【正文】 城南 學(xué) 院 永藍(lán)高速 K78+600～ K80+700 路基路面綜合設(shè)計(jì) 30 第四章 排水設(shè)計(jì) 路基排水設(shè)計(jì)規(guī)定 路基排水是關(guān)系到路基穩(wěn)定性的關(guān)鍵，是把路基工作區(qū)內(nèi)的土基含水量降低到許可范圍內(nèi)。 排水設(shè)施的設(shè)置 本設(shè)計(jì)區(qū)內(nèi)的地形狀況和對匯水的計(jì)算：設(shè)置了邊溝、排水溝、急流槽等，具體結(jié)構(gòu)見圖紙。膨脹土路塹（坡度為 1： ），路基寬度 26m,取單側(cè)路面和路肩橫向排水寬度為 12m,路拱橫坡為 2%在縱斷面方面，邊溝坡腳 和路肩邊緣間設(shè)置矩形邊溝。排水溝一般為直線，溝底縱坡不小于 %，路基邊坡應(yīng) 設(shè)急流槽，排水溝距路基坡角大于 2m, 邊坡平臺應(yīng)做成 2～ 5% 的向內(nèi)側(cè)傾斜的排水坡度。本設(shè)計(jì)路段內(nèi)截水溝的溝底設(shè)置在基巖上，以截除覆蓋層與基巖面間的地下水，保證溝身穩(wěn)定。本設(shè)計(jì)路段內(nèi)截水溝的溝底設(shè)置在基巖上，以截除覆蓋層與基巖面間的地下水，保證溝身穩(wěn)定。 ②截水溝溝底最低邊緣開挖深度不能滿足斷面設(shè)計(jì)要求時(shí)，可在溝壁較低一側(cè)培筑土埂，土埂頂寬 1～ 2m，背水面坡 1： 1～ 1： ，迎水面坡則按設(shè)計(jì)水流速度、漫水高度確定。土臺坡腳離路基邊坡頂應(yīng)有一定的距離。 ②通常應(yīng)盡量利用地形，將截水溝中的水流排入截水溝所在山坡一側(cè)的自然溝中，或直接引到橋涵的進(jìn)口處，以免在山坡上任其自流，造成沖刷。 路基排水綜合設(shè)計(jì) 在綜合設(shè)計(jì)中對路基的排水系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行整體規(guī)劃，要照顧農(nóng)田水利，對地面水的排除可利用邊溝、排水溝等排水設(shè)備，將流向路基的山坡水和表面水分段截留，引入自然溝中排出路基范圍之外。 路塹邊溝驗(yàn)算 基本資料 本項(xiàng)目位于湖南，屬 大陸性中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候。氣候具有三個(gè)特點(diǎn)：第一、光、熱、水資源豐富，三者的高值又基本同步。第二，氣候年內(nèi)與年際的變化較大。氣候的年際變化也較大，極大值與極小值的地區(qū)差值比平均值的地區(qū)差值 大 ，雨量最多年份與最少年份相差 1460毫米，最多年幾乎為最少年的 3倍。尤以湘西與湘南山地更為顯著。湖南熱量豐富。湖南冬季處在冬季風(fēng)控制下，而東南西三面環(huán)山，向北敞開的地貌特性，有利于冷空氣的長驅(qū)直入，故一月平均溫度多在47℃之間，湖南無霜期長達(dá) 260310天，大部分地區(qū)都在 280300天之間。湖南位于我國東南腹地，長江中游，是連接?xùn)|部沿海省與西部內(nèi)陸省的橋梁地帶。施工圖階段，對全線的過水結(jié)構(gòu)物均進(jìn)行了水文調(diào)查，調(diào)查收集了各路段歷史最高洪水位，測量形態(tài)斷面，并進(jìn)行匯水面積統(tǒng)計(jì)，確定設(shè)計(jì)水位和流量，最終明確各結(jié)構(gòu)物孔徑。由于坡面上采用植草防護(hù)，則由《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》得坡面徑流系數(shù)取 C1=。由此，總的匯水面積為 F=1230m+150m+1200m=2580m2，匯水區(qū)的徑流系數(shù)為 C= ?????? 城南 學(xué) 院 永藍(lán)高速 K78+600～ K80+700 路基路面綜合設(shè)計(jì) 33 100mk1+660k1+760路面中線路面表面排水（2％）（2 ％）邊溝邊溝平臺三級邊坡排水 1 : 1窗式護(hù)面墻漿砌片石護(hù)面 圖 1 邊溝計(jì)算示意圖 匯水歷時(shí) 假設(shè)匯水歷時(shí) 10min. 計(jì)算匯流歷時(shí) 由克畢公式 4 6 ss11 )iLm(* ? 計(jì)算坡面匯流歷時(shí)， 其中： Ls 為坡面流長度； is 為坡面流坡度； m1 地表粗糙系數(shù)； 由表 查得草皮防護(hù)路塹邊坡的粗度系數(shù) m1 =，且 路塹 坡度為 1： 得路 堤 坡面匯流歷時(shí) m 1 ????????? ??? 。 因此取坡面匯流歷時(shí) t1 =(取最大值 )。設(shè)計(jì)水深為 。 由上可得匯流歷時(shí)為 ： m in9 3 6 7 41 ????? 。求設(shè)計(jì)重現(xiàn)期和降雨歷時(shí)內(nèi)的降雨強(qiáng)度（ mm/min） ,由于公路在廣 東西南部 ，據(jù)《公路排水設(shè)計(jì)手冊》，可取公式 ??? ???? )lg P7 0 (6 2 . 9 9I Pt ? ? m m / m in5 9 3 lg 1 57 0 ??? ??? 。 所以 s/m0 7 8 5 8 05 9 0 7 6 . 6 7Q 36 ?????? ?。 因?yàn)樵O(shè)計(jì)徑流量 Q= /s泄水能力 Qc= /s，所以假定的邊溝尺寸符 合要求。為此，應(yīng)保證設(shè)計(jì)流速在最大和最小允許流速范圍內(nèi)。 對于平均流速 V=，故滿足沖淤檢驗(yàn)。 城南 學(xué) 院 永藍(lán)高速 K78+600～ K80+700 路基路面綜合設(shè)計(jì) 36 第五章 水泥混凝土路面設(shè)計(jì) 交通量計(jì)算 根據(jù) 我國的《公路自然區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)》（ JTJ01386） ，本項(xiàng)目位于湖南省 ,屬于東南濕熱 5IV 區(qū)。 計(jì)算設(shè)計(jì)年限通過的標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù) 車型 前后軸 軸輪數(shù) Pi(kpa) 交通量Ni Ni(Pi前 /100)16 +M*Ni(Pi后/100)16 小客車 前軸 1–1 13 2500 0 后軸 1–2 中客車SH130 前軸 1–1 900 后軸 1–2 大客車CA50 前軸 1–1 400 后軸 1–2 小貨車BJ130 前軸 1–1 1800 0 后軸 1–2 中貨車CA50 前軸 1–1 500 后軸 1–2 中貨車EQ140 前軸 1–1 900 后軸 1–2 大貨車JN150 前軸 1–1 49 650 后軸 1–2 特大車日野 KB222 前軸 1–1 500 后軸 1–2 拖掛車五十鈴 前軸 1–1 60 70 后軸 3–2 100 （ 小于 40KN 的單軸和小于 80KN 的雙軸略去不計(jì)；方向分配系數(shù)為 ，車道分配系數(shù)為 ， M 為后軸數(shù)目 ）。由表 ，臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)為 ?? ,而 gr=﹪。 路面結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 按設(shè)計(jì)要求，根據(jù)路基的干濕類型，設(shè)計(jì) 6 種方案，并進(jìn)行方案比選。初擬水泥混凝土面層厚度 mhc ? 。水泥混凝土面板平面尺寸為：長 5 米，寬從中央分隔帶至路肩依次為 , , .縱縫為設(shè)拉桿平縫；橫縫為設(shè)傳力桿的假縫。 (2) 材料參數(shù)的確定 混凝土的設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度與彎拉彈性模量 因?yàn)樵O(shè)計(jì)為普通水泥混凝土路面且交通等級為重型交通，由《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》 (JTG D40—2020)表 和附錄 查得： 設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度 rf ? Mpa， 彎拉彈性模量 31?cE Gpa， 泊松比為 ； 土基的回彈模量 根據(jù)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（ JTGD402020）附錄 ,路基屬于干 燥狀態(tài)，選用路基土基的回彈模量值： MPaE 1200 ? (取含細(xì)粒土砂的回彈 城南 學(xué) 院 永藍(lán)高速 K78+600～ K80+700 路基路面綜合設(shè)計(jì) 38 模量）。 (3) 基層頂面的當(dāng)量回彈模量和計(jì)算回彈模量 根據(jù)土基狀態(tài)擬定的基層、墊層結(jié)構(gòu)類型和厚度，參照《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》 (JTG D40—2020)中 ， 按式（ ）計(jì)算基層頂面當(dāng)量回彈模量如下： M P ahEhE x 2221 121 ???? mhhx ?? a=+(hx)= M P aEEEE xt 00?????????????????? 板底地基綜合當(dāng)量回彈模量 Et 取為 149 MPa 混凝土面層板的彎曲剛度 Dc，半剛性基層板的彎曲剛度 Db ,路面結(jié)構(gòu)的相對剛度半徑 gr 計(jì)算為： Dc=)1(12 23ccc vhE? = mMN ???? ? )(12 0 00 23 mMNvhED bbbb ???? ???? )(12 )1(12 2323 3/1 ??????? ??tbcg E DDr (4) 荷載疲勞應(yīng)力計(jì)算 按式（ ） ,標(biāo)準(zhǔn)軸載 和極限荷載 在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力計(jì)算 為 ： /1 3 ?? ?? ??scgCbPs phrDD?(MPa) 城南 學(xué) 院 永藍(lán)高速 K78+600～ K80+700 路基路面綜合設(shè)計(jì) 39 M paphrDD mcgCbPm ?? ?? ??? ?? ?? ?? scgbcb Ps phrDD? MPa 按式 計(jì) 算 面 層 荷 載 疲 勞 應(yīng) 力 為 ： 1 1 ?????? pscfrpr kkk ?? MPa 按式 計(jì) 算 面 層 最 大 荷 載 應(yīng) 力 為 ： M P akk pmcrp a x, ????? ?? 按式 計(jì)算基層荷載疲 勞應(yīng)力為：M Pakk bpscfbpr ????? ?? 其中：由 和表 得接縫傳荷應(yīng)力折減系數(shù) ?rk ，綜合系數(shù) ?ck ，面層荷載疲勞應(yīng)力系數(shù) 5 0 )9 6 5 8 5 5 6( ??? vef NK ，基層荷載疲勞應(yīng)力系數(shù))9 6 5 8 5 5 6( ??? vef NK (5) 溫度應(yīng)力 因?yàn)楸韭范挝挥诤鲜|南濕熱 5IV 區(qū)，海拔較低，濕度大，查《規(guī)范》表 可選取最大溫度梯度 Tg 為 : ?gT 92（℃ /m )。 按式 和式 計(jì)算綜合溫度翹曲應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力的溫度應(yīng)力系數(shù) LB : ? ? mkDD DDr nbc bc 4/1 ??????? ??? ? ?? ? 5 9 3434 ????? g cgn rDrk rDrk ? ?? ?? grLt os hs inhs inc os s inc os hc oss inh1 11 ?? ????????? ??? tttt ttttC L ? 城南 學(xué) 院 永藍(lán)高速 K78+600～ K80+700 路基路面綜合設(shè)計(jì) 40 )1( ???? ? LLhL CCeB c 按式 計(jì)算面層最大溫度應(yīng)力為：M P aBThE Lgccct 8 4 1 0 0 5m a x, ???????? ??? 溫 度 疲 勞 應(yīng) 力 系 數(shù) tk 按式 計(jì) 算 為 ： a x,m a x,????????? ????????????????? ?????????? cfafk brttrt ?? 其中a,b,c 為回歸系數(shù)，分別取為 , , 。再據(jù)查得的目標(biāo)可靠度和變異水平等級，確定可靠度系數(shù) r? =。根據(jù)高速公路重交通等級和低變異水平等級，查表 ，初擬水泥混凝土面層厚度 h=25cm。 底基 層 選石灰粉煤灰碎石 ，厚 度 h2=18cm。 縱縫為設(shè)拉桿平縫；橫縫為設(shè)傳力桿的假縫。 土基的回彈模量 參照《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》 (JTG D40—2020)附錄 ,路基屬于干燥 狀態(tài)，選用路基土基的回彈模量值 ： ?E =45（ MPa） 底基 層和基層的回彈模量 基層選用 水泥穩(wěn)定碎石 ，查《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》 (JTG D40—2020)附錄 ， 水泥穩(wěn)定碎石 的回彈模量選用： E1=1500MPa 底基層選 石灰粉煤灰碎石 ，查《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》 (JTG D40—2020)附錄 ，的回彈模量選用： E2=1300MPa (3) 基層頂面的當(dāng)量回彈模量和計(jì)算回彈模量 根據(jù)土基狀態(tài)擬定的基層、墊層結(jié)構(gòu)類型和厚度，參照《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》 (JTG D40—2020)中，按式（ ）計(jì)算基層頂面當(dāng)量回彈模量如下： M P ahEhE x 2221121 ???? mhhx ?? a=+(hx)= M P aEEEE xt 00?????????????????? 板底地基綜合當(dāng)量回彈模量 Et 取為 154 MPa 混凝土面層板的彎曲剛度 Dc，半剛性基層板的彎曲剛度 Db ,路面結(jié)構(gòu)的相對剛度半徑 gr 計(jì)算為： 城南 學(xué) 院 永藍(lán)高速 K78+600～ K80+700 路基路面綜合設(shè)計(jì) 42 Dc=)1(12 23ccc vhE? = mMN ???? ? )(12 0 00 23 mMNvhED bbbb ???? ???? )(12 )1(12 2323 3/1??????? ??tbcgEDDr (4) 荷載疲勞應(yīng)力計(jì)算 按式（ ） ,標(biāo)準(zhǔn)軸載 和極限荷載 在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力計(jì)算為 ： /1 3 ?? ?? ??scgCbPs phrDD?(MPa) M paphrDD mcgCbPm ?? ?? ??? ?? ??