高速公路毕业设计

'前言本设计的题目为芜铜（梅冲-朱冲段）高速公路设计，本设计是按照道路设计的步骤和方法，采用最新的高速公路设计规范标准，结合具体的地形、地质、地貌以及水文情况，严格编写而成。本设计是根据所给的比例为（1:2000）的地形图，以安徽省的气候、地质情况为依据，按照交通土建专业毕业设计的大纲要求，对资料进行整理、分析，并在指导教师的帮助下编制而成。本设计的主要内容包括：道路的选线及定线、道路平面设计、道路纵断面设计、道路横断面设计、公路路基设计、公路路面设计、公路排水设计、附属物结构设计、公路工程施工组织设计、公路工程概预算编制以及英文翻译。本设计参阅了《道路勘测设计》、《道路工程技术标准》、《路基路面工程》、《专业英语》《公路施工组织与管理》、《公路工程概预算》、《公路工程概预算手册》、《专业英语》等专业文献。本人在设计过程中力求做到：技术上切实可行、费用上保证质量与工期的前提下力求最优化、施工过程中安全、保质保量，并力求符合工程实际，使理论知识与现场实际相结合，但由于本人专业知识掌握水平有限，没有实际施工经验，在设计中难免有遗漏和不足之处，恳请各位老师、同学批评和指正。由于专业知识掌握水平有限，没有实际施工经验，在设计中难免有遗漏和不足之处，恳请各位老师、同学给予批评和指正。81 1路线总体设计1.1设计任务和设计条件本设计是交通土建专业毕业设计，设计任务是芜铜（梅冲-朱冲段）高速公路设计，主要内容包括：路线方案的拟定和比选，道路平面线形设计，道路纵断面设计，道路横断面设计，路基设计，路面的类型选择及厚度设计，道路排水设计,施工组织设计,概预算等。本设计的原始资料为地形图一幅（比例1:2000），地形、地貌、地质、气候、水文等设计资料以安徽为依据。1.1.1设计任务路线的起点位于地形图的左中位置，梅冲村的正南方向；路线的终点位于地形图的右下角，朱冲村的正西方向；地形图的左半部分路线起伏，须开通一条的隧道通过；地形图的右半部分多为平原，低山,有较多的水塘；地形图的右部具有一个面积较大的水库，严重影响路线走势的选择。1.1.2地形、地貌、气候、水文及社会状况本设计处于长江中下游平原与江南丘陵过渡地带,地势平坦,平均海拔100m左右,最高海拔为201.2m,最低地面海拔为0.6m,属亚热带湿润季风气候,光照充足，雨量充沛，四季分明，年平均气温15～16℃，日照时数2000小时左右。最热为7～8月，平均气温超过28℃，极端最高气温接近40℃；最冷为1月，月平均气温仅3℃，曾出现过-10℃的极端最低气温,年降雨量1200mm，但分布不均，主要集中在春季、梅雨季节和初冬。该地区属黏性土地区,土壤的物理力学性质较差细粒成分较多。表土厚度在10-20mm之间，岩石分布在较深处的地下和山体中，填挖高度在20m范围内一般不会遇到。毛竹林密集,种植有茶树,栗子树和其他农作物,区域经济发展状况良好,交通量较大。设计标段大致呈东西走势,所经地区水网密集,大小水塘十余个,水塘深度在2m左右，水塘面积在300-4000㎡不等，水塘下有1.5m左右的淤泥质土层，还有一条贯穿南北的排水沟需要跨越。丘陵区有大片竹林和散松树林,低丘陵局部分布着茶园和生产栗子的果园,平原区有少部分旱地,该段两端分布有较密集的混合结构和小比例尺房屋,东侧靠近水渠处有一条南北走向的乡道需要跨越,连接这条乡道的有几条任意分布的低等级碎石路面的乡村道路。两条南北向的输电线,一条的北部为10KV的高压输电线。81 1.2设计依据和相关的技术标准1.2.1设计依据表1-1近期交通量表Tab.1-1RecenttrafficScaletable车型分类代表车型数量（辆/d）小客车桑塔纳20002460中客车江淮AL6600420大客车黄海DD-6801000轻型货车北京BJ130500中型货车东风EQ-140200重型货车黄河JN-163230铰接挂车东风SP-9250330通过车辆折算系数计算计算平均日交通量AADT=2460×1.0+420×1.5+1000×2.0+500×1.5+200×1.5+230×3.0+330×3.0=7820Pcu/dN=AADT/Cd=7820/5627=1.39N表示车道数Cd取服务水平为一级时高速公路Pcu/d/车道1.2.2设计技术指标现依据《规范》将高速公路的设计指标列出如下：设计车速：100km/h；车道数：4；单车道宽：3.75m；直线最大长度：20V=2000m；同向圆曲线间的直线最小长度：6V=600m；反向圆曲线间的直线最小长度：2V=200m；圆曲线极限最小半径：400m；圆曲线一般最小半径：700m；回旋线最小长度：85m；81 平曲线长度一般值：500m；平曲线长度最小值：170m；停车视距：160m；最大纵坡：4%；最大合成坡度值：8%；最小纵坡：0.5%；最小坡长：250m；凸形竖曲线最小半径一般值：10000m；凸形竖曲线最小半径极限值：6500m；凹形竖曲线最小半径一般值：4500m；凹形竖曲线最小半径极限值：3000m；竖曲线长度一般值：210m；竖曲线长度极限值：85m；圆曲线最大超高横坡度：8%。1.3路线方案选择1.3.1路线方案拟定方案一：图1-1方案一Fig.1-1OptionⅠ81 优点：1）平曲线所处地形较为平坦。2）隧道段的长度较短，且能够满足隧道进出口处的线性及断面要求。3）路线长度较短。4）所经居民区少，拆迁量小。5）经过的山区路段短，填挖方量少，植被破坏面积少。缺点：1）需经过一处小水塘。2）整个路线填方稍多。方案二：图1-2方案二Fig.1-2OptionII优点：1）整个路线的高程变化不大，高差较小。2）填挖方量相对较小。缺点：1）不容易能够满足隧道进出口线形标准。2）路线所处地形较为崎岖，线形很差。3）所经地区拆迁量较大。4）对环境破坏严重。5）经过一片栗子园，需要增加工程预算。6）隧道设在缓和曲线处,加大了隧道施工的难度。1.3.2路线方比选81 方案一的线形选择注重了路线与环境相协调的要求，在隧道进出口位置的选择上考虑到隧道施工难易程度，将隧道设计在直线段上，并且能够满足隧道洞口内外3S车程范围内平、纵、横断面保持一致。尽管在填方量上会稍大，但相对于方案二来说，工程造价，对该区域的经济发展，以及线形方面都具有明显的优势。综合以上比较，本设计采用第一方案。81 2道路平面设计2.1平面线形要素的确定2.1.1直线直线的最大长度：一般认为直线的最大长度取20V为宜，即20×100=2000m。直线的最小长度：1）同向圆曲线间的直线最小长度，不小于设计速度的6倍为宜，即6×100=600m。2）反向圆曲线间的直线最小长度，不小于设计速度的2倍为宜，即2×100=200m。2.1.2圆曲线当设计车速为100km/h时，圆曲线极限最小半径为400m；圆曲线一般最小半径为700m；但圆曲线最大半径不宜超过10000m。2.1.3缓和曲线1）缓和曲线长度：当设计车速为100km/h时，缓和曲线最小长度为85m。2）平曲线最小长度：当设计车速为100km/h时，平曲线最小长度一般值为：500m；平曲线最小长度最小值为：170m。平面线形要素的组合类型采用两段基本型，即直线—回旋线—圆曲线—回旋线—直线的顺序组合的形式。两段回旋线长度相等，关于圆曲线对称。2.2平面线形几何要素的计算2.2.1平面线形要素计算参数的确定结合所处地形、地质情况，在指导老师的帮助下，确定了一条具有两条平曲线，并且转向相反地路线。路线的起点桩号为K0+000.000，终点桩号为K2+840.518，总里程为2840.518米。81 起点的坐标为（244.0,30.0），JD1的坐标为（514.4,1421.2），JD2的坐标为（370.0,2418.6），终点坐标为（526.0,2824.4）。JD1处的圆曲线半径拟为1300m，缓和曲线长度为220m；JD2处的圆曲线半径拟为1200m，缓和曲线长度为240m。2.2.2交点坐标的确定及转角值的计算设起点坐标为，第个交点坐标为，=1,2,3，…，n，则：坐标增量：（2-1）交点间距：（2-2）象限角：（2-3）计算方位角：当>0，>0时：当<0，>0时：（2-4）当<0,<0时：当>0，<0时：1）起点与之间：坐标增量：交点间距：象限角：计算方位角：2）与之间：坐标增量：交点间距：象限角：81 计算方位角：转角：（右偏）3）与终点之间：坐标增量：交点间距：象限角：计算方位角：转角：（左偏）2.2.3几何要素计算及主点桩计算1）几何要素及主点桩计算：圆曲线半径：R=1300m；缓和曲线长度：=220m；转角：；81 2）几何要素及主点桩计算圆曲线半径：R=1200m；缓和曲线长度：=240m；转角：；81 2.2.4中桩坐标举例计算1）的点坐标：2）的点坐标：3）前直线上K1+000点坐标：4）曲线上K1+100点坐标：5）K1+100桩号的方向角计算：本设计平面线形的桩号以20m为间隔，其余各桩坐标及方向角的计算结果见附表中的逐桩坐标表。81 3道路纵断面设计3.1地面线绘制和控制点标高确定根据平面设计路线及地形地貌图查出整20m桩号点高程值，绘制地面线。线路经过一条等外公路，高程为42.9m，需架设桥梁经过。3.2纵坡及坡长设计纵坡及坡长设计必须满足《标准》的各项规定，并且应该保证纵坡均匀平顺、起伏缓和，坡长适当，车辆能以一定速度安全顺适地行驶。3.2.1纵坡设计1）最大纵坡最大纵坡是指在纵坡设计中，各级道路允许采用的最大坡度值。本设计的的设计车速为100km/h，最大纵坡为4%。2）最小纵坡《规范》规定：公路的纵坡不宜小于0.3%；一般情况下以采用不小于0.5%的纵坡为宜。3）合成坡度合成坡度是指在设有超高的平曲线上，路线纵坡与超高横坡所组成的坡度。设计车速为100km/h的最大合成坡度值为10%。3.2.2坡长设计。1）最小坡长纵断面上变坡点过多，纵向起伏变化频繁，会使行驶的车辆颠簸频繁，车速较高表现越明显，从而影响了行车的舒适性和安全性。《规范》规定，设计车速为100km/h的最小坡长为250m。2）最大坡长坡长太短对行车不利，长距离的陡坡对汽车行驶也很不利，汽车上坡时克服坡度阻力，须采用低速挡行驶，坡长过长，会使发动机过热，水箱沸腾，行驶无力；而下坡时，则因坡度过陡，坡段过长而使汽车长时间制动，极易造成行车事故。《规范》规定：设计车速为100km/h，坡度为4%时，最大坡长为800m；坡度为3%时，最大坡长为1000m。对于高速公路，即使纵坡小于3%，其坡长也不宜太长。81 3）本设计的两段坡长分别为：2192.325m，192.843m。虽然第一段坡长大于1000m，但坡度较小，所以本设计坡长满足要求。3.3竖曲线设计纵断面上两个坡段的转折处，为了满足行车平顺、安全、舒适以及视距和路容美观的要求，需用一段曲线来缓和，这条曲线称为竖曲线。设计上一般采用二次抛物线作为竖曲线。3.3.1竖曲线要素的计算公式设变坡点相邻两直线段坡度分别为和；坡度差：（3-1）竖曲线半径：（3-2）竖曲线长度：（3-3）竖曲线切线长：（3-4）竖曲线上任一点竖距：（3-5）竖曲线外距：（3-6）式中——坡度差；当为“+”时，表示凹形竖曲线；当为“-”时，表示凸形竖曲线。——竖曲线上任一点横距。3.3.2竖曲线半径及长度设计1）凹形竖曲线半径设计《规范》规定：设计车速为100km/h，凹形竖曲线最小半径一般值为4500m，凹形竖曲线最小半径极限值为3000m。2）竖曲线长度设计《规范》规定：竖曲线长度一般值为210m，竖曲线长度极限值为85m。81 3）本设计竖曲线半径为15000m；竖曲线长度为455.35m。因此本设计满足竖曲线半径和长度的要求。3.3.3竖曲线设计计算1）竖曲线要素计算变坡点的桩号为K2+420.0；高程为50.5m；半径为15000m；为-1.157%；为1.879%。为凹形2）设计高程计算竖曲线起点桩号竖曲线终点桩号竖曲线起点高程桩号K2+200处：横距竖距切线高程设计高程表3-1竖曲线要素表Tab.3-1Verticalcurveelementstable桩号高程凹凸R（m）T（m）E（m）直线段长（m）坡度（%）K0+000.00078.52192.325-1.157K250.5凹150001.72881 +420.000227.675192.9031.879K2+840.51858.4其余桩号设计高程计算同上，详见纵断面设计图。3.3.4合成坡度计算合成坡度的计算公式为：（3-7）式中——合成坡度；——路线设计纵坡度；——超高横坡度。超高横坡度采用5%。<，满足合成坡度要求。3.4道路平、纵线形组合设计1）本设计采用一条竖曲线，竖曲线起终点的桩号分别为K2+192.325，K2+647.675。HZ点和YZ点桩号分别为K1+896.618，K2+839.561满足了“平包竖”的要求。2）两条竖曲线的半径为15000m；保证了平曲线与竖曲线半径大小均衡的要求，且充分满足了平曲线半径小于1000m，竖曲线的半径为平曲线半径的10-20倍的要求。3）本设计的合成坡度为5.341%，既小于8%又大于0.5%，避免了合成坡度过大或过小对行车产生的不利影响。3.5纵断面的绘制纵断面采用直角坐标，横坐标表示桩号，纵坐标表示高程，为了明显地反映道路中线的地面起伏情况，比例设为：横坐标1:2000；纵坐标1:200。具体图形见纵断面图。81 4道路横断面设计道路的横断面是道路中线上各点垂直于路线前进方向的竖向剖面。道路横断面设计是指研究路基横断面结构组成及尺寸的过程。4.1道路横断面组成设计4.1.1路幅布置类型的设计路幅是公路路基顶面两路肩外侧边缘之间的部分。根据当地的年交通量情况确定车道数量。表4-1近期交通量表Tab.4-1RecenttrafficScaletable车型分类代表车型数量（辆/d）小客车桑塔纳20002460中客车江淮AL6600420大客车黄海DD-6801000轻型货车北京BJ130500中型货车东风EQ-140200重型货车黄河JN-163230铰接挂车东风SP-9250330通过车辆折算系数计算计算平均日交通量AADT=2460×1.0+420×1.5+1000×2.0+500×1.5+200×1.5+230×3.0+330×3.0=7820Pcu/dN=AADT/Cd=7820/5627=1.39N表示车道数Cd取服务水平为一级时高速公路Pcu/d/车道由于高速公路最少为四车道，所以本设计采用双幅四车道。4.1.2行车道的设计行车道是道路上供各种车辆行驶部分的总称。《标准》中规定设计车速从80km/h至81 120km/h，每条车道宽度均采用3.75m；《标准》中规定高速公路有四条以上的车道，一般设置中央分隔带。本设计的设计车速为100km/h，车道宽度为3.75m，并且本设计设置中央分隔带。4.1.3路肩的设计《标准》中规定：高速公路应在右侧硬路肩宽度内设右侧路缘带，其宽度为0.5m；高速公路的右侧硬路肩宽度小于2.5m时，应设置紧急停车带。本设计车速为100km/h，本设计硬路肩宽度为3m，在右侧硬路肩宽度内设右侧路缘带，其宽度为0.5m；土路肩宽度为0.75m；并且不设置紧急停车带。4.1.4中间带的设计中间带是指在两个不同行驶方向行车道之间的地带。中间带由两条左侧路缘带和中央分隔带组成。《标准》中规定：高速公路整体式断面必须设置中间带。本设计中央分隔带宽度为2m；左侧路缘带宽度为0.75m；中间带宽度为3.5m。为了便于养护作业和某些车辆在必要时驶向反向车道，中央分隔带应按一定距离设置开口部，开口部一般情况下以每2km的间距设置为宜，并且开口端部形状为半圆形。4.1.5路拱的设计为了路面的雨水及时排除，将路面做成由中央向两侧倾斜的拱形，称为路拱。路拱倾斜的大小以百分率表示，称为路拱横坡度。《标准》中规定：高速公路整体式路基的路拱宜采用双向路拱坡度，由路中央向两侧倾斜，路拱坡度宜为2%；土路肩的排水性远低于路面，其坡度宜增大1%-2%。本设计路拱坡度为2%；土路肩处坡度为3%。图4-1行车道设计图81 Fig.4-1Lanedesign4.2道路加宽和超高设计4.2.1道路加宽设计汽车在曲线路段上行驶时，靠近曲线内侧后轮行驶的曲线半径最小，靠曲线外侧的前轮行驶的曲线半径最大。为适应汽车在平曲线上行驶时，后轮轨迹偏向曲线内侧的需要，在平曲线内侧相应增加的路面、路基宽度称为曲线加宽。《标准》规定：平曲线半径等于或小于250m时，应在平曲线内侧加宽。本设计的平曲线半径分别为1300m和1200m，因此本设计不进行加宽设计。4.2.2道路超高设计本设计超高绕中央分隔带边缘设计1）本设计超高值举例计算交点1：取由于是四车道，乘以距离系数1.5，=217.5，取验算超高渐变率：故减少到200m圆曲线上：外缘：81 中线：内缘：过渡段上：超高缓和段起点桩号为K1+106.688；举例计算K1+140.0点超高值。外缘：中线：内缘：过渡段上：举例计算K1+240点超高值。外缘：中线：内缘：本设计超高值详细结果见附表中的超高计算表。4.2.3停车视距汽车在路面上行驶，从驾驶员看到前方障碍物时起，至到达障碍物前安全停止，所需的最短距离称为停车视距。《标准》规定：高速公路的视距采用停车视距，并且在设计车速为100km/h时，停车视距为S=160m。现利用公式对JD2处的高速公路最危险点进行停车视距检验，JD2圆曲线半径为1200m81 —行车轨迹半径S—视距B—路面宽度1.5—驾驶员座位距离未加宽时路面内边缘的水平距离Z—最大横净距根据计算结果说明该路线的各点均满足停车视距。4.3横断面的绘制横断面的绘制包括标准横断面图和路基横断面设计图。标准横断面图是一条公路在全线范围内的具有代表性的典型横断面，比例为1:200；路基横断面设计图是每一个中桩位置的法向剖面图，它反映每一个桩位处横断面的尺寸及结构，是路基施工及横断面面积计算的依据，比例为1:200。具体图形见横断面图。81 5公路路基设计5.1路基宽度和高度的设计5.1.1路基宽度设计路基宽度为行车道路面及其两侧路肩宽度之和。《标准》中规定：设计车速为100km/h，车道数为4的路基宽度一般值为26m，最小值为23.5m。本设计的路基宽度为26m。5.1.2路基高度设计路基高度是指路堤的填筑高度和路堑的开挖深度，是路基设计高程和地面高程之差。路基中心高度是指路基中心线处设计高程与原地面高程之差。路基边坡高度是指填方坡脚或挖方坡顶与路基边缘的相对高差。5.2路基边坡设计公路路基的边坡坡度，可用边坡高度H与边坡宽度b之比值表示。路基边坡的大小，取决于边坡的土质、岩石的性质及水文地质条件等自然因素和边坡的高度，确定边坡坡度对于路基的稳定性和工程的经济合理性至关重要。5.2.1路堤边坡设计一般路堤边坡坡度可根据填料种类和边坡高度选用。当公路沿线有大量天然石料或路堑开挖的废石方时，可用以填筑路堤。本设计土质情况为粘性土，根据《规范》推荐本设计路堤边坡采用1:1.5。81 图5-1路堤边坡示意图Fig.5-1Schematicdiagramembankmentslope5.2.2路堑边坡设计路堑是从天然地层中开挖出来的路基结构物，设计路堑边坡时，首先应从地貌和地质构造上判断其整体稳定性。路堑边坡应根据边坡高度、土的密实程度、地下水和地面水的情况、土的成因及生成时代等因素选用。本设计土质情况为粘性土，根据《规范》推荐本设计挖方边坡坡度为1:1。图5-2路堑边坡示意图Fig.5-2Schematicdiagramembankmentslope5.3路基加固设计在软土地基上填筑路堤有可能出现失稳，或者沉降量和沉降速率不能满足要求等情况时，需对软土地基进行适当的加固处理，以增加其稳定性。81 对桩号K0+880.0至桩号K0+900.0和桩号K2+380.0至桩号K2+490.0处，经过浅水塘的路基进行地基加固处理，将这两处的软土挖除，换填路基用粘性土，挖除的平均宽度为50m，厚度为1.2m。5.4路基填料的选择及压实标准5.4.1路基填料的选择路基填料的选择应尽量选择当地良好的土石材料填筑，并按规定的要求进行压实，以保证结构的稳定性。填筑路基材料以采用强度高、水稳定性好、压缩性小、施工方便以及运距短的土石材料为宜，在选择填料时，一方面要考虑材料的来源和经济性，另一方面要顾及填料的性质是否合适。本设计公路土质情况多为粘性土，在保证充分压实和良好排水设计的条件下，挖方的废弃土石也可作为填料进行压实，但粘性土宜填于下层。5.4.2路基压实标准路基压实的目的在于使土粒重新组合，彼此挤紧，孔隙缩小，土的单位重量提高，形成密实整体，最终导致强度增加，稳定性提高。《规范》中规定：高速公路上路床最小强度为8%；上路床压实度≥96%。高速公路下路床最小强度为5%；下路床压实度≥96%。高速公路上路堤最小强度为4%；上路堤压实度≥94%。高速公路下路堤最小强度为3%；下路堤压实度≥93%。5.5路基附属设施设计5.5.1取土坑与弃土堆路基土石方的挖填平衡是公路路线设计的基本原则，但往往难以做到完全平衡。土石方数量经过合理调配后，仍然会有部分借方和弃方，路基土石方的借弃，首先要合理选择地点，即确定取土坑或弃土堆的位置。1）平坦地区，如果用土量较少，可以沿路两侧设置取土坑，与路基排水和农田灌溉相结合。路旁取土坑深度为1.0m，宽度依用土数量和用地允许而定。2）废方一般选择路旁低洼地，就近弃堆。该路段填方量大于挖方量，废弃土量较少，路旁两侧均可设弃土堆。81 图5-3取土坑示意图Fig.5-3Schematicborrowpits图5-4弃土堆示意图Fig.5-4Schematicabandonedmound5.5.2护坡道与碎落台1）护坡道是保护路基边坡稳定性的措施之一，设置的目的是加宽边坡横向距离，减少边坡平均坡度；坡度越宽，越有利于边坡稳定，本设计选用护坡道为2.0m。2）护坡道一般设在路基坡脚处，在本设计中填挖高度大于8m的路段将护坡道设置在边坡上，宽度取为1m。3）碎落台设于土质或石质土的挖方边坡坡脚处，主要供零星土石碎块下落时临时堆积，以保护边沟不致阻塞，亦有护坡道的作用。碎落台宽度取为1.5m。5.6路基排水系统布置与排水结构设计5.6.1路基地面排水81 常用的路基地面排水设备包括边沟、截水沟、排水沟、跌水与急流槽等，必要时还有渡槽、倒虹吸及积水池等。1）边沟本设计边沟横断面采用梯形，梯形边沟内侧的边坡为1:1.5，外侧边坡坡度为1:1；本设计梯形边沟的底宽与深度为0.6m。全长布置。图5-5边沟示意图Fig.5-5SchematicDitch2）截水沟截水沟一般设置在挖方路基边坡坡顶以外或山坡路堤上方的适当地点，用以拦截并排除路基上方流向路基的地面径流，减轻边沟的水流负担，保证挖方边坡和填方坡脚不受流水冲刷。本设计截水沟的横断面形式为梯形，梯形截水沟的边坡坡度为1:1；沟底宽度和沟深为0.5m，并且本设计截水沟的长度为400m。布置在桩号K0+000.0至桩号K0+060.0两侧山体，桩号K0+740.0至桩号K0+820.0右侧山体，桩号K1+160.0至桩号K1+340.0右侧山体。81 图5-6截水沟示意图Fig.5-6Schematicdrainageditches3）排水沟排水沟的主要用途在于引水，将路基范围内各种水源的水流引至路基范围以外的指定地点。排水沟的横断面采用梯形，坡度为1:1底宽与深度均取为0.8m；排水沟的位置距路基坡脚距离为3m，其长度不超过500m；排水沟具有合适的纵坡，以保证水流通畅，不致流速太大而产生冲刷，亦不可流速太小而形成淤积。图5-7排水沟示意图Fig.5-7Schematicgutter5.7路基边坡稳定性分析为保证边坡的稳定性,分析计算如下:该路段土质为粘性土，路槽底距地下水临界高度；地表长期积水临界高度（1）行车荷载换算高度计算81 （2）表解法验算分析依，查表得五个圆心的A与B值由公式计算五个圆心所对应的K值见下表：表5-1表解法计算结果表Tab.5-1TheresultsinTableSolutiontable圆心项目Q1Q2Q3Q4Q5A3.563.202.802.612.40B6.256.717.218.3310.10K1.601.491.351.301.27稳定系数，该边坡稳定。3）图解法计算分析由边坡坡率为1:1.5,φ=220,,查图得：解得即在极限状态下边坡计算高度H远大于实际的边坡计算高度，故边坡稳定。81 6公路路面设计6.1路面的结构与等级6.1.1路面结构分层及层位功能行车荷载和自然因素对路面的影响，随路面结构深度的增加而逐渐减弱；因此对路面材料的强度、抗变形能力和稳定性的要求也随深度的增加而逐渐降低。通常按照层位功能的不同，划分为三个层次，即面层、基层和垫层。6.1.2路面的等级及分类本设计为平原、丘陵地区的高速公路设计，因此路面等级为高级路面，采用沥青混凝土路面。6.2路面设计的基本资料本设计为高速公路，平原微丘区，车速为100km/h，双向四车道，使用年限为15年，交通量年平均增长率前五年为8.2%；之后五年为6.8%；最后五年为4%；公路自然区划为Ⅳ3区，路槽底距地下水位的高度为1.7m，年降水总量为500-1000；路基属于中湿类型的路基，故平均湿度介于和之间，所以。本设计土质情况为粘性土，，因此。本设计交通量调查资料：表6-1交通量调查资料Tab.6-1Trafficsurveydata车型前轴重（KN）后轴重（KN）后轴数后轴轮组数后轴距辆/日桑塔纳2000110246081 江淮AL6600110420北京BJ13013.427.4120500东风EQ-14023.669.3120200东风SP-925063127324840黄海DD-68020.769.31201000黄河JN-16342.685.21202306.3轴载分析计算我国沥青路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载，表示为BZZ-100。标准轴载的计算参数：单轮当量圆直径d为21.3mm；轮胎接地压强p为0.7MPa；两轮中心距为1.5d。6.3.1以弯沉值为设计指标的轴载分析计算当以弯沉值和沥青层的层底拉应力为设计指标时：1）轴载当量换算（6-1）式中——标准轴载的当量轴次（次/日）；——各种被换算车辆的作用次数（次/日）；——标准轴载（KN）；——各种被换算车型的轴载（KN）；——轴数系数；——轮组系数，双轮组为1，单轮组为6.4，四轮组为0.38。当轴间距大于3m时，按单独的一个轴计算，此时轴数系数为1,；当轴间距小于3m时，双轴或多轴的轴数系数为：（6-2）式中——轴数。81 轴载换算结果：表6-2轴载换算结果表Tab.6-2Theresultsofaxleloadconversiontable车型（KN）（次/日）东风EQ-140前轴22.511840—后轴69.311840170.40东风SP-9250前轴50.71123011.98后轴113.3312301187.8黄海DD-680前轴491150022.46后轴91.511500339.74黄河JN-163前轴58.611100097.80后轴114.01110001768.223598.4注：轴载小于40（KN）的轴载作用不计2）设计年限累计当量标准轴载数设计年限内一个车道通过的累计当量标准轴次数：（6-3）式中——设计年限内一个车道通过的累计标准当量轴次；——设计年限；——路面营运第一年双向日平均当量轴次；——设计年限内交通量平均增长率；81 ——与车道数有关的车辆横向分布系数。本设计为高速公路沥青路面，设计年限为15年，四车道车道系数，年交通量平均增长率。6.3.2以半刚性材料为设计指标的轴载分析计算当以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标时：1）轴载当量换算（6-4）式中——标准轴载的当量轴次（次/日）；——各种被换算车辆的作用次数（次/日）；——标准轴载（KN）；——各种被换算车型的轴载（KN）；——轴数系数；——轮组系数，双轮组为1，单轮组为18.5，四轮组为0.09。当轴间距大于3（m）时，按单独的一个轴计算，此时轴数系数为1,；当轴间距小于3（m）时，双轴或多轴的轴数系数为：（6-5）式中——轴数。81 轴载换算结果：表6-3轴载换算结果表Tab.6-3Theresultsofaxleloadconversiontable车型（KN）＇＇（次/日）东风EQ-140前轴22.511840—后轴69.31184044.68东风SP-9250前轴50.7112301.004后轴113.331230624.55黄海DD-680前轴49115001.66后轴91.511500245.66黄河JN-163前轴58.611100013.91后轴114.01110002852.603784.05注：轴载小于40（KN）的轴载作用不计2）设计年限累计当量标准轴载数本设计为高速公路沥青路面，设计年限为15年，四车道车道系数，年交通量平均增长率。81 6.4路面结构组合设计由上面的计算得到设计年限内一个行车道上的累计标准轴次约为1000万次左右。根据规范推荐结构，路面结构面层采用沥青混凝土16cm；基层采用水泥稳定碎石30cm底基层采用水泥石灰砂砾,厚度待定。规范规定：高速公路的面层由三层组成。本设计采用三层沥青面层。表面层采用细粒式密级配沥青混凝土，厚度为4cm；中面层采用中粒式密级配沥青混凝土，厚度为5cm；下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土，厚度为7cm。6.5沥青路面设计指标的确定6.5.1设计弯沉值的确定设计弯沉值：（6-6）式中——设计弯沉值；——设计年限内一个车道累计当量标准轴载通行次数；——公路等级系数，高速公路、一级公路为1.0；——面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0；——路面结构类型系数，沥青路面为1.0；本设计为高速公路，采用沥青混凝土路面，设计弯沉值为：6.5.2材料容许层底拉应力的确定材料容许层底拉应力：（6-7）81 式中——路面结构材料的容许拉应力；——路面结构材料的极限抗拉强度；——抗拉强度结构系数。沥青混凝土面层抗拉强度结构系数：（6-8）无机结合料稳定集料抗拉强度结构系数：（6-9）无机结合料稳定细粒土抗拉强度结构系数：（6-10）1）细粒土密级配沥青混凝土：2）中粒式密级配沥青混凝土：3）粗粒式密级配沥青混凝土：4）水泥石灰砂砾：81 5）水泥稳定碎石：设计指标总结如下：表6-4设计指标总结表Tab.6-4Summarizethedesigntable材料名称H（cm）20ºC抗压回弹模量（MPa）15ºC劈裂强度（MPa）容许拉应力（MPa）细粒式密级配沥青混凝土419911.20.3777中粒式密级配沥青混凝土514251.00.3154粗粒式密级配沥青混凝土79780.80.2516水泥稳定碎石3031880.60.2885水泥石灰砂砾待定15910.50.1923土基406.6计算路面结构层的厚度以设计弯沉值计算路面厚度时，各层材料均采用20ºC抗压回弹模量。1）路表弯沉值：（6-11）式中——路表弯沉；——标准车轴载轮胎接地压力；——当量圆半径；81 ——理论弯沉系数；——弯沉综合修正系数：（6-12）2）路面结构层厚度：首先对路面多层体系进行等效换算换算图图6-1ZC-多层体系等效换算图式Fig6-1ZC-Multi-systemequivalenttranslationofschemata81 由得通过查三层体系表面弯沉系数诺谟图得：由表面弯沉系数得查图得当时得取水泥石灰砂砾的厚度为47cm6.7结构层层底拉应力的验算验算层底拉应力时，沥青混合料采用20ºC抗压回弹模量、15ºC劈裂强度。1）细粒式密级配沥青混凝土：通过查三层体系上层底面拉应力系数诺谟图第一层底弯拉应力结构层层底拉应力满足要求。2）中粒式密级配沥青混凝土：81 通过查三层体系上层底面拉应力系数诺谟图第二层底弯拉应力结构层层底拉应力满足要求。3）粗粒式密级配沥青混凝土：通过查三层体系上层底面拉应力系数诺谟图第三层底弯拉应力结构层层底拉应力满足要求4）水泥稳定碎石：81 通过查三层体系上层底面拉应力系数诺谟图第四层底弯拉应力结构层层底拉应力满足要求5）水泥石灰砂砾：通过查三层体系上层底面拉应力系数诺谟图第五层底弯拉应力结构层层底拉应力满足要求。6.8路面排水设计路界地表排水的目的是把降落在路界范围内表面水有效汇集并迅速排除出路界，同时把路界外可能流入的地表水拦截在路界范围外，以减少地表水对路面的危害以及对行车安全的不利。6.8.1路面表面排水路面表面排水的主要任务是迅速把降落在路面和路肩表面的降水排走，以免造成路面积水而影响行车安全。1）降落在路面上的雨水，应通过路面横向坡度向两侧排走，避免行车道路面范围内出现积水。2）在路线纵坡平缓、汇水量不大、路堤较低且边坡坡面不会受到冲刷的情况下，应采用在路堤边坡上横向慢坡的方式排除路面表面水。381 ）在设有超高的路段上，外侧车道内外边缘设置拦水带以避免雨水顺路面流入中央分隔带中，外缘拦水带防止土路肩的土被雨水冲入行车道内。车道内缘的拦水带每100m设置泄水口流入中央分隔带的排水设施中。6.8.2中央分隔带排水中央分隔带排水是高速公路地表排水的重要内容。本设计中央分隔带宽度为2m。中央分隔带排水是将降落在分隔带上的表面水排出路基外，在本设计中，中央分隔带内每隔50m设置一下设排水沟，通过直径80mm的塑料排水管排走积水。6.8.3路面内部排水水可以通过路面接缝、裂缝、路面表面和路肩渗入路面，或是由高水位地下水、截断的含水层和当地泉水进入路面结构，进入路面结构内的水分，无法向下或向两侧迅速渗出，而被长时间积滞在路面结构内部。《规范》中规定，下列情况应设置路面内部排水：1）年降水量600（mm）以上的湿润和多雨地区，路基由透水性差的细粒土组成的高速公路。2）路基两侧有滞水，可能渗入路面结构内。3）严重冰冻地区，路基为由粉性土组成的潮湿、过湿路段。本设计需进行路面内部排水。81 7公路工程施工组织设计7.1编制依据、原则及程序1）安徽省高速公路招标文件。2）安徽省高速公路施工图设计。3）国家和行业颁布的有关法规、规范和规程。4）安徽省芜湖市的自然条件资料，包括地形地貌资料、工程地质资料、水文地质资料、气象资料等。5）交通部《公路工程国内招标文件范本》。6）施工合同规定的施工技术规范，验收标准及质量、安全技术规程。7）施工类似工程项目的能力和技术装备水平。8）路线平面设计图，横断面图，纵断面图。7.2工程概况7.2.1工程说明本设计题目为芜铜(梅冲-朱冲段)高速公路设计。起点桩号为K0+000；终点桩号为K2+840.518；全长为2840.518m。本设计为双向四车道，设计车速为100km/h，路基宽度为26m。7.2.2地质、气象、水文特征本设计处于长江中下游平原与江南丘陵过渡地带,地势平坦,平均海拔100m左右,最高海拔为201.2m,最低地面海拔为0.6m,属亚热带湿润季风气候,81 光照充足，雨量充沛，四季分明，年平均气温15～16℃，日照时数2000小时左右。最热为7～8月，平均气温超过28℃，极端最高气温接近40℃；最冷为1月，月平均气温仅3℃，曾出现过-10℃的极端最低气温,年降雨量1200mm，但分布不均，主要集中在春季、梅雨季节和初冬。该地区属黏性土地区,土壤的物理力学性质较差细粒成分较多。表土厚度在10-20mm之间，岩石分布在较深处的地下和山体中，填挖高度在20m范围内一般不会遇到。毛竹林密集,种植有茶树,栗子树和其他农作物,区域经济发展状况良好。设计标段大致呈东西走势,所经地区水网密集,大小水塘十余个,水塘深度在2m左右，水塘面积在300-4000㎡不等，水塘下有1.5m左右的淤泥质土层，还有一条贯穿南北的排水沟需要跨越。丘陵区有大片竹林和散松树林,低丘陵局部分布着茶园和生产栗子的果园,平原区有少部分旱地,该段两端分布有较密集的混合结构和小比例尺房屋,东侧靠近水渠处有一条南北走向的乡道需要跨越,连接这条乡道的有几条任意分布的低等级碎石路面的乡村道路。两条南北向的输电线,一条的北部为10KV的高压输电线。7.2.3本设计主要工程量1）清理场地：12002）挖方数量：244399.443）填方数量：128685.664）路面工程：厚47cm水泥石灰砂砾土层31200厚30cm水泥稳定碎石基层31200厚4cm）细粒式密级配沥青混凝土面层1248厚5cm中粒式密级配沥青混凝土面层1560厚7cm粗粒式密级配沥青混凝土面层21847.3施工方法7.3.1路基工程施工方法1）软土地基处理a）清理淤泥质土先将淤泥质土按设计中的平均宽度及平均深度清理。81 b）机械碾压用(12~15)吨三轮压路机以低档速度(1.5~1.7)km/h沿路基表面作全面检查(碾压3~4遍)，不得有松散和弹簧现象。发现表土过干、表面松散应适当洒水碾压密实；如土过湿生弹簧现象，应采取开挖晾晒、换土、掺石灰或粒料等措施进行处理。2）填方路基的施工a）土方填筑①填方路基挂线分层填筑，分层厚度根据试验路段确定的数据严格控制，每侧超出路基的设计宽度300mm，以保证修整路基边坡后的路基边缘有足够的压实度，在工程施工中，左侧路基完成后不削坡。②路堤填土高度小于800mm时，对于原地表清理与挖除之后的土质基底，应将表面翻松深300mm，然后整平压实，达到设计要求压实度96%。③路基填土高度大于800mm时，将路堤基底整平并用压路机碾压6~8遍，直至无轮迹，其压实度要求为：路堤填土高度大于800mm小于或等于1500mm时，不小于94%，路堤填土高度大于1500mm时，不小于91%。④填方作业面长度不小于300m，并尽量减少纵向施工接茬。在两个相邻段交接处不在同一时间填筑时，则先填段应按1:2坡度分层留台阶，台阶宽度不小于2m；如两段同时施工，则分层相互交叠衔接，其搭接长度不得小于2m。b）摊铺整平先用推土机进行初平，在用平地机进行终平，控制层面平整、均匀。摊铺时层面做成向一侧倾斜2%的横向排水坡，以利路基面排水。c）机械碾压①压实作业做到无偏压、无死角，碾压均匀。每层碾压完毕，经试验检测各项指标达到设计要求时，方可进行下一层填筑。②填方路基每两层在压实度检查合格后，在用50（t）振动压路机振动碾压一遍。d）路基整修表面如需补填时，且补填厚度小于100mm，要将压实层翻挖100mm以上，在补填同类料整平压实。e）试验检测81 路堤每层填筑压实后，及时进行检测，每层填土检测合格，并经监理工程师认可后，才能进行上层路堤填筑。2）挖方路基施工a）排水①路堑施工开挖前要做好堑顶截水、排水及堑底排水工作，并在施工中随时注意检查。②施工期间修建临时排水设施，并与永久性排水设施相结合，将水及时排出，避免对路基产生危害，注意不得将水排入农田。施工时要确保排水通畅，杜绝淤积和冲刷。b）开挖的基本要求①土方开挖时，将适用于种植草皮和其他用途的表土储存于指定地点。②开挖土方要自上而下进行，不得乱挖超挖，严禁掏底开挖。③施工时要保证路堑坡面平顺，无明显的局部高低差。④土质路堑开挖时，两边边坡预留200mm，底部预留200mm，开挖至预留层时，停止机械开挖，待进行路基路床施工时，集中力量进行开挖。3）路基工程施工具体方案a）路基填方采取“三阶段、四区段、八流程”标准化施工工艺。基底处理按照设计要求和标准进行施工。路基土石方除个别地段必须采用人力施工外，其余全部采用机械施工作业。优化配置，组成挖、装、运、卸（弃）、铺、平、压、检一条龙的机械化流水施工作业。b）土方路堑施工，采用挖掘机挖、装土，自卸汽车运土，运距100m以内采用推土机施工。土石方工程施工配足施工机械设备，争取提前工期为路面施工做好准备。4）路基工程施工注意事项a）在挖方地段，首先做好截水沟，排除地表水，以防止水流入工作面影响施工，填方地段路基两侧均设置水沟并及时疏通维护，同时每层填筑均设置横向排水坡，防止路面积水。b）严格控制测量，对挖方坡度，每级台阶计算准确，使上口开挖放线一次到位。c）设置试验室及试验路段，随时对路基施工质量进行检测，并将检查结果记录，以便及时调整工程参数。d）施工场内的施工便道、便涵设专人维修，保持畅通。7.3.2路面工程施工方法81 1）水泥稳定碎石垫层a）准备下承层，施工放样。放出中线和边线，每20m设一个中心桩，并测出高程。b）材料运输。用装载机配合自卸汽车运输。c）摊铺。在经监理工程师验收合格的路床上铺筑人工水泥石灰砂砾垫层。摊铺必须用经监理工程师批准的机械进行作业，将集料按松铺厚度均匀的摊铺在规定的宽度上。d）压实。摊铺整形后，随即用经监理工程师同意的压路机在整个宽度范围内进行碾压。压实后表面平整、无轮迹或隆起，并有正确的断面和适度的路拱。压路机碾压速度，前两遍以1.5~1.7km/h为宜，以后用2.0~2.5km/h。凡压实机具不到的地方，用机具夯实，直到达到规定的压实度为止。2）水泥稳定砂砾基层a）在下承层上恢复中线，设置测量控制桩。b）开始摊铺前一天进行测量放样，按摊铺机宽度和传感器间距，在直线上间隔10m，在曲线上间隔5m，做出标记，并根据松铺系数算出松铺厚度，挂好导向控制线。c）混合料的拌和要做到如下几点：①混合料拌和设备采用400t/h强制式稳定土拌和机拌和。拌和时混合料的含水量略大于最佳含水量约1%~2%，使混合料运到现场摊铺后碾压时的含水量能接近最佳期。②混合料拌和采取集中厂拌。拌和前，确保拌和场地的备料能满足3~5d的摊铺用料；每天开始搅拌前，检查集料的含水量，计算当天的配合比。③开始搅拌后，出料时要取样检查是否符合设计的配合比，正式生产后，每1~2h检查一次拌和情况，抽检其配比、含水量是否变化。拌制混合料要做到配料准确、拌和均匀，含水量要略大于最佳值，使混合料碾压时的含水量能接近最佳值。④拌和机一定要配备带有活门漏斗的料仓，出漏斗出料直接装车运输，装车时车辆前后移动，分三次装料，避免混合料离析。拌和好的混合料及时摊铺，碾压混合料堆放时间不宜超过24h。d）碾压要做到：①首先用振动压路机振压2~3遍，之后用18~21t的光轮压路机碾压3~4遍，最后用轮胎式压路机碾压1遍，碾压要在最佳含水量±1%时进行，达到表面无明显轮迹为止。路面的两侧多压2~3遍，禁止压路机在已完成或正在碾压的路段上“掉头”和紧急制动，以保证基层表面不受破坏。81 ②碾压过程中，如表面水分蒸发太快，要及时补洒少量的水，如有“弹簧”、松散、起皮等现象，要及时翻开重新拌和填补，使其达到质量要求。最后用胶轮压路机洒水碾压成型。③碾压过程中用核子仪初查压实度，不合格时，重复再压。3）沥青混凝土面层[2]a）施工准备①下承层的整修。检查透层的完整性与基层表面的黏结性，对局部基层外露和透层两侧宽度不足部分要按照施工要求进行补铺；将透层表面浮动矿料扫至路面以外，表面杂物要清扫干净，灰尘提前冲洗，风吹干净；铺筑上面层时，对下面层表面进行彻底清扫，清除纹槽内泥土杂物并喷洒沥青粘层。②放基线。沥青下面层铺筑需5m设一对钢丝支座，钢丝为扭绕式，直径6mm，安装拉力要大于800N，要严格控制支架上钢丝顶点高程，以确保下面层的高程和平整度；基准线架设完毕，设专人复核无误后，方可允许摊铺使用。③交通疏导。建立运输调度小组，设专人指挥运输车辆，以保证运输无阻，满足现场摊铺需要。b）混合料运输①采用数字显示插入式热电偶温度计检测沥青混合料的出厂温度和运到现场温度。插入深度要大于150mm。运料车侧面车厢中部设专用检测孔，孔口距车厢底面约300mm。②沥青混合料运输，使用15t自卸汽车，车厢要清扫干净。车上用帆布遮盖，用以保温、防雨、防污染。③拌和机向运料车卸料时，汽车要前后移动，分几堆卸料，以减少粗集料的分离现象。④沥青混合料运输车的运量要较拌和能力或摊铺速度有所富余，施工过程中摊铺机前面至少有不少于5辆料车等候卸料。⑤摊铺过程中，运料车在摊铺机前10~30cm处停住，不得撞击摊铺机。卸料过程中运料车挂空挡，靠摊铺机推动前进。c）混合料摊铺①采用德国产ABG423型的摊铺机全幅摊铺。摊铺下面层时，摊铺机两侧架设钢丝。摊铺要均匀、连续进行，并严格控制路面高程和厚度，确保路面的平整度。81 ②专人指挥运料汽车徐徐倒车，当其后轮距摊铺机20~30cm时停车，让摊铺机推动料车前进，按指令缓缓起斗卸料。③摊铺机熨平板进满混合料后，推动汽车慢慢前进开始摊铺。起步摊铺5~10m后，测量员立即检测摊铺好的混合料的厚度、高程和横坡度，如全部达标就继续前进。否则，按设计要求边调机，边整修摊铺的混合料，在20cm内整修达标，再继续摊铺。④特殊部位处理。下面层摊铺遇构造物时，摊铺到板1m处并严格控制高程不得高于桥面高程，过桥后，用根据虚铺系数及板坡度作好的楔形垫板垫起，然后再向前摊铺。d）碾压①碾压。严格按出压、复压和终压三阶段进行，派专人设置好三阶段的标志，用三面不同颜色的标牌或旗子来指示三个阶段。设1人专门测量摊铺完的混合料温度，及时指挥压路机碾压，保证各阶段的碾压温度，防止低温碾压出现裂纹。②碾压要匀速行驶，在初压、复压及终压时，按机种不同应采用不同的行驶速度。e）施工接缝处理①施工中全部为横向施工缝，且全部采用平接缝。各层接缝至少错开5m以上。接缝处摊铺沥青混合料时，熨平板放到已压实好的路面上，在路面和熨平板之间垫木板，其厚度为压实厚度与虚铺厚度之差。②为了保证横向接缝处的平顺，摊铺后即用三米直尺检查平整度，去高补低，之后用双驱双振压路机沿路横向碾压，碾压时压路机的滚筒大部分在已铺好的路面上，仅有10~15cm的宽度压到新摊铺的混合料上，然后逐渐移动跨过横向接缝。7.3.3工程人员配置1）项目经理部由项目经理、副经理、总工、工程、质检、试验、设备、材料、财务、办公、综合等科室组成，共54人。负责现场施工组织与管理，施工指挥，技术指导，服务与协调等工作。81 图7-1施工组织结构图Fig.7-1ConstructionOrganizationChart2）路基土石方工程安排三个作业组。设道路工程师1人，技术员3人，工长3人，测量员3人，试验员1人，质检员1人，力工15人。3）路面工程a）水泥石灰砂砾垫层安排一个作业组。设路面工程师1人，技术员1人，工长1人，测量3人，试验员2人，质检员1人，力工10人。b）水泥稳定碎石基层81 安排一个作业组。设路面工程师1人，技术员1人，工长1人，测量3人，试验员1人，质检员1人，工人15人，其中拌和站工人5人，施工现场工人10人。c）沥青混凝土面层安排一个作业组。设路面工程师1人，技术员1人，工长1人，测量3人，试验员1人，质检员1人，工人10人，其中拌和站工人5人，施工现场工人5人。4）排水防护工程安排一个作业组。设工程师1人，技术员1人，工长1人，力工20人，技工10人。5）搅拌站安排两个作业组，技术员2人，工长2人，力工10人。7.4施工进度7.4.1施工进度具体安排本工程的要求工期为128d，开工时间为2014年8月8日，竣工时间为2014年11月15日。为了保证整个工程能够按期交付使用以及充分发挥投资效益和降低工程施工成本，施工进度具体安排如下：1）施工准备15d时间为2014年8月8日至2014年8月22日。2）路基工程a）路基填前处理25d①软基处理20d时间为2014年8月22日至2014年9月9日。②普通路段处理时间为2014年8月22日至2014年9月14日。b）路基挖方40d时间为2014年8月30日至2014年10月8日。c）路基填方35d时间为2014年9月3日至2014年10月8日。3）路面工程a）水泥石灰砂砾垫层20d时间为2014年10月1日至2014年10月19日。81 b）水泥稳定碎石基层20d时间为2014年10月9日至2014年10月30日。c）沥青混凝土面层15d时间为2014年10月21日至2014年11月5日。4）排水及防护工程20d时间为2014年10月26日至2014年11月15日。图8-2施工进度横道图Fig.8-2ConstructionscheduleGanttChart7.5施工平面布置1）项目经理部[12]根据现场勘察，拟在主线K1+600.0左侧设置项目经理部，生活房屋采用活动板房并进行绿化。该处地势平坦，但不会产生积水，方便行车与场地搬迁，利于指挥生产及采购生产和生活用品，其他各施工队驻地按各自所担负的工作任务就近布置。2）施工便道为保证全线施工通畅及进场材料、设备的交通运输，在路线右侧设置施工便道，便道宽度为7m，便道两侧设置排水沟，便于及时排水。3）施工场地81 在主线K1+600.0项目经理部旁边设置拌和场，向桥梁前段供应混凝土拌和料和水泥稳定砂砾拌和料。在主线K2+420.0旁边设置拌和场，向桥梁后段供应混凝土拌和料和水泥稳定砂砾拌和料。在项目经理部应设置试验室。试验室应配备试验仪器以及沥青、混凝土等材料的测试仪器。在项目经理部应具有测量组。测量组应配备全站仪、水准仪等测量仪器，确保路线中心及构造物尺寸放样准确，保证工程质量。4）施工用电在施工之前应与当地用电部门联系，施工用电电源选择从当地提供的高压变电站架设高空输电线路接到施工场地。计划在施工场地配备一台300kVA变压器，在拌和站配备一台250kVA变压器，另外再配备30kw发电机组两个，75kw发电机组一个以作备用。5）施工用水在拌和站内设置泵站、蓄水池，安设管道从机井中引入施工用水，在拌和站内打一口机井，打一口机井供施工和生活用水。隧道上段打一口机井供施工使用。用水均需先进行水质分析，合格后再使用。图7-3施工平面布置图Fig.7-3Constructionfloorplan81 7.6技术组织措施7.6.1质量控制措施1）强化质量意识，建立健全规章制度，在企业中牢固树立质量第一的思想，严格执行招标文件的要求和设计图的规定，对本工程加强施工管理。2）推行全面质量管理，实行目标管理，积极推广新技术、新工艺、新材料。测量双检制，隐蔽工程签证制，质量挂牌，质量验评，质量双检，质量事故分析等行之有效的质量管理制度。3）施工过程中,各道工序都设旁站,严格按照规范、施工图纸及上级要求进行施工，使施工生产过程始终处于受控状态。4）严格执行技术交底，对作业人员定期进行质量教育和考核。5）严把材料采购、进场、使用检验关。图7-4质量保障体系图Fig.7-4QualityAssuranceSystem81 7.6.2工期保证措施1）突击施工准备工作。以快上场、创条件、保重点、早开工的指导思想，抓紧完成人员营地建设，完成调遣施工队伍和机械设备进场，积极配合甲方作好征地拆迁工作，修建施工便道和临时设施工程。2）建立健全完善的技术保障。项目施工建立以项目经理为主要负责人的技术责任制，配备足够的测量仪器，编制好总体实施性施工组织设计，加强关键工序的作业指导，技术人员有权对施工过程进行监控、对有问题的工序勒令停止，严防施工中发生重大技术失误，造成施工进度减缓。3）根据优化的网络计划安排，以道路主体施工为重点，从技术、设备、劳力上保证交叉作业，同时抓好其它非关键工序的同步展开，整体推进施工。4）建立岗位责任制强化施工管理。围绕总工期指定进度计划、工作计划，定期召开工作例会，及时掌握施工动态，对未完成的进度计划查明原因，制定改进措施，确保总工期的实现。5）做好物资、机械以及劳动力保障工作。抓好各种材料的供应工作，保障车辆运输、劳动力资源的使用效率。项目经理部设专人负责与原材料供应单位联系，特别保证主要材料的按时供应。6）对职工进行思想动员，迅速做好施工前的教育、培训工作，同时结合生产进度对工人进行思想教育，激发广大职工的劳动热情，开展的施工现场的劳动竞赛活动，最大限度地调动职工的积极性，缩短工期。7）协助建设单位做好各项工作，为施工扫清障碍。加强同设计单位、监理单位、地方政府的密切联系，为各项工程的顺利开展创造良好的外部施工环境，保证施工进度。8）发挥科技第一生产力的优势，施工中不断优化施工方案，改进施工方法，鼓励技术人员采用新工艺、新材料，认真考虑工人提出的各种减轻劳动强度增加劳动效率的施工技巧。7.6.3安全保证措施1）工程项目施工的安全管理。加强现场管理，搞好工程的保卫、防盗，搞好永久工程和临时工程安全，防止发生安全事故，在每一个工程项目中，制订安全生产的组织措施，并制订严密的安全生产规程，留有足够的安全生产费用，购置安全生产的设备和器件，保证施工生产现场的紧急事故处理的开支。 81 2）加强安全生产教育和预防措施，为施工人员办理保险，并制订以下预防措施，以保证员工的安全健康。 3）加强工程中的环境保护管理，促使安全生产，随时清除施工场地不必要的障碍物、设备、材料及各类存储物品安全堆放紧紧有条，即要保持施工现场环境的清洁整齐，又对安全生产有利。 4）建立安全保证体系，项目部和各施工队设专职安全员，专职安全员属质检科，在项目经理和副经理的领导下，履行保证安全的一切工作。 5）利用各种宣传工具，采用多种教育形式，使职工树立安全统一的思想，不断强化安全意识，建立安全保证体系，使安全管理制度化，教育经常化。 6）各级领导在下达生产任务时，必须同时下达安全技术措施检查工作时，必须总结安全生产情况，提出安全生产要求把安全生产贯彻到施工的全过程中去。 7）认真执行定期安全教育，安全讲话，安全检查制度，设立安全监督岗，支付和发挥群众安全人员的作用，对发现事故隐患和危及到工程人身安全的事项，要及时处理，作出记录，及时改正，落实到人。 8）施工中临时结构必须向员工进行安全技术交底。对临时结构须进行安全设计和技术鉴定，合格后方可使用。 7.6.4雨季施工措施1）全面进行防洪抢险知识教育，让每个职工都了解掌握防洪的应急方法，做到临危不惧，突发情况果断处理，自救互救，增强防洪意识和技能，确保人员、物资、机械设备安全渡汛，保证公路施工正常进行。 2）认真做好汛前检查。对施工场地、材料机械堆放区，要挖排水沟，各桥、涵、沟、渠要排泄通畅，施工的桥涵周围要增加围堰和排水沟，对因施工截断的沟渠要改移排水渠道，确保路基的稳定性。 3）抢险物资和设备，各施工队一定要提前准备抢险物资和机械车辆，如：草袋至少500条、麻袋、铁锹、砂石料、大功率抽水机二台以上、发电机、车辆等物资和设备，各施工队要将物资准备情况、负责人、抢险小组人员名单等详细情况报项目部办公室注册登记，项目部防洪小组将对各施工队和重点施工部位进行检查，对没按项目部规定去落实的施工队，将给予经济处罚。 4）81 加强与地方的联系。项目部和施工队要主动与当地气象、水文和防洪机构取得联系，以便及时准确掌握气象、水文和汛情信息，每天收听中央电视台气象预报，做到心中有数，有备无患，抓住重点，做到重点部位重点防范。 5）确保道路畅通，保证公路运营安全，是重中之重，特别是雨季期间，各施工队一定高度重视，填筑路基要自下而上逐层进行，路堑施工要做好截水沟，确保排水通畅后方可施工。 81 8公路工程概预算编制8.1概预算费用的组成8.1.1建筑安装工程费建筑安装工程费[11]是直接形成工程实体时所发生的费用。建筑安装工程费包括直接费、间接费、利润和税金。1）直接费直接费由直接工程费和其他工程费组成。a）直接工程费是指施工过程中耗费的构成工程实体和有助于工程形成的各项费用，包括人工费、材料费、施工机械使用费。①人工费人工费是列入概预算定额的直接从事建筑安装工程施工的生产工人开支的各项费用。②材料费材料费是指施工过程中耗用的构成工程实体的原材料、辅助材料、构件、零件、半成品、成品的用量和周转材料的摊销量，按工程所在地的材料预算价格计算的费用。③施工机械使用费施工机械使用费是指列入概预算定额的施工机械台班数量，按相应的机械台班费用定额计算的施工机械使用费和小型机具使用费。b）其他工程费其他工程费是指直接工程费以外的施工过程中发生的直接用于工程的费用。2）间接费间接费由规费和企业管理费两项组成。a）规费规费是指法律、法规、规章、规程规定施工企业必须缴纳的费用。b）企业管理费企业管理费由基本费用、主副食运费补贴、职工探亲路费、职工取暖补贴和财务费用五项组成。①基本费用基本费用是指施工企业为组织施工生产和经营管理所需的费用。81 ②主副食运费补贴主副食运费补贴是指施工企业在远离城镇及乡村的野外施工购买生活必需品所需增加的费用。③职工探亲路费职工探亲路费是指按照有关规定施工企业职工在探亲期间发生的往返车船费、市内交通费和途中住宿费等费用。④职工取暖补贴职工取暖补贴是指按照规定发放给职工的冬季取暖费或在施工现场设置的临时取暖设施的费用。⑤财务费用财务费用是指施工企业为筹集资金而发生的各项费用。3）利润利润是指施工企业完成所承包工程应取得的盈利。4）税金税金是指按国家税法规定应计入建筑安装工程造价内的营业税、城市维护建设税及教育费附加等。8.1.2设备、工具、器具及家具购置费1）设备购置费设备购置费是指为满足公路的营运、管理、养护需要，购置达到固定资产标准的设备和虽低于固定资产标准但属于设计明确列入设备清单的设备的费用。2）工器具及生产家具购置费工器具购置费是指建设项目交付使用后为满足初期正常营运必须购置的第一套不构成固定资产的设备、仪表、工卡模具、工作台等的费用。3）办公和生活用家具购置费办公和生活用家具购置费是指为保证新建、改建项目初期正常生产、使用和管理所必须购置的办公和生活用家具、用具的费用。8.1.3工程建设其他费用81 工程建设其他费用由土地征用及拆迁补偿费、建设项目管理费、研究试验费、建设项目前期工作费、专项评价费、施工机构迁移费、供电贴费、联合试运转费、生产人员培训费、固定资产投资方向调节税、建设期贷款利息是一项费用组成。8.1.4预备费预备费由价差预备费及基本预备费两项组成。1）价差预备费价差预备费是指设计文件编制年至工程竣工年期间，第一部分费用的人工费、材料费、机械使用费、其他工程费、间接费等以及第二、三部分费用由于政策、价格变化可能发生上浮而预留的费用及外资贷款汇率变动部分的费用。2）基本预备费基本预备费是指在初步设计和概算中难以预料的工程的费用。8.2概预算费用的计算公式概预算费用的计算公式[11]具体如下：表8-1公路工程建设各项费用的计算程序及计算公式Tab.8-1Thehighwayengineeringcalculationproceduresandcalculationmethodofexpenses代号项目说明及计算式（一）直接工程费按编制工程所在地的预算价格计算（二）其他工程费（一）×其他工程费综合费率或各类工程人工费和机械费之和×其他工程费综合费率（三）直接费（一）+（二）（四）间接费各类工程人工费×规费综合费率+（三）×企业管理费综合费率（五）利润[（三）+（四）-规费]×利润率（六）税金[（三）+（四）+（五）]×综合税率（七）建筑安装工程费（三）+（四）+（五）+（六）（八）设备、工具、器具购置费（设备、工具、器具购置数量×单价+运杂费）×（1+采购保管费率）办公及生活用家具购置费按有关规定计算（九）工程建设其他费用土地征用及拆迁补偿费按有关规定计算建设单位管理费（七）×费率工程质量监督费（七）×费率81 工程监理费（七）×费率工程定额测定费（七）×费率竣工验收试验检测费按有关规定计算研究试验费按批准的计划编制前期工作费按有关规定计算专项评价费按有关规定计算施工机构迁移费按实计算供电站费按有关规定计算联合试运转费（七）×费率生产人员培训费按有关规定计算固定资产投资方向调节税按有关规定计算建设期贷款利息按实际贷款数及利率计算（十）预备费包括价差预备费和基本预备费两项价差预备费按规定的公式计算基本预备费[（七）+（八）+（九）-固定资产投资方向调节税-建设期贷款利息]×费率预备费中施工图预算包干系数[（三）+（四）]×费率（十一）建设项目总费用（七）+（八）+（九）+（十）8.3概预算编制步骤1）熟悉图纸和资料。2）准备文件、工具书、表格。3）分项。4）计算工程量，初编08表。5）基础单价计算，编制07表。6）计算各分项工程的直接工程费和间接费，编制04表。7）补编08表。8）计算建筑安装工程费，编制03表。9）实物指标计算，编制02表。10）计算其他有关费用，编制06表。11）编制总概预算表和造价分析，编制01表。12）编制综合概预算表，编制01-1表。公路工程概预算编制详细结果见附表81 结论本设计为芜湖（梅冲-朱冲段）高速公路设计，车速为100km/h，双向四车道，总里程为2840.518m。具体结论如下：1）本设计经过方案比选，确定出一条经济合理的高速公路线路，在平面上设计两个转弯，转弯半径分别为1300m和1200m，缓和曲线长分别为220m和240m，平面线形上各个参数均满足规范中的各项技术参数。2）本设计在道路纵断面设计时，经过一处山区，打通一条长380m的隧道，桩号从K0+360.0至K0+740.0。纵断面设计中选择一条凹形竖曲线，曲线半径选为15000m，前后两坡度分别为-1.157%，1.879%。变坡点的桩号为K2+420.0。竖曲线起点桩号为，竖曲线终点桩号为。3）本设计在道路纵断面设计时，为了满足土石方填挖平衡，工程经济合理，对道路进行了竖曲线设计，并且严格满足“平包竖”要求。4）本设计在道路横断面设计时，根据规范和标准确定了路基宽度等因素，并且在平曲线段进行超高设计，超高过渡方式采用绕中间带边缘旋转，保证车辆安全舒适的行驶。5）本设计的路基设计是根据具体情况确定了路基的类型、高度、边坡坡度等因素，并且对特殊路基采取了处理办法。6）本设计的路面设计采用沥青混凝土材料，基层为半刚性基层，通过具体情况确定了路面的结构层厚度。细粒式密级配沥青混凝土4cm中粒式密级配沥青混凝土5cm粗粒式密级配沥青混凝土7cm水泥稳定碎石30cm水泥石灰砂砾47cm。7）本设计的排水设计，为了保护路面和路基的稳定性，分别进行了路基排水设计和路面排水设计。8）本设计在桩号至架设40m长桥梁跨越道路,在桩号处设计一5m长的涵洞跨越水渠。9）在计算本设计主要工程量时，通过查找规范和定额，计算数量准确，使得以后的计算方便。10）临时设施的布置综合考虑了沿线线路的地形地质情况，并且能够充分的指挥整个工程的进度。11）本工程的路基工程和路面工程分别安排了三个作业组，两个拌和组，使得工程人员得到充分的利用。1281 ）本工程的施工顺序采用了基本的施工顺序，对高速公路的建设具有经典性和实用性。13）本工程的进度安排采用了平行的施工方式，要求工期为120d，本工程完成工期为102d个月，超前完成工程量。14）本设计为高速公路，采用了沥青混凝土面层，本设计主要阐述了沥青混凝土面层铺筑和施工的总过程。15）本设计强调了雨季施工的保证措施，避免对工期和工程质量产生严重的影响。16）本设计对公路工程的概预算编制的步骤以及概预算费用的组成和计算公式进行了明确的阐述。81 致谢本设计在张二军老师几个月来的耐心指导和严格要求下业经完成，非常感谢张老师的帮助，在他身上我不仅学到了道路设计的方法，还有他身上那种做事情的认真态度,无论是道路选线定线、竖曲线位置选择、路基路面的参数设计、工程量的计算、工程人员的配置、施工顺序的安排还是施工进度的确定，都凝聚着张老师的辛勤与付出。在四年本科的学习和生活期间，始终感受着老师精心的教导和无私的关怀，我受益良多，感触颇深。在此向张老师表示深深的感谢和崇高的敬意。特此，我还要感谢在设计期间给我极大关心、帮助和支持的各位老师以及同学们，是你们无私的帮助和支持，才使我的毕业设计工作能够顺利的完成。81 参考文献[1]公路路基设计规范.JTGD30-2004[2]公路沥青路面设计规范.JTGD-2006[3]方福森.路面工程.北京:人民交通出版社,1987.[4]方左英.路基工程.北京:人民交通出版社,1987.[5]赵明华.基础工程.北京:高等教育出版社,2003.[6]黄仰贤.路面设计.北京:人民交通出版社,1998.[7]邓学钧.路基路面工程[M].北京:人民交通出版社,2008.[8]张向东.道路勘测设计[M].北京:机械工业出版社,2010.[9]孙家驷.道路勘测设计[M].北京:人民交通出版社,2005.[10]姚祖康.道路路基和路面工程.上海:同济大学出版社,1994.[11]高正军.公路工程概预算手册[M].长沙:湖南大学出版社,2008.[12]赖少武.公路施工组织与管理[M].北京:人民交通出版社,2007.[13]交通部《公路工程预算定额》(JTG/TB06-2007)北京:人民交通出版社,2007.[14]交通部《公路沥青路面设计规范》(JTGD50-2006)北京:人民交通出版社,2006.[15]交通部《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40-2002)北京:人民交通出版社,2002.[16]张志清.道路勘测设计[M].北京:科学出版社,2005.[17]张维全.道路勘测设计[M].北京:人民交通出版社,2005.[18]公路路线设计规范.JTG-2006.[19]交通部《公路勘测规范》(JTGC10-2007)北京:人民交通出版社,2007.[20]交通部《公路路线设计规范》(JTGD20-2006)北京:人民交通出版社,2006.[21]交通部《公路路基设计规范》(JTGD30-2004)北京:人民交通出版社,2004.[24]交通部《公路工程技术标准》(JTGB01-2003)北京:人民交通出版社,2004.[25]chenxiangjun.gaozhanfeng.《ApplicationsofANNsinGeotechnicalEngineering》,2007.81 附录A使用加固纤维聚合物增强混凝土梁的延性作者：NabilF.Grace,GeorgeAbel-Sayed,WaelF.Ragheb摘要一种为加强结构延性的新型单轴柔软加强质地的聚合物(FRP)已在被研究，开发和生产(在结构测试的中心在劳伦斯技术大学)。这种织物是两种碳纤维和一种玻璃纤维的混合物，而且经过设计它们在受拉屈服时应变值较低，从而体现出伪延性的性能。通过对八根混凝土梁在弯曲荷载作用下的加固和检测对研制中的织物的效果和延性进行了研究。用现在常用的单向碳纤维薄片、织物和板进行加固的相似梁也进行了检测，以便同用研制中的织物加固梁进行性能上的比较。这种织物经过设计具有和加固梁中的钢筋同时屈服的潜力，从而和未加固梁一样，它也能得到屈服台阶。相对于那些用现在常用的碳纤维加固体系进行加固的梁，这种研制中的织物加固的梁承受更高的屈服荷载，并且有更高的延性指标。这种研制中的织物对加固机制体现出更大的贡献。关键词：混凝土；延性；纤维加固；变形81 介绍外贴粘合纤维增强聚合物（FRP）片和条带近来已经被确定是一种对钢筋混凝土结构进行修复和加固的有效手段。关于应用外贴粘合FRP板、薄片和织物对混凝土梁进行变形加固的钢筋混凝土梁的性能，一些试验研究调查已经进行过报告。Saadatmanesh和Ehsani（1991）检测了应用玻璃纤维增强聚合物(GFRP)板进行变形加固的钢筋混凝土梁的性能。Ritchie等人（1991）检测了应用GFRP，碳纤维增强聚合物（CFRP）和G/CFRP板进行变形加固的钢筋混凝土梁的性能。Grace等人（1999）和Triantafillou（1992）研究了应用CFRP薄片进行变形加固的钢筋混凝土梁的性能。Norris，Saadatmanesh和Ehsani（1997）研究了应用单向CFRP薄片和CFRP织物进行加固的混凝土梁的性能。在所有的这些研究中，加固的梁比未加固的梁承受更高的极限荷载。这些梁中大多数出现的一个缺陷是梁的延性有很大的损失。然而通过对梁的荷载-挠度性能的测试，可以发现大多数荷载的增加是在钢筋屈服后发生的。也就是说，极限荷载明显提高，然而屈服荷载却没有太大提高。因此在正常使用水平荷载的明显增加很难实现。除去加固前混凝土构件条件的影响，钢筋对加固梁的弯曲反应有明显的贡献。而可惜的是，现有的FRP加固材料和钢材性能不同。虽然FRP有很高的强度，但是它们多数在提高足够的强度之前被拉伸而产生很大的应变。因为同大多数FRP材料的极限应变相比，钢材的屈服应变相对较低，所以随着加固构件的变形，钢材和FRP加固材料的贡献发生了变化。结果，钢筋可能会在加固构件取得任何可测荷载增加值之前就屈服了。一些研究者在横截面布置了更强的FRP，这通常会增加加固的成本，进而提供可测的贡献，尽管这时变形是受限制的（在钢筋屈服之前）。但是，加固材料从混凝土表面的剥落更多的时候是由于应力集中的原因发生的。剥落是这项加固技术中不出现的一种脆性破坏。尽管使用一些类似超高模量碳纤维的特别的低应变纤维看起来是一种解决方法，但这可能导致由于纤维破坏而产生脆性破坏。本文旨在介绍一种新型伪延性FRP织物，它在屈服时应变低从而具有与钢筋同时屈服的潜力，能够实现期望中的加固水准。研究意义FRP已经被越来越多地用做钢筋混凝土结构修复和加固的材料。但是现在常用的FRP材料缺少延性，并且与钢筋性能不一致。结果，经过加固处理的梁会体现出延性降低，不能达到期待中的水平，或者二者兼有。本项研究介绍了一种新型的伪延性FRP加固织物。这种织物可以使加固梁承受更高的屈服荷载，并且有助于避免延性的损失，而这在使用目前常用的FRP进行加固中是常见的。81 混杂织物的研制为了克服前面所提的缺陷，一种具有低屈服应变值的延性FRP材料是很必要的。混杂的文献回顾为了研制这种材料，考虑了各种不同纤维的混杂。多于一种纤维材料的混杂是许多材料科学研究的兴趣所在。他们的工作多数集中于结合两种纤维以提高每种材料单独工作时的力学特性并且降低成本。这已经在几本出版物中报道过,例如Bunsel和Harris（1974），Philips（1976），Manders和Bader（1981），Chow和Kelly（1980），以及Fukuda和Chow（1978）。做为一种能够克服FRP加固棒延性不足问题的工具，混杂吸引了结构工程师。Nanni,Henneke和Okamoto（1994）研究了用编织芳香尼龙纤维绕在钢筋核心的短棒。Tamuzs和Tepfors报道了关于使用碳和芳香阻尼纤维进行组合而成的混合纤维棒的试验调查。Somboonsong，Frank和Harris（1998）研制了一种用编织芳香尼龙纤维缠绕在碳纤维核心的混合FRP加固棒。Harris，somboonsong和Frank（1998）使用这些棒对混凝土梁进行加固，以得到用常规钢筋进行加固的混凝土梁的普通荷载-挠度特性。设计思想和材料为了产生延性，一种使用不同种类纤维的混杂技术已经被采用。选用了在破坏时有不同延长量级的三种纤维。图1显示了这些复合纤维在拉伸时的应力-应变曲线，表1显示了它们的力学特性。81 这项技术是建立在将这些纤维结合起来并控制配合比例的基础上的，这样当它们被拉伸时共同承受荷载，延伸小（LE）的纤维先破坏，允许一定的应变松弛（应变增加而混合材料的荷载却并未增加）。余下的延伸大（HE）的纤维被分配承担所有的荷载直到破坏。延伸小的纤维破坏时的应变值体现了混合材料屈服应变值，而延伸大的纤维破坏时的应变值体现的是极限应变值。延伸小的纤维破坏时对应的荷载体现的是屈服荷载值，而延伸大的纤维承担的最大荷载体现的是极限荷载值。超高模量碳纤维（1号碳）被用做延伸小的纤维，它应有尽可能低的应变，但不得小于钢筋的屈服应变（60级钢筋大约为0.2%）。另一方面，Ｅ型玻璃纤维被用做延伸大的纤维，应能提供尽可能高的应变而产生高延性指标（破坏时的变形和屈服时的变形的比例）。高模量碳纤维（２号碳）被选做了延伸中等（ME）纤维，它使在延伸小的纤维破坏后发生应变松弛时荷载的降低最小化，并且能够提供从延伸小的纤维向延伸大的纤维逐渐传递荷载的途径。基于这种思想，生产了一种单向织物，并进行了测试，将它在拉伸时的性能和理论预测的承载性能做了对比。理论上的性能建立在混合物规则上，根据这种规则，混合物的轴向刚度是将各组成部分的相对刚度进行总合计算得到的。这种织物的生产过程是，将不同的纤维做为相邻的纱线结合起来，并将它们用环氧树脂注入模具中。图２就是一个生产样品的照片。编织而成的玻璃纤维片布置在试样的两端，以消除测试中固定端的应力集中。试样厚２mm（0.08in），宽25.4mm（1in），在拉伸时根据美国材料实验协会Ｄ3039规范进行测试。四个测试样品的平均荷载-应变曲线见图3，上面还有理论预测的曲线。应该注意到直到应变值达到0.35%，荷载-应变性能都是线性的，这时延伸小的纤维开始破坏。在这一点上应变增长的速率高于荷载。当应变值达到0.90%时，中等延伸的纤维开始破坏，导致应变有附加的增长，直到由于延伸大的纤维破坏带来试样的彻底破坏。可以测试到屈服荷载（荷载-应变曲线上性能去不再为线性的第一点）为0.46kN/mm（2.6kips/in）,极限荷载为0.78kN/mm（4.4kips/in）。梁的测试梁的详细情况一共浇筑了13根钢筋混凝土梁，横截面尺寸为152×254mm（6×10in），长2744mm（108in）。梁的受弯钢筋由底部的两根5号（16mm）受拉钢筋和顶部的两根3号（9.5mm）的受压钢筋组成。为防止发生剪切破坏，使用162mm长的3号钢筋扎成闭合镫形对梁的抗剪进行进一步的加固。有5根梁浇筑时角部做成半径25mm（1in）的圆角，从而易于加固材料的安置。图4显示了梁的尺度、钢筋详图、支座和加载点的位置。使用的钢筋为60等级，屈服强度415MPa（800psi）。加固材料研制中的混合织物用于加固8根梁。使用了两种不同厚度的织物。第一种（H体系，t=1.0mm）厚度1.0mm（0.04in），第二种（H-体系，t=1.5mm）厚度1.5mm（0.06in）。其他四根梁使用现在常用的碳纤维加固材料进行加固：1）一层单向碳纤维薄片，极限荷载0.34kN/mm（1.95kips/in）；2）两层单向碳纤维织物，极限荷载1.31kN/mm（7.5kips/in）；3）一层固体玻璃谈碳纤维板，极限荷载为2.8kN/mm（16kips/in）。对这些材料测试得到的荷载-应变图见图5。表2给出了包括研制中的织物在内的加固材料的特性。粘结材料对这种混合织物，使用一种环氧树脂（环氧A）注入纤维，并做为织物和混凝土表面的粘结材料。这种环氧材料极限应变为4.4%，从而保证不至于在纤维破坏之前破坏。对于使用碳纤维薄片、板和织物加固的梁，使用的是极限应变为2.0%的环氧树脂（环氧B）。由生产商提供的粘结材料的力学特性见表3。加固在梁的底部和两侧喷砂以使其表面粗糙。然后使用丙酮除去污物对梁进行清洁。采用两种加固构造：1）只在梁底面布置加固材料（A组梁）；2）除对梁底部外，在梁两侧各伸长152mm（16in），大概能覆盖住梁的受弯拉伸部分（B组梁）。加固材料沿梁长度布置在中心，长达2.24m（88in）。环氧在对梁进行测试前要进行两周的养护。对研制中的混合织物（H-体系）加固的梁，制备了两根，并对各种构造进行测试来证实结果。表4对梁的检测进行了汇总。仪器81 跨中FRP的应变通过布置在梁底面的三个应变片测量。测量A组梁钢筋拉伸应变是通过监控在梁的侧面与钢筋棒平行处测量点设置的DEMC（可拆式机械计量器），而B组梁使用的是应变片。跨中挠度是通过使用串行电位计测量的。使用液压器对梁加载。荷载有一种荷载电池测量。所有的传感器同数据采集系统相连以扫描并记录读数。试验结果和讨论控制梁控制梁的屈服荷载82.3kN（18.5kips），极限荷载95.7kN（21.5kips）。梁由于钢筋屈服而破坏，随之跨中混凝土受压破坏。控制梁的试验结果见加固梁的试验成果图上（图6至15）。A组梁A组梁已在底面进行了加固。图6至11显示了这些梁的试验结果。H-50-1梁和H-75-1梁分别和H-50-2梁和H-75-2梁各自的结果非常接近，因此关于这些梁的讨论就集中于后两者，以避免重复。梁的延性通过计算延性指数来考察，即计算破坏时与屈服时的挠度之比。图6（a）显示了C-1梁的荷载-跨中挠度关系图，C-1梁使用碳纤维薄片进行加固。梁在荷载为85.9kN（19.3kips）时屈服，在荷载为101.9kN（22.9kips）时由于碳纤维薄片的开裂而破坏。值得注意的是，从这幅图中看来，虽然有了延性性能，但是同控制梁比起来，屈服荷载只提高了4%。延性指数为2.15。图6（b）显示了跨中荷载-碳纤维应变关系图。图7（a）显示了C-2梁对应的荷载-挠度曲线。这根梁使用固体玻璃碳纤维板进行加固。它没有屈服台阶（延性指数为1），在荷载为132.6kN（29.8kips）时由于板端部的受剪-受拉破坏而突然破坏。尽管荷载提高了61%，但破坏仍是脆性的。图7（b）显示了跨中荷载-碳纤维应变关系。碳纤维破坏时记录的最大应变为0.33%，这意味着板的承载力发挥了24%。C-3梁的荷载-挠度关系见图8（a）。该梁由两层碳纤维织物加固。它在荷载为107.7kN（24.2kips）时屈服，在荷载为134.4kN（30.21kips）时由于织物的剥落而破坏，此时它并未如控制梁那样显示出任何明显的屈服台阶。延性指数是1.64。值得注意的是，在图8（b）中破坏时记录到的碳纤维应变的最大值为0.67%，这意味着纤维承载力大约发挥了48%。图9（a）显示了H-50-2梁的荷载-挠度关系。这根梁使用研制中的厚度为1mm厚的混合织物进行加固。屈服荷载为97.9Kn（22.0kips）（同控制梁比起来提高了19%）。在图9（b）中值得注意的是，当梁屈服时织物应变为0.40%。它的延性指数为2.33，当荷载最终达到114.8kN（25.8kips）时由于织物的彻底开裂而破坏。图9（c）即为破坏时的梁。81 图10（a）显示了H-75-2梁的荷载-屈服关系。这根梁使用厚度为1.5mm厚的研制中的混合织物。它在荷载为113.9kN（25.6kips）时屈服，在130.8kN（29.4kips）的极限荷载下由于织物剥落而导致彻底破坏之前体现出的延性指数为2.13。值得注意的是，尽管最终破坏是由于织物的剥落，但这是在取得了令人满意的延性之后发生的。从图10（b）中可见当梁屈服时的应变为0.35%。图10（c）是梁破坏时的照片。图11和表5对A组梁的试验结果进行了比较。可以观察出如下现象：1．C-1梁和H-50-2梁体现了较好的延性特征。但是H-50-1梁比C-1梁体现了更高的屈服荷载。这是因为，经过设计这种研制中的混合织物比碳纤维片有更高的初始刚度；因此，在钢筋屈服前它比碳纤维对加固的贡献更大。2．尽管碳纤维织物的极限荷载比1.5mm厚的混合织物屈服时对应的荷载大几倍，但是直到屈服时，H-75-2体现着和C-3相似的性能。但是H-75-2梁有令人满意的屈服台阶，而C-3梁却没有。3．相对于现在常用的碳纤维加固材料，这种研制中的织物屈服时的应变和钢筋的屈服应变接近。尽管仍然较高，但是混合织物的应变值和梁屈服时的应变值接近，这意味这它和钢筋同时屈服。这一部分要归功于将植物安置在梁的外表面，这样比安置在梁的内部要承受更大的拉应变。结果织物的屈服应变设计值看起来是可以接受的。4．当使用有较高承载能力的碳纤维板（正如在C-2梁中使用的）时，能够提供高的破坏荷载，同时也会产生脆性破坏。B组梁这组梁除对梁底部外，在梁两侧向上延伸152mm（16in）的范围也进行了加固。改组试验结果见表5和图12至15。H-S50-1梁和H-S75-1梁分别和H-S50-2梁和H-S75-2梁各自的结果非常接近，因此关于这些梁的讨论就集中于后两者，以避免重复。图12（a）显示了CS梁的荷载-挠度关系。这根梁是使用碳纤维薄片体系加固的。它在荷载达到99.2kN（22.3kips）时由于钢筋的屈服而屈服。屈服荷载增加了20%。梁在达到123.3kN（27.7kips）的极限荷载时由于跨中混凝土的受压破坏而破坏。从图12（b）可以看出当梁屈服时，碳纤维的应变为0.35%，因此在这段承载阶段发挥了它的大约30%的能力。在梁破坏之前记录到的最大应变为1.0%。取得的延性指数为2.04。H-S50-2的试验结果见图13。这根梁使用研制中的厚度为1mm厚的混合织物进行加固。图13（a）显示了它的荷载-挠度曲线。当荷载达到113.9kN（25.6kips）时由于钢筋和织物的破坏，梁发生破坏。屈服荷载增加了38%。梁在达到146.6kN（32.9kips）的极限荷载时由于混凝土的受压破坏而破坏。延性指数为2.25。图13（b）显示了跨中荷载和织物应变的关系。梁屈服时记录到的应变值是0.35%，在梁破坏前记录到的最大应变值是1.2%。梁的破坏情形见图13（c）。图14即H-S75-2的试验结果。这根梁也是用研制中的混合织物加固的，但是厚度为1.5mm。从图14（a）可见梁在荷载为127.3kN（28.6kips）时屈服，由于钢筋和织物的屈服，屈服荷载增加了55%。当荷载达到162.0kN（36.4kips）时，这根梁由于跨中混凝土的受压破坏而破坏。它的延性指数为1.89。图14（b）显示了跨中荷载和织物应变的关系。在梁破坏前记录到的最大应变是0.74%。该梁的破坏情形见图14（c）。81 图15显示了B组各梁试验结果的比较。从试验结果可以观察到如下现象：1．虽然混合织物的屈服荷载低于碳纤维板的极限荷载，但是H-S50-2梁比CS梁体现出了更高的延性。这是因为同碳纤维薄片相比，这种混合织物有更高的初始刚度。2．用研制中的混合织物加固的梁屈服荷载更大，并且有令人满意的屈服台阶。这种研制中的混合织物的一个优点是它易于通过视觉观察判断织物是否屈服，因为任何破坏的碳纤维纱线都是可见的。而且，这种混合织物比目前常用的碳纤维材料便宜，因为这些纤维中超过75%的使用的是玻璃纤维，而这要比碳纤维成本低。基于本研究所介绍的研究调查，可以得出如下结论：1．目前常用的FRP材料作为弯曲加固体系用于混凝土结构并不能总是在加固梁中提供类似未加固梁的屈服时的屈服台阶。在一些情况下，加固可能导致加固梁的脆性破坏或着是屈服荷载增加很不明显，或者是二者兼有。2．选择的几种类型的纤维的混杂被用于研制伪延性的织物，它在屈服时的应变低（0.35%）。经过设计，这种织物具有同加固梁中的钢筋同时屈服的潜力。3．同那些应用碳纤维进行加固体系相比，使用研制中的混合织物进行加固的梁通常会显示出在屈服荷载上有更高的增长。有些用混合织物进行加固的梁会显示出类似未加固梁的屈服台阶。这在结构破坏之前保证足够的警示作用是特别重要的。4．使用研制中的混合织物体系进行加固的梁并没有显示出明显的延性损失。使用碳纤维加固的梁也没有明显的延性损失，但是屈服荷载较低。81 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