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1、知识不仅是指课本的内容,还包括社会经验、文明文化、时代精神等整体要素,才有竞争力,知识是新时代的资本,五六十年代人靠勤劳可以成事；今天的香港要抢知识,要以知识取胜前言毕业设计是土木工程专业学生毕业前的最后学习和综合训练的阶段通过毕业设计使学生形成经济、环境、市场、管理等大工程意识培养学生实事求是、谦虚谨慎的学习态度和刻苦钻研、勇于创新的精神毕业设计过程中需要复习以前所学习的专业知识同时也锻炼学生将理论运用于实践的能力独立解决问题的能力同时培养锻炼了学生搜集资料的能力这次毕业设计不仅将为我们走向社会打下坚实的理论基础也将培养我们的实践经验随着公路事业的快速发展各行各类的路面相继出现公路等级、路面
2、等级都得到了显著提高施工质量也得到了保证然而在施工质量、监理水准得到保证的前提下我们的路面结构设计却进展不快为此我选择了路面结构设计这一课题希望能够进一步深刻了解沥青混凝土路面的设计理论在本次设计之中我们很好的做到了理论联系实际首先调查交通量计算弯沉值由此来计算路面厚度拟定路面结构其次进行方案比较选择最佳设计方案：最后对各结构层进行材料选择做击实试验、级配试验、马歇尔试验、高温车辙试验、配合比试验等等最终确定各个结构层的材料组成通过设计我们得出高等级公路路面应首选AC系列沥青混合料通过毕业设计使学生学会依据设计任务进行资料收集、加工和整理能正确运用工具书掌握有关工程设计程序、方法和技术规范提高
3、工程设计计算、理论分析、图表绘制、技术文件编写的能力提高计算机的应用能力学生在毕业设计工作中能综合应用各学科的理论知识与技能去分析和解决工程实际问题使理论深化知识拓宽专业技能得到进一步延伸同时毕业设计也培养学生独立工作的能力以及严谨、扎实的工作作风和事业心、责任感使学生树立正确的设计思想培养了严肃认真的科学态度以及一丝不苟的敬业精神为学生将来走上工作岗位顺利完成所承担的建设任务奠定基础 设计题目：省道S102第十一合同段路面结构设计（章丘龙山-收费站）1.工程概况省道S102是济南市的重要干线公路也是济南市的主要出口之一其中省道102第十一合同段(历城收费站-龙山镇)为二期工程本段因运输重车较
4、多交通量较大现已渐渐呈饱和之势;随着道路使用年限的增加经过长期的行车荷载作用路基路面已出现不同程度的病害其中龙山文化保护区段（K14+300-K16+500）原路线穿越西河遗址和龙山文化遗址龙山文化遗址路面宽度仅为7米严重制约了交通发展因此省道S102济南市改建迫在眉睫1.1 沿线自然条件1.1.1 地理位置、地形、地貌 山东省S102路线全长13.8 公里本合同段路线全长3.09公里内有盖板涵一座 该项目位于济南市历城区境内西起韩仓桥东至枣园西场区地形地貌主要为山前冲洪积平原地形东高西低地势起伏较缓场区内无不良地质作用场地稳定适宜做一般场地土为新近堆积土岩性为亚粘土、亚砂土1.1.2 气象条
5、件 区内属东亚温带大陆性季风气候东冷夏热四季分明区内年平均气温多年平均值为12.8七月份最热平均气温27.3一月份最冷平均气温-2.7极端最高气温42.5最低气温-22.7平均初霜期为4月13日无霜期198天自然区划属II5a区1.1.3 地质该区地基土自上而下分为六层分别为素填土、黄土、亚粘土、碎石土、亚粘土和强风化石灰岩岩性为亚粘土、亚砂土地震烈度VI度1.1.4 水文条件沿线降水受季风影响明显多年平均降水量为586.9mm最小为314mm四季悬殊很大降水的季节变化非常明显主要集中在夏季占全年降水的57%而冬春两季降水较少形成春旱、夏涝、晚秋又旱的气候特点区内水资源贫乏道路跨越季节性河流其
6、主要补给来源为大气降水1.2收集或调查交通量计算累计标准轴次Ne表1.2.1预测交通量组成表车型前轴重KN后轴重KN后轴数后轴轮组数后轴距交通量次日三菱T653B29.3481双轮组-305黄河JN16358.6114.O1双轮组-550江淮HF15045.1101.51双轮组-250东风CS93824702双轮组3650红岩CQ26170.187.32单轮组400二级公路高级路面沥青混凝土12200次高级路面热拌沥青碎石混合料沥青贯入式10100-200三级公路次高级路面热拌沥青碎石混合料沥青表面处治810-100四级公路中级路面水结碎石、泥结碎石、级配碎石、半整齐石块碎石5 10低级路面粒
7、料改善土52.4.2面层结构组合及厚度拟定由于设计公路为一级公路因此路面必须具有一定的厚度以满足较大交通量的要求（累计交通量8.07106轴次/车道）路面面层、基层、底基层的结构和厚度应与公路等级、气候、水文筑路条件、交通量及组成等相适应为方便施工组织与管理路面层次不宜太多材料变化不宜频繁基层和底基层的厚度应根据交通量的大小、材料的力学性质和扩散应力的效果压实机具的功能以及有利于施工等因素选择各结构层的厚度各结构层的适宜厚度可参考规范中的推荐值 沥青层厚度设计时应根据公路等级、交通量及其组成、沥青品种和质量以及气候条件等因素按照规范上推荐厚度表2.4.2-1综合论证选择 另外半刚性材料具有整体
8、性强、承载力高、刚度大、水稳性好、较为经济等优点因此所采用的方案的基层与底基层都应采用半刚性材料规范还规定：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注重当地材料的选用改路段南端靠近泰山余脉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、粉煤灰公路沥青路面设计规范JTG 014-2006规定：选择沥青面层类型适应至少一层型密级配沥青混凝土以防止雨水下渗三层式沥青路面层选用下面层根据当地气候交通量采用型沥青混凝土 表2.4.2-1 半刚性基层上沥青推荐厚度公路等级沥青面层推荐厚度（cm）公路等级沥青面层推
9、荐厚度（cm）高速公路12-18三级公路2-4一级公路10-15四级公路1-2.5二级公路5-10表2.4.2-2 各类结构层最小厚度 结构层类型最小厚度（cm）沥青混凝土热拌沥青碎石粗粒式5.0中粒式4.0细粒式2.5冷拌沥青碎石4.0沥青石屑1.5沥青砂1.0沥青贯入式4.0沥青上拌下贯式5.0理清表面处治1.5水泥稳定类15.0*石灰稳定类15.0*石灰工业废渣稳定类15.0*级配碎砾石8.0泥结碎石8.0填隙碎石8.0 由于设计交通量为8.07106轴次/车道4.0106轴次/车道将路面设计为六层沥青面层由上面层、中面层、下面层另外有上基层、下基层和底基层组成规范推荐上面层为4cm、中
10、面层为5cm、下面层为7cm基层推荐为20-30cm方案选用36cm方案选用34cm故初拟两种设计方案：方案：面层沥青混凝土16cm基层水泥稳定碎石36cm底基层石灰土厚度待定； 方案：面层沥青混凝土16cm基层二灰碎石34cm底基层二灰土厚度待定 由规范可知两种方案的面层、基层、底基层材料的选用都是合理的2.4.3 确定各结构层的设计参数参考公路沥青路面设计规范知材料设计参数各结构层材料抗压回弹模量自上而下应力和应变随深度逐渐减小的规律根据经验和应力分析基层和面层模量比不应小于0.3土基与基层的模量比宜为0.08-0.4根据以上要求选择材料设计参数2.4.3-1沥青混合料设计参数材料名称沥青
11、针入度抗压回弹模量(MPa)劈裂强度15(MPa)2015细粒式密级配沥青混凝土901200-16001800-22001.2-1.6中粒式密级配沥青混凝土90 1000-14001600-20000.8-1.2中粒式密级配沥青混凝土90800-12001200-16000.6-1.0粗粒式密级配沥青混凝土90800-12001200-16000.6-1.0沥青碎石混合料90600-800-沥青贯入式-400-600- 说明：?沥青碎石混合料不验算层底拉应力： ?细粒式和粗粒式的开级配沥青混凝土选用同类密级配的低值； ?符合重交通沥青技术要求时可用较高值沥青针入度大于100时或符合轻交通沥青
12、技术要求时采用低值表2.4.3-2 方案一结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa) (20)抗压模量(MPa) (15)劈裂强度(MPa) (15)细粒式沥青混凝土4140018001.4中粒式沥青混凝土5120016001.0粗粒式沥青混凝土7100012000.8水泥稳定碎石36140014000.5石灰土？6506500.25表2.4.3-3 方案二结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa) (20)抗压模量(MPa) (15)劈裂强度(MPa) (15)细粒式沥青混凝土4140018001.4中粒式沥青混凝土5120016001.0粗粒式沥青混凝土7100012000.8二灰稳定
13、碎石34140014000.6二灰土？6506500.252.5路面设计弯沉值计算 路面设计弯沉值是表征路面整体刚度大小的指标是路面厚度计算的主要依据.根据公式：Ld =600Ne-0.2AcAsAb （2.5.1）式中：Ld-路面设计弯沉值0.01mm Ne-设计年限内一个车道上累积当量轴次现取Ne=8.07106轴次/车道 Ac-公路等级系数一级公路为1.0. As-面层类型系数沥青混凝土路面为1.0 Ab-基层类型系数对于半刚性基层底基层总厚度20cm时Ab=1.0则设计弯沉值为 Ld=600(8.07106) -0.21.01.01.0=24.9（0.01mm）2.6按设计弯沉值计算路
14、面厚度采用双圆均布荷载作用下多层弹性层状体系理论已知某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HMPD即可求得某一结构层厚度2.7层底拉应力及防冻厚度的验算2.7.1计算各层材料容许层底拉应力(1)对于高速公路、一级公路、二级公路的沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层应进行底层拉应力验算要求结构层底面的最大拉应力不大于结构层材料的容许拉应力通常表示为：maxR =sp/Ks (2.7.1-1)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-结构层材料的极限抗拉强度我国公路沥
15、青路面设计规范采用极限劈裂强度 sp-沥青混凝土或半刚性材料的劈裂强度对沥青混凝土系指15时的劈裂强度（MPa）；对水泥稳定类材料为龄期90d（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： a.对沥青混凝土面层：Ks=0.09AaNe0.22/ Ac (2.7.1-2) b.对于无机结合料稳定集料类：Ks=0.35Ne0.11/ Ac (2.7.1-3)c对无机结合料稳定土类：Ks=0.45Ne0.11/ Ac (2.7.1-4)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
16、级系数一级公路取1.0(2)各结构层材料层底拉应力计算如下：中粒式密级配沥青混凝土： Ks=0.09AaNe0.22/ Ac (2.7.1-5) =0.091.082901520.22/ 1.0 =2.995 R=sp/Ks=1.0/2.995=0.3339MPa (2.7.1-6)粗粒式沥青混凝土： Ks=0.09AaNe0.22/ Ac (2.7.1-7) =0.091.1082901520.22/ 1.0 =3.294 R=sp/Ks=0.8/3.294=0.2428MPa (2.7.1-8) 细粒式沥青混凝土： Ks=0.09AaNe0.22/ Ac (2.7.1-9) =0.091.
17、082901520.22/ 1.0 =2.995 R=sp/Ks=1.4/2.995=0.4675MPa (2.7.1-10)无机结合料稳定集料类：Ks=0.35Ne0.11/ Ac (2.7.1-11) =0.3582901520.11/ 1.0 =2.019对二灰碎石： R=sp/Ks=0.60/2.019=0.2972MPa (2.7.1-12)对于水泥稳定碎石： R=sp/Ks=0.5/2.019=0.2476MPa (2.7.1-13)无机结合料稳定土类： Ks=0.45Ne0.11/ Ac (2.7.1-14) =0.4582901520.11/ 1.0 =2.596对于二灰土：
18、R=sp/Ks=0.25/2.596=0.0963MPa (2.7.1-15)对于石灰土： r=sp/Ks=0.25/2.596=0.0963MPa (2.7.1-16)2.7.2最小防冻厚度的选取（1）道路冻深计算 Hd =abc （2.7.2） 式中： Hd-从路面到道路冻结线的深度（cm） a-路面结构层的材料热物性系数 b-路面横断面（填挖）系数 c-路基潮湿类型系数 f-最近10年冻结指数平均值即冬季负温的累计值（d） f=2.70303=243故 Hd =1.912.301.09=74.64（cm） 表2.7.2-1 路面路基材料热物性系数路基材料粘质土粉质土粉土质砂细粒土质砾、粘
19、土质砂含细粒土质砾(砂)热物性系数1.051.11.21.31.35路面材料水泥混凝土沥青混凝土二灰土及水泥土二灰碎石及水泥碎(砾)石级配碎石热物性系数1.41.351.351.41.45 说明：a值取大地冻深范围内路基及路面各层材料的加权平均值表2.7.2-2 路基湿度系数干湿类型干燥中湿潮湿过湿湿度系数1.00.950.900.80表2.7.2-3 路基断面形式系数填挖形式路基填土高度(m)路基挖方高度(m)零填+2m+4m+6m6m以上-2m-4m-6m6m以上断面形式系数1.01.021.051.081.100.980.950.920.90（2） 季节性冰冻地区各级公路的中湿、潮湿路段
20、设计时应进行防冻厚度检验?根据交通量计算结构层总厚度应不小于规范中最小防冻厚度的规定防冻厚度与路基潮湿类型路基土类、道路冻深以及路面结构层材料的热物性有关若结构层总厚度小于最小防冻层时应增加防冻层使其满足最小防冻厚度的要求 2.7.2-4 最小防冻厚度（cm）路基类型道路冻深粘性土、细亚砂土粉 性 土砂石类稳定土类工业废料类砂石类稳定土类工业废料类中湿50-10040-4535-4030-3545-5040-4530-40100-15045-5040-4535-4050-6045-5040-45150-20050-6045-5540-5060-7050-6045-5020060-7055-65
21、50-5570-7560-7050-65潮湿60-10045-5540-5035-4550-6045-5540-50100-15055-6050-5545-5060-7055-6550-60150-20060-7055-6550-5570-8065-7060-6520070-8065-7555-7080-10070-9065-80 说明： ?在公路自然区划标准（JTJ003）中对潮湿系数小于0.5的地区、等 于干旱地区防冻厚度应比表中值减少15%-20% ?对区砂性土路基防冻厚度应相应减少 5%-10%?补强设计时补强厚度加原有路面结构层厚度之和应大于最小防冻厚度否则应增加补强层厚度使其满足最
22、小防冻层的要求（3）最小防冻层厚度的选取 对于方案水泥稳定碎石属稳定土类最小防冻层厚度按公路沥青路面设计规范取40cm 对于方案二灰稳定碎石属工业废料类最小防冻层厚度按公路沥青路面设计规范取用35cm2.8设计程序HMPD采用双圆均布荷载作用下多层弹性蹭状体系理论编制的专用设计程序计算方案一：轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算序号 车型名称 前轴重(KN) 后轴重(KN) 后轴数 后轴轮组数 后轴距(m) 交通量 1 三菱T653B 29.3 48 1 双轮组 305 2 黄河JN163 58.6 114 1 双轮组 550 3 江淮HF150 45.1 101.5 1 双轮组 250 4
23、东风CS938 24 70 2 双轮组 3 650 5 红岩CQ261 70.1 87.3 2 双轮组 3 150 设计年限 15 车道系数 0.35 交通量平均年增长率 8 当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时 :路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 2327 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 8071625 当进行半刚性基层层底拉应力验算时 :路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 2390 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 8290152 公路等级 一级公路公路等级系数 1 面层类型系数 1 基层类型系数 1 路面设计弯沉值 : 24.9 (0.01mm)层位 结 构 层 材 料 名 称 劈裂强度(MPa) 容许拉应力(MPa) 1 细粒式沥青混凝土 1.4 0.47 2 中粒式沥青混凝土 1.0 0.34 3 粗粒式沥青混凝土 0.8 0.24 4 水泥稳定碎石 0.5 0.25 5 石灰土 0.25 0.1 新建路面结构厚度计算 公 路 等 级 : 一级公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 24.9 (0.01mm) 路面设计层层位 : 5 设计层最小厚度 : 15 (cm)层位 结构层 材料名称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) 抗压模量(MPa) 容许应力(MPa) (20) (15)1 细粒式沥青混凝土