高速公路沥青混凝土路面结构组成设计说明书.docx
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高速公路沥青混凝土路面结构组成设计说明书
1工程概况
济南绕城高速公路是国道主干线北京-上海，北京-福州和青岛-银川在济南外围联网形成的快速绕城公路，由东、西、南、北四段组成。
东线全长19.61862km,共分九个
合同段，第九合同段（K50+800-K58+518.62）为路面结构设计，该合同段起始于简家屯东，与小许家互通立交相接，经向阳村西向北跨越小清河，穿过南郭而村的空隙达到本合同的终点。
本段路线主线全长7.72km，内有小青河大桥1座，分离式立交1座，中桥1座，天桥2座，小桥3座，通道14座，主线涵洞15座，线外涵27道及通信监控管道预埋工程。
1.1沿线自然条件
1.1.1地理位置、地形、地貌工程位于山东省中部的台山北麓和黄河南岸，南北东向，自南部低山丘岭区到北部
平原区，穿越了不同的地貌单元，本合同段属平原微丘区。
1.1.2气象条件路线所经区域位于我国东部温暖带亚湿润大陆季风气候区，一年四季分明。
全年平
均气温13.4C,7月份最热平均气温27.3C,1月份最冷，平均气温-2.7C,极端最高气温42.5C（1995年7月24日），极端最低气温-22.7C（1972年2月7日）。
沿线降水受季风影响明显，年平均降水量一般为698mm最小为314m（1968年），
降水量年季变化较大，春季占全年的14%，夏季占66%，秋季占15.6%，冬季占4.4%。
沿线平均初霜期为10月27日，平均终霜期为4月13日，平均无霜期198天，平均湿度为64-66%。
1.1.3地质、地震沿线所经地带在大地构造上位于鲁中山地与华北平原的过渡地带，大地构造属于山
东地带泰山隆起的北麓。
经勘探为黄河泛冲积的新近堆积土，沿线为亚粘土、亚砂土。
地下水埋深较浅。
地震烈度为切度。
自然区划属U5a区。
1.1.4水文特征路线所经地区，地表径流主要受大气降水的控制，雨量充沛，水资源较为丰富，径
流补给主要来源于大气降水。
1.2交通量及路面使用要求
1.2.1交通量
以双轮组单轴载100kN为标准轴载，以BZZ-100表示，累计交通量为13.96X106
轴次/车道
1.2.2路面使用要求
双向四车道高速公路，行车速度为120km/h
1.3主要设计技术指标
1.3.1公路等级
平原微丘区高速公路，双向四车道。
1.3.2路面设计标准
BZZ-100,累计交通量13.96X106轴次/车道
其它技术标准见表1.1。
表1.1路面设计其它标准
路基全宽
设计行车速
行车道宽
中间带
路肩
路面横坡
土路肩
（m
度（km/h）
（m
（m）
（m）
（%
横坡（%
28
120
2X7.5
4.5
2X（3.5+0.75）
2
4
1.4筑路材料来源及供应情况
1.4.1取土场
全线采用集中取土，地点在董家土场。
土质为粉质低液限粘土，经试验检测技术指
标见表1.2o
表1.2土技术指标检测结果
土类
塑性指数Ip（%
有机质含量（%
硫酸盐含量（%
低液限粘土
12.0
0.8
0.1
1.4.2砂石材料
工程南端靠近泰山余脉，岩矿资源较丰富，分布广泛且运距较近集料：
碎石由章灵石料场生产，运距较近。
粗砂：
产地莱芜，运距较远。
矿粉：
历城水泥厂生产。
143石灰
采用济南港沟镇南湖生产的川级钙质生石灰，技术指标符合GB1594要求，试验结
果见表1.3。
表1.3石灰检测结果
类别
CaO（%
MgO（%
CaO+MgQ%
未消化残渣含量（%
生石灰
68.7
2.6
71.3
3.1
消石灰
58.2
2.1
60.3
1.4.4粉煤灰
采用济南黄台火力发电厂生产的硅铝型低钙粉煤灰，质量符合JTJ034-93路面用粉
煤灰技术要求，技术指标见表1.4。
表1.4粉煤灰技术指标检测结果
成分含量（%
烧失量（%
比表面积（cm/g）
堆积密度
3（kg/m）
SiO2
Al2QFe?
Q
CaO
MgO
9.3
3150
785
57.2
10.87.2
3.1
2.0
1.4.5水泥
山东交通水泥厂生产的路港P.O32.5水泥，技术指标见表1.5
表1.5泥技术指标检测结果
标准稠度用水
量（%
细度
（%
安定性
凝结时间（h:
min）
胶砂强度（Mpa）
初凝
终凝
3d抗折
3d抗压
25.6
5.7
合格
6:
01
7：
13
4.8
20.0
1.4.6沥青
美国产埃索AH-70,技术指标见表1.6
表1.6沥青技术指标检测结果
针入度
P25C100g•5s
（0.1mm）
软化点
Tr&b
（C）
延度（cm）
溶解度
薄膜烘箱试验
闪
点C
（三氯
乙烯）
（%
含蜡量
（裂解法）（%
25C
15C
比重
25C
针入
度比
（%
延度（cm）
25C15C
65
46.3
>150
>150
1.035
>230
99.8
2.0
85
>150>150
2路面结构设计
2.1设计的依据及原则
2.1.1设计依据
《公路沥青路面设计规范》JTJ014-97
2.1.2设计原则
我国新建公路沥青路面设计采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性层状体系理论，以设计弯沉值为路面整体刚度的设计指标，以弯拉应力作为路面强度的验算指标。
对沥青混凝土面层和半刚性材料的基层、底基层应进行层底拉应力的验算。
设计使用年限为15年。
（1）路面设计应根据使用要求及气候、水文、土质等自然条件，密切结合当地实践经验，进行路基路面综合设计。
（2）在满足交通量和使用要求的前提下，应遵循因地制宜、合理选材、方便施工、利于养护、节约投资的原则，进行路面设计方案的技术经济比较，选择技术先进、经济合理、安全可靠、有利于机械化、工厂化施工的路面结构方案。
（3）结合当地条件，积极推广成熟的科研成果，对行之有效的新材料、新工艺、新技术应在路面设计方案中积极、慎重的加以运用。
（4）路面设计方案应注意环境保护和施工人员的健康和安全。
2.2设计技术要求
2.2.1公路等级
平原微丘区高速公路，双向四车道
2.2.2其它设计要求
其它设计要求见表1.1
2.3收集或调查交通量，计算累计标准轴次Ne
根据设计材料可知，N=13.96x106轴次/车道。
2.4划分土基类型，确定土基回弹模量。
自然区划属u5a区，查二级自然区划该区土质为粉性土，则临界高度为H=2.4〜2.9m，H2=1.8〜2.3m。
经判断应属中湿类型，则0.90<—<1.05,—取1.0，查规范的Ec=42.5MPa
2.5路面结构层的选择
2.5.1路面等级与类型路面等级、面层类型应与公路等级、交通量相适应。
路面等级、面层类型的选择应根据公路等级与使用要求、设计年限内标准轴载的累积当量轴次、筑路材料和施工机械设备等因素确定。
根据设计要求，公路等级为高速公路，设计年限内一个车道上的累积当量次Ne
=13.96X106次4X106次/车道，所以路面等级应属于高级路面，面层类型应选择沥青混凝土，设计年限为15年。
2.5.2路面结构组合及厚度拟定沥青路面结构层可由面层、基层、底基层、垫层组成。
面层是直接承受车轮荷载反复作用和自然因素影响的结构层，高速公路的面层一般由三层组成。
表面层应根据使用要求设置抗滑耐磨、密实稳定的沥青层；中面层、下面层应根据公路等级、沥青层厚度、气候条件等选择适当的沥青层。
基层是设置在面层之下，并与面层一起将车轮荷载的反复作用传布到底基层、垫层、土基，起主要承重作用的层次。
基层材料的强度指标应有较高的要求。
底基层是设置在基层之下，并与面层、基层一起承受车轮荷载反复作用，起次要承重作用的层次。
底基层材料的强度指标要求可比基层材料略低。
基层、底基层视公路等级或交通量的需要可设置一层或两层。
当基层或底基层较厚需分两层施工时，可分别称为上基层、下基层，或上底基层、下底基层。
垫层是设置在底基层与土基之间的结构层，起排水、隔水、防冻、防污等作用。
对于Ne更大的高速公路，路面面层多为三层结构，上层为密级配的细粒式或中粒式沥青混凝土抗滑表层，中层为密级配的中粒式或粗粒式沥青混凝土，下层为粗粒式沥青混凝土。
当面层厚度较厚时，采用双层或三层结构，下面层采用细粒较少、、空隙率较大的粗级配材料，既可增加高温抗变形能力，防止车辙，又可降低造价。
因此拟定了如下三种路面结构组合及厚度方案：
方案一：
4cm细粒式沥青混凝土
6cm中粒式沥青混凝土
8cm粗粒式沥青混凝土
20cm水泥稳定碎石
20cm石灰粉煤灰碎石
万案一：
4cm细粒式沥青混凝土
5cm中粒式沥青混凝土
7cm粗粒式沥青混凝土
20cm水泥稳定碎石
20cm石灰粉煤灰碎石
万案二：
4cm细粒式沥青混凝土
5cm中粒式沥青混凝土
7cm粗粒式沥青混凝土
20cm石灰粉煤灰碎石
38cm石灰粉煤灰土
2.5.3确定各结构层的设计参数
参考《公路沥青路面设计规范》附录D材料设计参数推荐的材料的抗压回弹模量、劈裂强度值进行设计,设计参数如表2.1于2.2所示。
表2.1沥青混合料设计参数
材料名称
抗压模量（
20C
；MPa
15C
-劈裂强度（MPa
备注
细粒式密级配沥青混凝土
1400
2000
1.4
中粒式密级配沥青混凝土
1200
1800
1.0
粗粒式密级配沥青混凝土
1000
1400
0.8
表2.2基层材料设计参数
材料名称
配合比或规格要求
抗压模量（MPa
劈裂强度（MPa
备注
一灰碎石
8:
17:
75
1400
0.65
水泥碎石
5%-6%
1600
0.5
石灰水泥粉煤灰砂砾
6:
3:
16:
75
1400
0.5
一灰土
10:
30:
60
800
0.25
中、粗砂
90
2.6路面设计弯沉值计算
由公式
Ld=6OON-0.2AAA（2.1）
计算路面设计弯沉值。
高速公路以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构层底拉应力验算。
2.6.1设计弯沉值计算
N为设计年限内一个车道上累积当量轴次，取13.96x106次/车道；
Ac为公路等级系数，高速公路取1.0;
As为面层类型系数，沥青混凝土面层取1.0;
A为基层类型系数，对半刚性基层、底基层总厚度等于或大于20cm时取1.0，
则
Ld=600x（13.96x106）-0.2x1.0x1.0x1.0=22.3（0.01mm）
2.7按设计弯沉值计算路面厚度
2.7.1容许层底拉应力计算
由公式
（TF=（fSp/Ks（2.2）
计算容许拉应力值。
对于沥青混凝土面层：
Ks=0.09Aa•2%（2.3）
Aa为沥青混凝土级配类型系数，细、中粒式沥青混凝土为1.0,粗粒式沥青混凝土为1.1；则
细粒式密级配沥青混凝土：
K.=0.09X1.0X（13.96x106）0.2
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