1、 西 南 交 通 大 學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)某高速公路特殊路段路基路面綜合設(shè)計(jì)年 級(jí):2002級(jí)學(xué) 號(hào):20021036姓 名:梁超賢專 業(yè):土木工程指導(dǎo)老師:邱延峻、艾長(zhǎng)發(fā) 2006 年 6 月 院 系 土木工程學(xué)院 專 業(yè) 土木工程 年 級(jí) 2002級(jí) 姓 名 梁超賢 題 目 某高速公路特殊路段路基路面綜合設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師評(píng) 語(yǔ) 指導(dǎo)教師 (簽章)評(píng) 閱 人評(píng) 語(yǔ) 評(píng) 閱 人 (簽章)成 績(jī) 答辯委員會(huì)主任 (簽章) 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書班 級(jí) 02級(jí)土木6班 學(xué)生姓名 梁超賢 學(xué) 號(hào) 20021036 發(fā)題日期：2006年 4 月 3 日 完成日期： 6月 15日題 目 某高速公路特

2、殊路段路基路面綜合設(shè)計(jì) 1、本論文的目的、意義 根據(jù)教育部指示,畢業(yè)設(shè)計(jì)是高等工科院校本科培養(yǎng)計(jì)劃中最后一個(gè)重要的教學(xué)環(huán)節(jié),目的是使學(xué)生在學(xué)完培養(yǎng)計(jì)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(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)這一環(huán)節(jié),較為集中和專一的培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)和基本技能,分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。和以往的理論教學(xué)不同,畢業(yè)設(shè)計(jì)是要學(xué)生在老師的指導(dǎo)下,獨(dú)立的、系統(tǒng)的完成一個(gè)工程設(shè)計(jì),以期能掌握一個(gè)工程設(shè)計(jì)的全過(guò)程,在鞏固已學(xué)課程的基礎(chǔ)上,學(xué)會(huì)考慮問(wèn)題,分析問(wèn)題和解決問(wèn)題,并可以繼續(xù)學(xué)習(xí)到一些新的專業(yè)知識(shí),有所創(chuàng)新 。 2、學(xué)生應(yīng)完成的任務(wù) 本設(shè)計(jì)要完成的任務(wù)主要包括路基

3、設(shè)計(jì)、路面設(shè)計(jì)和材料設(shè)計(jì)三部分。其中路基設(shè)計(jì)部分是針對(duì)軟土地帶高填方路段進(jìn)行，要求進(jìn)行沉降計(jì)算、地基處治設(shè)計(jì)、軟土路基的穩(wěn)定分析、懸臂式擋土墻的設(shè)計(jì)和坡面防護(hù)設(shè)計(jì)。地基處治設(shè)計(jì)采用真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法，要求說(shuō)明原理并進(jìn)行施工設(shè)計(jì)。路面設(shè)計(jì)部分，要求瀝青混凝土路面和普通混凝土路面各設(shè)計(jì)兩種結(jié)構(gòu)組合，并對(duì)四種路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、使用性能的比較，推薦一種路面結(jié)構(gòu)。并進(jìn)行水泥混凝土路面的傳力桿和拉桿設(shè)計(jì)。材料設(shè)計(jì)部分要求進(jìn)行礦質(zhì)混合料的配合比設(shè)計(jì)和最佳瀝青含量的設(shè)計(jì)。 3、論文各部分內(nèi)容及時(shí)間分配：（共 12 周）第一部分 軟土路基設(shè)計(jì) ( 4周) 第二部分 路面設(shè)計(jì) ( 周) 第三部分 瀝青混合料設(shè)計(jì)

4、( 周)第四部分 畢業(yè)實(shí)習(xí)和文獻(xiàn)翻譯 ( 周) 第五部分 計(jì)算機(jī)應(yīng)用 ( 周)評(píng)閱及答辯 (1 周)備 注 指導(dǎo)教師： 年 月 日審 批 人： 年 月 日摘 要隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)交通建設(shè)和出行舒適度的要求不斷提高，我國(guó)高速公路建設(shè)步伐將不斷加快。特別是進(jìn)入21世紀(jì)，重點(diǎn)加快高速公路建設(shè)，已經(jīng)成為我國(guó)的一項(xiàng)重要的戰(zhàn)略部署。本設(shè)計(jì)為某擬建高速公路一段的路基路面綜合設(shè)計(jì)。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為8m。計(jì)算行車速度為100km/h且交通量增長(zhǎng)較快。根據(jù)設(shè)計(jì)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(biāo)，進(jìn)行方案論證與比選，推薦最優(yōu)方案。在確定

5、最優(yōu)方案后進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：路基設(shè)計(jì),路面設(shè)計(jì)和材料設(shè)計(jì)等。路基設(shè)計(jì)部分主要針對(duì)軟土地帶高填方路段進(jìn)行。經(jīng)過(guò)沉降分析后決定進(jìn)行地基處治，處治方法為真空堆載聯(lián)合預(yù)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(jìn)行了懸臂式擋土墻的設(shè)計(jì)。路面設(shè)計(jì)部分分別進(jìn)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(jì)，并對(duì)它們的經(jīng)濟(jì)性和使用性能進(jìn)行了比較，最終確定為瀝青混凝土路面。瀝青混合料設(shè)計(jì)部分首先提出了瀝青混合料的設(shè)計(jì)要求，然后根據(jù)要求進(jìn)行了兩種礦質(zhì)混合料的配合比設(shè)計(jì)，最后根據(jù)給定的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了最佳瀝青含量的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：軟土地基；真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法；懸臂式擋土墻軟土；水泥混

6、凝土路面；瀝青混凝土路面 AbstractWith the rapid development of economy，the requirement for the traffic construction and driving comfort is continuously improving. The pace of our country's highway construction will keep accelerating. Especially in the 21st century, our country will put much emphasis on the

7、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 soil, which lies between either end of a bridge and the road embankment. The average height fillin

8、gs 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 natural condition and main technical standard, through analysis and comparison of several feasible pla

9、ns, 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 aims at soft soil and high filling. Foundation treatment is decided after the settlement analyse,

10、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 largest high fill is needed.The design of the section of pavement construction includes two aspha

11、lt pavement construction and two Cement concrete pavement construction. Comparing their economy and usefulness, asphalt pavement is finally adopted. The section of asphalt mixture ，This design first requires for the asphalt mixture design, then the design of the two pavement asphalt mixture's ag

12、gregate 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 concrete pavement；asphaltpavement目 錄第1章 緒論11.1 公路路基路面的發(fā)展概況11.2 工程概況51.3 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容6第2章 軟土地基沉

13、降計(jì)算與地基處理72.1 軟土地基的沉降計(jì)算72.1.1 軟土及其特征72.1.2 交通量分析與路基斷面的確定72.1.3 主固結(jié)沉降和總沉降的計(jì)算92.1.4 工后沉降的計(jì)算132.2 地基處治設(shè)計(jì)15 軟土地基處理的目的和意義15 真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法的原理152.2.3 施工設(shè)計(jì)16第3章 懸臂式擋土墻設(shè)計(jì)203.1 土壓力的計(jì)算203.1.1 土壓力計(jì)算理論203.1.2 汽車荷載換算223.2 懸臂擋土墻設(shè)計(jì)233.2.1 墻身構(gòu)造要求243.2.2 墻身截面尺寸的擬定243.3 內(nèi)力計(jì)算273.4 墻身鋼筋混凝土配筋設(shè)計(jì)29設(shè)計(jì)過(guò)程32323.5.2 荷載計(jì)算323.5.3 抗傾覆穩(wěn)

14、定驗(yàn)算343.5.4 抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算343.5.5 地基承載力驗(yàn)算343.5.6 配筋設(shè)計(jì)35第4章 坡面防護(hù)設(shè)計(jì)41概述41防護(hù)類型的選取原則42坡面防護(hù)434.3.1 植物防護(hù)434.3.2 礦料防護(hù)44第5章 路面設(shè)計(jì)485.1 路面設(shè)計(jì)的任務(wù)與內(nèi)容485.2 設(shè)計(jì)資料495.3 瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)495.3.1 設(shè)計(jì)原理495.3.2 電算結(jié)果54 普通水泥混凝土結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)605.4.1 設(shè)計(jì)理論605.4.2 計(jì)算過(guò)程655.5 方案比選695.5.1 經(jīng)濟(jì)性比較695.5.2 使用性能指標(biāo)比較705.5.3 確定最終方案705.6 PCC路面?zhèn)髁U和拉桿設(shè)計(jì)715.6.1 縱縫的

15、設(shè)計(jì)715.6.2 橫縫的設(shè)計(jì)725.6.3 接縫填封材料73第6章 瀝青混合料設(shè)計(jì)74瀝青混合料的設(shè)計(jì)要求746.1.1 高溫穩(wěn)定性746.1.2 低溫抗裂性766.1.3 耐久性776.1.4 抗滑性786.1.5 施工和易性79礦質(zhì)混合料組成設(shè)計(jì)796.3 瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)83數(shù)據(jù)處理中用到的公式說(shuō)明83試件成型85試件物理力學(xué)指標(biāo)的測(cè)定86最佳瀝青用量的確定886.4.1 繪制關(guān)系圖886.4.2 最佳瀝青用量確定90瀝青混合料的性能檢驗(yàn)91總結(jié)92致 謝94參考文獻(xiàn)95附錄1 英語(yǔ)翻譯96附錄2 實(shí)習(xí)報(bào)告108第1章 緒論1.1 公路路基路面的發(fā)展概況中國(guó)是一個(gè)有5000多年文明

16、史的國(guó)家。在這歷史的長(zhǎng)河中，我國(guó)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(guò)輝煌的成就，是我國(guó)古代燦爛文化的一部分。道路交通對(duì)于繁榮經(jīng)濟(jì)和交流文化，對(duì)于維護(hù)民族團(tuán)結(jié)和國(guó)家統(tǒng)一，都作出了巨大貢獻(xiàn)。中國(guó)古代道路和橋梁建筑，在世界上曾處于過(guò)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(guó)已有了車和行車的路。商代(約公元前16世紀(jì)約公元前1066年)開(kāi)始有驛道傳送。西周(公元前1066年公元前771年)開(kāi)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

17、交通網(wǎng)，總里程約有1萬(wàn)2千多公里。西漢時(shí)期(公元前206年公元前23年)設(shè)驛亭3萬(wàn)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(kāi)通，為東西方經(jīng)濟(jì)文化交流作出了貢獻(xiàn)。唐代(公元618907年)是中國(guó)古代經(jīng)濟(jì)和文化的昌盛時(shí)期，建成了以長(zhǎng)安城(今西安)為中心約2萬(wàn)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(guó)曾經(jīng)創(chuàng)造了領(lǐng)先于世的古代道路文化。但是由于長(zhǎng)期的封建制度和近百年帝國(guó)主義列強(qiáng)的侵略和掠奪，束縛了生產(chǎn)力的發(fā)展，中國(guó)公路的興建遲至本世紀(jì)初才開(kāi)始，并且在舊中國(guó)發(fā)展十分緩慢。清末，在原有驛道上修建了一些很簡(jiǎn)陋的公路。1912194

18、9年中華民國(guó)時(shí)期，公路有了初步發(fā)展。全國(guó)先后共修建了13萬(wàn)公里。這些公路大多標(biāo)準(zhǔn)很低，設(shè)施簡(jiǎn)陋，路況很差。到1949年能夠維持通車的僅有8萬(wàn)公里，全國(guó)有1/3的縣不通公路，西藏地區(qū)沒(méi)有一條公路。汽車運(yùn)輸是從1901年由國(guó)外輸入第一輛汽車開(kāi)始的。到1949年汽車保有量約5萬(wàn)輛，且大多數(shù)已破舊不堪，全國(guó)大部分地區(qū)主要還是依靠人力和畜力運(yùn)輸。1949年建國(guó)以來(lái)，我國(guó)進(jìn)入了社會(huì)主義建設(shè)的偉大時(shí)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(guó)公路交通事業(yè)得到了迅速的發(fā)展。特別是1978年以后，國(guó)家執(zhí)行了以經(jīng)濟(jì)建設(shè)為中心的政策，開(kāi)始了建設(shè)有中國(guó)特色的社會(huì)主義的新時(shí)

19、期。公路建設(shè)也開(kāi)創(chuàng)了嶄新的局面。到1998年底，全國(guó)公路通車?yán)锍踢_(dá)到126萬(wàn)公里，其中高速公路總里程為6258萬(wàn)公里，全國(guó)汽車保有量約為1500萬(wàn)輛。公路運(yùn)輸已滲入到經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)生活的各個(gè)方面，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有越來(lái)越重要的地位。自80年代中期開(kāi)始，中國(guó)大陸興建高速公路，十年來(lái)，陸續(xù)投入運(yùn)行的主要高速公路有京石、京津塘、沈大、合寧、濟(jì)青、開(kāi)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、安全、舒適地運(yùn)行提供了良好的條件，標(biāo)志著我國(guó)的公路運(yùn)輸事業(yè)和科學(xué)技術(shù)水平進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)代。路基路面直接承受行

20、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(guó)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(yùn)行。歐洲在公元前3500年，在美索不達(dá)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(jìn)入二十世紀(jì)后，隨著汽車工業(yè)和交通運(yùn)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(xué)科分支。它主要研究公路，城市道路和機(jī)場(chǎng)跑道路基路面的合理結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)方法、材料性能要求以及施工、養(yǎng)護(hù)、維修和管理技術(shù)等。半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)廣大道路工程科技工作者，從我國(guó)實(shí)際和建設(shè)需要出發(fā)，引進(jìn)外國(guó)先進(jìn)技術(shù)，刻苦鉆研、

21、反復(fù)實(shí)踐，在路基路面工程建設(shè)和科學(xué)研究中，取得了許多突破性的系列成果?，F(xiàn)作簡(jiǎn)要介紹：公路自然區(qū)劃。我國(guó)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(jì)、施工、管理時(shí)，有許多共性因素可以相互參照。我國(guó)現(xiàn)行的公路自然區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)分三級(jí)區(qū)劃，一級(jí)區(qū)劃是根據(jù)地理、地貌、氣候、土質(zhì)等因素將我國(guó)劃分為七個(gè)大區(qū)，二級(jí)區(qū)劃以氣候和地形為主導(dǎo)因素，三級(jí)區(qū)劃以行政區(qū)域作為界限。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(guó)依據(jù)土顆粒組成特征、土的塑性指標(biāo)(塑限、液限和塑性指數(shù))、土中有機(jī)質(zhì)存在情況

22、，將公路用土按不同的工程特性劃分為巨粒土、粗粒土、細(xì)粒土和特殊土四大類，并細(xì)分為十一種土。確認(rèn)土的類別需應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的儀器，按統(tǒng)一的規(guī)程進(jìn)行測(cè)試界定。為了在野外勘查中能對(duì)不同土類作鑒別，系統(tǒng)地總結(jié)了“簡(jiǎn)易鑒別、分類和描述”的方法與細(xì)節(jié)。路基強(qiáng)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(qiáng)度和穩(wěn)定性，我國(guó)較早就確定以回彈模量作為評(píng)價(jià)路基強(qiáng)度與穩(wěn)定性的力學(xué)指標(biāo)，并形成了成套的室內(nèi)外試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法與儀器。為了在施工中以物理量指標(biāo)控制工程質(zhì)量從而保證達(dá)到規(guī)定的強(qiáng)度指標(biāo)，廣泛開(kāi)展了不同土種的最佳含水量與最大密實(shí)度相關(guān)關(guān)系的研究，并且統(tǒng)一以重型擊實(shí)試驗(yàn)法作為基本控制標(biāo)準(zhǔn)。為了提高路基的強(qiáng)度與穩(wěn)定性，根據(jù)不同類

23、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(guò)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(yàn)。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(guó)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(zhǎng)時(shí)間內(nèi)路基將處于不穩(wěn)定狀態(tài)。為此廣泛研究了

24、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(yù)壓法；無(wú)機(jī)結(jié)合料深層加固法等。在力學(xué)分析的研究方面，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)跟蹤觀測(cè)與建立預(yù)測(cè)分析模型，來(lái)預(yù)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(kāi)山筑路在我國(guó)有悠久的歷史。但是在最近幾十年中我國(guó)在山區(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(dá)數(shù)十噸，一次爆破可清除巖石數(shù)十萬(wàn)立方米。大爆破以現(xiàn)代爆破理論為基礎(chǔ)，事先進(jìn)行周密的勘測(cè)與調(diào)查，經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)的大爆破不僅能降低造價(jià)，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(jì)要求。瀝青路面結(jié)構(gòu)。60

25、年代初，隨著我國(guó)石油資源的大規(guī)模開(kāi)發(fā)，揭開(kāi)了用國(guó)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(jí)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(kāi)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(guò)70cm的重型瀝青路面結(jié)構(gòu)。通過(guò)長(zhǎng)期的科學(xué)研究形成了適合我國(guó)實(shí)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(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)設(shè)備及方法；瀝青混合料的技術(shù)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)、混合料設(shè)計(jì)技術(shù)、混合料性能檢測(cè)設(shè)備及方法；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(yùn)輸發(fā)展加

26、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(duì)水泥混凝土路面各方面存在的問(wèn)題，開(kāi)展了系統(tǒng)而具有相當(dāng)規(guī)模的科學(xué)研究。從而在我國(guó)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(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)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(jì)方法；接縫構(gòu)造、工作原理以及接縫設(shè)計(jì)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(jì)理論與方法。半個(gè)世紀(jì)來(lái)，中國(guó)道路科技工作者通過(guò)廣泛的調(diào)查研究和理論探索，形成了符合中國(guó)實(shí)際的柔性路面設(shè)計(jì)理論與方法體系，它吸取了世界上各種流派的學(xué)術(shù)思想，以及各個(gè)

27、國(guó)家設(shè)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)。在力學(xué)理論基礎(chǔ)方面，建立了彈性力學(xué)多層結(jié)構(gòu)承受多個(gè)圓形荷載的分析系統(tǒng)及相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序；提出了能控制路面結(jié)構(gòu)主要性能的設(shè)計(jì)指標(biāo)體系；形成了符合我國(guó)當(dāng)前交通狀況的荷載模式及交通分析方法；形成了完整的設(shè)計(jì)參數(shù)指標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)試儀器與方法；建立了切實(shí)可行的設(shè)計(jì)計(jì)算方法系統(tǒng)。近年來(lái)，在路面功能設(shè)計(jì)、可靠度設(shè)計(jì)等方面的研究取得了明顯的進(jìn)展，將不斷地充實(shí)到現(xiàn)有的系統(tǒng)中去。剛性路面設(shè)計(jì)理論與方法。70年代起，我國(guó)道路科技工作者對(duì)剛性路面設(shè)計(jì)進(jìn)行較系統(tǒng)而具有相當(dāng)規(guī)模的研究。在力學(xué)基礎(chǔ)理論方面，運(yùn)用解析法及有限元法建立了彈性力學(xué)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(jì)算方法與計(jì)算機(jī)程序

28、；建立了以彈性力學(xué)為基礎(chǔ)，以混凝土彎拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)控制指標(biāo)，綜合考慮荷載應(yīng)力與溫度應(yīng)力作用的設(shè)計(jì)體系與方法；研究并建立了地基支承、疲勞效應(yīng)、動(dòng)力效應(yīng)等一整套設(shè)計(jì)參數(shù)的取值與測(cè)試方法；對(duì)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(fù)合結(jié)構(gòu)混凝土路面等新型路面結(jié)構(gòu)開(kāi)展系統(tǒng)研究并取得一批實(shí)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(wú)機(jī)結(jié)合料修筑半剛性路面始于60年代初，三十多年間，對(duì)半剛性路面的強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律、強(qiáng)度機(jī)理、路用性質(zhì)等進(jìn)行了廣泛的研究。由于這種路面結(jié)構(gòu)具有很多優(yōu)勢(shì)，目前已廣泛用于高等級(jí)公路與城市道路，成為一種主要的結(jié)構(gòu)型式。目前對(duì)它的長(zhǎng)期使用性能和變形規(guī)律等問(wèn)題正在作

29、深入的研究，此外對(duì)于面層結(jié)構(gòu)的半剛性技術(shù)途徑也正在研究之中。路面使用性能與表面特性。路面的平整度、破損程度、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(guó)已對(duì)這些性能對(duì)行車的影響；這些性能與路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料、施工的關(guān)系；量測(cè)手段與量測(cè)方法；評(píng)價(jià)的指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)；在車輛的反復(fù)作用下性能的衰減及恢復(fù)等開(kāi)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(hù)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(hù)，形成路面管理系統(tǒng)是80年代后的新動(dòng)向。十多年來(lái)，我國(guó)在路面性能的非破損快速跟蹤檢測(cè)，路面性能預(yù)估模型的建立，路面管理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建立以及項(xiàng)目級(jí)和路網(wǎng)級(jí)優(yōu)化管理決策等方面取得了系列研究成果。綜上所述，

30、路基路面工程作為一個(gè)學(xué)科分支，在我國(guó)隨著交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，正在以較快的速度逐步接近國(guó)外同類學(xué)科的前沿。進(jìn)入21世紀(jì)，交通運(yùn)輸不論是在中國(guó)，還是在其它發(fā)達(dá)國(guó)家，仍然是一個(gè)重要的科技領(lǐng)域。我國(guó)道路科技工作者將會(huì)從中國(guó)的實(shí)際出發(fā)，不斷吸取交叉學(xué)科的新成就以及世界各國(guó)的有用經(jīng)驗(yàn)，全面推動(dòng)路基路面工程學(xué)科的發(fā)展，為我國(guó)交通運(yùn)輸現(xiàn)代化做出貢獻(xiàn)。根據(jù)當(dāng)前路基路面工程科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于以下幾方面學(xué)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(jì)算行車速度為100km/h。預(yù)計(jì)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(yù)計(jì)交通量年增

31、長(zhǎng)率為15%，路基填土為粘質(zhì)土填料的內(nèi)摩擦角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，路基填土高度8m。公路的一段位于海濱，上層主要由第四紀(jì)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(jiān)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(jìn)行擋土墻設(shè)計(jì)。已知地基承載力設(shè)計(jì)值=350kPa，填土的容重18 kN/，活載按汽車超20級(jí)設(shè)計(jì)。墻背填料采用非膨脹土填筑，墻后土壓力不考慮浸水作用。1.3 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 本設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括路基設(shè)計(jì)、路面設(shè)計(jì)和材料設(shè)計(jì)三部分。其中路基設(shè)計(jì)部分

32、是針對(duì)軟土地帶高填方路段進(jìn)行，要求進(jìn)行沉降計(jì)算、地基處治設(shè)計(jì)、穩(wěn)定分析、擋土墻設(shè)計(jì)和坡面防護(hù)設(shè)計(jì)。地基處治設(shè)計(jì)采用真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法，要求說(shuō)明原理并進(jìn)行施工設(shè)計(jì)。路面設(shè)計(jì)部分，瀝青路面和普通混凝土路面各設(shè)計(jì)兩種結(jié)構(gòu)組合，并對(duì)四種路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、使用性能指標(biāo)的比較，推薦一種路面結(jié)構(gòu)。水泥混凝土路面要進(jìn)行傳力桿和拉桿設(shè)計(jì)。材料設(shè)計(jì)是指瀝青混合料的設(shè)計(jì)，提出瀝青混合料設(shè)計(jì)要求，根據(jù)篩分結(jié)果進(jìn)行推薦級(jí)配的設(shè)計(jì)，根據(jù)瀝青混合料試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行最佳瀝青含量設(shè)計(jì)。第2章 軟土地基沉降計(jì)算與地基處理2.1 軟土地基的沉降計(jì)算 在軟粘土地基上修筑交通工程，除了要滿足地基穩(wěn)定性外，更重要的是要選取合理的沉降估算方法

33、和相關(guān)的計(jì)算參數(shù)，采取可靠措施減少沉降。高速公路對(duì)路基填筑完成后的沉降量要求比較嚴(yán)格，地基的壓縮變形計(jì)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(wèn)題之一。2 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(qiáng)度低的細(xì)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(qiáng)度、高壓縮性、低透水性和中等靈敏度特點(diǎn)。（2）具有一定的結(jié)構(gòu)性。結(jié)構(gòu)性的形成隨土的礦物成分、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

34、地表部分風(fēng)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(qiáng)度、較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)性。2 交通量分析與路基斷面的確定2.1 交通分析初步確定此高速公路預(yù)測(cè)年限為20年，設(shè)計(jì)車速為100 km/h，預(yù)期交通量年平均增長(zhǎng)率為R=15。預(yù)計(jì)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車型前軸重kN前軸數(shù)前軸輪組數(shù)后軸重KN后軸數(shù)后軸輪組數(shù)后軸軸距交通量輛/日黃河JN1621單1雙-410日野KF300D1單2×2雙<3m400長(zhǎng)征CZ3611單3×3雙>3m410小轎車101單201單-5000 各種汽車折合成小客車的年平均日交通量的計(jì)算。年平

35、均日交通輛用20年的的平均值。計(jì)算公式如下： （21）式中 N年各種汽車折合成小客車的年平均日交通量； R設(shè)計(jì)年限內(nèi)交通量的年平均增長(zhǎng)率；設(shè)計(jì)年限；初始年的日平均交通量 N1的計(jì)算過(guò)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車型初始交通量輛/日折算系數(shù)折合成小客車輛/日黃河JN162410820日野KF300D4003.01200長(zhǎng)征CZ3614103.01230小轎車50005000合計(jì)N1=8250由公式（11）可知道各種汽車折合成小客車的年平均日交通量：NN=42258 輛/日2.2 路基斷面的確定 由上一節(jié)的計(jì)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

36、輛/日，根據(jù)公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（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。圖2-1 路基橫斷面示意圖路基寬度的確定： 車道寬度取 中間帶寬度取 2m路緣帶寬度取 硬路肩寬度取 3m土路肩寬度取 由公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可得路基寬度為他們的和：路基寬度=4××2+3××2=26m2 主固結(jié)沉降和總沉降的計(jì)算2.1 主固結(jié)沉降的計(jì)算 （1）已知資料路堤的沉降中，主固結(jié)沉降占主導(dǎo)地位，采用一維應(yīng)力狀態(tài)下的分

37、層總和法計(jì)算。具體的計(jì)算方法有三種：1、按e-p曲線計(jì)算；2、用壓縮模量計(jì)算；3、考慮前期固結(jié)壓力計(jì)算沉降。本設(shè)計(jì)采用壓縮模量計(jì)算主固結(jié)沉降。路基填土為粘質(zhì)土，填料的內(nèi)摩擦角，粘聚力 C=20 kN/m2，容重=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(jì)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(jiān)硬巖石。其各層土的物理力學(xué)指標(biāo)如表 2-3所示。表2-3 各層土的物理力學(xué)指標(biāo)土名天然含水量（）密度（）初始空隙比壓縮系數(shù)（1/Mp）直接快剪固結(jié)系數(shù)固結(jié)快剪粘聚力kN/固結(jié)快剪摩擦角QKN/粘土

38、（硬殼層）-淤泥質(zhì)粘土粘土-（2）壓縮層厚度的確定根據(jù)公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范(JTJ 017-96)中 414的有關(guān)規(guī)定，對(duì)用于計(jì)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。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 附加應(yīng)力的計(jì)算：路基填土的容重r=18 kN/，路基高度H=8m；所以路基頂面處的應(yīng)力p=18×8=144 kPa；由路基橫斷面的尺寸并查土力學(xué)帶狀均布荷載和帶狀三角形分布

39、荷載的應(yīng)力系數(shù)（應(yīng)力系數(shù)的查表說(shuō)明如圖2-2得：所以 xb(a)帶狀均布荷載（b）三角形均布荷載PbPzxzxzxz圖2-2 附加應(yīng)力查表說(shuō)明由上面的計(jì)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(jiān)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(jì)算主固結(jié)沉降壓縮模量的計(jì)算公式如下： （22）式中 軟土的初始空隙比； 軟土的壓縮系數(shù)； 分層總和法計(jì)算主固結(jié)沉降的公式如下： （23）式中 主固結(jié)沉降； 地基中個(gè)分層中點(diǎn)處附加應(yīng)力增量；第i分層的壓縮模量；第i 分層的厚度； 主固結(jié)沉降的計(jì)算過(guò)程如表2-4，分層時(shí)不同土層單獨(dú)分層，同一土層中分層厚

40、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(jiàn)圖2-3。路 基粘土1m淤泥質(zhì)粘土11m粘土3m2m2m2m2m2m3m2m1m圖2-3 軟土路基分層情況表2-4 主固結(jié)沉降計(jì)算分層號(hào)分層中點(diǎn)處的附加應(yīng)力（kPa） 壓縮摸量（MPa）分層厚度（m）主固結(jié)沉降（mm）11223242526372合計(jì)2.2 總沉降的計(jì)算地基總沉降采用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)和主固結(jié)沉降計(jì)算： （24）式中 地基總沉降； 沉降系數(shù)，與地基條件、荷載強(qiáng)度、加載速率等因素有關(guān)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)沉降觀測(cè)資料確定，也可采用公式(25)確定。 （25） 式中 地基處理類型系數(shù)，地基用塑料排水板處理時(shí)取

41、0.951.1，用粉體攪拌樁，一般預(yù)壓時(shí)取； 路基高度； 填土速率修正系數(shù)，填土速率在； 地質(zhì)因素修正系數(shù)，滿足軟土層不排水抗剪強(qiáng)度小于25kPa、軟土層的厚度大于6m、硬殼層厚度小于；由已知資料并由公式（25）可計(jì)算沉降系數(shù)如下：所以總沉降： =1400 mm m2 工后沉降的計(jì)算2.1 固結(jié)度的計(jì)算（1）計(jì)算公式根據(jù)公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)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(shí)，只需計(jì)算豎直向固結(jié)度。豎直向固結(jié)條件下，地基平均固結(jié)度按以下公式計(jì)算： （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；、分別按公式（27）、（28）計(jì)算； （27） （28）式中

42、（29）其中 豎向固結(jié)系數(shù)； 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度的一半； 瞬時(shí)加荷固結(jié)過(guò)程歷時(shí)；（2）完工時(shí)固結(jié)度的計(jì)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。排水面處的附加應(yīng)力： =143.83 kPa非排水面處的附加應(yīng)力： kPa故： 時(shí)間因數(shù)由公式（29）可得： 由公式（27）、公式（28）可分別計(jì)算U0、U1=故： （3）設(shè)計(jì)年限末固結(jié)度的計(jì)算時(shí)間因數(shù)： 故： （4）工后沉降根據(jù)公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范(JTJ 017-96)，高速公路橋臺(tái)與路堤相鄰處工后沉降應(yīng)小于等于，否則應(yīng)進(jìn)行地基處治設(shè)計(jì)。故此處應(yīng)進(jìn)行地基處治設(shè)計(jì)。2.2 地基處

43、治設(shè)計(jì)軟土地基處理的目的和意義 在軟土地基上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(shí)，需對(duì)軟土地基進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚栽黾悠浞€(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(diǎn)，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(yù)壓、豎向排水和擠實(shí)沙樁等方法；后者則可采用擠實(shí)沙樁、石灰樁、換填土等方法。（2） 穩(wěn)定處理。可采用換填土、反壓護(hù)道、擠實(shí)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(jìn)軟土層強(qiáng)度的增長(zhǎng)。真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法的原

44、理 真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法是真空預(yù)壓和堆載預(yù)壓兩種方法的組合，其基本作法見(jiàn) 圖2-4。其具體作法是先按真空預(yù)壓的工藝要求，鋪膜、埋管、挖溝，然后進(jìn)行抽氣。當(dāng)膜下真空度穩(wěn)定后，即可按堆載預(yù)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(hù)措施。 圖2-4 真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法示意圖真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法的實(shí)質(zhì)為在同一時(shí)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(jìn)土體固結(jié)強(qiáng)度增長(zhǎng)。設(shè)土體原來(lái)承受一個(gè)大氣壓Pa ,真空預(yù)壓時(shí)，通過(guò)抽氣，膜下形成真空，該真空度換算成等效壓力-P0 ,使砂墊層和砂井中的壓力減少至Pv(PV=Pa-P0),在壓力差Pa-Pv作用下，土

45、體中的水流向砂井。堆載預(yù)壓時(shí)，通過(guò)壓載，土體中的壓力增高至PP ,在壓力差PP-Pa作用下，土體中的水流向砂井，故在真空堆載聯(lián)合作用時(shí)，二者壓力差為PP-Pv 。由于壓力差增大，加速了土體中水的排出，增大了土體的壓密率，使土體的強(qiáng)度進(jìn)一步提高，沉降進(jìn)一步消除。 施工設(shè)計(jì) 本方案采用間距為、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(fù)壓和路堤本身的荷載作為預(yù)壓和超載預(yù)壓的荷載。.1 加載計(jì)劃本工程計(jì)劃荷載為：砂墊層50cm（相當(dāng)于8 kPa的荷載），真空負(fù)壓85kPa，這是一個(gè)很大的超載量，在這么大的超載作用下，路堤

46、填土高度無(wú)需填到設(shè)計(jì)高度，也能達(dá)到很好的預(yù)壓效果。根據(jù)預(yù)計(jì)完成的沉降量，堆載荷載用5m的路基填土（相當(dāng)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(jí)進(jìn)行，計(jì)劃在真空度穩(wěn)定在-85 kPa、15天后進(jìn)行加載施工。堆載分為四級(jí)進(jìn)行，分別為2m，每加一級(jí)的加載時(shí)間為5天，預(yù)壓間歇時(shí)間為10天。為了保護(hù)真空薄膜不致破壞，第一級(jí)加載前在真空預(yù)壓薄膜上鋪設(shè)一層抗拉強(qiáng)度為40kN/m的土工布。.2 固結(jié)度和沉降計(jì)算 （1）固結(jié)度的計(jì)算：公式說(shuō)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(yù)壓的加固機(jī)理進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)修正。 （210） （211） （212） （213）式中 當(dāng)t<30天且P<100 kPa時(shí)，=1.1；當(dāng)120天>t>30天且P100 kPa時(shí)，=1.1-0.2(t-30)/90；當(dāng)t120天且P>100 kPa是，=0.9；