道路工程毕业设计终极版doc.docx
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道路工程毕业设计终极版doc
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T653B
29.3
48
1
双轮组
-
305
黄河JN163
58.6
114.O
1
双轮组
-
550
江淮HF150
45.1
101.5
1
双轮组
-
250
东风CS938
24
70
2
双轮组
>3
650
红岩CQ261
70.1
87.3
2
单轮组
<3
150
设计年限为15年
年平均增长率8%
标准轴载及轴载换算
路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载
以BZZ-100表示
标准轴载的计算参数按下表确定
表1.2.2标准轴载计算参数
标准轴载
BZZ-100
标准轴载
BZZ-100
标准轴载P（KN）
100
单轮传压面当量圆直径d（cm）
21.30
轮胎接地压强p（MPa）
0.70
两轮中心距（cm）
1.5d
（1）以设计弯沉值为指标验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次
凡轴载大于25KN的各级轴载（包括车辆的前后轴）P1的作用次数
均应按公式换算成标准轴载P的当量作用次数N
轴载换算采用如下的计算公式：
（1.2.1）
式中：
N-标准轴载当量轴次
次/日
ni-被换算车辆的各级轴载作用次数
次/日
P-标准轴载
KN
Pi-被换算车辆的各级轴载
KN
K-被换算车辆的类型数
C1-轴载系数
C2-轮组系数
单轮组为6.4
双轮组为1
四轮组为0.38
当轴间距离大于3m时
按单独的一个轴载计算
此时轴数系数为m；当轴间距离小于3m时
按双轴或多轴计算
轴数系数按公式C1=1+1.2（m-1）
m-轴数
计算结果如表1.2.3表所示：
表1.2.3轴载换算结果表（弯沉）
车型
三菱T635B
前轴
29.3
1
6.4
305
9.4
后轴
48
1
1
305
12.5
黄河JN163
前轴
58.6
1
6.4
550
344.2
后轴
114
1
1
550
972.5
江淮HF150
前轴
45.1
1
6.4
250
50.1
后轴
101.5
1
1
250
266.7
东风CS938
后轴
70
2
1
650
275.5
红岩CQ261
前轴
70.1
1
6.4
150
204.7
后轴
87.3
2.2
1
150
182.7
累计
2327
累计当量轴次
根据设计规范
一级公路沥青路面的设计年限取15年
六车道的车道系数是0.3～0.4取0.35
=8071625次＞400万次/车道
（2）当进行半刚性基层层底拉应力验算时
凡轴载大于50KN的且单轴轴载小于130KN的各级轴载（包括车辆的前后轴）的作用次数
均应按公式换算成标准轴载P的当量作用次数N＇
轴载换算采用如下公式
（1.2.2）
式中：
C1---轴数系数
C2---轮组系数
单轮组为18.5
双轮组为1.0
四轮组为0.09
当轴间距小于3m时
双轴或多轴的轴系数按下式计算C1=1+2（m-1）
表1.2.4轴载换算结果表（层底拉应力）
车型
Pi/KN
*′
*′
ni
黄河JN163B
前轴
58.6
1
18.5
550
141.5
后轴
114
1
1
550
1568.9
江淮HF150
后轴
101.5
1
1
250
281.6
东风CS938
后轴
70
2
1
650
74.9
红岩CQ291
前轴
70.1
1
18.5
150
161.8
后轴
87.3
3
1
150
151.8
累计
2390
累计当量轴次
根据设计规范
一级公路沥青路面的设计年限取15年
六车道的车道系数是0.3～0.4取0.35
=8290152次＞400万次/车道
所以：
公路等级为一级公路
1.3主要的设计指标
（1）等级：
一级公路﹑双向六车道
（2）路基全宽:
32米
（3）设计车速：
100公里／小时
（4）机动车道宽：
3×3.75m行车道+1m中央分隔+3×3.75m行车道
（5）路肩：
2×（3+0.75）米
（6）路面横坡：
2%
（7）土路肩横坡：
4%
（8）路面设计标准：
BZZ-100累计交通量轴次8071625轴次∕车道
1.4筑路材料来源及供应情况
（1）取土场：
全线采用集中取土
地点在郭店
土质为粉质低液限土
（2）砂石材料：
工程靠近泰山山脉
岩矿资源丰富
砂料：
莱芜粗砂较好
运距较远
（3）矿粉：
历城水泥厂生产
（4）石灰：
采用济南港沟镇南湖石灰场生产的Ⅲ级钙质石灰
技术指标符合GB1594要
求
（5）粉煤灰：
采用济南黄台火力发电场生产的硅铝型低钙粉煤灰
结果符合JTJ034
-93《公路路面基层施工技术规范》路面用粉煤灰技术要求
（6）水泥：
采用山水水泥厂生产的水泥
（7）沥青：
韩国双龙AH-70沥青
质量符合JTJ052-93标准的要求
（8）其他：
钢材﹑木材等
采用济南建材市场
2路面结构设计
2.1设计的依据及原则：
2.1.1设计的依据
《公路沥青路面设计规范》JTJ014-2006
2.1.2设计的原则
a路面设计应依据使用要求及气候、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
b在满足交通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、工业化、工厂化施工的路面结构方案
c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
d路面设计方案应注意环境保护和施工人员的健康和安全
e为提高路面工厂化质量
应推行机械化施工
对高速公路应采用大型高效的成套机械设备施工
以确保工厂质量
f高速公路、一级公路路面不宜分期修建
2.2设计技术要求
为了给汽车运输提高安全、快速、舒适的行车条件
沥青路面应具有坚实、平整、抗滑、耐久的品质
同时还应具有高温抗车辙、低温抗开裂、抗水损害以及防止雨水渗入基层的功能
基层、底基层应具有足够的强度和稳定性
在水冰冻地区应具有一定的抗冻性
高级路面下的半刚性基层应具有较小的收缩变形和较强的抗冲刷能力
高速公路、一级公路路面应具有良好的抗滑性能
其抗滑性能应符合《公路沥青路面设计规范》的要求
在设计高速公路、一级公路的理清表面层时
应选用抗滑耐磨石料
其磨光值应大于42
高速公路、一级公路的表面层应根据各地气候条件、石料质量、交通量等因素
综合考虑沥青面层的抗滑、密水、耐久、抗开裂、抗车辙等技术要求
选择适当的级配类型和表面层厚度
一般表面层厚度不宜小于4.0cm
高速公路、一级公路宜在竣工后第一个夏季采用摩擦系数测定车
以（50±1）Km/h的车速测定横向应力系数
路面宏观构造深度
应在竣工后的第一个夏季用铺沙法或激光构造深度仪测定
沥青混凝土、沥青碎石的压实度当以马歇尔试验密度为标准密度
对高速公路、一级公路压实度应达到95%
其他等级公路应达到94%
当以试验段的密度为标准密度时
均应达到98%的压实度
2.3划分土基类型
确定土基回弹模量
应根据土类和气候区以及拟定的路基的平均稠度
采用重型击实标准来确定土基回弹模量
查表法估计路基回弹模量设计值
应按以下步骤进行
（1）确定临界高度
临界高度指在不利季节
路基分别处于干燥、中湿或潮湿状态时
路床表面距地下水位或地表积水水位的最小高度
可根据土质、气候条件按当地经验确定
当缺乏实际资料时
中湿、潮湿状态的路基临界高度（H1、H2、H3）可参考《公路沥青路面设计规范》JTJ014-2006附录E表E1选用
（2）拟定土的平均稠度
在新建公路的初步设计中
因无法实测求得土的平均稠度
可根据当地经验或路基临界高度
判断各路段路基的干湿类型
论证得到各路段土的平均稠度wc值
（3）预测土基回弹模量
根据土类和气候区以及拟定的路基土的平均稠度
可参考附录E估计土基回弹模量设计值
当采用重型击实标准时
土基回弹模量设计值可较表列数值提高20%-35%
山东济南处于II5a区
土质为粘质土
处于中湿状态
查JTJ014-2006得稠度为1.10＞Wc≥0.95取Wc=9.5时查附近区
采用内插法得稠度为35.25
故采用内插法
E0=1/2×（32.0+35.25）=33.625MPa
一级公路采用重型击实标准Eo可适当提高15%-30%
Eo=33.625×（1+20%）=40.35MPa
2.4路面结构层的选择
2.4.1路面等级与类型
路面结构层可由面层、基层、底基层、垫层等多层结构组成
1.面层是直接承受车轮荷载反复作用和各种自然因素影响
并将荷载传递到基层以下的结构层
因此
它应满足表面功能性和结构性的使用要求
面层可为单层、双层或三层
双层结构称为表面层、下面层；若采用三层结构称为表面层、中面层、下面层
表面层应具有平整密实、抗滑耐磨、稳定耐久的服务功能
同时应具有高温抗车辙、抗低温开裂、抗老化等品质
旧路面可加设磨耗层以改善表面服务功能
中、下面层应密实、基本不透水
并具有高温抗车辙、抗剪切、抗疲劳的力学性能
2.基层是主要承重层
应具有稳定、耐久、较高的承载能力
基层可为单层或双层
双层称为上、下基层
无论是沥青混合料或粒料类基层
还是半刚性基层、刚性基层
均要求具有相对较高的物理力学性能指标
3.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的次要承重层
因此
对底基层材料的技术指标要求可比基层材料略低
底基层也可分为上、下底基层
4.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、防污及减少层间模量比、降低半刚性底基层拉应力的作用
以上是路面结构层的基本组成
各级公路应根据具体情况设置必要的结构层
但是
对三、四级公路最少也不得低于两层
即面层和基层
路面等级、面层类型选择应根据公路等级与使用要求、设计年限内累积当量轴次、筑路材料和施工机械设备等因素确定
设计年限内标准轴载的累积当量轴次为8071625轴次/车道＞400万次／车道
查《公路沥青路面设计规范》JTJ014-2006中路面类型的选择可知该设计公路等级为一级公路
路面等级为高级路面
面层类型为沥青混凝土
《公路沥青路面设计规范》JTJ014-2006中路面类型的选择见下表
表2.4.1-1路面类型的选择
公路等级
路面等级
面层类型
设计年
限（年）
设计年限内的累计标准次
万次/一车道
高速公路
一级公路
高级路面
沥青混凝土
15
>400
二级公路
高级路面
沥青混凝土
12
>200
次高级路面
热拌沥青碎石混合料
沥青贯入式
10
100-200
三级公路
次高级路面
热拌沥青碎石混合料
沥青表面处治
8
10-100
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
粒料改善土
5
2.4.2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8.07×106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》JTG014-2006规定：
选择沥青面层类型适应至少一层Ⅰ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Ⅰ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8.07×106轴次/车道>4.0×106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、中面层为5cm、下面层为7cm
基层推荐为20-30cm
方案Ⅰ选用36cm方案Ⅱ选用34cm
故初拟两种设计方案：
方案Ⅰ：
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Ⅱ：
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
沥青针入度
抗压回弹模量（MPa）
劈裂强度
15℃（MPa）
20℃
15℃
细粒式密级配沥青混凝土
≤90
1200-1600
1800-2200
1.2-1.6
中粒式密级配沥青混凝土
≤90
1000-1400
1600-2000
0.8-1.2
中粒式密级配沥青混凝土
≤90
800-1200
1200-1600
0.6-1.0
粗粒式密级配沥青混凝土
≤90
800-1200
1200-1600
0.6-1.0
沥青碎石混合料
≤90
600-800
-
-
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
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
4
1400
1800
1.4
中粒式沥青混凝土
5
1200
1600
1.0
粗粒式沥青混凝土
7
1000
1200
0.8
水泥稳定碎石
36
1400
1400
0.5
石灰土
？
650
650
0.25
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
4
1400
1800
1.4
中粒式沥青混凝土
5
1200
1600
1.0
粗粒式沥青混凝土
7
1000
1200
0.8
二灰稳定碎石
34
1400
1400
0.6
二灰土
？
650
650
0.25
2.5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=8.07×106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×（8.07×106）-0.2×1.0×1.0×1.0=24.9（0.01mm）
2.6按设计弯沉值计算路面厚度
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：
σmax≤σR=σsp/Ks（2.7.1-1）
式中：
σR--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
Σsp--结构层材料的极限抗拉强度
我国公路沥青路面设计规范采用极限劈裂强度
σsp--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=0.09Aa×Ne0.22/Ac（2.7.1-2）
b.对于无机结合料稳定集料类：
Ks=0.
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