毕业设计（论文）棋盘关高速公路路面毕业设计.doc

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1、原 创 声 明本人时均伟 郑重声明：所呈交的论文“宁强棋盘关高速公路桥面及路面铺装设计”，是本人在导师徐静的指导下开展研究工作所取得的成果。除文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明，本人完全意识到本声明的法律后果，尊重知识产权，并愿为此承担一切法律责任。 论文作者(签字)： 日期： 年 月 日摘 要宁强至棋盘关（陕川界）高速公路是国家高速公路“7918”网中第四条放射线“北京至昆明”陕西境内的重要组成路段，也是陕西省规划的“三、四、五”高速公路主骨架网的重要组成路段，该项目的建设实施

2、对完善和优化国家干线公路网，国家实施西部大开发战略，促进省际交流，加快区域经济发展，改善和提高山区百姓生活水平，适应交通量日益增长，促进地区旅游业发展具有十分重要的意义。本文采用现场调查、理论分析、实验研究和施工工艺与质量技术指标控制相结合的方法，对宁强至棋盘关高速公路桥面及路面铺装进行了系统研究。首先，本文在广泛分析国内桥面及路面铺装类型的基础上，提出了本次桥面及路面铺装设计采用沥青混凝土铺装。其次，深入调查了沿线自然环境的基础之上，提出了路面主要设计指标，利用电脑程序完成了路面结构层的选择、路面厚度的计算以及路面结构层组成材料的设计。第三，通过对现有材料及已有研究成果分析的基础之上，完成了

3、桥面防水粘结层及沥青面层的设计。本文采用图解法求已知级配粗集料、细集料和矿粉的比例关系，通过马歇尔试验的方法确定沥青最佳用量及沥青混合料配合比，采用高剂量SBS改性沥青作为高速公路水泥混凝土桥面的防水粘结层材料，可以满足宁强棋盘关高速公路桥面铺装的要求。关键字：筑路材料，沥青混凝土，路面结构层，桥面铺装AbstractNingqiang related to board (Hapcheon sector) is the National Highway Traffic Highway 7918, the fourth network radiation from Beijing to Kunm

4、ing, an important component in the Shaanxi section of Shaanxi Province is planning a three, four, five high-speed the main framework of road network, an important section of the construction of the project to improve and optimize the implementation of the national trunk road network, the state imple

5、menting the western development strategy, and promote inter-provincial exchanges, and to accelerate regional economic development, improve and enhance the living standards of mountain populations to adapt to the growing volume of traffic, and promote regional tourism development is very important. I

6、n this paper, field investigation, theoretical analysis, experimental research and the construction technology and quality control of the combination of technical indicators of the method of Ningqiang clearance to board the highway bridge and road pavement are presented systematically.First of all,

7、this article analyzed in a wide range of bridge and road pavement types on the basis of the proposed bridge and road pavement of asphalt concrete pavement design.Second, in-depth investigation on the basis of the natural environment along the proposed main road design specifications, using computer

8、programs to complete the structure of the surface layer of choice for calculating the thickness of road pavement structure, as well as the design of material layers.Third, the adoption of existing materials and research results have been analyzed based on the completion of the bridge deck waterproof

9、ing adhesive layer and the design of asphalt surface.In this paper, studies have shown that the use of graphical method known graded coarse aggregate, fine aggregate and the relationship between the proportion of slag through the Marshall test method to determine the best amount of asphalt and aspha

10、lt mixture, the use of high doses of SBS modified asphalt Cement Concrete highway bridge as a waterproof adhesive material, to meet the Qinghai Huangshui West Highway bridge and road pavement requirements.Key words：Road construction materials，Asphalt concrete，Layer of pavement structure，Bridge deck前

11、 言近几年来我国高速公路发展迅猛，进入一个新的历史时期，由于交通量大并且车的载重量和轴载都明显增大以及比例增大，开始采用沥青铺筑较厚的和厚的贯入式的面层、沥青碎石面层和沥青混凝土面层。在高级公路上，则进一步要求用质量好的沥青构筑优质沥青混凝土面层，以提高路面的使用性能和耐久性。在这个阶段，由于采用的基层材料不合适，以及设计和施工方面的原因，新建或改建的高等级公路的沥青路面曾发生过一些严重的早期破坏现象。有的不到一年就大面积损坏。路面的使用质量和使用寿命较普遍的达不到应有的水平。路面是用各种材料铺筑在路基上供车辆行驶的层状结构物。未铺筑路面的路基虽然也能行驶车辆。但它抵御自然因素和车辆荷载的能力

12、很差、晴天时尘土飞扬、雨天泥泞，行车时会使其表面崎岖不平、车辆颠簸打滑、甚至无法通行，并且耗油量大和机件耗损严重。铺筑路面后，改善了道路条件和行车条件，能使车辆全天候通车，不受气候干扰，而且汽车能以一定的速度安全、舒适的在道路上行驶，道路的好坏直接影响行车速度、安全及运输成本。路面的质量对发挥道路运输经济效益有着十分重要的作用。路面的基本功能是为车辆提供快速、安全、舒适和经济的行驶表面，要求路面能够满足行车的使用要求，降低运输费用和延长路面的使用年限。为此路面应具有以下使用性能，刚度和强度、稳定性、表面平整性、耐久性、表面抗滑性、不透水性和少尘性。沥青路面是用沥青材料作结合料粘结矿料修筑面层与

13、各类基层和垫层所组成的路面结构。沥青路面属柔性路面，其强度和稳定性在很大程度上取决于土基和基层的特性。沥青路面的抗弯强度较低，因而要求路面的基础应具有足够的强度和稳定性。在低温时，沥青路面的抗变形能力很低，在寒冷地区为了防止土基不均匀冻胀导致的沥青路面开裂，需设置防冻层。沥青面层修筑后，由于透水性小，土基和基层内的水分难以排出，在潮湿路段易发生土基和基层变软，导致路面破坏。虽然沥青路面的成本价格比起混泥土路面的价格要高一些，但是从长远的效益以及后期的维护，保养上来看，沥青路面有着混泥土路面不可比拟的优势。首先是沥青路面的风噪声小，对车子的胎面磨损小一些，同时也有利于提高车子的抓地力。其次是沥青

14、路面的物理特性，主要表现在韧性方面比较好，抗压性和拉伸性好，能够较好适应不是很稳定的路基。再次是后期维护简易，可以进行部分重建，而不用像混凝土路面那样要大规模的修建，维护成本价低，这是进行基础建设工程不得不考虑得问题。最后是再环保方面来讲，虽然沥青路面再铺设的过程中会造成一定得环境污染，但是沥青材料只要不发生化学上的反应，是可以进行反复利用的，这有效地提高了资源地利用率。 本论文设计课题为：宁强棋盘关高速公路（陕川界）路面及桥面铺装设计。第一章工程概述宁强至棋盘关（陕川界）高速公路是国家高速公路“7918”网中第四条放射线“北京至昆明”陕西境内的重要组成路段，也是陕西省规划的“三、四、五”高速

15、公路主骨架网的重要组成路段，该项目的建设实施对完善和优化国家干线公路网，国家实施西部大开发战略，促进省际交流，加快区域经济发展，改善和提高山区百姓生活水平，适应交通量日益增长，促进地区旅游业发展具有十分重要的意义。宁强至棋盘关高速公路全线长约18公里。全线共有特大桥1座，大桥3座。本项目全线采用四车道高速公路标准，根据地形条件分级设计计算行车速度为80km/h，路基宽度24.5m，分离式路基宽度12.25m（分离式）11沿线自然条件1.1.1地理位置、地形、地貌 路线区域位于扬子地台北缘，构造简单，地层较平缓。带内地层属扬子区巴山分区镇宁小区。区内构造由南向北为棋盘关背斜和宁强复式向斜，断裂构

16、造有4条。1.1.2气象条件路线区域内气候属于北亚热带湿润气候。夏无酷暑，冬无严寒，秋凉湿润多连阴雨，雨季一般在7-9月份，年平均气温13.5,极端最高气温39.7；极端最低气温-14.3，气温随海拔高度的递增而递减的关系较为明显。全区多年平均无霜期212-254天，全年阴天多，湿度大1.1.3地质、地震路线区域内易形成泥石流、滑坡等自然灾害，危害性大。1.1.4水文特征本区年降雨量800-1200毫米，年蒸发量1100-1600毫米，湿润系数0.5-1.0。年平均降雨量1121毫米，每年都有连绵阴雨，最长持续38天，最短持续16天，主要集中在5-10月份。本区暴雨类型可划分为霖暴雨和雷暴雨两

17、种类型，前者属秋季大面积的大暴雨，历时长，强度小。造成大洪水机会多，易引起不良地质现象如滑坡、塌方和泥石流的发生，后者发生在夏季，一般是地形雨，笼罩面积小，但强度大，常造成局部地区大洪水。1.2交通量及路面使用要求1.2.1交通量的计算设计时应按公式（1.1）和公式（1.2）计算设计年限内一个车道上的累计当量轴次Ne。Ne= （1.1）Ne= （1.2）式中：Ne设计年限内一个车道上的累计当量轴次（次）； t设计年限（年）； N1路面竣工后第一年双向日平均当量轴次（次/日）； Nt设计年限末年双向日平均当量轴次（次/日）； 设计年限内交通量的平均年增长率（%），应根据实际情况调查预测交通量增长

18、，经分析确定； 车道系数，应根据调查分析结果或参照表1.1确定；公路无分隔时，路面窄宜选高值，路面宽宜选低值。表1.1 车道系数后面所有的表格按照这个格式，加粗的地方为1.5磅车 道 特 征车道系数双向单车道1.0双向两车道0.60.7双向四车道0.40.5双向六车道0.30.4双向八车道0.250.35当上下行交通或轻、重车比例有明显差异时，应区别对待按实际情况进行厚度设计；当交通流出现明显的超载时，设计人员应根据调查资料对累计当量轴次进行修正。1.2.2路面使用要求路面的基本功能是为车辆提供快速、安全、舒适和经济的行驶路面。要求路面能够满足行车的使用要求，降低运输费用和延长路面的使用年限，

19、因此路面应具备以下性能：强度和刚度 稳定性 表面平整度 耐久性 表面抗滑性 不透水性和少尘性表1.0.6 沥青路面技术指标项 目目标值测试方法平整度国际平整度指数IRI 2.0 (m/Km)、32100武汉WH644A30.662.11双 轮组31100江淮HK6911561042双 轮组3210北京BJ13013.5527.21双 轮组32000解放CA5028.768.21双 轮组3450东风EQ14023.769.21双 轮组3100黄河JN15049101.61双 轮组3780日野KB22250.2104.31双 轮组3450五十铃EXR181601003双 轮组358设计年限 15

20、车道系数 0.5 交通量平均年增长率 12.3 路面设计标准:BZZ-100 利用公式(1.1)(1.2)计算的累计交通量2.550315107轴次/车道2.4划分土基类型，确定土基回弹模量设计地区自然区划属2，经查表的临界高度 H1=1.8、H2=1.0、H3=0.8地下水埋深为1.5H1m 因为 H1HH1 故路基干湿类型为干燥故土的平均稠度为Wc=1.05查表的土基回弹模量为Eo=44.52.5 路面结构层的选择2.5.1 路面等级和类型路面等级、面层类型选择，应根据公路等级与使用要求、设计年限内累计当量轴次、筑路材料和施工机械等因素确定。本设计公路等级为高速公路，路面等级为高级路面，面

21、层类型为沥青混凝土，设计年限为15年。设计年限内累计标准 轴次400万次/车道。2.5.2 路面结构组合及厚度拟定路面结构层次的拟定应根据当地地质、气候等自然因素及交通量和筑路材料等各种条件综合考虑。初拟两种设计方案：方案：面层沥青混凝土16cm，基层二灰 碎石厚度待定，底基层二灰土18cm；方案：面层沥青混凝土15cm，基层水泥碎石土厚度待定，底基层二灰土20cm；由于设计公路等级为高速公路，因此路面必须具有一定的厚度，以满足较大交通量的需要（累计交通量为25.50315106轴 次/车道），故将路面设计为五层：沥青面层由表面层即抗滑表层、中面层、下面层组成，另外还有基层和底基层。在地下水位

22、过高路基填土高度不大，土基软弱路段在底基层与土基之间设置垫层起排水、隔水之作用。土基处于潮湿或过湿状态时可能产生冻胀必须设置垫层。设置时选用材料为粗砂，厚度为20cm。半刚性材料具有整体性强、承载力高、刚度大、水稳性好、较为经济等优点，因此三种方案的基层与底基层都采用半刚性材料。 公路沥青路面设计规范JTG D50-2006规定：“(1)抗滑面层采用SMA(沥青玛蹄脂碎石混凝土)、AC-C(密级配粗型沥青混凝土)，有条件的采用OGFC(开级配抗滑面层) 。(2)各层沥青中至少有一层应为密级配沥青混凝土。”2.5.3 确定各结构层的设计参数 方案： 材料抗压模量劈裂强度(MPa)2015细粒式密

23、级配沥青混凝土140020000.4中粒式密级配沥青混凝土120018000.9粗粒式密级配沥青混凝土100014000.8石灰粉煤灰碎石150015000.65石灰粉煤灰土7507500.25方案材料抗压模量劈裂强度(MPa)2015中粒式密级配沥青混凝土120017001.0中粒式密级配沥青混凝土110018001.0粗粒式密级配沥青混凝土90013000.8水泥碎石土140014000.5石灰粉煤灰土7007000.2526路面设计弯沉值计算 Ld=600 Ne-0.2 Ac AsAb =600(2.550315107) -0.21.01.01.0=19.81(0.01mm)式中：Ne设

24、计年限内一个车道上累计当量轴次；Ac公路等级系数，高速公路、一级公路为1.0；As面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0；Ab基层类型系数，对半刚性基层、底基层总厚度大于或等于20cm时，Ab=1.0； 27 按设计弯沉值计算路面厚度双圆均布荷载作用下弹性层状理论，已知车道累计 轴次或设计弯沉值、各结构层的回弹模量与劈裂强度、土基回弹模量以及已知结构层厚度，利用专门设计程序HPD2003，即可求得某一结构层厚度。28 层底 拉应力及防冻厚度的验算2.8.1各结构层材料 层底拉应力计算如下高速公路的沥青混凝土面层或半刚性材料的基层、底基层，在进行层低拉应力验算时，结构层地面计算点的拉应力m应小于或

25、等于该层材料的容许应力R即 mR容许拉应力R按下列公式(2.1)计算： R= (2.1)式中：R路面结构层材料的容许拉应力（MPa）,是路面承受行车荷载反复作用达到临界破坏状态时的疲劳应力。 SP沥青混凝土或半刚性材料的劈裂强度（MPa）。对沥青混凝土系指15。C时的劈裂强度（MPa）；对水泥稳定类材料为龄期90d的劈裂强度（MPa）；对二灰稳定类、石灰稳定类的材料为龄期180d的劈裂强度（MPa）； Ks抗拉强度结构系数，其又分为三种情况： 对沥青混凝土面层：Ks=0.09AaNe0.22/ Ac； 对无机结合料稳定集料类：Ks=0.35Ne0.11/ Ac； 对无机结合料稳定细粒土类：Ks

26、=0.45Ne0.11/ Ac； Aa沥青混合料级配系数。细、中粒式沥青混凝土为1.0，粗粒式沥青混凝土为1.10。 Ac公路等级系数，高速公路取1.0方案细粒式密级配沥青混凝土 sp(15.C)=1.4(MPa)Ks=0.09AaNe0.22/Ac =0.091.0(2.550315107)0.22/1.0 =3.83R=1.4/3.83=0.37中粒式密级配沥青混凝土sp(15.C)=0.9(MPa)Ks=0.09AaNe0.22/Ac =0.091.0(2.550315107)0.22/1.0 =3.83R=0.9/3.83=0.24粗粒式密级配沥青混凝土sp(15.C)=0.8(MPa

27、)Ks=0.09AaNe0.22/Ac =0.091.1(2.550315107)0.22/1.0 =3.36R=0.8/3.36=0.24石灰粉煤灰碎石sp(15.C)=0.65(MPa)Ks=0.35Ne0.11/Ac =0.35(2.550315107)0.11/1.0 =2.28R=0.65/2.28=0.29石灰粉煤灰土sp(15.C)=0.25(MPa)Ks=0.45Ne0.11/ Ac =0.45(2.505315107)0.11/1.0 =2.94R=0.25/2.94=0.085方案中粒式密级配沥青混凝土sp(15.C)=1.0(MPa)Ks=0.09 AaNe0.22/ A

28、c =0.091.0(2.505315107)0.22/1.0 =3.83R=1.0/3.83=0.26中粒式密级配沥青混凝土sp(15.C)=1.0(MPa)Ks=0.09AaNe0.22/ Ac =0.091.0(2.505315107)0.22/1.0 =3.83R=1.0/3.83=0.26=0.26粗粒式密级配沥青混凝土sp(15.C)=0.8(MPa)Ks=0.09AaNe0.22/ Ac =0.091.1(2.505315107)0.22/1.0 =3.48R=0.8/3.48=0.23水泥碎石土sp(15.C)=0.5(MPa)Ks=0.35Ne0.11/ Ac =0.35(2

29、.505315107)0.11/1.0 =2.28R=0.5/2.28=0.22石灰粉煤灰土sp(15.C)=0.25(MPa)Ks=0.45Ne0.11/ Ac =0.45(2.505315107)0.11/1.0 =2.93R=0.25/2.93=0.0852.8.2最小防冻厚度的计算 最小防冻厚度的选取Error! No bookmark name given. 对于本设计，基层最小防冻厚度按公路沥青路面设计规范最小防冻厚度取50cm。2.8.3 设计资料的总结:设计弯沉值是19.81(0.01mm)相关设计资料汇总如下：方案一材料厚度(cm)抗压模量劈裂强度(MPa)容许拉应力(MPa

30、)2015细粒式密级配沥青混凝土4140020000.40.37中粒式密级配沥青混凝土5120018000.90.24粗粒式密级配沥青混凝土7100014000.80.24石灰粉煤灰碎石？150015000.650.29石灰粉煤灰土187507500.250.085方案二材料厚度(cm)抗压模量劈裂强度(MPa)容许拉应力(MPa)2015中粒式密级配沥青混凝土4120017001.00.26中粒式密级配沥青混凝土5110018001.00.26粗粒式密级配沥青混凝土690013000.80.23水泥碎石土？140014000.50.22石灰粉煤灰土207007000.250.0852.8.4

31、按路面设计弯沉值计算路面厚度、采用双圆均布荷载下弹性层状体系理论方案新建路面结构厚度计算 公 路 等 级 : 高速公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 19.81 (0.01mm) 路面设计层层位 : 4 设计层最小厚度 : 16 (cm)层位 结构层材料名称 厚度 抗压模量(MPa) 抗压模量(MPa) 容许应力(MPa) (cm) (20) (15) 1 细粒式沥青混凝土 4 1400 2000 0 .37 2 中粒式沥青混凝土 5 1200 1800 0.24 3 粗粒式沥青混凝土 7 1000 1400 0.24 4 石灰粉煤灰碎石 ?

32、1500 1500 0.29 5 石灰粉煤灰土 18 750 750 0.085 6 土基 44.5 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 19.81 (0.01mm) H( 4 )= 26 cm LS= 23.1 (0.01mm) H( 4 )= 31 cm LS= 20.6 (0.01mm) H( 4 )= 27.5 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 : H( 4 )= 27.5 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 27.5 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 27.5 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 2

33、7.5 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 27.5 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 4 )= 27.5 cm(仅考虑 弯沉) H( 4 )= 27.5 cm(同时考虑 弯沉和拉应力) 验算路面防冻厚度 : 路面最小防冻厚度 50 cm 验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 . 通过对设计层厚度取整 以及设计人员对路面厚度进一步的修改, 最后得到路面结构设计结果如下: - 细粒式沥青混凝土 4 cm - 中粒式沥青混凝土 5 cm - 粗粒式沥青混凝土 7 cm - 石灰粉煤灰碎石 30 cm - 石灰粉煤灰土 18 cm - 土基方

34、案新建路面结构厚度计算 公 路 等 级 : 高速公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 19.81 (0.01mm) 路面设计层层位 : 4 设计层最小厚度 : 16 (cm) 层位 结构层材料名称 厚度 抗压模量(MPa) 抗压模量(MPa) 容许应力(MPa) (cm) (20) (15) 1 中粒式沥青混凝土 4 1200 1700 0.26 2 中粒式沥青混凝土 5 1100 1800 0.26 3 粗粒式沥青混凝土 6 900 1300 0.23 4 水泥碎石土 ? 1400 1400 0.22 5 石灰粉煤灰土 20 700 700 0

35、.085 6 土基 44.5 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 19.81 (0.01mm) H( 4 )= 26 cm LS= 23.9 (0.01mm) H( 4 )= 31 cm LS= 21.4 (0.01mm) H( 4 )= 29.1 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 : H( 4 )= 29.1 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 29.1 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 29.1 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 29.1 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求)H( 4 )= 29.1

36、 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 4 )= 29.1 cm(仅考虑弯沉) H( 4 )= 29.1 cm(同时考虑 弯沉和拉应力) 验算路面防冻厚度 : 路面最小防冻厚度 50 cm 验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 . 通过对设计层厚度取整 以及设计人员对路面厚度进一步的修改, 最后得到路面结构设计结果如下: - 中粒式沥青混凝土 4 cm - 中粒式沥青混凝土 5 cm - 粗粒式沥青混凝土 6 cm - 水泥碎石土 32 cm - 石灰粉煤灰土 20 cm - 土基规范规定：基层、底基层的材料应本着因地制宜、就地取材、保证质量、节约投资的原则，选择结构类型，特别是底基层材料，更应注重当地材料的选用，该路段岩矿资源丰富，碎石运距较近，同时当地既有石灰厂、水泥厂和粉煤灰厂，可提供充足的石灰、水泥、粉煤灰。因此，第种方案的基层、底基层材料的选用是合理的。