沥青混凝土路面设计

沥青混凝土路面设计

第五章路面设计

5.1路面设计原则及依据

本次设计的道路是村道，村道路面应根据交通量及其组成情况、使用功能、当地材料及自然条件，结合路基进行综合设计，做到经济、适用。同时，村道路面应具有良好的稳定性和足够的强度，其表面应满足平整、抗滑和排水的要求。村道的行车道（包括错车道）均应铺设路面。

5.2 路面设计及土路肩加固形式

该道路的路基宽度为6.5m,行车道宽6m，土路肩宽度为0.5m。由当地的自然条件和徽县交通局规划路面结构分为三层，面层采用沥青碎石，基层采用水泥稳定砂砾，基层采用天然砂砾。由于道路级别低，没有设置路缘带和紧急停车带，当路基宽度为4.5m或在道路的不通视地段时，每隔200m 左右应设置错车道，错车道有效长度不小于20m，在错车道两端应设不小于10m过渡段。土路肩的基层与路面相同，在表层宜铺置一些粗粒式沥青碎石或砂砾石。若行车道宽度不够，需要加固部分路肩，提供侧向宽度，以利于行车安全，见下图5.1所示：

图5.1道路横断面的构成

5.2 路面结构类型的计算

1.基本资料

（1）设计任务书要求

甘肃徽县村村通道路设计等级为四级公路，设计年限10年，拟采用沥青碎石路面，需进行结构设计。

（2）气象资料

该公路处属暖温带大陆性气候，温暖而湿润，冷季短，暖季长。年平均气温12.1℃。无霜期215天，年平均降水量782mm。

（1）地质资料

一般路基处于中湿状态，沿线路段有大量的砂砾、岩石块，水源充足，

可以说筑料丰富。

（2）交通分析

由设计资料可知该路技术等级为四级公路，路基宽6.5m，路面宽6m，土路肩宽0.5 m，根据设计要求及规范砂砾石路面的设计年限为10年，徽县麻沿乡的的汽车交通量2007年为300辆/日，交通量年平均增长率为7%,到设计年2017的年平均日交通量为550辆/日。我国路面设计以双轮单轴载100kN为不标准轴载，以BZZ—100的各项参数见下表5.1。

表5.1标准轴载BZZ—100各项参数

()[]()[]

轴次

510

1

102.50.107

.0365

107.0136511?=???-+=

?-+=

n N N t

e

ηγ

γ

2.结构组合和各层材料的选取

根据公路路面设计规范知，该次路面的等级为次高级路面。根据要求

路面面层采用沥青碎石，厚度为3㎝，基层采用水泥稳定砂砾，厚度待定；底基层采用天然砂砾，厚度为15㎝。

（1） 各层所选路面材料参数

表5.2 材料参数

该路段为Ⅲ区，粘质土，干湿状态为干燥，根据有关的“土基干湿状

态的稠度建议值”以及“二级自然区各土基回弹模量参考值”取稠度

1.1≥ω取1.1=ω得到土基回弹模量为41 MPa 。

3设计指标的确定

根据规范，四级公路只取设计弯沉值作为路面刚度指标，进行路面厚

度设计，并不进行层底拉应力验算。 （1）设计弯沉值

公路等级系数c A 取1.2（四级公路），面层类型系数s A 取1.1（热

拌沥青碎石），基层类型系数b A 取1.6。

根据沥青路面设计弯沉值公式计算：

()

mm mm A A A N L b

s c e

d 01.07.1036002

.0==-

（2） 各层材料的容许层底来应力：

S SP R K /σσ=

式中： R σ—容许拉应力（MPa ）；

sp σ—劈裂抗压强度（MPa ）；

s K —抗拉强度结构系数。

对于沥青路面才来说，抗拉强度结构系数： c e a S A N A K /09.022.0?=

式中： a A —沥青混合料级配系数 细粒式沥青碎石取为1.0 细粒式沥青碎石 ：

177

.1/09.022

.0=?=c e

a S A N A K

189.1/==S SP R K σσ

对于无机结合料稳定集料，水泥稳定砂砾：

49

.1/45.011

.0=?=c e

S A N K

336.0/==S SP R K σσ 4.确定水泥稳定砂砾石的厚度

路面结构体系为三层，假定基层水泥稳定砂砾厚度为16cm ，由于路面厚度计算是以弯沉作为控制指标，故按弯沉等小理论进行计算。

第一层 h 1=3 E=800 第一层

第二层 h 2=16 E=1400 等效转换 第二层 H=？ E=1400

第三层 h 3=15 E=180 第三层

第四层 E=41

通过大量的多层弹性体系的分析得到中层厚度推算公式： 4.2211

22E E h h H n i i ∑-=+==16+6.23=22.38

56.102/3.212===d δ 101.2=δH 282.0=δh 029.020=E E 75.112=E E

查三层体系表面弯沉系数诺莫图，得 3.11=K

9.02=K 4.2=α

则计算路面弯沉 ()()mm L mm F E p L d c S 01.07.10301.01.102210001

=<==αδ

所以路面厚度满足要求。

第六章道路排水设计

6.1 路基、路面排水系统的布置原则

6.1.1路基排水原则

1.排水设施要因地制宜，全面规划，合理布局，综合治理，讲究效益，注意经济，并充分利用有利地形和自然水系。一般情况下地面设的排水沟渠，宜短不宜长，以使水流不过与集中，做到及时疏散，就近分流。

2.各种路基排水沟渠的设置，应注意与农田水利相配合，必要时刻适当地增设涵管或加大涵管孔径，以防农业用水影响路基稳定。

3.设计前必须进行调查研究，查明水源和地质条件，考虑排水系统的全面规划，考虑路基排水与桥涵布置相配合，各种排水渠道的平面布置与竖向布置相配合，做到路基路面综合设计和分期修建。

4.路基排水要注意防止附近山体的水土流失，尽量不要破坏天然水系，不轻易合并自然沟溪和改变水流性质，尽量选择有利地质来布设人工沟渠，减少排水沟渠的防护与加固工程。

5.路基排水要注意和防止与当地水文条件相违背，应结合当地水文条件和道路等级的具体情况，就地取材，以防为主，既要稳固适用，又必须调宽经济效益。

6.为了减少水对路面的破坏作用，应尽量阻止水流入路面结构，并提供良好的排水设施，以便迅速排除路面结构上的水，以及土质松软和纵横坡较陡地段的，亦可建筑具有承受荷载和雨水共同作用的路面结构。

6.1.2 路面排水原则

1.低等级公路中，路面的横坡一般应为3%～4%左右。当位于小纵坡或超高缓和段的扭曲路面时，最小合成坡度不小于0.5%。

2.在公路交叉口排水困难地段，路面排水设计应满足行驶动力学和排水技术要求，在交叉路口前应设置泄水口。

3.对于纵坡较大的地段，弯道内侧车道、竖曲线的凹部、高路堤的桥梁端部等特殊部位，为防止过大集中水流对路基路肩、边坡冲刷，可局部设置当水缘石。

4.所有排水设施的设置，除能满足排水要求外，均应满足有利于今后养护维修。

5.为减少地表面水和地下水对面层、基层和路基的侵蚀破，迅速排除路面结构的层间水，通常将路面排水与路面结构内部排水系统综合考虑。

6.2 排水系统的水力学计算

1.设计流量

流量是路基排水的基本依据，其大小与汇水面积、洪水频率、汇水区域内的地形、地貌及植被等因素有关。

设计流量的计算法有多种，路界内的各项排水设施所需排泄的设计流量可按下式计算确定：

qF Q ψ67.16= （6.1） 式中: Q ——设计流量，3m /s ；

Q ——设计重现期和降雨历时内的平均降雨强度，mm ／min ；

ψ——径流系数；

F ——汇水面积，2km ；

在本次设计中径流系数按汇水区域内的地表种类确定为0.60～0.80。 坡面汇流历时可按下式计算确定：

467

.011445.1??

?

?

????=s s i L m t （m L s 370≤） （6.2）

式中： 1t ——坡面汇流历时，min ；

1m ——地表粗度系数，按地表情况查表本次设计取0.20 s s i L ,——分别为坡面长度，m 和坡度。

计算沟管内汇流历时时，先在断面尺寸、坡面变化点或者有支沟（支管）汇入处分段，分别计算各段的汇流历时后再叠加而得，即：

∑=???

?

??=n

i i

i

v l t 1260 （6.3）

式中： 2t ——沟管内江流历时，min ；

n 和i ——分段数和分段序号；

i l ——第i 段的长度，m

i v ——第i 段的平均流速，m ／s 。

沟管内的平均流速按下式近似估算： 6.020g i v =

式中： g i ——该段排水沟管的平均坡度。 2.水力计算

（1）对于具有规则形状的沟渠段面，以及沟底纵坡较缓，流量与流速按等速流的关系式:

Ri C v = （6.4）

Ri C v Q ?=?=ωω （6.5） 式中： v ——水流的断面流速，m ／s ； Q ——通过一定断面的流量，s m /3 ω——水流断面面积，2m ；

R ——水力影响半径，m ；

i ——水力坡降，在等速的条件下，可以认为与沟底纵坡相同； C ——流速系数，通过实验按规定公式计算。

（2） 流速系数

流速系数主要取决于水流条件，如沟渠、管道或地表等，以及其粗糙

程度，要求在实验的基础上，确立计算公式。

y R n

C 1

= （6.6） 式中：n ——水流断面的粗糙系数，其值与沟渠表层材料有关，本次设计的

道路沟渠0275.0=n 4.361=n

。 R ——水力半径，m ；

y ——与R 及n 有关的指数，三者关系如下：

()10.075.013.05.2---=n R n y （6.7）

除此外，C 值也可查有关的表和图得知。 （3） 容许的最小与最大流速

为避免沟渠产生泥沙淤积，设计时应保证沟渠内的水流，具有一定的

流速。沟渠的容许最小流速m in v （m ／s ），同水中所含的泥沙粒径有关，可按下列经验公式计算：

21

min R v α= （6.8）

式中：α——与所含土粒有关的系数，见表 R ——水力半径，m 。

表6.1 α系 数 表

一种为砂质粘土，容许最大设计流速为1.4（m ／s ），另一种为浆砌片石，容许最大设计流速为3.0（m ／s ）。

（4） 常用的沟渠断面水力计算

水流断面面积ω及其流速与流量，同断面形式及水力半径、显周等水力

要素有关。沟渠断面主要是梯形和矩形，其尺寸有底宽b 、水深h 及平均边坡率m 。

水力要素关系式：

2mh bh +=ω （6.9） Kh b +=χ （6.10）

χω=R （6.11） 式中：m ——沟渠边坡坡率，对于矩形，0=m ；对于梯形，21m m m ==；不

对称梯形()212

1

m m m +=。

K ——断面系数，矩形2=K ；对于梯形212m K +=；不对称梯形，

2

22

1112m m K +++=。

本次设计的道路在桩号K2+300～K2+637.878范围内有农田，需修灌溉渠，在设计时可将边沟设计为沟渠，沟渠材料采用浆砌片石。这样既方便