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***********学院露天矿道路路面结构综合设计******采矿工程******平设计1作业三：露天矿道路路面结构综合设计一．已知条件：1.车型的选择：矿用重型自卸汽车3311E（85D），自重63200kg，载重85000kg，车宽5.54m；2.载重后轴分布：后桥66%，轮胎压力0.8MPa；3.每昼夜行车密度200次；4.道路取材：垫层承压层(基层)面层磨耗层露天矿天然砂砾、中细砂采矿毛石剥离物中的泥结碎石采用泥质砂岩土基E0=25MPa5.本路为四级道路干线，设计寿命为5年；6.道路时间利用系数为t=0.8，双车道利用系数为s=0.5。二．要求：1.根据给定的条件绘制典型的路面结构示意图，1:100；2.用系数递推法、路面等效换算法分别算出路面总厚度和基层厚度；3.确定路面宽度（全铺式，4倍车宽）；4.根据纵断面设计，绘制1:500道路横断面综合结构图。1.1概述路面是道路的重要组成部分，是在路基的顶部用各种材料或混合料分层铺筑的供车辆行驶的一种层状结构物。它直接承受车辆载荷和自然因素的作用。路面的性能影响行车速度、安全、舒适性和运输成本。因此，根据道路等级和任务，合理选择路面结构，精心设计，严格施工，使路面在设计使用年限内具有良好的使用性能，对节约投资、提高运输效益具有十分重要的意义。1.2路面结构组成1.2.1路面结构层位及功能行车载荷和自然因素对路面的作用和影响，随深度而递减。因此，对路面结构的强度、抗变形能力和稳定性的要求也随深度的增加而逐渐降低。根据这一特点，同时考虑到筑路的经济性，路面结构一般由各种不同材料分多层铺筑，各个层位分别发挥着不同的功能。通常将路面结构划分为磨耗层、面层、基层和垫层，如图1所示。1.2.1.1磨耗层磨耗层【wearingcourse】指的是面层顶部用坚硬的细粒料和结合料铺筑的薄结构层。其作用是改善行车条件，防止行车对路面的磨损，延长路面的使用周期。1.2.1.2面层面层是路面结构的最上层，直接与车辆载荷和大气相接触。与其它层次相比，面层应具备更高的强度、抗变形能力和较好的稳定性、平整度，同时应具有较好的耐磨性、抗滑性和不透水性。***********学院露天矿道路路面结构综合设计******采矿工程******平设计2图1路面结构划分示意图1.2.1.3基层基层设置在面层之下，承受由面层传递下来的行车载荷，并将它扩散和传递到垫层和土基上。虽然基层位于面层之下，但仍然难以避免大气降水从面层渗入，而且还可能受到地下水的浸蚀，因此，基层除应具有足够的强度和刚度外，还应具有良好的水稳定性。同时为了保证面层的平整度，要求基层具有一定的平整度。1.2.1.4垫层垫层位于基层和土基之间，它的功能是改善土基的湿度和温度状况，保证基层和面层强度、刚度和稳定性不受土基的影响。同时垫层还将基层传递下来的车辆载荷进一步扩散，从而减小土基顶面的压应力和竖向变形。另外，垫层也能阻止路基土挤入基层。在地下水位较高的路基上，以及土质不良或冻深较大的路基上通常都应设置垫层。1.2.2路面断面型式和路拱1.2.2.1路面断面型式的分类路面断面型式分为槽式和全铺式两种，见图1，根据题意选用全铺式。1.2.2.2路拱横坡度路拱有直线型和抛物线型两种，见图2，露天矿道路一般采用直线型。为了及时排出路面上的积水，减少对路面的浸湿和渗透，路面表面应做成两边低、中央高的路拱。路拱坡度的大小一般受路面材料、路面宽度和地区降雨等因素的影响。低级路面，为了利于迅速排除路面积水，通常采用较大的路拱横坡和抛物线形路拱。各种不同类型路面的路拱平均横坡度值如表1所示。路拱横坡的具体选择，应考虑有利于行车平稳和路面排水的要求。在干旱和有积雪、浮冰地区，应采用低值；多雨地区采用高值。道路纵坡较大，或路面较宽，或行车速度较高，或经常有拖挂车行驶时用低值；反之，取用高值。路肩横坡度一般较路面横坡度大1%。为保证行车安全和保护路面边缘免受损坏，高级、次高级路面，宜设置与路面齐平或高出路面的路缘石和加固路肩。路缘石宽度一般为8~12cm，埋入深度不小于15cm，路肩和加固宽度一般为20~30cm，厚度为10~30cm。中级路面的图1-2路面结构面层基层土基***********学院露天矿道路路面结构综合设计******采矿工程******平设计3路肩，可利用当地材料予以加固。图2路面断面型式a槽式；b全铺式图3路拱型式a直线型；b抛物线型各类路面的路拱横坡度表1路面类型路拱平均横坡度（%）沥青混凝土、水泥混凝土热拌沥青碎石、冷拌沥青碎（砾）石、沥青表面处治、整齐石块半整齐石块、不整齐石块碎（砾）石等粒料路面低级路面1.0～2.01.5～2.52.0～3.02.5～3.53.0～4.0注:1.在降雨量大的道路上，宜采用上限，在降雨量小或有积雪和冰冻的路段上，宜采用下限。2.在少雨地区，路肩横坡宜与路拱坡度相同。3.当露天矿道路路面上的雨水排泄条件良好时，可考虑不设路拱。根据已知选择路面断面型式分为全铺式，参见表1，路拱采用直线型，路拱横坡度2.5%，路肩横坡度3.5%。1.3对路面的要求***********学院露天矿道路路面结构综合设计******采矿工程******平设计4为了保证道路全天候通车，提高行驶速度，增强安全性和舒适性，降低运输成本和延长道路使用年限，要求路面具有下述性能：1.3.1足够的强度和刚度汽车在路面上行驶，通过车轮把垂直力和水平力传递给路面，水平力又分为横向和纵向两种。此外，路面还受到车辆的振动力和冲击力的作用，在车身后面还会产生真空吸力。在上述各种外力的综合作用下，路面结构内会产生不同大小的应力、应变、如果这些应力或应变超过路面结构整体或某一组成部分的强度或抗变形能力，路面就会出现断裂、沉陷、车辙及波浪等病害，从而使路况恶化、服务水平下降。因此，要求路面结构必须具有足够的强度，同时应具有一定的刚度（即抵抗变形的能力）。1.3.2良好的稳定性质路面结构袒露在大气中，无时不受到温度和湿度变化的影响，其力学性能也就随之不断发生变化。强度和刚度不稳定，路况也就时好时坏。例如，砂石路面在雨季时，路面结构会因雨水渗入而强度下降，出现沉陷、车辙或波浪。在冰冻地区，温度和湿度的共同作用会使路面结构产生冻胀、翻浆破坏。因此，需要研究路面结构的温度和湿度状况及其对路面结构的影响，以便在此基础上修筑能在当地气候条件下具有足够稳定性的路面结构。1.3.3耐久性路面结构要承受车辆荷载的多次重复作用，由此而逐渐出现疲劳破坏和塑性变形累积；另外，温度、湿度、日照等自然因素的影响会使路面各结构层材料老化而导致破坏，这些都将缩短路面的使用寿命，增加养护工工作量和难度。因此，路面结构必须具有足够的抗疲劳和抗老化能力以及抗变形累积的能力。1.3.4表面平整度路面平整度是影响行车安全、行驶舒适性和运输效益的重要指标。不平整的路面会增大行车的阻力，并使车辆产生附加的振动作用。这种振动会造成行车颠簸，影响行车的速度和安全、驾驶的平稳和乘客的舒适。同时，振动作用还会对路面施加冲击力，从而加剧路面和汽车机车的损坏，并增加油料的消耗。而且，不平整的路面还会积滞雨水，加速路面的破坏。不同等级的公路，对路面平整度得要求也不同。1.3.5表面抗滑性和耐磨性路面表面要求平整度好，但不宜光滑。光滑的表面，造成行驶的车轮与路面之间的附着力和摩擦力较小，影响行车的安全性。特别是在雨天行车，或紧急制动，或爬坡、转弯时，车轮易产生空转或打滑，致使车速降低、油料消耗增加，甚至引起事故。1.3.6不透水性大气降水若通过路面表面渗入路面结构和路基内部，在高速行车载荷的反复作用下，这些水将产生很大的动水压力不断冲刷路面，使路面出现剥落、坑洞、唧泥和网裂的早期水破坏现象。为了避免路面水破坏，应尽量采用不透水的路面面层，设置路面排水设施或有效防水层。1.3.7低噪声和少尘性汽车在路面上行驶，车身后面所产生的真空吸力会将表层中较细材料吸出而***********学院露天矿道路路面结构综合设计******采矿工程******平设计5扬尘，导致路面松散、脱离，形成坑洞等破坏；扬尘还会加速汽车机件的损坏，影响行车视距，降低行车速度；而且，还会给环境带来不良影响。行车噪声一方面因路面平整度差、路面面层材料的刚度大而产生；另一方面与不良的线形设计导致车辆频繁的加速、减速、转向有关。因此，对于行车噪声和扬尘，应从道路工程的设计、施工、养护和管理方面统筹考虑，才能保证路面具有尽可能低的扬尘性和尽可能小的噪声。1.4路面的选择（应综合考虑下列因素）1.4.1.选择路面等级根据道路等级、运量、使用年限及车型选择路面等级，见表2；1.4.2.根据矿山生产特点及要求选择路面1.4.2.1选用各种沥青路面防尘要求较高的生产区，其道路宜选用各种沥青路面。1.4.2.2选用预制水泥混凝土块路面或石块路面跨越需要经常开挖检修的地下管线的路段，可选用预制水泥混凝土块路面或石块路面。1.4.2.3）选用碎石路面或石块路面经常通行履带车的道路，可选用碎石路面或石块路面。1.4.3.根据地区气候、土基状况、材料种类以及施工养护条件等，选择与之相适应的路面。表2道路条件路面等级使用时间类型等级载重量≤35t载重量＞35t＞10年5～10年3～5年＜3年生产干线生产干线或支线生产支线或联络线生产支线或辅助线一、二一、二、三二、三三高级、次高级次高级、中级次高级、中级中级、低级次高级、中级次高级、中级次高级、中级中级注：1.一般情况下，等级高的、使用时间长的道路应采用等级高的路面；2.当采用60吨及以上的汽车时，在有足够养路机械和健全的养路组织的情况下，宜采用中级路面；3.＜3年栏中的低级路面，适用于北方地区、车型很小、交通量很少的辅助线上。一个露天矿中，不宜选用过多的路面种类。1.5柔性路面设计柔性路面【flexiblepavement】指的是刚度较小、抗弯拉强度较低，主要靠抗压、抗剪强度来承受车辆荷载作用的路面。总体结构刚度较小，在行车荷载作用下的弯沉变形较大，路面结构本身抗弯拉强度较低，它通过各结构层将车辆荷载传递给土基，使土基承受较大的单位压力，路基路面结构主要靠抗压强度和抗剪强度承受车辆荷载的作用。这样的路面叫柔性路面。柔性路面主要包括各种未经处理的粒料***********学院露天矿道路路面结构综合设计******采矿工程******平设计6基层和各类沥青面层、碎(砾)石面层或块石面层组成的路面结构。因沥青混合料在配合比设计中有空隙率的考虑，高温环境下，碎石作为骨架基本不动，其他的细微膨胀由预留的空隙消化，即使多年的路面，空隙完全闭合，膨胀量也可以由沥青上上发展消化。更重要的是柔性路面的“柔”，其本身就有一定的低温抗裂性能，这也是柔性路面优势之一，而且低温环境下发生的部分细微裂缝在高温环境下也能自身愈合。1.5.1设计方法露天矿道路柔性路面的设计以交通部公路规划设计院1981.10编写的《行驶重型汽车柔性路面实际要点》（征求意见稿）为蓝本，并利用《公路柔性路面设计规范》（内部试行）中有关图表。它采用按典型结构及经验厚度与弯沉计算相结合的原则进行，步骤如下：1.5.1.1确定路面等级和类型根据道路类别、等级、设计使用年限、车型及年运量，确定路面等级和类型。1.5.1.2修建方案根据露天矿规划及采矿设计，考虑路面结构是否分期修建以及拟定分期修建的方案。1.5.1.3技术措施和处理方法根据所在地区的水文、气象、地质、土壤等自然条件与路基状况，对对路基水湿状况不良的路段，拟定改善的技术措施和处理方法。1.5.1.4进行路基、路面的综合设计正确划分路基岩石类型（岩石、填石、碎石土、土质路基等），正确划分路基的干、湿类型（干燥、中湿、潮湿、过湿等）。1.5.1.5拟定路面的结构组合，进行结构设计。在保证结构具有要求的强度、稳定性、耐久性和便于备料、施工的得前提下，参照图4，拟定几种结构组合进行综合比较，选择技术先进、经济合理的结构组合法方案。1.5.2结构设计的原则路面的结构设计对保证路面质量和降低造价有很大关系，因此，在进行路