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高速公路-水泥砼路面加鋪方案設計(課程設計二).doc

'高速公路-水泥砼路面加鋪方案設計(課程設計二).doc'
?課 程 設 計課程:公路養護技術與管理題目: 公路水泥砼路面加鋪方案設計姓名: 班級: 指導老師: 湖南交通職業技術學院路橋學院年 月 日高速公路水泥砼路面加鋪方案設計1 項目背景 某高速公路是我省重要的交通主干道,承擔著重要的客、貨運任務。自1998年7月建成并正式通車至今,已經歷時8年時間,隨著沿線經濟社會的持續、快速發展,此高速公路的交通流量不斷增大,特別是超載、重載交通的增加,給此高速公路路面造成了不同程度的破壞,使得養護維修工作變得日益嚴峻起來。 此高速公路原路面結構:全線采用水泥砼路面,面層為25cm厚的水泥砼,基層為18cm厚的水泥穩定砂礫基層, 底基層為15cm厚的水泥穩定砂礫,路面寬度為24m,共雙向4車道。由于此高速公路路面設計使用年限為30年,為此,按照《公路水泥砼路面設計規范》(JTG D40-2002)的要求,在此期限內,路面應該能夠滿足預測標準累計軸載承載力,并允許在該期限內進行一次恢復路表功能的維修(罩面)。 對于此高速公路而言,目前已經通車7年半時間,路面出現了多種病害,該高速公路交通量逐年增大,加之超載、重載車輛增多,水泥砼路面出現了坑槽、裂縫、斷板、錯臺、唧泥等病害,嚴重影響了行車的舒適性、安全性、運營經濟性。因此,受此高速公路有限公司的委托,某設計院承擔了此高速公路路面性能綜合評價及中長期養護、改造維修方案規劃設計的任務,并以此高速公路工程路面中長期養護維修為依托,開展水泥砼路面性能綜合評價以及中長期養護、改造維修方案的研究。對此高速公路的路面工作性能進行綜合全面的評價,以準確判斷此高速公路目前的路面路況是否適應目前交通流量和軸載的需要,存在的典型病害,以及產生病害的原理與機理等。本次研究工作基于對該項目前期的調查、檢測和評價基礎之上,提出此高速公路路面改造加鋪技術方案。 2 路面使用性能評價2.1路面破損狀況評定指標和標準根據《公路水泥砼路面養護技術規范》(JTJ 073.1-2001)和《公路水泥砼路面設計規范》(JTG D40-2002),水泥路面破損狀況采用路面狀況指數(PCI)和斷板率(DBL)兩項指標。路面破損狀況分為優、良、中、次、差五個等級。按照《公路水泥砼路面養護技術規范》(JTJ 073.1—2001),高速公路及一級公路的路面破損狀況評定等級為中及中以下,需對路面進行大修。2.2路面損壞狀況調查《公路水泥砼路面設計規范》(JTG D40-2002)規定,舊砼路面的損壞狀況采用斷板率和平均錯臺量兩項指標評定,根據現場的調查,斷板率分別為左幅行車道(4.95%), 右幅行車道(4.6%), 右幅超車道(1.2%),左幅超車道(0.9%)。左幅和右幅行車道已接近于優良的下限,如不采取有效的措施,將很快達到需要維修的狀態。2.3路面結構承載能力(1)彎沉參數本項目對路面結構強度的評價是通過落錘式彎沉儀(FWD)測量路表彎沉來實現的。通過采集的大量彎沉盆曲線,利用彎沉盆參數來進行評價。通過大量的計算分析可以得出如下重要結論:①從路面的彎沉盆參數D1(中央彎沉,反映路面面層結構強度)統計平均值來看,其絕對值均不大,這表明此高速公路無論是路面面層(或水泥面板)還是下部基礎的承載能力總體上基本能夠滿足現有交通流量和軸載的需要。從車道之間的對比來看,右幅優于左幅,超車道優于行車道。②從彎沉盆參數D1的變異水平來看,各彎沉變異水平較大。從總體上來看,變異水平基本為低或中等水平,這反映了此高速公路全線路面結構強度的不均勻性。(2)水泥砼路面接縫傳荷能力接縫是水泥砼路面的重要組成部分,也是整個路面結構中最薄弱的環節,實際使用中的砼路面,絕大多數的破壞都發生在接縫的附近。本項目采用《公路水泥砼路面設計規范》(JTG D40-2002)中的基于相鄰板塊縫邊彎沉比的接縫傳荷系數作為評價標準。 分析表明:此高速公路水泥砼路面接縫傳荷能力屬于“中”等級。但部分路段只達到了次等級水平。對比接縫傳荷和脫空可以發現,絕大多數脫空板的接縫傳荷能力較為低下,這進一步說明了傳荷和脫空的相互影響,也從反面說明了傳力桿鋼筋對于接縫傳荷能力的重要性。由于接縫傳荷能力偏低,造成路面應力不能有限的擴散而過分集中,加劇了接縫破損,錯臺等病害的發生。(3)水泥砼路面板底脫空 水泥砼路面板底脫空改變了砼板的受力狀況,是造成水泥砼路面板產生早期斷裂的主要原因之一。因此水泥砼路面板底脫空狀況也是評定路面結構承載能力的重要指標,本調查利用路用探地雷達和FWD相結合的辦法,得到此高速公路路面板底脫空狀況為:左幅行車道(22.26%),右幅行車道(15.9%), 左幅超車道(4.8%),右幅超車道(4.7%),左幅脫空狀況比右幅要嚴重。由數據可知,行車道的脫空率已比較嚴重,而且這是在近幾年進行大規模壓漿換板后測得的脫空率。在汽車荷載下,如此高比例的板底脫空將會對結構承載能力的和路面狀況造成潛在的負面誘導效應,因此此高速公路的養護工作形勢十分嚴峻。2.4路面行駛質量調查(1)路面平整度路面平整度是道路用戶所熟悉和關心的重要路面指標。平整度不良的道路會影響乘車舒適性、降低汽車速度、加速車輛零部件損壞、提高車輛運營費用,而且不平整的道路使車輛產生的沖擊荷載反過來增加路面不平整性,加劇路面破損。本次對平整度的檢測采用的是LDP-20型累積顛簸儀。從檢測評定結果來看:①普通水泥砼路段右側行車道路面平整度評定等級為良,左側行車道平整度評定為中,兩超車道評定等級也為良。超車道平整度比行車道平整度略好。②此高速公路路面平整度已處于良的范圍,隨著交通量的迅速增加,道路的平整度將會繼續下降,如不采取大規模的處理措施,此高速公路將很快降至需要大型維修的“中”等水平。(2)路面抗滑性能路面抗滑性能直接關系到行車安全。本次對此高速公路路面抗滑性能的檢測是對其路面宏觀摩阻力的檢測。采用先進的Griptester全自動滴水型摩擦系數儀。從評定結果來看:①普通水泥砼路段兩行車道、兩超車道評定等級為優;②路面抗滑性能在相對較長的時間內能滿足道路行駛的要求。 2.5 路面性能綜合評價根據設計院對此高速公路路面調查與檢測結果表明,此高速公路路面結構強度基本能夠滿足目前交通流量和軸載的需要,但情景不容樂觀,路面依然已出現以下問題: ①從交通量統計可以看出,重型貨車已出現逐年快速遞增的趨勢;②道路破損狀況形勢較嚴峻,部分路段病害已很嚴重;③路面已出現承載力不足的情況,全線部分路段出現了強度明顯偏低、水泥砼面板破損嚴重、水泥砼面板板底脫空率高、斷板錯臺情況較嚴重,部分路段部分指標已達到需要大中修的程度,整體接縫傳荷能力偏低,板底脫空率居高不下;④路面平整度已趨近于中等,行車舒適性受到了較大的影響;⑤路面抗滑性能相對較好。從以上檢測結果評價來看,這說明隨著交通荷載和服務年限的增加,此高速公路部分路段出現了較為突出的結構。省略部分。(6)施工組織、控制為了既能保證施工過程的正常進行又不至影響施工期間車輛的通行,建議施工期間封閉半幅車道,封閉長度為6Km為宜,考慮到試驗路段總長約為6788m(其中橋梁長度共計1557m),可將試驗路段全線半幅封閉(跨線橋除外)。5.2.2改造方案綜上所述,根據國內外對舊水泥砼路面加鋪瀝青砼罩面的成功經驗和總結,此高速路面養護、改造工程以此為借鑒,并結合此高速公路的交通狀況、氣候特征和設計標準(參照原有設計標準),擬定下面幾種路面結構加鋪改造方案:路面結構加鋪改造方案一(推薦)路面結構層組合形式路面結構加鋪層厚度(cm)說明改性SMA-16瀝青上面層4-6鑒于此試驗路段錯臺嚴重,要求調平層厚度不小于3cm。帶病害舊砼板必須先進行處治,縮縫加設傳力桿。改性AC-20瀝青中面層5-8美國STRATA應力吸收層2-3AC-10瀝青砼調平層3-5舊水泥砼路面25路面結構加鋪改造方案二路面結構層組合形式路面結構加鋪層厚度(cm)說明改性AC-16瀝青上面層4-6鑒于此試驗路段錯臺嚴重,要求調平層厚度不小于3cm。帶病害舊砼板必須先進行處治,縮縫加設傳力桿。普通AC-20瀝青中面層5-8美國STRATA應力吸收層2-3AC-10瀝青砼調平層3-5舊水泥砼路面25路面結構加鋪改造方案三路面結構層組合形式路面結構加鋪層厚度(cm)說明改性AC-16瀝青上面層4-6鑒于此試驗路段錯臺嚴重,要求調平層厚度不小于3cm。帶病害舊砼板必須先進行處治,縮縫加設傳力桿。改性AC-20瀝青中面層5-8聚脂長絲燒毛土工布/AM-20瀝青穩定碎石5-10舊水泥砼路面25路面結構加鋪改造方案四路面結構層組合形式路面結構加鋪層厚度(cm)說明改性SMA-16瀝青上面層4-6鑒于此試驗路段錯臺嚴重,要求調平層厚度不小于3cm。帶病害舊砼板必須先進行處治,縮縫加設傳力桿。普通AC-20瀝青中面層5-8聚脂長絲燒毛土工布/AC-10瀝青砼調平層3-5舊水泥砼路面25路面結構加鋪改造方案五路面結構層組合形式路面結構加鋪層厚度(cm)說明改性SMA-16瀝青上面層4-6鑒于此試驗路段錯臺嚴重,要求調平層厚度不小于3cm。帶病害舊砼板必須先進行處治,縮縫加設傳力桿。普通AC-20瀝青中面層5-8美國STRATA應力吸收層2-3AC-10瀝青砼調平層3-5舊水泥砼路面255.2.3加鋪層厚度設計(1)舊砼板應力分析經計算,采用瀝青砼加鋪層厚度總計11cm,分5cm改性SMA-16和6cm中粒式改性瀝青砼AC-20兩層。該設計加鋪厚度能夠使原有舊水泥砼板承受剩余設計基準期內荷載應力和溫度應力綜合疲勞作用。(2)瀝青砼路面結構驗算當以設計彎沉值為指標及瀝青層層底拉應力驗算時,參照《公路瀝青路面設計規范》(JTJ 014-97)要求,得到累計標準軸次:Ne=2.39×107(次)。因此,采用瀝青砼加鋪層厚度總計11cm,分5cm改性SMA-16和6cm中粒式改性瀝青砼AC-20兩層。該設計加鋪厚度能夠使加鋪瀝青面層底部彎拉應力及彎沉滿足要求。5.2.4工程造價分析試驗路段起訖樁號為K70+000~K76+788,全長6788m,其中橋長共計1557m。參見上述主要工程材料單價,并參考其他改造工程總預算表,各種方案估算工程造價如表7所示。表7 高速公路改造工程五種方案造價分析表造價比較方案一(推薦)方案二方案三方案四方案五總造價預算(萬元/公里)1001.5811.5790.9795.5914.5注:因為試驗路段內橋涵、交叉工程暫不進行改造,所以上述方案未計入橋涵、交叉工程改造費用。由表7可以看出,方案一的造價最高,其次為方案五,其余方案造價較接近。5.2.5五種方案分析比較表8 某高速公路改造工程五種方案優劣性綜合評定結果。方案編號結構強度抗車轍能力防反能力抗水損能力路面行駛質量施工可操作性工程造價社會經濟效益綜合排序方案一(推薦)優優優優優中高優1方案二良良優良良中低良3方案三良良良良良良低良4方案四良中中良優良低中5方案五良優優良優中中優2注:綜合排序主要以抗車轍能力、抗水損能力、社會經濟效益為參考。上表8中所列結構強度、抗車轍能力、防反能力、防水能力、路面行駛質量分別與上面層、中面層、防反層和調平層的材料特性有關。至于各種方案的施工可操作性主要與新材料的應用和舊路處治措施的難易度有關,其中方案一、方案二與方案五的防反層均采用美國專利技術STRATA應力吸收層,目前在國內僅在湖北武黃路首次采用并獲得成功,因此從施工可操作性來講,將此三種方案評定為中。國內外的大量調查結果表明:SMA路面具有所期望的卓越性能,高抗車轍能力(90%以上路面的車轍深度小于4mm);優良的抗裂性(所調查的路面極少發現裂縫);且SMA路面幾乎沒有剝落現象,表面結構粗糙而均勻,幾乎沒有早期病害,防水能力非常強,其使用壽命提高50%以上。再加上使用改性瀝青可以大幅度地提高瀝青混合料的高溫穩定性、抗水損能力及抗疲勞性能。因此在高溫、重載和大交通量的環境下,采用改性瀝青、SMA等技術,雖然初期投資稍大一些,但它可以大幅度地降低路面病害率及節省維修費用,保障路面行駛質量,具有重大的社會經濟效益。綜上所述,方案一的造價雖然最高,但由于其面層采用改性SMA-16,中面層也采用改性AC-20,所產生的社會經濟效益也相應最高。方案五的造價評定為中,而且防反層效果較好,因此,社會經濟效益也評定為優。其余方案二和方案三,評定為良,方案四僅中面層為改性,且防反層相對較差一些,因此評定為中。6.建議結合本次考察及省內幾條高速公路改造加鋪的情況,給此高速路改造加鋪提出以下建議:(1)出于環保和造價控制的角度考慮,同時考慮公司這幾年對舊砼面板維修的投入費用較高,現有砼面板的狀況較好,建議原有水泥砼面層不擊碎。對舊砼板進行壓漿處治,破損嚴重的板則更換。(2)為防止和延緩反射裂縫的產生,建議在舊水泥砼面板與瀝青砼加鋪層之間鋪設2.5cm美國科氏公司的專利技術STRATA反射裂縫應力吸收層,至于舊水泥砼面板與瀝青砼加鋪層之間是否加設連續配筋的砼板則應根據實際情況確定。瀝青加鋪層的表面層建議采用5cm的SMA-16或5cmAC-16改性瀝青抗滑表層。具體瀝青砼加鋪層的厚度應計算確定。(3)為了大規模鋪開建議先擬定若干個方案,并選擇典型路段鋪筑試驗路,并對其進行跟蹤檢測。(4)封閉施工路段長度建議采用6Km。
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