沥青混凝土路面设计.doc

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沥青混凝土路面设计

第五章路面设计

5.1路面设计原则及依据

本次设计的道路是村道，村道路面应根据交通量及其组成情况、使用功能、当地材料及自然条件，结合路基进行综合设计，做到经济、适用。

同时，村道路面应具有良好的稳定性和足够的强度，其表面应满足平整、抗滑和排水的要求。

村道的行车道（包括错车道）均应铺设路面。

5.2路面设计及土路肩加固形式

该道路的路基宽度为6.5m,行车道宽6m，土路肩宽度为0.5m。

由当地的自然条件和徽县交通局规划路面结构分为三层，面层采用沥青碎石，基层采用水泥稳定砂砾，基层采用天然砂砾。

由于道路级别低，没有设置路缘带和紧急停车带，当路基宽度为4.5m或在道路的不通视地段时，每隔200m左右应设置错车道，错车道有效长度不小于20m，在错车道两端应设不小于10m过渡段。

土路肩的基层与路面相同，在表层宜铺置一些粗粒式沥青碎石或砂砾石。

若行车道宽度不够，需要加固部分路肩，提供侧向宽度，以利于行车安全，见下图5.1所示：

图5.1道路横断面的构成

5.2路面结构类型的计算

1.基本资料

（1）设计任务书要求

甘肃徽县村村通道路设计等级为四级公路，设计年限10年，拟采用沥青碎石路面，需进行结构设计。

（2）气象资料

该公路处属暖温带大陆性气候，温暖而湿润，冷季短，暖季长。

年平均气温12.1℃。

无霜期215天，年平均降水量782mm。

（1）地质资料

一般路基处于中湿状态，沿线路段有大量的砂砾、岩石块，水源充足，

可以说筑料丰富。

（2）交通分析

由设计资料可知该路技术等级为四级公路，路基宽6.5m，路面宽6m，土路肩宽0.5m，根据设计要求及规范砂砾石路面的设计年限为10年，徽县麻沿乡的的汽车交通量2007年为300辆/日，交通量年平均增长率为7%,到设计年2017的年平均日交通量为550辆/日。

我国路面设计以双轮单轴载100kN为不标准轴载，以BZZ—100的各项参数见下表5.1。

表5.1标准轴载BZZ—100各项参数

标准轴载名称

BZZ—100

标准轴载名称

BZZ—100

标准轴载p（kN）

100

轮胎接地压力p（MPa）

0.70

两轮中心距

1.5d

单轮当量圆直径d（cm）

21.30

在整个设计年限内，设计车道上荷载重复作用的累计当量轴次：

2.结构组合和各层材料的选取

根据公路路面设计规范知，该次路面的等级为次高级路面。

根据要求

路面面层采用沥青碎石，厚度为3㎝，基层采用水泥稳定砂砾，厚度待定；底基层采用天然砂砾，厚度为15㎝。

（1）各层所选路面材料参数

表5.2材料参数

材料名称

抗压模量（MPa）

15ºC劈裂强度（MPa）

热拌沥青砂砾

800

1.4

水泥稳定砂砾

1400

0.5

天然砂砾

180

（2）土基回弹模量的确定：

该路段为Ⅲ区，粘质土，干湿状态为干燥，根据有关的“土基干湿状

态的稠度建议值”以及“二级自然区各土基回弹模量参考值”取稠度取得到土基回弹模量为41MPa。

3设计指标的确定

根据规范，四级公路只取设计弯沉值作为路面刚度指标，进行路面厚

度设计，并不进行层底拉应力验算。

（1）设计弯沉值

公路等级系数取1.2（四级公路），面层类型系数取1.1（热拌沥青碎石），基层类型系数取1.6。

根据沥青路面设计弯沉值公式计算：

（2）各层材料的容许层底来应力：

式中：

—容许拉应力（MPa）；

—劈裂抗压强度（MPa）；

—抗拉强度结构系数。

对于沥青路面才来说，抗拉强度结构系数：

式中：

—沥青混合料级配系数细粒式沥青碎石取为1.0

细粒式沥青碎石：

对于无机结合料稳定集料，水泥稳定砂砾：

4.确定水泥稳定砂砾石的厚度

路面结构体系为三层，假定基层水泥稳定砂砾厚度为16cm，由于路面厚度计算是以弯沉作为控制指标，故按弯沉等小理论进行计算。

第一层h1=3E=800第一层

第二层h2=16E=1400等效转换第二层

H=？

E=1400

第三层h3=15E=180第三层

第四层E=41

通过大量的多层弹性体系的分析得到中层厚度推算公式：

=16+6.23=22.38

查三层体系表面弯沉系数诺莫图，得

则计算路面弯沉

所以路面厚度满足要求。

第六章道路排水设计

6.1路基、路面排水系统的布置原则

6.1.1路基排水原则

1.排水设施要因地制宜，全面规划，合理布局，综合治理，讲究效益，注意经济，并充分利用有利地形和自然水系。

一般情况下地面设的排水沟渠，宜短不宜长，以使水流不过与集中，做到及时疏散，就近分流。

2.各种路基排水沟渠的设置，应注意与农田水利相配合，必要时刻适当地增设涵管或加大涵管孔径，以防农业用水影响路基稳定。

3.设计前必须进行调查研究，查明水源和地质条件，考虑排水系统的全面规划，考虑路基排水与桥涵布置相配合，各种排水渠道的平面布置与竖向布置相配合，做到路基路面综合设计和分期修建。

4.路基排水要注意防止附近山体的水土流失，尽量不要破坏天然水系，不轻易合并自然沟溪和改变水流性质，尽量选择有利地质来布设人工沟渠，减少排水沟渠的防护与加固工程。

5.路基排水要注意和防止与当地水文条件相违背，应结合当地水文条件和道路等级的具体情况，就地取材，以防为主，既要稳固适用，又必须调宽经济效益。

6.为了减少水对路面的破坏作用，应尽量阻止水流入路面结构，并提供良好的排水设施，以便迅速排除路面结构上的水，以及土质松软和纵横坡较陡地段的，亦可建筑具有承受荷载和雨水共同作用的路面结构。

6.1.2路面排水原则

1.低等级公路中，路面的横坡一般应为3%～4%左右。

当位于小纵坡或超高缓和段的扭曲路面时，最小合成坡度不小于0.5%。

2.在公路交叉口排水困难地段，路面排水设计应满足行驶动力学和排水技术要求，在交叉路口前应设置泄水口。

3.对于纵坡较大的地段，弯道内侧车道、竖曲线的凹部、高路堤的桥梁端部等特殊部位，为防止过大集中水流对路基路肩、边坡冲刷，可局部设置当水缘石。

4.所有排水设施的设置，除能满足排水要求外，均应满足有利于今后养护维修。

5.为减少地表面水和地下水对面层、基层和路基的侵蚀破，迅速排除路面结构的层间水，通常将路面排水与路面结构内部排水系统综合考虑。

6.2排水系统的水力学计算

1.设计流量

流量是路基排水的基本依据，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。

设计流量的计算法有多种，路界内的各项排水设施所需排泄的设计流量可按下式计算确定：

（6.1）

式中:

Q——设计流量，/s；

Q——设计重现期和降雨历时内的平均降雨强度，mm／min；

——径流系数；

——汇水面积，；

在本次设计中径流系数按汇水区域内的地表种类确定为0.60～0.80。

坡面汇流历时可按下式计算确定：

（）（6.2）

式中：

——坡面汇流历时，min；

——地表粗度系数，按地表情况查表本次设计取0.20

——分别为坡面长度，m和坡度。

计算沟管内汇流历时时，先在断面尺寸、坡面变化点或者有支沟（支管）汇入处分段，分别计算各段的汇流历时后再叠加而得，即：

（6.3）

式中：

——沟管内江流历时，min；

和——分段数和分段序号；

——第段的长度，m

——第段的平均流速，m／s。

沟管内的平均流速按下式近似估算：

式中：

——该段排水沟管的平均坡度。

2.水力计算

（1）对于具有规则形状的沟渠段面，以及沟底纵坡较缓，流量与流速按等速流的关系式:

（6.4）

（6.5）

式中：

——水流的断面流速，m／s；

——通过一定断面的流量，

——水流断面面积，；

——水力影响半径，m；

——水力坡降，在等速的条件下，可以认为与沟底纵坡相同；

——流速系数，通过实验按规定公式计算。

（2）流速系数

流速系数主要取决于水流条件，如沟渠、管道或地表等，以及其粗糙

程度，要求在实验的基础上，确立计算公式。

（6.6）

式中：

——水流断面的粗糙系数，其值与沟渠表层材料有关，本次设计的道路沟渠。

——水力半径，m；

——与及有关的指数，三者关系如下：

（6.7）

除此外，值也可查有关的表和图得知。

（3）容许的最小与最大流速

为避免沟渠产生泥沙淤积，设计时应保证沟渠内的水流，具有一定的

流速。

沟渠的容许最小流速（m／s），同水中所含的泥沙粒径有关，可按下列经验公式计算：

（6.8）

式中：

——与所含土粒有关的系数，见表

——水力半径，m。

表6.1系数表

水中含土类

值

粗砂

0.65～0.77

中砂

0.58～0.64

细砂

0.41～0.45

极细砂

0.31～0.41

为使沟渠不致冲刷成害，沟渠的最大流速，应予限制。

本次设计沟渠一种为砂质粘土，容许最大设计流速为1.4（m／s），另一种为浆砌片石，容许最大设计流速为3.0（m／s）。

（4）常用的沟渠断面水力计算

水流断面面积及其流速与流量，同断面形式及水力半径、显周等水力

要素有关。

沟渠断面主要是梯形和矩形，其尺寸有底宽b、水深h及平均边坡率m。

水力要素关系式：

（6.9）

（6.10）

（6.11）

式中：

——沟渠边坡坡率，对于矩形，；对于梯形，；不对称梯形。

——断面系数，矩形；对于梯形；不对称梯形，

。

本次设计的道路在桩号K2+300～K2+637.878范围内有农田，需修灌溉渠，在设计时可将边沟设计为沟渠，沟渠材料采用浆砌片石。

这样既方便了灌溉，又节约了土地。

已知水力梯度0.6%，对称梯形断面，，用选择法试定沟渠的尺寸。

假定，查表知，取

由式（6.9），

由式（6.10），

由式（6.11），

在按式（6.7），取；

由式（6.6），；

由式（6.4），

由式（6.5），

验算：

查表知；

由式（6.8），时，；

因为设计结果，介于与质之间，所以流速符合要求。

又因为设计流量与相差未超过10%，一般认为设计符合要求，否则应重新新假定尺寸，重新计算，直到符合要求为止。

结论:

因为流速与流量均符合要求，本沟渠可采用底宽为0.4m；而沟深，应为水深加安全高度，本设计中，所以。

6.3排水系统布置及设计

本次设计的村道排水设备有边沟、排水沟，这些排水设备设在路基的不同部位，各自的排水功能，布置要求均有差异。

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面水。

边沟的排水量不大，一般不需要进行水文和水力计算，根据沿线具体条件，选用标准横断面形式，边沟紧靠路基，通常不允许其他排水沟渠的水流引入，亦不能与其他人工沟渠合并使用。

边沟不宜过长，尽量使沟内水流就近排至路旁自然水沟或低洼地带，必要时设置涵洞，将边沟水横穿路基从另一侧排出。

边沟的纵坡（出水沟附近除外）一般与路线纵坡一致。

平坡路段，边沟宜保持不小于0.5%的纵坡。

特殊情况容许采用0.3%，但边沟出口间距宜缩短。

在边沟出口附近及排水困难路段，边沟应进行特殊设计。

边沟的横断面形式，有梯形、矩形、三角形及流线形等，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，外侧边坡坡度与挖方边坡坡度相同。

石方路段的边沟宜采用矩形横断面，其内侧边坡直立，坡面应采用浆砌片石防护，外侧边坡坡度与挖方边坡坡度相同。

梯形边沟的底宽与深度约0.4～0.6m，水流少的地区或低段，取底限或更小，但不宜小于0.3m；降水量集中或地势偏低的路段，取高限或更大一些。

在路堑和高路堤段，由于边沟水流向路堤坡脚处，两者高差大，必须因地制宜，根据地形与地质等条件，将出水口延伸至坡脚外，以免边沟水冲刷填方坡脚。

边沟水流流向桥涵进水口时，为避免边沟流水产生冲刷，应作适当处理。

本次设计的村道边沟采用的是梯形边沟，边沟内侧坡度为1:

1.5，外侧坡度为1:

0.5，底宽和深度均为0.4m，边沟纵坡与路线纵坡坡度保持一致。

除K0+97.637～K0+140左侧路段、K1+000～K1+051.274右侧路段、K1+800～K1+020右侧段、K1+980.132～K2+053.718段、K2+912.104～K3+040段外，其余路段均为土质边沟。

见下图6.1即为本次道路中设计的土边沟，见图6.2则为浆砌边沟。

2.排水沟

排水沟主要用途在于引水，将路基范围内各种水源的水流，引至桥涵或路基范围以外的指定地点。

当路线受到多段沟渠或水道影响时，为保护路基不受侵害，可以设置排水沟以调节水流，整治水道。

排水沟的横断面。

一般采用梯形，尺寸大小应经过水力水文计算选定。

用于边沟、截水沟及取土坑出水口的排水沟，横断面尺寸根据设计流量确定，底宽与深度不宜小于0.5m，土沟的边坡坡度约为1：

1～1：

1.5。

排水沟的位置，可根据需要并结合当地地形等条件而定，离路基尽可能远些，距路基坡脚不宜小于2m，平面上应力求直捷，需要转弯时尽量圆顺，做成弧形，其半径不宜小于10～20m，连续长度宜短，一般不超过500m。

排水沟应具有合适的纵坡，以保证水流畅通，不致流速太大而产生冲刷，亦不可流速太小而形成淤积，为此宜通过水文力学计算择优选定。

一般情况下，可取0.5%～1.0%，不小于0.3%，亦不宜大于3%。

若纵坡大于3%，应采取相应的加固措施。

在本次设计的道路中桩号K1+810和K2+820两处左侧设置排水沟，根据当地的水文条件可以确定排水沟底宽与深度均为0.5m，边坡坡度为1：

1.5，纵坡为0.5%，材料为M7.5浆砌片石。

目录

第1章概述.....................................1

1.1设计概要.............................................1

1.2设计依据............................................1

1.3设计规范............................................1

1.4设计标准............................................2

1.5现状评价及沿线自然地理概况..........................2

1.5.1道路地理位置..................................2

1.5.2道路现状......................................2

1.5.3远景交通量预测................................3

1.5.4自然地理概况..................................4

1.6工程概况............................................5

1.6.1工程概述......................................5

1.6.2本公路的建设意义..............................8

1.7计算机辅助设计.....................................8

第2章道路平面设计..............................11

2.1路线方案的选择....................................11

2.1.1选线的原则..................................11

2.1.2路线选线的过程..............................11

2.1.3路线方案的确定..............................12

2.2道路定线..........................................12

2.2.1定线的原则..................................12

2.2.2定线的方法及过程............................12

2.2.3平面线型设计原则............................14

2.2.4平曲线计算..................................14

第3章道路纵断面设计............................20

3.1设计原则..........................................20

3.2设计要点及方法....................................20

3.2.1设计的要点....................................20

3.2.2设计的方法....................................23

3.3竖曲线计算........................................24

第4章路基设计..................................28

4.1一般路基设计的原则.................................28

4.2路基横断面的布置...................................28

4.3道路加宽和超高设计计算.............................30

4.4路基设计...........................................34

4.5路基压实标准与压实度...............................38

第5章路面设计..................................40

5.1路面设计原则及依据.................................40

5.2路面设计及土路肩加固形式...........................40

5.3路面结构类型的计算.................................41

第6章道路排水设计..............................45

6.1路基、路面排水系统的布置原则......................45

6.2排水系统的水力学计算..............................46

6.3排水系统布置及设计................................50

第7章路基支档工程设计..........................54

7.1不良地质地段路基设计原则..........................54

7.2路基支档工程设计..................................54

7.2.1支档工程位置及型式..........................54

7.2.2支档工程的设计验算..........................54

第8章桥梁与涵洞设计............................59

8.1桥涵的设计标准....................................59

8.2桥涵设计..........................................59

8.2.1桥梁涵洞的分布情况..........................59

8.2.2水文概况等与桥涵位置及孔径的关系............59

8.2.3工程地质与桥涵结构类型选择的关系............59

8.2.4桥涵特征和水文计算及孔径确定................59

第9章路线交叉..................................63

9.1平面交叉的设计原则................................63

9.2平面交叉采用的类型................................63

第10章交通工程及沿线设施.......................65

10.1设置要求.........................................65

10.2设置情况.........................................65

第11章筑路材料.................................66

总结

参考文献

外文原文和译文

致谢