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1、山东交通学院毕业设计(论文)1前前 言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
2、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
3、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，XXX：省道 S102 第十一合同段路面结构设计2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：省道设计题目：省道 S102S102 第十一合同段路面结构设计第十一合同段路面结构设计（章丘龙山（章丘龙山-收费站）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
4、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，东至枣园山东交通
5、学院毕业设计(论文)3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
6、 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后轴重后轴数后轴轮组数后轴距交通量次日XXX：省道 S102 第十一合同段路面结构设计4KNKN三菱T653B29.3481双轮组305黄河JN16358.6114.O1双轮组550江淮HF15045.1101.5
7、1双轮组250东风CS93824702双轮组3650红岩CQ26170.187.32单轮组400高级路面沥青混凝土12 200 二级公路次高级路面热拌沥青碎石混合料沥青贯入式10100200三级公路次高级路面热拌沥青碎石混合料沥青表面处治810100山东交通学院毕业设计(论文)15中级路面水结碎石、泥结碎石、级配碎石、半整齐石块碎石5四级公路低级路面粒料改善土5102.4.2 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 8.07106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
8、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 2.4.21 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
9、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XXX：省道 S102 第十一合同段路面结构设计16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JTG 0142006 规定：选择沥青面层类型适应至少一层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
10、厚度 结构层类型最小厚度（cm）粗粒式5.0中粒式4.0沥青混凝土热拌沥青碎石 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山东交通学院毕业设计(论文)17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 8.07106轴次/车道4.0106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，方案选用 36cm 方案
11、选用 34cm。故初拟两种设计方案：方案：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：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。XXX：省道 S102 第十一合同段路面结构设计182.4.31 沥青混合料设计
12、参数抗压回弹模量(MPa)材料名称沥青针入度2015劈裂强度15(MPa)细粒式密级配沥青混凝土901200-16001800-22001.2-1.6中粒式密级配沥青混凝土90 1000-14001600-20000.8-1.2中粒式密级配沥青混凝土90800-12001200-16000.6-1.0粗粒式密级配沥青混凝土90800-12001200-16000.6-1.0沥青碎石混合料90600-800-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
13、合轻交通沥青技术要求时，采用低值。山东交通学院毕业设计(论文)19表 2.4.32 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4140018001.4中粒式沥青混凝土5120016001.0粗粒式沥青混凝土7100012000.8水泥稳定碎石36140014000.5石灰土？6506500.25表 2.4.33 方案二XXX：省道 S102 第十一合同段路面结构设计20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414001
14、8001.4中粒式沥青混凝土5120016001.0粗粒式沥青混凝土7100012000.8二灰稳定碎石34140014000.6二灰土？6506500.252.5 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,0.01mmNe设计年限内一个车道上累积当量轴次，现取 Ne=8.07106轴次/车道。山东交通学院毕业设计(论文)21Ac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 1.0Ab基层类型系数，对于半刚性基层，底基层总厚度20cm
15、时，Ab=1.0则设计弯沉值为Ld=600(8.07106) -0.21.01.01.0=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：maxR =sp/Ks (2.7.1-1)式中：R-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。sp-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。XXX：省道 S102 第十一合同段路面结构设计22sp-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）
