精品高速公路特殊路段畢業(yè)設(shè)計(完整版)119頁

1、第II頁某高速公路特殊路段路基路面綜合設(shè)計第III頁畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書題 目 某高速公路特殊路段路基路面綜合設(shè)計 1、本論文的目的、 意義 根據(jù)教育部指示,畢業(yè)設(shè)計是高等工科院校本科培養(yǎng)計劃中最后一個重要的教學環(huán)節(jié), 目的是使學生在學完培養(yǎng)計劃所規(guī)定的基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課及各類必修課和選修專業(yè)課程之后 ,通過畢業(yè)設(shè)計這一環(huán)節(jié) ,較為集中和專一的培養(yǎng)學生綜合運用所學的基礎(chǔ)理論、基本知識和基本技能,分析和解決實際問題的能力。和以往的理論教學不同,畢業(yè)設(shè)計是要學生在老師的指導下,獨立的、系統(tǒng)的完成一個工程設(shè)計,以期能掌握一個工程設(shè)計的全過程,在鞏固已學課程的基礎(chǔ)上,學會考慮問題,分析問題和解決問題

2、,并可以繼續(xù)學習到一些新的專業(yè)知識,有所創(chuàng)新 。 2、學生應(yīng)完成的任務(wù) 本設(shè)計要完成的任務(wù)主要包括路基設(shè)計、路面設(shè)計和材料設(shè)計三部分。其中路基設(shè)計部分是針對軟土地帶高填方路段進行， 要求進行沉降計算、地基處治設(shè)計、軟土路基的穩(wěn)定分析、懸臂式擋土墻的設(shè)計和坡面防護設(shè)計。地基處治設(shè)計采用真空堆載聯(lián)合預壓法， 要求說明原理并進行施工設(shè)計。路面設(shè)計部分， 要求瀝青混凝土路面和普通混凝土路面各設(shè)計兩種結(jié)構(gòu)組合， 并對四種路面結(jié)構(gòu)進行經(jīng)濟、使用性能的比較， 推薦一種路面結(jié)構(gòu)。并進行水泥混凝土路面的傳力桿和拉桿設(shè)計。材料設(shè)計部分要求進行礦質(zhì)混合料的配合比設(shè)計和最佳瀝青含量的設(shè)計。 第IV頁3、論文各部分內(nèi)容

3、及時間分配： (共 12 周)第一部分 軟土路基設(shè)計 ( 4 周)第二部分 路面設(shè)計 ( 1.5 周)第三部分 瀝青混合料設(shè)計 ( 1.5 周)第四部分 畢業(yè)實習和文獻翻譯 ( 1.5 周)第五部分 計算機應(yīng)用 ( 2.5 周)評閱及答辯 (1 周)備 注指導教師：審 批 人：年 月 日年 月 日第IV頁摘 要隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展， 人們對交通建設(shè)和出行舒適度的要求不斷提高， 我國高速 公路建設(shè)步伐將不斷加快。特別是進入 21 世紀，重點加快高速公路建設(shè)，已經(jīng)成為 我國的一項重要的戰(zhàn)略部署。本設(shè)計為某擬建高速公路一段的路基路面綜合設(shè)計。該地段為軟土地基且位于橋 頭與路堤相鄰處，路基的平均填土高度

4、為 8m。計算行車速度為 100km/h 且交通量增 長較快。 根據(jù)設(shè)計公路的交通量及其使用任務(wù)和性質(zhì)， 結(jié)合沿線自然條件與主要技術(shù) 指標，進行方案論證與比選，推薦最優(yōu)方案。在確定最優(yōu)方案后進行詳細設(shè)計，設(shè)計 內(nèi)容包括：路基設(shè)計,路面設(shè)計和材料設(shè)計等。路基設(shè)計部分主要針對軟土地帶高填方路段進行。經(jīng)過沉降分析后決定進行地基 處治， 處治方法為真空堆載聯(lián)合預壓法。 軟土路基的穩(wěn)定分析采用了瑞典條分法， 在 填方最大高度處進行了懸臂式擋土墻的設(shè)計。路面設(shè)計部分分別進行了兩種瀝青混凝土路面和兩種普通水泥混凝土路面的結(jié) 構(gòu)設(shè)計，并對它們的經(jīng)濟性和使用性能進行了比較，最終確定為瀝青混凝土路面。瀝青混合料設(shè)

5、計部分首先提出了瀝青混合料的設(shè)計要求， 然后根據(jù)要求進行了兩 種礦質(zhì)混合料的配合比設(shè)計，最后根據(jù)給定的試驗數(shù)據(jù)進行了最佳瀝青含量的設(shè)計。關(guān)鍵詞： 軟土地基；真空堆載聯(lián)合預壓法；懸臂式擋土墻軟土；水泥混凝土路面；瀝青混凝土路面第V頁AbstractWith the rapid development of economy ，the requirement for the traffic constructionand driving comfort is continuously improving. The pace of our countrys highway construction w

6、ill keep accelerating. Especially in the 21st century, our country will put much emphasis on the construction of highway, which has been an important strategic plan.This design is an integrated design about the foundation and pavement of a proposed freeway. The section is on the foundation of soft s

7、oil, which lies between either end of a bridge and the road embankment. The average height fillings of the roadbed are 8m. Calculation speed is 100km/h and the traffic is growing faster. According to the given traffic volume, service level, the highway is defined as the freeway. With the local natur

8、al condition and main technical standard, through analysis and comparison of several feasible plans, the most proper one of these is recommended and subsequently carried out in details, including the design of foundation, the pavement and asphalt mixture.The design of the section of roadbed mainly a

9、ims at soft soil and high filling. Foundation treatment is decided after the settlement analyse, and the method for treatment is the preloading method combining with vacuum stack-load. The method of soft soil foundation is the Swedish Slipicircle Method, and a cantilevered retaining wall beside the

10、largest high fill is needed.The design of the section of pavement construction includes two asphalt pavement construction and two Cement concrete pavement construction. Comparing their economyand usefulness, asphalt pavement is finally adopted. The section of asphaltmixture ，This design first requir

11、es for the asphalt mixture design, then the design of the two pavement asphalt mixtures aggregate gradation. At last according to the experimental data, this paper is about OAC desigkey words： soft soil foundation; preloading method combining with vacuum stack-load；cantilevered retaining wall；Cement

12、 concrete pavement；asphaltpavement第VI頁目 錄第 1 章 緒論 HYPERLINK l _bookmark2 11.1 公路路基路面的發(fā)展概況 HYPERLINK l _bookmark3 11.2 工程概況 HYPERLINK l _bookmark4 51.3 本設(shè)計的主要內(nèi)容 HYPERLINK l _bookmark1 6第 2 章 軟土地基沉降計算與地基處理 HYPERLINK l _bookmark5 72.1 軟土地基的沉降計算 HYPERLINK l _bookmark6 72.1.1 軟土及其特征 HYPERLINK l _bookmark

13、7 72.1.2 交通量分析與路基斷面的確定 HYPERLINK l _bookmark8 72.1.3 主固結(jié)沉降和總沉降的計算 HYPERLINK l _bookmark9 92.1.4 工后沉降的計算 HYPERLINK l _bookmark10 132.2 地基處治設(shè)計 HYPERLINK l _bookmark11 152.2.1 軟土地基處理的目的和意義 HYPERLINK l _bookmark12 152.2.2 真空堆載聯(lián)合預壓法的原理 HYPERLINK l _bookmark13 152.2.3 施工設(shè)計 HYPERLINK l _bookmark14 16第 3 章

14、懸臂式擋土墻設(shè)計 HYPERLINK l _bookmark15 203.1 土壓力的計算 HYPERLINK l _bookmark16 203.1.1 土壓力計算理論 HYPERLINK l _bookmark17 203.1.2 汽車荷載換算 HYPERLINK l _bookmark18 223.2 懸臂擋土墻設(shè)計 HYPERLINK l _bookmark19 233.2.1 墻身構(gòu)造要求 HYPERLINK l _bookmark20 243.2.2 墻身截面尺寸的擬定 HYPERLINK l _bookmark21 243.3 內(nèi)力計算 HYPERLINK l _bookmark

15、22 273.4 墻身鋼筋混凝土配筋設(shè)計 HYPERLINK l _bookmark23 293.5 設(shè)計過程 HYPERLINK l _bookmark24 323.5.1 截面尺寸的擬定 HYPERLINK l _bookmark25 323.5.2 荷載計算 HYPERLINK l _bookmark26 323.5.3 抗傾覆穩(wěn)定驗算 HYPERLINK l _bookmark27 343.5.4 抗滑穩(wěn)定驗算 HYPERLINK l _bookmark28 343.5.5 地基承載力驗算 HYPERLINK l _bookmark29 343.5.6 配筋設(shè)計 HYPERLINK l

16、 _bookmark30 35第 4 章 坡面防護設(shè)計 HYPERLINK l _bookmark31 414.1 概述 HYPERLINK l _bookmark32 414.2 防護類型的選取原則 HYPERLINK l _bookmark33 424.3 坡面防護 HYPERLINK l _bookmark34 434.3.1 植物防護 HYPERLINK l _bookmark35 434.3.2 礦料防護 HYPERLINK l _bookmark36 44第 5 章 路面設(shè)計 HYPERLINK l _bookmark37 485.1 路面設(shè)計的任務(wù)與內(nèi)容 HYPERLINK l

17、_bookmark38 485.2 設(shè)計資料 HYPERLINK l _bookmark39 495.3 瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計 HYPERLINK l _bookmark40 495.3.1 設(shè)計原理 HYPERLINK l _bookmark41 495.3.2 電算結(jié)果 HYPERLINK l _bookmark42 54第VII頁5.4 普通水泥混凝土結(jié)構(gòu)組合設(shè)計 HYPERLINK l _bookmark43 605.4.1 設(shè)計理論 HYPERLINK l _bookmark44 605.4.2 計算過程 HYPERLINK l _bookmark45 655.5 方案比選 HYPE

18、RLINK l _bookmark46 695.5.1 經(jīng)濟性比較 HYPERLINK l _bookmark47 695.5.2 使用性能指標比較 HYPERLINK l _bookmark48 705.5.3 確定最終方案 HYPERLINK l _bookmark49 705.6 PCC 路面?zhèn)髁U和拉桿設(shè)計 HYPERLINK l _bookmark50 715.6.1 縱縫的設(shè)計 HYPERLINK l _bookmark51 715.6.2 橫縫的設(shè)計 HYPERLINK l _bookmark52 725.6.3 接縫填封材料 HYPERLINK l _bookmark53 73

19、第 6 章 瀝青混合料設(shè)計 HYPERLINK l _bookmark54 756.1 瀝青混合料的設(shè)計要求 HYPERLINK l _bookmark55 756.1.1 高溫穩(wěn)定性 HYPERLINK l _bookmark56 756.1.2 低溫抗裂性 HYPERLINK l _bookmark57 776.1.3 耐久性 HYPERLINK l _bookmark58 786.1.4 抗滑性 HYPERLINK l _bookmark59 796.1.5 施工和易性 HYPERLINK l _bookmark60 806.2 礦質(zhì)混合料組成設(shè)計 HYPERLINK l _bookma

20、rk61 806.3 瀝青混合料馬歇爾試驗 HYPERLINK l _bookmark62 846.3.1 數(shù)據(jù)處理中用到的公式說明 HYPERLINK l _bookmark63 846.3.2 試件成型 HYPERLINK l _bookmark64 866.3.3 試件物理力學指標的測定 HYPERLINK l _bookmark65 876.3 最佳瀝青用量的確定 HYPERLINK l _bookmark66 896.4.1 繪制關(guān)系圖 HYPERLINK l _bookmark67 896.4.2 最佳瀝青用量確定 HYPERLINK l _bookmark68 916.4 瀝青混

21、合料的性能檢驗 HYPERLINK l _bookmark69 92總結(jié) HYPERLINK l _bookmark70 93致 謝 HYPERLINK l _bookmark71 93參考文獻 HYPERLINK l _bookmark72 94附錄 1 英語翻譯 HYPERLINK l _bookmark73 95附錄 2 實習報告 HYPERLINK l _bookmark74 108第1頁第 1 章 緒論1.1 公路路基路面的發(fā)展概況中國是一個有 5000 多年文明史的國家。在這歷史的長河中，我國勤勞、智慧的 各族人民， 在道路， 橋梁的修建和車輛制造以及交通管理等方面， 都取得過輝煌

22、的成 就， 是我國古代燦爛文化的一部分。 道路交通對于繁榮經(jīng)濟和交流文化， 對于維護民 族團結(jié)和國家統(tǒng)一， 都作出了巨大貢獻。 中國古代道路和橋梁建筑， 在世界上曾處于 過領(lǐng)先地位，在世界道路交通史上留下了光輝的篇章。根據(jù)史記記載，早在 4000 多年前，中國已有了車和行車的路。商代(約公 元前 16 世紀約公元前 1066 年)開始有驛道傳送。西周(公元前 1066 年公元 前 771 年)開創(chuàng)了以都市為中心的道路體系，還建立了比較完善的道路管理制度。秦 代(公元前 221 年公元前 206 年)修馳道、直道，建立了規(guī)模宏大的道路交通網(wǎng)， 總里程約有 1 萬 2 千多公里。西漢時期(公元前

23、206 年公元前 23 年)設(shè)驛亭 3 萬 處，道路交通呈現(xiàn)出更加繁榮的景象。特別是連接歐亞大陸的“絲綢之路”的開通， 為東西方經(jīng)濟文化交流作出了貢獻。唐代(公元 618907 年)是中國古代經(jīng)濟和文 化的昌盛時期， 建成了以長安城(今西安)為中心約 2 萬 2 千多公里的驛道網(wǎng)； 到了宋、 元、明、清各代(公元 9601911 年)道路交通又有發(fā)展。盡管中國曾經(jīng)創(chuàng)造了領(lǐng)先于世的古代道路文化。但是由于長期的封建制度和近百 年帝國主義列強的侵略和掠奪， 束縛了生產(chǎn)力的發(fā)展， 中國公路的興建遲至本世紀初 才開始，并且在舊中國發(fā)展十分緩慢。清末，在原有驛道上修建了一些很簡陋的公路。 19121949

24、 年中華民國時期， 公路有了初步發(fā)展。全國先后共修建了 13 萬公里。這些公路大多標準很低，設(shè)施簡 陋， 路況很差。 到 1949 年能夠維持通車的僅有 8 萬公里， 全國有 1/3 的縣不通公路， 西藏地區(qū)沒有一條公路。汽車運輸是從 1901 年由國外輸入第一輛汽車開始的。到 1949 年汽車保有量約 5 萬輛， 且大多數(shù)已破舊不堪， 全國大部分地區(qū)主要還是依靠人力和 畜力運輸。1949 年建國以來，我國進入了社會主義建設(shè)的偉大時代。由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)迅速 發(fā)展， 人民生活逐步提高， 尤其是建立和發(fā)展了汽車工業(yè)和石油工業(yè)， 使我國公路交 通事業(yè)得到了迅速的發(fā)展。特別是 1978 年以后，國家執(zhí)行

25、了以經(jīng)濟建設(shè)為中心的政 策， 開始了建設(shè)有中國特色的社會主義的新時期。 公路建設(shè)也開創(chuàng)了嶄新的局面。 到第2頁1998 年底，全國公路通車里程達到 126 萬公里， 其中高速公路總里程為 6258 萬公里， 全國汽車保有量約為 1500 萬輛。公路運輸已滲入到經(jīng)濟建設(shè)和社會生活的各個方面， 在國民經(jīng)濟中占有越來越重要的地位。自 80 年代中期開始，中國大陸興建高速公路，十年來，陸續(xù)投入運行的主要高 速公路有京石、京津塘、沈大、合寧、濟青、開洛、廣深、太舊、合蕪、成渝、滬寧、 桂柳、呼包、哈大、泉夏、石安、安新等二十余條線路，總里程為 6258 公里。高速 公路的建設(shè)和使用，為汽車快速、高效、安

26、全、舒適地運行提供了良好的條件，標志著我國的公路運輸事業(yè)和科學技術(shù)水平進入了一個嶄新的時代。路基路面直接承受行駛車輛的作用， 是道路工程的重要組成部分， 通常都根據(jù)車 輛行駛的需要， 選用優(yōu)質(zhì)材料建成。 如我國古代曾以條石、 塊石或石板等鋪筑道路路 面，以提供人畜以及人力、獸力車輛的運行。歐洲在公元前 3500 年，在美索不達米 亞(Mesopotamia )，繼發(fā)明了車輪后不久，即用石料修筑了第一條有硬質(zhì)路面的道 路。 進入二十世紀后， 隨著汽車工業(yè)和交通運輸?shù)陌l(fā)展， 現(xiàn)代化公路的路基路面工程 逐步形成了新的學科分支。 它主要研究公路， 城市道路和機場跑道路基路面的合理結(jié) 構(gòu)、設(shè)計原理、設(shè)計

27、方法、材料性能要求以及施工、養(yǎng)護、維修和管理技術(shù)等。半個世紀以來， 我國廣大道路工程科技工作者， 從我國實際和建設(shè)需要出發(fā)， 引 進外國先進技術(shù)，刻苦鉆研、反復實踐，在路基路面工程建設(shè)和科學研究中，取得了 許多突破性的系列成果?，F(xiàn)作簡要介紹：公路自然區(qū)劃。 我國幅員遼闊， 各地自然條件和道路的工程性質(zhì)差異很大。 為此 將自然條件大致相近者劃分為區(qū)， 在同一區(qū)劃內(nèi)從事公路規(guī)劃、 設(shè)計、 施工、 管理時， 有許多共性因素可以相互參照。我國現(xiàn)行的公路自然區(qū)劃標準分三級區(qū)劃，一級 區(qū)劃是根據(jù)地理、地貌、氣候、土質(zhì)等因素將我國劃分為七個大區(qū)，二級區(qū)劃以氣候 和地形為主導因素，三級區(qū)劃以行政區(qū)域作為界限。

28、土的工程分類。 土是填筑公路路基的主要材料， 由于天然成因的差異， 不同的路 基土表現(xiàn)出截然不同的工程特性。我國依據(jù)土顆粒組成特征、土的塑性指標 (塑限、 液限和塑性指數(shù))、土中有機質(zhì)存在情況，將公路用土按不同的工程特性劃分為巨粒 土、粗粒土、細粒土和特殊土四大類，并細分為十一種土。確認土的類別需應(yīng)用標準 的儀器， 按統(tǒng)一的規(guī)程進行測試界定。 為了在野外勘查中能對不同土類作鑒別， 系統(tǒng) 地總結(jié)了“簡易鑒別、分類和描述”的方法與細節(jié)。第3頁路基強度與穩(wěn)定性。 路基作為路面結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)應(yīng)具有足夠的強度和穩(wěn)定性， 我國 較早就確定以回彈模量作為評價路基強度與穩(wěn)定性的力學指標， 并形成了成套的室內(nèi) 外試

29、驗標準方法與儀器。為了在施工中以物理量指標控制工程質(zhì)量從而保證達到規(guī)定 的強度指標， 廣泛開展了不同土種的最佳含水量與最大密實度相關(guān)關(guān)系的研究， 并且 統(tǒng)一以重型擊實試驗法作為基本控制標準。 為了提高路基的強度與穩(wěn)定性， 根據(jù)不同 類別土壤的特性，研究了粒料加固、石灰加固、水泥加固、專用固化劑加固等行之有 效的技術(shù)措施。在多年凍土地區(qū)、膨脹土地區(qū)、沙漠地區(qū)、黃土地區(qū)、鹽漬土地區(qū)等 特殊地區(qū)，通過研究采用各種有效技術(shù)修建公路路基取得十分寶貴的經(jīng)驗。高路堤修筑技術(shù)與支檔結(jié)構(gòu)。 為了提高高路堤路基的穩(wěn)定性， 研究提出的技術(shù)措 施包括減輕路堤自重， 采用輕質(zhì)粉煤灰， 或采用輕質(zhì)塑料塊修筑路基； 修筑輕

30、型路基 支檔結(jié)構(gòu)， 特別是加筋擋土墻的研究和工程建設(shè)在我國取得了許多成果。 例如條帶加 筋、網(wǎng)絡(luò)加筋、土工織物加筋等均取得良好效果。軟土地基穩(wěn)定技術(shù)。 在軟土地基上修筑路基路面， 天然地面的自然平衡狀態(tài)將發(fā) 生改變， 在很長時間內(nèi)路基將處于不穩(wěn)定狀態(tài)。 為此廣泛研究了軟土的調(diào)查與判別方 法，改變軟土性質(zhì)的技術(shù)措施，如沙井或塑料板排水固結(jié)法；沙層排水加載預壓法； 無機結(jié)合料深層加固法等。 在力學分析的研究方面， 通過現(xiàn)場跟蹤觀測與建立預測分 析模型，來預估與控制軟土地基加固后的工后沉降，從而提高路基的穩(wěn)定性。巖石路基爆破技術(shù)。 利用爆破技術(shù)開山筑路在我國有悠久的歷史。 但是在最近幾 十年中我國在

31、山區(qū)筑路工程中有新的發(fā)展， 創(chuàng)造了系統(tǒng)的大爆破技術(shù)， 每次總裝炸藥 量多達數(shù)十噸，一次爆破可清除巖石數(shù)十萬立方米。大爆破以現(xiàn)代爆破理論為基礎(chǔ)， 事先進行周密的勘測與調(diào)查， 經(jīng)過精心設(shè)計的大爆破不僅能降低造價， 縮短工期， 而 且能夠使爆破后形成的坡面狀況十分接近路基橫斷面設(shè)計要求。瀝青路面結(jié)構(gòu)。 60 年代初，隨著我國石油資源的大規(guī)模開發(fā)，揭開了用國產(chǎn)瀝 青筑路的序幕。 早期的瀝青路面主要是鋪設(shè)在現(xiàn)有中級路面上的薄層表面處治層， 以 改善其行車條件。 70 年代末，逐步形成了以貫入式路面為主的瀝青路面承重結(jié)構(gòu)。 80 年代末，開始興建高速公路，瀝青路面作為一種主要型式，大量采用總厚度超過 70

32、cm 的重型瀝青路面結(jié)構(gòu)。通過長期的科學研究形成了適合我國實際的瀝青路面整 套技術(shù)。包括瀝青原材料的生產(chǎn)工藝、裝備；瀝青材料的技術(shù)指標與標準、試驗設(shè)備 及方法； 瀝青混合料的技術(shù)指標與標準、 混合料設(shè)計技術(shù)、 混合料性能檢測設(shè)備及方第4頁法；瀝青路面現(xiàn)代化施工整套設(shè)備、施工技術(shù)與施工管理等。水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)。 70 年代中期，交通運輸發(fā)展加快，部分干線公路、城市 道路及廠礦道路為提高承重能力， 相繼采用水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)。 隨后， 針對水泥混 凝土路面各方面存在的問題， 開展了系統(tǒng)而具有相當規(guī)模的科學研究。 從而在我國形 成了關(guān)于水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)的整套技術(shù)， 包括道路水泥的性能、 指標、

33、標準以及生 產(chǎn)工藝； 水泥混凝土路面基層的作用， 水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)性能與設(shè)計方法； 接縫構(gòu) 造、工作原理以及接縫設(shè)計方法； 水泥混凝土路面小規(guī)模施工和大規(guī)?，F(xiàn)代化施工成 套裝備及施工方法、施工組織管理等。柔性路面設(shè)計理論與方法。 半個世紀來， 中國道路科技工作者通過廣泛的調(diào)查研 究和理論探索， 形成了符合中國實際的柔性路面設(shè)計理論與方法體系， 它吸取了世界 上各種流派的學術(shù)思想， 以及各個國家設(shè)計方法的優(yōu)點。 在力學理論基礎(chǔ)方面， 建立 了彈性力學多層結(jié)構(gòu)承受多個圓形荷載的分析系統(tǒng)及相應(yīng)的計算機程序； 提出了能控 制路面結(jié)構(gòu)主要性能的設(shè)計指標體系； 形成了符合我國當前交通狀況的荷載模式及交

34、通分析方法；形成了完整的設(shè)計參數(shù)指標、標準、測試儀器與方法；建立了切實可行 的設(shè)計計算方法系統(tǒng)。 近年來， 在路面功能設(shè)計、 可靠度設(shè)計等方面的研究取得了明 顯的進展，將不斷地充實到現(xiàn)有的系統(tǒng)中去。剛性路面設(shè)計理論與方法。 70 年代起，我國道路科技工作者對剛性路面設(shè)計進 行較系統(tǒng)而具有相當規(guī)模的研究。 在力學基礎(chǔ)理論方面， 運用解析法及有限元法建立 了彈性力學層狀結(jié)構(gòu)， 彈性地基板體結(jié)構(gòu)模型， 形成了整套分析計算方法與計算機程 序； 建立了以彈性力學為基礎(chǔ)， 以混凝土彎拉應(yīng)力為設(shè)計控制指標， 綜合考慮荷載應(yīng) 力與溫度應(yīng)力作用的設(shè)計體系與方法； 研究并建立了地基支承、 疲勞效應(yīng)、 動力效應(yīng) 等

35、一整套設(shè)計參數(shù)的取值與測試方法；對鋼纖維混凝土路面、連續(xù)配筋混凝土路面、 輾壓混凝土路面、復合結(jié)構(gòu)混凝土路面等新型路面結(jié)構(gòu)開展系統(tǒng)研究并取得一批實用 性研究成果。半剛性路面結(jié)構(gòu)。 利用石灰、 水泥、 工業(yè)廢料等無機結(jié)合料修筑半剛性路面始于 60 年代初，三十多年間，對半剛性路面的強度發(fā)展規(guī)律、強度機理、路用性質(zhì)等進 行了廣泛的研究。 由于這種路面結(jié)構(gòu)具有很多優(yōu)勢， 目前已廣泛用于高等級公路與城 市道路， 成為一種主要的結(jié)構(gòu)型式。 目前對它的長期使用性能和變形規(guī)律等問題正在 作深入的研究，此外對于面層結(jié)構(gòu)的半剛性技術(shù)途徑也正在研究之中。第5頁路面使用性能與表面特性。 路面的平整度、 破損程度、

36、承載能力及抗滑性能是路 面使用性能的重要方面。 目前， 我國已對這些性能對行車的影響； 這些性能與路面結(jié) 構(gòu)設(shè)計、材料、施工的關(guān)系；量測手段與量測方法；評價的指標與標準；在車輛的反 復作用下性能的衰減及恢復等開展了廣泛的研究，有的已成功地應(yīng)用于工程之中。 路面養(yǎng)護管理。將系統(tǒng)工程的理論與方法用于協(xié)調(diào)路面養(yǎng)護，形成路面管理系統(tǒng)是 80 年代后的新動向。十多年來，我國在路面性能的非破損快速跟蹤檢測，路面性能 預估模型的建立， 路面管理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建立以及項目級和路網(wǎng)級優(yōu)化管理決策等方面 取得了系列研究成果。綜上所述，路基路面工程作為一個學科分支，在我國隨著交通運輸?shù)陌l(fā)展，正在 以較快的速度逐步接近國

37、外同類學科的前沿。 進入 21 世紀， 交通運輸不論是在中國， 還是在其它發(fā)達國家， 仍然是一個重要的科技領(lǐng)域。 我國道路科技工作者將會從中國 的實際出發(fā)， 不斷吸取交叉學科的新成就以及世界各國的有用經(jīng)驗， 全面推動路基路 面工程學科的發(fā)展， 為我國交通運輸現(xiàn)代化做出貢獻。 根據(jù)當前路基路面工程科學技 術(shù)的發(fā)展趨勢，對于以下幾方面學科的交叉與發(fā)展特別應(yīng)該引起重視。1.2 工程概況某擬建高速公路的一段所在地區(qū)的自然區(qū)劃為5 區(qū)，計算行車速度為 100km/h。 預計竣工后的第一年折合成小客車雙向日交通量為 39646 輛/日。經(jīng)調(diào)查，預計交通 量年增長率為 15%，路基填土為粘質(zhì)土填料的內(nèi)摩擦角

38、 35， 粘聚力 20kN/， 在春 季不利季節(jié)調(diào)查得知地下水位離地面 1.3m，路基填土高度 8m。公路的一段位于海濱， 上層主要由第四紀全新世晚中期濱海河口相沉積的淤泥質(zhì) 粘土構(gòu)成，其地層由上而下可分為粘土(硬殼層)、淤泥質(zhì)粘土和粘土三層組成。第 三粘土層的下面是堅硬巖石。公路在城郊某處右側(cè)快車道填方最大高度 8m，需要進行擋土墻設(shè)計。已知地基 承載力設(shè)計值 =350kPa，填土的容重 18 kN/ m 3 ，活載按汽車超 20 級設(shè)計。墻背 填料采用非膨脹土填筑，墻后土壓力不考慮浸水作用。第6頁1.3 本設(shè)計的主要內(nèi)容本設(shè)計內(nèi)容主要包括路基設(shè)計、路面設(shè)計和材料設(shè)計三部分。其中路基設(shè)計部分

39、是針對軟土地帶高填方路段進行， 要求進行沉降計算、 地基處 治設(shè)計、 穩(wěn)定分析、 擋土墻設(shè)計和坡面防護設(shè)計。 地基處治設(shè)計采用真空堆載聯(lián)合預 壓法，要求說明原理并進行施工設(shè)計。路面設(shè)計部分， 瀝青路面和普通混凝土路面各設(shè)計兩種結(jié)構(gòu)組合， 并對四種路面 結(jié)構(gòu)進行經(jīng)濟、 使用性能指標的比較， 推薦一種路面結(jié)構(gòu)。 水泥混凝土路面要進行傳 力桿和拉桿設(shè)計。材料設(shè)計是指瀝青混合料的設(shè)計， 提出瀝青混合料設(shè)計要求， 根據(jù)篩分結(jié)果進行 推薦級配的設(shè)計，根據(jù)瀝青混合料試驗結(jié)果進行最佳瀝青含量設(shè)計。第7頁第 2 章 軟土地基沉降計算與地基處理 2.1 軟土地基的沉降計算在軟粘土地基上修筑交通工程， 除了要滿足地

40、基穩(wěn)定性外， 更重要的是要選取合 理的沉降估算方法和相關(guān)的計算參數(shù)， 采取可靠措施減少沉降。 高速公路對路基填筑 完成后的沉降量要求比較嚴格， 地基的壓縮變形計算已經(jīng)成為軟粘土地基修建高速公 路的關(guān)鍵技術(shù)問題之一。2.1.1 軟土及其特征軟土是指濱海、湖沼、谷地、河灘沉積的天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、 抗剪強度低的細粒土。按沉積環(huán)境可分為八種類型：瀉湖相沉積、溺谷相沉積、濱海 相沉降、 三角洲相沉積、 湖相沉積、 丘陵谷地相沉積、 河漫灘相沉積和牛軛湖相沉積。軟土的基本特性：(1)具有高含水量、低密度、低強度、高壓縮性、低透水性和中等靈敏度特點。(2)具有一定的結(jié)構(gòu)性。結(jié)構(gòu)性的形成隨土的

41、礦物成分、沉積環(huán)境、空隙水的 成分及沉積年代而不同。(3)往往存在硬殼層。這是由于地表部分風化、淋洗作用形成的，該硬殼層具 有中等或低的壓縮性、較高的強度、較強的結(jié)構(gòu)性。2.1.2 交通量分析與路基斷面的確定2.1.2.1 交通分析初步確定此高速公路預測年限為 20 年，設(shè)計車速為 100 km/h，預期交通量年平 均增長率為 R=15。預計竣工后第一年雙向日交通量如表 2-1。表 2-1 第一年雙向平均日交通量后軸重KN115.0279.0380.720車型黃河JN162日野KF300D長征CZ361小轎車前軸 輪組數(shù)單單單單前軸重kN59.540.847.610交通量 輛/日4104004

42、105000后軸數(shù)1231前軸數(shù)1111后軸 軸距-3m-雙 雙 雙 單后軸輪組數(shù)第8頁各種汽車折合成小客車的年平均日交通量的計算。年平均日交通輛用 20 年的的平均值。計算公式如下：(2 1)N = (1+ R)t 一 1 N 1tR式中 N t 年各種汽車折合成小客車的年平均日交通量；R設(shè)計年限內(nèi)交通量的年平均增長率；t 設(shè)計年限；N 1初始年的日平均交通量1N 的計算過程如表 2-2。表 2-2 初始年折合成小客車的年平均日交通量折合成小客車 輛/日820120012305000N1=8250初始交通量 輛/日4104004105000車型黃河JN162日野KF300D長征CZ361小轎

43、車合計折算系數(shù)2.03.03.01.0由公式(1 1)可知道各種汽車折合成小客車的年平均日交通量：N =|L(1+0.15)20一 1| 根8250 20根 0.15N=42258 輛/日2.1.2.2 路基斷面的確定由上一節(jié)的計算可知道，各種汽車折合成小客車的年平均日交通量 N 為 39646 輛/日，根據(jù)公路工程技術(shù)標準 (JTG B01-2003)，四車道高速公路能適應(yīng)將各種 汽車折合成小客車的年平均日交通量為 25000 55000 輛。 故車道數(shù)確定為四車道。 路基的平均填土高度為 8m。路基邊坡用 1：1.5。具體尺寸如圖 2-1。第9頁圖 2-1 路基橫斷面示意圖路基寬度的確定：

44、 車道寬度取中間帶寬度取 路緣帶寬度取 硬路肩寬度取土路肩寬度取3.75m2m0.75m3m0.75m由公路工程技術(shù)標準可得路基寬度為他們的和：路基寬度=43.75+2+0.752+32+0.752=26m2.1.3 主固結(jié)沉降和總沉降的計算2.1.3.1 主固結(jié)沉降的計算(1)已知資料路堤的沉降中， 主固結(jié)沉降占主導地位， 采用一維應(yīng)力狀態(tài)下的分層總和法計算。 具體的計算方法有三種： 1、按 e-p 曲線計算； 2、用壓縮模量計算； 3、考慮前期固 結(jié)壓力計算沉降。本設(shè)計采用壓縮模量計算主固結(jié)沉降。路基填土為粘質(zhì)土，填料的內(nèi)摩擦角 Q = 35o ，粘聚力 C=20 kN/m2 ，容重 r

45、=18 kN/m3 ，路堤平均填土高度為 8 m。軟土地基上層主要由第四紀全新世晚中期濱海河口 相沉積的淤泥質(zhì)粘土構(gòu)成，其地層由上而下可分為粘土(硬殼層)、淤泥質(zhì)粘土和粘土三層組成，最底層粘土以下是堅硬巖石。其各層土的物理力學指標如表 2-3 所示。mcm第10頁表 2-3 各層土的物理力學指標直接快剪QKN/Q210.20.5911.820.24.23密度q(g / cm3 )1.711.751.92壓縮系 數(shù)a(1/Mp)1.021.340.41固結(jié)快剪粘聚力cqkN/2-14.1-固結(jié)系數(shù)vcm2 / s-1.98e-3-天然含水量 ()31.048.832.1初始空隙比e00.6651

46、.3820.883固結(jié)快剪摩擦角Q-12.0-土名粘土 (硬殼 層)淤泥質(zhì)粘土粘土6.8(2)壓縮層厚度的確定根據(jù)公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范 (JTJ 017-96)中 414 的有 關(guān)規(guī)定， 對用于計算沉降的壓縮層， 其底面應(yīng)在附加應(yīng)力與有效自重應(yīng)力之比不大于 0.15 處?，F(xiàn)試算軟土低層即離地面 14m 深處的附加應(yīng)力和有效自重應(yīng)力的比值。已 知春季不利季節(jié)地下水位離地面 1.3m。地下水位以下的土層有效重度取浮重度。附 加應(yīng)力分別查帶狀均布荷載和帶狀三角形荷載的應(yīng)力系數(shù) k 可得。有效自重應(yīng)力 q = 17.1 + 17.5 0.3 + 16.5 10.7 +18.2 2 = 2

47、35.3kPa0附加應(yīng)力的計算：路基填土的容重 r=18 kN/m3 ，路基高度 H=8m；所以路基頂面處的應(yīng)力 p=188=144 kPa；由路基橫斷面的尺寸并查土力學帶狀均布荷載和帶狀三角形分布荷載的應(yīng)力系數(shù)(應(yīng)力系數(shù)的查表說明如圖 2-2 得：0 14 25 14 = (k + k )p = k( , ) + 2k( , )p1 2 26 26 12 12所以 = (0.797 + 2 0.047) 144 = 128.31kPa q = 128.31/ 235.3 = 0.550S = n Pi hC E ii=1 Si第11頁bPxzxz z = k(x / b, z / b)gp(

48、a)帶狀均布荷載bPxzx = k(x / b, z / b)gpz z(b)三角形均布荷載圖 2-2 附加應(yīng)力查表說明由上面的計算可以看到，壓縮層厚度定為 14m 并不符合規(guī)范的要求，但由于第三粘土層的下面已經(jīng)是堅硬的巖石了，故可以不考慮第三粘土層以下的沉降。(3)壓縮模量法計算主固結(jié)沉降壓縮模量的計算公式如下：1 + eE = 0Sav式中 e 軟土的初始空隙比；0a 軟土的壓縮系數(shù)；v分層總和法計算主固結(jié)沉降的公式如下：式中 SC 主固結(jié)沉降；P 地基中個分層中點處附加應(yīng)力增量；iE 第 i 分層的壓縮模量；Si(22)(23)h 第 i 分層的厚度；i主固結(jié)沉降的計算過程如表 2-4，

49、分層時不同土層單獨分層，同一土層中分層厚 度為 2 到 4 米，軟土中有中間的粘土層厚度為 11m，故可以把它分為 4 層 2m 和一層3m，分層具體情況見圖 2-3。第12頁路 基1m粘土 1m2m2m2m淤泥質(zhì)粘土2m11m2m3m2m粘土 3m圖 2-3 軟土路基分層情況表 2-4 主固結(jié)沉降計算分層中點處的附加應(yīng)力Pi(kPa)143.86141.70133.84125.38113.64100.9990.31主固結(jié)沉降SC(mm)88.64159.39150.55141.03127.83170.4039.76S =887.6C分層厚度hi(m)1222232壓縮摸量ESi(MPa)1.

50、6231.7781.7781.7781.7781.7784.593分層號1234567合計2.1.3.2 總沉降的計算地基總沉降采用經(jīng)驗系數(shù)m 和主固結(jié)沉降SC 計算：S mS (24)C式中S 地基總沉降；m 沉降系數(shù)，與地基條件、荷載強度、加載速率等因素有關(guān)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場沉降觀測資料確定，也可采用公式(25)確定。第13頁m = 0.1230.7 (H0.2 +VH) + Y (25)式中 地基處理類型系數(shù)， 地基用塑料排水板處理時取 0.951.1，用粉體攪拌樁處理時取 0.85，一般預壓時取 0.9；H 路基高度；V 填土速率修正系數(shù)，填土速率在 0.2mm0.7mm/d 之間時，取 0.

51、025；Y 地質(zhì)因素修正系數(shù)，滿足軟土層不排水抗剪強度小于 25kPa、軟土層 的厚度大于 6m、硬殼層厚度小于 2.5m 三個條件時， Y=0，其他情況 下可取 Y=-0.1；由已知資料并由公式(25)可計算沉降系數(shù)如下：m = 0.123 17.50.7 ( 80.2 + 0.025 8) =1.58所以總沉降： S = 1.58 887.6 =1400 mmS = 1.4 m2.1.4 工后沉降的計算2.1.4.1 固結(jié)度的計算(1)計算公式根據(jù)公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范 (JTJ 017-96)的規(guī)定，不設(shè)豎向 排水體時， 只需計算豎直向固結(jié)度。 豎直向固結(jié)條件下， 地基平均固

52、結(jié)度按以下公式 計算：U = V 1 + (26)式中 排水面處的附加應(yīng)力與非排水面處的附加應(yīng)力之比；U 、U 分別按公式(27)、(28)計算；0 1U = 1 (e N + e 9N + e 25N + ) (27)8 1 10 2 9 25U = 1 (e N e 9N + e 25N - ) (28)32 1 11 3 27 125式中 N = C t /H 2 (29)v其中 CV 豎向固結(jié)系數(shù)；H 空隙水的最大滲徑，單面排水取壓縮層的厚度，雙面排水取壓縮層厚第14頁度的一半；t 瞬時加荷固結(jié)過程歷時；(2)完工時固結(jié)度的計算已知建設(shè)周期為 3 年，壓縮層為單面排水，上層面為排水面。

53、排水面處的附加應(yīng)力：1 25 1 = 18 8 k(0, ) + 2k( , ) =18 8 (0.999 + 0) =143.83 kPa1 26 12 12非排水面處的附加應(yīng)力：12 25 12 = 18 8 k(0, ) + 2k( , )2 26 12 12= 18 8 (0.842 + 2 0.040) = 132.67 kPa 143.83故： = 1 = = 1.084 132.6721.98 103 3 365 24 時間因數(shù)由公式(29)可得： N = 3600 = 0.155(11102 )2由公式(27)、公式(28)可分別計算 U 、U0 1U = 1 (e0.155

54、+ e 90.155 + e 250.155 + ) =0.28288 1 10 2 9 25U = 1 (e0.155 e 90.155 + e 250.155 - ) =0.125432 1 11 3 27 125故： U = = 0.28912 1.084 0.2828 + (11.084) 0.1254V 1 1 + 1.084(3)設(shè)計年限末固結(jié)度的計算1.98103 23 365 24 3600時間因數(shù)： N = = 1.188(11102 )2U = 1 (e1.188 + e 91.188 + e 251.188 + ) = 0.75298 1 10 2 9 25U = 1 (

55、e1.188 e 91.188 + e 251.188 - ) = 0.685432 1 11 3 27 125故： U = = 0.75562 1.084 0.7529 + (11.084) 0.6854V 2 1 + 1.084(4)工后沉降S =(U U ) S = (0.7556 0.2891) 1.4 = 0.6531m工后 V 2 V 1根據(jù)公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范 (JTJ 017-96)，高速公路橋臺第15頁與路堤相鄰處工后沉降應(yīng)小于等于 0.1m，否則應(yīng)進行地基處治設(shè)計。故此處應(yīng)進行 地基處治設(shè)計。2.2 地基處治設(shè)計2.2.1 軟土地基處理的目的和意義在軟土地基上

56、填筑路堤有可能出現(xiàn)失穩(wěn)， 或者沉降量和沉降速率不能滿足使用要 求時，需對軟土地基進行適當?shù)奶幚?，以增加其穩(wěn)定性、減少沉降量或加速沉降。軟土地基處理的方法很多， 各種方法具有不同的特點， 可的得到不同的效果， 因 而各適用于不同的目的。軟土地基處理的目的可分為以下兩大類：(1) 沉降處理。 包括加速固結(jié)沉降和減少總沉降兩方面。 前者可采用加載預壓、 豎向排水和擠實沙樁等方法；后者則可采用擠實沙樁、石灰樁、換填土等 方法。(2) 穩(wěn)定處理?？刹捎脫Q填土、反壓護道、擠實沙樁、石灰樁等措施增加抗滑 阻力。各種加速固結(jié)沉降措施都有助于促進軟土層強度的增長。2.2.2 真空堆載聯(lián)合預壓法的原理真空堆載聯(lián)合

57、預壓法是真空預壓和堆載預壓兩種方法的組合，其基本作法見圖 2-4。其具體作法是先按真空預壓的工藝要求， 鋪膜、 埋管、 挖溝， 然后進行抽氣。當膜下真空度穩(wěn)定后，即可按堆載預壓的工藝要求，在薄膜上堆載。為了防止薄膜損壞，需在薄膜上采取有效 的 防 護 措 施 。圖2-4 真空堆載聯(lián)合預壓法示意圖真空堆載聯(lián)合預壓法的實質(zhì)為在同一時間內(nèi)， 土體在薄膜下的真空與薄膜上的堆 載聯(lián)合作用上， 將其中的水分排出， 促進土體固結(jié)強度增長。 設(shè)土體原來承受一個大氣壓 P ,真空預壓時，通過抽氣，膜下形成真空，該真空度換算成等效壓力-P ,使砂a 0T = r第16頁墊層和砂井中的壓力減少至 P (P =P -

58、P ),在壓力差 P -P 作用下，土體中的水流向砂v V a 0 a v井。堆載預壓時，通過壓載，土體中的壓力增高至 P ,在壓力差 P -P 作用下，土體P P a中的水流向砂井，故在真空堆載聯(lián)合作用時，二者壓力差為P -P 。由于壓力差增P v大，加速了土體中水的排出，增大了土體的壓密率，使土體的強度進一步提高，沉降 進一步消除。2.2.3 施工設(shè)計本方案采用間距為 1.3m、深度為 14m、三角形布置的 d=7cm 的袋裝沙井作為豎向 排水通道， 50cm 的中粗砂砂墊層作為水平排水通道， 85kPa 的真空負壓和路堤本身 的荷載作為預壓和超載預壓的荷載。2.2.3.1 加載計劃本工程

59、計劃荷載為：砂墊層 50cm (相當于 8 kPa 的荷載)，真空負壓 85kPa，這 是一個很大的超載量， 在這么大的超載作用下， 路堤填土高度無需填到設(shè)計高度， 也 能達到很好的預壓效果。根據(jù)預計完成的沉降量，堆載荷載用 5m 的路基填土(相當 于 90 kPa 的荷載)。其中真空荷載可一次加上去，堆載荷載分四級進行，計劃在真空 度穩(wěn)定在-85 kPa、15 天后進行加載施工。堆載分為四級進行，分別為 2m，每加一級 的加載時間為 5 天，預壓間歇時間為 10 天。為了保護真空薄膜不致破壞， 第一級加載前在真空預壓薄膜上鋪設(shè)一層抗拉強度 為 40kN/m 的土工布。2.2.3.2 固結(jié)度和

60、沉降計算(1)固結(jié)度的計算：公式說明按照太沙基理論公式， 根據(jù)固結(jié)系數(shù)隨固結(jié)度的提高而減小的規(guī)律， 并結(jié)合真空 預壓的加固機理進行經(jīng)驗修正。U = m 1一 (1一 U )(1一 U )t s r vU = 1 一 e一8Tr/ F (n)rC tr d 2(2 10) (2 11)(2 12)第17頁F (n) = n2n2一1ln n 一 3n2 一14n2(2 13)式中m 當 t30 天且 Pt30 天且 P100 kPas s時， m =1.1-0.2(t-30)/90；當 t120 天且 P100 kPa 是， m =0.9；s sU 、U 、U 總的、 豎直和水平向的平均固結(jié)度，