建筑给排水类高速公路路面设计及排水设计参考.docx

1、建筑给排水类高速公路路面设计及排水设计参考（建筑给排水工程）高速公路路面设计及排水设计(参考)第三章排水设计计算说明书3.1气候与地质条件介绍项目工程区属亚热带湿润季风气候区，整体气温变化幅度小，年均温13-14，1月均温3.0-6.3，7月均温19.8-22.0。极端最高气温为32.8，最低气温为-12。多年平均降水量达到1350毫米/年。蒸发量最大的月份为25月份，无霜期230-300天。冬暖夏凉，气候宜人。地形起伏较大，局部地区气候差异明显。全市总水量约142.18亿立方米，其中地表水体平均年流量64亿立方米。项目工程区地处长江水系和珠江水系的分水岭地区。长江水系以乌江上游三岔河为干流，

2、展布于市境北部；珠江水系以北盘江为干流，由西向东横贯市境中部；南盘江支流分布于市境南部边缘。受岩溶地貌影响，地表河网与地下河网均有发育，互有衔接，且反复出现。境内10公里以上河流43条，多呈现河谷深切，河床狭，水流急，落差大，水利资源丰富。工程区年降水量具明显的季候性特征，510月为雨季，多暴雨，降水量占全年总量的三分之二，暴雨常造成洪水灾害，并诱使崩塌、滑坡等地质灾害发生。项目工程区所属境内岩溶地貌类型齐全，发育典型。山峦众多，延绵起伏；沟壑纵横，深履险峻。地势西北高，东南低。地面最高点为乌蒙山脉的韭菜坪，海拔在2900.3米，人称“贵州屋脊”；最低点在六枝特区毛口乡北盘江河谷，海拔586米

3、。境内平均海拔在1400-1900米之间。沿线地质情况为覆盖层以种植土、亚砂土和亚粘土为主，含少量的碎石质土，覆盖层厚2m左右，稻田中种植土厚0.6m左右。下伏基岩为硅化板岩。3.2边沟设计验算在K10+983.396至K11+020之间的左侧挖方段为挖方最大汇水面积段，本次设计以沥青混凝土路面为例。硅化板岩路堑（坡度为1：0.5,坡面流长度为7.5m），路基宽度21.5m,取单侧路面和路肩横向排水宽度为12m,路拱横坡为2%在纵断面方面，此处属于竖曲线上，采用平均纵坡i=（1518.14-1516.70）/36.604=0.03%,边沟坡脚和路肩边缘间设置矩形形边沟。计算简图如图4.2-1.

4、1.1.1 计算汇水面积和径流系数：由图一计算汇水区域在路堑一侧（由平台沟到边坡平台）的面积A1=7.536.604=274.53m2。由于坡面上采用拱式护面墙防护，则由公路排水设计规范得坡面径流系数取C1=0.78。汇水区域在边沟平台上的面积A2=136.604=36.604m2,取坡面径流系数(浆植草护面)C2=0.53，汇水区域在路面一侧(公路路中线到边沟）的面积为A3=36.60412=439.248m2,由表查得沥青路面径流系数为C3=0.95。由此，总的汇水面积为F=274.53+36.604+439.248=750.382m2，汇水区的径流系数为C=。图4.21边沟计算示意图1.

5、1.2 计算汇流历时：由克毕公式计算坡面汇流历时，其中：L坡面流长度；i坡面流坡度；m地表粗糙系数；由表查得拱式护面墙防护路堑边坡的粗度系数m=0.4，且路堑坡度为1：0.5,得路堑坡面汇流历时。由表查得边沟平台（植草护面）的粗度系数m=0.4,横向坡度为4%，则查表得沥青混凝土路面粗糙系数为m=0.013，横坡4%，坡面流长度为12m，所以历时时间为。因此取坡面汇流历时t=3.816min(取最大值)。设边沟底宽为0.6m，高0.65m，以浆砌片石砌筑，沟壁粗糙系数n=0.025。设计水深为0.5m。求得过水断面段面积为A=，水力半径为R=m。按曼宁公式,得沟内平均流速为：，因此沟内汇流历时

6、为。由上可得汇流历时为。1.1.3 计算降雨强度：据设计手册，高速公路路界内坡面排水设计降雨重现期为15年。求设计重现期和降雨历时内的降雨强度（mm/min）,由于公路在贵州六盘水境内，据公路排水设计手册，可取公式。1.1.4 计算设计径流量：可按降雨强度由推理公式确定：，式中Q-设计径流量；C-径流系数；F-汇水面积（Km）;所以。1.1.5 检验径流：设定边沟的截面形式为矩形，底宽0.6m,过水断面为底宽0.6m，水深0.5m，断面积为0.3m2,则泄水能力Qc=0.32.3=0.69m/s。因为设计径流量Q=0.0345m/sQ=0.03m3/s改水深ha=0.06m,按上述方法知：hb

7、=ha-Bwia=0.06-0.60.04=0.036mm3/s，Qa=0.028-0.0016=0.0264m3/sm3/s总泄水量Qa+Qb=0.0264+0.0021=0.0285m3/s,接近于设计流量Q=0.03m3/s，因而，拦水带边沟水深为6cm,沟内水面宽度到达离硬路肩边缘0.6+0.02/0.03=1.27m。1.1.9 确定拦水带尺寸水力计算主要关心边沟排泄设计流量时的水深和水面宽度，前者影响到路缘带或缘石的高度，后者用于检验沟内水面是否超过设计规定的限值（硬路肩内侧边缘）。根据拦水带边沟水深为6cm，以及水面宽度为1.27m(硬路肩宽度为3m),选择拦水带的形式为水泥混凝

8、土拦水带，拦水带堤高12cm,正面边坡1：1,背面边坡直立。具体尺寸见下图。本节设计的公式均来自于公路排水设计手册。拦水带尺寸图（单位：cm）4水泥混凝土路面设计4.1交通量计算立德高速K10+000K12+250段，在自然区划上属于区。拟建一条高速公路，双向四车道，交通量年平均增长率为8.5%，路基土为低液限粘土。表4-1计算设计年限通过的标准轴载作用次数车型车轴车轴车轮型（KN）小客车前轴1-111.527002.52656E-12后轴1-12327001.6558E-07中客车SH130前轴1-116.58002.41453E-10后轴1-2238004.90609E-08大客车CA50

9、前轴1-128.75001.05945E-06后轴1-268.25001.095267小货车BJ130前轴1-113.5517002.19522E-11后轴1-227.217001.52599E-06中货车CA50前轴1-128.76001.27134E-06后轴1-268.26001.314320388中货车EQ140前轴1-123.78508.42156E-08后轴1-269.28502.350262856大货车JN150前轴1-1498500.009387635后轴1-2101.68501095.76709特大车日野KB222前轴1-150.26000.009759121后轴1-2104

10、.36001095.76709拖挂车五十铃前轴1-160750.0.21158324后轴3-21007575合计2352.3605442轴4轮略去不计；方向分配系数0.5，车道分配系数为0.8。故有：=ADTT（）=23520.50.8=941（次）4.2交通参数分析1、累计标准轴次设计使用年限为30年，车轮轮迹横向分布系数为=0.20。（公路水泥混凝土路面设计规范中表A.2.4查得）使用年限内的累计标准轴次：=-1365=85326822000（次）使用年限内标准轴载作用次数（100,2000），属于重交通等级。4.3方案设计方案一：面层:水泥混凝土板，厚0.28m基层：5%水泥稳定碎石，厚

11、0.18m底基层：6%级配碎石，厚0.16m（一） 初拟路面结构由表3.0.1，相应于安全等级一级的变异水平等级为低等。根据高速公路、重交通等级和低等级变异水平等级，查表4-1和表4-3，初拟普通混凝土面层厚度为=0.28m。基层选用水泥稳定碎石（水泥用量5%），厚=0.18m，底基层为=0.16m的级配碎石（颗粒含量6%）。单向路幅宽度为24m（行车道）+22.5m（硬路肩）,普通混凝土板的平面尺寸为3.75m，长5.0m。纵缝为设拉杆平缝，横缝设计为传力杆的假缝。（二） 材料参数的确定1、 混凝土的设计弯拉强度与弯拉弹性模量按表3.0.8，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值=5.0MPa,相

12、应弯拉弹性模量标准值为=31GPa泊松比0.15。2、 土基的回弹模量参照公路水泥混凝土路面设计规范附录表E.0.1、表F.0.1路基回弹模量取=70MPa，查表E.0.1-2,取地下水位1.0m时湿度调节系数0.80。由此，路床顶综合回弹模量取为700.8=56MPa为查附录E.0.2水泥稳定碎石基层回弹模量=1300MPa。泊松比0.35级配碎石底基层回弹模量=220MPa。泊松比为0.35，砾石粗集料混凝土的线膨胀系数=11/。按式（B.2.4-1）式（B.2.4-4）计算板底地基综合回弹模量如下：=220MPa=0.16m=0.26ln()+0.86=0.26ln（0.16）+0.86

13、=0.384=94.7MPa板底地基综合回弹模量取为90MPa混凝土面层板的弯曲刚度、半刚性基层板的弯曲刚度、路面结构总相对刚度半径为：=58MN.m=0.66MN.m=1.21=1.21=1.05m（3）荷载应力按式（B.4.1-1）,标准荷载和极限荷载在临界荷位处产生的荷载应力为：=1.434MPa=1.51MPa按式（B.2.1），计算面层荷载疲劳应力。按式（B.2.6）计算面层最大荷载应力。=0.872.4841.151.434=3.56MPa=0.871.151.51=1.51MPa其中：应力折减系数=0.87（B.2.1条）；综合系数=1.15（表B.2.1）；疲劳应力系数=2.4

14、84。（4）温度应力由表3.0.10，最大温度梯度取88/m。按B.3.3和B.5.2计算综合温度翘曲应力和内应力的温度应力系数。=3390MPa/m=0.118m=_=_=0.101t=1.59=1-=1-=0.619=1.77=1.77=0.263按式（B.3.2）计算面层最大温度应力：=1.10MPa温度疲劳应力系数，按式（B.3.4）计算：=0.241按式（B.3.1）计算温度疲劳应力：=0.2411.10=0.265MPa（5）结构极限状态校核查表3.0.4，一级安全等级，低变异水平条件下，可靠度系数取1.24。按式（3.0.4-1）和式（3.0.4-2）校核路面结构极限状态是否满足

15、要求：1.24（3.56+0.265）=4.743=5.0MPa=1.24（1.51+1.1）=3.24MPa=5.0MPa拟定的由计算厚度0.28m的普通混凝土面层和厚度0.18m的水泥稳定粒料基层组成的路面结构满足要求，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，以及最重轴载在最大温度梯度时的一次作用。取混凝土面层设计厚度为0.28m。方案二：面层:水泥混凝土板，厚0.27m基层：5%水泥稳定碎石，厚0.15m底基层：4%水泥稳定碎石，厚0.16m（一）初拟路面结构由表3.0.1，相应于安全等级一级的变异水平等级为低等。根据高速公路、重交通等级和低等级变异水平等级，查表4-1和表

16、4-3，初拟普通混凝土面层厚度为=0.27m。基层选用水泥稳定碎石（水泥用量5%），厚=0.15m，底基层为=0.16m的水泥稳定碎石（水泥用量4%）。单向路幅宽度为23.75m（行车道）+22.5m（硬路肩）,普通混凝土板的平面尺寸为3.75m，长5.0m。纵缝为设拉杆平缝，横缝设计为传力杆的假缝。（二）材料参数的确定1、混凝土的设计弯拉强度与弯拉弹性模量按表3.0.8，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值=5.0MPa,相应弯拉弹性模量标准值为=31GPa泊松比0.15。2、土基的回弹模量参照公路水泥混凝土路面设计规范附录表E.0.1、表F.0.1路基回弹模量取=70MPa，查表E.0.1-2

17、,取地下水位1.0m时湿度调节系数0.80。由此，路床顶综合回弹模量取为700.8=56MPa为查附录E.0.2水泥稳定碎石基层回弹模量=1300MPa。泊松比0.35，水泥稳定碎石底基层回弹模量=1300MPa。泊松比为0.35，砾石粗集料混凝土的线膨胀系数=11/。按式（B.2.4-1）式（B.2.4-4）计算板底地基综合回弹模量如下：=1300MPa=0.16m=0.26ln()+0.86=0.26ln（0.16）+0.86=0.384=187.3MPa板底地基综合回弹模量取为185MPa混凝土面层板的弯曲刚度、半刚性基层板的弯曲刚度、路面结构总相对刚度半径为：=52MN.m=0.42M

18、N.m=1.21=1.21=0.80m（3）荷载应力按式（B.4.1-1）,标准荷载和极限荷载在临界荷位处产生的荷载应力为：=1.29MPa=1.34MPa按式（B.2.1），计算面层荷载疲劳应力。按式（B.2.6）计算面层最大荷载应力。=0.872.4841.151.29=3.21MPa=0.871.151.34=1.34MPa其中：应力折减系数=0.87（B.2.1条）；综合系数=1.15（表B.2.1）；疲劳应力系数=2.484。（4）温度应力由表3.0.10，最大温度梯度取88/m。按B.3.3和B.5.2计算综合温度翘曲应力和内应力的温度应力系数。=4029MPa/m=0.101m=

19、_=_=0.062t=2.08=1-=1-=0.90=1.77=1.77=0.46按式（B.3.2）计算面层最大温度应力：=1.86MPa温度疲劳应力系数，按式（B.3.4）计算：=0.46按式（B.3.1）计算温度疲劳应力：=0.461.86=0.86MPa（5）结构极限状态校核查表3.0.4，一级安全等级，低变异水平条件下，可靠度系数取1.24。按式（3.0.4-1）和式（3.0.4-2）校核路面结构极限状态是否满足要求：1.24（3.21+0.86）=5.04MPa5MPa=5.0MPa=1.24（1.34+1.86）=3.97MPa=5.0MPa拟定的由计算厚度0.27m的普通混凝土面

20、层和厚度0.15m的水泥稳定粒料基层组成的路面结构满足要求，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，以及最重轴载在最大温度梯度时的一次作用。取混凝土面层设计厚度为0.27m。方案三：面层:水泥混凝土板，厚0.28m基层：5%水泥稳定碎石，厚0.16m底基层：天然砂砾，厚0.22m（一）初拟路面结构由表3.0.1，相应于安全等级一级的变异水平等级为低等。根据高速公路、重交通等级和低等级变异水平等级，查表4-1和表4-3，初拟普通混凝土面层厚度为=0.28m。基层选用水泥稳定碎石（水泥用量5%），厚=0.16m，底基层为=0.22m的天然砾石。单向路幅宽度为23.75m（行车道）+2

21、2.5m（硬路肩）,普通混凝土板的平面尺寸为3.75m，长5.0m。纵缝为设拉杆平缝，横缝设计为传力杆的假缝。（二）材料参数的确定1、混凝土的设计弯拉强度与弯拉弹性模量按表3.0.8，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值=5.0MPa,相应弯拉弹性模量标准值为=31GPa泊松比0.15。2、土基的回弹模量参照公路水泥混凝土路面设计规范附录表E.0.1、表F.0.1路基回弹模量取=70MPa，查表E.0.1-2,取地下水位1.0m时湿度调节系数0.80。由此，路床顶综合回弹模量取为700.8=56MPa为查附录E.0.2水泥稳定碎石基层回弹模量=1300MPa。泊松比0.35，天然砾石底基层回弹模量

22、=150MPa。泊松比为0.35，砾石粗集料混凝土的线膨胀系数=11/。按式（B.2.4-1）式（B.2.4-4）计算板底地基综合回弹模量如下：=150MPa=0.22m=0.26ln()+0.86=0.26ln（0.22）+0.86=0.466=88.6MPa板底地基综合回弹模量取为85MPa混凝土面层板的弯曲刚度、半刚性基层板的弯曲刚度、路面结构总相对刚度半径为：=58MN.m=0.51MN.m=1.21=1.21=1.07m（3）荷载应力按式（B.4.1-1）,标准荷载和极限荷载在临界荷位处产生的荷载应力为：=1.45MPa=1.51MPa按式（B.2.1），计算面层荷载疲劳应力。按式（

23、B.2.6）计算面层最大荷载应力。=0.872.4841.151.45=3.60MPa=0.871.151.51=1.63MPa其中：应力折减系数=0.87（B.2.1条）；综合系数=1.15（表B.2.1）；疲劳应力系数=2.484。（4）温度应力由表3.0.10，最大温度梯度取88/m。按B.3.3和B.5.2计算综合温度翘曲应力和内应力的温度应力系数。=3785MPa/m=0.108m=_=_=0.088t=1.56=1-=1-=0.59=1.77=1.77=0.24按式（B.3.2）计算面层最大温度应力：=1.01MPa温度疲劳应力系数，按式（B.3.4）计算：=0.20按式（B.3.

24、1）计算温度疲劳应力：=0.201.01=0.202MPa（5）结构极限状态校核查表3.0.4，一级安全等级，低变异水平条件下，可靠度系数取1.24。按式（3.0.4-1）和式（3.0.4-2）校核路面结构极限状态是否满足要求：1.24（3.6+0.202）=4.71MPa=5.0MPa=1.24（1.63+1.01）=3.27MPa=5.0MPa拟定的由计算厚度0.28m的普通混凝土面层和厚度0.16m的水泥稳定粒料基层组成的路面结构满足要求，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，以及最重轴载在最大温度梯度时的一次作用。取混凝土面层设计厚度为0.28m。5沥青路面结构层厚度计

25、算5.1设计资料立德高速K10+000K12+250段，在自然区划上属于区。拟建一条高速公路，双向四车道，车道系数为=0.5,拟采用沥青路面结构，设计年限为15年，交通量年平均增长率为8.5%，沿线土质为低液限粘土,沿线地质情况为覆盖层以种植土、亚砂土和亚粘土为主，含少量的碎石质土，覆盖层厚2m左右，稻田中种植土厚0.6m左右。下伏基岩为硅化板岩。公路沿线有较丰富的砂砾材料、砂，当地沿线无矿石料场，矿石材料需外购，当地有水泥厂和电厂，粉煤灰较丰富，有少量石灰生产，但产量不高。5.2轴载分析表5-1交通组成及交通量表（双向）车型后轴型号交通量（辆/昼夜）小客车1-12700中客车SH1301-2

26、800大客车CA501-2500小货车BJ1301-21700中货车CA501-2600中货车EQ1401-2850大货车JN1501-2850特大车日野KB2221-2600拖挂车五十铃3-275交通量年平均增长率（%）8.5我国沥青路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载，表示为BZZ-100。按照公路沥青路面设计规范（JTGD50-2006）,标准轴载的计算参数按表5-2确定。表5-2标准轴载计算参数标准轴载名称BZZ-100标准轴载名称BZZ-100标准轴载P（KN）100单轮当量圆直径d（mm）21.30轮胎接地压强P（Mpa）0.70两轮中心距（cm）15d1当以设计弯沉值设计指标及沥青基层层底拉应力验算时，各级轴载的作用次数均换算成标准