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位于山坡上的路基,尽量采用路中心线的设计标高即原地面标高。其目的为减少土石方数量,避免高填深挖和保持土石方数量的横向挖填平衡。这时即形成大量挖填结合的路基横断面。从路基稳定性需要考虑,较陡山坡上的路基宁挖勿填;在陡峭山坡上,尤其是沿溪路线,为减少石方的开挖数量,避免大量废方阻塞溪流,有时又需要少挖多填。因此,挖填结合的路基,在选定路线和线形设计时,应予统一安排,进行路线的平、纵、横三者综合设计,权衡利弊,择优而定。
挖填结合的路基横断面,兼有路堤和路堑的设置要求。填方部分的地面横坡陡于1:5时,土质应挖台阶或石质应凿毛;挖方部分应设边沟或同时设置截水沟。 4.路基基本构造 1)路基高度
路基高度的设计,应使路肩边缘高出路基两侧地面积水高度,同时要考虑地下水、毛细水和冰冻水的作用,不致影响路基的强度和稳定性。
路基设计标高,无中央分隔带的公路,应为路基边缘高度;有中央分隔带的公路,应为中央分隔带外侧边缘的高度;在设置超高加宽路段,则为设置超高加宽前的路基边缘高度。
沿河及受水浸淹的的路基设计标高,应高出规定设计洪水频率的计算水位加壅水高、波浪侵袭高和0.5m的安全高度。
路堤最小填土高度,应根据临界高度,并结合沿线具体条件和排水及防护措施,按照公路技术等级有关规定,一般应保证路基处于干燥或中湿状态。 2)路基边坡坡度
公路路基的边坡坡度,可用边坡高度与边坡宽度的比值表示。
此路段特点:本设计中,选择K3+620~K4+632.909桩号路段做横断面设计。该路段有稻田、微丘、池塘,地形复杂,涵盖了路堤、路堑和填挖结合路基。相应采用路堤边坡坡度为1:1.5,路堑边坡坡度为1:1.5,对于红粘土高液限地区的挖方路基,不宜超过20米,路堑边坡设计遵循“缓坡率、宽平台、固坡脚”的原则,边坡高度超过6m时,采用了二级台阶式断面,坡度为1:1.25和1:1.5,平台宽度为2米。 5.超高设计 1)超高及作用
为抵消车辆在曲线路段上行驶时所产生的离心力,将路面做成外侧高于内侧的单向横坡的形式,这就是曲线上的超高。合理的设置超高,可以全部或部分抵消离心力,提高汽车行驶的稳定性与舒适性。 2)超高计算
超高的横坡坡度按公路等级计算行车速度圆曲线半径路面类型自然条件和车辆组成等情况确定。该新建高速公路最大超高值为8%。
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超高ih的确定可按下式:
i+u = V2/127R ——V取实际行驶速度
——u对行车不利,是u=0即i= V2/127R 适用范围:ihmax>ih>ihmin = iz 当ih>ihmax 时 ih =ihmax 当iz﹤ih﹤ihmax 时 ih = V2/127R
当ih﹤iz时 不设超高,仍安直线双坡处理 3)超高缓和段长度
由直线段的双向横坡断面逐渐变到圆曲线段全超高的单向横坡断面,其间必须设置超高缓和段。双车道公路超高缓和段长度按如下式计算:
Lc=BΔi / P
式中 Lc — 超高缓和段长度;
B — 旋转轴执行车道(设路缘带时为路缘带)外侧边缘的宽度(米); Δi— 超高坡度与路拱坡度代数差(%);
P — 超高渐变率,极旋转轴线与行车道(设路缘带时为路缘带)外侧边缘之间的相对坡度,其值可查表。
注:根据上式计算的超高缓和段长度,应凑整成5米的倍数,并不小于10米的长度。
一般情况下,超高缓和段与缓和曲线长度相等。但在本设计中, 所选的超高缓和段与缓和曲线长度就不相等, 而只是在回旋线的某一曲段内进行, 这样做是考虑了线形的协调性, 但从利于排除路面降水考虑, 横坡度2%(或1.5%)过渡到0%路段的超高渐变率不得小于1/335 故取超高缓和段的长度为160m。 4)超高过渡方式
有中间带的道路超高过渡有三种方法:①绕中间带的中心线旋转;②绕中央分隔带边缘旋转;③绕各自行车道中线旋转。
本设计为无中间带的一级公路,具体见超高方式图。
3.2.2路基的防护
路基防护工程是防止路基病害、保证路基稳定的重要设施。随着公路等级的提高,为维护正常的汽车运输,减少公路灾害,确保行车安全,保持公路与自然环境协调,路基的防护更具有重要意义。 1.防护措施分类
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路基防护的方法一般可分为坡面防护和冲刷防护两类。 1) 坡面防护
主要是保护路基边坡表面免受雨水冲刷,减缓温差及湿度变化的影响,防止和延缓软弱岩土表面的风化、碎裂、剥蚀演变进程,从而保护路基边坡的整体稳定性,在一定程度上还可兼顾路基美化和协调自然环境。
坡面防护措施主要有种草、铺草皮、植树、抹面与捶面。 2)冲刷防护
主要对沿河滨海路堤、河滩路堤及水泽区路堤,亦包括桥头引道,以及路基边旁的防护堤岸等。此类堤岸常年或季节性浸水,受流水冲刷、拍击和淘洗,造成路基浸湿、坡脚淘空,或水位骤降时路基内细粒填料流失,致使路基失稳,边坡崩塌。所以堤岸防护主要针对水流的破坏作用而设,起防水治害和加固堤岸双重功效。 ①护面墙
护面墙有实体护面墙孔窗式护面墙拱式护面墙及肋式护面墙等。适用于坡度在1:0.5~1:1易风化软质岩层的路堑边坡。 ②浆砌片石防护
浆砌片石防护的厚度,一般为0.2~0.3用于冲刷防护时,根据流速大小或波浪大小确定最小厚度,一般不小于0.35m。 2.本设计中采取措施
本路线所处的无锡地区属平原微丘区,土质为高液限粘土,填方路段边坡坡度为1:1.5,故采用骨架植物防护,种草来稳定边坡,既美观又实用;在某些桩号附近,路线边坡伸进一个中等水塘或有擦过较大水塘,采用浆砌片石护坡加以保护。
3.3路面设计
车型 解放CA10B 东风EQ140 黄河JN162 1490 1285 340 交通量 概况: 日野KB222 700 小汽车 500 本设计属于新建一级公路路面设计,设计段处在苏州至无锡。气候特点、降水量及地下水、地形与地貌方面、地质与土质等资料见第一章介绍。
此设计为沥青路面设计。
3.3.1沥青路面设计过程
1.交通分析:
1) 2005年交通组成以及交通量如下:
表3-3-1
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现在标准交通量为N0,远景设计交通量为Nα,施工期为2年,交通量年均增长率为5.1%。
2)交通等级:一级公路(4车道) 2.路面结构和材料设计:
1)轴载分析:路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载。 ①以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次 A、轴载换算:
计算结果如下表所示:
表3-3-2 车型 解放CA10B 东风EQ140 黄河JN162 日野KB222 B、计算累计当量轴次
根据设计规范,一级公路路面的设计年限为15年,无中央分隔带的四车道车道系数为0.4,交通量平均年增长率为5.1%
路面竣工后第一年日平均当量轴次 : N= 2370次 设计年限内一个车道上累计当量轴次 :
Ne=[(1+r)t –1]×365×N×η/r
=[(1+0.051)15 –1]×2370×1956.3×0.4/0.051
=7523058次
②验算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次: A、轴载换算
如表3-3-2 B、计算累计当量轴次
根据设计规范,一级公路路面的设计年限为15年,无中央分隔带的四车道车道系数为0.4,交通量平均年增长率为5.1%
路面竣工后第一年日平均当量轴次 : N= 2267次 设计年限内一个车道上累计当量轴次 :
前轴重(KN) 后轴重(KN) 后轴数 轮组数 后轴距 交通量 19.4 23.7 59.5 50.2 60.85 69.2 115 104.3 1 1 1 1 双轮组 双轮组 双轮组 双轮组 1490 1285 340 700 共 44 页 第 24 页
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Ne=[(1+r) –1]×365×N×η/r
=[(1+0.051)15 –1]×2267×1956.3×0.4/0.051
= 7196107次
2)结构组合与材料选取
路面设计按高级路面处理,根据《公路沥青路面设计规范》推荐结构,路面结构面层采用沥青混凝土(厚15cm),基层采用水泥稳定碎石(厚20cm),底基层采用水泥稳定砂砾(厚度待定),垫层拟用级配碎石或中砂,土基是红粘土。
查《公路沥青路面设计规范》中的“沥青混凝土类型的选择(方孔筛)”,表面层采用细粒式密级配沥青混凝土AC-16(厚4cm),中面层采用中粒式密级配沥青混凝土AC-20(厚6cm),下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土AC-25(厚5cm),垫层为级配碎石(厚25cm)。
3)各层材料的抗压模量与劈裂强度
查《公路沥青路面设计规范》附录可得各材料设计参数如下:
表3-3-3
材料名称 细粒式密级配沥青混凝土AC-16 中粒式密级配沥青混凝土AC-20 粗粒式密级配沥青混凝土AC-25 水泥稳定碎石 水泥稳定沙砾 级配碎石 4)土基回弹模量确定
该路段处于Ⅳ区,土质为高液限中密粘性土,干燥段稠度为1.1,查表可确定该土基回弹模量为35.0MP;中湿段稠度为1.0,查表可确定该土基回弹模量为30.0MP。 5)设计指标确定
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20℃抗压模量(MP) 1400 1200 900 1500 1400 250 15℃抗压模量(MP) 2000 1800 1400 1500 1400 250 劈裂强度(MP) 1.4 1.0 0.8 0.6 0.5 - t