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1、1 道路工程设计说明书 一、公路所在地区基本资料 1. 工程概况 我国东北地区长春某地(2)现拟建一段公路,主线路线全长200.17km, 采用沥青混凝土路面。全线采用高速公路标准,路基宽度24m 。路基土质为粘性 土,道路冻深为 160cm 。公路技术等级为高速公路,采用双向四车道,设计年限 为 15 年。 2. 地理条件及地形地貌气候资料 长春位于北纬 43054515;东经 1241812705,居北半 球中纬度北温带。长春地处中国东北平原腹地,市区海拔在250-350 米之间, 地势平坦开阔。 属北温带大陆性季风气候区,在全国干湿气候分区中, 地处湿润 区向亚干旱区的过渡地带。 气温自
2、东向西递增, 降水自东向西递减。 春季干燥多 风,夏季湿热多雨,秋季天高气爽,冬季寒冷漫长,具有四季分明,雨热同季, 干湿适中的气候特征。 年平均气温 4.8C ,最高温度 39.5C ,最低温度 -39.8C ,日照时间 2, 688 小时。夏季,东南风盛行,也有渤海补充的湿气过境。年平均降水量522 至 615 毫米,夏季降水量占全年降水量的60% 以上;最热月( 7 月)平均气温 23。 秋季,可形成持续数日的晴朗而温暖的天气,温差较大,风速也较春季小。 东北地区的土质主要为黑土, 黑土属于粘性土。 根据中国公路自然区划图确 定长春位于 2 地区。气候区为北温带大陆性季风气候,冬季寒冷而
3、干燥;夏季 温暖而多雨。特点是冬长夏短, 低温冷湿。 该公路建设里程长,沿线地质条件复杂,不良地质路段多,气候条件差,有 效施工天数短,全年桥涵混凝土的常温施工天数113 天,路基正常施工天数为 148 天。 中国公路自然区划图如下图所示: 2 二、沥青路面结构设计 1. 设计弯沉值和容许拉应力计算 (1)计算交通量 由于东北地区的煤炭, 石油等资源已经开发殆尽, 加之高速公路交通已经十 分发达,故预测交通量增长率逐步降低,但随着经济的增长、人口的逐渐增多, 3 东北地区旅游业的发展也比较迅速。所以交通量不会出现负增长。 由此可以分三 段进行预测, 1. 前 6 年内增长率 5% 。 2. 中
4、间五年增长率 4% 。 3. 后四年增长率 3% 。 交通量年增长率 各种汽车的设计交通量 一个车道上大客车以及中型以上的各种货车日平均交通量Nh=2164 ,属于重 交通等级。 由于东北地区高速公路已经足够发达,根据15 年十一期间东北有关交通量 的调查报道, 可得出东北地区交通量如上表。 根据东北地区已由高速公路的车道 数、上述统计所得交通量以及下图所示车道系数选择表,综上可得出修建双向四 车道的高速公路足以,高速公路的设计年限为15 年。 车道系数 车 道 特 征车道系数 双向单车道1.0 双向两车道0.6 0.7 双向四车道0.4 0.5 双向六车道0.3 0.4 双向八车道0.25
5、0.35 4 查车道系数表可得车道系数为0.4 。 (2)结构组合与材料选取 根据规范可知, 高速公路面层课设两到三层,这里设为三层。 初步确定路面 结构组合与各厚度如下: 面层:上面层采用细粒式密级配沥青混凝土(4cm ) 中面层采用中粒式密级配沥青混凝土(6cm ) 下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土(8cm ) 基层:水泥稳定碎石( 25cm ) 底基层:石灰土( 30cm ) (3) 面层类型系数:采用沥青混凝土面层,根据规范取1.0 。 (4)路面结构类型系数:属于半刚性基层沥青路面,Ab=1.0 5 (5)各层材料抗压模量和劈裂强度 根据公路沥青路面设计规范 ,查得各层材料的抗压模量
6、和劈裂强度如下 表所示。 (6)计算窗口 计算结果 : 2. 沥青路面结构厚度计算 (1)路面最小防冻厚度 得知路基干湿状态为中湿,道路冻深为 160cm时的,最小防冻厚度取55cm 。 6 (2)沥青路面结构参数 (3)路面设计层位:为水泥稳定碎石,这里选150mm 7 (4)土基回弹模量的确定 该路段处于 2区,为粘质土,稠度 1.10 对照下表可得,回弹模量可取35。 8 (5)计算窗口 计算结果: 3. 交工验收弯沉值和层底拉应力计算 (1)沥青路面结构参数 9 (2)新建路基交工验收综合影响系数: 由于以上计算均考虑了不利理季节的影响,交工验收不考虑不利季节的影响 因素, K 取 1
7、.0。 (3)计算窗口 10 4. 公路沥青路面设计与验算 (1) 沥青路面结构参数 (2)计算窗口 三、设计结果 * *公路新建路面设计成果文件汇总* * 一、设计弯沉值和容许拉应力计算 11 设计年限 15 车道系数 .4 序号分段时间 ( 年) 交通量年增长率 1 6 5 2 5 4 3 4 3 一个车道上大客车及中型以上的各种货车日平均交通量 Nh= 2164 , 属重交通等级 当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时 : 路面营运第一年双向日平均当量轴次 : 7960 设计年限内一个车道上的累计当量轴次 : 2.403622E+07 属重交通等级 当以半刚性材料结构层层底拉应力为设计
8、指标时 : 路面营运第一年双向日平均当量轴次 : 8464 设计年限内一个车道上的累计当量轴次 : 2.555811E+07 属特重交通等级 路面设计交通等级为特重交通等级 公路等级高速公路 公路等级系数 1 面层类型系数 1 路面结构类型系数 1 路面设计弯沉值 : 20 (0.01mm) 层位结 构 层 材 料 名 称劈裂强度 (MPa) 容许拉应力 (MPa) 1 细粒式沥青混凝土 1.4 .37 2 中粒式沥青混凝土 1 .26 3 粗粒式沥青混凝土 .8 .21 4 水泥稳定碎石 .5 .22 5 石灰土 .25 .09 12 二、新建路面结构厚度计算 新建路面的层数 : 5 标准轴
9、载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 20 (0.01mm) 路面设计层层位 : 4 设计层最小厚度 : 150 (mm) 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 20 (0.01mm) H( 4 )= 250 mm LS= 22 (0.01mm) H( 4 )= 300 mm LS= 19.9 (0.01mm) H( 4 )= 297 mm(仅考虑弯沉 ) 按容许拉应力计算设计层厚度 : H( 4 )= 297 mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 297 mm(第 2 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 297 mm(第 3 层底面拉应力计算满足要求) H
10、( 4 )= 297 mm(第 4 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 297 mm(第 5 层底面拉应力计算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 4 )= 297 mm(仅考虑弯沉 ) H( 4 )= 297 mm(同时考虑弯沉和拉应力 ) 验算路面防冻厚度 : 路面最小防冻厚度 550 mm 13 验算结果表明 , 路面总厚度满足防冻要求 . 通过对设计层厚度取整 , 最后得到路面结构设计结果如下: - 细粒式沥青混凝土 40 mm - 中粒式沥青混凝土 60 mm - 粗粒式沥青混凝土 80 mm - 水泥稳定碎石 300 mm - 石灰土 300 mm - 新建路基 三、交工验
11、收弯沉值和层底拉应力计算 计算新建路面各结构层及路基顶面交工验收弯沉值 : 第 1 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 19.9 (0.01mm) 第 2 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 21.5 (0.01mm) 第 3 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 24.1 (0.01mm) 第 4 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 28.1 (0.01mm) 第 5 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 90.9 (0.01mm) 路基顶面交工验收弯沉值 LS= 266.2 (0.01mm)( 根据“公路沥青路面设 计规范”公式计算 ) LS= 331.5 (0.01mm)( 根据“公路路面基层施 工技术规范”公式计算 ) 14 计算新建路面各结构层底面最大拉应力 :( 未考虑综合影响系数 ) 第 1 层底面最大拉应力( 1 )=-.132 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力( 2 )=-.047 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力( 3 )=-.075 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力( 4 )= .092 (MPa) 第 5 层底面最大拉应力( 5 )= .084 (MPa)
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