道路工程毕业设计标准计算书

'膨胀土地区公路路基路面综合设计第1章线形设计1.1平曲线的计算平曲线包括直线、圆曲线和缓和曲线。直线设计要求：直线的运用应注意同地形与环境相协调，《规范》规定:当设计速度≥60㎞/h时,同向曲线间的直线最小长度以不小于设计速度(以㎞/h计)的6倍为宜,反向曲线间直线最小长度以不小于设计速度的两倍为宜，圆曲线的最小长度一般要有3s行程。圆曲线设计要求：在选用圆曲线半径时，最大半径值一般不应超过10000米，在地形条件许可时，就力求使半径尽可能接近不设超高最小半径，在一般情况下或地形有所限制时，应尽量采用大于一般最小半径，只有在地形特别困难不得已时，方可采用极限最小半径。设计速度为100km/h时，一般最小半径为700m，极限最小半径为400m。缓和曲线设计要求：缓和曲线是设置在直线与圆同线之间或半径相差较大的两个转向相同的园曲线之间的一种曲率连续变化的曲线，其作用是使曲率连续变化，离心加速度、超高横坡度及加宽逐渐变化，便于行车平稳。设计速度为100km/h时，缓和曲线长度一般值为120m，最小值85m。1.1.1平曲线要素的计算已知：圆曲线半径R=1500m,缓和曲线长度转角=46º24ˊ37.3〞(右)；计算：曲线总长；外距；切线长；65 膨胀土地区公路路基路面综合设计切曲差。1.1.1各主点桩号的计算已知:JD桩号为:K164+500.859；计算：直缓点桩号为ZH=JD-T=K163+757.336；缓圆点桩号为HY=ZH+Ls=K163+957.336;曲中点桩号为QZ=ZH+=K164+464.846；圆缓点桩号为YH=QZ+=K164+972.356;缓直点桩号为HZ=YH+Ls=K165+172.356。65 膨胀土地区公路路基路面综合设计1.1.1逐桩坐标表表11逐桩坐标表桩号坐标桩号坐标桩号坐标N(X)E(Y)N(X)E(Y)N(X)E(Y)K164+000646375.225517594.738K164+500645976.859517893.064K164+980645706.454518287.173K164+020646357.511517604.023K164+520645963.158517907.634K165+000645698.021518305.308K164+040646339.923517613.543K164+540645949.652517922.385K165+020645689.797518323.539K164+060646322.463517623.297K164+560645936.345517937.315K165+040645681.759518341.852K164+080646305.134517633.283K164+580645923.237517952.421K165+060645673.882518360.236K164+100646287.940517643.499K164+600645910.332517967.700K165+080645666.144518378.678K164+120646270.884517653.943K164+620645897.632517983.150K165+100645658.519518397.167K164+140646253.969517664.614K164+640645885.139517998.768K165+120645650.983518415.693K164+160646237.197517675.509K164+660645872.856518014.551K165+140645643.513518434.246K164+180646220.572517686.627K164+680645860.784518030.497K165+160645636.082518452.814K164+200646204.097517697.966K164+700645848.926518046.602K165+172.356645631.500518464.289K164+220646187.775517709.523K164+720645837.283518062.864K165+180645628.667518471.389K164+240646171.608517721.297K164+740645825.859518079.279K165+200645621.252518489.96465 膨胀土地区公路路基路面综合设计K164+260646155.599517733.285K164+760645814.654518095.846　　　K164+280646139.752517745.486K164+780645803.671518112.560　　　K164+300646124.069517757.897K164+800645792.912518129.419　　　K164+320646108.552517770.516K164+820645782.378518146.420　　　K164+340646093.206517783.340K164+840645772.073518163.561　　　K164+360646078.031517796.369K164+860645761.996518180.837　　　K164+380646063.032517809.598K164+880645752.151518198.245　　　K164+400646048.210517823.026K164+900645742.539518215.784　　　K164+420646033.569517836.651K164+920645733.162518233.449　　　K164+440646019.111517850.469K164+940645724.021518251.238　　　K164+460646004.838517864.479K164+960645715.117518269.147　　　K164+480645990.754517878.679K164+972.356　　　　　65 膨胀土地区公路路基路面综合设计1.1竖曲线的计算纵坡设计要求：设计速度为100km/h时，最大纵坡为4%。最小纵坡应不小于0.3%（一般情况下以采取不小于0.5%为宜）。设计速度为100km/h时，纵坡坡长一般最小值350m，坡长最小值为250m。表12竖曲线的纵坡要求设计速度纵坡坡度最大坡长100km/h3%1000m4%800m5%600m表13竖曲线半径要求设计速度线形半径一般值半径极限值曲线最小长度100km/h凸形10000m6500m85m凹形4500m3000m85m1.1.1竖曲线要素的计算已知：第1变坡点：K164+170，高程：214.870m,竖曲线半径R=17000m，i=3.826%,i=0.370%,为凸形曲线；第2变坡点：K165+170，高程：218.572m,竖曲线半径R=12000m，i=0.370%,i=2.902%,为凹形曲线；计算得：竖曲线一：,为凸形曲线，曲线长；切线长；外距65 膨胀土地区公路路基路面综合设计。竖曲线二：同理求得：曲线长切线长L=303.84；T=151.92m,外距E=0.962m。1.1.1竖曲线要点桩号及高程的计算竖曲线一：起点桩号=K164+170－T=K163+876.232；终点桩号=K164+170＋T=K164+463.768；变坡点对应桩号设计高程=214.870—E=212.332；竖曲线一起点设计高程=214.870－T×i=203.630m；竖曲线一终点设计高程=214.870—T×i=213.783m。竖曲线二：起点桩号=K165+170—T=K165+094.052；终点桩号=K165+170+T=K165+245.948；变坡点二对应桩号设计高程=218.572+E=219.053m；竖曲线二起点设计高程=218.572+T×i=218.853m。65 膨胀土地区公路路基路面综合设计第1章路堤边坡稳定性分析桩号K165+060处的路堤高13.79米，顶宽26米，为本路段的最大填方路段，且填土为膨胀土,有必要进行边坡稳定性验算。本次稳定性验算分为三个部分：（1）计算参数的的选用；（2）确定最危险滑动面；（3）路堤稳定性验算。1.1计算参数的选用：对本段路堤所填的包边土为砂粘土(取值见路基设计手册)，潮湿程度为半干硬状态，土的容重,粘聚力，内摩擦角.路堤土为中等膨胀土,土的容重,粘聚力，内摩擦角重。1.2危险滑动面的确定：1.2.1路堤计算模型如图2.2-1：图2.21路堤设计计算模型65 膨胀土地区公路路基路面综合设计荷载当量高度计算：根据公路路基设计规范，按以下公式换算土柱高度为=0.765m。公式中：N为车辆数4Q为550KNB为横向分布车辆最外轮中心之间的宽度加轮胎着地宽度，B=Nb+(N-1)m+△,其中b为每一车辆的轮距,1.8米。m为左右两车辆相邻车轮之间的距离,1.3米。△为轮胎着地宽度,0.6米.故B=11.7米。L为纵向分布长度，L=12.8mγ为填土的容重19.2kN/m3由此可得H=14.235+0.765=15m。1.1.1最危险滑弧圆心位置的确定：采用4.5法：如图2.2-2，首先确定圆心O与半径OA，一般情况下，圆心的位置是在圆心辅助线EF的延长线上移动，E点和F点的位置可用以下的4.5H法确定。由A点作垂直线，取深度为H确定G点，由G点作水平线，取距离为4.5H确定E点，F点位置由角度β1与β2的边线相交而定，其中由边坡角为31°查路基设计手册取β1=26°，β2=35°交点为F，圆心在辅助线上向左上方移动，计算K值最小时的圆心即为最危险滑动面的圆心，滑动面通过坡角A，作出的圆弧线如图2.2-2所式。65 膨胀土地区公路路基路面综合设计图2.22滑动圆心的确定：在EF的延长线上取个点分别画出个滑动面，如图2.2-3,对4个滑动面在不考虑水作用影响下，且不考虑土基与路堤填土的差异时采用条分法求安全系数K值，然后取最小的K值所对应的滑动面为最危险滑动面。1.1.1计算过程如下将土体划分为若干块，用CAD工具量取各个条快的面积Fi；用CAD工具量取个土条重心垂线与滑动动圆弧交点的法向方向与重心垂线的夹角αi（有正负之分，法向量在垂线左侧为负，右侧为正）；用CAD工具量取圆弧弧段所对应的圆心角，在计算弧长L值。65 膨胀土地区公路路基路面综合设计65 膨胀土地区公路路基路面综合设计图2.2365 膨胀土地区公路路基路面综合设计由计算公式可得以上四种情况的K值分别为：如图2.2-4所示：图2.24由上图可知最小K值的危险滑动面圆心位于处，所以，最危险滑动面的圆心位于过点且与EF线相垂直的线上。故，以点向两边取圆心点，计算并得到最小K值。65 膨胀土地区公路路基路面综合设计65 膨胀土地区公路路基路面综合设计图2.25则由公式来计算稳定系数K值。其中f为土的内摩擦系数,Ni为个土条重量(包括外部荷载所产生的竖向力)的法向分量,其值为Wi×cosαi,Ti为个土条重量的切向分量,其值为Wi×sinαi。最终计算得K5=1.34K6=1.33K7=1.3465 膨胀土地区公路路基路面综合设计图2.26最危险滑动面的确定：由以上分析可知滑动面6为最危险滑动面，同时采用简化毕绍普法来验算滑动面6，算得的K=1.33（计算见下表）,说明采用条分法是偏安全的，而简化毕绍普法是与实际比较接近的。故最小稳定系数K=1.33＞1.25，边坡属于稳定。表21土坡计算表mt土条编号αiLiWiWisinαiWitanφicilicosαi1.331.331-7.93.0361.757-8.4881616.5477460.02487350.9628191279.529592-33.005155.011-8.1126541.5350760.0176350.98808564102.777231.83.002229.1797.19868661.4083360.01037391.00583475120.714447.33.817370.06447.0220499.1583575.72122171.01749358171.8729512.83.078402.8289.24417107.935360.03019431.01978375164.707617.83.152417.02127.4811111.740260.02223691.01371647169.43837233.26439.692171.8014117.815160.01691640.99922372177.9702828.43.41456.013216.8908122.188359.99203270.97547047186.76159343.62450.825252.0981120.798260.02232030.94169568192.015910403.922366.331235.47398.158160.08852610.89554401176.70451147.14.975214.154156.87757.3823967.73172650.82830303151.04871252.71.88516.47413.104634.41419522.84576270.7662489135.575851300.591729.11665 膨胀土地区公路路基路面综合设计第1章挡土墙设计与验算说明书挡土墙是支撑路基填土或山坡土体，以防其变形失稳的构造物。为了收缩边坡内占用土地，设置路堤挡土墙，同时也避免与其它建筑干扰或者多占农田。设计验算挡土墙时需要计算其所受土压力，一般为主动土压力。在计算土压力时一般有两种方法：等效内摩擦角法与力多边形法（数解法），以下采用等效内摩擦角法来计算主动土压力的大小。以本设计段中K165+060桩号的横断面为例，如下图所示，填方高度达13.79米，中线左侧跨度达48.75米，占用了大量的鱼塘面积，设置挡土墙后，将会大幅度收缩坡脚。为增强路基的稳定性，又收缩边坡，拟在本段设置重力式路堤挡土墙。原填方图如下图：计算流程见图3.1-1，本次设计是在选定最佳尺寸后进行的设计。65 膨胀土地区公路路基路面综合设计1.1墙身构造拟采用浆砌片石式路堤挡土墙，墙高H=5米，墙顶填土高度a=11米；顶宽2米，底宽3.88米，采用俯斜式重力挡墙，α=20°，基底斜角；墙身分段长度为12米。设计荷载为公路Ⅰ级。采用7.5号砂浆,25号片石,砌体容重=23kN/m。墙身构造见图3。图3.111.2计算参数选用（1）采用等效内摩擦角法来求主动土压力，考虑到墙高与填土的性质，取填土的综合内摩擦角=32°(取值范围为30°～35°)，则墙背摩擦角=16°，填土的容重=19.2KN/m。（2）对于地基土，则土基的粘聚力=30Kpa，内摩擦角=19°，则土的内摩擦系数=0.344。根据土力学课本由土的孔隙比和液限指数查表得土的地基容许承载力=380Kpa，基底与基底土间的摩擦系数=0.4。（3）砌体容许压应力为=1300Kpa,容许剪应力为=140Kpa,砌体的极限抗压强度为fcu=2700Kpa,极限抗剪强度fuv=540Kpa砌体的容重=23KN/m3。（取值均来自于结构设计原理）65 膨胀土地区公路路基路面综合设计1.1车辆荷载换算据《路基设计规范》(JTGD30-2004)，将车辆荷载简化换算为路基填土的均布土层,全断面布载，由车辆荷载引起的附加土侧压力按等代均布土层厚度计算：依据规范当墙高Hm时，q取20.0；当墙高H10.0m时，q取10;墙高在2-10米之间时，附加荷载强度用直线内插法计算。因此这里采用q=13.75kN/m3，所以h0=q/γ=0.716，γ为墙后填土容重19.2kN/m3。图3.31几何尺寸图1.2主动土压力计算由于该部分粘性土的粘聚力很大，在采用数解法来计算土压力时得到粘性土的开裂深度实际情况偏差很大，则采用库仑土压主动土压力的计算方法，在取等效内摩擦角时，考虑到填土高度取土的等效内摩擦角为32°，首先假定破裂面交与荷载内部，已知条件为：H=5m,a=11m,b=20.55m,h0=0.72,d=0.75m,墙背倾斜角=20°,土的内摩擦角=32°，=16°，==68°。根据路基设计手册公式，则有：65 膨胀土地区公路路基路面综合设计=139.52所以tanθ==1.142,故θ=48.78°,破裂面交于内边坡。所以Ex==177.75kN/m，Ey==129.15kN/m，Zy==1.67m,。其中，Zy为墙踵与土压力作用力的垂直距离，横向距离Zx=3.21m。1.1砌体的重量砌体的面积A=13.26m2,则重量G=Aγk=304.98kN。重力到到墙趾间的横向距离=1.52m。1.2设计验算采用容许应力验算法与极限状态验算法两种方法分别验算本次设计，在挡土墙基础一般埋深的情况下，考虑到各种自然力和人畜作用，以偏于安全，一般不计被动土压力,只计主动土压力。本节验算公式均见挡土墙设计手册。1.2.1容许应力验算法（1）稳定性验算：抗滑稳定性验算，计算图见图3.6-165 膨胀土地区公路路基路面综合设计为保证挡土墙抗滑稳定性，应验算在土压力及其他外力作用下，基底摩阻力抵抗挡土墙滑移的能力。其中取1.4，取0.4，取10°；所以满足要求。图3.61（2）抗倾覆稳定性验算（计算图见图3.6-2）为保证挡土墙抗倾覆稳定性，须验算它抵抗墙身绕墙趾向外转动倾覆的能力。满足要求。65 膨胀土地区公路路基路面综合设计图3.621.1.1基底合力及偏心距验算为了保证挡土墙基底应力不超过地基承载力，应进行基底应力计算；同时为了避免挡土墙不均匀沉陷，应控制作用于挡土墙基底的合力偏心距e。基础地面的压应力（1）轴心荷载作用时倾斜基底的宽度B(倾斜长度)=3.88mP—基底平均压应力（kpa）A—基础底面每延米的面积，即基础宽度，B×1.0（）；—每延米作用于基底的总竖向力设计值（KN）；（2）偏心荷载作用时作用于基底的合力偏心距e为65 膨胀土地区公路路基路面综合设计式中：M—作用于基底形心的弯矩，e=0.49<满足要求。〈[]=380Kpa，满足要求。（3）地基承载力抗力值当挡土墙的基础宽度大于3m，或埋置深度大于0.5m时，除岩石地基外，地基承载应力抗力值按下式计算：所以P<1.2f满足要求式中：f—地基承载应力抗力值；—地基承载应力标准值；取0，取1.01.1.1墙身截面验算(1)强度计算式中：—设计轴向力（KN）；—重要性系数，取1.0；—荷载组合系数，取1.0；、—恒载引起的轴向力（KN）和相应的分项系数；—主动土压力引起的轴向力（KN）；—抗力分项系数；—材料极限抗压强度（kpa）；A—挡土墙构件的计算截面积（）；65 膨胀土地区公路路基路面综合设计—轴向力偏心影响系数。所以满足要求(2)稳定计算因为又所以满足要求综上所述，挡土墙稳定，设计合格，满足要求。65 膨胀土地区公路路基路面综合设计第1章排水设计计算说明书1.1气候与地质条件介绍项目工程区属亚热带季风气候区，太阳辐射较强，温度较高，热量丰富，雨量适中，气候温暖，大部分地区夏长冬短，霜期短，雨热同季。历年平均气温22℃，最热为7月份，平均气温22.3～27.6℃，最冷为1月份，平均气温7.3～12.7℃。极端最高气温为42.2℃，最低气温为-0.4℃。多年平均降水量达到1091毫m/年。蒸发量最大的月份为4～8月份，地面蒸发量一般都在150～250毫m/月，在这几个月中降雨量一般都大于蒸发量，其余季节，降雨量都小于蒸发量。年平均日照时数1375小时。年平均无霜期为358天。工程区年降水量具明显的季候性特征，5～8月为雨季，多暴雨，降水量占全年总量的三分之二，暴雨常造成洪水灾害，并诱使崩塌、滑坡等地质灾害发生。同时该路段路线途径宁明盆地边缘，穿越第三系新统那那读组粘土岩，泥质粉砂岩及少部分砂岩，其中部分风化粘土岩具有膨胀性，为膨胀泥岩。第三系始新统那读组粘土岩的风化残破积物则普遍具有膨胀性，为膨胀土，其厚度一般在2到5米间。设计路段土层的基本分布情况为：表土层（1-2M），灰白粘土（2-4M以下），在往下是灰色粘岩。因此在这种地质条件与气候下有必要对排水沟渠进行水文和水力计算，考虑到水对膨胀土影响非常大，在挖方路段为了减少水对坡面的冲刷，在边坡平台上设置了平台沟。1.2边沟设计验算在K164+300至K164+460之间的左侧挖方段为挖方最大汇水面积段，本次设计以沥青混凝土路面为例。膨胀土路堑（坡度为1：1.5,坡面流长度为15.85m），路基宽度24.5m,取单侧路面和路肩横向排水宽度为12m,路拱横坡为2%在纵断面方面，此处属于竖曲线上，采用平均纵坡i=（290.18-37.02）/240=1.05%,边沟坡脚和路肩边缘间设置梯形边沟。计算简图如图4.2-1.65 膨胀土地区公路路基路面综合设计1.1.1计算汇水面积和径流系数：由图一计算汇水区域在路堑一侧（由平台沟到边坡平台）的面积A1=15.85×160=2536m2。由于坡面上采用植草防护，则由《公路排水设计规范》得坡面径流系数取C1=0.5。汇水区域在边沟平台上的面积A2=2×160=320m2,取坡面径流系数(浆砌片石护面)C2=0.4，汇水区域在路面一侧(公路路中线到边沟）的面积为A3=160×12=1920m2,由表查得沥青路面径流系数为C3=0.95。由此，总的汇水面积为F=2536+320+1920=4776m2，汇水区的径流系数为C=。图4.21边沟计算示意图1.1.2计算汇流历时：由克毕公式计算坡面汇流历时，其中：L为坡面流长度；i为坡面流坡度；m地表粗糙系数；65 膨胀土地区公路路基路面综合设计由表查得草皮防护路堑边坡的粗度系数m=0.4，且路堑坡度为1：1.5,得路堑坡面汇流历时。由表查得边沟平台（浆砌片石护面）的粗度系数m=0.02,横向坡度为4%，则查表得沥青混凝土路面粗糙系数为m=0.013，横坡3%，坡面流长度为12m，所以历时时间为。因此取坡面汇流历时t=3.763min(取最大值)。设边沟底宽为0.8m，高0.8m，两边坡度为1：0.5，以浆砌片石砌筑，沟壁粗糙系数n=0.025。设计水深为0.5m。求得过水断面段面积为A=，水力半径为R=m。按曼宁公式,得沟内平均流速为：，因此沟内汇流历时为。由上可得汇流历时为。1.1.1计算降雨强度：据设计手册，高速公路路界内坡面排水设计降雨重现期为15年。求设计重现期和降雨历时内的降雨强度（mm/min）,由于公路在广西南宁境内，据《公路排水设计手册》，可取公式。65 膨胀土地区公路路基路面综合设计1.1.1计算设计径流量：可按降雨强度由推理公式确定：，式中Q---设计径流量；C---径流系数；F---汇水面积（Km）;所以。1.1.2检验径流：设定边沟的截面形式为梯形，顶宽1.6m,底宽0.8m,两斜边坡率为1：0.5，过水断面为底宽0.8m，水深0.5m，断面积为0.6m2,则泄水能力Qc=0.5×2.084=1.042m/s。因为设计径流量Q=0.2199m/s<泄水能力Qc=1.042m/s，所以假定的边沟尺寸符合要求。1.1.3冲淤检验：边沟的平均流速应使水流在设计流量条件下不产生冲刷和淤泥。为此，应保证设计流速在最大和最小允许流速范围内。对于浆砌片石边沟，最大允许速度为3.0m/s，由于水深不大于0.5m，则修正系数为0.85,故修正最大允许流速为2.55m/s,而最小允许速度为0.4m/s。对于平均流速V=1.570m/s在最大与最小范围内，故满足冲淤检验。综上所述，边沟尺寸符合要求。1.2拦水带设计验算：本次设计以沥青路面设计为例，单侧路面和路肩横向排水的宽度为12m,出水口的间距初拟为50m，以K164+300～K164+460段为设计段，纵坡坡度为0.37%,路拱横坡度为3%。计算图见图4.3-1：65 膨胀土地区公路路基路面综合设计图4.31拦水带设计示意图1.1.1设计径流量计算（1）设计重现期按公路重要程度（高速公路），对路面和路肩表面排水取设计重现期为5年。（2）汇水面积和径流系数设出水口间距为50米，则两个出水口之间的汇水面积为F=50×12×10-6=600×10-6km2,对于沥青混凝土路面取径流系数C=0.95。（3）汇流历时由克毕公式计算坡面汇流历时t1，由表查得地表粗度系数m1=0.013,路面横坡为is=3%,坡面流长度LS=12m,可计算得到坡面汇流历时=1.376min由沟底（即路线）纵坡ig=0.37%,则由齐哈近似公式估算：==0.695m/s,所以沟内汇流历时为：65 膨胀土地区公路路基路面综合设计ts=50/(60×0.695)=1.199min由此，可得到汇流历时为t=t1+t2=2.575min（1）降雨强度广西南宁的降雨强度公式为：3.64m,由此得到设计径流量为：=16.67×0.95×3.64×587.5×10-6=0.034m3/s1.1.1确定路缘带内的水深与水面宽度硬路肩宽为3m,外侧边缘设沥青路缘带，近路缘带60cm宽度范围内路肩横坡采用5%，由以上求得设计径流量Q=0.032m3/s。折线型底边的过水断面图见图4.3-2。查表得，光滑沥青表面的粗糙系数为n=0.013,对于浅三角形沟的水力计算采用修正的曼宁公式来计算泄水能力，由QC=，带入Q=0.034m3/s，ih=0.05,i=0.0037,来反算ha=0.074m。则离路缘带60cm处的水深hb=ha-Bwia=0.074-0.6×0.05=0.044m。水深为0.044、横坡为0.05的过水断面的泄水量按修正的曼宁公式来计算。=0.00851m3/s65 膨胀土地区公路路基路面综合设计图4.32路缘带内60cm宽度范围内的泄水量为:0.0255m3/s。路缘带内60cm宽度范围外的泄水量为:=0.0142m3/s。总泄水量Qa+Qb=0.0397m3/s>Q=0.034m3/s改水深ha=0.06m,按上述方法知：hb=ha-Bwia=0.06-0.6×0.05=0.03mm3/s，Qa=0.034-0.0031=0.0299m3/sm3/s总泄水量Qa+Qb==0.0299+0.00457=0.0344m3/s,接近于设计流量Q=0.034m3/s，因而，拦水带边沟水深为6cm,沟内水面宽度到达离硬路肩边缘0.6+0.02/0.03=1.27m。65 膨胀土地区公路路基路面综合设计1.1.1确定拦水带尺寸：水力计算主要关心边沟排泄设计流量时的水深和水面宽度，前者影响到路缘带或缘石的高度，后者用于检验沟内水面是否超过设计规定的限值（硬路肩内侧边缘）。根据拦水带边沟水深为6cm，以及水面宽度为1.27m(硬路肩宽度为3m),选择拦水带的形式为沥青混凝土拦水带，拦水带堤高10cm,正面边坡1：0.5,背面边坡直立。具体尺寸见中间带设计图。本节设计的公式均来自于公路排水设计手册。65 膨胀土地区公路路基路面综合设计第5章水泥混凝土路面设计5.1交通量计算：根据我国的《公路自然区划标准》（JTJ013-86），本项目属于广西省境内，为东南湿热Ⅳ区。现拟新建一条高速公路，双向四车道，建设期为两年，平均增长率为5%；设计基准期为30年，交通量年平均增长率为8.9%，路基土为粘性土。计算设计日通过的标准轴载作用次数车型车轴轴轮型轴载系数交通量小客车前轴1-113736.81327001.32×后轴1-125.6550.56727005.06×中客车SH130前轴1-116673.8788009.94×后轴1-22318004.91×大客车CA50前轴1-128.7524.1605305.89×后轴1-268.215301.16小货车BJ130前轴1-113.55723.8017001.59×后轴1-227.2117001.53×65 膨胀土地区公路路基路面综合设计中货车CA50前轴1-128.7524.1606106.77×后轴1-268.216101.34中货车EQ140前轴1-123.7569.1308504.79×后轴1-269.218502.35大货车JN150前轴1-149.0416.4568503.91后轴1-2101.618501095.77特大车日野KB222前轴1-150.2412.1456004.02后轴1-2104.316001176.79拖挂车五十铃前轴1-160.0381.723687.32后轴3-2100.08.13685.53×合计2292.667注：1-1表示单轴单轮组，1-2表示单轴双轮组，3-2表示三轴双轮组。小于40KN的单轴和小于80KN的双轴略去不计；则使用初期年平均日交通量=2292.667×(1+5%)2=2527.665。方向分配系数采用0.5，因为是双向4车道，即单向2车道，所以车道分配系数取0.9（0.8-1.0）。故有：设计车道的年平均日货车交通量（ADTT）Ns=2527.665×0.5×0.9=1137.4495.2交通参数分析65 膨胀土地区公路路基路面综合设计5.2.1累计标准轴次计算：使用年限内的累计标准轴次为5.2.2交通等级划分：由规范交通分级知，累计作用次数在106-2×107之间，所以交通等级为重交通；水泥混凝土路面设计使用年限30年，车轮轮迹横向分布系数η=0.20。(由《水泥混凝土路面设计规范》中表A.2.2，对高速公路，η为0.17—0.22)。5.3路面结构方案设计现在按设计要求，由表3.0.1得，相应于安全等级一级的变异水平等级为低级。根据高速公路重交通等级和低级变异水平等级，查表4.4.6，面层厚度h取0.24-0.27m之间。根据路基干湿类型，设计多种方案，并进行方案比选如下：路基为中湿状态时：方案一：参考《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40—2002)1、初拟路面结构：初拟普通混凝土面层，厚度为；基层选用沥青稳定碎石（沥青用量一般为2.5%-3.5%），厚；设置的水泥稳定碎石垫层。普通混凝土板的平面尺寸为宽3.75m，长4.5m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。2、材料参数的确定：（1）混凝土路面设计弯拉强度与弯拉弹性模量：本设计为普通混凝土路面为重型交通，查规范得：弯拉强度的标准值65 膨胀土地区公路路基路面综合设计Mpa，相应的弯拉弹性模量标准值为Gpa。（2）土基的回弹模量：路基属于中湿状态，可选用路基土基的回弹模量值：（3）基层和半刚性垫层的回弹模量：基层选用沥青稳定碎石，回弹模量取：Mpa(600-800)垫层选用水泥稳定碎石，回弹模量取：Mpa(1300-1700)（4）基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量：根据土基状态拟定的基层、垫层结构类型和厚度，参照《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40—2002)中，按式（B.1.5）计算基层顶面当量回弹模量如下：普通混凝土面层的相对刚度半径按（B.1.3-2）计算为：3、荷载疲劳应力计算：按式（B.1.3），标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为65 膨胀土地区公路路基路面综合设计因纵缝为设拉杆平缝，对于沥青稳定碎石基层，接缝传荷能力的应力折减系数可稍大，取。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。根据公路等级，由表B.1.2，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数。按式（B.1.2），荷载疲劳应力计算为4、温度疲劳应力分析：查表3.0.8，因为广西省东南湿热Ⅳ区，海拔较低湿度大，所以在86-92之间取低值87，可选取最大温度梯度=87（℃/m）。取板长，由图B.2.2可查普通混凝土板厚，。按式（B.2.2），最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为：，混凝土线膨胀系数。温度疲劳应力系数按式（B.2.3）计算为，其中a,b,c为回归系数：本项目在广西，为Ⅳ区，分别取0.841，0.058，1.323。再由式（B2.1）计算温度疲劳应力为由表3.0.1，高速公路的安全等级为一级，相应于一级安全等级的变异水平等级为低级，目标可靠度为。再据查得的目标可靠度和变异水平等级，查表3.0.3，，确定可靠度系数，取为1.25按式（3.0.3）65 膨胀土地区公路路基路面综合设计综上所述，所选的普通混凝土面层厚度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。方案二：参考《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40—2002)1、初拟路面结构：初拟普通混凝土面层，厚度为；考虑到本路线为季风性湿润气候，年平均降雨量达1091mm，为湿润多雨地区，因此设置多孔隙的开级配水泥稳定碎石排水基层(水泥剂量9.5％～11％，孔隙率20%)，厚度(0.10-0.14)；从而在排水基层下设置水泥稳定碎石组成的不透水底基层，厚度（据规范：一般取0.2m）。普通混凝土板的平面尺寸宽3.75m，长4.5m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。2、材料参数的确定：（1）混凝土路面设计弯拉强度与弯拉弹性模量：本设计为普通混凝土路面为重型交通，查规范得：弯拉强度的标准值Mpa，相应的弯拉弹性模量标准值为Gpa。（2）土基的回弹模量：路基属于中湿状态，可选用路基土基的回弹模量值：（3）基层和半刚性垫层的回弹模量：排水基层选多孔隙开级配水泥稳定碎石，回弹模量取：Mpa（1300-1700）不透水底基层选用水泥稳定碎石，回弹模量取：Mpa（1300-1700）（4）基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量：据土基状态拟定基层、垫层结构类型和厚度，参照《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40—2002)，按式（B.1.5）计算基层顶面当量回弹模量如下：65 膨胀土地区公路路基路面综合设计普通混凝土面层的相对刚度半径按（B.1.3-2）计算为：3、荷载疲劳应力计算：按式（B.1.3），标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为因纵缝为设拉杆平缝，对于多孔隙开级配水泥稳定碎石排水基层，有一定刚性，所以接缝传荷能力的应力折减系数可取。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。根据公路等级，由表B.1.2，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数。按式（B.1.2），荷载疲劳应力计算为4、温度疲劳应力分析：查表3.0.8，因为广西省东南湿热Ⅳ区，海拔较低湿度大，所以在86--92之间取低值87，可选取最大温度梯度=87（℃/m）。65 膨胀土地区公路路基路面综合设计取板长，由图B.2.2可查普通混凝土板厚，。按式（B.2.2），最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为：，混凝土线膨胀系数。温度疲劳应力系数按式（B.2.3）计算为，其中a,b,c为回归系数：本项目在广西省，为Ⅳ区，分别取0.841，0.058，1.323。再由式（B2.1）计算温度疲劳应力为由表3.0.1，高速公路的安全等级为一级，相应于一级安全等级的变异水平等级为低级，目标可靠度为。再据查得的目标可靠度和变异水平等级，查表3.0.3，，确定可靠度系数，取为1.25按式（3.0.3）综上所述，所选的普通混凝土面层厚度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。方案三：参考《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40—2002)1、初拟路面结构：初拟普通混凝土面层，厚度为；考虑到本路线为季风性湿润气候，年平均降雨量达1091mm，为湿润多雨地区，因此设置多孔隙沥青稳定稳定碎石排水基层（沥青标号选用AH-50，沥青用量为3%），厚度(0.08-0.10)；从而在排水基层下设置水泥稳定碎石组成的不透水底基层，厚度（据规范：一般取0.2m）。普通混凝土板的平面尺寸宽3.75m，长4.5m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。65 膨胀土地区公路路基路面综合设计2、材料参数的确定：（1）混凝土路面设计弯拉强度与弯拉弹性模量：本设计为普通混凝土路面为重型交通，查规范得：弯拉强度的标准值Mpa，相应的弯拉弹性模量标准值为Gpa。（2）土基的回弹模量：路基属于中湿状态，可选用路基土基的回弹模量值：（3）基层和半刚性垫层的回弹模量：排水基层选多孔隙沥青稳定稳定碎石，回弹模量取：Mpa（600-800）不透水底基层选用水泥稳定碎石，回弹模量取：Mpa（1300-1700）（4）基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量：据土基状态拟定基层、垫层结构类型和厚度，参照《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40—2002)，按式（B.1.5）计算基层顶面当量回弹模量如下：普通混凝土面层的相对刚度半径按（B.1.3-2）计算为：65 膨胀土地区公路路基路面综合设计3、荷载疲劳应力计算：按式（B.1.3），标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为因纵缝为设拉杆平缝，对于多孔隙沥青稳定稳定碎石基层，接缝传荷能力的应力折减系数可稍大，取。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。根据公路等级，由表B.1.2，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数。按式（B.1.2），荷载疲劳应力计算为4、温度疲劳应力分析：查表3.0.8，因为广西省东南湿热Ⅳ区，海拔较低湿度大，所以在86-92之间取低值87，可选取最大温度梯度=87（℃/m）。取板长，由图B.2.2可查普通混凝土板厚，。按式（B.2.2），最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为：，混凝土线膨胀系数。温度疲劳应力系数按式（B.2.3）计算为，其中a,b,c为回归系数：本项目在广西省，为Ⅳ区，分别取0.841，0.058，1.323。再由式（B2.1）计算温度疲劳应力为由表3.0.165 膨胀土地区公路路基路面综合设计，高速公路的安全等级为一级，相应于一级安全等级的变异水平等级为低级，目标可靠度为。再据查得的目标可靠度和变异水平等级，查表3.0.3，，确定可靠度系数，取为1.25按式（3.0.3）综上所述，所选的普通混凝土面层厚度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。路基为干燥状态时：方案一：参考《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40—2002)1、初拟路面结构：初拟普通混凝土面层，厚度为；采用沥青稳定碎石基层（沥青用量一般为2.5%-3.5%），厚度；而上路床为细粒粘土质，且承受重交通，所以在基层下设置水泥稳定碎石半刚性垫层，厚度为。普通混凝土板的平面尺寸为宽3.75m，长4.5m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。2、材料参数的确定：（1）混凝土路面设计弯拉强度与弯拉弹性模量：本设计为普通混凝土路面为重型交通，查规范得：弯拉强度的标准值Mpa，相应的弯拉弹性模量标准值为Gpa。（2）土基的回弹模量：路基属于干燥状态，可选用路基土基的回弹模量值：（3）基层和垫层的回弹模量：基层选沥青稳定碎石，回弹模量取：MPa半刚性垫层选用水泥稳定粒碎石，回弹模量取：Mpa（4）基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量：据土基状态拟定基层、垫层结构类型和厚度，参照《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40—2002)，按式（B.1.5）计算基层顶面当量回弹模量如下：65 膨胀土地区公路路基路面综合设计普通混凝土面层的相对刚度半径按（B.1.3-2）计算为：3、荷载疲劳应力计算：按式（B.1.3），标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为因纵缝为设拉杆平缝，对于沥青稳定碎石基层，接缝传荷能力的应力折减系数可稍大，取。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。根据公路等级，由表B.1.2，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数。按式（B.1.2），荷载疲劳应力计算为4、温度疲劳应力分析：65 膨胀土地区公路路基路面综合设计查表3.0.8，因为广西省东南湿热Ⅳ区，海拔较低湿度大，所以在86--92之间取低值87，可选取最大温度梯度=87（℃/m）：取板长，由图B.2.2可查普通混凝土板厚，。按式（B.2.2），最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为：，混凝土线膨胀系数。温度疲劳应力系数按式（B.2.3）计算为，其中a,b,c为回归系数：本项目在广西省，为Ⅳ区，分别取0.841，0.058，1.323。再由式（B2.1）计算温度疲劳应力为由表3.0.1，高速公路的安全等级为一级，相应于一级安全等级的变异水平等级为低级，目标可靠度为。再据查得的目标可靠度和变异水平等级，查表3.0.3，，确定可靠度系数，取为1.25按式（3.0.3）综上所述，所选的普通混凝土面层厚度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。方案二：参考《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40—2002)1、初拟路面结构：初拟普通混凝土面层，厚度为；考虑到本路线为季风性湿润气候，年平均降雨量达1091mm，为湿润多雨地区，因此设置多孔隙的开级配水泥稳定碎石排水基层(水泥剂量9.5％～11％，孔隙率20%)，厚度；从而在排水基层下设置水泥稳定碎石组成的不透水底基层，厚度65 膨胀土地区公路路基路面综合设计（据规范：一般取0.2m）。普通混凝土板的平面尺寸为宽3.75m，长4.5m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。2、材料参数的确定：（1）混凝土路面设计弯拉强度与弯拉弹性模量：本设计为普通混凝土路面为重型交通，查规范得：弯拉强度的标准值Mpa，相应的弯拉弹性模量标准值为Gpa。（2）土基的回弹模量：路基属于干燥状态，可选用路基土基的回弹模量值：（3）基层和底基层的回弹模量：排水基层选多孔隙开级配水泥稳定碎石，回弹模量取：MPa不透水底基层选用水泥稳定碎石，回弹模量取：Mpa（4）基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量：据土基状态拟定基层、垫层结构类型和厚度，参照《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40—2002)，按式（B.1.5）计算基层顶面当量回弹模量如下：65 膨胀土地区公路路基路面综合设计普通混凝土面层的相对刚度半径按（B.1.3-2）计算为：3、荷载疲劳应力计算：按式（B.1.3），标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为因纵缝为设拉杆平缝，对于多孔隙开级配水泥稳定碎石排水基层，有一定刚性，所以接缝传荷能力的应力折减系数可取。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。根据公路等级，由表B.1.2，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数。按式（B.1.2），荷载疲劳应力计算为4、温度疲劳应力分析：查表3.0.8，因为广西省东南湿热Ⅳ区，海拔较低湿度大，所以在86-92之间取低值87，可选取最大温度梯度=87（℃/m）。取板长，由图B.2.2可查普通混凝土板厚，。按式（B.2.2），最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为：，混凝土线膨胀系数。温度疲劳应力系数按式（B.2.3）计算为，其中a,b,c为回归系数：本项目在广西省，为Ⅳ区，分别取0.841，0.058，1.323。65 膨胀土地区公路路基路面综合设计再由式（B2.1）计算温度疲劳应力为由表3.0.1，高速公路的安全等级为一级，相应于一级安全等级的变异水平等级为低级，目标可靠度为。再据查得的目标可靠度和变异水平等级，查表3.0.3，，确定可靠度系数，取为1.25按式（3.0.3）综上所述，所选的普通混凝土面层厚度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。方案三：参考《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40—2002)1、初拟路面结构：初拟普通混凝土面层，厚度为；考虑到本路线为季风性湿润气候，年平均降雨量达1091mm，为湿润多雨地区，因此设置多孔隙沥青稳定稳定碎石排水基层（沥青标号选用AH-50，沥青用量为3%），厚度(0.08-0.10)；从而在排水基层下设置水泥稳定碎石组成的不透水底基层，厚度（据规范：一般取0.2m）。普通混凝土板的平面尺寸宽3.75m，长4.5m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。2、材料参数的确定：（1）混凝土路面设计弯拉强度与弯拉弹性模量：本设计为普通混凝土路面为重型交通，查规范得：弯拉强度的标准值Mpa，相应的弯拉弹性模量标准值为Gpa。（2）土基的回弹模量：路基属于干燥状态，可选用路基土基的回弹模量值：（3）基层和半刚性垫层的回弹模量：排水基层选多孔隙沥青稳定稳定碎石，回弹模量取：Mpa（600-800）不透水底基层选用水泥稳定碎石，回弹模量取：Mpa（1300-1700）65 膨胀土地区公路路基路面综合设计（4）基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量：据土基状态拟定基层、垫层结构类型和厚度，参照《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40—2002)，按式（B.1.5）计算基层顶面当量回弹模量如下：普通混凝土面层的相对刚度半径按（B.1.3-2）计算为：3、荷载疲劳应力计算：按式（B.1.3），标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为因纵缝为设拉杆平缝，对于多孔隙沥青稳定稳定碎石基层，接缝传荷能力的应力折减系数可稍大，取。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。根据公路等级，由表B.1.2，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数。按式（B.1.2），荷载疲劳应力计算为65 膨胀土地区公路路基路面综合设计4、温度疲劳应力分析：查表3.0.8，因为广西省东南湿热Ⅳ区，海拔较低湿度大，所以在86-92之间取低值87，可选取最大温度梯度=87（℃/m）。取板长，由图B.2.2可查普通混凝土板厚，。按式（B.2.2），最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为：，混凝土线膨胀系数。温度疲劳应力系数按式（B.2.3）计算为，其中a,b,c为回归系数：本项目在广西省，为Ⅳ区，分别取0.841，0.058，1.323。再由式（B2.1）计算温度疲劳应力为由表3.0.1，高速公路的安全等级为一级，相应于一级安全等级的变异水平等级为低级，目标可靠度为。再据查得的目标可靠度和变异水平等级，查表3.0.3，，确定可靠度系数，取为1.25按式（3.0.3）综上所述，所选的普通混凝土面层厚度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。5.3水泥混凝土路面方案比选表165 膨胀土地区公路路基路面综合设计类型方案选用材料及厚度优选中湿状态一面层：普通水泥混凝土面板，厚；基层：沥青稳定碎石（沥青2.5%-3.5%），厚；半刚性垫层：水泥稳定碎石，厚二面层：普通水泥混凝土面板，厚；排水基层：多孔隙开级配水泥稳定碎石(水泥9.5％～11％，孔隙率20%)，厚；不透水底基层：水泥稳定碎石，厚★三面层：普通水泥混凝土面板，厚；排水基层：开级配多孔隙沥青稳定碎石，厚；不透水底基层：水泥稳定碎石，厚干燥状态一面层：普通水泥混凝土面板，厚；基层：沥青稳定碎石（沥青2.5%-3.5%），厚；半刚性垫层：水泥稳定碎石，厚二面层：普通水泥混凝土面板，厚；排水基层：多孔隙开级配水泥稳定碎石(水泥9.5％～11％，孔隙率20%)，厚；不透水底基层：水泥稳定碎石，厚★三面层：普通水泥混凝土面板，厚；排水基层：开级配多孔隙沥青稳定碎石，厚；不透水底基层：水泥稳定碎石，厚65 膨胀土地区公路路基路面综合设计六种方案见表1，由于干燥与中湿状态下所用的材料均相同，只是厚度不同，因此对中湿状态的三种方案进行比选，干燥状态下的同理。5.3.1混凝土路面下基层的作用1．防唧泥：混凝土面层如直接放在基层上，会由于路基土塑性变形量大，细粒料含量多和抗冲刷能力低而极易产生唧泥现象。2．防冰冻：在季节性冰冻地区，用对冰冻不敏感的粒状多孔材料铺筑基层，可以减少路基的冰冻深度，从而减轻冰冻的危害作用。3．减小路基顶面的压应力，并缓和路基不均匀变形对面层的影响。4．防水：在路基湿软土基上，铺筑开纪配粒料基层，可以排除从路表面渗入面板下的水分以及毛细水的上升。5．为面层施工提供方便。6．提高路面结构的承载能力，延长路面的使用寿命。5.3.2对本路段基层材料选择的要求1由于本路段降雨量很大，若进入基层的水不能及时排除必定会影响路面的稳定。因此必须要求基层需好的排水性能。2基层应具有足够的强度与稳定性，理论和实践均表面，采用整体性好，具有较高弹性模量的材料修筑基层，可以确保混凝土路面良好的使用特性，延长路面的使用寿命。因此，无机结合料稳定类基层成为混凝土路面最适用的基层类型。5.3.3方案比选对应本路段，在路面内部的排水方面，方案一的基层排水性明显不如方案二、三的排水基层。同时方案二与方案三所采用的材料也具有较高的弹性模量，这对累计标准轴次仅为200万次的交通量来说是适合的。在经济性方面，由于当地水泥料场分别位于凭祥市、宁明县水泥厂，所生产水泥质量较好，且储量丰富，交通便利，故方案二更为经济，所以优选方案为方案二。65 膨胀土地区公路路基路面综合设计第6章沥青混凝土路面设计6.1据交通量确定累计标准轴次据《公路沥青路面设计规范》(JTGD50-2006)计算累计标准轴次Ne。6.1.1交通参数公路等级：高速公路路面等级：沥青混凝土高级路面设计年限：15年交通量年平均增长率：8.9%车道特征：双向四车道车道系数：取中值0.456.1.2交通量组成交通量组成、汽车计算参数及轴载换算结果表序号车型交通量次/日N轴重（KN）轮组轴数后轴距（m）弯沉及沥青面层验算换算交通量（轴次/日）基层层底拉应力换算交通量（轴次/日）1小客车2700前轴1311后轴25.61146.0672中客车SH130800前轴1611后轴23213大客车CA50530前轴28.71114.868后轴68.221100.28524.80665 膨胀土地区公路路基路面综合设计4小货车BJ1301700前轴13.5511后轴27.2215.9005中货车CA50610前轴28.71117.112后轴68.221115.42328.5506中货车EQ140850前轴23.711后轴69.221171.34944.6967大货车JN150850前轴49.011244.316后轴101.621910.765965.0928特大车日野KB222600前轴50.211191.59944.766后轴104.321720.590840.2839太脱拉13868前轴6011<347.16821.130后轴10023231.2340合计87082816.6422309.3236.1.3计算说明以双轮组单轴载100KN作为标准轴载，以BZZ-100表示。65 膨胀土地区公路路基路面综合设计(1)以设计弯沉值为设计指标及沥青层层底拉应力验算时：将轴载>25KN的各级轴载作用次数N换算成标准轴载P的当量作用次数,计算N=。其中：N—标准轴载的累计当量轴次，次/日；N--被换算的车辆各级轴载作用次数，次/日；P—标准轴载，KN；P—被换算车辆的各级轴载，KN；k—车辆类型数；C--轴载系数，C=1+1.2(m-1)，m是轴数。当轴间距>3m时，按单独一个轴载计算，当轴间距<3m时，应考虑轴载系数；C--轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1，四轮组为0.38。(2)进行半刚性基层层底拉应力验算时：将轴载大于50的各级轴载（包括车辆前后轴）P作用次数N，换算求出标准轴载P的当量作用次数,式中：--轴载系数，=1+2(m-1)；--轮组系数，单轮组为18.5，双轮组为1.0，四轮组为0.09。(3)统计标准轴次计算结果：以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时：路面竣工后第一年日平均当量轴次Ns=2816.642设计年限内一个车道上累计当量轴次：进行半刚性基层层底拉应力验算时：路面竣工后第一年日平均当量轴次：Ns=2309.32365 膨胀土地区公路路基路面综合设计设计年限内一个车道上累计当量轴次：6.2沥青路面结构设计方案6.2.1路面材料选择1.交通量情况：经计算得设计车道交通量累计标准为473.297万次（按设计弯沉计），为中等交通，说明交通量不是很大。2.地质与土基情况：南友公路沿线地处广西西南部，路线大致呈西南走向，地形东低南高，海拔为50-700米，其中本设计段K137+000-K138+000段路中线相对高差较小，除有部分水田林地及荒山坡外，主要为甘蔗地；沿线不良地质主要是膨胀土。根据沥青路面设计规范考虑了两种干湿状态的土基强度（干燥与中湿状态）3.沿线气象情况：由于该路段属南亚热带季风气候，阳光充足，气候温和，雨量充沛，温度较大，无霜期较长，夏长东短，夏湿东干，春季阴雨连绵，夏季暴雨频繁，气候呈显著的季节性变化。年平均降雨量1344毫米，主要集中在5到10月，年平均日照1679.9小时，年平均气温21度到22.1度，极端低温-3度，极端高温40.5度，年无霜期为352天，年平均蒸发量1347.2毫米，蒸发量近似于降雨量。4.公路沿线主要筑路材料情况：本路段所用钢材、石油、沥青均在南宁购买，沿线附近有较丰富的石料资源，开采及运输便利，沿线河砂为龙州左江河砂、宁明明江河砂，为石英砂，砂的级配较好，含泥量较少，且储量丰富，交通便利，可满足工程需要。水泥料场分别位于凭祥市、宁明县水泥厂，所生产水泥质量较好，且储量丰富，交通便利，本路段水源较为缺乏，可考虑汽车运打井或设置蓄水池解决，施工用电可考虑利用沿线农用电网，加装变压器，改善及加铺电路解决。65 膨胀土地区公路路基路面综合设计根据广西南友谊路的交通组成和自然环境特点，地下水、地面水、高温、降雨量将是影响沥青路面的主要原因。因气候湿热，沥青路面的高温稳定性和水稳定性是关键问题，沥青混合料类型的选择应采用热稳定性好、水稳定性好和强度高的混合料；在沥青混合料的选择中应采用标号低、黏附性好的沥青材料，并应注意加强排水系统和面层的防滑措施。表面层应具有良好的表面功能、防滑、密水、抗车辙、抗开裂，中面层重点考虑高温抗车辙性能；对炎热地区的下面层也应重点考虑高温抗车辙性能的要求，兼顾抗疲劳性能与抗开裂性能。基于以上考虑因素，本段路对于中湿和干燥分别提出三种基层组合方式：刚性基层、柔性基层以及组合基层。半刚性基层：沥青混凝土（AC-13C）+沥青混凝土（AC-20C）+沥青混凝土（AC-25）+水泥稳定碎石（6%）+水泥稳定沙砾（4%）+天然沙砾（在中湿状态下做底基层用）。分析：（1）考虑到表面层应具有密实均匀、抗滑耐磨的功能，且气候炎热、多雨潮湿，因此选用表面粗燥的抗滑面层密级配粗型沥青混合料AC-13C，而不用普通的AC面层。（2）根据对车辙路段的调查，车辙变形主要产生在中面层，这与我国的中面层设计主要考虑防止渗水而采用细集料较多的密级配有关，但由于该地区气候炎热，为了更有效的防止车辙的产生，中面层选用密级配粗型沥青混合料AC-20C。下面层选用沥青混凝土AC-25。（3）对于半刚性基层，采用基层与底基层两层来铺筑。材料为密实骨架型的水泥稳定粒料，这样可以减少反射裂缝的产生。（4）当路基处于中湿状态下时，设置天然沙砾来满足整体稳定性，当干燥状态是不设底天然沙砾层。（5）由于该地经过膨胀土路段，在挖方采用超挖80厘米膨胀土，回填碎石土来防止地下毛细水的上升，以及增加整个路基的稳定性。因此本次设计均未设置排水垫层。柔性基层：沥青混凝土（AC-13C）+沥青混凝土（AC-20C）+沥青稳定碎石（LSM-25）+级配碎石（连续级配型）+天然沙砾（在中湿状态下做底基层用）分析：（1）面层采用两层铺筑，上面层与下面层分别为AC-13C与AC-20C，其可以很好的增强抗滑耐磨性与高温抗车辙性。（2）基层采用密级配大粒径沥青碎石65 膨胀土地区公路路基路面综合设计LSM-25，其在充分压实后，对提高疲劳寿命，减少永久变形，减少水敏感性，提高强度与稳定性均有利。在对其压实时采用振动压实法；底基层采用连续型的级配碎石；该柔性基层由于结构材料均为颗粒状材料级配成型，所以结构排水畅通，路面结构不易受水损害，同时也可以防止反射裂缝的产生；底基层设计同上。组合式基层：沥青混凝土（AC-13C）+沥青混凝土（AC-20C）+沥青混凝土（AC-25）+级配碎石（密实骨架型）+水泥稳定碎石（6%）（密实骨架型）分析：（1）面层材料与半刚性基层时的面层相同。（2）由于交通量不是很大，基层采用密实骨架型的级配碎石，其具有一定承载能力（采用振动法成型时，符合紧排骨架-密实原则的级配碎石），以及缓解反射裂缝、排除路面结构内部滞留水的作用，由于本次设计的交通量不是很大，采用此基层是非常经济和合理的，但需注意的是由于本条是高速公路，在用级配碎石作基层时应先修试验路段，注意抓好材料规格、级配碎石混合料的配制及施工质量的过程控制，总结经验，不能盲目地推广。底基层采用隔水的水泥稳定碎石。对于该组合基层一方面提高了结构承载力，减轻了沥青面层荷载应力；同时发挥柔性基层变形协调，利于排水的优势，使路面始终保持良好的工作状态，还可以避免横向裂缝反射到面层。6.2.2设计弯沉值计算设计弯沉值应根据公路等级、设计年限内累计标准当量轴次、面层和基层类型按下式计算确定。式中：——设计弯沉值（0.01mm）；——设计年限内一个车道累计当量轴次；——公路等级系数，高速公路、一级公路为1.0，二级公路为1.1，三、四级公路为1.2；——面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0；热拌和冷拌沥青碎石、上拌下贯或贯入式路面、沥青表面处治为1.1；中、低级路面为1.2。——基层类型系数，对半刚性基层=1.0；柔性基层=1.6；对于混合式基层采用线性内插确定基层类型系数：式中：——为半刚性基层或底基层上柔性结构层总厚度（cm）；65 膨胀土地区公路路基路面综合设计路基为中湿状态时：先确定土基回弹模量：(1)本设计路段土质为粘质土，据《公路沥青路面设计规范》中“土基干湿状态的稠度建议值”取土基土质稠度：Wc=1.05；(2)本段设计项目为南宁至友谊关高速，在广西省内在二级自然区划中属于IV7区，路基又为中湿状态，查阅《公路沥青路面设计规范》中附表“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值”取土基回弹模量为37.0MPa；采用重型击实标准，所以将土基回弹模量提高15.0%，确定土基回弹模量：E=37.0×（1+15.0%）=42.6MPa方案一：参考《公路沥青混凝土路面设计规范》(JTGD50-2006)1、拟定路面结构设计表（如下）：(1)确定各结构层设计参数：据《公路沥青路面设计规范》建议值。因项目在广西省内，不要考虑最小防冻厚度。(2)计算拉强度结构系数：对沥青混凝土面层：Ks=0.09×N/A=2.6471，对无机结合料稳定集料类：Ks=0.35×N/A=1.8136，对无机结合细粒土类：Ks=0.45×A×N/A=2.3317，其中：A--公路等级系数，高速公路取1.0。(3)计算材料容许拉应力：容许拉应力/Ks，计算值见下表：路面结构层设计厚度及参数表层位材料名称材料类型厚度（cm）抗压模量劈裂强度容许拉应力弯沉用拉应力用141.40.52965 膨胀土地区公路路基路面综合设计细粒式沥青混凝土沥青混凝土140020002中粒式沥青混凝土沥青混凝土61200180010.3783粗粒式沥青混凝土沥青混凝土8100012000.80.3024水泥稳定碎石(6%)无机结合料稳定类18150036000.60.3315水泥稳定砂砾(4%)无机结合料稳定类设计层120033000.40.2216天然砂砾粒料类15200200————7土基粘性土42.62、设计计算结果：按设计弯沉值，通过计算机计算设计层（5）厚度，h(5)=18cm。计算弯沉值为：L=22.57(0.01mm)，设计弯沉值为:Ld=600×Ne-0.2×ACAsAb=27.74(0.01mm)由于设计层厚度LS