高速公路-水泥砼路面加铺方案设计(课程设计二)

课程设计课程:公路养护技术与管理题目:公路水泥砼路面加铺方案设计姓名:班级:指导老师:湖南交通职业技术学院路桥学院年月日2高速公路水泥砼路面加铺方案设计1项目背景某高速公路是我省重要的交通主干道，承担着重要的客、货运任务。自1998年7月建成并正式通车至今，已经历时8年时间，随着沿线经济社会的持续、快速发展，此高速公路的交通流量不断增大，特别是超载、重载交通的增加，给此高速公路路面造成了不同程度的破坏，使得养护维修工作变得日益严峻起来。此高速公路原路面结构：全线采用水泥砼路面，面层为25cm厚的水泥砼，基层为18cm厚的水泥稳定砂砾基层,底基层为15cm厚的水泥稳定砂砾，路面宽度为24m，共双向4车道。由于此高速公路路面设计使用年限为30年，为此，按照《公路水泥砼路面设计规范》（JTGD40-2002）的要求，在此期限内，路面应该能够满足预测标准累计轴载承载力，并允许在该期限内进行一次恢复路表功能的维修（罩面）。对于此高速公路而言，目前已经通车7年半时间，路面出现了多种病害，该高速公路交通量逐年增大，加之超载、重载车辆增多，水泥砼路面出现了坑槽、裂缝、断板、错台、唧泥等病害，严重影响了行车的舒适性、安全性、运营经济性。因此，受此高速公路有限公司的委托，某设计院承担了此高速公路路面性能综合评价及中长期养护、改造维修方案规划设计的任务，并以此高速公路工程路面中长期养护维修为依托，开展水泥砼路面性能综合评价以及中长期养护、改造维修方案的研究。对此高速公路的路面工作性能进行综合全面的评价，以准确判断此高速公路目前的路面路况是否适应目前交通流量和轴载的需要，存在的典型病害，以及产生病害的原理与机理等。本次研究工作基于对该项目前期的调查、检测和评价基础之上，提出此高速公路路面改造加铺技术方案。2路面使用性能评价2.1路面破损状况评定指标和标准根据《公路水泥砼路面养护技术规范》（JTJ073.1-2001）和《公路水泥砼路面设计规范》（JTGD40-2002），水泥路面破损状况采用路面状况指数（PCI）和断板率（DBL）两项指标。路面破损状况分为优、良、中、次、差五个等级。3按照《公路水泥砼路面养护技术规范》（JTJ073.1—2001），高速公路及一级公路的路面破损状况评定等级为中及中以下，需对路面进行大修。2.2路面损坏状况调查《公路水泥砼路面设计规范》（JTGD40-2002）规定，旧砼路面的损坏状况采用断板率和平均错台量两项指标评定，根据现场的调查，断板率分别为左幅行车道（4.95%）,右幅行车道（4.6%）,右幅超车道（1.2%），左幅超车道（0.9%）。左幅和右幅行车道已接近于优良的下限，如不采取有效的措施，将很快达到需要维修的状态。2.3路面结构承载能力（1）弯沉参数本项目对路面结构强度的评价是通过落锤式弯沉仪（FWD）测量路表弯沉来实现的。通过采集的大量弯沉盆曲线，利用弯沉盆参数来进行评价。通过大量的计算分析可以得出如下重要结论：①从路面的弯沉盆参数D1（中央弯沉，反映路面面层结构强度）统计平均值来看，其绝对值均不大，这表明此高速公路无论是路面面层（或水泥面板）还是下部基础的承载能力总体上基本能够满足现有交通流量和轴载的需要。从车道之间的对比来看，右幅优于左幅，超车道优于行车道。②从弯沉盆参数D1的变异水平来看，各弯沉变异水平较大。从总体上来看，变异水平基本为低或中等水平，这反映了此高速公路全线路面结构强度的不均匀性。（2）水泥砼路面接缝传荷能力接缝是水泥砼路面的重要组成部分，也是整个路面结构中最薄弱的环节，实际使用中的砼路面，绝大多数的破坏都发生在接缝的附近。本项目采用《公路水泥砼路面设计规范》（JTGD40-2002）中的基于相邻板块缝边弯沉比的接缝传荷系数作为评价标准。分析表明：此高速公路水泥砼路面接缝传荷能力属于“中”等级。但部分路段只达到了次等级水平。对比接缝传荷和脱空可以发现，绝大多数脱空板的接缝传荷能力较为低下，这进一步说明了传荷和脱空的相互影响，也从反面说明了传力杆钢筋对于接缝传荷能力的重要性。由于接缝传荷能力偏低，造成路面应力不4能有限的扩散而过分集中，加剧了接缝破损，错台等病害的发生。（3）水泥砼路面板底脱空水泥砼路面板底脱空改变了砼板的受力状况，是造成水泥砼路面板产生早期断裂的主要原因之一。因此水泥砼路面板底脱空状况也是评定路面结构承载能力的重要指标，本调查利用路用探地雷达和FWD相结合的办法，得到此高速公路路面板底脱空状况为：左幅行车道（22.26%）,右幅行车道（15.9%）,左幅超车道（4.8%），右幅超车道（4.7%）,左幅脱空状况比右幅要严重。由数据可知，行车道的脱空率已比较严重，而且这是在近几年进行大规模压浆换板后测得的脱空率。在汽车荷载下，如此高比例的板底脱空将会对结构承载能力的和路面状况造成潜在的负面诱导效应，因此此高速公路的养护工作形势十分严峻。2.4路面行驶质量调查（1）路面平整度路面平整度是道路用户所熟悉和关心的重要路面指标。平整度不良的道路会影响乘车舒适性、降低汽车速度、加速车辆零部件损坏、提高车辆运营费用，而且不平整的道路使车辆产生的冲击荷载反过来增加路面不平整性，加剧路面破损。本次对平整度的检测采用的是LDP-20型累积颠簸仪。从检测评定结果来看：①普通水泥砼路段右侧行车道路面平整度评定等级为良，左侧行车道平整度评定为中，两超车道评定等级也为良。超车道平整度比行车道平整度略好。②此高速公路路面平整度已处于良的范围，随着交通量的迅速增加，道路的平整度将会继续下降，如不采取大规模的处理措施，此高速公路将很快降至需要大型维修的“中”等水平。（2）路面抗滑性能路面抗滑性能直接关系到行车安全。本次对此高速公路路面抗滑性能的检测是对其路面宏观摩阻力的检测。采用先进的Griptester全自动滴水型摩擦系数仪。从评定结果来看：①普通水泥砼路段两行车道、两超车道评定等级为优；②路面抗滑性能在相对较长的时间内能满足道路行驶的要求。2.5路面性能综合评价根据设计院对此高速公路路面调查与检测结果表明，此高速公路路面结构强5度基本能够满足目前交通流量和轴载的需要，但情景不容乐观，路面依然已出现以下问题：①从交通量统计可以看出，重型货车已出现逐年快速递增的趋势；②道路破损状况形势较严峻，部分路段病害已很严重；③路面已出现承载力不足的情况，全线部分路段出现了强度明显偏低、水泥砼面板破损严重、水泥砼面板板底脱空率高、断板错台情况较严重，部分路段部分指标已达到需要大中修的程度，整体接缝传荷能力偏低，板底脱空率居高不下；④路面平整度已趋近于中等，行车舒适性受到了较大的影响；⑤路面抗滑性能相对较好。从以上检测结果评价来看，这说明随着交通荷载和服务年限的增加，此高速公路部分路段出现了较为突出的结构性病害，给行车舒适性和安全带来了极为不利的影响和隐患，如不积极采取及时、得力的措施，一方面则会增加今后养护工作的难度，另一方面会极大增加今后养护工作的成本。综上所述，此高速公路在服务使用设计年限内，无论是在路面结构性，还是在路面功能性都不能满足日益增加交通量和运营的需求。因此，此高速公路养护维修势在必行。问题解答：⒈按照《公路技术状况评定标准》（JTGH20-2007）的相关规定，水泥混凝土路面使用性能评价包含（）、（）和（）三项技术内容。⒉根据《公路水泥砼路面养护技术规范》（JTJ073.1-2001），水泥路面破损状况采用（）和（）两项指标。路面破损状况分为优、良、中、次、差五个等级。按照《公路水泥砼路面养护技术规范》（JTJ073.1—2001），高速公路及一级公路的路面破损状况评定等级为中及中以下，需对路面进行大修。⒊本设计在进行路面使用性能调查与评价时对路面结构承载能力也进行了调查与评价，包括（）、（）和（）三个方面的内容。6⒋按照《公路技术状况评定标准》（JTGH20-2007）的相关规定，路面平整度用路面行驶质量（RQI）进行评价。本设计进行路面行驶质量调查包含（）和（）两方面内容。2．6试验路段的选取表12007年试验路段损坏状况预测各车道断板率（%）脱空率（%）错台量（mm）备注右幅行车道5.0146.497.34扣除路段内桥梁长度右辐超车道0.482.09/左幅行车道4.7917.377.55左辐超车道2.7718.147.45平均2.7718.147.45参见《某高速公路水泥砼路面性能综合评价》，K70+000-K76+788左右的路段在填筑路基时使用了高塑限土，其CBR值（CBR又称加州承载比，是CaliforniaBearingRatio的缩写，由美国加利福尼亚州公路局首先提出来，用于评定路基土和路面材料的强度指标。）偏低，遇水膨胀变软，承载力不足。致使目前该路段错台、唧泥病害严重，进行小规模的换板、灌浆处治无法从根本上解决问题，而且按照目前的病害发展趋势预测2007年平均错台量将超过7mm，虽然平均断板率仅为2.77%，但是平均脱空率高达18.14%，特别是两幅的行车道存在着严重的隐患。因此建议选取该路段为试验路段，及早进行专项整治。3交通量预测3.1现有交通状况根据2000年1月－2005年10月主线收费站通行车辆的统计情况，以及实地车辆种类调查的分布统计，并根据交通变化的趋势进行推测，将不同类型的车辆转换成标准轴载车次，计算出此高速公路迄今的标准轴载累积作用次数。以此公路高速为例，，2000年1月～2005年10月收费站通行车辆的统计如表2所示。从表2交通增长情况可以看出：（1）一类车随时间增加较快，二类车和三类车都变化平缓。这些车由于轴7重较小，即使流量大，增长速度快，对路面的破坏作用也会相对较小。（2）轴重较大的四、五、六类车从2003年起明显增加，其增长呈加速发展趋势。表2某高速公路左幅不同车型的流量年份车型1998年1999年2000年2001年2002年2003年2004年2005年一类车8428961569542166256715265911831472239538530876303029489二类车160729354782530041278945305537293433308994249854三类车254163533742560429518942563490717539881497697478四类车73219602624338947001340657104114328五类车23248851250151116001770359738六类车144303318306206339939529275车辆的轴载质量是影响道路路面寿命的主要因素。在行驶的汽车上，其轴载质量对于公路路面是一种重复性的疲劳作用。当轴载质量增大后，路面在有效使用期内能够承受弹性变形的次数大为减少，因此，汽车轴载质量的大小，直接影响路面使用期的长短。因此，交通量的增加和重载车辆的增大是导致路面过早损坏的原因之一。3.2累计当量标准轴载（1）水泥路面设计规范本次轴载换算按照《公路水泥砼路面设计规范》（JTGD40-2002）中轴载换算方法进行，根据累计标准轴载换算原则，计算得到此高速公路主线收费站某站所在断面的自1998年7月通车至2005年10月的累计当量轴载如表3所示。表3两幅车道标准轴载次数统计表通车年份19981999200020012002200320042005合计标准轴载（次）116572254771280759283552319716592478259842459430410389275注：为简化问题的求解，取此高速公路方向系数为0.5，则单幅车道的累计当量轴载为519468次。83.3交通量预测(1)弹性系数预测在对项目影响区国民经济发展预测以及交通运输发展预测的基础上，通过对历史数据的回归得到影响区客车和货车交通量的国民生产总值弹性系数预测结果，见表4。表4交通量弹性系数预测结果车型2006-20102011-20152016-20202021-2024客车0.85-1.050.70-0.850.55-0.700.50-0.55货车0.50-0.650.40-0.500.35-0