公路工程施工图设计

本科学生毕业论文设计题目：黑洛公路（K590-K593+500）段施工图设计学院：建筑工程学院年级：2008级专业：土木工程姓名：学号：指导教师：2012年5月30日Ⅰ摘要黑洛公路是黑龙江省公路建设的重点项目之一，它连接了黑河市和大兴安岭地区，设计行车速度40公里/小时，采用二级公路设计标准，全长740km。它的建设对完善黑龙江省内公路交通网，促进公路沿线地区经济发展，带动沿边地区早日脱贫致富，促进黑河市和大兴安岭市之间的联系，有重要意义。本设计根据沿线地质、地形、水文等自然条件，以及黑洛公路外业勘测资料，参照交通部颁发的各种技术标准、规范，完成K590—K593+500段施工图设计。本次设计利用各种计算机软件，包括：应用纬地道路辅助设计软件HintCAD5.88、绘图软件AutoCAD2004、办公软件Offices2003等，对黑洛公路平面、横断面、纵断面、路基、路面、排水工程、附属工程、平面交叉及沿线设施等进行了施工图设计，并绘制出相应表格和图纸，确定了沥青混凝土路面和水泥混凝土路面的各结构层厚度，本着优质、高效、经济、合理的原则进行施工组织设计。关键词路线设计；路基；沥青混凝土路面；水泥混凝土路面；施工组织ⅡAbstractHeiluoroadisoneofthekeyprojectinHeilongjiangprovince,itconnectstheHeihecityandtheDaxinganlingcity.Itsdesignspeedis40km/h,whichadoptthree-stagehighwaydesignstandard.Thefull-lengthis740km.Themeaningofitsconstructiontotheconsummationoftheroadnetwork,ispromotingalongtherouteareaeconomydevelopment,bringingpovertyareatogetridofpovertyandbecomerichsoon,andpromotingcrosswiserelationbetweenthecitygroupofthenortheastofHeilongjiangProvince,whichissignificant.Thisdesignisbasedonthefieldoperationsurveydata,aswellasalongtheroutenaturalconditionincludinggeology,terrain,hydrologyandtherelatedtechnicalstandard,whichisissuedbytheMinistryofTransportation&Communications.AccordingtotheabovewecancompletetheK590toK593+500sectionconstructiondrawingdesign.Thecomputertechnologyisfullyusedinthisdesign.ThisdesignusesthelatitudepathassistancedesignsoftwareHintCAD5.8,cartographysoftwareAutoCAD2004,officesoftwareOffices2003andsoon.Meantimethisdesignalsocompletesconstructiondrawingdesignwhichincludesthehighwayroute,theroadbed,roadsurface,drainageworkplancross,theattachedprojectandthefacilityalongtherouteandsoon,anddrawsupthecorrespondinggraphandform.ThroughtodesigningoftheAsphalticconcretepavementandCementconcretepavement,IensurethatthicknessoneachStructurallayeranddesigntheconstructionorganizationbythehigh-quality,efficient,economicandrationalprinciples.KeywordsRoutedesign,Roadbed,Asphalticconcretepavement,Cementconcretepavement,Constructionorganization目录摘要 IAbstract Ⅱ第一章概述 11.1建设项目背景 11.2工程概况 11.2.1水文、地质条件 11.2.2气候条件 21.2.3地理、地形条件 21.3设计依据 21.4设计标准 3第二章路线设计 42.1选线和定线 42.2平面设计 42.2.1平面线形设计的一般原则 42.2.2平面设计的要求 42.2.3工程实况 52.3纵断面设计 52.3.1纵断面设计一般原则 52.3.2纵断面设计的要求 62.4平纵组合设计 62.4.1基本要求与设计原则 62.4.2平、纵组合设计基本思路 72.4.3工程实况 82.5路基横断面设计 8第三章路基设计 103.1一般路基设计内容 103.2一般路基设计要求 103.3路基设计 103.3.1路基宽度 103.3.2路基高度 113.3.3路基边坡坡度 113.3.4路基压实 11第四章沥青混凝土路面设计 124.1设计要求条件 124.2设计内容 124.2.1设计轴载 124.2.2轴载换算 134.2.3以半刚性基层层底拉应力为设计指标 144.3结构组成与材料选取 154.4各层材料的抗压模量和劈裂强度的确定 164.5设计指标的确定 164.5.1设计弯沉值 164.5.2各层材料容许拉应力 174.6路面结构层厚度的计算 174.6.1确定理论弯沉系数 184.6.2确定设计层厚度 184.7沥青混凝土面层、半刚性基层和底基层层底拉应力验算 194.7.1验算沥青面层底部弯拉应力 194.7.2验算水泥碎石底部拉应力 204.7.3验算水泥砂砾土的底部拉应力 204.8确定路面结构层 214.9防冻层厚度检验 21第五章普通水泥混凝土路面设计 225.1交通量分析 225.1.1标准轴载与轴载换算 225.1.2设计年限内设计车道的标准轴载累计作用次数 235.2初拟路面结构 235.3路面材料参数确定 245.4计算荷载疲劳应力 255.5计算温度疲劳应力 255.6应力验算 275.7防冻厚度检验 275.8接缝设计 275.8.1纵向接缝 275.8.2横向接缝 27第六章涵洞及排水设计 306.1涵洞的设计 306.2排水的目的与意义 316.3排水设计原则 326.4路基排水设计 326.4.1地面排水设备 326.4.2地下排水设备 336.5路面排水设计 346.6路面内部排水系统设计 356.7路面边缘排水 35第七章平面交叉设计 367.1交叉口设计的基本要求和内容 367.2交叉口设计规定 377.3交叉口形式选择 377.4交叉口交通组织设计 387.5交叉口立面设计 387.5.1交叉口立面设计的目的 387.5.2交叉口立面设计的原则 387.5.3交叉口立面设计的基本类型 39第八章施工组织设计 398.1施工组织安排 398.1.1设备、人员动员周期 398.1.2设备、人员、材料运到现场方法 398.2施工组织机构及临时工程 408.2.1施工组织机构设置 408.2.2施工任务划分 408.2.3总体施工目标 418.2.4主要临时工程 418.3主要工程项目的施工方案和方法 428.3.1路基工程施工方案 428.3.2路基工程施工方法 428.3.3路面工程 508.3.4涵洞工程 568.4确保工程质量和工期的措施 578.4.1保证工程质量的措施 578.4.2保证工期的措施 588.5雨季施工措施 598.6质量、安全保证体系 618.6.1质量保证体系 618.6.2安全保证体系 618.7其它说明的事项 628.7.1廉政措施 628.7.2环境保护和文明施工的主要措施 628.7.3对外关系协调的措施 638.7.4地上和地下三线保护措施 638.7.5文物保护 638.7.6施工保险措施 638.7.7防止疫病的措施 648.7.8夜间施工措施 648.7.9农忙季节施工 648.7.10质量回访保修措施 64结论 65参考文献 66致谢 67黑洛公路（K590-K593+500）段施工图设计PAGE22第一章概述1.1建设项目背景本设计是连接黑河市和大兴安岭市的重要公路，黑河市位于黑龙江省西北部，小兴安岭北麓，与俄罗斯的布拉戈维申斯克市隔江相望，是东西文化的融会点，是北方重要的边境贸易中心。黑河是一座煤炭工业为主的新兴城市。黑河矿产资源丰富，现已查明的矿产资源有30余种，尤以煤炭，石墨，黄金为最。大兴安岭位于黑龙江省北部，原始森林茂密，素有“绿色宝库”之美誉，是我国重要的林业基地之一。自从振兴东北老工业基地以来，大兴安岭和黑河两城市的经济也飞速的发展，由于工业与旅游事业的兴旺，经过有关部门的研究，决定在此两地间修建一条公路，促进两个城市之间的资源流通，信息共享，共同发展，减小地区经济差异。根据两个城市的经济发展水平，以及沿线自然地形条件，远景交通量，公路建成后所承担的主要任务，拟修建二级公路，此公路的开通，对公路沿线的居民的出行及交通运输和大力发展当地的旅游事业，起着非常重要的作用，有利于当地的经济发展。本路段是省级干线公路的重要路段，是连接两市的市际区间路段，建成后，将加快客货交通运输的快速发展，进一步促进地方区域经济的交流，对增进两地的经济模式互补，繁荣两市经济具有极其重要的意义。黑洛公路不仅是一条边防路、旅游路，同时也是一条便民路，确保其畅通运行至关重要。1.2工程概况黑洛公路全长740km。该公路是黑龙江省的一条重要旅游线路和沿边公路，获得了省交通厅的支持，预计总投资4.6亿元。该项目K590—K593+500标段为二级公路施工图设计，路线全长3.5公里，该标段设计填方35082.96m3，挖方74011.51m3；设涵洞2道、与大车道平面交叉1处并设有配套交通工程及沿线设施。1.2.1水文、地质条件沿线地质构造为新生代第四纪沉积层和冲积层。表层0～10m的土壤为粉质低液限粘土，中层0～15m为冲积形成的砂砾、圆砾，底层为白垩系的砂岩。山体碎石土层厚度较大，土质优良，储量丰富，可作为路堤填筑材料。地下水位距路肩1m，地下水位也较低，大多路段的路基不受地下水影响。土壤渗透性好，地层比较稳定。本工程施工范围内主要河流有岔林河、大东北岔河，均属松花江水系，具有丰富的地表及地下水资源，可为施工提供充足的用水。由于该地区冬季气温较低，属于季节性冻土区，主要的病害有冻胀、翻浆、水毁和积雪等。冬季气温很低，路面结冰会严重影响行车安全，春融期又可能发生冻胀、翻浆等病害。夏季水量暴涨有可能冲毁路堤，这些都会对公路交通构成严重威胁；冬季气温最低为－41.8℃，夏季最高气温为39.5℃，夏冬温差较大，路面设计应注意高温稳定性和低温抗裂性。1.2.2气候条件本项目所在地区属于寒温带大陆性季风气候区。春季干旱风大，主风向为西南风。年平均降雨量为546.3mm，多集中在6～8月；最大冻结深度240mm，最大积雪厚度为50cm。无霜期为129天，全年日照时间为2525.3小时。1月平均气温-20.9℃，7月平均气温21.9℃，年平均气温2.3℃，年积温2200～2400℃，项目跨越的主要河流包括岔林河、大东北岔河等。其余多为汇水面积不大的鱼塘。1.2.3地理、地形条件黑洛公路沿线地面自然植被茂密，景色优美。本设计路段(K590—K593+500)属山岭重丘地形，海拔高度300米～350米，沿线多为丘陵和森林。全线地势由北向南逐渐倾斜，北部漠河县附近为低山区，属大兴安岭山脉，群山密布，森林茂密。中部为低山丘陵和山前台地，地势较平缓，土质肥沃。南部黑河市附近是松花江冲积平原，小部分为季节性积水形成的沼泽地。1.3设计依据(1)《公路工程技术标准》(JTGB01－2003)(2)《公路路线设计规范》(JTGD20－2006)(3)《公路路基设计规范》(JTGD30－2004)(4)《公路沥青路面设计规范》(JTGD50－2006)(5)《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40－2004)(6)《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40－2002)(8)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62－2004)(9)《公路排水设计规范》(JTJ018－97)1.4设计标准公路技术指标是根据路线在公路网中的功能、规划交通量和交通组成、设计速度等因素确定的，公路技术标准是指在一定的自然环境条件下能够保持车辆正常行驶性能所采用的技术指标体系，反映我国公路建设的技术方针，是法定的技术要求。公路设计时都应当遵守。根据黑龙江省及中华人民共和国交通部公路网整体规划，按照设计交通量、公路使用功能及服务水平等，依据《公路工程技术标准》(JTGB01-2003)，采用公路技术标准表1-1所示。路面结构类型为沥青混凝土路面；路面设计年限12年；桥涵设计荷载为公路－Ⅱ级。公路技术指标如表1-1所示。表1-1公路技术指标序号指标单位技术指标一般路段1设计速度km/h402路基宽度m8.53行车道宽度m2×3.54土路肩宽度m2×0.755汽车荷载等级公路-Ⅱ级6桥涵设计洪水频率小桥涵、路基：1/507圆曲线最小半径m1008最大纵坡%79最小坡长m12010最大坡长m110011竖曲线最小半径凸形m700凹形m70012竖曲线最小长度m90第二章路线设计2.1选线和定线本设计利用纬地5.88软件进行平面选线和定线，本地区地表起伏较大，最低高程为306.0m，最高高程为348.6m。相对高差在42.6m左右，故定线可按山岭重丘区定线线原则进行，所选定路线可见地形图所示。山岭重丘区选线应注意正确处理好道路高度的选择。其次应该合理考虑路线与城镇的关系，应尽量方便运输又保证安全，避开重要的电力电信设施，保持足够的距离和净空。还应处理好路线和桥位的关系，注意土壤水文条件，正确处理新旧路的关系，尽量靠近建筑材料产地，以节省运费。本图路线的起点和终点均已确定，即路线的基本方向基本确定，按地形、地质、水文等自然条件选出一些细部控制点，进行路线布局，又充分考虑道路与周围环境的配合、道路与生态平衡的关系、道路自身线性的美观和协调，以及驾驶员视觉和心理反映等问题，最后通过试算和比选的方法选择了最优方案。2.2平面设计2.2.1平面线形设计的一般原则(1)平面线形应直捷、连续、顺适，并与地形、地物相适应，与周围环境相协调。(2)保持平面线型的均衡与连贯。(3)平曲线应有足够的长度，使汽车驾驶员在操纵方向盘时不感到困难，缓和曲线上离心加速度的变化率不超出定值，转角α小于7度时按规范中给出的表格采用。2.2.2平面设计的要求平面线形设计中，在受地形、地物限制的丘陵地区、路线交叉点、市镇近郊或规划方正的农耕区等应尽量选用直线。为适应地形和汽车行驶轨迹的要求在直线交点处插入相应的圆曲线缓和曲线、圆曲线。此外结合公路沿线自然环境，重点考虑处理好公路与当地农业灌溉水网的关系，重视路线与河流沟渠的位置关系，处理好新建二级公路与地方道路的交叉关系，处理好路线线位与地方村镇的关系。使公路的修建能更方便的为当地地方经济服务，更有利方便群众，并尽量减小拆迁的干扰。最终满足汽车行驶的平顺、舒适、以及速度上的要求，且线形优美，尽可能做到安全、适用、经济和美观。2.2.3工程实况本路段内共设8个交点，圆曲线半径在60～790m之间，最小半径60m，最大半径790m。平曲线半径小于2500m者，按《公路工程技术标准》(JTGB01－2003)要求进行超高设计其超高旋转方式为绕内边线旋转，设置缓和曲线最小缓和曲线长度50米。同向曲线间的最小直线长度不小于设计车速的6V（即240m）为宜。反向曲线间的最小直线长度不小于设计车速的2V（即80m）为宜。具体详见直线、曲线及转角表及路线平面设计图。全线设计均满足设计规范的要求，且与地形变化相协调，可以保证行车的安全与舒适。2.3纵断面设计该设计路段（K590—K593+500）最大纵坡为5.96%，最小纵坡为0.91%，最小直坡段长为137.20米。全线共设5处竖曲线，其中2个为凸形竖曲线，3个为凹形竖曲线。均大于标准规定一般最小值，满足规范要求。2.3.1纵断面设计一般原则(1)应满足纵坡及竖曲线的各项规定（最大纵坡、最小纵坡、坡长限制、坡段最小长度、竖曲线最小半径及最小长度）。(2)设计标高的确定应结合沿线自然条件综合考虑；沿河路线标高应在设计洪水位0.5m以上，并计入壅水和浪高的影响；稻田低湿路段应有最小填土高度的保证。(3)纵坡应均匀平顺，变坡点应尽量设置大半径竖曲线。(4)纵断面设计应与周围环境相协调，按照平竖曲线相协调及半径的均衡来确定纵断面的设计线。(6)适当照顾当地民间运输工具、农业机械、农田水利等方面要求。(7)应争取填挖平衡，以节省土石方量，降低工程造价。2.3.2纵断面设计的要求坡度设计：根据汽车的动力特性、道路等级、自然条件以及工程和运营经济等因素，通过综合分析，全面考虑，合理确定的。设计速度为40Km/h，最大坡度为7%。为了保证排水，防止水渗入路基而影响路基的稳定性，应设置不小于0.3%的纵坡（一般情况下以采用不小于0.5%为宜）。坡长设计：最小纵坡通常规定汽车以设计速度行驶9～15s的行程为宜，设计速度为40Km/h时，最小坡长一般值为100m。路线所处地区地形起伏较大，地面平均纵坡在1%左右，但为保证路面和边沟排水，将全线最小纵坡控制在大于等于0.3%。由于该设计的路段坡度很小，故不需要设计爬坡车道。本次设计中尽量使路线顺应自然地形的起伏；充分考虑与地方道路在纵面的交叉关系；尽量控制路基填土高度，保证填挖方量的平衡；并减小拆迁占地；变坡点位置及标高、坡率和坡长在满足平纵组合的情况下优化组合，竖曲线半径尽量采用较大值。2.4平纵组合设计2.4.1基本要求与设计原则平纵线形组合的基本要求：(1)当竖曲线与平曲线组合时，竖曲线宜包含在平曲线之内，且平曲线稍长于竖曲线。应避免平、竖曲线同起点、同终点相连接。应保证两点之间应至少10s的行程。如下图2-1所示。这种布置通常称为平曲线与竖曲线的对应。图2-1平曲线与竖曲线组合(2)要保证平曲线与竖曲线的大小的均衡，竖曲线半径为平曲线半径的10～20倍。(3)当曲线缓而长、纵断面坡差较小时，不要平、竖曲线一一对应，平曲线中可包含多个竖曲线或竖曲线略长于平曲线。(4)要选择合适的合成坡度。平纵线形组合的设计原则：(1)视觉上能自然的引导驾驶员的视线，并保持视觉的连续性。(2)注意保持平、纵线形的技术指标大小应均衡。(3)选择组合得当的合成坡度，以利于路面排水和行车安全。(4)注意与道路周围环境相配合。2.4.2平、纵组合设计基本思路平、纵组合是指在满足汽车运动学和动力学要求的前提下，研究如何满足视觉和心理方面的连续、舒适及与周围环境相协调的要求并有良好的排水条件。道路作为一种人工构造物，应将其视为一种景观的对向来研究，尽量做到线形连续、指标均衡、视觉良好、景观协调、安全舒适。修筑道路会对自然景观产生影响，有时产生一定的破坏作用。而道路两侧的自然景观反过来也会影响道路上汽车的行驶，特别是对驾驶员的视觉、心理以及驾驶员操作等都有很大影响。平纵线形组合必须是在充分与道路所经地区的景观相配合的基础上进行。否则，即使线形组合符合相关规定也不一定是良好的设计。对于驾驶员来说，只有看上去具有优美的线形和景观，才能称为舒适安全的道路。对设计速度高的道路，平、纵线形组合设计与周围景观配合尤为重要。2.4.3工程实况本设计在满足平面设计和纵断面设计要求的前提下，进行平、纵组合设计。在K590+960等五处各设置竖曲线，均设置在相应的平曲线缓和曲线段内，或设在直线段内，均满足设计规范及驾驶员视觉和心理上的要求。2.5路基横断面设计路基宽度：二级公路路基的标准横断面应由车道、路肩（土路肩）等组成。该设计选用整体式路基，路基宽度按表2-1而定。表2-1二级公路整体式路基宽度公路等级二级公路设计速度（Km/h）4030车道数22路基宽度（m）一般值8.57.5注：“一般值”为正常情况下的采用值。车道：二级公路、二级公路应为双车道。车道宽度应根据设计速度规定表2-2取值。表2-2车道宽度设计速度（Km/h）1201008060403020车道宽度（m）3.753.753.753.503.503.253.00路肩：二级公路右侧路肩宽度规定如表2-3所示。表2-3二级公路右侧路肩宽度设计速度（Km/h）二级公路4030右侧硬路肩宽度（m）一般值1.500.75最小值0.750.25土路肩宽度（m）一般值0.750.75最小值0.500.50注：“一般值”为正常情况下的采用值；“最小值”为条件受限制时可采用的值。该设计标段降雨量较适中。规范规定二级公路应采用双向路拱坡度，有路中央向两侧倾斜。路拱坡度应根据路面类型和当地自然条件确定，但不应小于2%。土路肩的横坡：土路肩的排水性能远低于路面，其横坡度较路面宜增大1%~2%。本设计中路基标准横断面路基宽度：8.5m。其中：行车道2×3.5m，土路肩2×0.75m。路基设计标高为路基边缘标高。车道土路肩设3%横坡。路堤坡脚或排水沟外缘2.0m，桥梁上部构造水平投影边缘外侧2.0m以内的土地为公路用地范围。第三章路基设计3.1一般路基设计内容(1)选择路基断面形式，确定路基宽度和高度。(2)选择路基填料与压实标准。(3)确定边坡形状与坡度。(4)路基排水系统布置和排水结构设计。(5)坡面防护与加固设计。(6)附属设施设计。3.2一般路基设计要求(1)路基是公路的承重主体，主要在应力作用区承受行车荷载作用，其深度一般在路基顶面以下0.8m范围以内，所以路基路面的综合设计至关重要。(2)为保证路基强度与稳定性，使路基在外界因素作用下，不至于产生不允许的变形，还必须包括各项附属设施，如路基排水，防护与加固以及弃土堆、取土坑、护坡道、碎落台及错车道等。(3)由于路基标高与原地面标高有差异，且各路段岩土性质的变化，各处附属设施的布置不尽相同，因此各路段的路基横断面形状差别很大。(4)一般路基可以结合当地地质、地形情况，直接选用典型断面图或设计规定，不必进行个别设计和验算。对于超过规定的高填、深挖路基，以及地质、水文条件特殊的路基，需要进行个别设计和验算。3.3路基设计3.3.1路基宽度查《公路工程技术标准》后确定设计路段路基的标准横断面路基宽度为8.5m。其中：行车道2×3.5m，土路肩2×0.75m。路拱横坡2%，土路肩设3%横坡。路基占用土地，是公路通过农田或用地受限制地区时的突出问题。建路占地必须综合规划，统筹兼顾，讲究经济效益，农业与交通相互促进。公路建设应尽可能利用非农业用地，少占农田。山坡路基应尽量使填挖平衡，扩大和改善林业用地，保护林区绿地，防止水土流失，维护生态平衡，减少高填深挖，利用植物防护，绿化与美化路基。这些都要在路基设计与施工过程中，综合考虑。3.3.2路基高度路基高度是指路基中心线处设计标高与原地面标高之差。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，所以路基高度有中心高度和边坡高度之分。路基的填挖高度，是在路线纵断面设计时，综合考虑路线纵坡要求、路基稳定性和工程经济等因素确定的。从路基的强度和稳定性出发，路基上部土层应处于干燥或中湿状态，路基高度应根据临界高度并结合公路沿线具体条件和排水及防护措施确定路堤的最小填土高度。沿河及受水浸淹的路基，其高度应根据技术标准规定的设计洪水频率（对于二级公路是1/50），求得设计水位，再增加0.5m的余量。3.3.3路基边坡坡度路基边坡坡度对路基稳定十分重要，可用边坡高度H与宽度B表示，并取H=1。路基边坡坡度的大小，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。在陡坡和填挖较大的路段，边坡坡度不仅影响土石方工程量和施工的难易，而且是路基整体稳定性的关键。因此，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。一般路基的边坡坡度可根据工程实践经验和设计规范推荐的数值采用。3.3.4路基压实路基填土需分层压实，使之具有一定的压实度，土质路堑开挖至设计标高后，需检验路基顶面工作区内天然状态土的密实度，该密实度通常低于设计要求，必要时，应在挖开后再分层压实，使之达到一定的密实度。分层压实的路基顶面能防止水分干湿作用引起的自然沉陷和行车荷载反复作用产生的压密变形，确保路面的使用品质和寿命。土的压实效果同压实时的含水量有关，路基土在最佳含水量状态下进行压实可以提高路基的抗变形能力和水稳定性。路基土的压实标准按重型、轻型两种标准击实实验方法确定，由于本公路处于季节性冰冻地区，为了缓和冻胀和翻浆的产生，压实度应高些。第四章沥青混凝土路面设计4.1设计要求条件该设计路段（黑洛公路K590—K593+500段）设计年限为12年，是一条双车道的二级公路，使用期内交通量的年平均增长率为10%，车道系数为0.6。该路段处于Ⅱ2区，土质属于粉质中液限粘土，地下水位距路肩1m，填土高度0.5m，土基回弹模量为40Mpa，沿线有砂石、碎石、石灰、粉煤灰、沥青、水泥等供应。路面宽度为B=8.5m，行车道为2×3.5m。此公路设有一个收费站，要求收费站处采用水泥混凝土路面，其它路段均采用沥青混凝土路面，该设计路段处于中湿路段。其交通组成及交通量见表4-1。表4-1交通组成及交通量车型名称双向交通量（次/日）依土兹TD5045黄河JN15085东风EQ140295解放CA10B5854.2设计内容4.2.1设计轴载本设计采用双轮组单轴载100KN作为标准轴载，以BZZ—100表示。如表4-2所示。表4-2BZZ-100标准轴载计算参数标准轴载BZZ-100标准轴载BZZ-100标准轴载P（KN）100单轮压传面当量圆直径d（mm）21.3轮胎接地压强（Mpa）0.7两轮中心距（cm）1.5d4.2.2轴载换算当以设计弯沉值及沥青层层底拉应力为设计指标验算时，凡前后轴轴载大于25KN的各级轴载作用次数均应换算成标准轴载的当量作用次数N。其计算公式为： N—以设计弯沉值和沥青层底拉应力为指标时标准轴载的当量轴次； ni—被换算车型的各级轴载作用次数（次/d）；Pi—被换算车型的各级轴载； C1—被换算车型的轴载系数，C1=1+1.2(m-1)；m—轴数；C2—被换算车型的轮组系数。双轮组为1.0； P—标准轴载； K—被换算车型的轴载级别。轴载换算与累计轴载如表4-3所示。表4-3轴载换算与累计轴载车型前轴重KN后轴重KN后轴数后轴轮组数日交通量（次/日）解放CA10B19.4060.851双轮组585黄河JN15049.00101.601双轮组85依土兹TD5042.2090.001双轮组45东风EQ14023.7069.201双轮组295轴载计算结果如表4-4所示。表4-4轴载计算结果表车型解放CA10B前轴19.40115850.47后轴60.851167.40黄河JN150前轴49.0011853.82后轴101.601191.08依土兹TD60前轴42.2011451.06后轴90.001128.46东风EQ140前轴23.70112950.56后轴69.201159.47累计当量轴次次该道路的设计交通等级为：轻交通（＜）4.2.3以半刚性基层层底拉应力为设计指标凡是轴载大于50KN的各级轴载（包括车辆前、后轴），Pi的作用次数ni应按下式换算成标准轴载P的当量作用次数，轴载换算公式如下：—以半刚度材料层的拉应力为设计指标时的标准轴载当量次数（辆/天）；—被换算车型的轴数系数，=1+2(m-1）；m—轴数；—被换算车型的轮组系数。轴载换算如表4-5所示。表4-5轴载换算Pi解放CA10B前轴19.40115850.001后轴60.851110.996黄河JN150前轴49.0011850.282后轴101.601196.509依土兹TD50前轴42.2011450.045后轴90.001119.371东风EQ140前轴23.7112950.003后轴69.21115.512次次根据双指标算得的累计当量轴次=1181654.46次，=668375.64次4.3结构组成与材料选取由上面的计算得到设计年限内一个行车道上的累积标准轴次大约118万次，属于轻交通。根据规范推荐结构，考虑到公路沿途有砂石、碎石、石灰、粉煤灰供应，根据黑龙江地区路面设计经验和该路材料的供应情况以及结构层的最小施工厚度、材料、水文、交通量以及施工机具的功能等因素，路面采用如下结构：面层：4cm中粒式密级配沥青混凝土AC-167cm粗粒式密级配沥青混凝土AC-25基层：(设计层)水泥碎石(6%)底基层：20cm水泥稳定砂砾(6%)垫层：20cm天然砂砾4.4各层材料的抗压模量和劈裂强度的确定土基回弹模量的确定可查表，各层材料的抗压模量和劈裂强度，由规范查得。以路面弯沉设计值计算路面结构厚度时，采用20℃的抗压模量，验算层底拉应力时用15℃的抗压模量。各层材料的抗压模量和劈裂强度如下表4-6所示:表4-6各层材料的抗压模量和劈裂强度结构层次材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa)15℃劈裂强度(MPa)20℃15℃面层表面层中粒式密级配沥青混凝土AC-164140020001.0下面层粗粒式密级配沥青混凝土AC-257120014000.8基层水泥碎石(6%)设计层1500－0.6底基层水泥稳定砂砾(6%)201300－0.5垫层天然砂砾20180－－土基粘土－40－－注：干燥路段不设垫层，中湿及潮湿路段设置20cm厚天然砂砾垫层。4.5设计指标的确定4.5.1设计弯沉值路面设计弯沉值是表征路面整体刚度大小的指标，是路面设计计算的主要依据。该公路为二级公路，公路等级系数取Ac=1.1；面层是沥青混凝土，As=1.0；基层类型为半刚性基层，Ab=1.0。则:4.5.2各层材料容许拉应力各层材料容许层底拉应力，按公式σR=σSP/KS计算：式中：σR—路面结构层材料的容许拉应力(Mpa)；σSP—沥青混凝土或半刚性材料的极限劈裂强度(Mpa)，对沥青混凝土是15℃的劈裂强度，二灰稳定类材料为龄期为180d的劈裂强度；KS—抗拉强度结构系数。中粒式密级配沥青混凝土：粗粒式密级配沥青混凝土：，水泥碎石：水泥稳定沙砾：总结：设计弯沉值为34.90mm。各层材料抗压模量和容许应力如表4-7所示。表4-7各层材料的抗压模量和容许拉应力材料H(cm)20℃抗压模量容许拉应力中粒式密级配沥青混凝土414000.56粗粒式密级配沥青混凝土712000.45水泥碎石？15000.405水泥石灰沙砾土2013000.264.6路面结构层厚度的计算按等弯沉换算法，将多层体系换算成三层体系：h1=4cmE1=1400Mpah1=4cmE1=1400Mpah2=7cmE2=1200Mpah3=?E3=1500MpaH=？E2=1200Mpah4=20cmE4=1300MpaE0=40MpaE0=40Mpa4.6.1确定理论弯沉系数理论弯沉系数公式如下：其中：ld—设计弯沉值（0.01mm）；δ—当量圆半径（cm）；E1，E2，En-1—各结构层回弹模量（Mpa）；h1，h2，hn-1—各结构层的厚度（cm）；p—标准车轴载轮胎接地压力（Mpa）；F—弯沉综合修正系数，F=1.63[Ld/(2000δ)]0.38(E0/P)0.36；E0—路基回弹模量（Mpa）。代入数值，有：=4.6.2确定设计层厚度由三层体系表面弯沉系数诺模图查得：=6.3，由三层体系表面弯沉系数诺模图查得：K1=1.42，因此；由公式：得由，，，根据三层体系表面弯沉系数诺模图查得，则H=4.1×10.65=43.67cm，则h3=14.58cm，取为h3=15cm。4.7沥青混凝土面层、半刚性基层和底基层层底拉应力验算4.7.1验算沥青面层底部弯拉应力h1=4cmE1=2000Mpah2=7cmE2=1400Mpah=？E1=1400Mpah3=15cmE3=1500MpaH=？E2=1500Mpah4=20cmE4=1300MpaE0=40MpaE0=40Mpa换算后的厚度：H=由三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图查得σ=0<σR=0.48Mpa,故满足要求。4.7.2验算水泥碎石底部拉应力h1=4cmE1=2000Mpah2=7cmE2=1400Mpah3=15cmE3=1500Mpah=？E1=1500Mpah4=20cmE4=1300MpaH=20cmE2=1300MpaE0=40MpaE0=40Mpa=由三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图查得=0.06Mpa。，由三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图查得m1=1.65，m2=1.0。故满足要求。4.7.3验算水泥砂砾土的底部拉应力h1=4cmE1=2000Mpah2=7cmE2=1400Mpah3=15cmE3=1500Mpah=？E1=1500Mpah4=20cmE4=1300MpaH=20cmE2=1300MpaE0=40MpaE0=40Mpa由三层连续体系中层底面拉应力系数诺莫图查得=0.5，由三层连续体系中层底面拉应力系数诺莫图查得，不符合要求。需要加大水泥沙砾土层的厚度。取水泥沙砾土层厚度。由三层连续体系中层底面拉应力系数诺莫图查得=0.28，；；由三层连续体系中层底面拉应力系数诺莫图查得，，符合要求。4.8确定路面结构层综上所述，确定路面结构形式为：4cm中粒式沥青混凝土上面层；7cm粗粒式沥青混凝土下面层；15cm水泥稳定碎石基层；35cm水泥砂砾土层。4.9防冻层厚度检验根据《公路沥青混凝土路面设计规范》（JTGD50－2006）表5.2.4查得最小防冻厚度为60～70cm，在潮湿状态下最小防冻厚度为70～90cm。按照规范要求进行抗冻厚度验算，设计路面结构厚度为：干燥:d=4+7+15+35=61cm，满足最小防冻厚度要求。中湿/潮湿:d=4+7+15+35+20=81cm，满足最小防冻厚度要求。故可不考虑防冻层。PAGE68第五章普通水泥混凝土路面设计5.1交通量分析5.1.1标准轴载与轴载换算我国公路水泥混凝土路面设计规范以汽车轴重为100KN的单轴荷载作为设计标准轴载，后轴载大于40KN（单轴）的轴数均应换算成标准轴数，其公式为：。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i级轴载的总重；n—轴型和轴载级位数；Ni—各类轴型i级轴载的作用次数；δi—轴-轮型系数，单轴-双轮组时，δi=1.0；单轴-单轮时，按式计算；双轴-双轮组时，按式计算；三轴-双轮组时，按式计算。轴载换算结果如表5-1所示。表5-1轴载换算结果车型Pi(KN)δiNi（次/日）δiNi(pi/100)16解放CA10B前轴19.41585—后轴60.8510.21黄河JN150前轴49.0185—后轴101.61109.58依土兹TD50前轴42.2145—后轴9018.34东风EQ140前轴23.71295—后轴69.210.82∑Ns118.955.1.2设计年限内设计车道的标准轴载累计作用次数混凝土路面临界荷载车辆轮迹横向分布系数表5-2所示。表5-2混凝土路面临界荷载车辆轮迹横向分布系数公路等级纵缝边缘处高速公路、一级公路、收费站0.17～0.22二级及二级以下公路行车道宽>7m0.34～0.390.54～0.62行车道宽≤7m注：车道或行车道或者交通量较大时，取高值；反之，取低值。由《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40－2002)可知收费站设计基准期t=12年，临界荷位车辆轮迹横向分布系数=0.2，代入公式求得：次由《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40－2002)表3.0.5可知该路段交通等级为：中等交通（3×100～100×100）。5.2初拟路面结构根据《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40－2002)可知，水泥混凝土面层应具有足够的强度、耐久性、表面抗滑移、耐磨性、平整性。面层一般采用设接缝的混凝土，普通混凝土面层板一般采用矩形，其纵向和横向接缝应垂直相交，纵缝两侧的横缝不得相互错位；纵向接缝为平缝，间距按路面宽度在3.0m~4.5m之间确定。普通混凝土面层横向接缝的间距一般为4~6m，面板的长宽比不宜超过1.30，尺寸不宜超过25m2。根据《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40－2002)表3.0.1可知，相应安全等级二级的变异水平等级为中级。根据二级公路、中等交通等级和中级变异水平等级，查规范中表4.4.6给定的水泥混凝土面层厚度的参考范围，初拟普通混凝土面层厚度为22cm；基层选用水泥稳定粒料基层，厚度为20cm；垫层选用天然砂砾，中湿路段厚度为20cm，潮湿路段厚度为40cm。混凝土面板的平面尺寸：宽为中央分隔带至路肩为3.5m，长4m。纵缝为设拉杆的平缝，横缝为不设传力杆假缝。路面各层结构厚度汇总如表5-3所示。表5-3路面各层结构厚度结构层材料名称厚度（㎝）面层（面板）普通水泥混凝土（长4m，宽3.75m）22基层水泥稳定碎石20垫层天然砂砾（中湿路段）20天然砂砾（潮湿路段）405.3路面材料参数确定由《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40－2002)表3.0.6可知普通混凝土面层的弯拉强度标准值为4.5MPa，相应弯拉弹性模量标准值为31×100MPa。查附录F.1，路基回弹模量取40MPa。查附录F.2，天然砂砾垫层回弹模量取200MPa，水泥稳定粒料基层回弹模量取1500MPa。面板（面层）:22cmEc=31×100MPa水泥稳定碎石：20cmE1=1500MPa天然砂砾:20cmE2=200MPa路基:E0=40MPa按《规范》式(B.1.5)计算基层顶面当量回弹模量如下其中：Ex—基层和底基层或垫层的当量回弹模量(MPa)Dx—基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度(MN-m)hx—基层和底基层或垫层的当量厚度(m)Et—基层顶面的当量回弹模量(MPa)a、b—与Ex/E0有关的回归系数。普通混凝土面层的相对刚度半径按《规范》式(B.1.3.2)计算为5.4计算荷载疲劳应力按《规范》式(B.1.3)，标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为:因纵缝为拉杆平缝，传荷能力应力折减系数Kr=0.87，考虑设计基准期内荷载应力累积疲劳作用的疲劳应力系数，根据公路等级，由《规范》表B.1.2，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏的影响综合系数按《规范》式(B.1.2)荷载疲劳应力为：5.5计算温度疲劳应力由《规范》表3.0.8，Ⅱ区最大温度梯度取88(℃/m)。板长为4m，，由《规范》图B.2.2可查普通混凝土板厚h=0.22m，=0.76，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:其中：σtm—最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力（Mpa），按B.2.3条确定；αc—混凝土线膨胀系数（1/℃），通常可取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，按l/r和h查用图B.2.2确定；l—板长。即横缝间距（m）。其中：kt—考虑温度应力累计疲劳作用的疲劳应力系数，按式B.2.3确定；—水泥混凝土弯沉强度标准值（Mpa）;a、b和c—回归系数，按所在地区的公路自然区划查表B.2.3（即表5-4）确定。表5-4回归系数a，b和c系数公路自然区划ⅡⅢⅣⅤⅥⅦa0.8280.8550.8410.8710.8370.834b0.0410.0410.0580.0710.0380.052c1.3231.3551.3231.2871.3821.270该路段设计自然区为Ⅱ区，由表5-4知：a=0.828，b=0.041，c=1.323。温度疲劳应力为σtr—临界荷位处的温度疲劳应力（Mpa）；查《规范》表3.0.1，二级公路的安全等级为二级，相应于二级安全等级的变异水平等级为中级，目标可靠度为85％。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=1.13。5.6应力验算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，其表达式为：因而，所选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。5.7防冻厚度检验由规范知水泥混凝土路面防冻厚度0.5m，路面总厚度为0.62m，0.5m<0.62m故满足要求。5.8接缝设计混凝土面层由一定厚度的混凝土板所构成，它具有热胀冷缩的性质。为避免由温度产生的应力破坏，故在混凝土板中设置横缝与纵缝。5.8.1纵向接缝纵缝是指平行于混凝土路面行车方向的那些接缝。纵缝间距按4m设置，这对行车和施工都较方便。当双车道路面按全幅宽度施工时，纵缝可做成假缝形式。为了有利于板间传递荷载，也可采用企口式纵缝，缝壁应涂沥青，缝上部应留有宽5mm的缝隙，内浇灌填缝料。为防止板沿两侧路拱横坡滑动，拉开和形成错台，以及防止横缝搓开，可在关键路段纵缝上设置拉杆，拉杆长60cm，直径20mm，间距1.5m并进行防锈处理。5.8.2横向接缝横向接缝是垂直于行车方向的接缝，共有三种：缩缝、胀缝和施工缝。缩缝保证板因温度和湿度降低而收缩时沿该薄弱断面缩裂，从而避免产生不规则的裂缝。胀缝保证板在温度升高时能部分伸张，从而避免产生路面板在热天的拱胀和折断破坏，同时起到缩缝的作用，另外，每日施工结束或因临时原因中断施工时，必须设置施工缝，其位置应尽可能选在缩缝或胀缝处。无论是哪种形式的接缝处，板体都不可能完全连续，其传递荷载的能力均无法达到连续板体的要求。而且任何形式的接缝都不免要漏水。因此，对各种形式的接缝，都必须提供相应的传荷与防水设施。(1)胀缝的构造：胀缝宽20mm，缝隙上部3~4cm深度内浇灌填缝料，下部则设置富有弹性的填缝板，它可用油浸或者沥青浸制的软木板制成。缝内设置填缝料和可滑动的传力杆。胀缝的构造如下图5-1所示。传力杆其尺寸和间距可由《公路水泥混凝土路面设计规范》JTGD40-2002表5.2.5选用，本设计选用传力杆直径30mm，传力杆最小长度400mm，传力杆最大间距300mm。图5-1胀缝构造（尺寸单位：mm）(2)缩缝的构造：缩缝一般采用假缝形式即只在板上部设缝隙，当板收缩时即沿此最薄弱断面有规则的自行断裂。深度为板厚度的1/5~1/4，一般为5~6cm，宽度为3~8mm。本设计横向缩缝采用假缝，缝隙宽5mm，深度5cm。假缝缝隙内亦须浇灌填缝料，以防地面水下渗及石砂杂物进入缝内。一般不用设置传力杆，其构造如图5-2b)所示。但对于具体繁重或地基水文条件不良的路段，应采在板厚中央设传力杆，其构造如图5-2a)所示。a）设传力杆假缝型b）不设传力杆假缝型图5-2横向缩缝构造（尺寸单位：mm）(3)施工缝构造：设在缩缝处的施工缝，应采用传力杆的平缝形式，其构造如图5-3a)所示;设在胀缝处的施工缝，其构造与胀缝相同.遇有困难需设在缩缝之间时，施工缝采用设拉杆的企口缝形式，其构造如图5-3b)所示。缝上部应设置深为3cm，宽为6mm的沟槽，内浇灌填缝料。为利于板间传递荷载，在板厚中央应设置传力杆，长约40cm，直径20cm，半段锚固在混凝土中，另半段涂沥青或者润滑油。a)设传力杆平缝型b）设拉杆企口缝型图5-3横向施工缝构造（尺寸单位：mm）第六章涵洞及排水设计6.1涵洞的设计公路涵洞设计的作用分为永久作用、可变作用和偶然作用三类。永久作用的标准值，对结构自重（包括结构附加重力），可按结构构件的设计尺寸与材料的重力密度计算确定；可变作用的标准值应按《公路桥涵设计规范》JTGD60-2004有关章节中的规定采用；偶然作用应根据调查、试验资料，结合工程经验确定其标准值。公路涵洞结构设计应考虑以上可能同时出现的作用，按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行作用效应组合，取其最不利效应组合进行设计。涵洞孔径的设计必须保证设计洪水以内的各级洪水及流冰、泥石流、漂流物等安全通过，并应考虑壅水、冲刷对上下游的影响，确保涵洞附近路堤的稳定。根据当地的地质及地理条件，该设计的涵洞孔径均为1.0米。涵洞的布置应根据公路功能及等级、通行能力，结合地形、河流水文、河床地质、同行要求、河堤防洪、环