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双向四车道高速公路路基路面工程摘要本设计为山东省某地新建的一条双向四车道高速公路设计速度为120km/h.起止桩号为K00+000-K2+
000.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为
2.5m,土质为粉性土,平均地下水位
1.0m,平均冻深
0.3米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.路面设计中主要是初拟路面结构的不同.设计路面为水泥混凝土刚性路面主要包括路面结构组合设计、混凝土路面板尺寸设计、接缝设计以及施工设计.并对水泥混凝土路面面层的配合比进行了设计.关键词一般路堤、排水、施工、水泥路面、配合比目录TOC\o1-3\h\z\u摘要11路基设计
41.1路基横断面设计
41.
1.1确定路基横断面形式
41.
1.2确定自然区划和路基干湿类型
41.
1.3拟定路基断面尺寸
51.2道路横断面排水设计
61.
2.1确定边沟布置、断面形式及尺寸
61.
2.2确定截水沟布置、断面形式和尺寸
71.
2.3其他排水设施
91.3路基稳定性验算
91.
3.1设计参数
101.
3.2稳定性验算
101.
3.3路基坡面防护
121.4路基施工设计
131.
4.1施工要点
131.
4.2路基压实142水泥混凝土路面设计
152.1行车荷载
152.
1.1车辆的类型和轴型
152.
1.2轴载换算
162.
1.3交通分析
172.2路面结构组合设计
192.
2.1垫层设计
192.
2.2基层设计
192.
2.3面层设计
202.
2.4路肩设计
212.
2.5路面排水设计
212.3路面结构层设计
222.
3.
1.初拟路面结构
222.
3.
2.路面材料参数的确定
222.
3.
3.基层顶面回弹模量
242.
3.
4.荷载疲劳应力
252.
3.
5.温度疲劳应力
272.4接缝设计
292.
4.1纵向接缝
292.
4.2横向接缝
302.5水混凝土面层混合料设计
312.
5.1基本要求
312.
5.2配合比设计
322.6路面用钢筋量计算
342.7水泥混凝土路面机械摊铺施工35参考文献371路基设计路基根据其使用要求和当地自然条件,并结合施工方案进行设计,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和《路基路面工程》教材进行设计
1.1路基横断面设计
1.
1.1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.
1.2确定自然区划和路基干湿类型由《公路自然区划标准》可知山东大部分位于II5a丘陵副区,属于东部温润季冻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潮湿系数K年降水量mm雨型多年平均最大冻深(cm)地下水埋深(m)最高月平均地温℃II5a山东丘陵副区
0.75~
1.25600~1000夏,秋雨30~50一般3谷地海滨330由表
1.1可知II5a山东丘陵副区的潮湿系数K值较低由《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粉性土地下水H1H2H3II
52.4~
2.
91.8~
2.
31.9该公路为高速公路双向四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H
2.9m
1.
1.3拟定路基断面尺寸山东地区地形以平原为主,属于平原微丘区,本公路为高速公路双向四车道,要求标准较高,主要自然病害以冻胀与翻浆为主,取路基干湿类型为干燥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四车道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m2×
7.
530.
753.
250.75行车道宽度2×
7.5=15m中央分隔带2m路缘带
0.75m×2=
1.5m硬路肩宽度3m×2=6m土路肩宽度
0.75m×2=
1.5m则,路基宽度15+2+
1.5+6+
1.5=26m得路基横断面图如图
1.1所示图
1.1路基横断面图
(2)路基高度由《公路路基设计规范》JTGD30—2004,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由于该公路位处II5a辽河平原冻融交替副区,主要自然病害以冻胀与翻浆为主,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
2.9m,设计资料中路基平均高度为
2.5m综合考虑路线纵坡要求,路基稳定性和工程经济等因素,本设计取路基高度H=6m
(3)路基边坡坡率路堤填土高度为6m,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=9m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.
751.2道路横断面排水设计公路位于II5a山东丘陵副区,主要自然病害以冻胀与翻浆为主,其次崩塌、土流自然条件对公路工程的影响主要表现在冻土多,公路的不利季节为11月-次年3月,公路由宽广的平原地通过条件不太困难
1.
2.1确定边沟布置、断面形式及尺寸边沟的排水量不大,一般不需进行水文和水力计算依据沿线情况,选用标准横断面形式边沟的纵坡一般与路线纵坡一致边沟横断面采用梯形,内测边坡坡率为1׃
1.5,外侧边坡坡度与挖方边坡坡度相同由于该公路位于东南潮热区,降雨量较大,梯形边沟的底宽和深度都采用
0.6m由于水量较大,边沟采用浆砌片石铺砌,砌筑用砂浆M
7.5号边沟断面如图
1.2所示图
1.2边沟构造图
1.
2.2确定截水沟布置、断面形式和尺寸截水沟的位置应尽量与绝大多数的地面水流方向垂直,以提高截水沟的效能和缩短截水沟的长度沟底采用
0.5%的纵坡截水沟截面采用对称梯形,沟的边坡坡度采用1׃
1.5,沟底采用干砌片石铺筑对截水沟断面尺寸采用试算法进行水力计算,以获得最佳断面
(1)设计参数纵坡i=
0.005,坡率m=
1.5,粗糙系数n=
0.025,设计流量=
1.10m3/s
(2)假定沟底宽度b=
0.4m;由表
1.5可得b/h=
0.61取h=
0.66m;表
1.5水力最佳断面宽深比边坡率m
00.
250.
50.
751.
001.
251.
502.
003.00b/h
21.
561.
241.
000.
830.
700.
610.
470.32
(3)水流断面积1-1由得,=
0.92m2;断面系数1-2由得,=
3.6;湿周1-3由得,=
2.78m;水力半径1-4由得,=
0.33m;
(4)指数1-5由得,=
0.24;流速系数1-6由得,=
32.05;水流断面流速1-7由得=
1.3m/s;断面流量1-8由得,=
1.2m3/s;
(5)验算沟底铺砌采用干砌片石则由表
1.6可得最大容许设计流速为=
2.0m/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α=
0.5;最小容许流速1-9由得=
0.26m/s;因为设计结果=
1.3m/s,介于与值之间,所以流速符合要求又因为计算流量=
1.2m3/s,与=
1.10m3/s相差为超过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,本截水沟可采用底宽
0.4m,而沟深H,应为水深h加安全高度Δh=
0.10~
0.20m,本设计取Δh=
0.14m,所以沟深H=h+Δh=
0.66+
0.14=
0.8m截水沟断面如图
1.3所示图
1.3截水沟构造图
1.
2.3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
1.3路基稳定性验算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
2.5m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.
3.1设计参数路堤填土高h1=8m,路堤边坡坡率为m=1׃
1.5,路堤填料为粘质土,粘聚力C=20KPa,内摩擦角φ=30°(tanφ=
0.577)土的容重取γ=20KN/m3车辆荷载为公路一级汽车荷载由《公路路基设计规范》JTGD30—2004,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.
3.2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,双向四车道N=4;L—标准车辆轴载为
12.8m;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20KN/m3;B—荷载横向分布宽度,近似取路基宽35m数值带入计算可得h0=
0.37m,取h0=
0.4m,偏于安全计算
(2)路堤横断面用
4.5H法滑动面圆心位置的辅助线,取通过路堤坡脚和距路基左边缘1/4路基跨度处的圆弧绘出圆弧滑动面的计算图示,如图
1.4所示图
1.
44.5H法确定圆心位置图示其中,辅助线的作图表值参考表
1.7表
1.7辅助线的作图表值边坡坡度边坡角β1β21׃
1.530°40´26°35°
(3)稳定系数K值由《路基路面工程》有,;1-11式中Ni—各土条的法向分力,Ni=Qicosαi;Ti—各土条的切向分力,Ti=Qisinαi;αi—各土条重心与圆心连接线对竖轴y的夹角;L—圆弧滑动面全长,L=
16.59m边坡计算高度H=h0+h1=
8.4m综上可列稳定性计算表如表
1.8所示表
1.8路堤稳定性计算表编号αicosαisinαiAiQiNiTi1-6°01´
0.99-
0.
103.
5971.
8271.42-
7.5325°50´
0.
990.
109.
62192.
42191.
4219.56317°34´
0.
950.
3013.
77275.
36262.
283.11430°23´
0.
860.
5115.
75315.
04271.
77159.34545°23´
0.
700.
7111.
70234.
08164.
41166.62658°48´
0.
520.
861.
6432.
816.
9928.06总和
56.
081121.
52978.
54449.16则,稳定系数由于K
1.45,所以路基稳定性验算结果满足要求
1.
3.3路基坡面防护本路基设计主要采用土质边坡坡度为1׃
1.5考虑到山东地区降雨量较大,坡面冲刷比较严重,并结合工程防护,采用骨架防护,并铺草皮相结合的路基坡面防护形式,具体为采用片石铺砌成方格,方格内再铺草皮坡面防护如图
1.4所示图
1.4坡面防护示意图
1.4路基施工设计理想的设计必须通过施工来实现施工实践是检验设计的重要过程路基施工的主要内容,大致可归纳为施工前的准备工作和基本工作两大部分土质路基的基本工作,是路堑挖掘成型、土的移运、路堤填筑压实,以及与路基直接有关的各项附属工程施工的准备工作,内容较多,大致可以归纳为组织准备、技术准备和物质准备三个方面
1.
4.1施工要点
(1)基本要求土质路基的挖填,首先必须搞好施工排水,包括地面临时排水沟槽及设法降低地下水位以便始终保持施工场地的干燥路基挖填范围内的地表障碍物,事先应予以拆除路堑开挖,应在全横断面进行,自上而下一次成型土质路堤分层填平压实,是确保施工质量的关键路堤填方材料,应有一定的强度经野外取土试验,高速公路应符合表
1.9的规定时才能使用表
1.9路堤填方材料最小强度和最大粒径表填料应有部位(路床顶面以下深度)(m)填料最小强度(CBR)%填料最大粒径(cm)路堤上路床(0~30)
8.010下路床(30~80)
5.010上路堤(80~150)
4.015下路堤
(150)
3.015零填及路堑路床(0~30)
8.010(30~80)
5.010
(2)填挖方案土质路堤填筑,主要采用不同的土水平分层平铺的方式,以保证强度均应土质路堑开挖,主要采用纵向全款掘进和横向通道掘进两种方式
(3)机械化施工主要采用机械化施工,人工辅助配合的方式进行路基施工
1.
4.2路基压实
(1)机具选择与操作根据各种填料的不同性质以及不同土层厚度,采用最适宜的压实机械进行施工路基压实应在最佳含水率条件下进行
(2)压实标准本公路为高速公路,路面为混凝土,对路基强度要求较高,按现行规范规定,路基压实度应满足表
1.10的要求表
1.10路基压实度填挖类别路床顶面以下深度(m)路基压实度(%)零填及挖方0~
0.30---0~
0.80»96填方0~
0.80»
960.80~
1.50»
941.50»932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,采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解放CA1414678辆;长征XD980563辆;东风EQ340294辆跃进HJ130900辆;黄河JN1501680辆;黄河JN1621800辆北京BJ1302600辆;太拖拉138480辆;上海SH3611600辆后轴小于20KN的小汽车3000辆,预计年平均交通增长率为
9.25%根据交通调查结果,查阅相关资料可得
2.1表如下表
2.1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)后轴数后轴轮数交通量01解放CA
14124.
5068.6012467802长征XD
98037.102×
72.652256303东风EQ
34024.
2.
70.401229404跃进NJ
13020.
3038.301290005黄河JN
15049.
00101.6012168006黄河JN
16259.
50115.0012180007北京BJ
13013.
5527.2012260008太拖拉
13851.402×
80.002248009上海SH
36180.602×
110.
002216002.
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
2.2表
2.2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
2.3轴载换算计算表轴载Pi(KN)每日通过次数(次/d)BZZ-100轴次(次/d)
68.
6476810.
00241170.
429410.
0036149.
01680100101.
6168011.
2891216659.
5180010.
00020115.
0180019.
35761684451.
448010080.
6160010.0317512×
72.
655633.58×10-
6394.684312×
804803.50×10-
61844.674432×
11016003.26×10-
6301136.14961571∑=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
2.
1.3交通分析由《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
2.4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=20648,γ=
9.25%则有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
0.5,车道不均匀系数取
1.0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×
1.0=1194883319×
0.5×
1.0=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
2.5所示表
2.5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~
0.22二级及二级以下公路行车道宽大于7m
0.34~
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四车道,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NeNe=Ns·η=597441660×
0.2=1194883322-6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
2.6所示表
2.6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
2.6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—2002,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
2.
2.2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设计规范》JTGD40—2002可得适宜的基层类型如表
2.7所示表
2.7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
2.7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》JTGD40—2002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》JTGD40—2002可知各类基层厚度的适宜范围,如表
2.8所示表
2.8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
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
0.28m,水泥稳定砂基层
0.16m,底基层选用水泥稳定粒料水泥用量5%,厚
0.18m,垫层为
0.18m天然沙砾水泥混凝土上面层板的平面尺寸长为
4.0m、宽从中央分隔带至路肩依次为
3.75m、
3.75m、
3.25m;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
2.9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
2.9所示表
2.9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
2.10所示表
2.10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,水泥稳定砂弯拉强度标准值为
4.0MPa,相应弯拉弹性模量标准值为27GPa又由表
2.11得水泥稳定粒料基层回弹模量取1300MPa表
2.11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》JTGD40—2002建议路基土回弹模量取值如表
2.12所示表
2.12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》可知山东大部分位于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
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2-72-82-92-102-112-12将数据代入上式,可解得由《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
2.13所示表
2.13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=168MPa,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—2002,采用水泥稳定砂或贫混凝土做基层时,宜将基层与混凝土面层视作分离式双层板进行应力分析复合式混凝土面层的截面总刚度2-13式中,—层间结合系数分离式,取=0则有,复合式混凝土面层的相对刚度半径2-14则有,标准轴载在普通混凝土面层临界荷位处产生的荷载应力计算为,2-15则有,2-16则有,由《公路水泥混凝土路面设计规范》JTGD40—2002,标准轴载在临界荷位处产生的荷载疲劳应力按下式计算2-17其中普通混凝土面层,因纵缝为设拉杆平缝,接缝传荷能力的应力折减系数=
0.87;水泥稳定砂基层不设纵缝,不考虑接缝传荷能力的应力折减系数设计基准期内的荷载疲劳应力系数2-18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;—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,=
0.057,普通混凝土水泥稳定砂和贫混凝土,=
0.065;对普通混凝土面层,对于水泥稳定砂基层,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
2.14可得表
2.14综合系数公路等级高速公路一级公路二级公路
三、四级公路
1.
301.
251.
201.10由于本公路为高速公路,取=
1.30普通混凝土面层的荷载疲劳应力计算为,水泥稳定砂基层的荷载疲劳应力计算为,
2.
3.
5.温度疲劳应力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
2.15选用表
2.15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II2a辽河平原冻融交替副区,最大温度梯度取88℃/m普通混凝土面层板长4m,混凝土面层厚度
0.28m查《公路水泥混凝土路面设计规范》JTGD40—2002附图,可得Bx=
0.41,Cx=
0.85分离式双层混凝土板上层的最大温度翘曲应力按下式计算2-192-202-21将数据代入上式,可解得温度疲劳应力系数可按下式计算确定2-22式中a、b和c—回归系数,按所在地区的公路自然区划查表
2.16确定表
2.16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II2a辽河平原冻融交替副区,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2-23则有,分离式复合式路面中水泥稳定砂基层的温度翘曲应力可忽略不计由表
2.4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
2.17可得可靠度系数表
2.17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=
1.33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2-24普通混凝土面层为,水泥稳定砂基层为,因而,拟定的由厚度
0.28m的普通混凝土上面层和厚度
0.16m的水泥稳定砂基层组成的分离式复合式路面,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
2.4接缝设计混凝土路面板由于温度或湿度变化、硬化时的收缩等原因,会出现胀缩合翘曲设置接缝,可减小混凝土板因变形受到约束而产生的内应力,并满足施工的需要
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30mm,宽度为5mm,槽内灌塞填缝料,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
2.18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
2.18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280mm,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,槽内填塞填缝料高速公路的横向缩缝槽口增设深20mm、宽6~10mm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
2.19选用最外侧传力杆距纵向接缝或自由边的距离为200mm表
2.19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280mm则采用传力杆直径Φ35光面钢筋,长度500mm,间距200mm
2.5水混凝土面层混合料设计
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配合比设计设配置
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
2.20得Sp=32%;表
2.20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%由下式可计算代入上式得,
(8)计算结果汇总上述计算结果如表
2.21所示表
2.21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路面用钢筋量计算由
2.5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
2.22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4m,宽度依据行车道宽度及硬路肩宽度分别为
3.75m和
3.25m路线起止桩号为K280+030~K400+235则路线长度为120205m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=6×120205/
0.7=1030329横向N2=120205/4×
11.25×2+
3.25×2/
0.2=4357431查阅相关资料可得钢筋单位质量如表
2.23所示表
2.23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=1030329×
0.8×
1.578=1300687kg=
1300.687t横缝G2=4357431×
0.5×
7.562=16475448kg=
16475.448t则,总量G=
1300.687+
16475.4448=17776t
2.7水泥混凝土路面机械摊铺施工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
(5)整修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
(6)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
(7)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)
(8)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参考文献1中华人民共和国行业标准.公路水泥混凝土路面设计规范JTGD40—
2002.北京人民交通出版社,20032中华人民共和国行业标准.公路路基设计规范JTGD30—
2004.北京人民交通出版社,20053中华人民共和国行业标准.公路工程技术标准JTJB01—
2003.北京人民交通出版社,20044中华人民共和国交通部标准.公路自然区划标准.北京人民交通出版社,20035中华人民共和国国家标准.公路工程技术标准JTJB01—
2003.北京中国计划出版社,20046中华人民共和国国家标准.土的工程分类标准GBT_50145-
2007.北京中国计划出版社,20047黄晓明主编.水泥路面设计.北京人民交通出版社,20038王秉纲,郑木莲编著.水泥混凝土路面设计与施工.北京人民交通出版社,20049陆鼎中,程家驹编著.路基路面工程.上海同济大学出版社,2009土组路槽底至水位临界高度自然区划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。