毕业设计---路基路面综合设计

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广南高速公路K3+600-K4+600路基路面综合设计 院系土木工程系专业道路工程年级2005姓名成守勇题目广南高速公路K3+600～K4+600路基路面综合设计指导教师评语指导教师(签章)评阅人评语评阅人(签章)成绩答辩委员会主任(签章)年月日 毕业设计任务书班级05道路二班学生姓名成守勇学号20057051发题日期：2009年1月13日完成日期：2009年6月20日题目广南高速公路K3+600～K4+600路基路面综合设计1、本论文的目的、意义毕业设计是大学本科学习的最后一个重要环节。做好毕业设计可使大学所学基础理论和专业技术知识得到一个系统的梳理，并将其巩固、延伸和拓展。通过高速公路路基路面综合毕业设计，可以提高分析问题和将理论应用于工程实际解决问题的能力；培养严谨、求实的科学作风；培养团队工作的能力。同时可以掌握公路路基路面设计的一些基本原理；对公路设计中所涉及的问题（如软土地基的处理、边坡稳定分析、挡土墙的设计和验算等）有一个初步的认识；掌握沥青路面和水泥路面的厚度设计方法；学会用马歇尔试验方法确定沥青混合料的最佳沥青用量；通过阅读外文资料，了解目前沥青路面设计的发展概况，提高自己的英文阅读和翻译能力。为即将进入交通土建施工和设计单位的学生能更好的适应新工作打下基础，为进一步进入高校深造的同学做好准备。2、学生应完成的任务资料查阅，根据任务书提供的初始资料进行交通分析，进行沥青路面和水泥混凝土路面设计，对这两类路面分别设计三种不同的路面结构，并计算路面厚度。根据集料的筛分结果和沥青混合料的马歇尔试验结果进行矿料级配设计和最佳沥青用量的设计。对于沥青路面和水泥混凝土路面，要进行从基层到面层的施工工艺设计，并提出施工质量控制措施。对软土地基，采用一种软土地基的处理方法进行处治设计。对路基边坡，进行稳定验算，并加设挡土墙加固路堤。对路基边坡还要进行坡面防护设计。参加毕业实习，提交实习报告，作一定量的文献翻译。利用Autocad绘图，并用Word进行文档整理。 3、论文各部分内容及时间分配：（共17周）第一部分路面设计（1周）第二部分材料设计（2.5周）第三部分路基横断面设计（2周）第四部分挡土墙设计（2.5周）第五部分软土地基处治设计（2周）第六部分毕业实习（1.5周）第七部分文献翻译（1.5周）第八部分计算机绘图（2周）第九部分文档整理（1周）评阅及答辩（1周）备注设计必须遵循现行的道路设计标准、规范、规程和技术指南，禁止采用已经废止的。指导教师：2009年月日审批人：2009年月日 摘要本设计是广南高速公路K3+600～K4+600段路基路面综合设计，该高速公路段设计行车速度80km/h,双向四车道，路基宽度宽24.5m。预计交通量年平均增长率13%，路基填土平均高度8m，填料为粘质土，在高填方路段分布有淤泥质软土。本设计主要包括路面设计、材料设计、挡土墙设计和软基处治设计四个部分。首先对该段道路进行路面设计，设计包括沥青路面设计和水泥混凝土路面设计。其中沥青路面设计有三种结构组合，分别是柔性基层沥青路面、半刚性基层沥青路面、组合式基层沥青路面。水泥混凝土路面也有3种结构组合，分别是普通混凝土路面、复合式混凝土路面、连续配筋混凝土路面。分别对各种路面进行性能技术经济比较，各推荐一种路面。其次根据路面设计中用到的材料进行材料设计，以及简单的施工说明。这部分设计包括沥青混合料设计、路面水泥混凝土设计、基层垫层材料设计。其中沥青混合料设计包含矿料级配设计和最佳沥青含量设计，对路面水泥混凝土和基层垫层材料进行配合比设计。接下来根据路基平面图和纵断面图进行路基横断面设计，设计包括排水设计和路堤路堑边坡设计，计算出路基土石方表。针对高填方路基进行挡土墙设计，本路段挡土墙采用加筋挡土挡墙，对于挡墙施工有简单说明。最后对填方路基下的软土路基进行处理。由于该软土力学性质极差土层较厚，换填不经济，单纯排水加固难以满足要求，采用CFG桩处理软弱路基。该部分设计包括CFG桩承载力计算、总沉降计算，以及施工说明。本设计中路面设计、软土路基设计均有方案比选，本文阐明了本设计的方法依据和设计步骤，可作为其它路段设计参考。关键词：沥青混凝土路面；水泥混凝土路面；最佳沥青含量；加筋挡土墙；CFG桩 AbstractThisdesignisthePavementandSubgradeDesignofGuang-NanExpresswayfromK3+600toK4+600.Thedesignofhighwaytrafficspeedsabove80km/h,two-wayfour-lane,thewidthoftheroadbedis24.5m.Trafficvolumeisexpectedtoaverageannualgrowthrateof13%,thesubgradefillingisclay,thefilling’saverageheightis8m,inthehighfillsectionsofdistributionofsoftclaymud.Thisdesignincludesfourmainpartsofpavementdesign,materialsdesign,retainingwalldesignandthedesignofsoftgroundtreatment.Firstofall,thesectionoftheroadforpavementdesign,itisincludesthedesignofasphaltpavementandcementconcretepavementdesign.Asphaltpavementdesigninwhichtherearethreestructures,respectivelynamedtheflexibleasphaltpavement,semi-rigidasphaltpavement,asphaltpavementcombined.Cementconcretepavementalsohavethreekindsofstructures,respectivelynamedordinaryconcretepavement,concretepavementcom-posite,continuouslyreinforcedconcretepavement.Thenthecomparisonbetweenthethreeroadstructureswasdonebasedonthetechnicalandeconomic,andthebestonewasrecommended.Followedbytheroaddesigninaccordancewiththematerialsusedinthedesign,aswellassimpleoftheconstructionshows,thispartofthedesignincludingtheasphaltmixturedesign,thedesignofcementconcretepavement,grass-rootsdesignofcushionmaterial.Asphaltmixturedesignwhichincludesthedesignofmineralaggregategradationandasphaltcontentofthebestdesign,theothertwopartsofthemixdesign.Thenaccordingtotheroadbedplanandverticalsectionroadbedtodesigntheroadbedmapsross-sectionaldesign,itisincludingdrainagedesignandembankmentslopedesignandcalculatetheearthembankmenttable.Forthehighfillsubgradetodesignoftheretainingwalls,inthissectionofretainingwallsusedbyreinforcedearthretainingwall,fortheretainingwallconstructionithasasimpledescription.Finally,processingthesoftsoilsubgradewhichundertheroadbedfill.Becauseoftheverypoormechanicalpropertiesofsoftsoillayersarethick,not-for-fillintheeconomy,simplycannotmeettherequirementsofstrengtheningthedrainage,sousetheCFGpileto dealwithweaksubgrade.ThispartofthedesignincludessomeofCFGpile,withthetotalsettlementcalculations,andmethodstatements.ThealternativeschemesBothoftheroaddesignandthedesignofsoftsoilroadbedhavethealternativeschemesinthisdesign,thisarticlesetsoutthebasisofthedesignmethodanddesignstepscanbeusedasreferenceforothersectionsofthedesign.keywords：AsphaltConcretePavement；CementConcretePavement；Optimumasphaltcontent；Reinforcedretainingwall；CFGpile 目录第1章绪论11.1国内外高速公路的发展概况11.1.1高速公路的概念11.1.2高速公路的产生和发展11.1.3我国高速公路的发展与规划21.2广南高速现状31.3本设计的基本思路与方法3第2章路面设计42.1设计资料42.2沥青路面设计42.2.1路面设计年限42.2.2轴载换算42.2.3预估路基回弹模量72.2.4材料选用72.2.5初拟路面结构组合82.2.6计算设计弯沉92.2.7路面材料设计参数102.2.8路面结构层厚度计算112.2.9验算防冻厚度和选择最优结构组合132.3水泥路面设计142.3.1交通分析142.3.2普通混凝土路面设计172.3.3复合式混凝土路面232.3.4连续配筋混凝土路面设计272.3.5混凝土路面方案比选31第3章材料设计333.1沥青混合料设计333.1.1矿料级配设计333.1.2确定最佳沥青用量413.1.3设计混合料路用性能检验503.1.4目标配合比设计成果汇总503.2路面水泥混凝土设计503.2.1路面混凝土的原材料技术要求503.2.2混凝土配合比设计513.2.3水泥混凝土路面的施工与检验553.3基层、垫层材料设计573.3.1石灰土的配合比设计步骤583.3.2石灰土配合比设计583.3.3石灰土的施工61第4章路基横断面设计654.1直线曲线及转角表654.2高速公路断面尺寸拟定654.3路基路面排水设计65 4.3.1排水的目的与意义654.3.2路基路面排水设计的一般原则664.3.3路基排水设备的构造与布置664.4路基超高设计704.5路基边坡坡度734.5.1路堤边坡734.5.2路堑边坡734.6坡面防护744.6.1路堤坡面防护744.6.2路堑坡面防护744.7路基的施工及检测754.7.1施工前的准备工作754.7.2路堤施工754.7.3挖方路基施工77第5章挡土墙设计795.1挡土墙设计资料795.2挡土墙尺寸参数的拟定795.3加筋挡土墙设计795.3.1计算等代土层厚度795.3.2土压力计算795.3.3拉筋拉应力815.3.4拉筋断面计算825.3.5拉筋长度计算835.3.6拉筋摩擦力计算835.3.7加筋挡土墙内部稳定性检算845.4加筋挡土墙外部稳定性验算865.4.1基底底面地基应力验算865.4.2基底抗滑移稳定验算885.4.3抗倾覆稳定性验算885.4.4整体滑动稳定性验算895.5加筋挡土墙墙面板设计905.6加筋挡土墙施工925.6.1基础的施工925.6.2面板的预制925.6.3面板的安砌925.6.4拉筋带的铺设935.6.5填料摊铺935.6.6注意事项94第6章软土路基处理966.1设计资料966.2填土极限高度计算966.3软土路堤稳定性分析976.3.1土体滑动稳定性检算976.3.2验算单独采用砂井等排水固结加固措施的可能性97 6.4软土路基处理方案拟定986.5CFG桩加固机理996.6CFG桩的设计计算1006.6.1设计参数1006.6.2复合地基承载力设计1016.6.3复合地基沉降计算1036.7CFG桩配合比设计1056.8CFG桩的施工1076.8.1施工机械选择1076.8.2CFG桩施工质量控制1076.8.3施工程序控制1086.8.4施工注意事项1096.8.5施工监测重点1096.9质量检验110结论111致谢112参考文献113附录1114附录2121 西南交通大学本科毕业设计第121页第1章绪论1.1国内外高速公路的发展概况1.1.1高速公路的概念高速公路是汽车运输发展的产物，它既是技术标准提高后的公路，又与普通公路有某些质的区别，一般认为：它是中央设置有一定宽度的分隔带，两侧各配备两条或两条以上的车道，分别供大量上下行汽车高速、连续、安全、舒适地运行，并全部设置立体交叉和控制出入的公路(《中国大百科全书》土木工程)。我国的《公路工程技术标准》(JTGB01—2003)将高速公路定义为：专供汽车分向、分车道行驶并全部控制出入的干线公路。《公路工程名词术语》(JTJ002—87)则将高速公路定义为：具有四个或四个以上车道，并设有中央分隔带，全部立体交叉并具有完善的交通安全设施与管理设施、服务设施，全部控制出入，专供汽车高速行驶的公路。1.1.2高速公路的产生和发展高速公路是社会经济发展的必然产物，它是伴随着汽车工业的蓬勃发展和整个社会的政治、经济、军事的发展而发展的。高速公路与20世纪30年代开始起步，最早修建高速公路的国家是德国和意大利，到目前为止，全世界60多个国家和地区兴建了高速公路，总里程达20多万公里。在世界高速公路的发展史上，德国、美国及日本的高速公路发展有其明显的特点。1.德国德国的高速公路起步最早，其所获得的设计、施工经验对世界各国修建高速公路具有重要作用。2.美国美国是世界上高速公路发展最迅速、路网最发达、设施最完善的国家之一。其高速公路网的建成，提高了运输效率，扩大了资源和商品的流通，促进了社会的发展和科学技术的进步，并在很大程度上影响了美国人的生活方式。美国高速公路发展特点是有计划、有步骤，而且速度快。3.日本日本是一个岛国，国土狭小，但日本的汽车工业十分发达，目前拥有机动车7082万辆，仅次于美国。日本是世界上公路密度最高的国家，密度约为3km/km2 西南交通大学本科毕业设计第121页。日本高速公路建设起步晚，于战后开始建设，但其高速公路系统也是十分发达。各国高速公路发展还具有以下特征：第一是城市高速公路发展异常迅速。在一些发达国家，由于城市人口集中，工商业十分发达，城市内汽车增长比郊外快得多。因此高速公路的产生大多数是从城市的外环路和辐射路以及城市内交通量大的路段开始，最后逐渐形成高速公路为骨干的城市道路网。第二是高速公路向全球化方向发展，形成国际高速公路网。随着全球经济一体化的发展，公路运输市场不再是一个国家、一个地区市场，而且是一个全球性的市场。相邻国之间合作修建高速公路促进了国际高速公路网的形成，成为调整公路发展的重大趋势。为了更好的发挥高速公路效益，加强国际间的公路运输联系，一些发达国家把主要高速公路连接起来，构成国际高速公路网。第三是高速公路建设向信息化、智能化方向发展。虽然高速公路极大地提高了通行能力，但修建道路的空间是有限的。如何最大限度地提高路网的通行能力，智能交通系统（ITS）是一个比较理想的方向。同时高速公路不仅具有运输人和物的固有交通功能，还能输送电力等能源及各种信息，加之道路所派生出来的美化环境、提供出游、抗灾避难及作为其它建筑物的基础等空间功能，使高速公路真正成为多功能公路。1.1.3我国高速公路的发展与规划　近十年来，伴随着国家综合国力的全面提升，我国陆路、航空、水路交通建设经历了历史性的跨越式发展。在我国高速公路建设取得历史性跨越，迈上新的台阶的关键时候，需要我们研究的一个重大课题是，在审视国内外高速公路发展历程和实践经验的基础上，深入分析我国高速公路对经济和社会发展以及交通运输远景需求的适应性，全面认识我国高速公路的功能和价值，从而更准确地把握我国高速公路未来发展的方向。从1988年我国大陆第一条高速公路正式通车到现在，我国的高速公路建设取得了举世瞩目的成就，全国高速公路通车里程超过2．5万公里，位居世界第二位。除西藏外，各省、自治区和直辖市都已拥有高速公路，有10个省份的高速公路里程超过1000公里。辽宁省和山东省已实现了省会到地市全部由高速公路连接，长江三角洲、珠江三角洲、环渤海等经济发达地区的高速公路网络也正在形成。在山东、辽宁、广东、江苏等地，省会到地市当天可以往返，这在过去难以想象。北京提出“迎奥运1 西南交通大学本科毕业设计第121页小时交通”的构想，重庆提出建设“8小时重庆”，浙江的“4小时公路交通圈”，都正在逐步变成现实。国家高速公路网规划采用放射线与纵横网格相结合的布局方案，形成由中心城市向外放射以及横连东西，纵贯南北的大通道，由7条首都放射线、9条南北纵向线和18条东西横向线组成，简称“7918网”，总规模约8.5万公里，地区环线、联络线等其它线路1.7万公里。　1.2广南高速现状　广南（广元至南充）高速公路是国家高速公路“7918网”中第8纵兰州—海口线的重要组成路段，总长240.96公里（包括新建188.46公里，已建和在建的4段高速公路52.5公里），其中广元境内126公里，南充境内115公里，总投资约101亿元。2008年11月12日，广南高速公路可行性研究报告经国家发展和改革委员会批复同意建设（发改基础[2008]2917号）。2009年初开工建设，建设工期3年，2012年正式通车。广南高速公路是川东北地区南北向重要交通通道，对带动沿线经济发展有着深远影响。同时，也将极大地促进西北内陆地区同南部沿海省份的沟通交流。该高速公路建成后，从广元开车到南充只需要2个多小时，比现在节省一半以上的时间。项目投资129.89亿元，平均每km造价6369.30万元。全线均处于亚热带湿润气候区，气候温暖，年平均气温15～16.2℃。极端最高温37℃，极端最低温-5℃，降雨充沛，年降雨量952.5～1860.4mm，年平均相对湿度85%，年均风速1.2m/s。1.3本设计的基本思路与方法本设计对广元至南充高速公路K3+600～K4+600段首先进行路面设计，分沥青路面设计和水泥混凝土路面。每种路面分别再进行不同的三种结构设计，最后进行方案比选，各推荐一种路面结构。沥青路面和水泥混凝土路面设计之后，对所采用材料进行设计。针对沥青混凝土，先进行矿料级配设计。然后对AC13采用马歇尔试验进行最佳沥青含量设计；针对水泥混凝土进行配合比设计。接下来进行路基横断面设计，设计包含排水沟、边坡，以及坡面防护等，由于某些路段填方过高，需设计挡墙，采用加筋挡土墙进行设计。最后，由于高填方路段下有软弱土层，造成路基稳定性不符合要求，先验算用砂井排水加固的可能性，若不满足采用CFG桩处理软弱地基，计算沉降，对CFG桩进行配合比设计以及施工说明。 西南交通大学本科毕业设计第121页第2章路面设计2.1设计资料广南高速公路设计行车速度80km/h,双向四车道，路基宽度24.5m。预计竣工后第一年双向年平均日交通量如表2-1所示。经调查，预期交通量年平均增长率R为13%，路基为粘质土，填料内摩擦角为32°，粘聚力c为20kPa，在春季不利季节调查得知地下水位离地面1.5m，路基填土平均高度8m。全线均处于亚热带湿润气候区，气候温暖，年平均气温15～16.2℃。极端最高温37℃，极端最低温-5℃，降雨充沛，年降雨量952.5～1860.4mm，年平均相对湿度85%，年均风速1.2m/s。表2-1第一年双向年平均日交通量车型前轴重kN前轴数前轴轮轴数后轴重kN后轴数后轴轮轴数后轴轴距交通量辆/日黄河JN16259.51单115.01双-430日野KF300D40.81单2×85.02双＜3m420长征CZ36147.61单3×90.73双＞3m430桑塔纳2000101单201单-42002.2沥青路面设计路面结构设计的目的，是提供一种在预定使用期内同所处环境相适应并能承受预期交通荷载作用的路面结构。2.2.1路面设计年限由《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）表3.1.3，各级公路的沥青路面设计年限，可知高速公路的设计年限为15年。2.2.2轴载换算我国路面设计以单轴双轮组100kN为标准轴载。1.当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时，各级轴载应按公式（2-1）换算成标准轴载P的当量轴次N。（2-1） 西南交通大学本科毕业设计第121页式中N——标准轴载的当量轴次（次/日）；ni——各种被换算车辆的作用次数（次/日）；P——标准轴载（kN）；Pi——各种被换算车型的轴载（kN）；C1——轮组系数，双轮组为1，单轮组为6.4，四轮组为0.38；C2——轴数系数。当轴间距大于3m时，按单独的一个轴计算，此时轴系数为1；当轴间距小于3m时，双轴或多轴的轴数系数按式（2-2）计算。（2-2）式中m——轴数。当以弯沉值和沥青层层底拉应力为设计指标时，完成当量轴载换算表2-2。表2-2弯沉值和沥青层层底拉应力为设计指标的轴载当量换算表车型轴重（kN）轮组系数C1轴数系数C2换算系数总换算系数交通量（辆/日）当量轴次（辆/日）黄河JN162前轴59.56.41.00.66892.50564301077.41后轴115.01.01.01.8367日野KF300D前轴40.86.41.00.12961.2145420510.09后轴85.01.02.21.0849长征CZ361前轴47.66.41.00.25342.2155430952.67后轴90.71.03.01.9621桑塔纳2000前轴106.41.00.00030.0061420025.62后轴206.41.00.0058计算累计当量轴次，由（2-3）计算。（2-3）式中——设计年限内一个车道沿单方向通过的累积标准当量轴次（次）；——设计年限（年）；——设计年限内交通量平均增长率（%）； 西南交通大学本科毕业设计第121页——路面营运第一年双向日平均当量轴次（次/日）；——与车道数有关的车辆横向分布系数，简称车道系数，按《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）表3.1.6选用。查得η=0.45，把设计年限t=15，年增长率r=13%，带入式（2-3）得：查《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）表3.1.8可以判定广南高速公路交通等级为重交通。2.半刚性材料层的拉应力为设计指标时，各级轴载均由公式（2-4）换算成标准轴载P的当量轴次。（2-4）式中——以半刚性材料层的拉应力为设计指标时的标准轴载的当量轴次（次/d）；——被换算车型的轴数系数；——被换算车型的轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5，四轮组为0.09。以拉应力为设计指标时，双轴或多轴的轴数系数由公式式（2-5）计算。（2-5）当以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标时，当量轴载换算表2-3。表2-3以半刚性材料结构层的层底拉力为设计指标的当量轴次换算表车型轴重（kN）轮组系数C1’轴数系数C2换算系数总换算系数交通量（辆/日）当量轴次（辆/日）黄河JN162前轴59.518.510.29063.34964301440.33后轴115.01.013.0590前轴40.818.510.01420.8317420349.31 西南交通大学本科毕业设计第121页日野KF300D后轴2×85.01.030.8175长征CZ361前轴47.618.510.04882.33884301005.68后轴3×90.71.052.2900桑塔纳2000前轴1018.510.00000.000042000.20后轴2018.510.0000把η=0.45，t=15，r=13%，带入式（2-3）得当量轴次：查《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）表3.1.8可以判定广南高速公路交通等级为重交通。2.2.3预估路基回弹模量路基的回弹模量是根据土类和自然区划以及拟订的路基土的平均稠度，并参考《公路沥青路面设计规范》的附录F土基回弹摸量参考值。根据广元南充所处地理位置查得该公路处于Ⅴ1区，气候分区位于1-4-2。路基土质为粘质土，在春季不利季节调查得知地下水位离地面1.5m，路基填土高度8m。则路床顶距离地下水位为：。在公路自然区划Ⅴ1区中，粘质土的路基临界高度为：，，。可知：，可判断该段路基处于干燥状态。路基土为粘质土，根据《公路沥青路面设计规范》（JTG.D50-2006）表5.1.4-1得其平均稠度，则取。查《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）附录F.0.3取土基回弹模量值E=47.2Mpa。设计路基处于干燥或中湿状态，土基回弹模量值应大于30MPa。本公路交通等级为重交通，则土基回弹模量值取E=50Mpa。2.2.4材料选用根据所建公路（广元南充 西南交通大学本科毕业设计第121页）所处的地理位置查中国沥青路面气候分区图和沥青及沥青混合料气候分区指标，可以知道该区属于1-4-2区，即夏热冬冷湿润区，最热月平均最高气温大于30℃，年极端最低气温大于-9℃，年降雨量为500~1000㎜。据《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）表4.2.1-1，可选用70号沥青。所选用的沥青应符合表4.2.1-1中的相关规定。据《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）表4.8.2，确定沥青混合料用粗集料质量技术要求。据《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）表4.8.5，确定粗集料与沥青的粘附性、磨光值的技术要求。据《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）表4.9.2，确定沥青混合料用细集料质量技术要求。据《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）表4.10.1，确定沥青混合料用矿粉的质量技术要求。2.2.5初拟路面结构组合根据本地区的路用材料，结合已有工程经验与典型结构，拟订结构组合方案。该路段的冬季较温暖，重载交通较多，其上面层可以选用粗型密级配沥青混合料(AC-C型)，拟定为AC-13C。该路段的夏季温度较高，为了减小车辙病害对路面使用性能的影响，其中、下面层宜选用粗型密级配沥青混合料(AC-C型)，中面层选用中粒式沥青混凝土AC-20C，下面层选用粗粒式沥青混凝土AC-25C。根据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，初步确定三种路面结构组合与各层厚度如表2-4、2-5、2-6所示。表2-4半刚性基层沥青路面结构组合层位材料厚度（cm）上面层细粒式沥青混凝土4中面层中粒式沥青混凝土6下面层粗粒式沥青混凝土8基层水泥稳定碎石36底基层二灰土？以二灰土为设计层。表2-5柔性基层沥青路面结构组合 西南交通大学本科毕业设计第121页层位材料厚度（cm）上面层细粒式沥青混凝土4中面层中粒式沥青混凝土6下面层粗粒式沥青混凝土8基层密级配沥青碎石?底基层级配碎石25以密级配沥青碎石为设计层。表2-6组合式基层沥青路面结构组合层位材料厚度（cm）上面层细粒式沥青混凝土4中面层中粒式沥青混凝土6下面层粗粒式沥青混凝土8基层密级配沥青碎石？底基层水泥稳定碎石30以密级配沥青碎石为设计层。2.2.6计算设计弯沉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（2-6）式计算确定。（2-6）式中——设计弯沉值（0.01mm）；——设计年限内一个车道累计当量轴次（次/车道）；——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、沥青贯入式路面（含上拌下贯式路面）、沥青表面处治为1.1；——路面结构类型系数，半刚性基层沥青路面为1.0，柔性基层沥青路面为1.6。半刚性基层沥青路面设计弯沉： 西南交通大学本科毕业设计第121页柔性基层沥青路面设计弯沉：组合式基层沥青路面设计弯沉：2.2.7路面材料设计参数2.2.7.1两类计算参数沥青路面设计需要两类计算参数，即各结构层材料的抗压回弹模量和劈裂强度。以路表弯沉值为设计或验算指标时，设计参数采用抗压回弹模量，对于沥青混凝土试验温度为20℃。以沥青层或半刚性材料结构层层底拉应力为设计或验算指标时，应在15℃条件下测试沥青混合料的抗压回弹模量；半刚性材料应在规定龄期(水泥稳定类材料龄期为90d，二灰稳定类、石灰稳定类材料为180d，水泥粉煤灰稳定类为120d)测定抗压回弹模量。沥青混凝土的劈裂强度选用温度为15℃时测定结果。水泥稳定类材料的劈裂强度选用龄期为90d时的测定结果；石灰或石灰—粉煤灰类材料则选用龄期为180d时的测定结果。可行性研究阶段，可参考《公路沥青路面设计规范》（JTG.D50－2006）表E.1、E.2和E.3附录中相关表格确定设计参数，计算参数见表2-7。表2-7计算参数材料名称抗压回弹模量（）劈裂强度（）弯沉计算用拉应力计算用细粒式沥青混凝土140020001.4中粒式沥青混凝土120018001.0粗粒式沥青混凝土100014000.8水泥稳定碎石150036000.5二灰土75024000.3密级配沥青稳定碎石120014000.8级配碎石225——2.2.7.2计算抗拉强度结构系数及确定容许弯拉应力对沥青混凝土层的抗拉强度结构系数，由式（2-7）计算。 西南交通大学本科毕业设计第121页（2-7）对无机结合料稳定集料类的抗拉强度结构系数，由式（2-8）计算。（2-8）对无机结合料稳定细粒土类的抗拉强度结构系数，由式（2-9）计算。（2-9）将和分别代入（2-7）、（2-8）（2-9）得，沥青混凝土层的抗拉强度结构系数：无机结合料稳定集料的抗拉强度结构系数：无机结合料稳定细粒土类的抗拉强度结构系数：容许弯拉应力按（2-10）计算，计算结果见表2-8。（2-10）式中——路面结构材料的极限抗拉强度（Mpa）；——路面结构材料的容许拉应力，即该材料能承受设计年限次加载的疲劳弯拉应力（Mpa）。表2-8结构层容许弯拉应力材料名称细粒式沥青混凝土1.43.5070.399中粒式沥青混凝土1.03.5070.285粗粒式沥青混凝土0.83.5070.228水泥稳定碎石0.52.2070.227二灰土0.32.8370.106密级配沥青稳定碎石0.8——级配碎石———2.2.8路面结构层厚度计算 西南交通大学本科毕业设计第121页采用东南大学交通学院的公路沥青混凝土路面设计系统分别对三种组合进行计算，计算结果分别见表2-9，表2-10，表2-11。2-9半刚性基层路面计算结果序号结构层材料名称抗压模量（Mpa）劈裂强度（Mpa）厚度（cm）层底拉应力（MPa）容许拉应力（Mpa）弯沉计算用拉应力计算用1细粒式沥青混凝土140020001.4400.3992中粒式沥青混凝土120018001.0600.2853粗粒式沥青混凝土100014000.8800.2284水泥稳定碎石150030000.5360.0740.2275二灰土75024000.3200.0610.1066土基5050————经过计算底基层(二灰土)厚度h=20cm,采用分层压实,满足压实最小厚度要求。路面表面的计算弯沉为：弯沉满足要求。上面层、中面层和底面层底部的拉应力均小于相应材料的容许拉应力，基层和底基层底部的拉应力也都小于相应材料的容许拉应力。所以，底基层（二灰土）厚度可取为。表2-10柔性基层路面计算结果序号结构层材料名称抗压模量（Mpa）劈裂强度（MPa）厚度（cm）层底拉应力（MPa）容许拉应力（MPa）弯沉计算用拉应力计算用1细粒式沥青混凝土140020001.4400.3992中粒式沥青混凝土120018001.0600.2853粗粒式沥青混凝土100014000.880.1190.2284密级配沥青碎石70012001.020——5级配碎石275——25——6土基5050———— 西南交通大学本科毕业设计第121页经过计算基层(密级配沥青碎石)厚度h=20cm,采用分层压实,满足压实厚度要求。路面表面的计算弯沉为：弯沉满足要求。上面层、中面层和底面层底部的拉应力均小于相应材料的容许拉应力。所以基层(密级配沥青碎石)厚度可以取h=20cm。表2-11组合式基层路面计算结果序号结构层材料名称抗压模量（MPa）劈裂强度（MPa）厚度（cm）层底拉应力（MPa）容许拉应力（MPa）弯沉计算用拉应力计算用1细粒式沥青混凝土140020001.4400.3992中粒式沥青混凝土120018001.0600.2853粗粒式沥青混凝土100014000.880.0680.2284密级配沥青碎石70012001.010——5水泥稳定碎石150030000.5300.1550.2276土基5050————经过计算基层(密级配沥青碎石)厚度h=10cm,满足最小压实厚度要求。路面表面的计算弯沉为：弯沉满足要求。上面层、中面层和底面层底部的拉应力均小于相应材料的容许拉应力。所以基层(密级配沥青碎石)厚度可以取h=10cm。2.2.9验算防冻厚度和选择最优结构组合查《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）附录F，该路段的大地标准冻深小于60，属于非冰冻区，可以不进行防冻验算。三种方案沥青层厚度均为18cm，此项可避开不作经济性的比较，方案一水泥稳定碎石和二灰土厚度为56cm，方案二沥青碎石和级配碎石厚度为49cm，方案三沥青碎石和水泥稳定碎石厚度为41cm。方案一沥青用量最少，且基层材料取材容易，拥有较强的可选性。 西南交通大学本科毕业设计第121页半刚性沥青路面用于高速公路的路面结构具有其合理性，其优点主要表现在：具有较高的强度和承载能力。一般来说，半刚性基层材料具有较高的抗压强度和抗压弹性模量，并具有一定的抗弯拉强度，且它们都具有随龄期而不断增长的特性，因此半刚性沥青路面通常具有较小的弯沉和较强的荷载分布能力。由于半刚性基层的刚度大，使得其上的沥青层弯拉应力值较小，从而提高了沥青面层抵抗行车疲劳破坏的能力。另外在三种不同的路面组合中，半刚性结构组合弯沉值最小，柔性路面的弯沉值比较大，考虑路面的长期使用，选择该种结构组合，即选用如表2-12所示的结构组合。表2-12半刚性基层沥青路面结构组合层位材料厚度（cm）上面层细粒式沥青混凝土4中面层中粒式沥青混凝土6下面层粗粒式沥青混凝土8基层水泥稳定碎石36底基层二灰土202.3水泥路面设计混凝土路面在经受到车轮荷载重复作用的同时，还经受大气温度周期性变化的影响。因此，混凝土路面板的疲劳破坏不仅与车辆荷载荷载应力的重复作用有关，而且与温度周期性变化产生的温度翘曲应力重复作用有关。水泥路面应以在荷载和温度梯度的综合作用下所产生的疲劳断裂断裂作为设计的极限状态，见式（2-11）。（2-11）式中——可靠度系数，依据所选目标可靠度及变异水平等级按《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2002）表3.03确定；——行车荷载疲劳应力（MPa）；——温度梯度疲劳应力（MPa）；——水泥混凝土弯拉强度标准值（MPa）。2.3.1交通分析 西南交通大学本科毕业设计第121页1.混凝土路面设计基准期路面设计基准期是计算路面结构可靠度时，考虑各项基本度量与时间关系所取用的基准时间。由《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2002）表3.0.1得对应于高速公路的设计基准期为30年，安全等级为一级，目标可靠度为95%，目标可靠指标为1.64，变异水平等级是低，取相应的可靠度系数为1.3。2.轴载换算水泥混凝土路面结构设计是以100kN单轴-双轮组荷载为标准轴载。不同轴-轮型和轴载的作用次数按式（2-12）换算成标准轴载的作用次数见表2-13，其中轴轮系数按（2-13）式、（2-14）式、（2-15）式、（2-16）式确定。（2-12）单轴-双轮组：（2-13）单轴-单轮组：（2-14）双轴-双轮组：（2-15）三轴-双轮组：（2-16）式中——100kN的单轴-双轮组标准轴载的作用次数；——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（kN）；——轴型和轴载级位数；——各类轴型i级轴载的作用次数；——轴-轮型系数。表2-13轴重换算结果车型轴轴重（kN）轮-轴型系数换算系数总换算系数交通量（量/日）当量轴次（次/日）黄河JN162前59.5383.0990.09459.45214304064.40后115.019.3576日野KF300D前40.8450.5770.00030.062142026.08后170.00.00000.0168长征CZ361前47.6421.6800.00290.061843026.57后272.10.00000.0589 西南交通大学本科毕业设计第121页桑塔纳2000前10824.8080.00000.000042000.00后20612.2240.0000合计4117.05通行车辆在公路横断面上的分布是不均匀的，根据统计规律，车道数不同，分布概率也不一样，为安全考虑，将分布概率集中的车道作为设计车道。因此，上述计算所得到的双向年平均日货车交通量换算标准轴次，还应乘以方向系数0.5和车道分布系数。由《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2002）表A.1.1得到单向车道为2时所对应的车道分配系数为0.8～1.0，设计中取0.9。设计车道使用初期标准轴载日作用次数由公式（2-17）计算。（2-17）式中——设计车道设计基准期初期标准轴载日作用次数（次/日）；——方向系数，一般为0.5；——交通量车道分布系数。则设计车道设计基准期初期标准轴载日作用次数：设计基准期内水泥混凝土面层临界荷位处所承受的标准轴载累计作用次数由公式（2-18）计算。（2-18）式中——是指临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，查《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2002）表A.2.2知高速公路为0.17～0.22，取0.2。——交通量年平均增长率。带入数据到式（2-18）得标准轴载累计当量作用次数：据《公路水泥混凝土路面设计规范》JTG.D40-2002表3.0.5，可知广南高速公路 西南交通大学本科毕业设计第121页交通等级属于特重交通。2.3.2普通混凝土路面设计2.3.2.1结构组合1.各层类型选择及适宜厚度(1)各层类型根据所建公路（广元南充）所处的地理位置查中国沥青路面气候分区图和沥青及沥青混合料气候分区指标，可以知道该区属于1-4-2区，即夏热冬冷湿润区，最热月平均最高气温大于30℃，年极端最低气温大于-9℃，年降雨量为500～1000㎜。据《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2002）4.3.3和4.3.8可知，应设排水基层。排水基层可选用多孔隙的开级配水泥稳定碎石、沥青稳定碎石或碎石，其孔隙率约为20%。据《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2002）第4.3.8条：排水基层下应设置由水泥稳定粒料或者密级配粒料组成的不透水底基层，厚度一般为200mm。底基层顶面宜铺设封层或防水土工织物。(2)各层适宜厚度基层：由《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40-2002)表4.3.5得多孔隙水泥稳定碎石排水基层为100～140mm,水泥稳定粒料底基层的适宜厚度范围是150～250mm。面层：由《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40-2002)表4.4.6对应于交通等级为特重、公路等级为高速、变异水平等级为低的面层厚度应大于等于260mm。2.初拟路面结构（1）路面结构拟定据《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）可知，设计行车速度为80km/h的高速公路，其行车道宽可设为3.75m，其右侧的硬路肩宽度为3.0m，中间带宽度为3.5m。横缝为设传力杆的假缝，其间距为4.0m。纵缝为设拉杆平缝，其间距为3.75m。普通混凝土面层板的平面尺寸长为4.0m，宽为3.75m。面板的长宽比为1.07，小于1.30；面板的面积为15m2，小于25m2。硬路肩水泥混凝土面层的厚度与行车道面层等厚，其基层与行车道基层相同，其结构层厚度如表2-14所示。表2-14普通混凝土路面初拟结构厚度层位材料厚度（mm）面层普通混凝土260排水基层多孔隙水泥稳定碎石120 西南交通大学本科毕业设计第121页下封层单层表面处治10底基层水泥稳定粒料200（2）路面材料参数确定根据广元南充所处地理位置查得该公路处于Ⅴ1区，气候分区位于1-4-2。路基土质为粘质土，在春季不利季节调查得知地下水位离地面1.5m，路基填土高度8m。则路床顶距离地下水位为：。在公路自然区划Ⅴ1区中，粘质土的路基临界高度为：，，。可知：，可判断该段路基处于干燥状态。路基土为粘质土，根据《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）表5.1.4-1得其平均稠度，则取。查《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）附录F.0.3取土基回弹模量值E=47.2Mpa。设计路基处于干燥或中湿状态，土基回弹模量值应大于30MPa。本公路交通等级为重交通，则土基回弹模量值取E=50Mpa。由《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40-2002)表3.0.6取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa，相应弯拉弹性模量标准值为31GPa。据附录F，表F.2，多孔隙水泥碎石基层和水泥稳定粒料底基层回弹模量均取为1500MPa。2.3.2.2路面设计封层不参与计算。1.基层顶面的当量回弹模量由公式（2-19）计算。（2-19）式中——基层顶面的当量回弹模量()；——路床顶面的回弹模量()；——基层和底基层或垫层的当量回弹模量()；——基层和底基层或垫层的当量厚度()；——与有关的回归系数。基层和底基层或垫层的当量回弹模量由公式（2-20）计算。 西南交通大学本科毕业设计第121页（2-20）式中——基层和底基层或垫层的厚度()；——基层和底基层或垫层的回弹模量()。基层和底基层或垫层的当量厚度由公式（2-21）计算。（2-21）式中——基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度()。基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度由公式（2-22）计算。（2-22）与有关的回归系数由公式（2-23）计算，由公式（2-24）计算。（2-23）（2-24）将拟定参数分别带入公式（2-20）、（2-22）、（2-21）、（2-23）、（2-24）得： 西南交通大学本科毕业设计第121页最后由（2-19）求得基层顶面的当量回弹模量为：2.荷载疲劳应力普通混凝土面层的相对刚度半径由公式（2-25）计算。（2-25）式中——混凝土板的相对刚度半径()；——混凝土板的厚度()；——水泥混凝土的弯拉弹性模量()。普通混凝土面层的相对刚度半径为：标准轴载在普通混凝土面层临界荷位处产生的荷载应力由公式（2-26）计算。（2-26）式中——标准轴载在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力()。则标准轴载在普通混凝土面层临界荷位处产生的荷载应力为：普通混凝土面层，因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数：kr=0.87。水泥混凝土面层，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由公式（2-27）计算。（2-27）式中——设计基准期内的荷载疲劳应力系数；——与混合料性质有关的指数，普通混凝土、钢筋混凝土、连 西南交通大学本科毕业设计第121页续配筋混凝土，。疲劳应力系数为：根据公路等级，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数：。普通混凝土面层的荷载疲劳应力由公式（2-28）计算。（2-28）式中——普通混凝土面层的荷载疲劳应力（）。普通混凝土面层的荷载疲劳应力为：3.温度疲劳应力在临界荷位处的温度疲劳应力由公式（2-29）确定。（2-29）式中——临界荷位处的温度疲劳应力（）；——最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力()；——普通混凝土板面层的温度疲劳应力系数。（1）最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力由公式（2-30）计算。（2-30）式中——混凝土的线膨胀系数()，通常可取为1×10-5；——最大温度梯度；——综合温度翘曲应力和内应力作用的温度应力系数，可按l/r和h查《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG.D40-2002)图B.2.2确定。查《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG.D40-2002)表3.0.8知，Ⅴ1区最大温度梯度取86（）。普通混凝土面层板长4m，l/r=4/0.693=5.8，据l/r和面层厚度h=0.26m，查《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG.D40-2002)图B.2.2，得。 西南交通大学本科毕业设计第121页代入（2-30）得最大温度梯度时普通混凝土板的温度翘曲应力计算为：（2）普通混凝土板面层的温度疲劳应力系数由公式（2-31）计算。（2-31）式中——考虑温度应力累计疲劳荷载的疲劳应力系数；——回归系数，按《公路水泥混凝土路面设计规范》JTG.D40-2002表B.2.3确定。——普通混凝土面层的弯拉强度标准值（）。公路位于自然区划Ⅴ1的区，查《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG.D40-2002）表B.2.3可得，a=0.871，b=0.071，c=1.287，带入（2-31）得普通混凝土板面层的温度疲劳应力系数Kt为：把和代入（2-29）得临界荷位处的温度疲劳应力为：2.3.2.3验算查《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG.D40-2002）知高速公路安全等级为一级，目标可靠度为95%，相应的变异水平等级为低，则可靠度系数为，由公式（2-11）得：相对误差由公式（2-32）计算。（2-32）相对误差为： 西南交通大学本科毕业设计第121页则所选普通混凝土面层厚度（260mm）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，最后得到路面结构设计结果如表2-15所示。表2-15普通混凝土路面结构厚度层位材料厚度（mm）面层普通混凝土260排水基层多孔隙水泥稳定碎石120下封层单层表面处治10底基层水泥稳定粒料2002.3.2.4钢筋的布置纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。1.纵缝拉杆长度、直径和间距的确定。查《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2002）表5.1.3得对应于面层厚度为260～300mm，到自由边或未设拉杆纵缝的距离为3.75m所对应的拉杆直径、长度和间距为16mm×800mm×700mm。2.横缝传力杆尺寸和间距的确定查《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2002）表5.2.5对应于面层厚度260mm有传力杆直径为32mm，传力杆最小长度为450mm，取500mm，传力杆最大间距为300mm，取300mm。传力杆的直径、长度和间距为32mm×500mm×300mm。2.3.3复合式混凝土路面2.3.3.1初拟路面结构据《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）可知，设计行车速度为80km/h的高速公路，其行车道宽可设为3.75m，横缝为设传力杆的假缝，其间距为4.0m。纵缝为设拉杆平缝，其间距为3.75m。普通混凝土面层板的平面尺寸长为4.0m，宽为3.75m。本地区年降雨量大，应设置排水层，碾压混凝土为不透水层，各层厚度如表2-16所示。表2-16复合式混凝土初拟结构厚度层位材料厚度（mm）上面层沥青混凝土100下面层普通混凝土220排水基层多孔隙水泥稳定碎石140下封层单层表面处治10底基层水泥稳定粒料200 西南交通大学本科毕业设计第121页2.3.3.2路面材料参数的确定路基的回弹模量是根据土类和自然区划以及拟订的路基土的平均稠度，并参考《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）的附录取土基回弹模量值E为50MPa。由《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2002）表3.0.6，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa，相应弯拉弹性模量标准值为31GPa。据附录F，表F.2，多孔隙水泥碎石（水泥剂量9.5%～11%）基层和水泥稳定粒料底基层回弹模量均取为1500MPa。2.3.3.3路面设计1.基层顶面当量回弹模量由公式（2-19）、（2-120）、（2-21）、（2-22）、（2-23）、（2-24）计算。将所拟定数据代入入得：2.荷载疲劳应力普通混凝土面层的相对刚度半径由公式（2-25）计算，得：则标准轴载在普通混凝土面层临界荷载位处产生的荷载应力由公式（2-26）计算得： 西南交通大学本科毕业设计第121页普通混凝土面层，因纵缝为设拉杆平缝接缝传荷能力的应力折减系数。水泥混凝土面层，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为：。根据《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2002）表B．1．2，公路等级（高级），考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数。标准轴载只在有沥青上面层的混凝土板临界荷位处产生的荷载应力由公式（2-33）计算。（2-33）式中——标准轴载Ps在有沥青上面层的混凝土板临界荷位处产生的荷载应力(MPa)；——系数，可由《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG.D40-2002）图D.1.2查取；——沥青上面层厚度(m)；——标准轴载在无沥青面层的混凝土板临界荷位处的荷载应力（MPa)。标准轴载只在有沥青上面层的混凝土板临界荷位处产生的荷载应力为：则普通混凝土面层的荷载疲劳应力由公式（2-28）计算得：3.温度疲劳应力查《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2002）表D.2.1知，Ⅴ1区最大温度梯度取40（）。普通混凝土面层板长4.0m，l/r=4.0/0.567=7.05，据l/r和面层厚度h=0.22m，查图B.2.2，得=0.71。则最大温度梯度时普通混凝土板的温度翘曲应力由公式（2-30）计算为： 西南交通大学本科毕业设计第121页公路位于自然区划Ⅴ1的区，查《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2002）表B.2.3，可得a=0.837，b=0.038，c=1.382，则普通混凝土板面层的温度疲劳应力系数由公式（2-31）可得：则临界荷载位处的温度疲劳应力由公式（2-29）计算得：有沥青上面层的混凝土面板临界荷位处温度疲劳应力由公式（2-34）计算。（2-34）式中——有沥青上面层的混凝土面板临界荷位处温度疲劳应力（Mpa）；——系数，由《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2002）图D.2.1查取；——按普通混凝土计算（），其中最大温度梯度查《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2002）表D.2.1取值。查《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2002），图D.2.1，得。2.3.3.4验算查《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2002）知高速公路安全等级为一级，目标可靠度为95%，相应的变异水平等级为低，则可靠度系数为，由公式（2-11）得：由公式（2-32）得相对误差为： 西南交通大学本科毕业设计第121页据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）可知，广元南充所在地为非冰冻区，不进行防冻厚度验算。则所选复合式混凝土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，最后得到路面结构设计结果如表2-17所示。表2-17复合式路面最终厚度层位材料厚度（mm）上面层沥青混凝土100下面层普通混凝土220排水基层多孔隙水泥稳定碎石140下封层单层表面处治10底基层水泥稳定粒料2002.3.4连续配筋混凝土路面设计2.3.4.1路面厚度设计连续配筋混凝土路面的厚度，可按普通混凝土路面厚度设计的各项设计参数及规定进行设计。其基层取普通混凝土路面基层的厚度；面板厚度：对于高速公路，取普通混凝土路面板的厚度，因而路面的层位和厚度可采用下表2-18所示：表2-18连续配筋路面结构厚度层位材料厚度（mm）面层普通混凝土260排水基层水泥稳定碎石120下封层单层表面处治10底基层水泥稳定粒料2002.3.4.2纵向配筋设计连续配筋混凝土面层的纵向配筋设计标准为：混凝土面层横向裂缝的平均间距为1.0～2.5m；裂缝缝隙的最大宽度为1mm；钢筋拉应力不超过钢筋屈服强度。1.计算参数面层厚度为0.26m，水泥混凝土弯拉弹性模量为31Gpa，混凝土强度等级为C40，该地区最高日平均气温与最低日平均气温之差为42.混凝土的抗拉强度标准值，粘结刚度系数，连续配筋混凝土的干缩应变选用HRB335螺纹钢筋，直径为16mm，得到弹性模量，屈服强度 西南交通大学本科毕业设计第121页。2.横向裂缝间距计算混凝土温缩应力系数由公式（2-35）计算。（2-35）式中——混凝土温缩应力系数；——混凝土抗拉强度标准值，按《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2002）附表F.5取用；——设计温差，可近似取为最高温与最低温之差（）；——连续配筋混凝土干缩应变，可参考《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2002）附表F.5取用。混凝土温缩应力系数为：初拟配筋率为，钢筋贡献率由公式（2-36）计算。（2-36）式中——钢筋刚度贡献率（%）；——配筋率（%）；——钢筋弹性模量（MPa）。钢筋贡献率为：横向裂缝的平均间距由公式（2-37）计算。（2-37） 西南交通大学本科毕业设计第121页式中——随系数和而变的系数，查《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2002）图图E.0.2可得；——粘结刚度系数（Mpa/mm），可参考《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2002）图F.5取用；——横向裂缝平均间距。由和，查《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2002）图E.0.2知，带入（2-37）计算得：满足横向裂缝间距1.0—2.5的要求。3.裂缝宽度计算裂缝缝隙宽度由公式（2-38）计算。（2-38）式中——裂缝缝隙宽度（mm）；——裂缝宽度系数，查《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2002）图E.0.3可得。根据钢筋贡献率，，查《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2002）图E.0.3得裂缝宽度系数。带入（2-38）求得裂缝宽度为：裂缝宽度≤1，满足缝宽要求。4.钢筋应力计算钢筋应力由公式（2-39）计算.（2-39）式中——钢筋应力（MPa）； 西南交通大学本科毕业设计第121页——钢筋温度应力系数，查《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2002）图E.0.4可得；——钢筋线膨胀系数，通常取。根据钢筋贡献率，，查《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2002）图E.0.4得裂缝宽度系数。带入式（2-39）,求得钢筋应力为：由于，钢筋拉应力满足要求。5.钢筋间距或根数计算上述计算均满足要求，则初拟的纵向钢筋配筋率是合适的。钢筋间距由公式（2-40）计算确定。(2-40)式中——钢筋间距（mm）。钢筋间距：或每延米纵向钢筋根数为：根。2.3.4.3横向配筋设计由《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG.D40-2002）第6.3.2条款，连续配筋混凝土面层的纵向和横向钢筋均采用螺纹钢筋，由第6.2.2条款知横向和纵向钢筋宜采用相同或相近的直径，横向钢筋拟采用同纵向钢筋相同的HRB335螺纹钢筋，直径：16mm，弹性模量，屈服强度。每延米混凝土面层板长（或宽）所需要的钢筋面积由公式（2-41）可得：（2-41）式中——每延米混凝土面层板宽（或长）所需的钢筋面积（）； 西南交通大学本科毕业设计第121页——计算纵向配筋量时，为横缝间距；计算横向配筋量时，为无拉杆的纵缝或自由边之间的距离（）；——面层板厚度（）；——面层板与基层之间的摩擦系数，基层为水泥、石灰或沥青稳定粒料时，取基层为无结合料粒料时，取。将各参数代入公式（2-41）可得：钢筋的截面积由公式（2-42）计算。（2-42）直径为16mm的钢筋的截面积每延米混凝土面层板宽所需直径为16mm的钢筋根数为：223.52/200.96≈1根。2.3.4.4钢筋布置应符合以下要求：1.纵向钢筋设在面层板表面下～厚度范围内，横向钢筋位于纵向钢筋之下；2.纵向钢筋的间距不大于250mm，不小于100mm或集料最大粒径的2.5倍；3.横向钢筋的间距不大于800mm；4.纵向钢筋的焊接长度一般不小于10倍（单面焊）或5倍（双面焊）钢筋直径、焊接位置应错开，各焊接端联机与纵向钢筋的夹角应小于；5.边缘钢筋至纵缝或自由边的距离一般为100～150mm。2.3.5混凝土路面方案比选普通混凝土路面强度高，稳定性好，使用寿命长，路面承重强度比沥青高，适用于重载交通道路。但是普通混凝土路面需设置较多的伸缩缝，以防止变形而影响板的开裂、拱胀，甚至断裂。混凝土路面另一个缺点就是行车时噪音大。在重交通地区可以考虑作为高速公路路面。 西南交通大学本科毕业设计第121页沥青路面作为一种高级路面被广泛应用于公路与城市道路，但由于沥青价格的不断上涨，使得沥青路面的投资增加，直接影响了公路的可持续发展。因此，在水泥混凝土路面上加铺沥青层，即修筑水泥混凝土与沥青混凝土复合式路面结构，不仅可以减少沥青用量(与柔性路面相比)，而且可弥补刚性路面的不足。刚柔相济，大大改善路面的使用性能。　连续配筋混凝土路面较好地克服接缝水泥混凝土路面由于横向胀、缩缝的薄弱而引起的各种病害(如唧泥,错台等)及改善路用性能,其优点有行车舒适性好、承载能力高、使用寿命长且养护维修少等显著优点。但是连续配筋混凝土路面造价高昂，在经济方面失去了可比性。在所拟定的三种结构方案中，普通混凝土路面是应用最广的方案之一，沥青面层复合式路面是性能较好的一种路面结构，但是广南高速公路按《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG.D40-2002）评定为特重交通路段，且广南高速公路夏季炎热，采用沥青作为面层容易产生车辙，进而引起路面破坏。尽管水泥混凝土路面存在一些方面的不足，但是其寿命很长，这里推荐普通混凝土路面结构为广南高速公路路面结构，结构层厚度如表2-19所示。表2-19推荐的路面结构组合层位材料厚度（mm）面层普通混凝土260排水基层多孔隙水泥稳定碎石120下封层单层表面处治10底基层水泥稳定粒料200 西南交通大学本科毕业设计第121页第3章材料设计3.1沥青混合料设计沥青混合料是由集料与沥青拌合而成的混合料的总称，主要是指未经摊铺、压实的沥青混凝土混合料和沥青碎石混合料。沥青混合料配合比设计的内容就是在综合考虑气候、行车荷载、原材料性能等因素的情况下，确定粗集料、细集料、矿粉和沥青材料相互配合的最佳组成比例，使之既能满足沥青混合料的技术要求，又符合经济原则。3.1.1矿料级配设计矿质混合料配合组成设计的目的，是选配一个具有足够密实度并且具有较高内摩擦力的矿质混合料，并根据级配理论，计算出需要的矿质混合料的级配范围。为了应用已有的研究成果和实践经验，通常采用规范推荐的矿质混合料级配范围来确定。按《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）的规定进行。广南高速公路属于重交通道路。夏季最高平均气温为34℃，冬季最低平均气温为-6℃，年降雨量为500—1000mm，属于夏季炎热冬温湿润区。必须充分考虑其抗车辙、抗滑和防水等性能，宜选用粗型密级配，并取得较高的设计孔隙率；为确保高温抗车辙能力，同时兼顾低温抗裂性能的需要，配合比设计时适当减少公称最大粒径附近的粗集料用量，减少0.6mm以下部分细粉用量，使中等粒径集料居多，形成s曲线，并取得中等或偏高水平的设计孔隙率；确定的工程设计级配范围应比规范级配范围窄，其中4.75mm和2.36mm筛孔的通过率的上下限差值宜小于12%。据此确定出各工程级配范围。广南高速公路沥青路面面层采用三层结构，即上面层、中面层和下面层。其中上面层选用AC-13,中面层选用AC-20,下面层选用AC-25。密集配沥青混凝土混合料矿料级配范围见表3-1。材料筛分通过率如表3-2所示。 西南交通大学本科毕业设计第121页表3-1密集配沥青混凝土混合料矿料级配范围级配类型通过下列筛孔(mm)的质量百分率(％)31.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075粗粒式AC-2510090-10075-9065-8357-7645-6524-5216-4212-338-245-174-133-7中粒式AC-2010090-10078-9262-8050-7226-5616-4412-338-245-174-133-7细粒式AC-1310090-10068-8538-6824-5015-3810-287-205-154-8表3-2材料筛分通过率材料名称筛孔尺寸（方孔筛）（mm）26.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075通过百分率%碎石（20～30mm）9928.21.50.70.40.20.20.20.20.20.20.2碎石（15～25mm）A10090.0648.314.6390.290.2080.2080.2080.2080.2080.2080.208碎石（15～25mm）B10099.882.757.22.60.20.20.20.20.20.20.2碎石（15～20mm）A10010073.53513.82.6000000碎石（10～15mm）A10010010083.6117.030.4040.370.370.370.370.370.37碎石（10～15mm）B10010010099.981.90.20.10.10.10.10.10.1碎石（10～15mm）C10010010099.955.22.6000000碎石（5～10mm）A10010010010099.623.01.300000碎石（5～10mm）B10010010010096.185.630.50.50.50.50.50.5碎石（5～10mm）C10010010010010019.00.30.20.20.20.20.2石屑A10010010010010096.73.01.50000石屑B10010010010010098.5269.5854.2137.9323.4515.446.36石屑C10010010010010099.280.264.644.322.97.62.1砂子A10010010010010097.9489.5584.1665.1514.433.230.62砂子B10010010010010010089.662.747.712.72.90.7矿粉A10010010010010010010010010010099.2677.9矿粉B1001001001001001001001001001009580.2 西南交通大学本科毕业设计第121页3.1.1.1上面层设计上面层为AC-13，公称最大粒径为13.2mm，用以分类的关键性筛孔2.36mm，筛孔通过率小于40％。采用规划求解法确定AC-13中各种用量的集料比例，经过试配，得出偏差平方和最小的组合。选用材料：碎石（20～30mm），碎石（15～25mm）A，碎石（10～15mm）A，碎石（5～10mm）A，石屑B，矿粉A。计算表见表3-3所示，级配曲线图如图3-1所示。表3-3AC-13矿料级配设计计算表筛孔尺寸(mm）通过百分率（%）中值工程范围（%）偏差平方和集料一集料二集料三集料四集料五集料六合成混合料5.52E-060.3023127.9699623.0944945.957552.67568626.599100100100100100100100100—1005.51E-131928.290.0610010010010099.97100100—1000.000903161.548.3110010010010099.84100100—1000.0244213.20.74.63983.6110010010095.139590—1000.0162399.50.40.2917.0399.610010076.476.568—850.0100984.750.20.2080.4042398.5210053.385338—680.1432072.360.20.2080.371.369.5810035.063724—503.7740921.180.20.2080.37054.2110027.6926.515—381.4241880.60.20.2080.37037.9310020.211910—281.4677410.30.20.2080.37023.4510013.5613.57—200.0032320.150.20.2080.37015.4499.269.856105—150.0207790.0750.20.2080.3706.3677.95.11164—80.78965总和7.67455 西南交通大学本科毕业设计第121页图3-1AC-13矿料级配曲线图3.1.1.2中面层设计中面层为AC-20，公称最大粒径为19mm，用以分类的关键性筛孔4.75mm，筛孔通过率小于45％。采用规划求解法确定AC-20中各种用量的集料比例，经过试配，得出偏差平方和最小的组合。选用材料：碎石（20～30mm），碎石（15～25mm）A，碎石（10～15mm 西南交通大学本科毕业设计第121页）A，碎石（5～10mm）A，石屑B，矿粉B。计算表见表3-4所示，级配曲线图如图3-2所示。表3-4AC-20矿料级配设计计算表筛孔尺寸(mm）通过百分率（%）中值工程范围（%）偏差平方和集料一集料二集料三集料四集料五集料六合成混合料3.0524.2914.6119.6935.230993.1226.59910010010010010099.969521001000.00091928.290.0610010010010095.396649590—1000.1573161.548.3110010010010084.440628578—920.312913.20.74.63983.6110010010071.412547162—800.17029.50.40.2917.0399.610010060.539476150—720.21214.750.20.2080.4042398.5210042.478834126—562.18692.360.20.2080.371.369.5810028.004923016—443.98031.180.20.2080.37054.2110022.3339322.512—330.02760.60.20.2080.37037.9310016.59832168—240.35800.30.20.2080.37023.4510011.49687115—170.24690.150.20.2080.37015.44958.5186448.54—130.00030.0750.20.2080.3706.3680.24.85724153—70.0204总和7.6739 西南交通大学本科毕业设计第121页图3-2AC-20矿料级配曲线图3.1.1.3下面层设计下面层为AC-25，公称最大粒径为26.5mm，用以分类的关键性筛孔4.75mm，筛孔通过率小于40％。采用规划求解法确定AC-25中各种用量的集料比例。经过试配，得出偏差平方和最小的组合 西南交通大学本科毕业设计第121页。选用材料：碎石（20～30mm），碎石（10～15mm）A，碎石（5～10mm）B，石屑B，砂子B，矿粉B。计算表见表3-5所示，级配曲线图如图3-3所示。表3-5AC-25矿料级配设计计算表筛孔尺寸(mm）通过百分率（%）中值工程范围（%）偏差平方和集料一集料二集料三集料四集料五集料六合成混合料27.2721.1922.6424.620.9957453.2831.5100100100100100100100100100—100026.59910010010010010099.727299590—100221928.210010010010010080.4196482.575—904161.510010010010010073.138377465—83113.20.783.6110010010010069.447366.557—768.699.50.417.0396.1810010010054.392952.545—603.584.750.20.4045.6398.5210010029.951043024—360.002.360.20.370.569.5889.610021.552942116—260.311.180.20.370.554.2162.710017.500511712—220.250.60.20.370.537.9347.710013.3425138—180.120.30.20.370.523.4512.71009.4285599.55—140.010.150.20.370.515.442.9957.19457174—100.040.0750.20.370.56.360.780.24.45117253—70.30总和40.36 西南交通大学本科毕业设计第121页图3-3AC-25级配曲线图 西南交通大学本科毕业设计第121页3.1.2确定最佳沥青用量沥青混合料的最佳沥青用量（OAC），可以通过各种理论计算的方法求得。但由于实际材料性质差异，按理论公式计算得到的最佳沥青用量，任然要通过试验方法修正，因此理论法只能得到一个供试验参考的数据。本次试验法采用马歇尔法确定沥青最佳用量。3.1.2.1材料的密度测试在进行设计前对工程提供的4.75～9.5mm、9.5～1.6mm、0～4.75mm三种轧制碎石材料、天然砂以及石灰岩矿粉进行密度测试。对4.75～9.5mm、9.5～1.6mm两种碎石材料测试表观密度和毛体积密度；对0～4.75mm的碎石、砂和矿粉由于测试毛体积密度较麻烦，故作为沥青混合料配合比设计时可以只测表观密度，并认为可以代替毛体积密度。几种材料密度测试结果如表3-6。表3-6材料密度测试结果材料表观密度（g/cm3）毛体积密度（g/cm3）4.75～9.5mm2.7592.6259.5～16mm2.8252.7680～4.75mm2.803----天然砂2.654----石灰岩矿粉2.710----沥青1.034----3.1.2.2马歇尔试验1.成型马歇尔试件根据经验，AC-13的沥青含量大约为4%-6.5%范围内，以0.5%间隔的不同沥青含量，与上表3-10中的掺配配合比例的合成集料成型马歇尔试件，马歇尔试件尺寸为：Φ101.6mmⅹ63.5mm，其中规范要求的试件高度为63.51.3mm。由于是改性沥青，故沥青的加热温度选用170℃，烘料温度选用180℃，拌料温度选用170℃，试模加热温度选用155℃，击实75次拆模。试件成型后在试模内自然冷却至次H脱模。2.马歇尔试验（1）测定试件体积参数按照试验规程规定的方法测定试件的毛体积密度，并计算得试件的体积参数。①合成集料的毛体积相对密度由公式（3-1）计算。 西南交通大学本科毕业设计第121页（3-1）式中——合成集料的毛体积相对密度；P1、P2、…Pn——各种矿粉成分的配合比，其和为100；——各种矿料相应的毛体积相对密度。粗集料按T0304方法测定，机制砂及石屑按T0330方法测定，也可以用筛出的2.36～4.75mm部分的毛体积相对密度代替，矿粉（含消石灰、水泥）以表观密度代替。代入数据到公式（3-1）得：②合成集料的表观相对密度由公式（3-2）计算。（3-2）式中——合成集料的表观相对密度；——各种矿料按试验规程方法测定的表观相对密度。代入数据到公式（3-2）得：③合成材料的吸水率由公式（3-3）计算。（3-3）式中——合成材料的吸水率（%）。将和代入公式（3-3）计算得： 西南交通大学本科毕业设计第121页④合成集料有效相对密度按（3-4）计算。(3-4)式中——合成集料有效相对密度；——合成矿料的沥青吸收系数。合成矿料的沥青吸收系数由公式（3-5）计算。（3-5）将代入公式（3-5），再将代入公式（3-4）得：⑤理论密度由公式（3-6）计算。（3-6）式中——合成集料的理论相对，相对密度；——沥青混合料的油石比；——沥青的相对密度。将油石比，矿质集料的有效相对密度以及沥青的密度带入公式（3-6）得：同样方法计算得沥青含量为4.5%、5.0%、5.5%、6%和6.5%所对应的试件空隙率，并均列于表3.7中。⑥试件空隙率VV由公式（3-7）计算。（3-7）式中——试件空隙率（%）；——试件毛体积相对密度；——沥青混合料的最大理论相对密度。 西南交通大学本科毕业设计第121页由试验测得油石比的试件毛体积密度，由式（3-7）计算得试件空隙率：同样方法计算得沥青含量为4.5%、5.0%、5.5%、6%和6.5%所对应的试件空隙率，并均列于表3.7中。⑦试件矿料间隙率VMA由公式（3-8）和（3-9）计算。（3-8）（3-9）式中——试件矿料占质量百分率（%）；——试件矿料间隙率（%）。由混合料的矿料合成毛体积相对密度以及油石比，代入（3-8）计算试件矿料所占质量百分率，代入（3-9）计算矿料间隙率VMA得：同样方法计算得沥青含量为4.5%、5.0%、5.5%、6%和6.5%相应试件矿料间隙率，也均列于表3-7中。⑧试件的有效沥青饱和度由公式（3-10）计算。（3-10）对于油石比的试件的有效沥青饱和度为：同样方法计算得沥青含量为4.5%、5.0%、5.5%、6%和6.5%相应试件的有效沥青饱和度，也一样列于表3-7中。表3-7马歇尔试件的体积参数 西南交通大学本科毕业设计第121页沥青含量（%）油石比（%）最大理论相对密度毛体积相对密度空隙率（%）矿料间隙率（%）有效沥青饱和度（%）4.004.172.6122.15717.424.829.94.504.712.5912.3479.418.649.45.005.262.5712.3777.518.058.25.505.822.5512.3856.518.264.36.006.382.5312.4055.017.972.26.506.952.5122.4044.318.476.7（2）马歇尔试验进行马歇尔试验，测定马歇尔稳定度和流值，测试结果列于表3-8：表3-8稳定度与流值油石比（%）稳定度（kN）流值（0.1mm）劲度模量（kN/mm）4.1717.124.66.964.7119.526.87.285.2621.3297.365.8223.932.47.366.3820.738.87.366.9519.933.25.333.1.2.3确定最佳油石比1.绘制体积参数与油石比关系曲线图，分别如图3-4，3-5，3-6，3-7，3-8，3-9，规范要求各种指标油石比范围如图3-10。图3-4油石比－毛体积密度关系曲线图3-5油石比－矿料间隙VMA关系曲线 西南交通大学本科毕业设计第121页图3-6油石比－沥青饱和度VFA关系曲线图3-7油石比－马歇尔稳定度关系曲线图3-8油石比－空隙率关系曲线图3-9油石比－流值关系曲线图3-10满足规范要求指标油石比范围2.确定最佳油石比（1）求算OAC1:OAC1由公式（3-11）计算（3-11） 西南交通大学本科毕业设计第121页式中——平均油石比；——最大密度所对应的油石比（%）；——最大马歇尔稳定度所对应的油石比（%）；——中值5%所对应的油石比（%）；——沥青饱和度的中值70%所对应的油石比（%）。由图查得最大密度所对应的有时比为a1=6.1%；最大马歇尔稳定度所对应的油石比a2=5.8%；根据规范设计空隙率范围的中值5%所对应的油石比a3=6.1%；按《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）表5.3.3-1规定气候区在1-4区沥青饱和度的中值70%所对应的油石比a4=6.0%。其平均值为：（2）求算OAC2：根据试验结果，求满足稳定度、流值、饱和度以及空隙率要求的油石比共同范围。显而易见，其公共油石比范围为5.7%～6.5%，其中值为OAC2=6.1（%）（3）最佳油石比由公式（3-12）和（3-13）计算。（3-12）（3-13）将计算数据代入（3-12）得：（%）将代入（3-13）得：3.1.2.4计算有效沥青含量沥青混合料中的有效沥青用量由公式（3-14）和（3-15）计算。（3-14）（3-15）式中——沥青混合料中被集料吸收的沥青结合料的比例（%）；——沥青混合料中的有效沥青用量（%）； 西南交通大学本科毕业设计第121页——集料的有效相对密度，无量纲；——材料的合成毛体积相对密度，无量纲；——沥青的相对密度（25℃/25℃），无量纲；——沥青含量（%）；——各种矿料占沥青混合料总质量的百分率之和，即=100-（%）。沥青混合料中，被集料吸收的沥青结合料所占比例按（3-14）计算得：将沥青混合料中被集料吸收的沥青结合料的比例，以及，代入式（3-15）得：有效沥青体积百分率按（3-16）式计算。（3-16）式中——有效沥青体积百分率（%）。油石比为6.1%时对应的毛体积相对密度，代入（3-16）计算得：3.1.2.5确定沥青混合料的粉胶比所配制的沥青混合料，由公式（3-17）计算其粉胶比。（3-17）式中FB——粉胶比，沥青混合料的矿料中0.075mm通过率与有效沥青含量的比值，无量纲；——矿料级配中0.075mm的通过率（水洗法）（%）；——有效沥青含量（%）。粉胶比：一般来说，沥青混合料的粉胶比宜符合0.6~ 西南交通大学本科毕业设计第121页1.6的范围。对常用的公称最大粒径为13.2~19mm的密级配沥青混合料，粉胶比宜控制在0.8~1.2范围内。该沥青混合料的粉胶比为1.11，符合要求。3.1.2.6按集料表面积估算混合料油石比计算集料的比表面由公式（3-18）可得，估算沥青混合料的沥青膜有效厚度由公式（3-19）可得：（3-18）（3-19）式中SA——集料的比表面积（）；——各种粒径的通过百分率（%）；——相应于各种粒径的集料的表面积系数；DA——沥青膜有效厚度（）。按下表3-9计算集料的表面积，SA为6.5046m2/ kg。表3-9集料比表面积计算筛孔（mm）通过率（%）表面积系数（m3/kg）表面积（m2/kg）161000.410.4113.298.70.410.404679.5740.410.30344.75510.410.20912.36360.820.29521.18311.610.49910.6252.870.71750.3156.140.9210.15912.291.10610.075532.771.6385合计6.50457混合料的有效沥青含量是5.52%，沥青的相对密度为1.034，则沥青膜有效厚度由（3-19）计算得：估算沥青混合料有效沥青的油石比由公式（3-20）计算。（3-20）如果按沥青膜厚度9μm为最合适计算，沥青密度为1.304计算，则沥青混合料有 西南交通大学本科毕业设计第121页效沥青的油石比估计为：即有效油石比为5.96%，折合有效沥青含量5.63%，误差为2%，与设计结果基本符合，混合料设计较为合理。3.1.3设计混合料路用性能检验沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂姓、水稳定性检验方面的试验未做，这里没有计算检验。3.1.4目标配合比设计成果汇总沥青混合料设计成果汇总列于表3-10：表3-10AC-13沥青混合料配合比设计成果成果内容集料配合比9.5--16mm29%4.75--9.5mm19%石屑49%矿粉3%最佳沥青用量油石比6.1%含油率5.9%马歇尔指标稳定度20.8KN流值28.4×0.1mm空隙率2.40%矿料间隙率9.20%有效沥青饱和度72%沥青混合料毛体积密度2.38g/cm33.2路面水泥混凝土设计混凝土是以水泥为胶结材料，用普通砂石为集料，按设计的配合比，加水经搅拌、成型、养护而得到的复合材料。有时为了改善其工艺性能和力学性能，还可加入各种化学外加剂或磨细的矿质掺合料。由于各地的材料来源（尤其是集料）不同，所得混凝土的工艺性能和物理力学特性亦有所差异。对路面混凝土而言，为满足路面结构的力学性能和使用要求，在配合比的设计上特殊考虑。在不同地方进行路面混凝土设计时，应在就地取材的原则下，遵循普通混凝土的设计方法，又要参照当地应用经验，设计出既满足路面物理力学性能要求，又经济合理的路面混凝土配合比。3.2.1路面混凝土的原材料技术要求 西南交通大学本科毕业设计第121页路面混凝土混合料由水泥、粗集料、细集料、水与外加剂组成，它们的技术要求如下：1.水泥广南高速公路属于特重交通，路面混凝土采用普通硅酸盐水泥42.5级，技术指标符合标注及工程要求。3d抗压强度为25.5MPa，抗折强度为4.5Mpa；28d抗压强度为57.5MPa，抗折强度为7.5Mpa。广南路处于非冰冻区，水泥用量不得小于300kg/m3。2.粗集料粗集料应使用质地坚硬、耐久、洁净的碎石、碎卵石、或卵石。本高速公路采用的粗集料为I级反击破碎石，级配为4.75—26.5mm，表观密度为2690kg/m3，大于2500kg/m3；松散堆积密度为1450kg/m3，大于1350kg/m3。各项技术指标均符合工程要求。3.细集料细集料采用质地坚硬、耐久、洁净的天然河砂，由于是特重交通，砂的硅质含量不得低于25%，细度模数为3.0的中砂。各项技术指标达到了I级技术要求。4.水饮用水可直接作为混凝土搅拌和养护用水。采用非饮用用水时，应检验硅酸盐含量，其含量SO2-4小于0.0027mg/mm3；含盐量不得超过0.005mg/mm3；PH值不得小于4，不得含有泥、油污和其他有害杂质。符合规定要求才可使用。5.外加剂路面混凝土选用减水率大、坍落度损失小、可调控凝结时间的复合型减水剂，使用硅酸盐水泥应参加一定的饮泣剂。选用减水剂必须与所用水泥进行适应性检验。各项技术指标均需要达到工程要求。3.2.2混凝土配合比设计3.2.2.1混凝土配合比的技术要求1.混凝土的弯拉强度不同交通等级的混凝土路面应具有不同的弯拉强度要求。我国《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2002）明确规定混凝土的弯拉强度标准为强制执行条文，在设计混凝土路面结构时必须严格执行。按该规范特重交通水泥混凝土的弯拉强度标准值为fr=5.0Mpa，按公式（3-21）计算。 西南交通大学本科毕业设计第121页（3-21）式中——配制28d弯拉强度的均值（MPa）；——设计弯拉强度标准值（MPa）；——保证率系数；——弯拉强度变异系数；所以混凝土28d弯拉强度均值为：2.混凝土的工作性混凝土的工作性是指混凝土混合料在特定的工艺装备条件下在规定的时间内能否达到规定要求密实程度和均匀性的一项技术指标。通常用坍落度或振动粘度系数来表征。混凝土混合料工作性与施工工艺和施工装备有直接关系。本高速公路采用滑模摊铺机铺筑混凝土路面。碎石混凝土的最佳工作性为坍落SL为25mm-50mm，振动粘度系数为200-500。3.混凝土的耐久性混凝土的耐久性主要受冻融和腐蚀环境的影响。广南路处于非冰冻区，不考虑冻融影响。本高速公路混凝土含气量应为3.5±1.0（%）。最大水灰（胶）比为0.44，最小单位水泥用量为320kg/m3。最大单位水泥用量不宜大于400kg/m3；掺粉煤灰时，最大单位胶材总量不宜大于420kg/m3。3.2.2.2配合比设计参数的确定1.水灰（胶）比的计算和确定混凝土拌合物的水灰比，根据已知的混凝土配制抗弯拉强度和水泥的实际弯拉强度，由公式（3-22）得出水灰比。（3-22）式中——水灰比；——水泥实测28d抗折强度（MPa），查《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTGE30-2005）中T0506-2005中的附录说明中的表格T0506-3。 西南交通大学本科毕业设计第121页对于碎石混凝土：2.砂率的确定计算砂的细度模数，由公式（3-23）计算可得：(3-23)式中，……——0.15mm，0.30mm……4.75mm各筛的累积筛余百分率（%）。根据砂的细度模数和粗集料种类，查表3-11，由内插法可得出砂率为34%。表3-11砂的细度模数表砂细度模数2.2～2.52.5～2.82.8～3.13.1～3.43.4～3.7砂率Sp（%）碎石30～3432～3634～3836～4038～42卵石28～3230～3432～3634～3836～40注：碎卵石可在碎石和卵石混凝土之间内插取值。3.按工作性要求确定单位用水量由公式（3-24）计算用水量，取坍落度。(3-24)式中——不掺外加剂与掺合料混凝土的单位用水量；——坍落度（mm）；——砂率（%）；——灰水比，水灰比之倒数。碎石混凝土，坍落度取38mm，单位用水量为： 西南交通大学本科毕业设计第121页4.单位水泥用量的确定混凝土拌合物每的水泥用量由公式（3-25）计算可得：(3-25)式中——单位水泥用量。单位水泥用量：由《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTG.F30-2003）表4.1.2-6可知耐久性允许的最小水泥用量为310，故取472满足要求。5.混合料砂石料用量的确定混合料中砂石料用量可按照密度法或体积法计算确定。按密度法计算时，混凝土单位质量可按2400～2450kg/m3取值，取混凝土的单位质量为2425kg/m3，由公式式（3-26）和（3-27）可以求算出石和砂的用量.（3-26）(3-27)由以上两式以及，=170kg/m3可以求出：砂用量为642kg/m3，碎石用量为=1141kg/m3。按密度法求得的混凝土初步配合比为：3.2.2.3基准配合比和实验室配合比由于试验条件的限制，基准配合比与实验室配合比这里不做试验，因而配合比不做调整，任然采用初步拟定配合比。3.2.2.4施工配合比计算碎石的含水率为1.5%，砂的含水率为2.1%。则施工配合比1m3混凝土中水泥、水、砂、石的用量分别为、、、： 西南交通大学本科毕业设计第121页所以现场施工配合比：3.2.3水泥混凝土路面的施工与检验3.2.3.1现场原材料的控制1.粗、细集料必须从固定料场进料,以保证原材料质量稳定。堆放场地必须硬化,砂、石分仓堆放，不得被泥土等污染。2.水泥按生产日期、牌号分别堆放,不得混用。每批水泥进场后,按规定的批量进行抽检,检验合格后才准予使用。对水泥的使用过程及库存进行严格的控制,每批水泥进场库存时间不超过2个月,对库存超过1个月的水泥要进行第二次抽检,抽检合格后才准予使用,以确保不因水泥强度的降低而影响混凝土的强度。3.外加剂进场后,按规定的批量进行抽样,检验合格后才准予使用。施工中必须派专人按配合比进行计量、添加,不得漏加、多加。3.2.3.2混凝土搅拌过程的控制搅拌场配置的混凝土总拌和设备的生产能力要求保证满足不同的摊铺能力的要求，并按总的拌合能力确定所要求的搅拌数量和型号，混凝土路面不同摊铺方式的搅拌最小配置容量要满足规范规定3.2.3.3混凝土拌合物的运输混凝土采用车箱板平整光滑、后挡板紧密关闭的自卸机动车运输,确保运输时不漏浆撒料,不离析,尽量缩短运输时间。混凝土搅拌楼卸料落差不应大于1.5m,冬夏季应采取保温、遮盖措施。3.2.3.4混凝土拌合物的摊铺混凝土路面设计厚度27cm,采用一次摊铺,松铺系数为1.12～1.25,混凝土摊铺时坍落度宜为10～40mm,坍落度大时松铺系数取低值,坍落度小时松铺系数取高值,摊铺时避免混凝土拌和物离析。3.2.3.5混凝土拌合物的振捣混凝土拌和物布料长度大于10m 西南交通大学本科毕业设计第121页时,可开始振捣作业。混凝土的振捣过程是拌和物的下陷、流平与沉实的同时排除气泡的过程。振捣时间不宜过长,只要混凝土表面出现镜面水泥砂浆,混凝土与模板接壤处已出现水泥浆,表面停止逸出气泡就说明混凝土已振实。若振捣时间不足,抹面困难且抹面后骨料外露,路面平整度较差。若振捣时间过长,骨料严重下沉,影响路面结构的耐磨性。3.2.3.6混凝土提浆抹面振捣结束后采用三辊轴摊铺机振平提浆,做面宜分二次进行,先找平抹平。精平是路面平整度的把关工序,精平时用3m直尺反复多次检查平整度,直到满足规范要求。精平时应防止干旱风吹,找平时应用原浆,不得另拌砂浆,禁止撒水和水泥粉,抹面后的路面应平整密实。3.2.3.7混凝土的养护凝土路面铺筑完成并作抗滑构造完毕后应立即开始养生,可采用土工布洒水养生方式。养护的目的是保证混凝土在强度增长的过程中的湿度和温度。养生时间应根据混凝土弯拉强度增长情况而定,不宜小于设计弯拉强度的80%,应特别注重前7d的保湿(温)养生。一般养护时间为14～21d,高温天不宜少于14d,低温天不宜少于21d。面板达到设计弯拉强度后,方可开放交通。3.2.3.8混凝土质量管理和检验1.质量管理⑴混凝土路面铺筑必须得到正式开工命令后方可开工。⑵施工单位应随时对施工质量进行自检。自检项目和频率按规定进行，高速公路应利用计算机实行动态质量管理。⑶每台搅拌楼所生产的拌合物，除应满足所用施工机械的可摊铺型外，还应着重控制拌合物的匀质性和各质量参数的稳定性。现场混凝土路面铺筑的关键设备如摊铺机、压路机、布料机、切缝机等的操作应规范稳定。2.质量检查验收混凝土路面完工后，施工单位应提交全线检测结果、施工总结报告及全部原始记录等齐全资料，申请交工验收。3.质量问题处理⑴路面混凝土弯拉强度应采用小梁标准件和路面钻芯取样圆柱体劈裂强度折算弯拉强度综合评定。当弯拉强度不足时，每公里车道应取3个以上芯样。⑵平整度不合格的部位应进行处理，并硬刻槽恢复抗滑构造。 西南交通大学本科毕业设计第121页⑶板厚不足时，应判明区段，返工重铺。应严格按规范要求对路面的弯拉强度、板厚、平整度、板的接缝等做检查验收，是否符合各项技术指标。3.3基层、垫层材料设计因路基均未设置垫层，所以这里只进行基层材料设计，对底基层石灰土进行设计。由《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034－2000）知，要求设计石灰土的压实度大于等于95%，压实度取96%；抗压强度大于等于0.8Mpa，取1.0Mpa。材料要求：塑性指数为15~20的粘性土以及含有一定数量粘性土的中粒土和粗粒土均适宜于用石灰稳定。用石灰稳定无塑性指数的级配砂砾、级配碎石和未筛分碎石时，应添加15%左右的粘性土。塑性指数在15以上的粘性土更适宜于用石灰和水泥综合稳定。塑性指数在10以下的亚砂土和砂土用石灰稳定时，应采取适当的措施或采用水泥稳定。塑性指数偏大的粘性土，应加强粉碎，粉碎后土块的最大尺寸不应大于15mm。可以采用两次拌和法，第一次加部分石灰拌和后，闷放1~2d，再加入其余石灰，进行第二次拌和。使用石灰稳定土时，应遵守下列规定：1.石灰稳定土用做高速公路和一级公路和底基层时，颗粒的最大粒径不应超过37.5mm，用做其他等级公路的底基层时，颗粒的最大粒径不应超过53mm。2.石灰稳定土用做基层时，颗粒的最大粒径不应超过37.5mm。3.级配碎石、未筛分碎石、砂砾、碎石土、砂砾土、煤矸石和各种粒状矿渣等均适宜用做石灰稳定土的材料。石灰稳定土中碎石、砂砾或其他粒状材料的含量应在80%以上，并应具有良好的级配。4.石灰稳定土中碎石或砾石的压碎值应符合下列要求：基层：二级公路不大于30%二级以下公路不大于35% 西南交通大学本科毕业设计第121页底基层：高速公路和一级公路不大于30%二级和二级以下公路不大于35%3.3.1石灰土的配合比设计步骤石灰土配合比设计的试验方法包括：采用击实试验确定稳定土的最大干密度和最佳含水量，按工地要求的压实度制作试件，根据试件抗压强度的检验结果，确定石灰计量。具体步骤如下：1.石灰土的击实试验⑴选择石灰土中的石灰计量⑵确定石灰土的最佳含水量2.强度试验3.确定石灰剂量3.3.2石灰土配合比设计1.根据现场采集的土样，筛分和试验知土为粘性土，塑性指数IP=142.石灰剂量拟定为5%、7%、9%、11%、13%。由于试验原因在此只做5%、9%、13%的击实试验。其余的最佳含水量及最大压实度内插方法确定。3.通过击实试验，得到的测试结果如表3-12。表3-12石灰稳定粘性土击实实验结果石灰含量5%含水量（%）161718192021干密度(g/cm3)1.531.591.691.691.581.52石灰含量9%含水量（%）181920212223干密度(g/cm3)1.541.591.651.631.581.55石灰含量13%含水量（%）192021222324干密度(g/cm3)1.421.491.561.571.521.484.根据石灰稳定粘性土击实实验结果作图求不同石灰含量下的最佳含水量。如图3-11、3-12、3-13所示。 西南交通大学本科毕业设计第121页图3-115%的石灰土干密度与含水量图图3-129%的石灰土干密度与含水量图图3-1313%的石灰土干密度与含水量图5.求得的每个石灰剂量时最佳含水量及对应的最大干密度见表3-13。表3-13不同石灰剂量时最佳含水量与最大干密度表石灰剂量最佳含水量（%）最大干密度（%）5%18.41.687%19.41.669%20.31.6311%21.01.6113%21.71.586.再按所求得的最佳含水量，最大干密度制备满足压实度的石灰试件每组13个，并按规范要求进行保温保湿养生6天，浸水1天，然后进行抗压试验，并将计算结果列于表3-14。表3-14不同石灰剂量（%）时试件的无侧限抗压强度（MPa）试件编号石灰含量5%石灰含量7%石灰含量9%石灰含量11%石灰含量13%10.3080.8281.31220.3180.8211.32130.3190.8361.31240.3040.8411.332 西南交通大学本科毕业设计第121页50.3110.8291.33660.3120.8241.34270.3090.8281.32180.3110.8261.33290.3090.8341.324100.3180.8361.325110.3020.8311.298120.3140.8291.302130.3080.8281.321平均值0.3110.5710.8301.0761.321由表列计算结果知：当石灰剂量为13%时的平均抗压强度最高。故验算改组13个试件的相关情况，然后判断是否需要补做试件。偏差系数由公式（3-28）计算。(3-28)式中——偏差系数；——抗压强度（MPa）。偏差系数：，满足要求。根据《JTJ034－2000公路路面基层施工技术规范》表4.3.1的强度标准，选定合适的石灰剂量。此剂量试件室内试验结果的平均抗压强度应符合公式（5-2）的要求。（3-29）式中Rd——设计抗压强度；Cv——试验结果的偏差系数（以小数计）；Za——标准正态分布表中随保证率（或置信度a）而变的系数，高速公路和一级公路应取保证率95%，即Za=1.645；其他公路应取保证率90%，即Za=1.282。高速公路，保证率取95%，此时Za=1.645；依据设计强度要求Rc，d=0.8Mpa。，代入公式(3-29)求得实验室配置强度： 西南交通大学本科毕业设计第121页石灰土的平均抗压强度值满足的要求，在图3-14上确定与强度1.02对应的石灰剂量为10.6%。根据施工条件，工地上实际采用的石灰剂量为11%。再根据表3-18知，该石灰土的最大干密度为1.61，最佳含水量为21.0%。图3-14石灰剂量与石灰土抗压强度关系图3.3.3石灰土的施工3.3.3.1施工注意事项1.石灰稳定土层应在春末和夏季组织施工。施工期的日最低气温应在5℃以上，并应在第一次重冰冻（-3~-5℃）到来之前一个月到一个半月完成。稳定土层宜经历半月以上温暖和热的气候养生。多雨地区，应避免在雨季进行石灰土结构层的施工。2.在雨季施工石灰稳定中粒土和粗粒土时，应采用排除表面水的措施，防止运到路上的集料过分潮湿，并应采取措施保护石灰免遭雨淋。3.石灰稳定土层施工时，应遵守下列规定：（1）细粒土应尽可能粉碎，土块最大尺寸不应大于15mm。（2）配料应准确。（3）路拌法施工时，石灰应摊铺均匀。（4）洒水、拌和应均匀。（5）应严格控制基层厚度和高程，其路拱横坡应与面层一致。（6）应在混合料处于最佳含水量或略小于最佳含水量（1%~2%）时进行碾压，直到达到下列按重型击实试验法确定的要求压实度： 西南交通大学本科毕业设计第121页基层：二级和二级以下公路石灰稳定中粒土和粗粒土97%石灰稳定细粒土93%底基层：高速公路和一级公路石灰稳定中粒土和粗粒土97%石灰稳定细粒土95%二级和二级以下公路石灰稳定中粒土和粗粒土95%石灰稳定细粒土93%（7）石灰稳定土结构层应用12t以上的压路机碾压。用12~15t三轮压路机碾压时，每层的压实厚度不应超过15cm；用18~20t三轮压路机和振动压路机碾压时，每层的压实厚度不应超过20cm；对于石灰稳定土，采用能量大的振动压路机碾压时，或对于石灰土，采用振动羊足碾与三轮压路机配合碾压时，每层的压实厚度可以根据试验适当增加。压实厚度超过上述规定时，应分层铺筑，每层的最小压实厚度为10cm，下层宜稍厚。对于石灰土，应采用先轻型、后重型压路机碾压。（8）石灰稳定土层宜在当天碾压完成，碾压完成后必须保温养生，不使稳定土层表面干燥，也不应过分潮湿。（9）石灰稳定土层上未铺封层或面层时，禁止开放交通；当施工中断，临时开放交通时，应采取保护措施，不使基层表面遭破坏。4.石灰稳定土基层施工时，严禁用薄层贴补的办法进行找平。5.在采用石灰土做基层时，必须采取措施防止表面水透入基层，同时应经历一个月以上的温暖和热的气候养生。作为沥青路面的基层时，还应采取措施加强基层与面层的联结。6.对于高速公路和一级公路，直接铺筑在土基上的底基层下层可以用专用稳定土拌和机进行路拌法施工，如土基上层已用石灰或固化剂处理，则底基层的下层也应用集中拌和法拌制混合料。其上的各个稳定土层都应用集中厂拌法拌制混合料并宜用摊铺机摊铺混合料。3.3.3.2中心站集中厂拌法施工 西南交通大学本科毕业设计第121页1.水泥稳定土可以在中心站用厂拌设备进行集中拌和，对于高速公路和一级公路，应采用专用稳定土集中厂拌机械拌制混合料。集中拌和时，应符合下列要求：（1）土块应粉碎，最大尺寸不得大于15mm；（2）配料应准确，拌和应均匀；（3）含水量宜略大于最佳值，使混合料运到现场摊铺后碾压时的含水量不小于最佳值；（4）不同粒级的碎石或砾石以及细集料（如石屑和砂）应隔离，分别堆放。2.当采用连接式的稳定土厂拌设备拌和时，应保证集料的最大粒径和级配符合要求。3.在正式拌制混合料之前，必须先调试所用的设备，使混合料的颗粒组成和含水量都达到规定的要求。原集料的颗粒组成发生变化时，应重新调试设备。4.在潮湿多雨地区或其他地区的雨季施工时，应采取措施，保护集料，特别是细集料（如石屑和砂等）应有覆盖，防止雨淋。5.应根据集料和混合料含水量的大小，及时调整加水量。6.应尽快将拌成的混合料运送到铺筑现场。车上的混合料应覆盖，减少水分损失。7.应采用沥青混凝土摊铺机或稳定土摊铺机摊铺混合料。如下承层是稳定细粒土，应先将下承层顶面拉毛，再摊铺混合料。8.拌和机与摊铺机的生产能力应互相匹配。对于高速公路和一级公路，摊铺机宜连续摊铺，拌和机的产量宜大于400t/h。如拌和机的生产能力较小，在用摊铺机摊铺混合料时，应采用最低速度摊铺，减少摊铺机停机待料的情况。9.在摊铺机后面应设专人消除粗细集料离析现象，特别应该铲除局部粗集料“窝”，并用新拌混合料填补。10.宜先用轻型两轮压路机跟在摊铺机后及时进行碾压，后用重型振动压路机、三轮压路机或轮胎压路机继续碾压密实。11.集中厂拌法施工时的横向接缝应符合下列要求：（1）用摊铺机摊铺混合料时，不宜中断，如因故中断时间超过2h，应设置横向接缝，摊铺机应驶离混合料末端；（2）人工将末端含水量合适的混合料弄整齐，紧靠混合料放两根方木，方木的高度应与混合料的压实厚度相同；整平紧靠方木的混合料；（3）方木的另一侧用砂砾或碎石回填约3m长，其高度应高出方木几厘米； 西南交通大学本科毕业设计第121页（4）将混合料碾压密实；（5）在重新开始摊铺混合料之前，将砂砾或碎石和方木除去，并将下承层顶面清扫干净；（6）摊铺机返回到已压实层的末端，重新开始摊铺混合料；（7）如摊铺中断后，未按上述方法处理横向接缝，而中断时间已超过2h，则应将摊铺机附近及其下面未经压实的混合料铲除，并将已碾压密实且高程和平整度符合要求的末端挖成与路中心线垂直并垂直向下的断面，然后再摊铺新的混合料。12.应避免纵向接缝。高速公路和一级公路的基层应分两幅摊铺，宜采用两台摊铺机一前一后相隔约5~10m同步向前摊铺混合料，并一起进行碾压。在不能避免纵向接缝的情况下，纵缝必须垂直相接，严禁斜接，并符合下列规定：（1）在前一幅摊铺时，在靠中央的一侧用方木或钢模板做支撑，方木或钢模板的高度应与稳定土层的压实厚度相同；（2）养生结束后，在摊铺另一幅之前，拆除支撑木（或板）。3.3.3.3养生及交通管制1.石灰稳定土在养生期间应保持一定的湿度，不应过湿或忽干忽湿。养生期不宜少于7d。每次洒水后，应用两轮压路机将表层压实。石灰稳定土基层碾压结束后1~2d，当其表层较干燥（如石灰土的含水量不大于10%，石灰粒料土的含水量为5%~6%）时，可以立即喷洒透层沥青，然后做下封层或铺筑面层，但初期应禁止重型车辆通行。2.在养生期间未采用覆盖措施的石灰稳定土层上，除洒水车外，应封闭交通。在采用覆盖措施的石灰稳定土层上，不能封闭交通时，应限制车速不得超过30km/h，禁止重型卡车通行。3.养生期结束后，在铺筑沥青面层前，应清扫基层并喷洒透层沥青或做下封层。如面层是沥青混凝土，在喷洒透层沥青后，应撒布5~10mm的小碎（砾）石，小碎（砾）石应均匀撒布约60%的面积。如喷洒的透层沥青能透入基层，其上作业车辆不会破坏沥青膜时，可以不撒小碎（砾）石。在喷洒沥青时，石灰稳定土层的上层应比较湿润。4.石灰稳定土分层施工时，下层石灰稳定土碾压完成后，可以立即铺筑上一层石灰稳定土，不需专门的养生期。 西南交通大学本科毕业设计第121页第4章路基横断面设计4.1直线曲线及转角表直线曲线及转角表如表4-1。表4-1曲线要素表交点号交点桩号转角值（°）曲线要素值半径（m）缓曲线长（m）切线长（m）曲线长（m）外距（m）JD11k4+17.16146.0165.0085.00269.49250.64172.98JD12k4+153.5869.7790.0070.0099.15179.6022.47JD13k4+451.654.721000.00　41.2582.450.854.2高速公路断面尺寸拟定各国高速公路采用的横断面标准，根据其国情、土地政策、交通组成、运行速度、舒适及安全程度等而异，我国高速公路的断面尺寸根据《公路路线设计规范》JTGD200-2006确定。广南高速，设计速度80km/h,双向四车道，路基宽度为24.5m。中间带宽度取3m，其中中央分隔带2m，两侧路缘带各0.5m。行车道宽度3.75m，右侧硬路肩2.5m，右侧土路肩0.75m。其尺寸如图4-1。图4-1高速公路断面尺寸（单位：m）4.3路基路面排水设计4.3.1排水的目的与意义 西南交通大学本科毕业设计第121页路基路面的强度与稳定性同水的关系十分密切。路基病害有多种形成病害的因素很多，但水的作用是主要因素之一，因此路基路面设计、施工和养护中，必须十分重视路基路面排水工程。根据水源的不同，影响路基路面的水流可分为地面水和地下水两大类，与此相适应的路基排水工程，分为地面排水地面排水。4.3.2路基路面排水设计的一般原则1.排水设施要因地制宜、全面规划、合理布局、综合治理、讲究实效、注意经济，并充分利用有利地形和自然水系。一般情况下地面和地下设置的排水沟渠，宜短不宜长，以使水流不过于集中，做到及时疏散，就进分流。2.路基排水沟渠的设置，应注意与农田水利相配合，必要时可适当地增加涵管或涵管孔径，以防农业用水影响路基稳定。路基边沟一般不应用于农田灌溉渠道，两者必须合并使用时，边沟断面应加大，并予以加固，以防水流危害路基。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，做到路基路面综合设计和分期修建。对于排水困难和地质不良路段，还应与路基防护加固相配合，并进行特殊设计。4.路基排水要防止注意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。对于重点路段的主要排水设施，以及松土和纵坡较陡地段的排水沟渠，应注意必要的防护加固。5.路基排水要结合当地水文条件和道路等级情况，注意就地取材，以防为主，既要稳固适用，又必须讲求经济效益。6.为减少水对路面的破坏作用，应尽量阻止水进入路面结构，并提供良好的排水措施，以便迅速排除路面结构内的水，亦可建筑具有能承受荷载和雨水共同作用的路面结构。4.3.3路基排水设备的构造与布置广南高速公路路面结构为有中央带的整体式路基，采用双面横坡，路拱和硬路肩坡度设为2%，土路肩坡度为3%，满足中等强度降雨地区排水要求。4.3.3.1地面排水设备常用的地面排水设备，包括边沟、截水沟、排水沟、跌水与急流槽等，高速公路地表排水设施的径流量计算，应按15年的重现期内任意30min的最大降雨强度计算。各类地表水沟顶应高出设计水位0.2m以上。 西南交通大学本科毕业设计第121页1.边沟设置在挖方路基的路肩外侧或低路堤的坡脚外侧，多与路中线平行，用以汇集和排除路基范围内和流向路基的少量地表水。边沟排水设计选取挖方段路堑段右侧边沟进行排水设计。路面为沥青混凝土，路堑边坡为起伏的山地。边沟纵坡设为6%，形式为矩形浆砌片石边沟，两相邻出水口间距为100。（1）设计流量计算流量是路基路面排水设计的根本依据，其大小与汇水面积、洪水频率、汇水区域内的地形、地貌及植被等因素有关。设计流量的计算方法有很多种，路基内各项排水设施所需排泄的设计流量可按（6-1）式计算确定(6-1)式中——设计径流量（）——平均降雨强度（）——径流系数——汇水面积（）沥青混凝土路面径流系数为0.95，右侧路面的汇水面积为1125；起伏的山地径流系数取为0.70，路堑边坡一侧的面积为1000。总的汇水面积为2125，汇水区的径流系数假设汇流历时5，设计重现期为15年。由于没有十年以上的雨量资料，利用（6-2）式确定降雨强度（6-2）式中——5年重现期和10min降雨历时的标准降雨强度，根据公路所在地区按图查取；——降雨历时转换系数；——重现期转换系数。查《公路排水设计规范》（JTJ018-97）图3.0.7-1，广南地区5年重现期10 西南交通大学本科毕业设计第121页降雨历时的降雨强度，由《公路排水设计规范》（JTJ018-97）表3.0.7-1，该地区15年重现期转换系数，查图3.0.7-2，得到该地区60降雨强度转换系数，查表3.0.7-2查得10降雨强度转换系数。由此，降雨强度由公式（6-1），设计径流量由公式（6-3）计算地面汇流历时。（6-3）式中——坡面汇流历时（min）；——地表粗度系数，按地表情况查表确定；，——分别为坡面长度和坡度。路堑边坡粗糙度系数，沥青混凝土路面粗糙度系数。路堑坡面，坡度为1：0.75，坡面流长度为10汇流历时为沥青路面坡度2%，坡面流长度11.25汇流历时为沟底纵坡为6%，沟内平均速度沟段汇流历时汇流历时为，假设汇流历时验算合格，设计径流量取为。（2）水力计算沟的泄水能力按（6-4）计算。（6-4）式中——沟或管的泄水能力（）——沟或管内的平均流速（）——过水断面面积（） 西南交通大学本科毕业设计第121页边沟内平均流速按（6-5）计算。（6-5）式中——边沟粗糙系数；——水力半径（m）；——纵坡。由《公路排水设计规范》（JTJ018-97），查得沟壁粗糙系数n为0.025按水力最优断面设计边沟的尺寸宽深比，断面面积，将（6-5）带入（6-4）得公式（6-6）（6-6）将设计径流量代入公式（6-6）得，，通常边沟宽度实际取值比计算取值大0.1～0.2m，取，。高速公路、一级公路边沟的深度及底宽不应小于0.6m，因而本路段取，。由公式（6-5）得边沟泄水能力，尺寸符合要求。2.截水沟为拦截山坡上流向路基的水，在路堑坡顶以外设置的水沟。截水沟采用梯形断面，底宽0.5m，深0.5m，两侧取1：1的坡度。3.排水沟将边沟、截水沟和路基附近低洼处汇集的水引向路基以外的水沟，为排水沟。排水沟采用矩形断面，纵坡大于1%，根据地形取。底宽1m。4.中央分隔带排水（1）不设超高路段中央分隔带排水在不设超高路段上，中央分隔带铺面采用与两侧路面相同坡度的双向横坡，坡度与路面坡度保持一致，将降落在分隔带上的水排向两侧行车道，进入路面表面排水设施。 西南交通大学本科毕业设计第121页（2）超高路段中央分隔带排水在高速公路上不允许上侧半幅路面的表面水横向漫过下侧半幅路面。在分隔带内设置排水设施设置路拦式排水沟。如图4-2所示。图4-2路拦式中央分隔带排水沟5.路肩排水设施路肩排水设施一般有路肩边沟，路肩积水井及排水管、积水槽（由拦水缘石和路肩构成）及泄水口与急流槽等。4.4路基超高设计超高是为抵消车辆在曲线路段上行驶时所产生的离心力，将路面做成外侧高于内侧的单向横坡的形式。合理地设置超高，可以全部或部分抵消离心力，提高车辆行驶在曲线上的稳定性与舒适性。现对JD13处曲线进行超高设计，圆曲线半径，超高方式为绕中央分隔带边缘旋转，线路上无缓和曲线，超高时应设超高缓和段，超高的过渡在超高缓和段的全长上进行，超高横坡取为3%。为了行车的舒适、路容的美观和排水的通畅，必须设置一定长度的超高缓和段，超高缓和段长度按（6-7）计算。（6-7）式中——超高缓和段长（m）；——旋转轴至行车道（设路缘带时为路缘带）外侧边缘宽度（m）；△i——超高坡度与路拱坡度的代数差（%）；——超高渐变率，即旋转轴线与行车道（设路缘带时为路缘带）外侧边缘线之间的相对坡度，其值可按《公路路线设计规范》（JTGD200-2006）表7.5.4确定。JD13处，，1000m半径圆的超高横坡值，路拱坡度为2%， 西南交通大学本科毕业设计第121页，p取1/150，由公式（6-7）得渐变段长度应取为5的整数倍，取15m，由于广南高速是四车道，多车道公路的超高缓和段长度，应该乘以1.5，即m。取25m。整个超高过渡段设置在紧接圆曲线起点或终点的直线上，长25m。公路绕分隔带边缘线旋转超高值计算公式见表4-2。表4-2设中央分隔带公路绕分隔带边缘线旋转超高值计算公式超高位置超高值计算公式行车道外边缘硬路肩外边缘土路肩外边缘双坡阶段x≤x0曲线内侧曲线外侧硬路肩宽＜2.25m硬路肩宽≥2.25m旋转阶段X≥x0曲线内侧曲线外侧硬路肩宽＜2.25m硬路肩宽≥2.25m全超高阶段曲线内侧曲线硬路肩宽＜2.25m外侧硬路肩宽≥2.25mx0,当时 西南交通大学本科毕业设计第121页中间变量ix，当时（同时适用于p1﹥0.003）bx高次抛物线过度：，其中注：表中公式变量定义如下：，，——行车道（含左侧路缘带）、硬路肩、土路肩宽度；，，——分别为行车道、硬路肩、土路肩的横坡度；，，——分别为曲线内侧行车道、硬路肩、土路肩外侧边缘的超高值；，，——分别为曲线外侧行车道、硬路肩、土路肩外侧边缘的超高值；——路面加宽值；——旋转阶段计算点的横坡度。双坡阶段长，单坡阶段任一处横向坡度。双坡阶段曲线内侧行车道与硬路肩成单坡状态，不旋转，坡度都为，土路肩坡度为。曲线外侧行车道和硬路肩绕中央分隔带边缘旋转，直至坡度为，指向曲线内侧，土路肩坡度为，成反坡状态。旋转阶段两侧路面按同一超高渐变率旋转，直至坡度为。土路肩在曲线内侧与硬路肩保持相同坡度，在曲线外侧坡度为坡度为，成反坡状态。圆曲线全超高段，行车道与硬路肩超高值为保持超高值为，土路肩在曲线内侧与硬路肩保持相同坡度，在曲线外侧坡度为坡度为，成反坡状态。增加超高过渡段后，线上增加了一些特殊点，即ZH,HY,YH,HZ点（但不是真正意义上的点，这里用作标记），交点桩号为k4+451.65，切线长为41.25m，原ZY点桩号为k4+410.40，向左右两边延伸25m，得ZH点桩号k4+385.40，HY点桩号k4+410.40，QZ点桩号k4+451.625，YH点桩号k4+492.85，HZ点桩号k4+517.85。中间包含两特殊点即双坡阶段变为旋转阶段的那两个个桩号k4+405.40、k4+497.85。具体超高值见表4-3。表4-3超高值计算表超高位置内外超高值（）车道外边缘硬路肩外边缘土路肩外边缘 西南交通大学本科毕业设计第121页双坡阶段0内侧-0.16-0.21-0.23外侧-0.16-0.21-0.2314.6内侧-0.16-0.21-0.23外侧0.070.020.00220内侧-0.16-0.21-0.23外侧0.160.110.09旋转阶段25内侧-0.24-0.32-0.34外侧0.240.190.17全超高阶段圆曲线内侧-0.24-0.32-0.34外侧0.240.190.174.5路基边坡坡度路基边坡坡度对路基稳定十分重要，确定路基边坡坡度是路基设计的重要任务。公路路基的边坡坡度，可用边坡高度H与边坡宽度b之比表示。4.5.1路堤边坡一般路堤边坡上部高度H≤8m的取1：1.5，下部高度H≤12m的取1：1.75。路堤边坡高度超过该值时属于高路堤，应单独设计。陡坡上的路基填方可采用砌石边坡如图4-3所示，砌石应采用不易风化的开山片石砌筑。砌石顶宽一律采用0.8m，基底面以1：5的坡率向路基内侧倾斜，砌石高度H一般为2-15m，墙的内外坡依砌石高度按表4-4选定。图4-3砌石路堤表4-4砌石边坡坡度表序号高度（m）内坡坡度外坡坡度1≤51：0.31：0.52≤101：0.51：0.673≤151：0.61：0.754.5.2路堑边坡本路堑为土质路堑，应根据工程地质与水文地质条件、边坡高度、排水措施、施工方法，并结合自然问稳定山坡和人工边坡的调查及力学分析综合确定。 西南交通大学本科毕业设计第121页1.边坡高度不大于20m时，边坡坡率不宜大于《公路路基设计规范》（JTGD30-2004）表3.4.1的规定值。由于广南高速公路土质为粘质土，因此设土质边坡坡率为1：1。2.路堑边坡高度大于20m时，其边坡形式及坡度应按《公路路基设计规范》（JTGD30-2004）第3.7节的规定确定。4.6坡面防护坡面防护，主要是保护路基边坡表面免受雨水冲刷，减缓温差及湿度变化的影响，防止和延缓软弱岩土表面的风化、碎裂、剥蚀演变进程，从而保护路基边坡的整体稳定性，在一定程度上海可以兼顾路基美化和协调自然环境。坡面防护设施，不承受外力作用，必须要求坡面岩土整体稳定牢固。简易防护的边坡高度与坡度不宜过大，土质边坡一般不陡于1：1～1：1.5。地面水的径流速度以不宜超过2m/s，水亦不宜集中汇流。雨水集中或汇水面积较大时，应有排水设施相配合。如在挖方边坡顶部设截水沟，高填方的路肩边缘设拦水埂等。常用的坡面防护设施有植物防护（种草、铺草皮、植树等）和圬工防护（抹面、喷浆、勾缝、石砌护面等），前者属于“生命防护”，多防护以土质边坡为主；后主属于无机物防护，多防护以石质路堑边坡为主。广南高速公路K3+600~K4+600路段中，路堤边坡为1：1.5,路堑的边坡为1：1。4.6.1路堤坡面防护由《公路路基设计规范》（JTGD30-2004）第5.2.2条款，路堤边坡的坡面防护采用骨架植物防护中的浆砌片石或水泥混凝土骨架植草护坡，主要使用于缓于1：0.75土质和全风化岩石边坡，当坡面受雨水冲刷严重或潮湿时，坡度应缓于1：1。该路段边坡使用拱形骨架护坡形式，框架内种草。4.6.2路堑坡面防护根据《公路路基设计规范》（JTGD30-2004）第5.2.3条款第4条，路堑边坡的坡面防护采用圬工防护中的护面墙。它使用于防护易风化或风化严重的软质岩石或较破碎岩石的挖方边坡以及坡面易受侵蚀的土质边坡，边坡不陡于1：0.5。护面墙类型应根据边坡地质条件确定，窗孔式护面墙防护的边坡不应陡于1：0.75；拱式护面墙适用于边坡下部岩层较完整而下部需要防护路段，边坡应缓于1：0.5。单级护面墙的高度不宜超过10m 西南交通大学本科毕业设计第121页，并应设置伸缩缝和泄水孔。护面墙基础应设置在稳定的地基上，埋置深度应根据地质条件确定。4.7路基的施工及检测路基施工应做好施工期临时排水总体规划和建设，临时排水设施应与永久性排水设施综合考虑，并与工程影响范围内的自然排水系统相协调。4.7.1施工前的准备工作施工的准备工作，内容很多，大致可以分为组织准备、技术准备和物质准备三个方面。1组织准备工作主要是建立和健全施工队伍和管理机构，明确施工任务，指定必要的规章制度，确立施工所要达到的目标等。组织准备亦是做好一切准备工作的前提。2技术准备工作路基开工前，施工单位应在全面熟悉设计文件和设计交底的基础上进行施工现场的勘察，核对与必要时修改设计文件，发现问题应及时根据有关程序提出修改意见并报请变更设计，编制施工组织计划，恢复路线，施工放样与清除施工场地，搞好临时工程的各项工作。3物质准备工作包括各种材料宇机具设备的购置，采集、加工、调运与储存，以及生活后勤供应等。4.7.2路堤施工4.7.2.1取土要求1路基填方取土，应根据设计要求，结合路基排水和当地土地规划、环境保护要求进行，不得任意挖取。2施工取土应不占或少占良田，尽量利用荒坡、荒地，取土深度应结合地下水等因素考虑，利于复耕。原地面耕植土应先集中存放，以利再用。3自行选定取土方案时，应符合下列技术要求：⑴地面横向坡度陡于1：10时，取土坑应设在路堤上侧。⑵桥头两侧不宜设置取土坑。⑶取土坑与路基之间的距离，应满足路基表破稳定的要求。取土坑与路基坡脚之间的护坡道应平整密实，表面设1%~2%向外倾斜的横坡。 西南交通大学本科毕业设计第121页⑷取土坑兼作排水沟时，其底面宜高出附近水域的常水位或永久排水系统及桥涵出水口的标高想适应，纵坡不宜小于0.2%，平坦地段不宜小于0.1%。⑸线外取土坑等与排水沟、鱼塘、水库等蓄水（排洪）设施连接时，应采取防冲刷、防污染的措施。4对取土造成的裸露面，应采取整治或防护措施。4.7.2.2土质路堤施工1地基表层处理应符合下例规定：⑴二级及二级以上的公路路堤基底的压实度应不小于90%，路基填土高度小于路面和路床总厚度时，基底应按设计要求处理。⑵原地面坑、洞、穴等，应在清除沉积物后，用合格填料分层回填分层压实，压实度不得小于90%。⑶泉眼或露头地下水，应按设计要求，采取有效导排措施后方可填筑路基。⑷地基为耕地、松散土、水稻田、湖塘、软土、高液限土等时，应按设计要求进行处理，局部软弹得部分也应采取有效的处理措施。⑸地下水位较高时，应按设计要求进行处理。⑹陡坡地段、土石混合地基、填挖界面、高填方地基等都应按设计要求进行处理。2路堤填筑应符合下例要求：⑴性质不同的填料，应水平分层、分段填筑、分层压实。同一水平层路基的全宽应采用同一种填料，不得混填。每种填料的填筑层压实后的连续厚度不宜小于500mm。填筑路床顶最后一层时，压实后的厚度应不小于100mm。⑵在透水性不好的压实层上填筑透水性较好的填料前，应在其表面设2%~4%的双向横坡，并采取相应的防水措施。不得在由透水性较好的填料所填筑的路堤边坡上覆盖透水性不好的填料。⑶每种填料的松铺厚度应通过试验确定。⑷每一层压实后的宽度不得小于设计宽度。⑸路堤填筑时，应从最低处分层填筑，逐层压实；当原地面纵坡大于12%或横坡陡于1：1.5时，应按设计要求挖台阶，或设置坡度向内并大于4%，宽度大于2m的台阶。⑹填方分几个作业段施工时，接头部位如不能交替填筑，则先填路段，应按1：1坡度分层留台阶；如能交替填筑，则应分层相互交替搭接，搭接长度不小于2m。 西南交通大学本科毕业设计第121页3选择施工机械，应考虑工程特点、土石种类及数量、地形、填挖高度、运距、气候条件、工期等因素，经济合理地确定。填方压实应配备专用碾压工具。4土质路堤压实度应符合规范《公路路基施工技术规范》JTGF10-2006表4.2.2-1的规定。5压实度检测应符合以下规定：⑴用灌砂法、灌水（水袋）法检测压实度时，取土样的底面位置为每一压实层底部；用环刀法试验时，环刀中部处于压实层厚的1/2深度；用核子仪试验时，应根据其类型，按说明书要求办理。⑵施工过程中，每一压实层均应检验压实度，检测频率为每1000至少检验2点，不足1000时检验2点，必要时可根据需要增加检验点。6路堤填筑至设计标高并整修完成后，其施工质量应符合表4.2.2-2的规定。4.7.3挖方路基施工1.土方工程⑴开挖施工应符合下列规定：①可作为路基填料的土方，应分类开挖分类使用。②土方开挖应自上而下进行，不得乱挖超挖，严禁掏底开挖。③开挖工程中，应采取措施保证边坡稳定。开挖至边坡线前，应预留一定宽度，预留的宽度应保证刷坡过程中设计边坡线外的土层不受到扰动。④路基开挖中，基于实际情况，如需要修改设计边坡坡度、截水沟和边沟的位置及尺寸等时，应及时按规定报批。边坡上稳定的孤石应保留。⑤开挖至零填、路堑路床部分后，应尽快进行路床施工；如不能及时进行，宜在设计路床顶标高以上预留至少300mm厚的保护层。⑥应采取临时排水措施，确保施工作业面不积水。⑦挖方路基路床顶面终止标高，应考虑因压实而产生的下降量，其值通过试验确定。⑵边沟与截水沟应从下游向上游开挖。截水沟通过地面坑凹处时，应将凹处填平夯实。边沟及截水沟开挖后，应及时进行防渗处理，不得渗漏、积水和冲刷边坡及路基。⑶挖方路基施工遇到地下水时应按下列规定处理： 西南交通大学本科毕业设计第121页①应采取排导措施，将水引入路基排水系统，不得随意堵塞泉眼。②路床土含水量高或为含水层时，应采取设置渗沟、换填、改良土质、土工织物等处理措施。路床填料除应符合表4.1.2的规定外，还应具有良好的透水性能。⑷土质路基开挖应根据地面坡度、开挖断面、纵向长度及出土方向等因素，结合土方调配，选用安全、经济的开挖方案。2.石方工程⑴石方开挖应根据岩石的类别、风化程度、岩层产状、岩体断裂构造、施工环境等因素确定开挖方案。⑵深挖路基施工，应逐级开挖，逐级按设计要求进行防护。⑶爆破作业必须符合《爆破安全规程》（GB6722）的规定。爆破施工组织设计应按相关规定报批。⑷石方开挖严禁采用峒室爆破，近边坡部分宜采用光面爆破或预裂爆破。⑸爆破法开挖石方，应先查明空中缆线、地下管线的位置，开挖边界线外可能受爆破影响的建筑物结构类型、居民居住情况等，然后制订详细的爆破技术安全方案。⑹边坡整修及检验①挖方边坡应从开挖面往下分段整修，每下挖2~3m，宜对新开挖边坡刷坡，同时清除危石及松动石块。②石质边坡不宜超挖。③石质边坡质量要求：边坡上无松石、危石。⑺路床清理及验收①欠挖部分必须凿除。超挖部分应采用无机结合料稳定碎石或级配碎石填平碾压密实，严禁用细粒土找平。②石质路床底面有地下水时，可设置渗沟进行排导，渗沟宽度不宜小于100mm，横坡不宜小于0.6%。渗沟应用坚硬碎石回填。③石质路床的边沟应与路床同步施工。 西南交通大学本科毕业设计第121页第5章挡土墙设计5.1挡土墙设计资料公路在K4+320处填方高度11.17m，需要进行挡土墙设计。地基承载力设计值[]=350kPa，填土容重r=19kN/m3粘聚力c为20kPa，摩擦角为32°，墙底（拉筋）与填土摩擦系数为0.3。可变作用按汽车-Ⅰ级设计。墙背填料采用非膨胀土填筑，墙背土压力不考虑浸水作用。5.2挡土墙尺寸参数的拟定路肩式加筋土挡土墙高12m，钢筋混凝土墙面板外形采用矩形，矩形长1.0m，高0.5m，厚0.2m，钢筋混凝土拉筋带总长10m，为矩形，每节长2.5m，宽0.15m，高0.08m，拉筋暂定为两根A3钢筋，拉筋水平和垂直间距均为0.5m。墙面板下基础采用浆砌片石条形基础，厚0.3m，宽0.4m。由于为土质基础，在条形基础下还应铺设一层0.1m厚的碎石垫层。该地基为土质地基，每隔20m设置沉降缝。伸缩缝与沉降缝统一考虑，缝宽2cm，缝内用沥青沥青板、软木板或者沥青麻布絮等填塞。加筋挡土墙按路线要求设置纵坡，顶部可按纵坡要求设计异形面板，也可将需要设计异形面板的缺口用浆砌片石或现浇混凝土补齐。以荷载组合Ⅱ进行计算。5.3加筋挡土墙设计5.3.1计算等代土层厚度车辆荷载为公路汽车I-级，墙高大于10m，按《公路路基设计规范》（JTG30-2004）车辆均布荷载取，换算土柱高度，分布宽度24.5m。5.3.2土压力计算作用于墙面板的水平土压力为墙后填料和墙顶面活荷载产生的水平土压力之和，由式（5-1）计算。（5-1）式中——作用于墙面板的水平土压力（）；——填料产生的水平压应力（）； 西南交通大学本科毕业设计第121页——墙顶面活荷载长生的水平土压力（）。1.由墙后填料产生的水平土压应力按式（5-2）计算。（5-2）式中——墙顶填土距第i层墙面板中心的高度（m）；——加筋土挡墙内深处的土压力系数；——填料容重（）。加筋土挡墙内深处的土压力系数式计算由公式（5-3）和（5-4）计算。，（）（5-3），（）（5-4）式中——静止土压力系数，；——主动土压力系数，。2.由墙顶面活荷载产生的水平土压力由公式（5-5）计算所得：（5-5）式中——荷载换算土柱高度（m）；——荷载换算土柱宽度（m）。填土的内摩擦角为32°，容重为19kN/m3，墙后填料产生的水平土压力，墙顶面活荷载产生的水平土压力以及作用于墙面板的水平土压力计算结果见表5-1。表5-1墙面板的水平土压力计算表拉筋层号（m）(kN/m2)(kN/m2)(kN/m2)10.252.204.977.1720.756.414.8411.2531.2510.364.7115.0741.7514.054.5818.6352.2517.494.4521.9462.7520.664.3224.9873.2523.584.1927.7883.7526.244.0730.3194.2528.653.9432.59104.7530.793.8234.61 西南交通大学本科毕业设计第121页115.2532.683.7036.38125.7534.313.5837.89136.2536.493.4739.95146.7539.413.3542.76157.2542.323.2445.57167.7545.243.1348.38178.2548.163.0251.19188.7551.082.9254.00199.2554.002.8256.82209.7556.922.7259.642110.2559.842.6262.462210.7562.762.5365.292311.2565.682.4468.122411.7568.602.3570.955.3.3拉筋拉应力拉筋所在位置的垂直压力由公式（5-6）或（5-7）计算：有载时：（5-6）无载时：（5-7）系数、按下式计算：，式中——第i层面板所对应拉筋上的垂直拉应力。——计算点M到荷载中线的距离；取线路中心线下、拉筋末端和墙背三点，其应力平均值作为计算值，则分别为0m、2.25m、12.25m。拉筋水平拉力由公式（5-8）计算：（5-8）式中——第i层面板所对应拉筋的计算拉力（KN）；——拉筋拉力峰值附加系数，取=1.5；——拉筋之间水平及垂直间距（m）。拉筋所在位置的垂直压力和水平拉力计算结果见表5-2。表5-2拉筋垂直压力力和水平拉力计算表 西南交通大学本科毕业设计第121页拉筋层号（m）有荷载(kN/m2)无荷载(kN/m2)(kN)10.2513.144.752.6920.7522.6414.254.2231.2532.1423.755.6541.7541.6333.256.9952.2551.1242.758.2362.7560.6152.259.3773.2570.0961.7510.4283.7579.5671.2511.3794.2589.0380.7512.22104.7598.4890.2512.98115.25107.9499.7513.64125.75117.38109.2514.21136.25126.82118.7514.98146.75136.26128.2516.03157.25145.69137.7517.09167.75155.11147.2518.14178.25164.54156.7519.20188.75173.95166.2520.25199.25183.37175.7521.31209.75192.78185.2522.362110.25202.19194.7523.422210.75211.60204.2524.482311.25221.01213.7525.542411.75230.41223.2526.615.3.4拉筋断面计算拉筋的最大水平拉力为26.61kN，拉筋的容许拉应力由公式（5-9）计算：（5-9）式中——拉筋的容许拉应力（MPa）；——拉筋材料强度标准值（MPa）；——拉筋安全系数。第i层拉筋断面面积根据拉筋拉力和拉筋强度确定，由公式（5-10）计算可得：(5-10)式中——第i层拉筋的断面积；——第i层拉筋的拉力（kN）;——拉筋容许应力提高系数，查《公路支档结构》表4-1容许应力提高系数表，取=1.25。 西南交通大学本科毕业设计第121页——拉筋容许拉应力（MPa）。最大拉应力处，即最底层拉筋断面面积最底层拉筋直径计算：用一根钢筋时，，即考虑2mm的锈蚀厚度，取，若用单根钢筋取。用两根钢筋时，，取整9mm，考虑2mm的锈蚀厚度，取，若用两根钢筋取。为施工方便，所有拉筋取两根。5.3.5拉筋长度计算1.活动区长度由0.3H法计算，由公式（5-11）和（5-12）计算。，（5-11），（5-12）2.锚固长度有效长度Le锚固长度有效长度Le由公式（5-13）计算。(5-13)式中——抗拔安全系数，可查《公路支挡结构》表4-3，取1.7；——第i层拉筋的拉力（KN）；——拉筋宽度（m），=0.15m；——拉筋所受的垂直应力（Mpa）；——拉筋与填土摩擦系数，取0.3。活动区长度，锚固长度有效长度Le计算结果见表5-3。5.3.6拉筋摩擦力计算在本段挡土墙中，拉筋全部取为10m，因而拉筋实际有效锚固段长度， 西南交通大学本科毕业设计第121页拉筋摩擦力形成的拉筋拉力，其值应根据拉筋上下两面所产生的摩擦力按公式（5-14）计算可得：（5-14）式中——拉筋摩擦力（kN）；拉筋摩擦力计算结果见表5-3。5.3.7加筋挡土墙内部稳定性检算1.拉筋抗拔稳定验算拉筋抗拔稳定性验算，主要是验算拉筋与填土之间产生的摩阻力是否足以抵抗土体产生的拉拔力。拉筋抗拔稳定系数为Kf单一筋带节点抗拔稳定应满足式（5-15）。（5-15）式中——拉筋抗拔稳定系数。各层拉筋抗拔稳定系数计算结果见表5-3。查《公路支挡结构》，在荷载组合Ⅱ时抗拔安全系数取=1.7。计算筋带抗拔力时，不计基本可变荷载的作用。由计算结果知拉筋单板抗拔系数除第1层外均大于规定的=1.7（顶层由于土重不足，不能达到一定得安全储备，然而事实允许），满足规范要求。由《公路路基设计规范》（JTGD30-2004）规定全墙抗拔稳定系数应满足式（5-16）。（5-16）式中——各层抗拔力之和（kN）;——各层拉力之和（kN）。全墙抗拔稳定系数，满足要求。2.墙体倾覆稳定性验算查《公路支挡结构》，在荷载组合Ⅱ时抗倾覆安全系数取=2.0其检算方法和重力式挡土墙相同，按照库伦主动土压力按式（5-2）求解：车辆荷载产生的水平推应力：填土产生的水平推应力： 西南交通大学本科毕业设计第121页计算简图如图5-1。图5-1墙体倾覆稳定计算图墙体抗倾覆稳定系数由公式（5-17）计算。（5-17）式中——墙体抗倾覆稳定系数；——稳定力矩之和（kN·m）；——倾覆力矩之和（kN·m）。稳定力矩，计算结果见表5-3。有荷载时，无荷载时。倾覆力矩：有荷载时,无荷载时,把计算数据代入（5-17）墙体抗倾覆稳定系数为：有荷载时：＞2.0满足要求无荷载时：＞2.0满足要求 西南交通大学本科毕业设计第121页表5-3筋带计算结果(m)无效长度(m)有效长度(m)实际有效(m)选用长度(m)拉筋摩擦力（KN）有荷载无荷载无荷载有荷载无荷载0.253.63.866.4107.572.741.0288.9432.150.753.63.526.41013.048.211.95146.7192.341.253.63.326.41018.5113.682.42199.00147.061.753.63.176.41023.9819.152.74245.80196.312.253.63.046.41029.4524.622.99287.10240.082.753.62.926.41034.9130.103.21322.92278.393.253.62.816.41040.3735.573.41353.23311.223.753.62.706.41045.8341.043.61378.06338.584.253.62.596.41051.2846.513.81397.41360.474.753.62.496.41056.7351.984.00411.27376.885.253.62.396.41062.1757.464.21419.66387.835.753.62.296.41067.6162.934.43422.58393.306.253.452.236.551074.7670.004.67429.89402.526.753.152.226.851084.0079.074.93441.02415.107.252.852.227.151093.7588.645.19445.32421.057.752.552.217.4510104.0098.735.44442.02419.618.252.252.207.7510114.76109.335.70430.36410.008.751.952.208.0510126.03120.455.95409.59391.469.251.652.198.3510137.80132.086.20378.95363.219.751.352.198.6510150.08144.226.45337.68324.4910.251.052.198.9510162.86156.876.70285.01274.5210.750.752.199.2510176.16170.046.95220.19212.5511.250.452.189.5510189.95183.727.19142.47137.7911.750.152.189.8510204.26197.917.4451.0649.485.4加筋挡土墙外部稳定性验算加筋挡土墙墙体和填土有了筋带的连接可以看成一个整体墙，进行各方面的检算。5.4.1基底底面地基应力验算按照规范规定，当对路肩式加筋挡土墙进行外部稳定验算时，B0的取值及等代土层厚度h0布置范围均为路基全宽。地基应力验算见图5-2所示。图5-2地基应力验算图 西南交通大学本科毕业设计第121页1．基底面上的垂直力N基底面上的垂直力由两部分组成，即换算土柱自重产生的和加筋土自重产生的，右公式（5-18）计算。（5-18）由图5-2得，换算土柱自重：加筋土自重：2．加筋体墙背水平土压力按照库伦主动土压力计算简图，第一种类型，由公式（5-19）计算。（5-19）式中——墙背水平土压力（KN）；——填土内摩擦角，应考虑粘聚力，但本身内摩擦角已达32°，不再换算；——墙背摩擦角，；——此时为加上荷载换算土柱的高度。加筋体墙背水平土压力为：水平分力竖直分力3．各力对基底中心O点的力矩4.基底应力验算 西南交通大学本科毕业设计第121页基础底面合力偏心距验算按式（5-20）验算。（5-20）代入数据得：，合力偏心距满足要求。偏心荷载在基底两端引起的压力按式（5-21）计算。（5-21）代入数据得：因﹤[]=350kPa，﹥0，所以地基承载力满足要求。5.4.2基底抗滑移稳定验算荷载组合为Ⅱ时基底抗滑移=1.3，又已知基底摩擦系数，由前项计算得：垂直合力水平合力抗滑稳定系数由（5-22）计算。（5-22）抗滑稳定系数﹥=1.3，所以基底抗滑移稳定性满足要求。5.4.3抗倾覆稳定性验算作用于墙体的力系与地基应力验算时相同如图5-2，荷载组合为Ⅱ时，要求的抗倾覆稳定系数。1．求各力对墙址（左下角顶点处）的力矩： 西南交通大学本科毕业设计第121页2．由式（5-23）计算抗倾覆稳定系数：（5-23）﹥，抗倾覆稳定性满足要求。5.4.4整体滑动稳定性验算见图5-3，按公式（5-24）计算，由经验知，在采用圆弧滑动面假定时，最不利的圆心位置通常在左上角象限内，但具体位置需要试算。在此以36°圆弧法，作为计算示例，以半径为26m的圆弧验算求相应的稳定系数，与要求的稳定系数比较判断其稳定性。荷载组合为Ⅱ时，要求的整体滑动稳定系数。（5-24）式中、——第条块滑动面上的粘聚力（kPa）与弧长（m）；——第条块自重及其荷载重（kN）；——第条块滑动面上的内摩擦角；——第块滑动圆弧的法线与竖线的夹角。图5-3整体稳定性验算计算地面下土层力学指标时取最不利指标进行计算，计算结果见表5-4。表5-4圆弧条分法计算结果土条重（°）（m）（°）(kPa) 西南交通大学本科毕业设计第121页土条号土条重心至圆心的水平距离(kPa)（kN）（kN）1178.4114.05334.996.911.557.3918.1197.172468.1610234.546.911.552.1852.15182.923682.16134.086.110.542.8771.03153.444843.41244.086.110.542.8789.9158.835904.21244.084.39.237.5767.8263.0761737.26134.084.39.237.57127.27390.7871637.810234.544.39.241.74113.36639.9481476.714334.546.110.547.64132.35804.2691232.718445.446.110.557.1794.77856.3210616.5520.98554.546.911.552.1842.79505.0511328.3224.227211.343220226.8563.40312.25696.02872.964064.03由表5-4可知：kNkN由式（5-24）得：＜验算结果表明滑动圆心在O点时，R=26m时，整体滑动的稳定性不满足要求，即土体可能绕此滑面滑动。最大原因在于，地面下8.1m深处含有7.2m厚的灰色淤泥质粘土，该种土质直接快剪，以及固结快剪指标均较差，导致土体易产生滑动，需对软土进行处理，处理方法见下一章节。5.5加筋挡土墙墙面板设计在拟定墙面板时，知m，m，当混凝土强度等级为C20时，混凝土容许弯拉应力为，采用荷载组合为Ⅱ时，混凝土容许应力提高系数K=1.25。矩形混凝土面板视为承受均布荷载的简支粱，由式（5-25）计算最大弯矩。（5-25）式中——深度处的土压力（kPa）；K——材料容许拉力提高系数。 西南交通大学本科毕业设计第121页代入数据计算得：面板厚度按（5-26）计算：（5-26）式中t——面板厚度（m）；——混凝土的容许弯拉强度（Mpa）；a——计算断面宽度（m）。代入数据有：根据实际经验取板厚为20cm，略大于计算厚度，可满足强度要求。现已求得最深度处的应力为，分别在x和y向计算面板所受的最大弯矩，如图5-4所示。图5-4面板受力简图X方向： 西南交通大学本科毕业设计第121页Y方向：XY方向上，混凝土的弯拉应力均满足要求，因而不必计算配筋，由于挡土墙对裂缝宽度有严格要求，可以按照最小配筋率0.2%进行配筋。5.6加筋挡土墙施工5.6.1基础的施工施工前要挖除地表种植土和高液限粘土，持力层为风化砂岩或满足设计承载力的地层。基础开挖深度大于50cm。如果施工时发现地质情况变化较大，应及时与设计单位联系，以便作出相应的处理措施。基坑开挖后应进行整理和夯实，不满足设计承载力时应进行处理。5.6.2面板的预制墙面板预制必须采用钢模板，对钢模及底板要经常检查及维修，清除模板上的砼残留物，每次都要刷脱模剂后再预制，以保证预制面板光洁平整，达到设计精度要求。面板预留的穿筋孔要保证圆滑。为保证混凝土的质量，应采用机械振捣，如表面粗糙无浆，可用相同灰砂比的水泥砂浆对表面作收光处理，使之平整美观。面板的检查标准为：强度合格；边长误差不大于±5mm或边长的0.5%；两对角线误差不大于10mm或最大对角线长的0.7%;厚度误差在+5mm～-3mm之间；表面平整度误差不大于4mm或长（宽）的0.3%。穿筋孔无明显偏差，且易于穿筋。不符合上述标准的面板严禁使用。5.6.3面板的安砌1.安装第一层面板前，应在干净的条形基础顶面，准确划出面板外缘线，曲线段应适当加密控制点。然后在确定的外缘线上定点并进行水平测量，按板长划线分割、整平板基座。2.安装面板可从墙端和沉降缝两侧开始，采用适当的吊装设备或人工抬运，吊线安装就位。安装时单块面板倾斜度一般可内倾1%左右，作为填料压实时面板在侧向压力作用下的变形值。任何情况下严禁面板外倾。 西南交通大学本科毕业设计第121页3.面板安砌时用M5号水泥砂浆砌筑调平。除排水缝外，水平及竖缝内侧均全部勾缝处理，板外侧应简单勾缝、保持整洁。排水缝一般每3米设置一道，用干砌的竖缝代替。同层相邻面板水平误差不大于10mm，当缝宽较大时，宜用沥青软木进行填塞。安装缝应均匀、平顺、美观。并不得在未完成填土作业的面板上安装上一层面板。严禁采用在板下支垫碎石或铁片的方法调整水平误差，以免造成应力集中，损坏面板。4.每层面板的填料碾压稳定后，应对面板的水平和垂直方向用垂球或挂线检查，以便及时校正，防止偏差积累。每安装2～3层面板应全面检查一次安砌质量，超过规定者须及时纠正。检查项目包括轴线偏差、垂度或坡度、平整度、面板破损情况、相邻面板高差、板缝宽和最大宽度等。5.6.4拉筋带的铺设1.拉筋带的选用。拉筋已选用钢筋混凝土拉筋，注意预制前检测钢筋是否达标。制成后的拉筋带应按规定进行检查，检查结果必须符合设计标准。2.拉筋带下料。应根据包装规格及整个工点的各断面拉筋设计长度统筹提前安排，合理下料，避免边铺边下料，以免造成加筋材料的浪费或人为随意性造成尺寸误差。筋带的铺设采用一根筋带穿过穿筋孔分成等长两股的形式，因此每根筋带的下料长度应为该结点处筋带的设计长度乘2再加上300～500mm富余（作为拉筋穿过孔时所占长度）。3.拉筋带铺设。筋带应按设计的长度和根数铺设在有3%横向侧坡的平整压实填土上（使筋带端比前端高5～10cm）。筋带应拉直、拉紧、不得有卷曲、扭结。筋带应尽量垂直于墙面并呈扇型、辐射状均匀敞开，并尽量分布均匀，应有至少2/3的长度不重叠。加筋带铺设时，边铺边用填料固定其铺设位置。先用填料在筋带的中后部成若干纵列压住加筋材料，填料的多少和疏密以足以能固定住筋带的位置为宜，再逐根检查，确保拉直、拉紧，然后按设计摊铺填料。每层筋带铺设后都要进行检查验收，检查内容包括筋带铺设的长度、根数、均匀程度、平整度、连接方式、与面板连接处的松紧情况等。5.6.5填料摊铺1.填料的采集。加筋体填料应在土体各项性能技术指标满足设计要求（ф>35o）的采集场采集，无论何种情况都要对准备采集的填料进行土工试验，以保证 西南交通大学本科毕业设计第121页其内磨擦角、比重等各项指标符合设计要求。填料应级配均匀，最大粒径不得大于15cm，且最大粒径块体的总含量不得大于15%。2.填料的摊铺。填料可采用机械、人工相结合的方式进行摊铺。当采用机械摊铺筋料时，必须辅以人工作业。人工作业就是用人工就近将填料搬运和摊铺在拉筋带上。当用推土机摊铺填料时，拉筋带上的填料覆盖厚度不小于20cm。未压实的加筋体，一般不允许运输车辆在上面行驶；若需临时行驶，则填料厚度不得小于30cm，同时其车速不得大于5km/h，并不准急刹车，以免造成拉筋带的错位。填料的每层摊铺厚度可根据填料种类，压实机具等确定，并不得大于30cm。3.碾压。压路机应选用振动式压路机或光轮压路机，严禁用单足碾。距面板1.0mm范围内及拐角处严禁用重型机械碾压，宜用5t以下压路机或振动夯等轻型机械压实。填料碾压时应先从筋带长度的二分之一处开始，向筋带尾部碾压，然后再从二分之一处向墙边碾压。碾压时压路机运行方向宜垂直于筋带，且下一次碾压的轮迹与上一次碾压轮迹重叠的宽度应不小于轮进的1/3。第一遍宜慢慢轻压，以免拥土将筋带推起或错位，第二遍以后可稍快并重压。每次应碾压整个横向碾压范围内，再进行下一遍碾压，碾压的遍数以达到规定的压实度为准。压路机不得在未经压实的填料上急剧改变运行方向和急刹车。加筋体每层碾压完成后进行压实度检查。检测点数按每500m2或每50m长工程段不少于3个点为宜。检测点应相互错开，随机选定，面板后1米范围内至少有1个检测点（每500m2或每50m长）。压实度要求为：距面板1.0米范围内的压实度不小于90%，其余范围内的压实度不小于95%。5.6.6注意事项1.拉筋带在运输、保管、加工中应尽量防止阳光照射，筋带铺设时尽量缩短暴露时间，及时用填料覆盖，施工时暴露总时间不得超过8小时。2.基础和墙体及压顶应按10米左右分段，分段处缝宽20mm，用沥青木丝板嵌满缝。每一分段基础顶面应位于同一水平面上。3.面板排水缝处应挂贴滤水土工布（规格为300g/m2），在条形基础上应向墙内平铺至少50mm并随面板升高而逐渐向上挂贴，挂贴时一定要紧贴面板4.加筋体后的回填料与加筋体同步进行，压实度不低于95%。5.做好施工现场的排水工作，遇到降雨天气应采取适当措施将水迅速排走或将施工现场进行遮盖。 西南交通大学本科毕业设计第121页6.各道工序须经有关部门验收合格后方可进行下道工序施工，并做好施工的验收记录。 西南交通大学本科毕业设计第121页第6章软土路基处理6.1设计资料广南高速公路K3+600-K4+600段中，最大填方在K4+320处，该处由于填方较高，左侧进行加筋挡土墙加固设计，由于路段下有软土，导致加筋挡土墙整体滑动稳定性检验不合格，需对其进行软基处理，路基填土为粘质土。地基承载力设计值[]=350kPa，填土容重γ=19kN/m3粘聚力c为20kPa，摩擦角为32°。春季不利季节，地下水离地面1.5m。路段下分布的软土主要是淤泥质粘土，各层土的物理力学指标如表6-1所示。表6-1各层土的力学性质指标土名厚度（m）天然含水量ω(%)密度q(g/cm3)初始孔隙比e0固结系数Cv（10-4cm2/s）压缩系数a(Mpa-1)压缩模量E(Mpa)直接快剪固结快剪粘聚力Cu(kPa)摩擦角°粘聚力Ccu(kPa)摩擦角°粘土0.525.01.890.6552.10.457.8211.56.916.011.0灰色粉质土4.128.61.760.892.50.213.2310.56.114.112.5灰色粘土3.538.31.691.093.60.802.629.24.313.511.8灰色淤泥质粘土7.248.81.591.4342.00.782.806.52.19.112.5灰绿色粉质粘土3.240.11.721.2232.80.663.797.23.310.610.1基岩补充资料：各层土的承载力特征值，自上而下依次为110kPa，100kPa，80kPa，60kPa，70kPa。6.2填土极限高度计算各土层的加权平均不排水剪粘聚力：软土地基上路堤的极限高度按（6-1）式计算：（6-1）式中——地基土快剪测得的单位粘聚力（kPa）。——填土容重（kN/m3）代入数据到式（6-1）得，软土地基上路堤的极限高度： 西南交通大学本科毕业设计第121页路基高度=11.2m＞=2.37m，地基必须加固方能保证安全使用。6.3软土路堤稳定性分析6.3.1土体滑动稳定性检算上一章节挡土墙整体滑动稳定检验时得知＜，其稳定性不满足要求，应进行软土地基处理。在此，也用slope软件进行计算，数据设置以及计算结果如图6-1所示（计算图与实际坡面相反，但原理结果相同）。由软件计算得知，该土体圆弧最小稳定系数为0.32。图6-1土坡稳定分析电算图6.3.2验算单独采用砂井等排水固结加固措施的可能性根据路堤高度、施工期限和基底土壤的性质等，假设当路堤填至设计标高并立即通车时，地基土由于施打砂井后可能达到的固结度和假定砂井穿透整个软土层，用圆弧法检算其稳定性，找得最危险圆弧之稳定系数。找得某个危险圆弧的稳定系数：＜，若只用袋装砂井加固，其稳定性也不能满足要求，只能采用联合加固法。验算单独采用砂井等排水固结加固措施的可能性计算简图如图5-3，计算结果见表6-2。 西南交通大学本科毕业设计第121页分块号XSinαCosα分块面积分块重量∑Q抗滑力（N×f）滑动力填土地基γ×AN=QCosαN×f∑Q×Sinα填土地基N1N2N3N4f1f2f3f4T（-T）114.050.5450.8399.39FALSE178.41149.6f1=tan32°=0.625f2=tan2.1°=0.037f3=0.8tan12.5°=0.1897.172100.3910.92124.64468.2468.16430.9182.9360.2250.97435.9682.1682.1664.6153.4420.070.99844.39843.4843.41841.458.83520.070.99847.59904.2904.2190263.07660.2250.97446.2845.15879.3857.91737.2835.9857390.78390.87100.3910.92146.0840.12875.5762.31637.8701.7806639.948140.5450.83945.8731.85871.5605.21476.7507.5731804.269180.6950.71944.7820.1850.8381.91232.7274.7612856.321020.980.8190.57428.054.453383.6616.5547.95306505.051124.220.9510.30917.28328.3328.32101.5312.25合计101.55356341363.438198.26143117.8946.2稳定系数表6-2圆弧条分法检验采用砂井加固可能性计算结果6.4软土路基处理方案拟定本路段由于地基各层土力学指标极差，可考虑换填土、振密挤密法、置换法、加筋法以及其它方法。现列出可行方法及其优劣如下：1.换填土：该法效果较好，但是只适用于浅层较弱地基。本断面处不良地基厚度达到18.5m，显然换填土不经济。2.振冲挤密法：该法一面依靠振冲器的强力振动使饱和砂层发生液化，颗粒重新排列，孔隙比减小。另一方面考水平振冲力，形 西南交通大学本科毕业设计第121页成垂直孔洞，在其中加入填料使土密实。该法对于砂性土效果好，但对于深层粉质粘性土效果不理想。3.石灰桩法：在软弱地层中用机械成孔，填入石灰压实形成桩体，利用石灰的吸水、膨胀作用以及土与石灰的化学作用改善桩体周围土体的物理力学性质。此法由于需要固结时间，桩体没有强度，不利于快速施工。4.注浆法：用压力泵把水泥或其它化学浆液注入土体，达到提高地基承载力，减小沉降的目的。此法实用性较广，可以考虑用于该断面地基处理。5.水泥粉煤灰碎石桩法：在碎石桩基础上加进一些石屑、粉煤灰和少量水泥，加水拌合用振动沉管打桩机或其它成桩机具制成的一种具有一定粘结强度的桩。桩和桩间通过褥垫层形成复合地基。此法比钢管桩法成本低廉，施工完成后即可进行填土，总体造价底，是处理深层软弱地基较好的方法。在广南高速段，粉煤灰材料丰富，综合各种因素，现采用水泥粉煤灰碎石桩法即CFG装法处理软弱地基。6.5CFG桩加固机理CFG桩加固软弱地基，桩和桩间土一起通过褥垫层形成CFG桩复合地基。如图6-2所示。图6-2CFG复合地基示意图此处褥垫层不是基础施工时常用的混凝土，而是粒状材料做成的散体层。由于CFG系高粘结强度桩，褥垫层是桩和桩间土形成复合地基的必要条件。CFG桩加固软土地基的作用主要有四：桩体作用；挤密作用；排水加速固结作用；褥垫层作用。 西南交通大学本科毕业设计第121页1.桩体作用CFG桩不同于碎石桩，本身具有一定的粘结强度。在荷载作用下CFG桩的压缩性明显比周围土小，因而传递到复合地基的附加应力随地基变形逐渐集中到了桩体上，出现应力集中现象，复合地基的CFG桩起到了桩体作用。2.挤密作用在挤密效果好的土中施工时，CFG桩由于采用振动沉管法施工，其振动作用下使桩间土得到挤密，复合地基承载力的提高既有挤密又有置换作用；如果土的挤密效果不好就只有置换作用。3.排水加速固结作用采用沉管法施工的CFG桩在施工和成桩后的一段时间内，会在不同程度上降低地层中地下水的含量，最终达到改善地基土物理性质的目的。在饱和的粉土和砂土中施工时，由于沉管和拔管的振动，会使土体产生超空隙压力。在上层有相对隔水层时，施工完毕后最初的水泥粉煤灰碎石桩因本身材料性质决定了它将是一个良好的排水通道。4.垫层作用由级配砂石，粗砂，碎石等散体材料组成的褥垫，在复合地基中的作用有：保证桩土共同承担荷载；减少地基地面的应力集中；调整桩土荷载分配比。6.6CFG桩的设计计算6.6.1设计参数1.桩径和桩距《建筑地基处理技术规范》的一般规定。水泥粉煤灰桩的桩径宜取350-600mm，桩径过小，施工质量不易控制；过大则需要增大较厚的褥垫层才能保证桩土共同承担荷载。桩距应根据设计要求的复合地基承载力、建筑物控制沉降、土性以及施工工艺确定，宜取3-5倍桩距。在这里按经验取定，再反代验算。取桩径为500mm，桩距为4倍桩径，即为2m。路基底面，CFG桩全幅布置，正三角形分布。2.桩长 西南交通大学本科毕业设计第121页由于软弱土层的力学指标很低，且土层厚度也不是很大，这里把CFG桩直接打在基岩上，取CFG桩长度为18.5m。3.桩体强度桩体强度根据经验初步拟定为C20。4.褥垫层褥垫层用碎石，最大粒径20mm，铺设宽度超过上边路基宽度，厚度取为0.2m。6.6.2复合地基承载力设计复合地基承载力是由桩间土和桩共同承担荷载。CFG桩复合地基承载能力取决于桩距，桩径桩长，上部土层和桩尖下卧层土体的物理力学指标以及桩间土内外面积的比值等因素。CFG桩复合地基的承载力取值应以能够较充分地发挥桩和桩间土的承载能力为原则，按此原则可取比例界限荷载值为复合地基承载力特征值。此时，桩达到承载力要求，桩间土内外应力的面积平均值达到天然地基承载力的80%以上。《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）规定，水泥粉煤灰碎石桩复合地基承载能力特征值，应通过现场复合地基荷载试验确定，初步设计可按（6-2）式估算。（6-2）式中——复合地基承载力特征值（kPa）；——面积置换率，桩体面积与处理地基面积之比；——单桩竖向承载力特征值（kN）；——桩的截面积（m2）；——桩间土承载力折减系数，宜按地区经验取值，如无经验时取0.75～0.95，天然地基承载力较高时取大值，这里取0.8；——处理后桩间土承载力特征值（kPa），宜按当地经验取值，如无经验时可取天然地基承载力特征值。置换率由公式（6-3）计算。（6-3）式中——桩体截面积（m2）；——单桩处理面积（m2）。CFG桩按正三角形布置，桩径为0.5mm，桩距为2m，则: 西南交通大学本科毕业设计第121页桩体面积：m2，桩体周长：m，单桩处理面积:m2，置换率由公式（6-3）计算得：单桩竖向承载能力特征值的取值因无试验数据，按（6-4）和（6-5）式计算，并取小者（6-4）（6-5）式中——经验系数，取0.3～0.33；——桩体28天试块强度（15cm×15cm×15cm）（kPa）；——第i层土的极限摩阻力（kPa），按《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）有关规定取值；——第i层土的土层厚度（m）；——桩端土的极限阻力（kPa），《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）有关规定取值；——系数，根据经验一般取K=1.5～1.75。将已知数据带入（6-4）得：kN第i层土的极限摩阻力应实测，无当地经验值，按《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）表5.2.8-1取值。查得：灰色粉质黏土，灰色黏土，灰色淤泥质黏土，灰绿色粉质黏土的极限侧阻力标准值分别为：45kPa，40kPa，30kPa，35kPa。由于CFG桩直接打在基岩上，因此桩端土的极限阻力，应取基岩的极限承载能力特征值，地基承载力特征值根据地基极限承载力标准值按（6-6）式确定（6-6）式中 西南交通大学本科毕业设计第121页——地基极限承载力标准值（按DBJ50-047-2006《建筑地基基础设计规范》（JGJ94-2008）第4.2.3条文说明：岩石单轴抗压强度乘以地基条件系数后，等效于岩基荷载试验得到的地基极限承载力标准值,地基条件系数取较完整时1.2～0.85中的1值）；——地基极限承载力分项系数，岩质地基取0.33。将数据代入（6-6）计算得桩端土的极限阻力：==16500kPa将计算数据带入（6-5）得：2542.77kN取kN，将所得数据带入（6-2）估算复合地基承载力：kPa由于地基埋深较浅复合地基承载力不用深度修正。验算地基承载力：道路中心线下地基面上的应力＜kN/m2,中心处地基承载力符合要求。上一章节挡土墙整体稳定性验算时，偏心荷载在两端引起的最大压力＜kPa，符合设计要求。最后挡土墙设计时要求地基承载力[]=350kPa，也达到要求。6.6.3复合地基沉降计算复合地基变形主要包括两个部分：加固区和下卧层土体变形。另外也包括褥垫层变形，但变形量很小忽略不计。本设计中桩基直接打在基岩上，因此可以不考虑下卧层土体变形。复合地基变形量计算式可按（6-7）式计算（6-7）式中——沉降计算经验修正系数；——加固区分层数；——荷载在第层产生的平均附加应力（kPa）； 西南交通大学本科毕业设计第121页——模量提高系数，；——第层土的压缩模量（MPa）；，——基础底面至第层土，第-1层土底面的距离（m）；，——基础底面计算点至第层土，第-1层土底面范围内平均附加应力系数。该值按《建筑桩基技术规范》附表G-2取值。1.基底附加压力kPa2.沉降参数计算3.复合地基沉降最终变形量按《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2002）中的分层总和法计算沉降，见表（6-3）表6-3复合地基沉降计算41.250.1250.24980.9990.9993.2322.0710.810.87.51.250.2340.24951.8710.8722.6217.9111.622.414.71.250.4590.24653.6241.7522.819.1421.844.216.91.250.5280.2454.1410.5173.9727.135.449.617.91.250.5590.24454.3770.2363.9727.131.250.8地基变形计算深度必须大于复合土层的厚度，并应符合（6-8）式（6-8）式中——计算深度范围内第层土的沉降量（mm）；——在计算深度向上取厚度为的薄土层计算沉降，按规范取定（m）；——沉降计算深度范围内土层的总的分层数。基础宽度为32m，查得m，须计算从基础顶面以下16.9m到17.9m这1m厚层土的沉降量，。 西南交通大学本科毕业设计第121页mm，满足要求。计算深度范围内压缩模量的当量值按式（6-9）计算（6-9）式中——第层土的附加应力系数沿土层厚度的积分值。计算深度范围内压缩模量的当量值Mpa查《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2002）表5.3.5取，变形计算经验系数。复合地基中点最终沉降量：mm查《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2002）表5.3.4，得建筑物地基变形允许值200mm，＜200mm，地基沉降满足要求。CFG桩加固的软土地基，加载后短时间内就能达到沉降量的90%以上，可以不用考虑工后沉降。另外路基面也不必加宽。施工期内因沉降而增加的土石方量按（6-10）计算（6-10）式中——增加的土石方量（m3）；——路堤底面宽度（m）。增加土石方量。6.7CFG桩配合比设计混合料中，石屑与碎石的组成比例用石屑率表示，按（6-11）计算（6-11） 西南交通大学本科毕业设计第121页式中——石屑率，根据研究结果取0.25～0.33为合理石屑率；——单方混合料中石屑用量(kg/m3);——单方混合料中碎石用量(kg/m3)。混合料28天强度与水泥强度等级和水灰比关系由公式（6-12）计算。（6-12）式中——混合料28天强度（kPa）；——水泥强度等级（kPa）；——单方水泥用量(kg/m3)；——单方用水量(kg/m3)。混合料坍落度按3cm控制，水灰比和粉灰比关系由公式（6-13）计算。（6-13）式中——单方粉煤灰用量(kg/m3)。混合料密度一般为2.1～2.2t/m3,利用以上关系，参考混凝土配合比的用水量185kg/m3加大2%-5%，进行配合比设计。1.用水量确定用42.5号水泥配置28d抗压强度为20MPa的水泥粉煤灰碎石混合料的用水量为：kg2.确定水灰比将已知数据带入（6-11）得：解得：，又可得kg，将计算数据带入（6-13）可得：，kg。石屑率取则。3.确定各材料用量拌合物中所有材料的关系按（6-14）确定。 西南交通大学本科毕业设计第121页（6-14）带入数据有，再联合（6-10）式解得kg，kg。水泥粉煤灰碎石桩的计算配合比为：水泥248kg、水190kg、粉煤灰182kg、石屑474kg、碎石1107kg。4.施工配合比现场测得石屑含水量1.5%，碎石含水量1.5%，施工配合比为：水泥kg粉煤灰石屑kg碎石kg水kg6.8CFG桩的施工6.8.1施工机械选择1.CFG桩多用振动沉管机施工，也可用螺旋钻机。 振动沉管机适用于：粉性土、粘性土及素填土地基；螺旋钻机适用于：地下水位以上的粘性土、粉土、素填土、中等到密实以上的砂土。2.而选用哪一类成桩机和什么型号，要视工程的具体情况而定。对大多数存在有硬土层地质条件的地区，单纯使用振动沉管机施工，会造成对已打桩形成较大的振动，从而导致桩体被震裂或震断。3、对于灵敏度和密实度较高的土，振动会造成土的结构强度破坏，密实度减小，引起承载力下降。故不能简单使用振动沉管机。此时宜采用螺旋钻预引孔，然后再用振动沉管机制桩。这样的设备组合避免了已打桩被震坏或扰动桩间土导致桩间土的结构破坏而引起复合地基的强度降低。所以，在施工准备阶段，必须详细了解地质情况，从而合理地选用施工机械。这是保CFG桩复合地基质量的有效途径。6.8.2CFG桩施工质量控制 西南交通大学本科毕业设计第121页根据土质情况，控制制桩距离。在施工过程中，成桩的施工工艺对CFG桩复合地基的质量至关重要，不合理的施工工艺将造成重大的质量问题，甚至导致质量事故，而要选择确定合理的施工工艺必须深入了解地质情况。只有在深入了解地质情况的基础上，才能确定合理的施工工艺，并在施工过程中加强监测，根据具体情况，控制施工工艺，发现特殊情况，做出具体的改变。1.在饱和软土中成桩，桩机的振动力较小，但当采用连打作业时，由于饱和软土的特性，新打桩将挤压已打桩，形成椭圆或不规则形态，产生严重的缩颈和断桩。此时，应采用隔桩跳打施工方案。2.而在饱和的松散粉土中施工，由于松散粉土振密效果好，先打桩施工完后，土体密度会有显著增加。而且，打的桩越多，土的密度越大。在补打新桩时，一是加大了沉管难度，二是非常容易造成已打桩断桩，此时，隔桩跳打亦不宜采用。3.当满堂布桩时，不宜从四周转向内推进施工，宜从中心向外推进施工，或从一边向另一边推进施工。但仅凭打桩顺序的改变并不能完全避免新打桩的振动对已结硬的已打桩产生影响。此时，应采用螺旋钻引孔的方案，避免新打桩的振动造成已打桩的断桩。4.严格控制拔管速率。拔管速率太快可能导致桩径偏小或缩颈断桩，而拔管速率过慢又会造成水泥浆分布不匀，桩顶浮浆过多，桩身强度不足和形成混和料离析现象，导致桩身强度不足。故施工时，应严格控制拔管速率。正常的拔管速率应控制在1．2～1．5m／min。5.控制好混合料的坍落度。大量工程实践表明，混合料坍落度过大，会形成桩项浮浆过多，桩体强度也会降低。坍落度一般控制在3～5厘米，和易性好，当拔管速率为1．2～1．5m／min时，一般桩顶浮浆可控制在10厘米左右，成桩质量容易控制。6.拔管过程避免反插。在拔管过程中若出现反插，由于桩管垂直度的偏差，容易使土与桩体材料混合，导致桩身掺土影响桩身质量，应避免反插。7.设置保护桩长。保护桩长是指成桩时预先设定加长的一段桩长,结构物基础施工时将其剔除,用于路基时可将保护桩保留；设置保护桩是保证施工质量有效手段，但浪费材料较多。使桩在加料时，比设计桩长多加0．5m的保护桩，将沉管拔出后，用插入式振捣棒对桩顶混合料加振3～5秒，提高桩顶混合料密实度。上部用土封项，增大混合料表面的高度即增加了自重压力，可提高混合料抵抗周围土挤压的能力，避免新打桩振动导致已打桩受振动挤压，混合料上涌使桩径缩小。 西南交通大学本科毕业设计第121页6.8.3施工程序控制1．桩要进入现场，根据设计桩长、沉管入土深度确定机架高度和沉管长度，进行设备组装；2．桩机就位，保持水平、稳固，调整沉管与地面垂直，确保垂直偏差不大于1%；3．启动钻机，沉管到预定标高，停机；4．沉管过程中必须作好施工记录。一般激振电流每沉1米记录一次，对土层变化处特别说明；5．按设计配合比配制混合料，投入拌和机加水拌料，加水量由混合料坍落度控制，一般坍落度为3-5cm，成桩后桩顶浮浆厚度不超过20cm。混合料拌和均匀，搅拌时间不得少于1分钟；6．沉管至设计标高时须尽快进行空中投料，直到管内混和料面与钢管料口平齐。若上料不足应在拔管过程中加料至设计标高；7．开动马达，沉管原地留振10秒左右，然后边振边拔管。控制拔管速度。当遇到淤泥或淤泥质土时，拔管速度可适当放慢(一般土层中以1.2-1.5米/分,软弱土层中以0.6-0.8米/分为宜);8．当拔管至地面时，应确认成桩符合设计要求后用粒状材料或湿粘土封顶保护；9．移位至下一点施工。施工顺序：桩机进场及设备组装→桩机就位→钻机成孔→停机投料→启动马达、留振→拔管→移至下一点。6.8.4施工注意事项１．长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩施工在钻至设计深度后，应准确掌握提拔钻杆时间，混合料泵送量应与拔管速度相配合，遇到饱和砂土或饱和粉土层，不得停泵待料。２．施工桩顶宜高出原地面不少于0.5米,施工时应在清表后先施工灰土垫层和20cm下路堤填土,然后施工CFG桩,桩顶与下路堤20cm顶面齐平.３.施工过程中，抽样做混合料试块，一般一个台班做一组（3个试块），试块为边长150mm的立方体，标准养护并测定28d抗压强度。6.8.5施工监测重点 西南交通大学本科毕业设计第121页  在施工过程中，应加强监测，及时发现问题，以便针对性地采取有效措施，有效控制成桩质量，重点应做好以下几方面的监测：1.施工场地标高观测。施工前要测量场地的标高，并注意测点应有足够的数量和代表性。打桩过程中则要随时测量地面是否发生降起。因为断桩常和地表隆起相联系。注意：如发现施工中桩身混合料与桩间土有上涌现象时，应采用隔排、隔行跳打。 2.已打桩桩顶标高的观测。施工过程中注意已打桩桩顶标高的变化，尤其要注意观测桩距最小部位的桩。因为在打新桩时，量测已打桩桩顶的上升量，可估算桩径缩小的数值，以判断是否产生缩径。3.对有怀疑的桩的处理。对桩顶上升量较大或怀疑发生质量问题的桩应开挖查看，并做出必要的处理。6.9质量检验1.施工质量检验主要检查施工记录、混合料坍落度、桩数、褥垫层厚度、夯填度和桩体试块抗压强度等。2.水泥粉煤灰碎石桩地基竣工验收时，承载力检验应采用复合地基载荷试验。3.水泥粉煤灰碎石桩地基检验应在桩身强度满足试验荷载条件时，并宜在施工结束28d后进行。试验数量宜为总桩数的0.5～1.0%,且每个单体工程的试验数量不应少于3点。4.应抽取不少于总桩数的10%的桩进行低应变动力试验，检测桩身完整性。 西南交通大学本科毕业设计第121页结论路基路面设计是路基路面方案比选的基础，是施工组织和路基路面施工的依据，在工程活动中占主导地位。设计方案的经济合理性直接影响到工程的经济效益，因此合理设计，是设计工作的重心。本设计对该路段沥青路面，水泥混凝土路面设计均有方案比选，最后根据使用性能，以及造价方面各推荐了一种路面结构。材料设计也依据路面结构使用的材料进行设计，试验计算得出最佳沥青含量。在路基横断面设计时，针对与填方或挖方较大的路段采用挡土墙，既减少工程量，又增加路堤或路堑的安全稳定性，而且也减少了土地资源的占用。挡墙设计中采用加筋挡土墙，此墙在填方高度较高时比较经济。软土路基处理时进行了简单的方案比选，CFG桩进行软基处理时，施工完毕后短时间内地基强度便能得到很大提高。28天后，CFG桩达到设计强度值，路基填土便可以达到设计高度，不必考虑固结沉降，缩短工期。路基路面设计均达到规范规定的技术要求，但其中也有不尽完美的地方。本设计沥青路面推荐的是半刚性基层路面，半刚性基层路面有诸多优点，但是随着该种路面的大量使用，工程实践证明，如果面层不够厚，路面会很快产生裂缝，最初对行车无明显影响，但随着表面雨水的浸入，在大量行车荷载反复作用下，产生冲刷和唧泥现象，使裂缝两测的沥青路面碎裂，加速沥青路面的破坏，影响沥青路面的使用性能。路面究竞要多厚，还没有一个确定的观念，这也反映了设计方法的随意性和一定程度上的盲目性，使路面结构设计要么过厚，造成较大的材料和资金浪费，要么过薄，造成早破坏，也将造成经济损失。在用粘土填筑加筋挡土墙时，设计中要求用压实度好，膨胀性小的粘土，但在实际施工时，填土多采用本桩利用的挖方土，这种土达不到理论要求的技术性能，填筑时后路基会出现较大的不均匀沉降，这也是加筋挡墙在我国出现问题的主要原因。CFG桩处理形成复合地基，由于自身的强度因素，很短时间内便能改善土的性能。在工期较紧的情况下是比较好的选择。CFG桩多用于处理建筑地基，对于路基处理也有很多探索的地方，相关方面的规范也有待完善。桩基处理形成复合地基，对于沉降计算也是研究的重点，这方面的研究前景广阔。本次设计选用加筋挡土墙，CFG桩处理软土地基，为该路段设计奠定了基础。对于今后的相关工程可作为参考。 西南交通大学本科毕业设计第121页致谢四年的大学生活将在这个季节划上一个句号，而对于我的人生却马上又是新的开始。走上工作岗位，我又将面对新的征程。峨眉校区求学的四年中，在亲人、老师、同学以及朋友们的关心支持下，我的生活五彩缤纷，走得辛苦却也收获满囊，在论文即将付梓之际，思绪万千，心情久久不能平静。伟人、名人为我所崇拜，可是此刻我更急切地要把我的敬意和赞美献给一位平凡的人，我的指导老师——刘洪坡老师。我不是您出色的学生，而您却是我最尊敬的老师。您治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一种良好的精神氛围。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了基本的思考方式，从论文题目的选定到论文写作的指导,经由您悉心的点拨,再经思考后的领悟,常常让我有“山重水复疑无路,柳暗花明又一村”。仅仅一句谢，我想难以表达对您的感激，祝福您一身平安！感谢我的父母，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚谢意！同时也感谢学校为我提供良好的毕业设计环境。最后再一次感谢所有在毕业设计中曾经帮助过我的良师益友和同学，以及在设中被我引用或参考的论著的作者。 西南交通大学本科毕业设计第121页参考文献[1]中交公路规划设计院.公路沥青路面设计规范(JTGD50-2006)[S].北京：人民交通出版社,2006.[2]交通部公路科学研究所.公路工程集料试验规程(JTGE42-2005)[S].北京：人民交通出版社,2005.[3]中交第一公路工程有限公司.公路路基施工技术规范(JTGF10-2005)[S].北京：人民交通出版社,2006.[4]交通部公路科学研究院.公路沥青路面施工技术规范(JTGF40-2004)[S].北京：人民交通出版社,2004.[5]交通部公路科学研究院.公路路面基层施工技术规范(JTJ034-2000)[S].北京：人民交通出版社,2000.[6]上海市公路管理处.公路沥青路面养护技术规范(JTJ073-2001)[S].北京：人民交通出版社,2001.[7]中交第二公路勘测设计研究院.公路路基设计规范(JTGD30-2004)[S].北京：人民交通出版社,2004.[8]中交公路规划设计院.公路水泥混凝土设计规范(JTGD40-2002)[S].北京：人民交通出版社,2002.[9]交通部公路科学研究所.公路水泥混凝土路面施工技术规范(JTGF30-2003)(S).北京：人民交通出版社,2003.[10]交通部公路科学研究所.公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTJ052-2000)[S].北京：人民交通出版社,2000.[11]中交第一公路勘察设计研究院.公路路线设计规范(JTGD200-2006)[S].北京：人民交通出版社,2006.[12]水泥混凝土路面技术规范.公路水泥混凝土路面养护技术规范(JTJ073.1-2006)[S].北京：人民交通出版社,2001.[13]交通部公路司和中国工程建设标准化协会公路工程委员会.公路工程技术标准(JTGB01-2003)[S].北京：人民交通出版社,2003.[14]凌天清，曾德荣.公路支挡结构[M].北京：人民交通出版社,2006.[15]黄晓明，朱湘，李昶.路基路面工程[M].南京：东南大学出版社,2006. 西南交通大学本科毕业设计第121页附录1高等级公路路基加宽常见病害、机理分析及处置措施成守勇1（1.西南交通大学土木工程系道路专业，峨眉）摘要：针对高等级公路在路基加宽工程中出现的常见病害，包括路基失稳，路面损坏，边坡病害以及道路整体性能下降等，分析各种病害的产生机理。在施工中采取各种预防措施，避免各种路基加宽病害的出现，对高等公路加宽工程有重要意义。关键词：路基加宽；病害；机理分析；处理措施SubgradeWideninghighwaycommondiseases,themechanismofanalysisanddisposalmeasuresChengShou-yong1(1.DepartmentofCivilEngineering,SouthwestJiaotongUniversityroadprofessional,Emei)Abstract:Inviewofhigh-gradehighwaywideningprojectintheroadbedofthecommondiseaseshaveemerged,includingtheroadbedinstability,roaddamageandroadslopediseases,suchasoverallperformance,toanalyzethegenerationmechanismofdisease.TakenduringtheconstructionofvariouspreventivemeasurestoavoidtheemergenceofdiseasesSubgradeWideningofroadwideningprojectsofhigherimportance.Keywords:SubgradeWidening;disease;Mechanismanalysis;treatmentmeasures0引言西南交通大学本科毕业设计第121页目前中国已建各种公路里程达360万公里，多数公里存在设计不合理现象，随着经济的发展交通量的增加，许多公路又被迫实行重铺、加宽等改建工作。高等级公路路基加宽工程中，原有路基经过多年运营，地基及路基沉降已基本完成。在其边坡上进行扩建加宽时，由于新旧路基在沉降、永久变形累积、稳定性和路基承载力等方面的差异，在新旧路基之间产生相对过大的差异沉降，进而会引起既有路基变形，新路基失稳，严重时则出现路基拉裂，下沉过速等病害，这将会对高速公路的正常营运带来难以估量的不良后果。因此认真分析高等级公路路基加宽常见病害的种类原因以及做出正确的处理措施有重大意义。1路基加宽常见病害 西南交通大学本科毕业设计第121页1.1新加宽路基失稳新加宽路基失稳，主要表现为加宽路基沿新老路基结合面发生滑移，严重时甚至发生整体坍塌。这种病害容易发生在山区陡坡地形、软弱地基、高填方路堤等加宽路段。当加宽路基沿结合面滑移量较小时，新老路基结合面会产生错台，导致新老路基结合部位的路面开裂，雨水由裂缝渗入，结合面强度急剧降低，给路基稳定性留下很大的隐患；当路基滑移量较大、甚至整体坍塌时，会造成加宽路面整体破坏，甚至使既有路基相继出现失稳，致使既有路面也发生结构损坏和使用功能下降。1.2路面损坏由于新旧路基之间沉降量和速率的不同,在路基加宽改造过程中出现的不均匀沉降是其典型性病害。路基的不均匀沉降作用于上部的路面结构层,从而影响了路面的使用性能甚至导致病害出现：沥青路面损坏主要表现为出现面层破碎、结合料松散、道路横坡改变等症状，严重时会产生沿结合面走向的纵向裂缝；水泥路面损坏主要表现为出现唧泥和脱空现象，进一步发展会引起结合面附近出现纵缝、裂缝处板块断裂以及裂缝扩展。由于结合部位两侧的新老路基沉降速率不一致，沉降量不同，导致结合部位存在应力突变、集中现象，弯拉应力大而结合界面强度较低时会在该处开裂错台。根据高等级公路改扩建工程一般断面图布置形式如（图1）以及以及地基新增荷载分布情况， 西南交通大学本科毕业设计第121页采用地基弹性理论方法以及考虑应力历史影响的沉降计算方法进行定性分析研究，可知原公路因增设补强层和铺筑新面层，增加了下部（I区）土基的压力P1，加宽部分（Ⅱ区、Ⅲ区、IV区）地基相应外加的压力分别为P2，P3，P4，这些荷载使地基沿路基横断面方向发生不均匀沉降，其中S2、S3、S4大于S1。当路基压力大于地基极限承载力时会在路基坡脚附近（图中V区，可能在坡脚内，也可能在坡脚外）发生沉降（S4），同时，还会引起V区外区域地基隆起，这时路堤将因沉降变形过大使高等级公路发生严重的损坏。另外，新加宽路基边坡坡角在填土自重作用下逐渐发生侧向位移，进一步带动其上的填土产生沉降和侧向位移，使整个加宽部分的填土沿结合部位产生横向和竖向移动。这两方面因素的作用会在交界处形成纵向裂缝。1.3新加宽路基边坡表层病害新加宽路基边坡表层病害表现为，在降水和其它自然因素的作用下,新加宽部分的路基边坡表层出现侵蚀剥落、溜塌、浅层滑坡等现象。上述现象多发生在降雨后并与路基填料种类密切相关。由于新填筑边坡部分压实度质量较难保证且坡面防护措施未能全面发挥作用,因此上述病害一般在竣工后2年内集中出现。1.4路面整体性能下降随着路面病害的产生和道路纵横坡的变化，道路结构性能和服务性能也随之下降。当路面状况指数、结构承载力、平整度等下降到一定程度时，还将影响行车安全。另外，就新老路基结合方式而言，在产生相同变形的前提下，双侧加宽产生的病害数量多，比单侧加宽更不利。2加宽路基病害机理分析高等级公路改扩建工程路基加宽出现的各种病害，其产生的原因与地质勘察、设计施工等有关。按照病害的类型，可以从稳定性和变形两个方面分析其产生机理。2.1稳定性不足稳定性不足是指加宽路基自身稳定性不能满足稳定要求，或者新老路基结合部结合强度不足。主要表现在：（1）地基坡面过陡在山区路基加宽工程中，地形条件复杂，经常需要在陡坡地基上进行加宽路基的填筑。为保证加宽路堤的稳定性，加宽常采用重力式挡墙或轻型挡墙的支挡结构。当原地基边坡存在潜在破裂面或滑移面时，加宽路基将沿此破裂面或滑移面产生滑移，从而导致整体失稳。并且地基土的抗剪强度会因雨水浸入湿化，干湿循环、冻融循环 西南交通大学本科毕业设计第121页而使地基土发生松动等外界因素的影响而降低。（2）地基存在软弱下卧层当地基存在软弱下卧层，如压缩系数大、流变性显著的软土时，新老路基结合部结合强度不足，从而发生自结合面至软弱层顶面的滑动面。（3）新老路基结合部强度不足新老路基结合部强度不足主要体现在以下几个方面：新老路基结合部施工工艺较复杂，施工难度较大，往往在此产生人为的质量因素，如密实度达不到标准、开挖台阶没有达到设计要求、老路基边坡没有处理完全等。在新老路基结合部没有设置土工合成材料（如土工格栅、土工格室等），或者土工合成材料和填土之间的摩擦力较小、或者土工合成材料埋入新老路基的长度不够，致使其未能充分发挥加筋性能。加宽路基填料较差，抗风化性能、抗淘蚀性能不足。施工过程中路基填料多半就近选取，对材料粒径、级配及材料本身的物理力学性质等方面控制不严，填料中含有有机植物根茎及腐蚀性耕植土的现象较为普遍。山区路基填土多为土石混合料，对路表水和地下水有一定渗透能力，填料中细颗粒材料通常占很大比重，渗水时易发生淘蚀。排水设施不完善，设施布置不合理，导致地表水下渗，形成滞水、积水和渗水。路基土受水浸泡而湿软，强度急剧下降。另外，山区暴雨可能造成坡体发生很小的坍塌，淤塞道路内侧边沟，养护不及时可导致路基上侧雨水漫过路面，雨水可能从路面渗入路基，导致路基强度下降。2.2变形不协调新老路基变形不协调以不均匀沉降为主，是地基和路堤的固结沉降与压缩变形的空间差异在路基顶面的反映。按照变形形成的原因来分类，新老路基变形不协调主要由三个方面组成：（1）新老路基的自身压缩变形 西南交通大学本科毕业设计第121页其原因主要是填土的压实度不足、填石路堤咬合状态不好而发生滑移或者路堤采用压缩性大而固结时间长的粘土，如图2。由于老路基已经使用一段时间，在堤身荷载作用下的压缩变形已基本完成，而新路基在加宽施工结束后仍发生较大的压缩变形。所以通常在地质条件良好，路基自身压缩变形占主导地位时，新老路基的变形不协调将导致加宽部分路面的损坏。（2）新路基作用下地基的固结沉降这种沉降主要发生在地基下卧层土质条件较差的路段。土体压缩性大、固结时间长，在施工结束后仍然发生很大的沉降。而老路基作用下的地基在老路堤自重荷载作用下固结变形已完成或基本完成，在新路堤自重荷载作用下地表发生不协调变形，并最终反映到路堤顶面，造成路面结构的损坏。当地质条件差，地基的固结变形在不协调变形中占主导地位时，老路基远离加宽路基部分产生的沉降较小，靠近加宽路基部分产生的沉降较大，从而在老路基顶面产生不协调变形，导致老路路面的损坏、开裂。（3）新老路基接合部结合强度不足新老路基接合部结合强度不足将造成新路基沿结合面的滑移，这种情况下不仅产生变形不协调，甚至可能发生错台及整体失稳（如图3）。这种变形不协调将导致新老路基结合部附近的路面损坏、开裂（沥青混凝土路面出现纵向裂缝，半刚性基层或水泥混凝土路面出现断裂）。实际上高等级公路路基加宽常见病害产生的主要原因有：新老路基间的差异沉降、新老路基之间的不良结合、路基路面整体抗变形能力、路基稳定性，以及水文、地质条件等。病害的发生往往不是由单个因素决定的，而是多种因素共同作用的结果，但新老路基间的变形不协调和新老路基的不良结合是导致相关病害产生的主要原因。3高等级公路路基加宽病害处理措施高等级公路加宽改建工程受老路自然状况制约，在选线上无法充分考虑地形地貌、地质土质的特殊情况。在确保既有路堤稳定的前提下，充分考虑影响新老路基稳定性的各种因素，重点应抓好地基处理、采取控制施工速率、改良路基填料性能等关键施工环节，使之能够达到提高路基强度，减少路基工后沉降，进而有效控制纵向裂缝的产生。3.1控制变形不协调，重视软土地基处理新建路基地基沉降占有较大比重，特别是软土地基路段。地质不良的软土地段应根据地质资料采用有利于加快地基固结沉降或提高地基承载力的设计施工方案，有效减少工后沉降。现有的地基处理方法一般有三种：浅层换填、排水固结和复合地基方法。3.2严格路基填料的选择与控制 西南交通大学本科毕业设计第121页路基改扩建加宽工程一般是在维持交通的基础上进行实施的，老路部分还需承担正常的交通，虽经部分分流，但交通量仍然比较大，且重载车辆多，工期要求比较紧。为确保工程质量，可通过大吨位振动压路机、冲击式压路机来碾压土体以及增加碾压遍数来减少土体本身孔隙率，增加路基压实度，减小路基本身沉降，同时也可填筑无机结合料改良土或CBR值较大的材料，如碎石土、砂砾等。对路堤较高、原地基承载力低的路段也可考虑采用轻质路基填料（如粉煤灰）以减轻路堤自重，减少土基荷载。3.3结合部压实度控制为加强新老路的结合，提高路基的整体强度和稳定性，在老路基边坡应采用开挖多层台阶方式衔接，结合部必须碾压到位，如大型压实机械无法压到边，就要用小型振压设备压实，确保加宽路基任何部位压实度均符合要求。3.4施工节奏控制路基填筑速度的控制对控制地基沉降并最终有效控制路面纵向开裂十分重要。可对新修路基采用超载预压3～6个月时间加速新修路基的工前沉降。有时也可根据需要，在路基填筑完工后增铺临时简易路面，增加路基工后沉降的时间，并通过行车碾压加速工后沉降的完成。3.5强化接合部位处治，推广土工合成材料应强化新老路基结合部位的处治，路基施工时在新老路衔接的台阶处可设置土工格栅，有效增加新老路基间的粘结力，减少不均匀沉降和侧向位移，使新老路基有效的形成整体。同样，路基顶、底基层、基层顶面在施工中除设台阶衔接外，在结合处增设土工格栅可以使新老路有效地融为一体。4结语随着我国经济建设的快速发展，高等级公路的改扩建工程将是我国本世纪公路建设所面临的非常重要和必须解决的问题。而路基改扩建的工程质量对道路路面的运营质量有重要影响。本文针对高等级公路改扩建路基加宽后可能存在的病害类型进行了分析，探讨了病害产生的机理，最后提出了高等级公路改扩建路基加宽的技术对策。参考文献：[1]李作恒；高等级公路路基加宽病害特征及机理分析；交通世界；2007年2期[2]钟勇强，徐伟；高等级公路路基加宽常见病害机理分析及防治对策；交通世界； 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