计算结果的平均值W/C=
0.454较合适
(3)计算单位用水量W0取细度模数为
2.6,参考表
2.22得Sp=32%;表
2.22砂的细度模数与最优砂率关系砂细度模数
2.2~
2.
52.5~
2.
82.8~
3.
13.1~
3.
43.4~
3.7砂率(%)碎石30~3432~3634~3836~4038~42砾石28~3230~3432~3634~3836~40塌落度h=5cm,由下列经验公式可计算2-13代入数据得Sp=
162.15kg/m3160kg/m3用水量过大,需使用减水剂
(4)外加剂用量使用外加剂,应采用引气缓凝减水剂用量
1.5‰,最优减水率7%减水量计算如下7%×
162.15=
11.35kg/m3,
162.12-
11.35=
120.8kg/m3,符合砾石混凝土最大控制单位用水量155kg/m3的要求外加剂用量Y0=359×
0.0015=
0.5385kg/m3
(5)计算单位水泥用量C0C0=W0(C/W)=
150.8×
2.2026=
332.15kg/m3考虑到施工的波动,增加水泥用量ΔC=
7.85取C0=340kg/m3,水灰比为
150.8/340=
0.044对比耐久性的要求,高速公路水泥混凝土路面的水灰比不大于
0.44,基本符合要求,单位用水量不小于300kg/m3,满足耐久性要求
(6)计算砂石材料用量使用假定密度法计算,假定砾石混凝土密度2450kg/m3由细度模数FM=
2.625查表
2.20,的砂率Sp=32%由下式可计算2-142-15代入上式得,
(8)计算结果汇总上述计算结果如表
2.23所示表
2.23施工配合比材料名称水水泥砂砾石外加剂(kg/m3)
15134062713320.52比例
0.
44411.
983.
291.5‰
2.6各结构层的施工技术要求及质量控制标准
2.
6.1施工技术本设计水泥混凝土路面施工采用滑模施工技术主要参考《公路水泥混凝土路面滑模施工技术规范》本设计采用螺旋布料器布料、多根振动棒振动密实、振捣器上下振捣压入粗骨料、成型模板挤压成型和抹光等工序,确保水泥混凝土路面密度,特别是路面的平整度有了明显的提高,能满足高速公路的高标准质量要求
2.
6.2施工要求
(1)施工前的准备根据质量要求验收基层标高与平整度,避免因基层的标高或平整度的不良而影响水泥混凝土面层在合格的基层顶面用经纬仪和水准仪测量出道路中心线和标高,然后,放出摊铺机一侧的基准线,放线时每5m(弯道段)或10m(直线段)测设一个点,确保标高准确,线形平顺摊铺机履带行走部位的地基,应稍整平并有能承载履带接地压力的承载力
(2)混凝土制备拌制符合质量标准且质量稳定的拌和料,其坍落度宜为30~50mm,砂率直为40%加强搅拌站材料的计划性,原材料必须有足够的贮存量,满足每天的摊铺量在满足摊铺量的同时,必须按运输到现场的时间和车辆吨位大小等情况,配备运输车辆,确保摊铺机持续均匀地进行摊铺
(3)全自动铺筑摊铺机定位后,安装自动找平传感装置并检查其完好性及操作灵活性,它将直接影响到铺筑路面的质量全自动摊铺的工艺为根据施工情况,调整摊铺速度以及振动棒位置与振动频率
(4)整修图
2.6摊铺机自动铺筑路面成型后,为了使路面两侧的边角达到要求的平整度,可备有3m轻型直尺进行整修每天摊铺机在开始和结束铺筑时,两端都采用人工立模板和铺筑两端平整度必须与机械摊铺整个面层保持一致,上述两端处的人工修边必须认真精修
(5)拉毛、初期养生拉毛质量直接影响路面抗滑性能,拉毛可以采用麻袋布拉毛,压纹机压纹或切割成纹要求纹理均匀、顺直、深度适宜当混凝土成型后应适时用潮湿的麻袋布或草包覆盖养生,防止表面干缩裂缝,并在7天内保持湿治养生也可采用喷洒化学养护剂养护
(6)切缝掌握好切缝时机是防止施工初期断板的重要措施,应“宁早不晚”和“切缝不浅”,以切缝时刀片不带起碎石为最早切缝时机,切缝深度应为1/3~1/4的板厚(具体根据设计要求)
(7)灌封缝当养生结束后即可开始灌封缝,灌封缝前必须清除缝内杂物,保持缝壁干燥,然后选用合适的灌缝料进行灌封缝
(8)养护 当混凝土表面有相当硬度时,一般用手指轻压无痕迹,就可用湿草垫或湿麻袋覆盖,洒水养护时应注意水不能直接浇在混凝土表面上,当遇到大雨或大风时,要及时覆盖润湿草垫每天用洒水车勤洒水养护,保持草垫或麻袋湿润加入减水剂的混凝土强度5天可达80%以上,此时可撤掉草垫或湿麻袋,放行通车后,仍需洒水养护2~3天
(9)、拆模 拆模时先取下模板支撑、铁钎等,然后用扁头铁撬棍棒插入模板与混凝土之间,慢慢向外撬动,切勿损伤混凝土板边,拆下的模板应及时清理保养并放平堆好,防止变形,以便转移他处使用
2.7工程量及材料用量计算工程材料主要为钢筋用量,由
2.24接缝设计可归纳得路面用拉杆及传力杆所用钢筋的直径、长度和间距等参数,汇总得表
2.22所示表
2.24路面用钢筋参数(mm)接缝纵缝横缝直径Φ1635长度L800500间距S700200路面混凝土板长度为5m,宽度依据行车道宽度及硬路肩宽度分别为
3.75m和
3.00m路线起止桩号为K0+000~K11+200则路线长度为11200m依据路线长度和混凝土面板的平面尺寸,计算可得纵缝和横缝所分别消耗的钢筋数量纵向N1=6×11200/
0.7=160002-16横向N2=11200/5×
3.75×6+
3.00×2/
0.2=3192002-17查阅相关资料可得钢筋单位质量如表
2.25所示表
2.25钢筋单位质量表接缝纵缝横缝种类螺纹钢筋光圆钢筋直径mm1635单根面积cm
22.
0119.621单位质量kg/m
1.
5787.562则可计算得到所用钢筋的质量纵缝G1=16000×
0.8×
1.578=
20198.4kg=
20.1984t横缝G2=319200×
0.5×
7.562=
1206895.2kg=
1206.8952t则,总量G=
20.1984+
1206.8952=
1227.0936t
2.8水泥混凝土路面建筑设计3.柔性路面设计
3.1进行轴载换算确定交通等级
3.
1.1交通量转化湖南长沙(地处IV区)拟修建一条高速公路,道路为双向六车道,经确定面宽
34.5m,其中中央分隔带3m,左侧路缘带2×
0.75,行车道6×
3.75m,硬路肩2*
3.0m,土路肩2×
0.75,根据建设方的要求,近期交通量如表一所示,交通量年增长率为
9.5%,该路段路基属于中湿类型,土质为粘性土表
3.1车辆轴重参数及交通量参考表车型序号车型名称前轴重(KN)后轴重(KN)后轴数后轴轮组数后轴距交通量01桑塔纳2000290902江淮AL
660017.
0026.5012042603黄海DD
68049.
0091.5012051404北京BJ
13013.
5527.2012023405东风EQ
14023.
7069.2012055706黄河JN
16358.
60114.0012090407东风SP
925050.
70113.30324299交通年平均值增长率(%)
9.5
(1)以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时根据《公路沥青路面设计规范》
3.
1.2,当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时的标准轴载均应按公式主义3-1换算成标准轴载P的当量轴次N.3-1式中N——标准轴载的当量轴次(次/d);ni——被换算车型的各级轴载作用次数;Pi——被换算车型的各级(单根)轴载(KN),规定要求轴载大于25KN;Ci——被换算车型各级轴载的轴数系数,当轴间距大于3m时按单独的一个轴计算,轴数系数记为轴数m;当间距小于3m时,按双轴或多轴计算,轴数系数为C1=1+
1.2(m-1);C2——被换算轴载的轮组系数,单轮组为
6.4,双轮组为
1.0,四轮组为
0.38进行的轴载换算如表
3.2所示表
3.2轴载换算计算表各级轴载PimN
17.
001.
001.
006.
40426.
000.
001.
2226.
501.
001.
001.
00426.
000.
001.
3249.
001.
001.
006.
40514.
000.
04147.
7491.
501.
001.
001.
00514.
000.
68349.
2613.
551.
001.
006.
40234.
000.
000.
2527.
201.
001.
001.
00234.
000.
000.
8123.
701.
001.
006.
40557.
000.
006.
8069.
201.
001.
001.
00557.
000.
20112.
2858.
601.
001.
006.
40904.
000.
10565.
85114.
001.
001.
001.
00904.
001.
771598.
4750.
701.
001.
006.
40299.
000.
0599.
69113.
301.
001.
001.
00299.
001.
72514.
72113.
301.
001.
001.
00299.
001.
72514.
72113.
301.
001.
001.
00299.
001.
72514.72∑
4427.85即2010年的标准轴载当量次数为
4427.85次,由交通年增长率为
9.5%可知2015年建成通车后的当量轴载次数为(3-2)计算设计年限内通过该横断面的累积标准轴载的当量次数公式
2.2进行计算(3-3)式中Ne——设计年限内一个车道上的累计当量轴载次次/d;t——设计年限,按照规范沥青混凝土路面高速公路设计年限为15年;N1——路面竣工后第一年的平均日当量轴载次(次/d);γ——设计年限内交通量的平均年增长率,参照任务书取
7.5%;η——车道系数,按规范四车道一般取
0.5;将数据代入公式(3-3)得计算设计年限(15年)内通过该横断面的累积标准轴载的当量次数为
(2)以半刚性材料层的拉应力为设计指标时根据《公路沥青路面设计规范》
3.
1.2,当以半刚性材料层的拉应力为设计指标时的标准轴载均应按公式主义
3.
1.2-2换算成标准轴载P的当量轴次N(3-3)式中N’——标准轴载的当量轴次(次/d);ni——被换算车型的各级轴载作用次数;Pi——被换算车型的各级(单根)轴载(KN),规定要求轴载大于50KN;——被换算车型各级轴载的轴数系数,当轴间距大于3m时按单独的一个轴计算,轴数系数记为轴数m;当间距小于3m时,按双轴或多轴计算,轴数系数为=1+2(m-1);——被换算轴载的轮组系数,单轮组为
18.5,双轮组为
1.0,四轮组为
0.09进行的轴载换算如表
3.3所示表
3.3轴载换算各级轴载PimC1C2ni
17.
001.
001.
0018.
50426.
000.
000.
0126.
501.
001.
001.
00426.
000.
000.
0149.
001.
001.
0018.
50514.
000.
0031.
6091.
501.
001.
001.
00514.
000.
49252.
5413.
551.
001.
0018.
50234.
000.
000.
0027.
201.
001.
001.
00234.
000.
000.
0123.
701.
001.
0018.
50557.
000.
000.
1069.
201.
001.
001.
00557.
000.
0529.
2958.
601.
001.
0018.
50904.
000.
01232.
55114.
001.
001.
001.
00904.
002.
852578.
7450.
701.
001.
0018.
50299.
000.
0024.
15113.
301.
001.
001.
00299.
002.
72811.
91113.
301.
001.
001.
00299.
002.
72811.
91113.
301.
001.
001.
00299.
002.
72811.91∑
5584.74即2010年的标准轴载当量次数为
5584.74次,由交通年增长率为
9.5%可知2015年建成通车后的当量轴载次数为(3-4)将数据代入公式得计算设计年限(15年)内通过该横断面的累积标准轴载的当量次数为
3.
1.2确定交通等级根据《公路沥青路面设计规范》
3.
1.8的规范划分为四个等级设计时可根据累积当量轴次Ne或每车道、每日平均大型客车及中型以上的各种货车交通量,选择一个较高的交通等级作为设计交通等级表
3.4交通等级交通等级BZZ-100累积标准轴次Ne(次/车道)大型及中型以上的各种货车交通量[辆/(d.车道)]轻交通600中等交通600~1500重交通1500~3000特重交通3000由前面的轴载计算可知当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时和当以半刚性材料层的拉应力为设计指标时累积标准轴次Ne分别为次和次,在特重交通范围内,而大型及中型以上的各种货车交通量[辆/(d.车道)]为2934[辆/d.车道]在重交通范围内,因此当选择特重交通作为设计依据
3.2拟定路面结构组合方案本公路位于江南丘陵过湿区,根据《公路沥青路面设计规范》
6.
1.3,多雨地区石灰粉煤灰稳定集料类材料宜用于高速公路、一级公路的下基层,石灰稳定类材料宜用于各级公路的宛若基层初拟路面结构层采用细粒式沥青混凝土作为上面层,中粒式沥青混凝土作为中面层,粗粒式沥青混凝土作为下面层,基层采用石灰粉煤灰碎石,底基层采用石灰土稳定沙砾,如图
3.5所示图
3.1路面结构组合方案细粒式沥青混凝土上面层中粒式沥青混凝土中面层粗粒式沥青混凝土下面层石灰粉煤灰碎石基层石灰土稳定沙砾底基层土基路基
3.3路面材料参数确定
3.
3.1确定土的回弹模量由设计资料可知,土基的回弹模量已经测得,即E0=35MPa
3.
3.2确定材料回弹模量经查询长沙年多年平均气温为
18.2度,由《公路沥青路面设计规范》附录E可查得所定各层材料的参数并确定如下表
3.6所需材料参数表材料名称沥青针入度抗压模量E1MPa劈裂强度150C(MPa)200C150C细粒式密集配沥青混凝土(密级配)≤901200~16001800~
22001.2~
1.6中粒式密集配沥青混凝土≤901000~14001600~
20000.8~
1.2粗粒式密集配沥青混凝土(半开级配)≤90600~8001200~
16000.6~
1.0石灰粉煤灰碎石——1300~1700——
0.5~
0.8石灰土稳定沙砾——800~1200——
0.2~
0.3土基——35————
3.4路面结构层厚度的确定及强度验算
3.
4.1初拟路面各结构层厚度由《公路沥青路面设计规范》表面
4.
1.3-
14.
1.5可初步确定各层厚度如下图所示图
3.2各层厚度
3.
4.2计算稳定砂砾结构层厚度
(1)设计弯沉值该公路为一级公路,路面等级系数Ac=
1.0,面层是沥青混凝土路面取
1.0,半刚性基层,底基层总厚度大于20cm,基层类型系数设计弯沉值为(3-5)
(2)求算综合修正系数(3-2)式中ls——路面实际弯沉值(
0.01mm);E0——土基回弹模量(MPa);Pδ——标准轴的轮胎接地压强(MPa)和当量圆半径(cm);将数据代入公式
2.5得
(3)计算稳定砂砾结构层厚度将5层体系简化成上层为细粒式密集配沥青混凝土、中层为中粒式沥青混凝土以及土基组成的三层体系如图
3.3所示图
3.3等效路表回弹弯沉的结构层换算图示细粒式密集配沥青混凝土(密级配)h1E1中粒式沥青混凝土E1中粒式密集配沥青混凝土h2E2粗粒式沥青混凝土HE2粗粒式密集配沥青混凝土(半开级配)h3E3石灰粉煤灰碎石h4E4石灰土稳定沙砾h5E5土基—E6土基—E0注
(1)当以设计回弹弯沉值计算结构层厚度时,中间层层厚
(2)当验算中粒式沥青混凝土层层底拉应力时,中间层层厚由(3-3)查图得α=
7.30,k1=
1.30由可知(3-4)又查课本图8-11得:,即H=
10.65×
6.36=
67.699cm,代入厚度计算公式(3-5)解得h4=31cm,即取石灰粉煤灰碎石厚度为31cm故路面结构尺寸如表所示表
3.7路面结构尺寸材料名称层位厚度细粒式沥青混凝土上面层4Cm中粒式沥青混凝土中面层6Cm粗粒式沥青混凝土下面层8Cm石灰粉煤灰碎石基层31Cm石灰土稳定沙砾底基层25Cm土基路基
3.
4.3验算结构层底面拉应力
(1)验算细粒式沥青混凝土面层层底拉应力将六层体系简化成上层为细粒式沥青混凝土、中层为中粒式沥青混凝土以及土基组成的三层体系如图
2.2所示则中间层层厚(3-6)计算路面结构容许弯拉应力,根据规范按公式
2.6计算其中(3-7)式中σR——路面结构在行车荷载重复作用下达到疲劳临界状态的最大容许拉弯应力,通过室内试验和路况调查求得;σr——结构层的最大拉应力,由弹性层状体系理论求得;σsp——沥青混凝土或半刚性基层材料在规定温度或龄期的劈裂强度(MPa),对于沥青混凝土,在进行结构层拉应力验算式,各层的抗压回弹模量和劈裂强度系指150C时的回弹模量和劈裂强度,其它水泥稳定类基层材料,均指3个月龄期的劈裂强度;Ks——抗弯拉强度结构系数,按下列公式计算对沥青混凝土面层(3-8)式中Aa——沥青混凝土级配类型系数,细、中粒式沥青混凝土为
1.0,粗粒式沥青混凝土为
1.1;对无机结合料稳定集料类(3-9)对无机结合粒稳定细粒土类(3-10)将数据代入以上各公式得抗弯拉结构系数为容许拉应力为由查课本图8-13已不能从图中查到,表明细粒式沥青混凝土层底将受压应力(或拉应力很微小),应视为拉应力验算通过
(2)验算中粒式沥青混凝土面层层底拉应力将六层体系简化成上层为中粒式沥青混凝土、中层石灰土稳定沙砾及土基组成的三层体系如图
3.4所示细粒式沥青混凝土h1E1中粒式沥青混凝土hE1中粒式沥青混凝土h2E2粗粒式沥青混凝土h3E3石灰土稳定沙砾HE2石灰粉煤灰碎石h4E4石灰土稳定沙砾h5E5土基—E6土基—E0图
3.4多层体系计算上层底面拉应力换算图式注上图中;(3-11)将数据代入以上各公式得抗弯拉结构系数为(3-12)容许拉应力为由查课本图8-13得当=
1.0时,无法查到,m1,m2已不能从图中查到,表明中粒式沥青混凝土层底将受压应力(或拉应力很微小),应视为拉应力验算通过
(3)验算粗粒式沥青混凝土面层层底拉应力将六层体系简化成上层为水泥稳定砂砾、中层为天然砂砾以及土基组成的三层体系如图
3.5所示细粒式沥青混凝土h1E1粗粒式沥青混凝土hE1中粒式沥青混凝土h2E2粗粒式沥青混凝土h3E3石灰粉煤灰碎石h4E4石灰土稳定沙砾HE2石灰土稳定沙砾h5E5土基—E6土基—E0注上图中(3-13)将数据代入以上各公式得抗弯拉结构系数为(3-14)容许拉应力为由查课本图8-13已不能从图中查到,表明粗粒式沥青混凝土面层将受压应力(或拉应力很微小),应视为拉应力验算通过4验算石灰粉煤灰碎石层底拉应力将六层体系简化成上层为水泥稳定砂砾、中层为天然砂砾以及土基组成的三层体系如图
3.6所示细粒式沥青混凝土h1E1石灰粉煤灰碎石hE1中粒式沥青混凝土h2E2粗粒式沥青混凝土h3E3石灰粉煤灰碎石h4E4石灰土稳定沙砾h5E5石灰土稳定沙砾HE2土基—E6土基—E0注上图中(3-15)将数据代入以上各公式得抗弯拉结构系数为(3-16)容许拉应力为(3-17)由查课本图8-13=
0.1,表明石灰粉煤灰碎石层或拉应力很微小,应视为拉应力验算通过
3.5验算防冻层厚度由《公路工程技术标准》可知长沙在IV2区,为非冰冻区,又由《公路沥青路面设计规范》
5.
2.4及附录B,当基层采用的当路基土为稳定粒料时,规范规定中湿路基的最小防冻深度为35~40cm,本次设计中基层总厚度为H=4+6+8+31+25=74cm45cm(3-18)故防冻厚度满足规范要求
3.6各结构层材料组成设计地基层采用天然砂砾,其粒径大小应符合表
3.8规定的范围要求;表
3.8天然砂砾层的级配范围筛孔尺寸(mm)
5337.
59.
54.
750.
60.075通过质量百分率(%)10080-10040-10025-858-450-15水泥稳定砂砾配合比为(6%按质量计),所用砂砾应符合表
3.9的尺寸范围要求;表
3.9天然砂砾层的级配范围筛孔尺寸(mm)
37.
531.
519.
09.5通过质量百分率(%)10090-10073-8849-69筛孔尺寸(mm)
4.
752.
360.
60.075通过质量百分率(%)29-5417-378-200-7结合《公路沥青路面施工技术规范》要求的矿料配合比范围,如表
3.10所示表
3.10粗粒式沥青碎石配合比矿料名称碎石(3~10cm)碎石(5~15cm)碎石(15~30cm)砂砾矿粉级配中值混合矿料通过百分率%在混和料中的通过百分率%8873101筛孔尺寸mm矿料本身通过百分率%
31.
510010092.
51001009594.
526.
510010056.
31001006568.
11910010038.
710010051.
555.
31610010017.
810010044.
540.
013.
21001008.
910010037.
533.
59.
598.
568.
32.
810010029.
526.
44.
7568.
613.
2096.
91001917.
22.
3618.
52.
5861001111.
31.
182.
6080.
51007.
59.
30.
657.
410056.
70.
325.
710043.
60.
158.
3972.
51.
80.
0753.
78421.2图
3.7粗粒式沥青碎石级配曲线中面层采用粗粒式密集配沥青混凝土(AC-25I)沥青用量为(
5.3%按质量计)各矿料的配合比设计如表
3.8和图
2.6所示表
3.8粗粒式沥青混凝土配合比矿料名称碎石(10~25cm)碎石(5~10cm)砂砾石屑矿粉级配中值混合矿料通过百分率%配合比452015155筛孔尺寸mm矿料本身通过百分率%
31.
5100100100100100100100.
026.
591.
21001001001009596.
0196710010010010082.
585.
216431001001001007474.
413.
214.
310010010010066.
561.
49.
53.
697.
91001001005556.
24.
75010.
596.
994.
31003835.
82.
362.
592.
749.
81002926.
91.
18077.
721.
410022.
519.
90.
645121001613.
60.
316.
68.
9100118.
80.
155.
27.
5978.
56.
80.
0751.
84.
68455.2图
3.9粗粒式密集配沥青混凝土级配曲线上面层采用中粒式密集配混凝土(AC-20I)沥青用量为(
5.3%按质量计)各矿料的配合比设计如表
3.12和图
2.7所示表
3.12中粒式沥青混凝土配合比矿料名称碎石(10~15cm)碎石(10~20cm)砂砾石屑矿粉级配中值混合矿料通过百分率%配合比173116306筛孔尺寸mm矿料本身通过百分率%
31.
5100100100100100100100.
026.
510098.
710010010010099.
61910085.
310010010097.
595.
41610035.
610010010082.
580.
013.
292.
514.
21001001007172.
19.
510.
89.
81001001006256.
94.
754.
783.
7596.
994.
31004851.
82.
362.
51.
258649.
81003735.
51.
180080.
521.
41002725.
30.
657.
4121002118.
80.
325.
78.
91001512.
80.
158.
37.
597109.
40.
0753.
74.
68467.0图
3.10中粒式密集配沥青混凝土级配曲线
3.7各结构层的施工技术要求及质量控制标准对高速公路、一级公路这些重大工程来说,铺筑试验段是不可缺少的步骤所以该工程应在开工前铺筑一定里程的试验段沥青路面的成败与否,压实是最重要的工序许多高速公路沥青路面发生早期损坏,大多数都与压实不足有关因此压实度的评定至关重要在压实这个环节中,应该严格的按照相应的标准进行压实,达到要求后才能够验收现场配置沥青混凝土时要严格按照马歇尔试验配合比进行沥青混凝土的配合比设计施工,若为商品沥青混凝土,应要求供给方出示相关的合格证明方可施工,应保证沥青混凝土在运抵施工现场时达到相应的温度要求才允许施工在沥青施工完毕后应进行跟踪试验,时时检测沥青混凝土的成品质量,并且送与相关部门进行检测
3.
7.1石灰稳定粒料施工技术要求1.粉碎土块,最大尺寸不应大于15mm生石灰在使用前7~10d需要消解,并用10mm方孔筛筛除未消解灰块工地上消解石灰的方法有花管射水和坑槽注水消解法两种为提高强度减少裂缝,可掺加最大粒径不超过
0.6倍石灰土厚度的集料2.拌合应均匀,摊铺厚度虚厚不宜超过20cm,严格控制含水量3.应在混合料处于最佳含水量时碾压,先用8t稳压,后用12t以上压路机碾压控制原则是“宁高勿低,宁刨勿补”4.交接及养护施工间断或分段施工时,交接处预留30~50cm不碾压,便于新旧料衔接常温季节,灰土层上洒水湿润养生7d,养生期内严禁车辆通行5.应严格控制基层厚度和高程、其路拱横坡与面层一致6.宜在春末和夏季组织施工施工期间日最低气温应在5℃以上,并应在第一次重冰冻(-3℃~-5℃)到来前1~
1.5个月完成
3.
7.2二灰稳定类基层的施工技术要求
1、准备下承层下承层表面应平整、坚实,具有规定的路拱,对局部松散区域,采取措施整改完善,下承层各项技术指标均应符合规范要求洒水湿润表面
2、施工放样在路基上恢复中线及边线,直线段上每15—25m设一桩,平曲线段上每10米设一桩并在木桩上标明桩号用摊铺机摊铺时,采用基准线控制摊铺厚度、高程及横坡时,提前在基层外侧
0..3m处每隔10m钉一根铁制基线桩,在装上固定横梁,梁上加加好拉紧的基准线(3mm油丝绳),基准线顶面与铺筑的基层顶面垂直距离以
0.1—
0.2m为宜对基准线的固定要求
①桩、梁牢固不晃动,线绷紧不花落
②横量应呈水平状,以保持传感器在基准线上正常滑行
③基准线应拉直绷紧
3、材料准备石灰质量符合Ⅲ级以上的钙质、镁质生石灰标准生石灰在道路施工前7天进行充分消解后,方可使用粉煤灰粒径应在
0.001~2mm之间,为便于压实,小于
0.074mm的颗粒含量应大于45%,粉煤灰烧失量应小于12%,SiO
2、Al2O3和Fe2O3的总含量应大于70%,比表面积应大于2500cm2/g二灰碎石中的碎石采用级配碎石,其级配组成符合下表碎石的压碎值不大于30%碎石基层级配范围层位通过下列筛孔(方孔筛,mm)的重量百分率(%)
31.
5199.
54.
752.
361.
180.
60.075石灰粉煤灰碎石层10081~9852~7030~5018~3810~276~200~7在试验室对白灰粉煤灰碎石进行试配,制作试件,获得最佳密实度和最佳含水量,作为现场施工的依据粒料拌和机检修后提前进场,并在正式拌制混合料之前,先调试所用的设备,使混合料的颗粒组成和含水量都达到规定的要求
4、拌和二灰碎石采用厂拌法预拌混合料,按照混合料配合比,将石灰和粉煤灰按照比例拌和均匀占用一料仓,另外将10-30mm和5-20mm的碎石按照比例拌和均匀占用一料仓,0-5mm碎石占用一料仓,石粉占用一料仓,确定各储料仓的闸口、下料速度和加水量,对混合料进行含灰量、含水量、碎石级配的测定,符合配合比要求,确定拌和的各种参数各料仓配备两名工作人员,时刻监视下料情况,并人为帮助下料,确保不出现卡堵现象,保证各料仓内持续下料进行生产拌和时,每日上、下午开盘前对拌和料进行测试调整各种拌和参数,对石灰剂量,含水量和集料的配合比按要求的频率检查并做好记录,严格控制配合比,保证拌和质量,拌和含水量较最佳含水量大1-2%,并根据大气、温度、风力情况、摊铺速度等调整含水量
5、施工现场的准备工作施工中有专人监管基准线,防止踏碰,并对其高程、厚度、横坡度随时监测快速车道及匝道的二灰碎松铺厚度为
22.5在二灰稳定碎石底基层的下脚线用石灰画线做好标记二灰稳定碎石基层两侧用土培好,且含水量适宜,高程为二灰稳定碎石基层顶面高程,并用小型压实机械碾压密实,保证边端稳定
6、运输运输车辆清洗干净,中途不得无故停车,运输车道不平地段均维护好,避免颠簸,以保证运输时间和不离析,向摊铺机卸料时,不撞击摊铺机料斗
7、摊铺摊铺用1台自动找平,具有振捣夯实功能的大功率摊铺机半幅摊铺,摊铺宽度为9m,摊铺厚度=设计厚度+虚铺厚度,虚铺厚度以试验段数据为准采用摊铺机摊铺混合料,拌和机和摊铺机的生产能力应互相匹配,尽可能避免停机待料情况摊铺机尽量保持匀速运行,转弯地段逐渐转向摊铺后设专人消除粗细集料离析现象,特别应该铲除局部粗集料“窝”,并用新拌混合料填补
8、碾压在混合料的含水量等于或略大于最佳含水量时碾压碾压时碾压轮横向错半轴,压路机碾压1遍行走速度
1.5km/h,密实度增大后,用振动压路机以
2.0-
2.5km/h速度碾压2遍,再用18t三光轮碾压2遍胶轮压路机碾压2遍后震动压路机静压收光1遍碾压时以先轻厚重、先慢后快、直线段先两边后中间、曲线段以先低后高为原则用流水作业方式紧跟在摊铺机后依次碾压由试验人员检测密实度,不合格时继续碾压,直到合格,合格后静压一遍成活严禁压路机在已完成或正在碾压的路段上调头或急刹车,保证基层表面不受破坏碾压过程中,表面始终保持湿润,水分蒸发过快时及时补洒少量的水碾压过程中,如有“弹簧”、松散、起皮等现象,应立即翻开拌合(加适量水泥)、换填等其他方式处理,使其达到质量要求横向接缝
(1)用摊铺机摊铺混合料时,不宜中断,如因故中断时间超过2h,设置横向接缝,摊铺机驶离混合料末端
(2)人工或机械将末端含水量合适的混合料弄整齐,紧靠混合料放两根方木,方木高度与混合料压实厚度相同;整平紧靠方木的混合料;
(3)在重新开始摊铺混合料之前,将方木除去,并将下承层表面清扫干净;
(4)摊铺机返回到已压实层的末端,重新开始摊铺混合料
(5)摊铺中断后,未按上述方法处理横向接缝,而中断时间已超过2h,则将摊铺机附近及其下面未经压实的混合料铲除,并将已碾压密实且平整度符合要求的末端挖成与路中心线垂直并垂直向下的断面,然后再摊铺新的混合料纵向接缝在前一幅摊铺时,在靠近中央的一侧用方木做支撑,在下一幅的摊铺之前拆除方木,洒水结合
9、养生及交通管制二灰土碾压完成后的第二天开始养生,每天洒水视气候条件而定,应始终保持表面潮湿养生期为7天养生期间,除洒水车外,封闭交通安全保证措施
(一)安全保证体系项目设立安全管理机构,由主管生产的项目经理任组长;工地设专职安全员,负责安全管理工作;各生产班组设兼职安全员,协助班组长做好本班组的各项安全管理工作
(二)安全保证措施
1、对各种施工机具要定期进行检查和维修保养,以保证使用的安全
2、所有临时结构的施工设计,必须考虑安全技术,并在施工前由设计者对操作人员进行详细交底
3、加强安全保卫的巡回查岗和工程队长值班制度,并强调值班人员要忠于职守,各负其责
4、场内施工机械严格按照操作规程操作,时刻注意机械旁边的施工管理人员和操作工的人身安全
5、运输车辆的运行过程中不得疲劳驾驶,夜间运输车辆保证灯光的可视度,确保行车安全
6、指挥碾压的人员注意碾压设备的动向,避免人身伤害
3.
7.3沥青混凝土面层的施工技术要求沥青混合料必须在沥青拌合厂采用间歇式拌合机机械拌制,拌合厂的设置应符合国家有关环境保护、消防、安全等规定;沥青材料应采用导热油加热,沥青与矿料的加热温度应调节到能使拌合料出厂温度达到如表
3.13要求表
3.13热拌沥青混合料的施工温度(OC)结构层名称粗粒式沥青碎石AM-30粗粒式沥青混凝土AC-25中粒式沥青混凝土AC-20沥青加热温度150-170140-160130-150矿料温度比沥青加热温度高10-20(填料不加热)沥青混合料出厂正常温度140-165125-160120-150混合料储料仓储存温度贮料过程中温度降低不超过10运输到现场的温度不低于120-150摊铺温度正常施工不低于110-130不超过165低温施工不低于120-140不超过175碾压温度正常施工110-140不低于110低温施工120-150不低于110碾压终了温度钢轮压路机不低于70轮胎压路机不低于80振动压路机不低于65开放交通温度路面冷却后注当沥青混合料出厂温度超过正常温度高限的30OC时,混合料应予以废弃间歇式拌和机每锅拌和时间为30-50s,所拌和的混合料应均匀一致,无花白料,无结团成块或严重的粗细分离情况;运料汽车车厢应清扫干净,车厢侧板和底板应涂一层薄的油水(柴油与水的比例为1:3)的混合液;但不得有余液积聚在车厢底部,以防止混合料与车厢板粘结;运料车应用篷布覆盖,用以保温、防雨、防污染,施工过程中摊铺机前方应有运料车在等候卸料开始摊铺时,等候卸料的运料车不宜小于5辆;摊铺时,采用两台以上摊铺机成梯队作业进行摊铺,相邻两幅的摊铺应有5-10cm左右宽度的重叠,相邻两台摊铺机宜相距10-30m,且不得造成前面摊铺混合料冷却;摊铺机自动找平时,中、下面层宜采用一侧钢丝绳引导的高程控制方式,表面宜采用摊铺层前后保持相同高差的雪橇式摊铺厚度控制方式,经摊铺机初步压实的摊铺层应符合平整、横坡的规定要求;摊铺系数取
1.2,摊铺过程中应随时检查摊铺层厚度及路拱、横坡,且施工气温不得低于100C;压实应按初压、复压、终压(包括成型)三个阶段进行,且压路机的碾压速度应符合表
3.14的要求;表
3.14压路机碾压速度(Km/h)压路机类型初压复压终压适宜最大适宜最大适宜最大钢轮压路机
1.5-
232.5-
3.
552.5-
3.55轮胎压路机————
3.5-
4.584-68振动压路机
1.5-2(静压)5(静压)4-5(振动)4-5(振动)2-3(静压)5(静压)初压应在混合料摊铺后较高温度下进行,并不得产生推移、发裂,压实温度应符和表
2.22规定的值;压路机应从外侧向中心碾压,相邻碾压带应重叠1/3~1/2轮宽,最后碾压路中心部分,压完全幅为一遍当边缘有挡板、路缘石、路肩等支挡时,应紧靠支挡碾压,边缘无支挡时,可用耙子将边缘的混合料稍稍耙高,然后将压路机的外侧轮伸出边缘10cm以上碾压;碾压时应将驱动轮面向摊铺机如图
3.11所示碾压路线及碾压方向不应突然改变而导致混合料产生推移,压路机起动,停止必须减速缓慢进行;错误做法正确做法(从动轮面向摊铺机)(驱动轮面向摊铺机)图
3.11压路机的碾压方向复压时宜采用重型轮胎压路机,也可采用振动压路机或钢筒式压路机,碾压遍数应不少于5遍,且应达到要求的压实度,并无显著的轮迹;当采用振动压路机时,振动的频率宜为35-50HZ,振幅宜为
0.3-
0.8mm,相邻碾压带重叠宽度为10-20cm,振动压路机倒车时应先停止振动,并在向另一方向运动后再开始振动,以免混合料形成鼓包;终压应紧接在复压后进行,可选用双轮钢筒式压路机或关闭振动压路机碾压,不宜小于两遍,并无轮迹,路面压实成型的终了温度应符合表2-22规定的值;纵向接缝施工时应将已铺混合料部分留下10-20cm宽暂不碾压,作为后摊铺部分的高程基准面,最后作为跨缝碾压以消除缝迹;半幅施工不能采用热接缝,宜加设挡板或采用切刀切齐,铺设另半幅前必须将缝边缘清扫干净,并涂少量粘层沥青摊铺时应重叠在已铺层上5-10cm,摊铺后用人工将摊铺在前半幅上面的混合料铲走,碾压时按图
2.9所示先在已压实路面上行走,碾压新铺层10-15cm,然后压实新铺部分,再伸入已压实路面10-15cm,充分将接缝压实紧密,上下层的纵缝应错开15cm以上,表层的纵缝应顺直,且宜留在车道区画线位置上;图
3.12纵缝冷接缝的碾压响铃两幅及上下层的横向接缝均应错位1m以上,对于沥青碎石层和粗粒式沥青混凝土层的横向接缝时采用斜接缝,斜接缝的搭接长度宜为
0.5m,而对于中粒式沥青混凝土层宜采用平接缝如图
2.10所示;a)斜接缝b平接缝图
3.13横向接缝的两种形式应待摊铺层完全自然冷却,混合料表面温度低于500C后,方可开放交通,为了保证路面质量,不得洒冷水冷却降低混合料的温度而提前开放交通
3.
7.4质量控制标准沥青路面施工应根据全面质量管理的要求,建立健全有效的质量保证体系,实行严格的目标管理、工序管理与岗位责任制度,对施工各阶段的质量进行检查、控制、评定,达到所规定的质量标准,确保施工质量的稳定性施工质量管理与验收应包括施工前、施工过程中的质量管理与质量控制,以及各施工工序间的检查及工程交工后的质量检查验收
(1)施工前的材料与设备检查材料是为保证沥青路面建设质量的第一个,也是最重要的一个环节施工前级施工过程中材料的来源或规格有变化时,必须对材料来源、材料质量、数量、供应计划、料场堆放条件等进行检查检查时应以同一料源、同一次购入并运至生产现场(或储入同一沥青罐、池)的相同规格品种的集料、沥青为一批进行检查拌合厂及沥青路面施工机械和设备的配套情况、性能、计量精度等也应在施工前进行检查
(2)三个环节首先是招标及订货关供货单位必须提出各种材料的质量检测报告各材料的参数应符合设计级配及表
3.14的要求表
3.15道路石油沥青的技术要求指标针入度(250C,5s,100g),(
0.1mm)针入度指数PI600C动力黏度,≥,(Pa.s)延度(100C),≥,(cm)延度(150C),≥,(cm)AH-7060-80-
1.8~+
1.016015100指标软化点,≥,(150C)闪点,≥,(0C)含蜡量(蒸馏法),≤,(%)溶解度(三氯乙烯)≥(%)密度(150C)(g/cm3)AH-
7043260399.5实测记录指标薄膜加热试验(1630C5h)质量损失≤,(%)残留针入度比(250C),≥,(%)残留延度(100C),≥,(cm)残留延度(150C),≥,(cm)AH-70±
0.8584实测记录然后是进货关供货单位供应的材料有可能违背投标时的承诺,进货时必须重新检验,尤其是砂石料的来源较杂,必须以“批”为单位进行控制,施工单位和监理都必须下功夫工程单位可以在采石场派驻监理和材料员,对生产供应的材料进行监督第三是使用及保管关有的材料本来是不错的,可是拌和厂在进货时对堆放场地、堆放顺序马马虎虎,场地和运输路线没有硬化,不同材料之间没有隔离,使用时相互混杂,或者在装载机装料时将泥土混入材料,把本来不错的材料弄得很脏还有像桶装沥青经常是无序堆放,上面不加盖苫布,导致雨水从桶口漏入所以,材料进场后的存贮、堆放、管理情况都必须重视
(3)铺筑试验段对高速公路这一重大工程来说,铺筑试验段是不可缺少的步骤,试验段的长度为150m,试验段宜在直线段上铺筑,如在其他道路上铺筑时,路面结构等条件应相同,路面各结构层的试验可安排在不同的试验段上
(4)质量管理施工过程中的质量管理应包括外形尺寸的控制和检查以及质量控制的检查,其中外形尺寸检查项目应符合表
3.16要求,质量标准应符合表
2.26和
2.27要求表
3.16外形尺寸检查项目工程类别检查项目频度质量标准石灰土稳定沙砾层纵断面高程(mm)每20延米1各断面每个断面3-5个点+5,-15厚度(mm)均值每1500~2000m26个点-10单个值-25宽度(mm)每40延米1处+0以上横坡度(%)每100延米1处±
0.3平整度(mm)每200延米2处,每处连续10尺(3m直尺)12石灰粉煤灰砂砾层纵断面高程(mm)每20延米1各断面每个断面3-5个点+5,-10厚度(mm)均值每1500~2000m26个点-8单个值-10宽度(mm)每40延米1处+0以上横坡度(%)每100延米3处±
0.3平整度(mm)每200延米2处,每处连续10尺8连续式平整度仪的标准差(mm)
3.0表
3.17质量控制项目工程类别检查项目频度质量标准石灰土稳定沙砾层含水量据观察,异常时随时试验控制在最佳含水量范围内级配据观察,异常时随时试验在设计的规定范围内拌合均匀性随时观察无粗细集料离析现象压实度每一作用段或不大于2000m2检查6次以上96%以上塑性指数每1000m21次,异常时随时试验6承载比每3000m21次,据观察,异常时随时试验不小于160弯沉值检验每一评定段(不超过1Km)每车道40~50各测点
97.7%概率的上波动界限不大于计算得到的容许值石灰粉煤灰砂砾层级配每2000m21次在设计的规定范围内集料压碎值据观察,异常时随时试验不大于26%水泥剂量每2000m21次,至少6个样品,用滴定法不小于设计值-
1.0%拌合均匀性随时观察色泽均匀,无离析现象压实度每一作用段或不大于2000m2检查6次以上98%以上抗压强度每62000m2个试件 5MPa以上表
2.27沥青面层质量控制要求路面类型检查项目检查频度质量要求试验方法沥青混凝土面层面层总厚度每1km5点-8mm钻孔平整度全线连续
1.8mm3m平整仪宽度每1km20个断面±2mm用尺量纵断面高程每1km20个断面±15mm水准仪横坡度每1km20个断面±
0.3%水准仪沥青用量每1km1点±
0.3%钻孔后抽提矿料级配每1km1点符合设计级配抽提后筛分压实度每1km5点95%钻孔取样法弯沉全线每5m1点符合设计要求自动弯沉仪
3.8工程量及材料组成设计因为该公路设有土路肩和中央分隔带,则基层各结构层宽度为
27.5m,路面层中各结构层的宽度为
27.5-3-
1.5=23m,在干燥路段取长度100m计算其工程量,各材料的用量如表
3.18所示表
3.18工程量计算表材料种类长度(m)宽度(m)厚度(m)体积(m3)细粒式沥青混凝土10023511500中粒式沥青混凝土10023716100粗粒式沥青混凝土1002349200石灰粉煤灰沙砾
10027.556154000石灰土稳定沙砾
10027.
520550003.9沥青路面建筑设计
3.
9.1类型沥青层可按材料组成,施工方法,用途和对交通的适应能力的差异而分为沥青表面处治,沥青贯入式,沥青碎石和沥青混凝土等类型沥青混凝土和沥青碎石结构层是将各种不同大小颗粒的矿料和沥青按适当比例配合,在规定稳定度下拌合成混合料,经摊铺压实成型的沥青混合料经标准压实后空隙率在10%以下的为沥青混凝土;空隙率达10%--15%时为沥青碎石本设计沥青路面即是沥青混凝土和沥青碎石层材料组成沥青路面直接承受着车辆荷载和气候因素的作用,而沥青的性质又随荷载、气候、时间的变化而变化,所以沥青路面的材料选择和组合要保证沥青路面在夏季高温下具有足够的抗变形能力,冬季低温时有足够的变形能力,抗疲劳作用,耐老化和抗滑
(1)沥青材料根据《路基路面工程》表12-16查得,本设计路面使用AH-90石油沥青
(2)矿质材料沥青路面所用的矿料包括粗集料(碎石和砾石),细集料(石屑和砂)及矿粉
3.
9.2施工方法沥青类结构层的施工有层铺法和拌和法拌和法是指矿料和沥青按一定配合比拌和均匀、摊铺、压实的路面施工方法沥青混凝土和沥青碎石及其他沥青混合料结构层,均采用拌合法施工依据拌和设备及地点的不同,拌和法可分为路拌和厂拌两种主要参考文献
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12.杨航宇·颜志平·主编《公路边坡防护与治理》人民交通出版社,2002年10月第1版
13.何兆益·杨锡武·主编《路基路面工程》(上)(下)重庆大学出版社,2001年11月第1版
14.柯国军·主编《土木工程材料》北京大学出版社,2006年1月第1版
15.文德云·主编《公路施工技术》人民交通出版社,2004年6月第4版螺旋布料器均匀布料虚方控制板控制砼进入成型模板的数量振捣棒将砼加以振动密实振捣器将表面上的粗料压入砼之中成型模板使路面板挤压成型浮动模板对挤压成型出来的砼表面进行修整抹光板对路表面进行搓柔抹光。