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1、 广南高速公路K3+600-K4+600路基路面综合设计 院 系 土木工程系 专 业 道路工程 年 级 2005 姓 名 成守勇 题 目 广南高速公路K3+600K4+600路基路面综合设计 指导教师评 语 指导教师 (签章)评 阅 人评 语 评 阅 人 (签章)成 绩 答辩委员会主任 (签章) 年 月 日毕业设计任务书班 级 05道路二班 学生姓名 成守勇 学 号 20057051 发题日期：2009年 1 月 13 日 完成日期：2009年 6 月 20 日题 目 广南高速公路K3+600K4+600路基路面综合设计 1、本论文的目的、意义 毕业设计是大学本科学习的最后一个重要环节。做好毕
2、业设计可使大学所学基础理论和专业技术知识得到一个系统的梳理，并将其巩固、延伸和拓展。通过高速公路路基路面综合毕业设计，可以提高分析问题和将理论应用于工程实际解决问题的能力；培养严谨、求实的科学作风；培养团队工作的能力。同时可以掌握公路路基路面设计的一些基本原理；对公路设计中所涉及的问题（如软土地基的处理、边坡稳定分析、挡土墙的设计和验算等）有一个初步的认识；掌握沥青路面和水泥路面的厚度设计方法；学会用马歇尔试验方法确定沥青混合料的最佳沥青用量；通过阅读外文资料，了解目前沥青路面设计的发展概况，提高自己的英文阅读和翻译能力。为即将进入交通土建施工和设计单位的学生能更好的适应新工作打下基础，为进一
3、步进入高校深造的同学做好准备。 2、学生应完成的任务 资料查阅，根据任务书提供的初始资料进行交通分析，进行沥青路面和水泥混凝土路面设计，对这两类路面分别设计三种不同的路面结构，并计算路面厚度。根据集料的筛分结果和沥青混合料的马歇尔试验结果进行矿料级配设计和最佳沥青用量的设计。对于沥青路面和水泥混凝土路面，要进行从基层到面层的施工工艺设计，并提出施工质量控制措施。对软土地基，采用一种软土地基的处理方法进行处治设计。对路基边坡，进行稳定验算，并加设挡土墙加固路堤。对路基边坡还要进行坡面防护设计。参加毕业实习，提交实习报告，作一定量的文献翻译。利用Autocad绘图，并用Word进行文档整理。 3、
4、论文各部分内容及时间分配：（共 17 周）第一部分 路面设计 （1周）第二部分 材料设计 （2.5周）第三部分 路基横断面设计 （2周）第四部分 挡土墙设计 （2.5周）第五部分 软土地基处治设计 （2周）第六部分 毕业实习 （1.5周）第七部分 文献翻译 （1.5周）第八部分 计算机绘图 （2周）第九部分 文档整理 （1周）评阅及答辩 （1周）备 注 设计必须遵循现行的道路设计标准、规范、规程和技术指南，禁止采用已经废止的。 指导教师： 2009年 月 日审 批 人： 2009年 月 日 摘 要本设计是广南高速公路K3+600K4+600段路基路面综合设计，该高速公路段设计行车速度80km/
5、h,双向四车道，路基宽度宽24.5m。预计交通量年平均增长率13%，路基填土平均高度8m，填料为粘质土，在高填方路段分布有淤泥质软土。本设计主要包括路面设计、材料设计、挡土墙设计和软基处治设计四个部分。首先对该段道路进行路面设计，设计包括沥青路面设计和水泥混凝土路面设计。其中沥青路面设计有三种结构组合，分别是柔性基层沥青路面、半刚性基层沥青路面、组合式基层沥青路面。水泥混凝土路面也有3种结构组合，分别是普通混凝土路面、复合式混凝土路面、连续配筋混凝土路面。分别对各种路面进行性能技术经济比较，各推荐一种路面。其次根据路面设计中用到的材料进行材料设计，以及简单的施工说明。这部分设计包括沥青混合料设
6、计、路面水泥混凝土设计、基层垫层材料设计。其中沥青混合料设计包含矿料级配设计和最佳沥青含量设计，对路面水泥混凝土和基层垫层材料进行配合比设计。接下来根据路基平面图和纵断面图进行路基横断面设计，设计包括排水设计和路堤路堑边坡设计，计算出路基土石方表。针对高填方路基进行挡土墙设计，本路段挡土墙采用加筋挡土挡墙，对于挡墙施工有简单说明。最后对填方路基下的软土路基进行处理。由于该软土力学性质极差土层较厚，换填不经济，单纯排水加固难以满足要求，采用CFG桩处理软弱路基。该部分设计包括CFG桩承载力计算、总沉降计算，以及施工说明。本设计中路面设计、软土路基设计均有方案比选，本文阐明了本设计的方法依据和设计
7、步骤，可作为其它路段设计参考。关键词：沥青混凝土路面；水泥混凝土路面；最佳沥青含量；加筋挡土墙； CFG桩AbstractThis design is the Pavement and Subgrade Design of Guang-Nan Expressway from K3+600 to K4+600. The design of highway traffic speeds above 80km / h, two-way four-lane, the width of the roadbed is 24.5m. Traffic volume is expected to average
8、 annual growth rate of 13%, the subgrade filling is clay, the fillings average height is 8m, in the high fill sections of distribution of soft clay mud. This design includes four main parts of pavement design, materials design, retaining wall design and the design of soft ground treatment. First of
9、all, the section of the road for pavement design, it is includes the design of asphalt pavement and cement concrete pavement design. Asphalt pavement design in which there are three structures, respectively named the flexible asphalt pavement, semi-rigid asphalt pavement, asphalt pavement combined.
10、Cement concrete pavement also have three kinds of structures, respectively named ordinary concrete pavement, concrete pavement com- posite, continuously reinforced concrete pavement. Then the comparison between the three road structures was done based on the technical and economic, and the best one
11、was recommended. Followed by the road design in accordance with the materials used in the design, as well as simple of the construction shows, this part of the design including the asphalt mixture design, the design of cement concrete pavement, grass-roots design of cushion material. Asphalt mixture
12、 design which includes the design of mineral aggregate gradation and asphalt content of the best design, the other two parts of the mix design. Then according to the roadbed plan and vertical section roadbed to design the roadbed maps ross-sectional design, it is including drainage design and embank
13、ment slope design and calculate the earth embankment table. For the high fill subgrade to design of the retaining walls, in this section of retaining walls used by reinforced earth retaining wall, for the retaining wall construction it has a simple description. Finally, processing the soft soil subg
14、rade which under the roadbed fill. Because of the very poor mechanical properties of soft soil layers are thick, not-for-fill in the economy, simply can not meet the requirements of strengthening the drainage, so use the CFG pile to deal with weak subgrade. This part of the design includes some of C
15、FG pile, with the total settlement calculations, and method statements. The alternative schemesBoth of the road design and the design of soft soil roadbed have the alternative schemes in this design, this article sets out the basis of the design method and design steps can be used as reference for o
16、ther sections of the design.key words：Asphalt Concrete Pavement；Cement Concrete Pavement； Optimum asphalt content；Reinforced retaining wall；CFG pile目 录第1章 绪论11.1 国内外高速公路的发展概况11.1.1 高速公路的概念11.1.2 高速公路的产生和发展11.1.3 我国高速公路的发展与规划21.2 广南高速现状31.3 本设计的基本思路与方法3第2章 路面设计42.1 设计资料42.2 沥青路面设计42.2.1 路面设计年限42.2.2
17、轴载换算42.2.3 预估路基回弹模量72.2.4 材料选用72.2.5 初拟路面结构组合82.2.6 计算设计弯沉92.2.7 路面材料设计参数102.2.8 路面结构层厚度计算112.2.9 验算防冻厚度和选择最优结构组合132.3 水泥路面设计142.3.1 交通分析142.3.2 普通混凝土路面设计172.3.3 复合式混凝土路面232.3.4 连续配筋混凝土路面设计272.3.5 混凝土路面方案比选31第3章 材料设计333.1 沥青混合料设计333.1.1 矿料级配设计333.1.2 确定最佳沥青用量413.1.3 设计混合料路用性能检验503.1.4 目标配合比设计成果汇总503
18、.2 路面水泥混凝土设计503.2.1 路面混凝土的原材料技术要求503.2.2 混凝土配合比设计513.2.3 水泥混凝土路面的施工与检验553.3 基层、垫层材料设计573.3.1 石灰土的配合比设计步骤583.3.2 石灰土配合比设计583.3.3 石灰土的施工61第4章 路基横断面设计654.1 直线曲线及转角表654.2 高速公路断面尺寸拟定654.3 路基路面排水设计654.3.1 排水的目的与意义654.3.2 路基路面排水设计的一般原则664.3.3 路基排水设备的构造与布置664.4 路基超高设计704.5 路基边坡坡度734.5.1 路堤边坡734.5.2 路堑边坡734.
19、6 坡面防护744.6.1 路堤坡面防护744.6.2 路堑坡面防护744.7 路基的施工及检测754.7.1 施工前的准备工作754.7.2 路堤施工754.7.3 挖方路基施工77第5章 挡土墙设计795.1 挡土墙设计资料795.2 挡土墙尺寸参数的拟定795.3 加筋挡土墙设计795.3.1 计算等代土层厚度795.3.2 土压力计算795.3.3 拉筋拉应力815.3.4 拉筋断面计算825.3.5 拉筋长度计算835.3.6 拉筋摩擦力计算835.3.7 加筋挡土墙内部稳定性检算845.4 加筋挡土墙外部稳定性验算865.4.1 基底底面地基应力验算865.4.2 基底抗滑移稳定验
20、算885.4.3 抗倾覆稳定性验算885.4.4 整体滑动稳定性验算895.5 加筋挡土墙墙面板设计905.6 加筋挡土墙施工925.6.1 基础的施工925.6.2 面板的预制925.6.3 面板的安砌925.6.4 拉筋带的铺设935.6.5 填料摊铺935.6.6 注意事项94第6章 软土路基处理966.1 设计资料966.2 填土极限高度计算966.3 软土路堤稳定性分析976.3.1 土体滑动稳定性检算976.3.2 验算单独采用砂井等排水固结加固措施的可能性976.4软土路基处理方案拟定986.5 CFG桩加固机理996.6 CFG桩的设计计算1006.6.1 设计参数1006.6
21、.2 复合地基承载力设计1016.6.3 复合地基沉降计算1036.7 CFG桩配合比设计1056.8 CFG桩的施工1076.8.1 施工机械选择1076.8.2 CFG桩施工质量控制1076.8.3 施工程序控制1086.8.4 施工注意事项1096.8.5 施工监测重点1096.9 质量检验110结论111致谢112参考文献113附录1114附录2121第1章 绪论1.1 国内外高速公路的发展概况1.1.1 高速公路的概念高速公路是汽车运输发展的产物，它既是技术标准提高后的公路，又与普通公路有某些质的区别，一般认为：它是中央设置有一定宽度的分隔带，两侧各配备两条或两条以上的车道，分别供大
22、量上下行汽车高速、连续、安全、舒适地运行，并全部设置立体交叉和控制出入的公路(中国大百科全书土木工程)。我国的公路工程技术标准(JTG B012003)将高速公路定义为：专供汽车分向、分车道行驶并全部控制出入的干线公路。公路工程名词术语(JTJ 00287)则将高速公路定义为：具有四个或四个以上车道，并设有中央分隔带，全部立体交叉并具有完善的交通安全设施与管理设施、服务设施，全部控制出入，专供汽车高速行驶的公路。1.1.2 高速公路的产生和发展 高速公路是社会经济发展的必然产物，它是伴随着汽车工业的蓬勃发展和整个社会的政治、经济、军事的发展而发展的。高速公路与20世纪30年代开始起步，最早修建
23、高速公路的国家是德国和意大利，到目前为止，全世界60多个国家和地区兴建了高速公路，总里程达20多万公里。在世界高速公路的发展史上，德国、美国及日本的高速公路发展有其明显的特点。1.德国德国的高速公路起步最早，其所获得的设计、施工经验对世界各国修建高速公路具有重要作用。2.美国美国是世界上高速公路发展最迅速、路网最发达、设施最完善的国家之一。其高速公路网的建成，提高了运输效率，扩大了资源和商品的流通，促进了社会的发展和科学技术的进步，并在很大程度上影响了美国人的生活方式。美国高速公路发展特点是有计划、有步骤，而且速度快。3.日本日本是一个岛国，国土狭小，但日本的汽车工业十分发达，目前拥有机动车7
24、082万辆，仅次于美国。日本是世界上公路密度最高的国家，密度约为3km/km2。日本高速公路建设起步晚，于战后开始建设，但其高速公路系统也是十分发达。各国高速公路发展还具有以下特征：第一是城市高速公路发展异常迅速。在一些发达国家，由于城市人口集中，工商业十分发达，城市内汽车增长比郊外快得多。因此高速公路的产生大多数是从城市的外环路和辐射路以及城市内交通量大的路段开始，最后逐渐形成高速公路为骨干的城市道路网。第二是高速公路向全球化方向发展，形成国际高速公路网。随着全球经济一体化的发展，公路运输市场不再是一个国家、一个地区市场，而且是一个全球性的市场。相邻国之间合作修建高速公路促进了国际高速公路网
25、的形成，成为调整公路发展的重大趋势。为了更好的发挥高速公路效益，加强国际间的公路运输联系，一些发达国家把主要高速公路连接起来，构成国际高速公路网。第三是高速公路建设向信息化、智能化方向发展。虽然高速公路极大地提高了通行能力，但修建道路的空间是有限的。如何最大限度地提高路网的通行能力，智能交通系统（ITS）是一个比较理想的方向。同时高速公路不仅具有运输人和物的固有交通功能，还能输送电力等能源及各种信息，加之道路所派生出来的美化环境、提供出游、抗灾避难及作为其它建筑物的基础等空间功能，使高速公路真正成为多功能公路。1.1.3 我国高速公路的发展与规划近十年来，伴随着国家综合国力的全面提升，我国陆路
26、、航空、水路交通建设经历了历史性的跨越式发展。在我国高速公路建设取得历史性跨越，迈上新的台阶的关键时候，需要我们研究的一个重大课题是，在审视国内外高速公路发展历程和实践经验的基础上，深入分析我国高速公路对经济和社会发展以及交通运输远景需求的适应性，全面认识我国高速公路的功能和价值，从而更准确地把握我国高速公路未来发展的方向。从1988年我国大陆第一条高速公路正式通车到现在，我国的高速公路建设取得了举世瞩目的成就，全国高速公路通车里程超过25万公里，位居世界第二位。除西藏外，各省、自治区和直辖市都已拥有高速公路，有10个省份的高速公路里程超过1000公里。辽宁省和山东省已实现了省会到地市全部由高
27、速公路连接，长江三角洲、珠江三角洲、环渤海等经济发达地区的高速公路网络也正在形成。在山东、辽宁、广东、江苏等地，省会到地市当天可以往返，这在过去难以想象。北京提出“迎奥运1小时交通”的构想，重庆提出建设“8小时重庆”，浙江的“4小时公路交通圈”，都正在逐步变成现实。 国家高速公路网规划采用放射线与纵横网格相结合的布局方案，形成由中心城市向外放射以及横连东西，纵贯南北的大通道，由7条首都放射线、9条南北纵向线和18条东西横向线组成，简称“7918网”，总规模约8.5万公里，地区环线、联络线等其它线路1.7万公里。1.2 广南高速现状广南（广元至南充）高速公路是国家高速公路“7918网”中第8纵兰
28、州海口线的重要组成路段，总长240.96公里（包括新建188.46公里，已建和在建的4段高速公路52.5公里），其中广元境内126公里，南充境内115公里，总投资约101亿元。2008 年11 月12日，广南高速公路可行性研究报告经国家发展和改革委员会批复同意建设（发改基础20082917号）。2009年初开工建设，建设工期3年，2012年正式通车。广南高速公路是川东北地区南北向重要交通通道，对带动沿线经济发展有着深远影响。同时，也将极大地促进西北内陆地区同南部沿海省份的沟通交流。该高速公路建成后，从广元开车到南充只需要2个多小时，比现在节省一半以上的时间。项目投资129.89亿元，平均每km
29、造价6369.30万元。全线均处于亚热带湿润气候区，气候温暖，年平均气温1516.2。极端最高温 37，极端最低温-5，降雨充沛，年降雨量952.51860.4mm，年平均相对湿度85%，年均风速1.2m/s。1.3 本设计的基本思路与方法 本设计对广元至南充高速公路K3+600K4+600段首先进行路面设计，分沥青路面设计和水泥混凝土路面。每种路面分别再进行不同的三种结构设计，最后进行方案比选，各推荐一种路面结构。沥青路面和水泥混凝土路面设计之后，对所采用材料进行设计。针对沥青混凝土，先进行矿料级配设计。然后对AC13采用马歇尔试验进行最佳沥青含量设计；针对水泥混凝土进行配合比设计。接下来进
30、行路基横断面设计，设计包含排水沟、边坡，以及坡面防护等，由于某些路段填方过高，需设计挡墙，采用加筋挡土墙进行设计。最后，由于高填方路段下有软弱土层，造成路基稳定性不符合要求，先验算用砂井排水加固的可能性，若不满足采用CFG桩处理软弱地基，计算沉降，对CFG桩进行配合比设计以及施工说明。第2章 路面设计2.1 设计资料广南高速公路设计行车速度80km/h,双向四车道，路基宽度24.5m。预计竣工后第一年双向年平均日交通量如表2-1所示。经调查，预期交通量年平均增长率R为13%，路基为粘质土，填料内摩擦角为32，粘聚力c为20kPa，在春季不利季节调查得知地下水位离地面1.5m，路基填土平均高度8
31、m。全线均处于亚热带湿润气候区，气候温暖，年平均气温1516.2。极端最高温37，极端最低温-5，降雨充沛，年降雨量952.51860.4mm，年平均相对湿度85%，年均风速1.2m/s。表2-1 第一年双向年平均日交通量车型前轴重kN前轴数前轴轮轴数后轴重kN后轴数后轴轮轴数后轴轴距交通量辆/日黄河JN16259.51单115.01双-430日野KF300D40.81单285.02双3m420长征CZ36147.61单390.73双3m430桑塔纳2000101单201单-42002.2 沥青路面设计路面结构设计的目的，是提供一种在预定使用期内同所处环境相适应并能承受预期交通荷载作用的路面结
32、构。2.2.1 路面设计年限由公路沥青路面设计规范（JTG D50-2006）表 3.1.3，各级公路的沥青路面设计年限，可知高速公路的设计年限为 15年。2.2.2 轴载换算我国路面设计以单轴双轮组 100kN为标准轴载。1.当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时，各级轴载应按公式（2-1） 换算成标准轴载 P 的当量轴次 N。 （2-1）式中 N 标准轴载的当量轴次（次/日）；ni各种被换算车辆的作用次数（次/日）；P 标准轴载（kN）；Pi各种被换算车型的轴载（kN）；C1轮组系数，双轮组为 1，单轮组为 6.4，四轮组为 0.38；C2轴数系数。当轴间距大于3m时，按单独的一个轴计算
33、，此时轴系数为1；当轴间距小于3m时，双轴或多轴的轴数系数按式（2-2）计算。 （2-2）式中 m轴数。当以弯沉值和沥青层层底拉应力为设计指标时，完成当量轴载换算表2-2。表2-2 弯沉值和沥青层层底拉应力为设计指标的轴载当量换算表车型轴重（kN）轮组系数C1轴数系数C2换算系数总换算系数交通量（辆/日）当量轴次（辆/日）黄河JN162前轴59.56.41.00.66892.50564301077.41后轴115.01.01.01.8367日野KF300D前轴40.86.41.00.12961.2145420510.09后轴85.01.02.21.0849长征CZ361前轴47.66.41.0
34、0.25342.2155430952.67后轴90.71.03.01.9621桑塔纳2000前轴106.41.00.00030.0061420025.62后轴206.41.00.0058计算累计当量轴次，由（2-3）计算。 （2-3）式中 设计年限内一个车道沿单方向通过的累积标准当量轴次（次）；设计年限（年）；设计年限内交通量平均增长率（%）； 路面营运第一年双向日平均当量轴次（次/日）；与车道数有关的车辆横向分布系数，简称车道系数，按公路沥青路面设计规范（JTG D50-2006）表 3.1.6选用。查得=0.45，把设计年限t=15，年增长率r=13%，带入式（2-3）得：查公路沥青路面设
35、计规范（JTG D50-2006）表3.1.8可以判定广南高速公路交通等级为重交通。2.半刚性材料层的拉应力为设计指标时，各级轴载均由公式（2-4）换算成标准轴载P 的当量轴次。 （2-4） 式中 以半刚性材料层的拉应力为设计指标时的标准轴载的当量轴次（次/d）；被换算车型的轴数系数；被换算车型的轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5，四轮组为0.09。以拉应力为设计指标时，双轴或多轴的轴数系数由公式式（2-5）计算。 （2-5）当以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标时，当量轴载换算表2-3。表2-3 以半刚性材料结构层的层底拉力为设计指标的当量轴次换算表车型轴重（kN）轮组系数C1轴
36、数系数C2换算系数总换算系数交通量（辆/日）当量轴次（辆/日）黄河JN162前轴59.518.510.29063.34964301440.33后轴115.01.013.0590日野KF300D前轴40.818.510.01420.8317420349.31后轴285.01.030.8175长征CZ361前轴47.618.510.04882.33884301005.68后轴390.71.052.2900桑塔纳2000前轴1018.510.00000.000042000.20后轴2018.510.0000把=0.45，t=15， r=13%，带入式（2-3）得当量轴次： 查公路沥青路面设计规范（JTG D50-2006）表3.1.8可以判定广南高速公路交通等级为重交通。2.2.3 预估路基回弹模量路基的回弹模量是根据土类和自然区划以及拟订的路基土的平均稠度，并参考公路沥青路面设计规范的附录 F土基回弹摸量参考值。 根据广元南充所处地理位置查得该公路处于1区，气候分区位于1-4-2。路基土质为粘质土，在春季不利季节调查得知地下水位离地面1.5m，路基填土高度8m。则路床顶距离地下水位为：。在公路自然区划1区中，粘质土的路基临界高度为：，。可知：，可判断该段路基处于干燥状态。路基土为粘质土，根据公路沥青路面设计规范（JTG.D50-2006）表5.1.4-1得其平均稠度，
