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道路设计之道路横断面设计和路基设计

本站     2020-3-23 11:09:42    

1设计原始资料和总原则及依据
1.1设计原始资料
1.1.1地形、地貌
此路线区位于南秦岭东段山区,北部为中低山,南部为低山丘陵和河谷阶地,地势总体北高南低,地形起伏较大,海拔在650-1460m之间,相对高差约800m。

 地貌单元可划分为流水切割褶皱-断块中山地貌,流水侵蚀、剥蚀-断块低山地貌,剥蚀低山-丘陵地貌和河谷阶地地貌四种类型。
流水切割褶皱-断块中山地貌单元位于杨岩至下官坊段,山脊线连续,山坡多为陡坡,沟谷狭窄,多呈V型,局部呈U型,海拔820-1460m,相对高差350-500m;流水侵蚀、剥蚀-断块低山地貌单元位于下官坊至王家坪段,山坡多为陡坡和中坡,沟谷较狭窄,多呈U型,海拔680-1300m,相对高差280-350m;剥蚀低山-丘陵地貌单元位于王家坪至高家村段,山岭低缓,山坡多为缓坡,沟谷呈U型,海拔670-880m,相对高差110-220m;河谷阶地地貌单元位于高家村至赵家村段,地形开阔平缓,河床较宽,一、二级阶地发育,海拔650-780m,相对高差20-30m。
1.1.2地质、地震、气候、水文等自然地理特征
(1)地层岩性
路线区出露第四系全新统、上更新统、中更新统,第三系下统山阳组,泥盆系上统桐峪释寺组、下统青石垭组和池沟组、牛耳川组地层。
(2)地质构造
路线区主要地质构造有东西纬向构造体系、南北向构造和山阳红盆地。
东西纬向构造体系是区域内主要构造,其次级构造单元包括三十里铺断褶带、庙咀子-扁石河断裂-岩浆岩带和西芦山-桐峪寺复式向斜。主要断裂有庙咀子-西牛槽(老)断裂带、庙咀子-扁石河断裂带、沙河湾-九台字断褶带、刘岭槽-黑山断裂带和碾盘村-晚阳沟断裂,主要褶皱有王庄-桐峪寺褶皱带和崔家沟-九岔沟褶皱带。
路线区位于秦岭复合造山带中段南秦岭造山带构造单元,北侧为北秦岭造山带,两构造单元以黑山断裂为界。属南北秦岭造山带拼接段和南秦岭造山带内,褶皱、断裂发育,地质构造复杂。南秦岭造山带由新元古界耀领河岩组变质过度基底和震旦系—石炭系沉积盖层组成,基底为太古界。岩浆活动较发育,以海西期闪长岩、印支期花岗岩为主。为叠瓦式推覆—褶皱构造带。断裂构造以东西向为主,北西向、北东向次之,南北向局部发育。
南北向构造主要位于路线区西侧,包括原子街-耳扒沟带、大圣岭-雷家沟断裂带、大圣岭-冯家沟断裂带和扫帚沟-韩家山沟向斜。
山阳红盆地位于山阳县河南北,盆地经喜山运动隆起,形成宽缓褶曲。
(3)工程地质
该区属秦岭造山带,地质单元多,构造活动强烈,晚近构造作用,使秦岭山脉不断抬升,河谷切割加剧,地势陡峻,地貌类型复杂,岩体类型多样,稳定性差。由于自然条件差异,本区基岩区风化程度高,基岩表层破碎强烈,松散堆积层非常广泛,构成滑坡、泥石流等自然灾害多发区,并具有活动性强、频次高、危害大等特点。沿线的不良地质现象主要有崩塌、滑坡、泥石流、软弱地基等类型。
(4)水文地质
路线区除下桃源2#隧道属丹江流域麻池河水系外,其余隧道属汉江流域金钱河水系,涉线的主要河流为麻池河、西河、甘河和县河,县河为金钱江支流,发源于山阳县鹃岭,由东向西汇聚桐木沟河、甘河、西河、峒峪河后,在色河铺附近与二峪河相汇,折而向南汇入金钱河。西河、甘河为县河支流,流向由北向南,次级支沟众多。中山区河道狭窄,比降较大,低山区河道较宽阔,比降较小;南段主要沿县河河谷布设,河床宽阔平缓,比降小。县河及麻池河、西河、甘河均常年流水,枯水期流量较小,丰水期流量较大,汛期流量骤增,易形成洪水灾害。
①地下水主要类型
本区地下水主要类型可分为以下3类:
潜水为最发育类型之一,是形成地表水径流的主要来源,赋存状态与第四纪松散堆积层特征有关。基本埋深为15~20m,本区第四纪松散堆积层分布相对较少,厚度一般≤20m,主要由冲积、洪积层、一级阶地和少部分高阶地(二级或二级以上阶地)、坡积、残坡积组成。富水性在冲、洪积层中最好,阶地次之,坡积、残坡积中较差。基岩中潜水多赋存在风化壳或破碎构造岩中,比土体的富水性要差。
上层滞水形成于各类基岩岩体和构造破碎岩体风化带中,属大气降水受局部隔水层所阻,停滞于不同岩体、土体及风化层中所形成。富水性受气候(降水)、地形地貌、岩性及构造发育程度等因素控制。富水性中等。
承压水在工作区主要表现为泉水,与区域断裂结构、裂隙、节理构造、顺层剪切构造等密切相关,埋深较潜水、上层滞水要深。发育于山地断裂破碎带中的众多泉水,均属承压水。另外花岗质岩石、变质火山岩中的裂隙水也可形成承压水。承压水活动可导致岩体溶解、蚀变、风化及组构上的变化,造成岩体类别降低,形成软体岩石而不稳定。
②地下水补给、径流和排泄
路段内地下水主要流迳于地表河道,主要补给源为大气降水,水体的丰沛和枯萎与大气降水的多寡成正比。
本路段位于秦岭南坡,水系的分布走向基本取向南北,地表水流向自北向南,地下水总体径流方向呈东北向西南流入金钱河,再归入汉江。地表水接受了大量大气降水后由地表快速下渗到岩层空隙和裂隙,沿裂隙和层隙自高向低排入河谷,后以泉水(多以下降泉)形式排出。
(5)地震
本区处于我国大陆地壳内古板块地体拼接的地带。有记录的地震活动,一般都与活动断裂,特别是形成并控制盆地的地体拼合带继承性活动断裂相关。
据陕西活动性断裂与地震震中分布图(1980)显示,区内规模较大的活动性断裂有7条(F1—F7),走向主要呈东西和北西西向,属板块边界和区域性深大断裂带,新生代以来有明显活动。这些断裂带与主干断裂的截切部位是潜在地震的多发区。地震灾害对该段公路建设和防护影响不大,但不能忽视活动断裂带及其所造成的岩石破碎和诱发的其他地质灾害。
业主已安排进行地震安全性评价工作,有关断裂的活动性和地震参数以地震安全性评价结果为准。
(6)气象
路线地处山区,气候垂直变化较大,区内河谷年平均气温11~14℃,一月平均气温0.5℃,七月平均气温25.6℃,极端最高气温37.1~40.8℃,极端最低气温-12.1~-18℃,年平均降雨量750~850毫米,50%的降水集中于七、八、九三个月,夏多暴雨,间有春、伏旱,秋有连阴雨。山区气温相对河谷区较低。
(7)水文
本项目区域属于汉水流域,区内一级支流水系为乾佑河、金钱河和丹江,大部分河段弯度较大,落差明显,省内金钱河年平均流量37.1立方米/秒,最大洪峰量2040立方米/秒,最小枯水流量3.26立方米/秒。
路线沿线河流主要有南秦河、赤水峪、西河和县河。南秦河年平均流量49.6立方米/秒,最大洪峰量1790.2立方米/秒,最小枯水流量13.7立方米/秒;赤水峪年平均流量8.3立方米/秒,最大洪峰量299.2立方米/秒,最小枯水流量2.3立方米/秒;西河年平均流量31.2立方米/秒,最大洪峰量866.6立方米/秒,最小枯水流量9.4立方米/秒;县河年平均流量66.7立方米/秒,最大洪峰量1856.4立方米/秒,最小枯水流量20.1立方米/秒。
1.1.3沿线筑路材料、水、电等建设条件
(1)沿线筑路材料
沿线筑路材料比较丰富,四季宜采,运输方便,以购买为主。对于外购和内采材料,分别调查了其类型、储量、价格、运距等资料,并与协作单位签定了书面协议。在两阶段外业勘察过程中已选取样品进行室内材料物理力学性质和混合料配合比设计试验。
(2)水
路线所经处有南秦河、赤水峪、西河、县河等天然河流,水质纯净,对混凝土无侵蚀性,供应充足,均可作为工程用水。
(3)电
沿线电力情况供应良好,110KV、35KV、10KV输电线路基本沿路线走向布设,具体工程用电可与地方电力部门协商解决。同时建议施工单位也要准备一定量的自发电,以备急需。
1.1.4交通量资料
表1-1交通量表(山区四车道一级)
车型 小汽车 黄河JN360 长征XD160 解放CA10B 太脱拉138S
交通量(辆/日) 2500 800 900 1000 700
预测交通量增长率为7%
1.2总体设计原则
根据《公路工程技术标准》(JTGB01-2003)的要求,交通量的预测情况及公路的使用功能,确定总体设计原则如下:
(1)采用的技术标准必须满足公路的使用任务、功能和远景交通量的需要。
(2)避免不必要的浪费,项目建设时应适当超前考虑。
(3)尽量利用老路及山地,以降低造价。
(4)尽量选择高差较低的地段修路,减小工程量和土石开挖量,减小造价。
(5)沿线的中小城镇采取“离而不远,近而不进”的原则,通过人口稠密地区时,在现有详细调查资料基础上,进行了多方案比较,尽可能减少房屋的拆迁量。除考虑房屋拆迁外,对管线的避让和动迁在初步设计选线时也进行了重点考虑,并作为线位的重要控制点。
2平面设计
2.1路线方案的拟定原则和方
2.1.1路线方案设计原则
坚持以人为本,树立安全至上的理念,坚持人与自然之间的和谐,树立尊重自然,保护环境的理念,坚持可持续发展,建立资源的概念养护;坚持质量第一,树立公众满意的经营理念;坚持技术指标,建立创意设计的概念,坚持系统论的想法,建立生命周期成本的概念。
做到设计路面平坦,垂直和水平的一体化设计,做到合理利用地形,正确的使用标准,以达到适当的平面顺,纵向平衡,水平表面上是合理的。沿地形,地形,地质,水文,筑路材料等自然条件,合理使用各项技术指标良好的道路和其他道路的交通要道,路口和项目合作与协调处理。
在确保线性设计“安全,环保,舒适,和谐”,并尽可能减小的房子拆迁的前提下,少占肥沃的土地,减少高填深挖,减少工程对环境的损害以及工程造价。
路基、路面设计以就地取材、保证质量、节省投资为设计原则,做好路基防护工程设计和路基、路面排水综合设计。
桥涵设计遵循安全,经济,美观的设计原则,优先使用新技术,新工艺,新结构,新材料。根据因地制宜,就地取材,方便施工和维护的原则,选择桥型,满足安全阀设计洪水流量,以满足灌溉要求的综合利用确定跨越
随着公路景观设计,道路和桥梁,涵洞,立交的发展,人造建筑与自然景观等设施的协调,并使用绿色或增加辅助工程设施,以改善道路和地形环境,重点消除道路建设造成自然景观的破坏。
2.1.2路线方案选线原则
(1)应着眼于所经过的路由的生态环境,地理,地形,地质特征和

 

差异,按拟定的各控制点由面到带、由带到线,由浅人深、由轮廓到具体,进行比较、优化与论证。同一起、终点的路段内有多个可行路线方案时,应对各设计方案进行同等深度的比较。
(2)影响选择控制点的因素多且相互关联、又相互制约,应根据公路功能和使用任务,全面权衡、分清主次,处理好全局与局部的关系,并注意由于局部难点的突破而引起的关系转换给全局带来的影响。
影响控制点因素和相互联系,又相互制约的选择,应根据道路功能和任务权衡,优先次序,处理好全局和局部的关系,注意转换之间的关系由于当地困难冲破它HTO全球性的影响。
(3)应对路线所经区域、走廊带及其沿线的工程地质和水文地质进行深入调查、勘察,查清其对公路工程的影响程度。遇有滑坡、崩塌、岩堆、泥石流、岩溶、软土、泥沼等不良工程地质的地段应慎重对待,视其对路线的影响程度,分别对绕、避、穿等方案进行论证比选。当必须穿过时,应选择合适的位置,缩小穿越范围,并采取切实可行的工程措施。
(4)应充分利用建设用地,严格保护农用耕地。
(5)国家文物是不可再生的文化资源,路线应尽可能避让不可移动文物。
(6)保护生态环境,并同当地自然景观相协调。
(7)高速公路、具干线功能的一级公路同作为路线控制点的城镇相衔接时,以接城市环线或以支线连接为宜,并与城市发展规划相协调。
(8)路线设计是立体线形设计,在选线时即应考虑平、纵、横的相互组合与合理配合。
(9)选线时应重视环境保护,注意由于道路修筑以及汽车运行所产生的影响与污染等问题,具体应注意以下几个方面:
①路线对自然环境与资源可能产生的影响;
②占地、房屋拆迁所带来的影响;
③路线对城镇布局、行政区划、农耕区、水利排灌体系等现有设施造成分割,而产生的影响;
④噪声对居民生活的影响;
⑤汽车尾气对大气、水源、农田所造成的影响;
⑥对自然环境的影响和污染的防治措施及其对政策实施的可能性。
2.1.3路线方案选线方法
路线选择方法有实地选线,纸上选线,和软件自动选线三种,见下表
2.1.4选线的步骤
一条路线的选定是一项研究范围由大到小、工作深度由粗到细、工作方法由轮廓到具体,逐步深入的工作。一般要经过以下三个步骤:
2.1.5山岭重丘区选线特点
(1)局部方案多。由于山岭重丘区的山岗、谷地较多路线走向的灵活性大,可行的布线方案一般比较多,一条路线的最终确定往往需要经过多方案的比较。
(2)需要路线平、纵、横三方面相互协调、密切配合。由于山岭重丘区地形的迂回曲折和频繁起伏,平、纵、横三方面相互之间的约束和影响较大,若三者组合合理,可以提高线形技术标准。
(3)路基形式以半填半挖为主。由于山岭重丘区的地形特点决定了路线所经地面常有一定的横坡,但是横坡一般并不太陡,路线与农林用地和水利设施的矛盾较大。山岭重丘区选线应结合地形合理选用技术指标,使平面适当曲折,纵面略有起伏,横面稳定经济,线形指标的变化幅度较大,既不像平原区一般多用高指标,也不像山岭区多用接近低限指标。
2.2路线线型方案比选
此次毕业设计所设计的公路的地形,是商州至陕豫界一段较为复杂的地形,地势较高,地形起伏大,群山连绵,在此基础上我选择了两条线型进行比选。根据公路地形图初步拟定两条线路(如图2-1),在此以方案一和方案二作具体方案对比:
根据公路地形图初步拟定两条线路(如图2-1),在此以方案一和方案二作具体方案对比:
方案一:路线总长1972.396m,路线中设置一条平曲线,为直线—圆曲线—直线,曲线具体参数见表2-2。
表2-2方案一圆曲线要素
交点数 α R L T E J
1
1500m 295.78m 148.239m 3.23m 0.701m
此方案顺山走势设线,线型比较平顺,圆曲线半径为1500m,不需要设置缓和曲线及超高,线型基本符合规范要求。但此路线会穿越居民区,会有一定程度的拆迁,经济上造成浪费较大。此线型排水不是很有利,线路基本都是穿越山谷地势较低排水难度大,进入雨季排水无法达到设计要求。
交点 α Ls R T L E
JD1
160.000 600 313.097 588.839 63.661
JD2
70.000 200 109.281 211.646 14.317
方案二:路线全长1994.87m,直线接缓和曲线接直线再接缓和曲线再接直线(两个交点)
表2-3方案二圆曲线要素
此方案走势更符合线型平顺要求,有两段圆曲线,圆曲线半径分别是600m和300m,为满足规范要求,分别在2段圆曲线前加设了缓和曲线,缓和曲线的长度分别是160m和60m满足规范要求。为了避免方案一中的大量拆迁的弊端,方案二的路线避开了居民区,节约了大量拆迁的费用。方案二的排水也更加合理,此地形来看,方案二的线型顺山底走但又高于山底,水可以直接排往山沟底。
综上所述,方案一与方案二各有的优缺点,但方案二从经济及环保角度更加合理,排水也比较有利,综合各因素考虑选择方案二
2.3道路等级的确定
公路根据交通量及其使用功能、性质分为五个等级:高速公路、一级公路、二级公路、三级公路和四级公路,划分依据如下
2.3.1已知资料
表2-5通量组成表
车型 小汽车 黄河JN360 长征XD160 解放CA50 太脱拉111S
交通量(辆/日) 2500 800 900 1000 700
交通量预计年增长率为7%
表2-6汽车代表车型及折减系数
汽车代表车型 汽车折算系数 说明
小客车 1.0 19座的客车和载质量 2t的货车
中型车 1.5 >19座的客车和载质量>2t~7t的货车
大型车 2.0 载质量>7t~14t的货车
拖挂车 3.0 载质量>14t的货车
表2-7轮轮迹横向分布系数( )
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>7m 0.34-0.39
行车道宽<7m 0.54-0.62
注:车道或行车道宽或者交通量较大时,取高值;反之,取低值。
2.3.2交通量的计算和道路等级的确定
根据《公路工程技术标准》(JTGB01-2003)可得,高速公路和具干线功能的一级公路的设计交通量应按20年预测,具集散功能的一级公路以及二、三级公路的设计交通量应按15年预测,因此,此设计路线的设计使用年限为15年。
计算远景设计年限平均昼夜交通量由以下公式计算:`
Nd=N0(1+γ)n-1(2-1)
式中:Nd-------远景设计年平均日交通量,辆/日;
N0-------起始年平均日交通量,辆/日;
γ---------年平均增长率,取6%;
n---------远景设计年限,取15年;
则远景设计年限交通量Nd:
综上所述:由远景设计年限交通量Nd=17534辆/日,查《公路工程技术标准》,拟定该公路为一级公路四车道。但是由于地形起伏较大,为了保证车辆安全,故在此路段限速设计,设计车速为60km/h。
2.4道路技术指标确定
2.4.1查相关资料确定主要技术标准
表2-8路技术指标
序号 项目 单位 主要技术指标
1 设计车速 km/h 60
2

路基宽度 一般值 m 23.00
最小值 20.00
3 平曲线
半径 一般值 m 200
极限值 125
不设超高最小半径 路拱≤2.0% m 1500
4 平曲线最小长度 m 300
缓和曲线最小长度 m 50
5 最小纵坡 % 0.3
6 最大纵坡 % 6
7 最小坡长 m 150
8 相应纵坡的最大坡长 3% m 1200
4% 1000
5% 800
6% 600
9 停车视距 m 75
10 竖曲线
半径 凸形 一般值 m 2000
极限值 m 1400
凹形 一般值 m 1500
极限值 m 1000
11 竖曲线最小长度

 

m 50
12 平曲线最大超高 % 8
2.5平曲线要素计算
取JD1作为算例,具体计算如下:
J1处:取圆曲线半径R=600m,缓和曲线长度确定如下:
, ,取 
因此曲线的几何要素为:偏角α=55°30′06″,半径R=600m, 
切线长 
曲线长 
外距 
校正数 
其中 , , 
主点桩号计算如下:
JD1桩号为K0+563.2,
直缓点桩号:ZH=JD1-170.54=K0+603.944
缓圆点桩号:HY=ZH+105=K0+763.944
曲中点桩号:QZ=ZH+324.859/2=K0+885.959
圆缓点桩号:YH=HZ-105=K1+007.914
缓直点桩号:HZ=ZH+324.859=K1+167.914
依据道路平面线性设计保持原设计方案平面线形的原则,设计了道路平面图。道路平面线性总体较平顺,全段设2处平面曲线,半径分别为:600m和300m。设计起点坐标:X=4773.6916,Y=24.7621;终点坐标:X=6594.1275,Y=586.1258。主要交叉口1处,为终点K1+130.169处与淮海路交叉。各桩号坐标表见下
表2-9逐桩坐标表
X坐标 Y坐标
0 0
1.867 19.912
3.734 39.825
5.602 59.737
7.469 79.650
9.337 99.563
11.204 119.475
13.071 139.388
14.939 159.301
16.806 179.213
18.674 199.126
20.541 219.038
22.409 238.951
24.276 258.864
26.143 278.776
28.011 298.689
29.878 318.602
31.746 338.514
33.613 358.427
35.481 378.339
37.348 398.252
39.215 418.165
41.083 438.077
42.950 457.990
44.818 477.903
46.685 497.815
48.553 517.728
50.420 537.640
52.287 557.553
54.155 577.466
56.022 597.378
56.391 601.305
57.897 617.290
59.838 637.196
61.929 657.086
64.252 676.951
66.889 696.776
69.923 716.544
73.433 736.233
77.500 755.8146
78.374 759.660
82.194 775.254
87.534 794.528
93.513 813.612
100.124 832.487
107.361 851.130
115.216 869.523
123.679 88.630
132.741 905.471
142.392 922.987
152.622 940.172
163.418 957.006
174.770 973.471
179.448 979.929
186.662 989.551
199.043 1005.257
211.838 1020.628
224.976 1035.707
238.389 1050.542
252.010 1065.187
265.777 1079.694
279.628 1094.122
285.160 1099.864
293.505 1108.524
307.383 1122.925
321.261 1137.326
335.139 1151.728
349.017 1166.129
362.895 1180.531
376.773 1194.932
390.651 1209.334
404.529 1223.735
418.407 1238.136
432.285 1252.538
446.163 1266.939
551.147 1411.227
557.639 1430.140
562.856 1449.444
563.372 1451.680
566.826 1469.043
569.871 1488.809
572.426 1508.645
572.708 1510.923
574.880 1528.494
577.333 1548.343
579.786 1568.191
582.239 1588.040
584.693 1607.889
587.146 1627.738
589.599 1647.587
592.053 1667.436
594.506 1687.285
596.959 1707.134
599.413 1726.983
601.866 1746.832
604.319 1766.681
606.772 1786.530
609.226 1806.379
610.954 1820.361
3纵断面设计
沿着道路中线竖直剖开然后展开即为道路纵断面,它反映了道路中线地面高低起伏的情况及设计路线的纵向坡度情况,从而可以看出纵向土石方工程的挖填情况。把道路的纵断面图与平面图结合起来,就能完整的表达出道路的空间位置。
3.1设计标准
(1)竖曲线的纵坡坡度、最小曲线半径等规定见表3-1,
表3-1竖曲线要素规定
设计时速 60km/h
最大纵坡 7%
最小坡长 120m
纵坡最大坡长 500m
凸形竖曲线最小半径 一般值 700m
极限值 450m
(2)关于设计过程中的“平纵配合”
①关于平纵配合的设计原理
a应在视觉上能自然地引导驾驶远的视线,并保持视觉的连续性。
b平纵线形的技术指标大小应保持平衡。
c选择组合得当的合成坡度,以利于路面排水和行车安全。
d注意与道路周围环境配合,它可以减轻驾驶员的疲劳和紧张程度,并可起到引导视线的作用。
②平行线与竖曲线应组合设计
应满足“平包竖”的要求,即最好应是竖曲线的起终点分别放在平曲线的两个缓和曲线内。
3.2竖曲线设计

竖曲线是设在纵断面上两个坡段的转折处,为了便于行车,起缓和作用的一段曲线。竖曲线的形式可采用抛物线或圆曲线,在使用范围二者几乎没有差别。
竖曲线诸要素的计算:
(1)计算竖曲线要素
如图3-1所示,i1和i2分别为两相邻两纵坡坡度,ω=i2-i1,ω为“+”时,表示凹形竖曲线;ω为“-”时,表示凸形竖曲线。
竖曲线长度L或竖曲线半径R:
或 (3-1)
竖曲线切线长T:
(3-2)
竖曲线任意一点竖距h:
(3-3)
竖曲线外距E:
或 (3-4)
以变坡点1为例计算如下:
K0+410,高程为542.9m,i1=5.19%,i2=1.55%,ω=i2-i1=1.55%-5.19%=-3.64%,为凸形。取竖曲线半径R=5000m。
曲线长 =5000×3.64%=182.300m
切线长 =91.200m
外距 =0.831m
(2)计算设计高程
竖曲线起点桩号=K0+410-T=K0+318.800
竖曲线起点高程=474+T×3.64%=537.793m
3.4设计成果
从起点开始,原地貌的角度在3.5%左右,依据实际

 

高度,取 =3.88%,又由于整条路线呈凸型,再依据“平包竖”的要求,设计了另外两个变坡点 =-1.65%, =-4.95%
表3-2竖曲线各要素表
交点 R(m) L(m) T(m) E(m)
SJD1 5000.00 182.300 91.198 0.831
SJD2 5000.00 265.297 132.648 1.759
表3-3纵断面设计表
地面高程 设计高程 填方高度
512.042 521.548 9.506
512.253 522.588 10.334
513.906 523.628 9.722
512.420 524.668 12.247
512.493 525.708 13.214
515.440 526.747 11.307
521.714 527.787 6.074
516.000 528.827 12.828
519.346 529.861 10.522
527.305 530.907 3.602
528.932 531.947 3.015
540.262 532.987 -7.275
542.047 534.027 -8.016
528.834 535.067 6.233
532.262 536.107 3.846
550.152 537.147 -13.005
552.846 538.187 -14.659
545.966 539.182 -6.784
552.162 540.097 -12.064
554.046 540.932 -13.114
545.352 541.687 -3.665
532.342 542.363 10.021
528.460 542.958 14.497
521.432 543.473 22.041
520.168 543.908 23.741
520.059 544.263 24.204
521.030 544.574 23.543
522.218 544.884 22.666
520.261 545.194 24.933
519.443 545.505 26.062
520.010 545.815 25.805
520.139 545.876 25.737
520.512 546.126 25.614
520.268 546.436 26.168
520.197 546.746 26.549
520.379 547.057 26.677
521.383 547.367 25.984
522.914 547.677 24.764
523.675 547.988 24.312
523.687 548.298 24.611
523.688 548.359 24.672
523.545 548.608 25.063
523.459 548.919 25.46
523.912 549.229 25.317
524.722 549.539 24.817
525.512 549.850 24.337
526.217 550.160 23.943
528.000 550.471 22.471
528.674 550.781 22.107
530.389 551.0918 20.702
534.000 551.402 17.402
534.000 551.712 17.713
537.329 552.022 14.693
540.786 552.146 11.36
544.608 552.333 7.725
549.515 552.643 3.128
549.764 552.953 3.189
554.649 553.264 -1.385
560.058 553.574 -6.484
566.911 553.885 -13.026
573.020 554.194 -18.826
571.981 554.454 -17.527
570.764 554.535 -16.229
569.981 554.634 -15.348
573.462 554.734 -18.729
567.484 554.753 -12.731
571.236 554.693 -16.543
575.901 554.553 -21.348
573.950 554.333 -19.617
580.341 554.032 -26.308
580.525 553.652 -26.872
580.741 553.192 -27.549
579.613 552.652 -26.962
572.912 552.031 -20.881
568.163 551.331 -16.832
563.902 550.581 -13.321
561.807 550.239 -11.568
559.108 549.830 -9.278
554.124 549.079 -5.045
545.876 548.329 2.452
544.006 547.986 3.981
544.000 547.578 3.578
542.210 546.827 4.617
542.714 546.076 3.362
539.335 545.325 5.99
538.626 544.574 5.948
537.713 543.824 6.111
536.180 543.073 6.893
536.000 542.987 6.987
535.207 542.322 7.115
534.003 541.571 7.568
535.015 540.820 5.805
535.078 540.734 5.656
534.780 540.069 5.289
534.780 539.319 4.538
534.780 538.568 3.787
534.780 537.817 3.037
534.296 537.066 2.77
533.875 536.315 2.44
529.460 535.565 6.104
529.485 534.814 5.328
529.833 534.063 4.23
529.220 533.312 4.092
529.220 532.561 3.341
529.220 531.810 2.59
528.257 531.060 2.802
528.171 530.309 2.138
528.987 529.558 0.571
4道路横断面设计路基设计
4.1横断面设计
4.1.1横断面设计原则
(1)设计应根据公路等级、行车要求和当地自然条件,并综合考虑施工、养护和使用等方面的情况,进行精心设计,既要坚实稳定,又要经济合理。
(2)路基设计除选择合适的路基横断面形式和边坡坡度等外,还应设置完善的排水设施和必要的防护加固工程以及其他结构物,采用经济有效的病害防治措施。
(3)还应结合路线和路面进行设计。选线时,应尽量绕避一些难以处理的地质不良地段。对于地形陡峭、有高填深挖的边坡,应与移改路线位置及设置防护工程等进行比较,以减少工程数量,保证路基稳定。
(4)沿河及受水浸水淹路段,应注意路基不被洪水淹没或冲毁。
(5)当路基设计标高受限制,路基处于潮湿、过湿状态和水温状况不良时,就应采用水稳性好的材料填筑路堤或进行换填并压实,使路面具有一定防冻总厚度,设置隔离层及其他排水设施等。
(6)路基设计还应兼顾当地农田基本建设及环境保护等的需要。
(7)横断面设计应考虑超高加宽和缓和曲线的协调。
4.1.2横断面设计步骤
(1)根据外业横断面测量资料点绘横断地面线。
(2)根据路线及路基资料,将横断面的填挖值及有关资料(如路基宽度、加宽值、超高横坡、缓和段长度、平曲线半径等)抄于相应桩号的断面上。
(3)根据地质调查资料,示出土石界限、设计边坡度,并确定边沟形状和尺寸。
(4)绘横断面设计线,又叫“戴帽子”。设计线应包括路基边沟、边坡、截水沟、加固及防护工程、护坡道、碎落台、视距台等,在弯道上的断面还应示出超高、加宽等。一般直线上的断面可不示出路拱坡度。
(5)计算横断面面积(含填、挖方面积),并填于图上。
由图计算并填写逐桩占地宽度表、路基设计表、路基土石方计算表及公里路基土石方数量汇总表。
道路横断面是指中线上各点沿法向的垂直剖面,它是由横断面设计线和地面线组成的。其中横断面设计线包括行车道、路肩、分隔带、边沟、边坡、截水沟、护坡道、取土坑、弃土堆及环境保护等设施构成的。
4.1.3横断面设计内容
(1)横断面布置
本公路路基宽度为23米,双向四车道,中央分隔带2m,路缘带0.5米,土路肩为2×0.5米,硬路肩为2×2.5,行车道为4×3.5米,中间带宽度3米。
(2)横向坡度的确定
根据规范二级公路的应采用双向路拱坡度,由路中央向两侧倾斜,利于排水,但也增加行车的不平稳性,所以路拱坡度选择要考虑两方面因素,该项目采用2%,路肩采用3%的坡度。
(3)路基边坡坡度
由《公路路基设计规范》得知,路基边坡按1:1.5设计。
(4)边沟设计
查《公路路基设计规范》(JTGD13—2006)P224.2.4得边沟横断面一般采用梯形,梯形边沟内侧边坡为1:1.0~1:1.5,外侧边坡与挖方边坡坡度相同。少雨浅挖地段的土质边沟可采用三角形横断面,其内侧边坡宜采用1:2~1:3,外侧边坡坡度与挖方边坡坡度相同。本设计路段地处山岭重丘区,故宜采用梯形边沟,且底宽为0.6m,深0.6m,内侧边坡坡度为1:1。
4.1.4弯道的超高和加宽
长滑一级公路设计中采用绕中央分隔带边缘旋转的方法进行曲线的超高过度。先将两侧行车道分别绕中央分隔带边缘旋转,使之各自成为独立的单向超高横断面,此时中央分隔带维持原水平状态。绕边线旋转由于行车道内侧不降低,有利于路基纵向排水。
表4-1绕边线旋转超高值计算公式
超高位置 计算公式注: x距离处行车道横坡值 备注

侧 C

1、计算结果为与设计高之高差
2、设计高程为中央分隔带外侧边缘的高程。
3、加宽值bx按加宽计算公式计算
4、当x=Lc时,为圆曲线上的超高值
D 0

侧 D 0C
在表4-1中:B——左侧(或右侧)行车道宽度,m;
b1——左侧路缘带宽度,m;
b2——右侧路缘带宽度,m;
bx——x距离处路基加宽值,m;
ih——超高横坡度,%;
iG——路拱横坡度,%;
Lc——超高过渡段长度,m;
x——超高缓和段中任一点至超高缓和段起点的距离,m。
在超高设计中:
(1)超高《规范》规定:一级公路的最大超高值有10%、8%、6%。该路段两个圆曲线半径均为1000m,时速为60km/h一级

公路的圆曲线半径在810m~1500m宜选超高值为2%。
(2)超高缓和段为了行车的舒适性和排水的需求,对超高缓和段必须加以控制,超高缓和段长度按下式进行计算:
(4-1)
式中: ——旋转轴至行车道(设路缘带为路缘带)内侧边缘的宽度,m;
——超高坡度与路拱坡度代数差,%;
——超高渐变率,即旋转轴与行车道(设路缘带时为路缘带)内侧边缘线之间相对升降的比率。
超高缓和段长度按上式计算结果,应取为5m的倍数,并不小于10m的长度。
综上分析本设计超高缓和段长度设为50m,由于超高值为2.0%,本设计路肩不进行超高变化。
路线横断面设计综述:
路拱坡度2.0%;
路肩坡度3.0%;
超高值2.0%。
超高计算可求出各点的超高值,如下表截取数据为K0+603.994~K1+167.974、K1+429.120~K1+682.295的超高加宽值。
表4-2路面超高加宽值表
桩号 路基左侧 路基右侧
路基宽(m) 路面宽(m) 加宽值(m) 超高横坡(%) 土路肩横坡(%) 路基宽(m) 路面宽(m) 加宽值(m) 超高横坡(%) 土路肩横坡(%)
K0+603.994 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K0+620 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K0+640 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K0+660 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K0+680 11.500 7.500 0.000 -1.292 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K0+700 11.500 7.500 0.000 0.162 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K0+720 11.500 7.500 0.000 1.617 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K0+740 11.500 7.500 0.000 2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K0+760 11.500 7.500 0.000 2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K0+763.994 11.500 7.500 0.000 2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K0+780 11.500 7.500 0.000 2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K0+800 11.500 7.500 0.000 2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K0+820 11.500 7.500 0.000 2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K0+840 11.500 7.500 0.000 2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K0+860 11.500 7.500 0.000 0.621 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K0+880 11.500 7.500 0.000 -0.833 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K0+885.959 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K0+900 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K0+920 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
续表4-2
K0+940 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K0+960 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K0+980 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K1+000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K1+007.974 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K1+020 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K1+040 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K1+060 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K1+080 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K1+100 11.500 7.500 0.000 -0.988 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K1+120 11.500 7.500 0.000 0.466 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K1+140 11.500 7.500 0.000 1.921 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K1+160 11.500 7.500 0.000 2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K1+167.974 11.500 7.500 0.000 2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K1+429.120 11.500 7.500 0.000 2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K1+440 11.500 7.500 0.000 2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K1+460 11.500 7.500 0.000 2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K1+480 11.500 7.500 0.000 2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K1+489.120 11.500 7.500 0.000 2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K1+500 11.500 7.500 0.000 2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K1+520 11.500 7.500 0.000 2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
续表4-2
K1+540 11.500 7.500 0.000 2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K1+555.708 11.500 7.500 0.000 2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K1+560 11.500 7.500 0.000 2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K1+580 11.500 7.500 0.000 2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K1+600 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K1+620 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K1+622.295 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K1+640 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K1+660 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K1+880 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
K1+682.295 11.500 7.500 0.000 -0.988 -3.000 11.500 7.500 0.000 -2.000 -3.000
5路面结构设计
5.1路面类型及结构层组合
5.1.1路面类型方案比选
目前,我国等级较高的公路一般采用沥青混凝土路面或水泥混凝土路面,两种路面类型各有优缺点,比较见表5-1:
表5-1路面类型比较表
比较项目 沥青混凝土路面 水泥混凝土路面
类型 柔性 刚性
接缝 无 有
噪音 小 大
机械化施工 容易 较困难
施工速度 快 慢
稳定性 易老化 水稳、热稳均较好
养护维修 方便 困难
开放交通 快 慢
晴天反光情况 无 稍大
强度 高 很高
行车舒适性 好 较好
由后面的交通量计算得知本道路为重交通,则路面要选择高等级路面。通过对两种不同类型路面的比较,另外结合当地材料来源及路面设计原则等各方面综合考虑,选用沥青混凝土路面类型。沥青路面通常由沥青面层、基层、底基层、垫层等多层结构组成。路面结构组合设计根据道路的交通等级与气象、水文等自然因素,合理选择和安排路面结构各个层次,确保在设计使用期内,承受行车荷载与自然因素的共同作用,充分发挥各结构层的最大效能,使整个路面结构满足技术经济合理的要求。
沥青路面是未来发展的主流趋势,首先,是沥青路面的风噪声小,对车子的胎面磨损小一些。其次是沥青路面的物理特性,主要表现在韧性方面比较好,抗压性和拉伸性好,能够较好适应不是很稳定的路基。再次,是后期维护简易,可以进行部分重建,而不用像混泥土路面那样要大规模的修建,维护成本价低。从环保方面来讲,虽然沥青路面在铺设得过程中会造成一定得环境污染,但沥青材料可以进行反复利用,有效地提高了资源地利用率。
最后,由交通量的计算知本道路为重交通,则路面要选择高等级路面。通过对两种不同类型路面的比较,另外结合当地材料来源及路面设计原则等各方面综合考虑,选用沥青混凝土路面类型。
5.1.2路面结构层组合比选
根据规范推荐结构及当地的实际情况,拟定两种结构层组合方案,见表5-2。
表5-2路面结构层组合方案表
方案一 方案二
材料名称 材料名称
细粒式沥青混凝土 开级配抗滑磨耗层
中粒式沥青混凝土 AC-13
粗粒式沥青混凝土 AC-20
水泥稳定碎石 水泥稳定碎石
水泥石灰 石灰土
土基 土基
面层采用沥青混凝土,基层采用水泥稳定碎石,底基层采用二灰土(挖方段采用级配碎石)。
5.1.3面层组成设计
沥青混凝土面层应具有平整、密实、抗滑、耐久的品质,并具有高温抗车辙、低温抗缩裂,以及良好的抗水损害能力。沥青混凝土由沥青、粗集料、细集料和填料组成。
1)采用道路石油沥青,由《公路沥青路面施工技术规范》中沥青标号选用表可知选用沥青标号为AH-90号的道路石油沥青。其技术指标见表5-4
表5-4道路石油沥青技术要求
指标 单位 等级 沥青标号
90号
针入度(25℃,5s,100g) dmm 80~100
针入度指数PI A -1.5~+1.0
软化点(R&B)不小于 ℃ A 44
60℃动力粘度不小于 Pa•s A 140
10℃延度不小于 cm A 20
15℃延度不小于 cm A 100
蜡含量(蒸馏法)不大于 % A 2.2
闪点不小于 ℃   245
溶解度不小于 % A 99.5
残留针入度比不小于 % A 57
残留延度(10℃)不小于 cm A 8
残留延度(15℃)不小于 cm A 20
5)粗集料选用级配碎石,碎石应干燥,粗糙,级配合理,具有足够的强度和耐磨度。具体质量技术指标见表4-7。
表5-5沥青面层用粗集料质量技术要求
指标 单位 一级公路 试验方法
表面层 其他层次
石料压碎值不大于 % 26 28 T0316
洛杉矶磨耗损失不大于 % 28 30 T0317
表观相对密度不小于 t/m3 2.60 2.50 T0304
吸水率不大于 % 2.0 3.0 T0304
坚固性不大于 % 12 12 T0304
针片状颗粒含量(混合料不大于
其中粒径大于9.5mm不大于
其中粒径小于9.5mm不大于 %

% 15
12
18 18
15
20
T0312

水洗法<0.075mm颗粒不大于 % 1 1 T0310
软石含量不大于 % 3 5 T0320
由《公路沥青路面施工技术规范》中附录A查表可知,设计线所在地区属湿润区,所以公路

 

各个层次的粗集料和沥青的粘附性应不小于4。
6)细集料应洁净、干燥、无风化、无杂质,并有适当的颗粒级配,其质量应符合表4-8的规定。
表5-6沥青面层用细集料质量技术要求
项目 单位 一级公路 实验方法
表观相对密度,不小于 t/m3 2.45 T0328
坚固性(>0.3mm部分)不小于 % 12 T0340
含泥量(小于0.075mm的含量)不大于 % 3 T0333
砂当量不小于 % 60 T0334
亚甲蓝值不大于 g/kg 25 T0346
棱角性(流动时间)不小于 s 30 T0345
4)填料
沥青混凝土的矿粉必须采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉,原石料中的泥土杂质应除净。矿粉应干燥、洁净,能自由地从矿粉仓流出,其质量应符合表5-9的技术要求。
表5-9沥青面层用矿粉质量技术要求

 项目 单位 一级公路 试验方法
表观相对密度不小于 t/m3 2.50 T0352
含水量不大于 % 1 T0103烘干法
粒度范围<0.6mm
<0.15mm
<0.075mm %

% 100
90-100
75-100
T0351
外观 — 无团粒结块
亲水系数 — <1 T0353
塑性指数 — <4 T0354
加热安定性 — 实测记录 T0355
此外,拌和机的粉尘可作为矿粉的一部分回收使用。但每盘用量不得超过填料总量的25%,掺有粉尘填料的塑性指数不得大于4%。粉煤灰作为填料使用时,用量不得超过填料总量的50%,粉煤灰的烧失量应小于12%,与矿粉混合后的塑性指数应小于4%,其余质量要求与矿粉相同。
5)配合比设计
本设计采用马歇尔试验配合比设计方法,沥青混凝土技术要求应符合表4-11的规定,并有良好的施工性能。
表5-10密级配沥青混凝土混合料马歇尔试验技术标准
试验指标 单位 一级公路(V1区、重载交通)
击实次数(双面) 次 75
试件尺寸 mm
空隙率VV 深约90mm以内 % 3~5
空隙率VV 深约90mm以下 % 3~6
稳定度MS不小于 kN 8
流值FL mm 2~4
沥青饱和度VFA % 65~75
沥青混凝土的车辙试验的动稳定度不低于800次/mm;水稳定性指标:浸水马歇尔试验残留稳定度不小于80%,冻融劈裂试验残留强度不小于75%;在温度-10℃、加载速率50mm/min条件下,低温弯曲试验破坏应变不小于2000με,渗水系数不大于120ml/min。
5.2路面结构层组成设计
5.2.1路面组合设计原则
进行沥青路面组合设计时,一般应遵循以下基本原则:
1)保证路面表层使用品质长期稳定。在整个设计使用期内,表面抗滑安全性能、平整性、抗车辙性能等各项功能指标均稳定在允许范围之内。
2)路面各结构层的强度、抗变形能力与各层次的力学特性应相匹配。由于车轮荷载与温度、湿度变化产生的各项应力与变形均集中在路面结构上部,逐渐向下扩散、消失。因此通常要求面层、基层具有较高的强度、模量和抗变形能力。
3)直接经受温度、湿度等自然因素变化而造成强度、稳定性下降的结构层次应提高其抵御能力。
4)充分利用当地材料,节约外运材料,做好优化选择,降低建设费用。
5.2.2路面结构及层次划分
(1)沥青面层结构
沥青面层直接经受车轮荷载反复作用和各种自然因素影响,并将荷载传递到基层以下的结构层。因此,沥青面层应满足功能性和结构性的使用性能要求。本路段沥青面层结构为三层结构:表面层、中面层、下面层。表面层应具有平整密实、抗滑耐磨、稳定耐久的服务功能,同时应具有高温抗车辙、低温抗开裂、抗老化等品质。中下面层应具有一定的密水性、抗剥离性,高温或重载条件下,沥青混合料具有较高的抗剪强度;下面层应具有良好的抗疲劳裂缝的性能,同时兼顾其他性能的要求。
(2)沥青路面基层结构
沥青路面的基层承担着沥青面层向下传递的全部负荷,支承着面层,确保面层发挥各项重要的路面性能。
基层分为两层:面层下面的基层和底基层。基层主要是承受由面层传递的车辆荷载垂直力,并将它分布到底基层或垫层上,基层主要材料是各种结合料稳定土或碎石,本路段采用的是水泥稳定碎石,底基层选用的是二灰稳定土。
(3)沥青路面垫层结构
沥青路面垫层结构位于基层以下,主要用于路基状况不良的路段,以确保路面结构不受路基中滞留的自由水的侵蚀以及冻融的危害。
垫层主要是为了隔水,排水,防冻或改善基层和土基的工作条件。本路段垫层采用砂石材料。
5.3设计方法及设计过程
5.3.1设计方法
我国沥青路面设计方法采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性体系理论,以路表面回弹弯沉值和沥青混凝土层弯拉应力、半刚性材料层弯拉应力为设计指标进行路面结构厚度设计。设计完成后,路面结构的路表弯沉与各结构的弯拉应力均应满足设计指标的极限标准。
5.3.2设计过程
(1)标准轴载及轴载换算
设计采用现行路面设计规范中规定的标准轴载BZZ-100KN,p=0.7MPa,δ=10.65cm,设计使用年限为15年。公路行驶车辆的型号多种多样,而路面设计采用统一的标准轴载表示,各种车型应按规定的法则作当量换算,得到当量的标准轴载次数。轴载小于40KN的特轻轴重对结构的影响可以忽略不计,所以不纳入当量换算。本一级公路轴载当量换算以弯沉值和沥青层层底拉应力为设计指标。
轴载当量换算公式为:
(5-1)
式中:
N--------标准轴载的当量轴次,次/日;
ni--------被换算车型的各级轴载作用次数,次/日;
P--------标准轴载,P=100kN;
Pi--------被换算车型各级(单根)轴载,kN;`
C1--------轮组系数,单轮组为6.4,双轮组为1.0,四轮组为0.38。
C2--------轴数系数。当轴间距大于3m时,按单独的一个轴计算,轴数系数为1;当轴间距小于3m时,按双轴或多轴计算;轴数系数为C2=1+1.2(m-1);m为轴数。
表5-10交通组成表
车型 前轴重 后轴重 后轴数 后轴轮组数 后轴距(cm) 交通量
解放CA50 28.70 68.20 1 双 — 1000
黄河JN360 50.00 2×110.00 2 双 — 400
长征XD160 42.60 2×85.20 2 双 — 800
太脱拉111S 38.50 2×78.20 2 双 122.0 500
表5-4轴载换算表
车型
解放CA50 后轴 60.85 1 1 1000 115.222
黄河JN360 前轴 50.00 1 6.4 800 251.067
后轴 110.00 2.2 1 800 2664.225
长征XD160 前轴 42.60 1 6.4 900 140.719
后轴 85.20 2.2 1 900 986.455
太脱拉111S 前轴 45.4 1 6.4 700 144.368
后轴 90.00 2.2 1 700 973.813  5275.869
进行半刚性基层层底弯拉应力时,按下式计算交通量:
(5-2)
式中:
Pi---------换算车型的各级轴载,KN,Pi>50KN;
---------轴数系数。轴距>3m,按单轴计算, =m(轴数);当轴距<3m,按双轴或者三轴计算,C/1i=1+2(m-1);
---------轮组系数。单轮组 =18.5,双轮组 =1,四轮组C/2i=0.09。
得交通量表见表5-11
表5-11交通量计算表
型号 轴位 轴重/KN C/1i C/2i ni Ni
黄河JN360 后轴 110 3 1 800 5144.613
前轴 50 1 18.5 800 57.813
长征XD160 后轴 85.2 3 1 900 749.688
解放CA10B 后轴 60.85 1 1 1000 18.797
太脱拉138S 后轴 90 3 1 700 903.981
计算得:
设计年限15年,预测交通量增长率为7%,四车道的车道系数是0.4~0.5,取0.45。设计年限内一个车道上累计当量轴次为:
属于重交通。
5.3.3确定土基回弹模量
路线经过地区属V1区,土质为粘土,由于本路基设计为不利季节处于干燥状态,由规范知临界高度H1应2.0~2.4m之间。查表得稠度ωc=1.2,查表得E0=42MPa。
5.3.4拟定路面结构及各层厚度
拟定路面结构方案,初拟路面结构及其力学参数见表5-6:
表5-12各结构层材料
层次 结构层名称 厚度
(cm) 抗压模量(MPa) 劈裂强度
(MPa)
20℃ 15℃
1 SMA-16 4 1400 1800 1.6
2 AC-13 5 1400 2000 1.4
3 AC-20 7 1200 1800 1.0
4 水泥稳定碎石 ? 1500(弯沉)/3500(拉应力) 0.5
5 二灰土 25 750(弯沉)/2400(拉应力) 0.25
6 土基 — 42 —
5.3.5计算设计弯沉值
(5-3)
式中:
ld----------路面设计弯沉值,0.01mm;
Ne--------设计年限内一个车道累计当量轴载;
Ac--------公路等级系数,高速公路、一级公路Ac=1.0;二级公路Ac=1.1;三、四级公路Ac=1.2;
As--------面层类型系数,沥青混凝土路面As=1.0;热拌沥青碎石路面、沥青贯入式路面(含上拌下贯式路面)沥青表面处置As=1.1;
Ab--------路面结构类型系数,半刚性基层,Ab=1.0;柔性基层,
Ab=1.6。
将上面各项参数带入式4-3的设计弯沉值lb=20.44(0.01mm)。
5.3.6计算容许弯拉应力
(5-4)
R--------容许拉应力,MPa;s式中:
sp--------沥青混凝土或半刚性材料在规定温度和龄期的劈裂强度,MPa;s
Ks---------抗拉强度结构系数。
沥青混凝土面层:
(5-5)
无机结合料稳定集料类:
(5-6)
无机结合料稳定细粒土类:
(5-7)
1)计算抗弯拉强度系数
沥青混凝土:
(5-8)
基层:
(5-9)
底基层:
(5-10)
2)计算容许弯拉应力
沥青混凝土:
(5-11)
水泥碎石:
(5-12)
二灰土:
(5-13)
二灰碎石:
(5-14)
5.3.7按容许弯沉计算路面厚度
1)计算综合修正系数
2)计算 

3)进行3层体系换算
弯沉三层体系见表5-13。
表5-13弯沉三层体系换算表
h1=5cmE1=1400MPa h=h1=5cmE1=1400MPa
h2=7cmE2=1200MPa → H=?cmE2=1200MPa
h3=?cmE3=1500MPa
h4=25cmE4=750MPa
E0=42MPa E0=42MPa

=6.8;a=5/10.65=0.47,E2/E1=1200/1400=0.857,查图得:dh/
=5/10.65=0.47,E0/E2=42/1200=0.035,查图得:k1=1.3;dh/
=5.5。d,查图得:H/
10.65=58.58cm´∴H=5.5

∴h3=28.28cm,取h3=29cm。
5.3.8验算弯拉应力
(1)验算沥青混凝土面层底面弯拉应力
①沥青混凝土面层底层(AC-13)弯拉应力3层体系换算见表5-8。
表5-14沥青混凝土面层底层(AC-13)弯拉应力3层体系换算表
h1=5cmE1=2000MPa h=h1=5cmE1=2000MPa
h2=7cmE2=1800MPa → H=?cmE2=1800MPa
h3=29cmE3=3500MPa
h4=25cmE4=2400MPa
E0=42MPa E0=42MPa

新建路各层间按连续验算。

<0。s`=5/10.65=0.47,E2/E1=1800/2000=0.9,查图得:dh/
r1s∴<0
②沥青混凝土面层底层(AC-20)弯拉应力3层体系换算见表5-9。
表5-15沥青混凝土面层底层(AC-20)弯拉应力3层体系换算表
h1=5cmE1=2000MPa h=?cmE1=1800MPa

h2=7cmE2=1800MPa
h3=29cmE3=3500MPa → H=?cmE2=3500MPa
h4=25cmE4=2400MPa
E0=42MPa E0=42MPa

新建路各层间按连续验算。

<0。s`=12.19/10.65=1.14,E2/E1=3500/1800=1.94,查图得:dh/
r1s∴<0
2)验算水泥碎石底面弯拉应力
水泥碎石底面弯拉应力3层体系换算见表5-16。
表5-16水泥碎石底面弯拉应力3层体系换算表
h1=5cmE1=2000MPa
h2=7cmE2=1800MPa
→ h=?cmE1=3500MPa
h3=29cmE3=3500MPa
h4=25cmE4=2400MPa H=h4=25cmE2=2400MPa
E0=42MPa E0=42MPa

=0.15;s`=39.27/10.65=3.688,E2/E1=2400/3500=0.688,查图得:dh/
=39.27/10.65=3.688,E2/E1=2400/3500=0.688,E0/E2=42/2400=0.0175,查图得:m1=1.4;dh/
=25/10.65=2.347,E2/E1=2400/3500=0.688,E0/E2=42/2400=0.0175,查图得:m2=1.2。dH/
弯拉应力满足要求。
3)验算二灰土底面弯拉应力
表5-17二灰土底面弯拉应力3层体系换算表
h1=5cmE1=2000MPa h=5cmE1=2000MPa
h2=7cmE2=1800MPa

H=?E2=2400MPa
h3=29cmE3=3500MPa
h4=25cmE4=2400MPa
E0=42MPa E0=42MPa
h=5cm。
=0.05;s`=74.18/10.65=6.965,E0/E2=42/2400=0.0175,查图得dH/
=74.18/10.65=6.965,E2/E1=2400/2000=1.2,查图得:n1=1.07。dH/
=5/10.65=0.469,E2/E1=2400/2000=1.2,E0/E2=42/2400=0.0175,查图得:n2=1.1;dh/
所以二灰土底面弯拉应力满足要求。
计算结果表明设计的路面结构满足要求。
6道路排水设计及桥涵隧道方案设计
6.1道路排水设计
6.1.1道路排水系统设计原则及要求
(1)路基排水目的和要求
路基排水的目的在于确保路基能始终处于干燥、坚实和稳定状态。为此,应尽可能将停滞在路基范围内的地表水迅速排除,并防止用地范围以内的地表水对路基的浸蚀和冲刷。
路基设计时,必须考虑将影响路基稳定性的地面水排出去和拦截于路基用地范围以外,并防止地面漫流、滞积和下渗。
路基施工时,应该校核全线路排水系统的设计是否完备和妥善,必要时应予以补充或修改,应重视排水工程的质量和使用效果。
路基养护中,对排水设施应定期检查与维修,以保证排水设施正常使用,水流畅通,并根据实际情况不断改善路基排水条件。
(2)路基排水设计一般原则
①排水设计要因地制宜、全面规划、因势利导、综合整治、讲究实效、注意经济,充分利用有利地形和自然水系。
②各种路基排水沟渠的设置,应注意与农田水利相配合,必要时可适当增设涵管或加大涵管孔径,以防农业用水影响路基的稳定性,并做到路基排水有利于农田灌溉。
③设计前必须进行调查研究,查明水源与地质条件,重点路段要进行排水系统的全面规划,考虑路基排水与桥涵布置相配合,地面排水与地下排水相配合,各种排水沟渠的平面布置与竖向布置相配合,做到综合整治,分期修建。
④路基排水要注意防止附近山坡的水土流失,尽量不破坏天然水系,不轻易合并自然沟溪和改变水流性质,尽量选择有利地质条件布设人工沟渠,减少排水沟渠的防护和加固工程。
⑤路基排水要结合当地水文条件和道路等级等具体情况,注意就地取材,以防为主,既要稳固适用,有必须讲究经济效益。
路基

地表排水可采用边沟、截水沟、排水沟、跃水井和急流槽,各类地段排水沟应高出设计水位0~2m以上。
边沟横断面采用梯形,梯形边沟内侧边坡坡度为1:1~1:1.5,一级公路的边沟的深度不应小于0.6m,边沟纵坡宜与路线纵坡一致并不宜小于0.5%,边沟可采用浆砌片石,水泥混凝土预制块防护,一级公路当采用M7.5的砂浆强度,边沟长度不宜超过500m,截水沟横断面可采用梯形,边坡视土质而定,一般采用1:10~1:1.5,深度及宽度不宜小于0.5m,沟底纵坡不宜小于0.5%,水流通过陡坡地段时可设置跌水等或急流槽,应采用浆砌片石或水泥混凝土预制块砌筑,边墙应高出设计水位0.2m以上,其横断面形式为矩形,槽底应做成粗糙面,厚度为0.2~0.4m,混凝土为0.1~0.3m,跃水的台阶高度可采用0.3~0.6m,台面坡度应为2%~3%,急流槽以纵坡不宜陡于1:1.5,急流槽过长时应分段修筑,每段长度不宜超过10m。
6.1.2排水结构设计
(1)边沟设计
边沟设置在挖方路基的路肩外出或者低路堤的坡脚外侧,多于路中心线平行,勇于汇集和排除路基范围内和流向路基的少量地面水。边沟的排水量不大,一般不需要进行水文和水力的计算,依据具体条件选用标准横断面形式。
由于设计时间问题,本设计未进行应有的边沟排水水力计算。但依据以上所述的要求及原则,同时结合诸多工程实例,并在老师的指导下,确定边沟断面如图6-1所示,沟底利用水泥或片石处理,管涵直径2m,边沟与截水沟及管涵布置详见总平面图(图号5-5)。
(2)截水沟设计
截水沟又称天沟,指的是为拦截山坡上流向路基的水,在路堑坡顶以外设置的水沟(规范规定距路堑坡顶外缘大于等于5m,距路堤坡脚外缘大于等于2m)。
挖方路基的堑顶截水沟应设置在坡5m以外,并宜结合地形进行布设,填方路基上侧的路堤截水沟距填方坡脚的距离不应小于2m。在多雨地区,视实际情况可设一道或多道截水沟,其作用是拦截路基上方流向路基的地表水,保护挖方边坡和填方坡脚不受水流冲刷。
(3)排水沟设计
排水沟的主要用途在于引水,将路基范围内的各种水源的水流(如边沟、截水沟、取土坑和路基附近的积水),引至桥涵或路基范围以外的制定地点。当路线收到多段沟渠或水渠影响时,为保护路基不受水害,可以设置排水沟或改移渠道,以调节水流,整治水道。根据本设计的具体情况,在设计中合理的设置了排水沟,示意图如下
6.2桥梁方案设计
6.2.1桥涵设计的基本要求
1)公路桥涵应根据所在的公路的使用任务、性质和将来发展的需要,按照安全、经济、适用和美观的原则,进行设计。桥型的选择应因地制宜,就地取材和便于使用、施工、养护的原则;
2)一般公路上的特大桥、大中桥的桥位,原则上应服从路线的走向,桥位综合考虑,尽量选择在河道的顺直、水流稳定、地质良好的河段上;
3)公路桥涵应适应考虑农田排灌的要求。靠近村镇、城市及水利设施的桥梁,应考虑综合应用。
为了保持道路的连续性,充分发挥其正常的运输能力,道路路线遇到河以及其他线路(铁路或公路时)等障碍物时,就需要建造专门的人工构造物—桥梁、涵洞或通道来跨越障碍。
6.2.2方案设计
随着桥梁理论的不断成熟,在桥梁设计中要求桥的适用性强、舒适安全、桥费用经济、科技含量高。对建在城市中的桥梁还特别注重美观大方。由此,对于一定的建桥条件,根据侧重点的不同可能会作出基于基本要求的多种不同设计方案,只有通过技术经济等方面的综合比较才能科学的得出完美的设计方案。
在方案比较中主要有以下三项任务:一是拟定桥梁图式,二是编制方案,三是技术经济比较和最优方案的选定。编制设计方案,通常是从桥梁分孔和拟定桥粱图式开始。对一般的大跨度桥梁,依据以往的设计经验,主跨与边跨的比值有一个范围,再由此选定可能实现的桥型图式,鼓励新式桥式的大胆采用。一般选几个构思好、各具优点、但一时还难以断定孰优孰差的图式,作为进一步详细研究而进行比较的方案。对每一图式可在跨度、高度、矢度等方面大致按比例画在同样大小的桥址断面图上。编制方案中,主要指标包括:主要材料(普通钢筋、预应力钢筋、砼)用量、劳动力数量、全桥总造价(分上、下部结构列出)、工期、养护费用、运营条件、有无困难工程、特种机具。其目的在于为每个桥式提供全面的技术经济指标,以便相互比较,科学的从中选定最佳方案。在编制方案中要拟定结构主要尺寸,并计算主要工程量。有了工程量,采取相应的材料和劳动力定额以扩大单价,就可以确定全桥造价。
设计方案的评价和比较要全面考虑上述各项指标,综合分析每一方案的优缺点,最后选定一个最佳的推荐方案。按桥梁的设计原则、造价低、材料省、劳动力少和桥型美观的应是优秀。但当技术因素或是使用性质候特殊要求时就另当别论,注重考虑设计的侧重点。技术高,造价必然会高,个个因素是相互制约的。所以在比较时必须从任务书提出的要求以及地形资料和施工条件,找出所面临的问题的关键所在,分清主次。
在方案比较中,除了绘制方案比较图外,还应编写方案比较说明书。其中应阐明编制方案的主要原则,拟定方案的理由,方案比较的综合评述,对于推荐方案的详细说明等。有关拟定结构主要尺寸所作的各种计算资料,以及为估算三材指标和造价等所依据的文件名称,均以附件的形式载入。
(1)方案一:预应力混凝土变截面连续梁桥
构思宗旨:
①在500-1000m的跨径范围内,与其它结构体系比较,常成为最佳的桥型方案;
②预应力砼充分能发挥了高强材料的特性,具有可靠强度、刚度以及抗裂性能;
③结构在车辆运营中噪音小,维修工作量小;
④其施工方法已经达到相当先进的水平,工期短效益明显;
⑤伸缩缝少,行车舒适,满足高速行车要求。再用滑动支座时,连续长度可增大。温度、砼收缩徐变产生附加内力较小。且全桥有较好的抗震性能;
⑥连续梁内力分布较合理,其刚度交大,对活载产生的动力影响很小。混凝土收缩徐变引起的变形也是最小的。连续梁超载时有可能发生内力重分布,提高梁部结构的承载力;
⑦除动墩外,连续梁的桥墩及基础尺寸都可以做得小些。
(2)方案二:

 悬索桥
悬索桥是以通过索塔悬挂并锚固于两岸(或桥两端)的缆索(或钢链)作为上部结构主要承重构件的桥梁。其缆索几何形状由力的平衡条件决定,一般接近抛物线。从缆索垂下许多吊杆,把桥面吊住,在桥面和吊杆之间常设置加劲梁,同缆索形成组合体系,以减小活载所引起的挠度变形。
构思宗旨:
①相对于其它桥梁结构悬索桥可以使用比较少的物质来跨越比较长的距离;
②索桥可以造得比较高,容许船在下面通过;
③造桥时没有必要在桥中心建立暂时的桥墩,因此悬索桥可以在比较深的或比较急的水流上建造;
④悬索桥比较灵活,因此它适合大风和地震区的需要,比较稳定的桥在这些地区必须更加坚固和沉重;
⑤便于悬臂法施工和架设,施工安全可靠。
缺点:(1)悬索桥的坚固性不强,在大风情况下交通必须暂时被中断
(2)悬索桥不宜作为重型铁路桥梁
(3)悬索桥的塔架对地面施加非常大的力,因此假如地面

本身比较软的话,塔架的地基必须非常大和相当昂贵。
(4)悬索桥的悬索锈蚀后不容易更换。
表6-1方案比选表
方案 一 二
桥型名称 预应力混凝土变截面连续梁 悬索桥
跨径布置(m) 4×150m 600
工艺技术要求 工艺要求较严格,需要的施工设备少,技术先进,占用施工场地少,施工中利用临时墩,有体系转换 高度机械化,施工作业周期进行,需一整套机械动力设备,施工速度快,占用场地少。
上部结构施工方法 现浇施工 悬臂拼装法
使用效果 属超静定结构,有可靠的强度、刚度、及抗裂性能,伸缩缝小,行车舒适,易养护 造型新颖美观,为提高抗风稳定性,要采取复杂的措施
通过仔细比较,预应力混凝土刚构桥虽抗扭强度较大,但施工复杂;斜拉桥虽然桥型美观,但适用于较大跨度,小跨度采用斜拉桥不经济;预应力混凝土连续梁桥结构受力性能较好,且施工方便,养护工程量小,造价相对而言较低。所以本设计最终确定选择预应力混凝土连续箱梁桥方案。
方案设计成果:
表6-2桥梁,涵洞方案表
序号 位置 形式和尺寸
1 K0+60~k0+160 钢筋混凝土半路桥
2 K0+70 直径2m钢筋砼圆管涵
3 K0+140 直径2m钢筋砼圆管涵
4 K0+260 3×4m钢筋混凝土箱涵
5 K1+440~K1+040 4 150m预应力砼连续箱梁桥
6 K1+660 1.5m钢筋砼圆管涵
7 K1+820 1.5m钢筋砼圆管涵
6.3隧道方案设计
6.3.1隧道设计的基本要求
1)隧道规划和设计须遵循能充分发挥隧道功能、保证安全、造价经济的基本原则。
2)隧道结构设计根据结构类型、使用条件、荷载特性、施工工艺等条件进行。并考虑沿线的工程地质、水文地质、总体规划要求、生态环境条件,对技术、经济、环保及使用效果作综合比较,合理地选择结构型式和施工方法。
3)隧道结构的净空尺寸除满足车辆建筑限界和建筑设计、施工工艺及其它使用要求外,尚应考虑施工误差、测量误差、结构变形、后期沉降、路线超高等的影响。
6.3.2方案设计
1)隧道设计基本要求
工程地质评价:隧道穿越覆围岩稳定性较好,且上部分布有覆盖层。在在施工过程中对上部松散岩土体采取适当防护措施,以确保隧道工程安全。
2)隧道防、排水方案
(1)隧道防排水设计遵循“防、排、截、堵结合,因地制宜,综合治理”的原则,使隧道建成后达到洞内基本干燥的要求,保证结构和运营设备的正常使用及行车安全。隧道防排水设计对地表水、地下水妥善处理,洞内外形成完整通畅的防排水系统。
(2)坚持以结构自防水为主,外辅加防水层为辅的原则,关键是保证混凝土抗裂、抗渗性,处理好施工缝与变形缝防水,确立混凝土结构自防水体系,并已将此作为系统工程对待。
(3)隧道纵向采用分区防水,防止局部防水板破坏造成地下水在隧道内的贯通,便于查渗漏点,方便维修。
3)设计成果
隧道:K1+090~K1+480隧道净空5.0m,宽度23.0m,双拱四车道。洞门采用削竹式洞门,新奥法施工。
7道路工程量计算
由于本设计路段有填有挖,即任意两相邻填方断面或挖方断面可以假定为一棱柱,即采用平均断面法进行计算,其体积的计算公式如下:
(6-1)
式中:V—土石方量,m3;
F1、F2—相邻两断面面积,m2;
L—相邻断面间距离,m。
K1+080~K1+480为隧道部分,K0+460~K1+060为桥梁部分。由于K1+080~K1+480为同一断面的隧道,断面面积为:23×3.5+3.14×1.52/2=84.033,则隧道部分挖方为:84.033×280=23529.1m3。所以其它地段的土石方量见表7-1
表7-1土石方量表
桩号 横断面面积(m2) 间距(m) 土石方(m3)
挖方 填方 挖方 填方
K0+000 9.312 300.096 20.0 122.79 5969.32
K0+020 2.967 296.836
20.0 151.21 5811.16
K0+040 12.154 284.28
20.0 148.79 7385.25
K0+060 2.725 383.587
20.0 99.92 6861.64
K0+080 7.267 354.938
20.0 155.45 6217.52
K0+100 8.278 331.226
20.0 259.57 7787.16
K0+120 17.679 290.526
20.0 191.11 9355.76
K0+140 1.432 488.19
20.0 36.41 6224.95
K0+160 2.209 447.386
20.0 81.35 2698.14
K0+180 5.926 175.109
20.0 108.17 947.05
K0+200 4.891 94.705
20.0 2331.1 0
K0+220 228.219 0
小计 20 4760.39 2272.21
K0+240 247.82 0
20 2500.13 3936.62
K0+260 2.193 227.221
20 45.94 1664.41
K0+280 2.401 166.441
20 3622.89 0.000
K0+300 359.888 0
20 8929.42 0.000
K0+320 533.054 0
20 7514.36 0.000
K0+340 218.382 0
20 6423.02 0.000
K0+360 423.92 0
20 8318.43 0.000
K0+380 407.923 0
20 5218.31 0.000
K0+400 113.908 0
20 1214.08 2064.42
K1+080 99.838 42
20 1147.24 732.712
K1+480 14.88 281.958
20 95.860 2819.58
K1+489.1 6.136 63.261
10.9 71.3020 1574.198
K1+500 6.971 71.558
20 134.98 733.415
K1+520 6.527 93.902
20 446.83 1654.6
K1+540 38.156 81.645
20 524.63 1755.47
K1+560 14.307 133.713
20 156.8 2153.58
K1+580 1.38 181.907
20 30.71 3156.2
K1+600 1.691 192.401
20 103.93 3743.08
K1+620 8.702 190.135
2.29 20.825 3825.36
K1+622.29 9.447 196.193
17.71 149.12 443.311
K1+640 7.398 210.173
20 134.31 3597.355
K1+660 6.033 214.746
20 123.73 4249.19
K1+680 6.34 176.799
2.29 14.32 3915.45
K1+682.29 6.148 172.075
17.71 63.88 400.332
K1+700 1.069 372.489
20 1169.24 4820.75
K1+720 115.855 23.097
20 6296.09 3955.86
K1+740 513.754 8.39
20 19468.34 314.87
K1+760 1433.08 31.092
20 14393.11 394.82
K1+780 6.231 63.125
20 558.24 942.17
K1+800 49.593 59.879
20 527.69 1230.04
K1+820 3.176 184.044
20 49.59 2439.23
K1+840 1.783 139.484
20 71.17 3235.28
K1+860 5.334 95.588
20 246.37 2350.72
K1+880 19.303 102.909
20 9793.23 1984.97
K1+900 960.02 23.297
20 9945.98 671.68
K1+920 34.578 43.871
20 552.713 1262.06
K1+940 16.532 49.647
20 1224.021 935.18
K1+960 1.505 52.472
20 1770.455 992.411
K1+980 2.229 11.98
20 2292.195 644.52
7.2路面工程量计算
K0+000~K1+814.1188段的路面工程量见表7-2。
表7-2沥青路面结构工程量表
序号 名称 厚度(cm) 宽度(m) 截面积(m2) 长度(m) 工程量(m3)
1 SMA-16 4 20.0 0.80 1994.008 1451.3
2 AC-13 5 20.0 1.00 1994.008 1814.1
3 AC-20 7 20.0 1.40 1814.1188 2539.8
4 水泥稳定碎石 29 21.0 6.09 1814.1188 11048.0
5 二灰土 25 21.0 5.25 1814.1188 9524.1
合计 26377.3
第二部分:专题部分
沥青路面车辙成因及防治措施
摘要:为了解决沥青路面的早期病害中车辙问题,特别是轴载的加重和交通渠化使得车辙成为沥青路最主要的早期病害。车辙在全国范围内都普遍存在,严重损害了沥青路面的使用性能及缩短了沥青路面的使用寿命。鉴于这些日益涌现的客观问题,首先,对沥青路面车辙产生的原因,从主、客观两方面的因素着手,对影响车辙形成的诸如原材料、沥青合料的类型与特性、路面设计及施工中的一系列因素逐一进行分析,得出其各自对车辙形成的作用规律;并分析了气候、交通、道路线型等因素对车辙发展的作用机理。
关键字:沥青路面车辙成因防治措施
1前言
沥青路面的损毁现象在整个世界范围内愈发严重,车辙变形就是沥青路面常见的损坏现象。在沥青路面的维修养护过程中,超过80%是车辙变形造成的,国内外普遍把治理车辙损坏放在防治沥青路面破坏的重要位置。路面车辙不但降低行车舒适度,而且严重影响行车安全。我们国家高速公路建设较晚,目前仅有20年历史,但路面车辙现象已十分明显。近来汽车载重加大,高速公路成为主要运输途径交通量也不断增加,而且普遍存在超载超限的现象,我国高速公路网的建立以及近来夏季持续高温都危及高速公路路面,我国高速公路车辙的发展可谓甚嚣尘上。由于我国高速公路起步晚,建设技术和经验欠缺,再加上我国气候条件复杂多样,交通荷载严峻、车辆重载、超载等现象常见,导致大部分高速公路在很短时间内就出现车辙破坏,达不到设计使用年限。甚至有的公路仅仅使用不到半年就出现大量车辙、推移等病害,给国家造成了巨大的经济损失
高速公路的主要病害之一就是车辙,它严重降低路面的服务质量、缩短路面使用时间,严重影响行车舒适性,造成的危害不言而喻。本文针对此现象,分析总结造成高等级沥青路面车辙产生的原因及防治措施,其中防治措施可以从材料、施工、修补等角度处理车辙问题。
2国内外车辙研究概状
2.1概况
车辙是沥青路面特有的一种损坏现象。车辙产生在车轮经常碾压的两条带上(简称轮迹带)。车辙的产生有两个因素有关分别是荷载与气候,在二者共同作用下产生。车轮碾压出出现两条凹槽变形,较严重辙槽的两侧通常有臌起变形。车辙的危害相对开裂、水损要严重,危害性最大,能够威胁行车安全。其次,车辙毁坏修补难度大,因为车辙危害的不只是沥青路面表面而且危害到下部结构层,因此,全世界把防治车辙危害都放在治理路面问题的首位
普遍的车辙是轮迹带内均匀的下陷,它对竖向平整度影响不大,对现有的道路服务性能指数的影响也不大,例如12mm深的车辙只使服务性能指数降低0.30。但是,车轮偏离车辙凹槽时会使车行驶不稳或不舒服,行驶的车辆在变道时操作会困难。最主要的是车辙会带给行车带来危险,从安全角度考虑应给予避免。再者就是车辙凹槽内的水的排除,这虽然不会造成安全问题,但车辙内积水后快速行驶的车辆就可能发生水漂。在冬天积水会结冰,使行驶车辆打滑,导致汽车制动距离不足。雨季车辙内会积水,长时间积水会透过面层进入下部结构,降低沥青混凝土的强度,导致沥青剥落和沥青混凝土层下部强度大量损失,在重载或超载汽车反复碾压下会发生横向变形,使表面车辙加快发展。
2.2国内外路面车辙的研究现状
根据各国统计,高等级公路因为车辙进行维修、翻修或加铺的面层工程的比例占整个维修工程比例的50%以上。
1985年美国的一研究结构实验车辙路研究,将产生车辙路段进行开挖,最后Fatrs在报告中指出剪切应力是产生车辙的主要原因,这一结果对以后有很高的借鉴作用,在以后的路面结构材料中逐渐出现了高强材料。报告中还提出,沥青路面变形上部大下部小,这一结果说明下部结构抵抗变形能力比上部强。
1997年第八届国际沥青路面设计会议时,车辙问题受到了越来越多的关注,
第一次单独提出永久变形概念,并提出一个专栏进行讨论,Samy提出可以用于软弱地基的车辙检测方法,可惜没有提出专门检测沥青路面车辙的方法。
2006年第十届国际沥青路面设计会议上,沥青路面车辙问题成了谈论的主要问题,大量的研究针对车辙问题进行,并集中讨论了关于车辙的检测方法,包括改善路面设计方法及沥青混合料的改善方面。
2.3国际上沥青路面的车辙的三种类型
1)由于路面结构层的强度不超过车辆荷载,车辙主要发生在沥青面层及其以下包括路基在内的各结构层的永久性变形,叫做结构性车辙。这种车辙横向直径较大,两侧没有突起变形,横断面成欠U字型。
2)夏季高温天气下,重载车辆反复碾压会使沥青混合料发生侧向流动变形。因为车载的剪应力大于混合料的剪切值,使得流动变形加大。叫做沥青混合料的流动性车辙,或失稳性车辙。这时车辆下部凹下,车道两侧出现隆起,有了竖向的变形,挤压外部,车道线及停车线因此可能成为曲线。
3)在我国,基层大多是刚性或半刚性,有很高的强度,基层及基层一下变形很小,偶尔会有某些不良路段会出现第一类的车辙。磨耗性车辙几乎不会出现在我国,所以冬季埋钉轮胎形成的磨损性车辙,基本很少见。所见车辙大部分都属于失稳性车辙。
3车辙成因简析
3.1车辙的形成机理
(1)混合料的流动变形
夏季高温及重载车辆作用下,混合料中的松弛沥青与骨料组成的沥青浆会先产生流动,紧接着引起混合料的变形。当温度继续升高、车载逐渐增大,在荷载的反复的作用下硬度大的骨料颗粒在力的作用下会发生错位滑动,促进沥青将向其车载的切线方向流动。
(2)沥青混合料的压实程度
骨料、细砂、沥青和空气组成碾压成型前的沥青混混合料,是松散状态的混合物,混合料组成的胶浆被挤进矿料的间隙中,同时骨料被压力挤成具有一定形状的骨架结构。路面碾压完成交付后,初始轮迹形成。施工技术规范规定,高速公路、一级公路压实度要达到实验室标准密度的96%。
3.2结构性车辙产生
前段时间我国新建很多高等级公路,其中很多不恰当的要求提到路面中,却不重视路面结构的施工。施工中用到某些施工机械,却不发挥这些机械应有的作用,偶尔测量达到标准,但查看相关规范却发现是不正确的,或有意把标准

降低了。如碾压达不到标准,这就促使了结构性车辙的产生。
3.3失稳性车辙产生
(1)路基失稳型车辙
此类车辙产生的主要原因是路基不均匀沉降,这类车辙的主要特征是车辙内有纵向裂缝
(2)基层失稳型车辙
此类车辙产生的主要原因是基层承载力不够或水稳性差,这类车辙的主要特征是车辙内有唧浆现象。
(3)面层失稳型车辙,主要是由于沥青混合料中颗粒之间沥青膜在外力作用下产生了剪切变形,引起集料颗粒出现相对位移的结果。因此,面层失稳性车辙主要与沥青结合料的性质有密切关系。混合料中沥青用量过多,是引起车辙的重要原因。过多的沥青

也使混合料很容易压密,使空隙率大为降低。研究表明,当沥青路面空隙率小于3%时,路面将很快出现失稳性车辙。
3.4压密性车辙产生的主要原因
这类车辙常发生于中国而外国较少见,这是因为沥青自身的密实度引起的。特别在我国的某些高等级公路施工时没有压实充分,仅仅追求平整度而减少对路面的碾压,促使压实度远远达不到标准。通车后遇到高温天气混合料逐渐密实变形,在车辆的重复碾压作用下,间隙逐渐缩小,达到极限间隙率后会逐渐稳定。这不仅会产生压缩变形,而且平整度迅速降低,产生碾压车辙。这类车辙只有下凹成V字或W型而没有两侧隆起。这类车辙是施工不当造成的车辙,因此告诫我们不要单方面追求平整度而忽视压实度,只有压实度达标才能保证路面结构在设计使用年限内不会出现车辙损毁。
对这种车辙可以说没有有效的维修方法,只有采用新的材料或将原有材料再生改造以更换产生车辙的层次。
3.5其外因如下
(1)与温度有关。夏季高温情况比之前更加明显了,某些地方偶然出现几年甚至几十年一遇的高温天气,并且持续时间很长,近些年来各省持续高温并不罕见,而且趋势愈发明显。
(2)与地区有关。某些地区多出现重车载的情况,且连续大纵坡上坡

路段,车辆爬坡能力差而影响车速,使荷载作用时间成倍延长,按照这种积累方式换算法则,车速降低与温度升高是等同的。但仅仅这些还不足解释车辙成因,由于车辙不是在任何地区任何路段都会发生,只有在温度高、交通量大、施工不完善等因素综合作用下才会产生。
(3)与汽车荷载

有关。起初高速公路还没有形成网络结构,交通量也没有那么大,重载或超载现象没那么严重,那时候的车辙也普遍存在,但不是那么严重,没有收到应有的重视,例如,山东省济青高速公路,它是同期修建的高速公路中车辙较明显的高速公路,在尚未与京沪、京福高速公路贯通的阶段,有不同程度的泛油现象,但车辙并不大。但就在2002年与京福高速公路连通后,济青高速公路的重载车大幅增加,车辙在一年之内就变得十分严重。
4车辙的危害性
4.1车辙危害特点
车辙的危害相比于开裂、水损要严重的多,它不仅影响行车舒适性,而且直接威胁交通安全。与此同时,车辙的修复难度很大,它不仅发生在表面,还会危及中下层结构。因此防治车辙的重要性不言而喻。
近年来,我国的国民经济得到快速发增长,高速公路发展迅猛,1988年沈大高速公路、沪嘉高速公路等我国大陆首条高速公路通车后,高等级公路大多采用沥青路面结构。高速公路和一级公路,车辆实行严格的渠化交通以后,路面的主要病害转化为车辙。最主要的是车辙会带给行车带来危险,从安全角度考虑应给予避免。再者就是车辙凹槽内的水的排除,这虽然不会造成安全问题,但车辙内积水后快速行驶的车辆就可能发生水漂。在冬天积水会结冰,使行驶车辆打滑,导致汽车制动距离不足。雨季车辙内会积水,长时间积水会透过面层进入下部结构,降低沥青混凝土的强度,导致沥青剥落和沥青混凝土层下部强度大量损失,在重载或超载汽车反复碾压下会发生横向变形,使表面车辙加快发展。
4.2车辙危害主要表现
(1)道路表面整体变形很大,路面平整性降低,行车舒适度下降;
(2)雨季路面排水不通畅,造成凹槽积水,影响路面耐久性;
(3)削弱路面结构及整体强度,导致下部机构的病害发生;
(4)行车在变换车道时容易造成失去方向失稳,造成危险;
(5)车辙修复需要大笔费用,造成巨大的经济损失。
5沥青路面车辙防治措施
5.1材料方面的措施
(1)集料
集料要采用硬度大、形状规则的、洁净且与沥青黏附性好的粗细集料。对于与沥青黏附性不好的集料,可以往里面加入一定量的消石灰。车辙发生可能性大的路段,需要控制天然砂的用量,但需要一定天然砂来改良施工碾压性能,提高压实度。
矿料级配的嵌挤作用对沥青混合料的高温抗车辙能力贡献值超过一大半,而沥青混合料自身只贡献不到一半的抵抗力。通过对比车辙严重路段及良好路段,得出结论,如果完全按照规范进行控制,混合料很容易变得可塑,这时车辙就很容易出现,无法满足重载情况下的交通要求。随着技术水平及设配的提高,容许范围变宽。为了防止路面过早出现车辙,优化上、中、下面层沥青混合料级配范围,需要调整级配范围,设计思想向形成紧密嵌挤骨架结构靠近,能满足抗滑的需要,同时控制41~7mm以上集料的用量。
(2)沥青
采用质量高、粘度高、低软化点和低含蜡量的重交通道路沥青,通常采用A级石油沥青,这类沥青针入度小,在中下层采用针入度更小的沥青。在容易

产生高温、重载及上坡慢速的路段,需要提高沥青的高温等级,特重交通情况下采用改性沥青,特殊路段下部叶可以考虑采用改性沥青。同时还可以增加高温胶结料等级或采用改性沥青会对施工工艺产生影响,它要求适当增加拌和与压实温度,对压实机械也有更高的要求。
采用改性沥青是当普通沥青无法满足要求时,提高抗车辙的办法之一,改性沥青比普通沥青软化点、粘有较大提升,拌制的混合料高温稳定性能提高。当用广义剪切劲度模量来衡量比较时,可以明显发觉,改性沥青混合料的车辙数量明显减少。目前改性沥青在全国都得到广泛的使用,某些地区还将改性沥青用于中层结构,但从经济角度来说,如果资金有限,不可能上、中两层都采用改性沥青,宁愿将改性沥青用于中面层,而不用于上面层
(3)添加抗车辙剂
研究发现在沥青混合料中加一些聚合物可以改善其路用性能,减轻车辙数量,法国的PRPLASTS就是一种专门用于改善热拌沥青混合料特性尤其是其抗车辙能力的聚合物。如果在采用普通重交沥青的AC-16I和AC-25I沥青混凝土中添加PRASTS后,它们的动稳定度都达到了8000次/mm左右
另一种沥青混凝土改进剂就是路孚8000,通过研究测试它的各项指标都超过了当前现有改性沥青的特点。
普通沥青混凝土加018%路孚8000添加剂后在高温条件下它抗车辙的动稳定性达8000次/mm左右,低温抗开裂能力也有很大的提高等等。
5.2及配合比方面措施
(1)级配
较粗的级配有较好的抗车辙能力,但不容易控制,而且级配过粗反而影响其高温稳定性,这一点前面已有论述。相比之下,开级配混合料的稳定性不如密级配的混合料,密级配的沥青混合料抗车辙性能较开级配混合料稳定。此外,可以稍微提高粗集料的量,这样可以提高混合料的高温性能。采用SMA结构等提高集料的嵌挤能力。
(2)配合比设计
配合比设计的指标的测定和计算方法要同意,建议采用GTM方法、SUPERPAVE方法设计混合料,但必须按马歇尔方法进行检验,采用S形嵌挤密实型级配。具有合理的VMA,在满足要求的基础上控制不要太大。
(3)沥青用量
相比于沥青的高温性能来说,沥青的用量对自身的影响更大,对于AC-13及AC-16沥青混凝土,可以适量的减少沥青的使用量,这样有利于减少车辙。所以,当考虑到高温性能时,最佳沥青使用量应该控制在标准值的偏下限。处于高温季节的重交通路段应该减少0.3%~0.5%的沥青用量,并且,可以适量的掺加粉煤灰,增大粉胶比,一般情况不能比1小,当然也不可过大,对于AC-20及OFGC沥青混合料,应该综合考虑级配、集料对沥青的依附性、集料与沥青之间的粘结力、混合料之间的间隙等因素,而不可以只从降低沥青用量的角度去改善抗车辙性能。可以适当的增加空隙率至5%~6%,但施工过程中必须增加碾压次数,压至标准值。
(4)使用纤维沥青混合料
根据实际工程需要,添加合适的纤维种类和用量。添加纤维后必须能够满足青混合料中纤维良好的分散性,否则会出现相反的效果
5.3设计阶段防止车辙的措施
(1)沥青路面结构组合
由于我们国家高速公路的发展处于初期阶段,水损坏问题不特别明显,车辙病害是防治的重点。
过去常采用沥青碎石联结层和Ⅱ型级配沥青混凝土,间隙率很大在8%以上,容易进水,形成水毁现象。所以,在后的设计中,三层沥青面层均采用I型沥青混凝土。I型沥青混凝土属于空间结构密实那种材料,它的特点是有很高的沥青使用量,间隙很小,设计时有时候只有2%~4%。所以温度升高时处于自由状态的沥青会发生热膨胀,同时沥青混合料直接的摩阻力小,会加剧高温变形,降低路面高温抗车辙的性能。由此可知,夏季高温、重交通路段的车辙问题就比较明显、严重。
当组合设计沥青路面结构时,可适当的增加沥青层的厚度,一般由15cm增加至17cm~21cm,还可以采用半刚性基层+沥青稳定碎石基层组成的混合式基层,这样可以减小基层的疲劳应力和水平层间剪应力,以达到提高路面抗车辙性能的效果。
(2)特殊路段特殊设计
车辙的形成受加载速率的影响较大,车辆行驶速度越快,加载在一点上的力的时间就越短,这对于粘弹性状态的沥青混合料的蠕变变形,就会越小。对于坡度较大的路段,车辆爬坡需要减速、下坡需要制动,这时的车辙往往比平整路面的车辙要深。所以,对于坡度大的特殊路段需要另行设计,使用和正常路段不一样的材料,加入抗车辙剂等方法。
(3)加强中面层抗车辙性能
夏季高温,沥青路面结构中由于温度聚集,往往温度最高的地方在顶层9cm处,而车辙出现在顶层5cm-10cm,但是问题是我们国家公路建设仅仅重视顶层的抗车辙性能,而忽略车辙易发的位置,导致中下层沥青发生较大变形形成车辙。在维修路面时,路面的横断面能说明这一点。所以正确的方法应该是对中面层进行加强,可以加大沥青标号或添加抗车辙剂,还要对中面层提出动稳定度要求。
(4)层间结合设计
沥青路面设计时建立在弹性层状体系理论的基础上的,结构层之间完全连续是一个整体,在此基础上才可以满足连续的界面条件。水分容易进入沥青层没有连接好的结构中,这样沥青层与层之间将变成不完全连续的,甚至是完全不连续的,这样会使沥青路面的受力情况出现变动。所以,各层沥青之间需要添加粘层油,粘层油适合采用中裂或块裂乳化沥青、改性乳化沥青。在实际表现中证明,添加这种材料会增加沥青路面的整体性。
(5)沥青面层设计
因为交通荷载之间作用在面层上,通过面层在传递到基层,所以要求面层有足够的稳定性和强度。防治沥青路面车辙的最好途径是提高沥青面层的高温抗车辙能力,主要从两个方面出发:面层厚度、沥青混合料。其中影响半刚性基层沥青路面永久变形的主要因素是沥青混合料高温抗变形性能,抵抗车辆反复压缩变形及侧向流动的能力是沥青混合料的高温稳定性能的主要表现,主要在于骨料框架,特别是粗骨料的相互嵌挤作用,此外,沥青粘结料会粗制混合料发生剪切作用变形。从混合料的组成成分角度考虑,制约其高温抗车载能力的原因主要是集料特性、集料的级配组成、沥青粘结料的性能等。
从沥青混合料组成设计方面考虑,制约高温抗车辙性能的原因是由于矿质沥青混合料的设计中,选用的密集配沥青混合料的孔隙率过小。密集配混合料中SMA混合料造价较高,路面表面层普遍选用AC混合料。选用粒径时单从提高抗车辙能力方面考虑,应采用较粗粒径,以利用粗集料间相互嵌挤作用提高抗辙能力,但从防水角度考虑,先要进行试验,配合当地实际工程设计出以粗骨料为主的骨架密实型沥青混合料。首先利用试验(通常是沥青混合料的车辙试验和蠕变试验),得出合理的级配区间、配合比、以及相应的抗车辙变形的控制指标。其次就是选用合理的骨料(坚硬,耐磨、抗冲击性好的碎石)、优质沥青(道路石油沥青),有需要还得掺加抗车辙剂与沥青粘结。对面层动稳定性要求较高,面层选用SMA沥青,并适量添加抗剥落剂,在交叉路口频繁繁制动车路段的面层添加纤维材料等,以增加动稳定度。
5.4施工方面措施
在高等级公路施工过程中,首先,先要控制材料质量的。正式施工前,需要对所有材料进行抽查实验,只有材料抽查合格后才能用于工程中,经过确认的材料和材料制造厂商,尽可能不要任意改动。另外,最重要的两点是:一是温度关,不论拌和、摊铺、压实温度,都必须严格把关。拌合温度主要在每次开工时要紧密注意,当达到预期要求的稳定状态后可以相隔一段时间进行抽查,保证期持续稳定。摊铺温度一定要合格,温度既不能过高也不能过低,温度过高会使沥青混合料变糊,沥青老化。温度高低会使混合料不易拌和均匀,导致混合料不达标。拌和楼、摊铺碾压施工现场都要时刻关注混合料温度,依照他的温度高低进行变更。二是压实,这是沥青路面施工最后阶段,同时也是最重要的阶段。质量高的混合料只有经过充分的压实才能实现优良的性能,提高压实度要求,加强压实,提高碾压次数,但不可过度碾压,因为碾压

过度反而会降低压实度,保证间隙率大于3%,小于8%。此外还有保证混合料在运输、摊铺中的离析问题,摊铺中的离析问题尤为重要。高等级道路施工过程中尽可能采用重型轮胎压路机,为了使沥青面层碾压尽可能达到稳定的状态。压实过程中尽量少使用柴油少浇水。
(1)严格施工控制和管理施工过程
1)合理提高压实度,混合料的碾压成型
沥青混凝土应该遵循“高温、强震、紧跟、慢压”的原则进行碾压。面层混合料为GTM设计方法设计,沥青混凝土的固有特性是GTM设计出的,碾压时需要使用重量较大的双钢轮震动压路机配合几台特重胶轮压路机,共同作业,震动压路机加震后总效率应在20t以上。混合料分三次碾压,分别是:初压、复压、终压。初压紧跟摊铺机后面,初压紧跟摊铺机进行,普通沥青混凝土初压温度不得低于140℃,改性沥青混凝土初压温度不得低于155℃。采用胶轮压路机(XP301)初压一遍,可以发挥降温慢、平整度高的效果。可以先涂一层食用油在轮胎上,以防止粘轮。碾压时由内向外(即由低向高)进行,这样方便行车路拱横坡,纵向接缝要求严格按规范程序操作。碾压应掌握“紧跟慢压”的原则,振动压路机必须采用强震档,摊铺后初压的长度应控制在30m左右,并以此计算压路机速度。
复压应在初压完成后紧接着进行,采用DD-130,DNAPAK622复压,各振2-3遍。胶轮压路机和振动压路机交替进行碾压,先用胶轮压路机碾压,再用振动压路机碾压,如此反复交替进行,直至达到试验段确定的碾压遍数,使混合料压实度不低于设计密度的97%。
终压采用DD-110压实,终压以消除轮迹为主,应使用静力双轮压路机或关掉振动的压路机紧跟在复压后进行,终压终了温度对普通沥青混凝土不低于90℃,改性沥青混凝土不低于100℃。
2)严格控制石料的压碎,保证沥青在摊铺和碾压过程中基生压碎现象为保证沥青混合料在摊铺和碾压过程中基生压碎现象,建议采取以下措施:一是在选择石料时尽可能选择针片状含量小,压碎值小的石料。针片状含量必须严格控制在15%以下尽可能不超过10%,石料压碎值应控制在24以下,二是改善碾压工艺,当发现石料有压碎现象时,原则上尽可能采用轮胎压路机搓揉碾压,而不采用钢轮压路机振动碾压,三是加强对石料压碎值情况的检查,在终压完成后,沥青混凝土尚未冷却的情况下,局部揭开检查,如有压碎现象,研究分析产生压碎的原因,并采用措施。
3)加强材料管理,严把进场关。对用于公路建设的各种材料,必须严把进场关,特别是容易忽视的沙、石材料。必须严格控制规格、压碎值和含泥量。
(2)交通和环境
高温是无法改变的,但是我们可以针对高温采取对应措施。为此,建议学习国外的做法,在夏季特别高温的时段封闭部分路段的货车交通,管制重载车通行,这种天气全年一般不会太多,但效果将会很好。或者事先另辟超载超限运输车辆的不渠化通行的公路,同时要强化对高速公路的速度低限控制,超限影响交通安全,低速影响交通通畅,加剧高温季节路面的车辙破坏,也应该严格控制。高温时段给路面洒水降温,及给车轮胎洒水降温等;最重要的是要想方设法加大对超限超载问题的治理。
实行高温时段车辆管制措施与公安部门协商,采取高温时段封闭高速公路通行重型货车的措施。实践证明,许多高速公路往往是一年中最热的几天里温度最高的几个小时内产生大的车辙。如果将这个时问段避开,可以对高速公路起到很好的保护。
(3)养护条件
沥青路面铺筑好之后应该加强养护措施,养护时增加养护的温度和湿度,使路面尽量密室均匀,这样可以减轻车辙的危害。加强预防性养护车辙发生后,司机为了保持行驶平稳,会尽量减少变道行驶,因而会加重渠化交通,从而加大车辙深度,形成恶性循环,此车辙发生初期,就必须加强预防性养护,及时修补车辙,例如采取微表处等预防性措施。
5.5车辙的处理措施
由于基层强度不足、水稳定性不好,使基层局部下沉而造成的车辙,应先处治基层。因面层与基层间有不稳定的夹层而形成的车辙,应将面层挖除,清除夹层后,重做面层。
(1)对于车辙只发生在沥青面层
要根据各面层的变形情况采取相应的治理措施。目前对于路面已发生流动性车辙,车辙深度在15mm以上的,波及到中、下面层,通常都采取铣刨面层,然后再重新铺筑沥青混合料的方式。铣刨的厚度要根据各层变形的具体情况,一般变形发生到那一层,铣刨到那一层。
路面受横向推挤形成横向波形车辙,如果已经稳定,可将凸出的部分铣刨,在波谷部分喷洒或涂刷粘结沥青并填补沥青混合料并找平压实。对于车辙深度不太大(一般仅限于小于40mm以下),且下面各结构层比较稳定的情况,可以采用微表处的方式进行处理。它一般适用于旧路面车辙深度不大于15mm的情况,超过15mm的必须分两层铺筑,或先用V形车辙摊铺箱摊铺。
(2)轻微车辙的微表处
微表处为用适当级配的石屑或砂﹑填料(水泥﹑石灰﹑粉煤灰﹑石粉等)采用聚合物改性乳化沥青﹑外掺剂和水,按一定比例拌和而成的流动状态的沥青混合料,将其均匀地摊铺在路面上形成沥青封层。目前,在美国及欧洲等发达国家,对于比较浅的车辙普遍使用的处理方法为微表处,十几年的工程应用实践证明了微表处杰出的使用性能。微表处具有保护原有路面和充分利用旧路价值的特点,同时具有施工快速及交通干扰小的优点。先进行微表处混合料配合比初试,当所有的施工性能指标(可拌和时间、稠度、初凝时间、黏结力试验等)和路用性能指标(湿轮磨耗试验、负荷轮黏附砂试验、轮辙变形试验等)均满足要求后,即可从中选出合理的微表处混合料配方。进行处理
环境对沥青路面的影响及解决对策
摘要:沥青是高分子材料,所以沥青老化不能被忽略,沥青混合料是由沥青与集料组成,同时也包含内部的孔隙空间。由于沥青混合料沥青的流变行为,会出现粘塑料交通荷载作用下的变形,而且由于其多孔性,使水进入孔隙沥青剥落聚集。这仅仅是对环境的影响,导致早期损坏沥青路面。沥青路面的设计分析表明,长期的环境没有直接考虑的影。为了更准确,考虑对环境的影响基于结构可靠性理论层次和空隙率的沥青混合料的沥青路面,建议加入到设计指标,同时提出,应取决于检测在验收应包括钻取芯样,当场层间粘结状态指标。
关键词:环境影响沥青路面结构可靠性沥青混合料
1介绍
任何工程结构的目的都是以完成一些所需的功能而建立的。工程结构必须在特定的环境中,与环境融合。结构是否能够达到预期的目的,关键的在于如何考虑在建筑环境的影响。
根据环境的影响程度,工程结构可分为两个类别:一是结构位于一个温和的对结构没有影响的环境;例如,当结构是在干燥的环境中,虽然环境温度对结构有影响,但湿度很低,所以混凝土碳化的程度以及钢筋腐蚀都很小,在这样的情况下,在设计时只考虑了温度效应是足够的目的。二是结构位于一个恶劣的并且
对结构有很大的影响的环境中;如结构是在沿海水域的海洋环境中的混凝土,很容易发生结构碳化,也容易出现钢筋锈蚀,在这种情况下,如果该结构设计不考虑环境影响,设计结果往往不能达到预期目的。
很容易判断建筑结构受环境影响是轻微或强,因此,该结构能够如期地处理。但是路面这种特殊的工程结构,考虑其受环境影响往往不能达到人们的预期。
面对沥青路面频繁的早期破坏,各国得到了一个共识:环境是影响沥青路面损坏的主要原因。但如何在设计中采取适当的和有效措施,仍然是一个悬而未决的问题。
本文分析了沥青路面的使用受环境的影响,并指出当前环境对沥青路面的影响,以及设计的不足。基于这些结果,提出结构可靠度、级配和沥青混合料空隙率、设计指标,在同一时间提出的检测应取决于钻孔的岩心样品的现场和层间的粘结状态,应包括在验收指标中。
本研究的结论,在于提高沥青路面的质量,对沥青路面损坏还原具有重要的参考价值。
2环境对沥青路面影响
2.1高温对沥青路面影响[2]
在高温条件下,由于车轮滚动的反复作用,荷载应力将超过沥青混合料的塑性极限,那么流动变形会累积形成车辙。车辙是所谓的车轮破坏或流动。当路面发生车辙,车轮将凹向下面,凸起的出现除了车轮两侧的路面材料;向外推曲线和车道线变的扭曲。
2.2低温对沥青路面的影响[2]
在冬天,气温骤降,沥青混合料的应力松弛跟不上热应力的增长,而沥青混合料的刚度将迅速增加,一旦混合最终的拉伸应变超过的极限强度,路面会出现开裂。当沥青面层与基层之间的粘附性不够的时候,它允许有一定的自由的收缩,这些冷却收缩裂缝当温度下降很多时,路面将更容易开裂。
裂纹会减少路面使用寿命。其实这类温度裂缝包含疲劳因素、温度等因素的影响,即温度疲劳裂纹
2.3水对沥青路面的影响[3]
沥青路面是由沥青和骨料、内部孔隙度,其总量结合成沥青。当沥青混合料的空隙充满水,交通荷载下相当大的动水压力将出现在沥青混合料孔。由流体力学,集料与沥青的粘结面会减损。骨料之间的粘附损失,并导致路面开始破坏。
沥青路面水损害的过程:在开始的时候,水渗透到接口沥青与集料形成水膜或水蒸气,影响沥青与集料的粘附;在循环荷载作用下,沥青膜开始剥落的聚集体;逐渐聚集体开始松脱出来;最后形成坑。
3现有的设计方法对沥青路面的环境影响
3.1考虑温度设计影响的
在水泥混凝土路面的设计应考虑温度:温度的影响作为一个特殊的负载作用在混凝土板上,计算温度的组合应力应力和荷载应力视为工作应力,并作为设计控制应力。在沥青路面设计时,温度的影响不被视为一个单独力纳入组合应力进行检查应[4]。
3.2现有的设计考虑水的影响
水的影响可以概括为降雨和冻结对道路的影响。分别设计了材料的结构要求,以避免在沥青路面水损害。下面是一些例子。
的环境,年降雨量大,规范中[4]指出:“对于高速公路和一级公路在年平均降水量为1000mm以上地区的公路,沥青等级表面层应达到5级”。
“为了防止雨、雪到路面和路基,沥青面层材料应密实级配沥青混合料。利用排水基地时,防水层和内部排水系统应设置在其底部,以确保水能排出路基”。抗水的影响,相应的结构措施很多提出在路基,基层和沥青面;对材料的要求也比,特别是对水的要求稳定,霜冻和沥青混合料低温性能提出了。
4在现有的设计方法,对环境影响的不足
从沥青路面和相应对策以上环境的影响,目前的设计向环境影响路的方向关注。然而,这些措施和方法往往无法克服或解决相应问题;沥青路面的抵抗破坏的能力没有得到根本改善。
4.1实际路面材料设计中的材料的不同
现在,几乎所有的结论有关的环境影响是形成理想的混合物实验室条件下。按照现有的标准及操作方法,甚至严重损害发生在实际路面,实验室相关试验数据仍然保持,材料都可以在其前期施工达到要求,施工中和施工后。同时,过程控制数据也显示,这些项目的建设符合规范。经实验室试验证实,材料符合要求,建设符合要求的沥青路面建设。
现场调查研究表明:室内实验的目的是在理想的沥青混合料,其在实际的表面沥青混合料有一个理想的混合大之间差异是[5]。
4.2对环境的影响缺乏深入系统的研究
现在沥青路面受环境影响的机制尚不清楚。由于受环境影响,沥青混合料的物理力学性质在实际道路中发生巨大变化。同时,随着时间的推移,在负载的影响下,沥青路面层间状态也发生了很大变化。使一些国家在设计中使用不可靠的参数。损耗性离子是沥青路面材料和结构状态经常失败的根本原因。
然而,该材料与环境中的结构劣化机制很少收到关注和研究。实验室数据和连续状态的假设是常用的设计,它未能反映道路的实际状态。
5改进思路和对策
5.1证据与改进思路
[6]状态:结构的环境影响应定量描述;当没有条件的定量描述,结构的环境影响可分为一些成绩,是定性描述,同时设计应采取相应的技术措施。
为了提高沥青路面的可靠性,避免沥青路面早期破坏,应进一步加强研究,为了了解沥青路面材料设计指标长期的定量环境影响。但这项工作需要很长的时间完成,因为该区域周围的不同的环境条件下,研究必须针对具体的情况,所以在短期内我们长期的设计指标是不现实的
5.2添加设计环境影响指标
集料级配和孔隙率的要求应纳入设计指标。相关的研究结果表明:除了温度和水,沥青路面的损害与沥青混合料的级配、孔隙度-沥青混合料密切相关,细粉含量太高,将导致其高温性能恶化,越来越多的几率产生车辙;孔隙率大于6%的沥青混合料水损害几率将大大增加。然而,在当前的沥青路面的设计中,这些结果不能得到反映,只有沥青的质量要求给出了。沥青混合料的力学性能必须唯一,对集料的级配但孔隙率不提出要求。只有明确的沥青混合料级配和孔隙率,能有效避免环境的影响。
5.3改变施工控制和验收抽样方法
目前沥青路面的实施过程中,样品试验的沥青混合料级配混合后但铺设前进行,得到的样品在这个时候总是满足它的目标要求。但事实上,摊铺过程中沥青混合料通常离析严重,沥青混合料的级配将远远偏离设计。包括级配离析、沥青混合料摊铺离析和温度离析。这些分离的结果从公路设计的实际偏差。因此,建议的质量控制路面使用现场钻芯取样。
沥青路面的设计假定对结构层的附着力是结合完整的。是否该层的状态是完全粘合,没有相应的指标测试验收,因此提出增加层粘结状态指标在沥青路面验收,促进在施工层粘结的关注
6结论
环境是影响沥青路面损坏的主要原因。高温导致沥青路面车辙病害和低温导致路面开裂;水渗透到沥青与集料的结合层,使沥青聚集体膜开始剥落,最后集料松散,形成坑洞。
目前,在沥青路面的设计中,环境对沥青路面的影响没有明确解决,它是沥青路面实际故障的原因。
为了提高沥青路面的质量,在短期内提高沥青路面的承受能力,现实的做法通常有两个方面:一是添加环境的设计影响指标;二是确保改变道路施工方法的与实际相一致。

 

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