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1.1 线形设计一般原则 ............................................................................ 错误!未定义书签。
1.2 平面线形要素的组合类型 ................................................................ 错误!未定义书签。
1.3 平面设计方法 .................................................................................... 错误!未定义书签。
1.4 平曲线设计 ........................................................................................ 错误!未定义书签。
1.4.1 平曲线要素计算 ......................................................................... 错误!未定义书签。
1.4.2 逐桩坐标计算 ............................................................................. 错误!未定义书签。
1.5 纵断面设计 ........................................................................................ 错误!未定义书签。
1.5.1 竖曲线设计 ................................................................................. 错误!未定义书签。
1.6 横断面设计 .......................................................................................................................... 1
1.6.1 路基宽度的确定 ........................................................................................................... 1
1.6.2 路堤和路堑边坡坡度的确定 ....................................................................................... 1
1.6.3 超高与加宽 ................................................................................................................... 1
2 路基路面设计 ............................................................................................................................. 2
2.1 一般路基设计 ...................................................................................................................... 2
2.1.1 路基的类型和构造 ....................................................................................................... 2
2.1.2 设计依据 ....................................................................................................................... 2
2.1.3 路基填土与压实 ........................................................................................................... 2
2.2 软基处理 .............................................................................................................................. 3
2.3 路基防护 .............................................................................................................................. 4
2.4 支挡结构设计 ...................................................................................................................... 4
2.5 路面结构设计 ...................................................................................................................... 6
2.5.1. 路面结构组成 ............................................................................................................. 6
2.5.2 路面类型 ....................................................................................................................... 6
2.5.3 沥青路面设计 ............................................................................................................... 7
2.5.4 水泥路面设计 ............................................................................................................... 8
2.5.5 路面比选 ....................................................................................................................... 9
2.6 路基土石方数量计算及调配 ............................................................................................ 10
2.6.1 横断面面积计算 ......................................................................................................... 10
2.6.2 土石方数量计算 ......................................................................................................... 11
2.6.3 路基土石方调配 ......................................................................................................... 11
3 排水设计 ................................................................................................................................... 15
3.1 公路排水设计的内容 ........................................................................................................ 15
3.2 设计依据 ............................................................................................................................ 15
3.3 路基排水设计 .................................................................................................................... 15
3.3.1 地表排水设备的类型 ................................................................................................. 15
3.3.2 边沟设计 ..................................................................................................................... 15
3.3.3 排水沟设计 ................................................................................................................. 16
3.4 路面排水设计 .................................................................................................................... 16
3.4.1 路面表面排水 ............................................................................................................. 16
3.5 涵洞设计 ............................................................................................ 错误!未定义书签。
3.5.1 涵洞分类及各种构造型式涵洞的适用性和优缺点 ................. 错误!未定义书签。
3.5.2 涵洞选用原则 ............................................................................. 错误!未定义书签。
3.5.3 涵洞拟定 ..................................................................................... 错误!未定义书签。 致谢 ............................................................................................................... 错误!未定义书签。
1.6 横断面设计
公路的横断面,是指公路中线上各点的法向切面,它是由横断面设计线和地面线所构成的。其中横断面设计线包括行车道、路肩、分隔带、边沟边坡、截水沟、护坡道以及隔离栅、环境保护等设施。
公路横断面的组成和各部分的尺寸要根据设计交通量、交通组成、设计车速、地形条件等因素。在保证必要的通行能力和交通安全与通畅前提下,尽量做到用地省、投资少,使道路发挥其最大经济效益与社会效益。
道路横断面的布置及几何尺寸应能满通、环境、城市面貌等要求,横断面设计应满足以下一些要求:
(1)设计应符合公路建设的基本原则和现行《公路工程技术标准》规定的具体要求。
(2)设计时应兼顾当地农田基本建设的需要,尽可能与之相配合,不得任意减、并农
田排灌沟渠。
(3)路基穿过耕种地区,为了节约用地,如当地石料方便,可修建石砌边坡。
(4)沿河线的横断面设计,应注意路基不被洪水淹没或冲毁。
1.6.1 路基宽度的确定
路基宽度是指公路路幅顶面的宽度,即两路肩外缘之间的宽度,公路路基宽度为行车到与路肩宽度之和。
根据规范,二级公路采用单幅路形式,行车道宽2×3.5m,硬路肩宽度:2×0.75m,土路肩宽度:2×0.75m。路基宽:7+1.5+1.5=10m,路拱坡度2%。
布置如下图4-1所示: 土
路
肩硬路肩行车道行车道硬路肩土路肩
图4-1 路基设计简图
1.6.2 路堤和路堑边坡坡度的确定
由《公路路基设计规范》,结合实际的工程地质条件综合考虑:路堤边坡坡度取为1:
1.5~1:1.75;路堑边坡取为1:0.5~1:0.75。
1.6.3 超高与加宽
2 路基路面设计
公路路基是路面的基础,它是按照路线位置和一定技术要求修筑的带状构造物,承受由路面传来的荷载,必须具有足够的强度、稳定性和耐久性。
2.1 一般路基设计
2.1.1 路基的类型和构造
(1)路堤
路基设计标高高于天然地面标高时,需要进行填筑,这种路基形式称为路堤。按填土高度的不同,划分为高路堤、矮路堤和一般路堤。路基边坡坡度取1:1.5和1:1.75,在路基的两侧设置边沟。高路堤的填方数量大,占地多,为使路基稳定和横断面济济合理,可以在适当位置设置挡土墙。为防止水流侵蚀和坡面冲刷,高路堤的边坡采取适当的坡面防护和加固措施。
(2)路堑
路基设计标高低于天然地面标高时,需要进行挖掘,这种路基形式称为路堑。挖方边坡根据高度和岩土层情况设置成直线或折线,一般坡度取1:0.5和1:0.75。挖方边坡的坡脚设置边沟,以汇集和排除路基范围内的地表径流,路堑的上方设置截水沟,以拦截和排除流向路基的地表径流。
(3)半挖半填路基
半挖半填路基兼有路堤和路堑的特点,上述对路堤和路堑的要求均应满足。
2.1.2 设计依据
《公路路基设设计规范》
《公路工程技术标准》
2.1.3 路基填土与压实
(1)填土的选择
路基的强度与稳定性,取决于土的性质和当地的自然因素。并与填土的高度和施
工技术有关。在填土时应综合考虑,据《路基设计规范》可知,二级公路的路基填料最小强度和最大粒径如下表:
路基压实度及填料要求表
(2)不同土质填筑路堤
如透水性较小的土层,位于透水性较大的土层下面,则透水性较小的土层表面应
自填方轴线向两边做成不小于4%的坡度。如透水性较大的土层位于透水性较小的土层下面,则透水性较大的土层表面应做成平台。为了防止雨水冲刷,可覆盖透水性较小的土层。允许使用取土场内上述各种土的天然混合物。水的土与不透水的土,
不能非成层使用,以免在填方内形成水囊。
(3)路基压实与压实度
路堤填土需分层压实,使之具有一定的密实度。土的压实效果同压实时的含水量
有关。对于路基的不同层位应提出不同的压实要求,上层和下层的压实度应高些,中间层可低些。
据《路基设计规范》,高速公路路基压实度应满足下表:
路基压实度(重型)要求表
软土地基,通常情况下地基承载力达不到其上面构造物要求的承载力,或虽在建筑物施工时能达到要求,但在后期使用过程中由于地基本身的原因或水的原因,使地基失稳,
造成路面严重破坏,处理好路基,是设计的重大环节。公路是一条带状的承受动静两种荷载的特殊人工建筑物,由于它分布较广,使用要求较高,因而对地基提出了较高的要求。
本设计所经过的路段除田间地段有淤泥的不良地段外,其它地段的地基承载力很好,地质也良好。对于有淤泥层的地段,由于深度都在3m以内,一般通过清淤泥换填法进行处理。填料采用碎石土,石渣等,其上铺0.5m的砂砾垫层土工隔栅。
对于地质条件差,且在路基范围内有少量地下水渗出的土质地段,边坡采用护面墙进行防护。
2.3 路基防护
路基防护是确保道路全天候使用,使路基不致因地表流和气候变化而失稳的必要工程措施,是路基设计的主要项目之一。
路基的防护的方法,一般可分为坡面防护和冲刷防护两类。坡面防护主要有植物防护和工程防护两类。对于土路堤的坡面铺砌防护工程,最好待填土沉实或夯实后施工,并根据填料的性质及分层情况决定防护方式。铺砌的坡面应预先整平,坑洼处应填平夯实。冲刷防护有间接和直接防护两类。对于冲刷防护,一般在水流流速不大及水流破坏作用较弱地段,可在沿河路基边坡设砌石护坡、石笼和混凝土预制板等。
(1)路堤边坡防护
路堤高度小于3米边坡均直接撒草种防护;路堤高度大于3米均采用方格网植草护坡,具体尺寸见图纸《路堤方格网植草防护图》。
(2)路堑边坡防护
路堑高度小于3米边坡均直接撒草种防护;路堑高度大于3米均采用人字形骨架植草护坡。
2.4 支挡结构设计
(1)挡土墙的用途
挡土墙是用来支撑天然边坡或人工填土边坡以保持土体稳定的建筑物。在公路工程中广泛应用于支挡路堤或路堑边坡、隧道洞口、桥梁两端及河流岸壁等。
(2)挡土墙的类型及适用范围
挡土墙类型分类方法较多,一般以挡土墙的结构形式分类为主,常见的挡土墙形式有:重力式、衡重式、悬臂式、扶壁式、加筋土式、锚杆式和锚定板式。按照墙的设置位置,挡土墙可分为路肩墙、路堤墙、路堑墙和山坡墙。
路肩墙或路堤墙设置在高填路堤或陡坡路堤的下方,可以防止路基边坡或基底滑动,确保路基稳定,同时可以收缩填土坡脚,减少填方数量,减少拆迁和占地面积,以及保护临近线路已有的重要建筑物。
路堑挡土墙设置在堑坡底部,主要用于支撑开挖后不能自行稳定的边坡,同时可减少挖方数量,降低边坡高度。
(3)本路段挡土墙设置
在路段K0+960~K1+100右侧,为收缩坡脚、加强路基的稳定性,设置挡土墙长140m,高2~4m,具体布置及构造见《挡土墙布置图》和《挡土墙构造图》。
(4)挡土墙排水设施
挡土墙的排水处理是否得当,对岩石或土坡的稳定性影响很大,直接影响到挡土墙的安全与使用效果。挡土墙的排水设施通常由地面排水和墙身排水组成。地面排水,主要是防止地表水渗入墙背填料或地基。因此,可设置地面排水沟以截留地表水。夯实回填土顶面和地表松土,以减少雨水和地面水下渗,必要时应加设铺砌,采取封闭处理。为防止地表水渗入地基,可夯实墙前回填土及加固边沟等。墙身排水,主要是为了迅速排除墙后积水。通常是在非干砌的挡土墙墙身的适当高度处设置一排或数排泄水孔。设计中采用10×10cm的方形孔,间距为2m。最下一排泄水孔的底部距地面30cm。
沉降缝和伸缩缝:为防止因地基不均匀沉陷而引起墙身开裂,应根据地基地质条件及墙高、墙身断面的变化情况,设置沉降缝。为了减少圬工砌体因硬化收缩和温度变化作用而产生裂缝,须设置伸缩缝。
通常,把沉降缝和伸缩缝结合在一起,统称为变形缝。设计中,沿墙身10m设置一道变形缝,缝宽20mm,缝内沿墙内、外、顶三边填塞沥青麻筋,塞入深度不应小于15cm。
(5)挡土墙施工注意事项
①施工前应做好地面排水工作,保持基坑干燥;
②基坑开挖后,若发现地基与设计情况有出入,应按实际情况调整设计;
③墙趾部分的基坑,在基础施工完后应及时回填夯实,并做成不小于4%外倾斜坡,以免积水下渗,影响墙身的稳定;
④浆砌挡土墙的砂浆水灰比必须符合要求,灰浆应填塞饱满,浆砌挡土墙应错缝砌筑,填缝必须紧密,不得做成水平通缝,墙趾台阶转折处,不得做成竖直通缝;
⑤墙体应达设计强度的75%以上,方可回填墙后填料;
⑥回填前,应确定填料的最佳含水量和最大干密度,根据碾压机具和填料性质,分层
填筑压实,压实度应满足设计要求;
⑦墙后回填必须均匀摊铺平整,并设不小于3%的横坡,利于排水。墙背1.0m范围内,不得有大型机械行驶或作业,防止碰坏墙体,并用小型压实机碾压,分层厚度不得超过0.2m。
⑧墙后地面坡度陡于1:5时,应先处理填方基底(如铲除草皮,开挖台阶等)再填土,以免顺原地面滑动。
2.5 路面结构设计
2.5.1. 路面结构组成
⑴面层
面层是直接承受车辆荷载作用及大气降水和温度变化影响的路面结构层次,并为车辆提供行驶表面,直接影响行车的安全性、舒适性和经济性。因此,面层应具有足够的结构强度,抗变形能力,较好的水稳定性和温度稳定性,而且应当耐磨,不透水;其表面还有良好的抗滑性和平整度。面层可由一层或多层组成;其上层可为磨耗层,其下层可为承重层、连接层或整平层。修筑面层所用的材料主要有:水泥混凝土、沥青混凝土、沥青碎石混合料等。
⑵基层
基层主要承受由面层传来的车辆荷载的垂直力,并扩散到下面的垫层和土基中去。它应具有足够的强度和刚度,具有良好的扩散应力的能力及足够的水稳定性。基层厚度大时,可设为两层,分别称为上基层和底基层,并选用不同强度或质量要求的材料。修筑基层所用的材料主要有:各种结合稳定土、天然砂砾,各种碎石和砾石、片石,各种工业废渣等。
⑶垫层
垫层介于土基与基层之间,将基层传下来的车辆荷载应力加以扩散,以减小土基产生的应力和变形,阻止路基土挤入基层中,影响基层结构的性能。修筑垫层的材料强度不一定要高,但水稳定性和隔温性能要好,常用的材料有:砂、砾石、炉渣、水泥或石灰稳定土等。
2.5.2 路面类型
按面层所用的材料来分,有水泥混凝土路面、沥青路面、砂石路面等。高等级公路路面的特点是强度高、刚度大、稳定好、使用寿命长,能适应较繁重的交通量,一般采用水泥混凝土路面或沥青路面。
2.5.3 沥青路面设计
2.5.3.1 设计资料
⑴交通量年平均增长率按r=7%计,路段属平原微丘,西南潮暖区(V2区) ⑵初始年交通量如下表:
交通量组成表
按设计弯沉值计算设计层厚度 :
LD= 33.1 (0.01mm)
H( 4 )= 15 cm LS= 34.9 (0.01mm);H( 4 )= 20 cm LS= 30.9 (0.01mm); H( 4 )= 17.3 cm(仅考虑弯沉)
按容许拉应力验算设计层厚度 :
H( 4 )= 17.3 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求)
H( 4 )= 17.3 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求)
H( 4 )= 17.3 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求)
H( 4 )= 17.3 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求)
路面设计层厚度 :
H( 4 )= 17.3 cm(仅考虑弯沉); H( 4 )= 17.3 cm(同时考虑弯沉和拉应力)。 根据上述结果,干燥状态下取二灰土厚度H( 4 )=18cm。
② 中湿状态
按设计弯沉值计算设计层厚度 :
LD= 33.1 (0.01mm)
H( 4 )= 15 cm LS= 37.1 (0.01mm);H( 4 )= 20 cm LS= 32.7 (0.01mm); H( 4 )= 19.5 cm(仅考虑弯沉)
按容许拉应力验算设计层厚度 :
H( 4 )= 19.5 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求)
H( 4 )= 19.5 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求)
H( 4 )= 19.5 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求)
H( 4 )= 19.5 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求)
路面设计层厚度 :
H( 4 )= 19.5 cm(仅考虑弯沉);H( 4 )= 19.5 cm(同时考虑弯沉和拉应力)。 根据上述结果,中湿状态下取二灰土厚度H( 4 )=20cm。
⑼确定路面结构
①干燥状态
---------------------------------------
中粒式沥青混凝土 5 cm
---------------------------------------
粗粒式沥青混凝土 7 cm
---------------------------------------
水泥稳定碎石 20 cm
---------------------------------------
石灰水泥粉煤灰土 18 cm
---------------------------------------
土基
②中湿状态
---------------------------------------
中粒式沥青混凝土 5 cm
---------------------------------------
粗粒式沥青混凝土 7 cm
---------------------------------------
水泥稳定碎石 20 cm
---------------------------------------
石灰水泥粉煤灰土 20 cm
---------------------------------------
土基
2.5.4 水泥路面设计
2.5.4.1 设计资料
⑴交通量年平均增长率按r=7%计,路段属平原微丘,西南潮暖区(V2区) ⑵初始年交通量如下表:
交通量组成表
其中,小汽车的前后轴都小于两吨,在路面设计中因其轴载太小无需考虑。
确定路面结构
①干燥状态
---------------------------------------
普通水泥混凝土 24cm
----------------------------------
5%水泥稳定碎石 20cm
----------------------------------
石灰水泥粉煤灰土 15cm
----------------------------------
土基
②中湿状态
---------------------------------------
普通水泥混凝土 24cm
----------------------------------
5%水泥稳定碎石 20cm
----------------------------------
石灰水泥粉煤灰土 18cm
----------------------------------
土基
2.5.5 路面比选
两种路面的优缺点对比分析
(1)沥青路面的优缺点
优点:
①沥青路面由于车轮与路面两级减振,因此行车舒适性好、噪音小;
②柔性路面对路基、地基变形或不均匀沉降的适应性强;
③沥青路面修复速度快,碾压后即可通车。
缺点:
①压实的混合料空隙率大,耐水性差,宜产生水损坏,一个雨季就可能造成路面大量破损;
②沥青材料的温度稳定性差,脆点到软化点之间的温度区间偏小,包不住天然高低温度,冬季易脆裂,夏季易软化;
③沥青是有机高分子材料,耐老化性差,使用数年后,将产生老化龟裂破坏; ④平整度的保持性差,不仅沉降会带来平整度劣化,而且材料软化会形成车辙。
(2)水泥混凝土路面的优缺点
优点:
①水稳定性较高,在暴雨及短期浸水条件下,路面可照常通行;
②温度稳定性高,无车辙现象;
③水泥混凝土是无机胶凝材料,主要水化产物水化硅酸钙既是其强度的主要来源,既耐老化,又无污染。但在更长时期,会与所有岩石一样,产生风化现象,水泥石风化与沥青老化相比,时间长10倍以上,不构成工程问题;
④平整度的保持期长;
⑤在相同技术和工艺水平下,水泥路面大修前的使用年限长。
缺点:
① 在相同平整度条件下,由于刚性路面不减振,因此行车舒适性不及沥青路面;噪音较大,我国对低噪音水泥路面尚未开展研究和应用;
②在路基、地基变形或不均匀沉降条件下,易形成脱空,附加应力很大,极易产生断裂破坏,对路基稳定性要求高,对不均匀沉降的适应性差。
③水泥路面强度高、硬度大,即使断板后也难于清除,修复难度大,新浇筑面板的养护期较长。
鉴于沥青路面对公路周围的土地、地下水等会造成污染,造价要高于水泥路面;而修建水泥路面能促进当地经济的发展,带动当地经济发展,也提升当地水泥的质量和知名度,所以选择修建水泥路面。
2.6 路基土石方数量计算及调配
路基土石方是公路工程的一项主要工程量,在公路设计和路线方案比较中,路基土石方数量的多少是评价公路侧设质量的主要技术经济指标之一。在编制公路施工组织计划和工程概预算时,还需要确定分段和全线的路基上石方数量。
地面形状是很复杂的,填挖方不是简单的几何体,所以其计算只能是近似的,计算的精确度取决于中桩间距、测绘横断面时于点的密度和计算公式与实际情况的接近程度等。计算时一般应按工程的要求,在保证使用的前提下力求简化。
2.6.1 横断面面积计算
路基填挖的断面积,是指断面图中原地面线与路基设计线所包围的面积,高于地面线者为填,低于地面线者为挖,两者应分别计算,下面介绍几种常用的面积计算方法。
①积距法:适用于不规则图形面积计算
把横断面图划分成若干条等宽的小条,累加每一小条中心处的高度,再乘以条宽即为该图形的面积。
将断面按单位横宽划分为若干个梯形与三角形条块,每个小条块的近似面积为: Fi=bhi
则横断面面积:
当b=1m时,则F在数值上就等于各小小条块平均高度之和Σhi。
要求得Σhi的值,可以用卡规逐一量取各条块高度的累积值。当面积较大卡规张度不
够用时,也可用米厘方格纸折成窄条代替卡规量取积距,用积距法计算面积简单、迅速。若地面线较顺直,也可以增大b的数值,若要进一步提高精度,可增加测量次数最后取其平均值。
②坐标法
已知断面图上各转折点坐标(xi,yi),则断面面积为:
A = [∑(xi yi+1-xi+1yi ) ] 1/2
坐标法的精度较高,适宜于用计算机计算。
计算横断面面积还有几何图形法、数方格法、求积仪法等。
2.6.2 土石方数量计算
若相邻两断面均为填方或均为挖方且面积大小相近,则可假定两断面之间为一棱柱体其体积的计算公式为:
V=(A1+A2) L 2
式中:V——体积,即土石方数量(m3);
F1、F2——分别为相邻两断面的面积(m2);
L——相邻断面之间的距离(m)。
此法计算简易,较为常用,一般称之为“平均断面法”。
土石方数量计算应注意的问题:
(1)填挖方数量分别计算,(填挖方面积分别计算);
(2)土石方应分别计算,(土石面积分别计算);
(3)换土、挖淤泥或挖台阶等部分应计算挖方工程量,同时还应计算填方工程量;
(4)路基填、挖方数量中应考虑路面所占的体积,(填方扣除、挖方增加);
(5)路基土石方数量中应扣除大中桥所占的体积,小桥及涵洞可不予考虑。
2.6.3 路基土石方调配
土石方调配的目的是为确定填方用土的来源、挖方弃土的去向:以及计价土石方的数量和运量等。通过调配合理地解决各路段土石方平衡与利用问题,使从路堑挖出的土石方,在经济合理的调运条件下移挖作填,达到填方有所“取”,挖方有所“用”,避免不必要的路外借土和弃上,以减少占用耕地和降低公路造价。
填方土源:附近挖方利用
借土
挖方去向:调往附近填方
弃土
(一)土石方调配原则
(1)就近利用,以减少运量:在半填半挖断面中,应首先考虑在本路段内移挖作填进行横向平衡,然后再作纵向调配,以减少总的运输量。
(2)不跨沟调运:土石方调配应考虑桥涵位置对施工运输的影响,一般大沟不作跨越调运。
(3)高向低调运:应注意施工的可能与方便,尽可能避免和减少上坡运土;位于山坡上的回头曲线段优先考虑上线向下线的土方竖向调运。
(4)经济合理性: 应进行远运利用与附近借土的经济比较(移挖作填与借土费用的比较)。
远运利用的费用:运输费用、装卸费等
借土费用:开挖费用、占地及青苗补偿费用、弃土占地及运费
为使调配合理,必须根据地形情况和施工条件,选用适当的运输方式,确定合理的经济运距,用以分析工程用土是调运还是外借。
土方调配“移挖作填”固然要考虑经济运距问题,但这不是唯一的指标,还要综合考虑弃方或借方占地,赔偿青苗损失及对农业生产影响等。有时移挖作填虽然运距超出一些:运输费用可能稍高一些,但如能少占地,少影响农业生产,这样,对整体来说也未必是不经济的。
(5)不同的土方和石方应根据工程需要分别进行调配,以保证路基稳定和人工构造物的材料供应。
(6)土方调配对于借土和弃土应事先同地方商量,妥善处理。借土应结合地形、农田规划等选择借土地点,并综合考虑借土还田,整地造田等措施。弃土应不占或少占耕地,在可能条件下宜将弃土平整为可耕地,防止乱弃乱堆,或堵塞河流,损坏农田。
(二)土石方调配方法
土石方调配方法有多种,如累积曲线法、调配图法及土石方计算表调配法等,目前生产上多采用土石方计算表调配法,该法不需绘制累积曲线图与调配图,直接可在土石方表上进行调配,其优点是方法简捷,调配清晰,精度符合要求。该表也可由计算机自动完成。具体调配步骤是:
(1)土石方调配是在土石方数量计算与复核完毕的基础上进行的,调配前应将可能影响运输调配的桥涵位置、陡坡、大沟等注在表旁,供调配时参考。
(2)弄清各桩号间路基填挖方情况并作横向平衡,明确利用、填缺与挖余数量。
(3)在作纵向调配前,应根据施工方法及可能采取的运输方式定出合理的经济运距,供土石方调配时参考。
(4)根据填缺挖余分布情况,结合路线纵坡和自然条件,本着技术经济和支农的原则,具体拟定调配方案。方法是逐桩逐段地将毗邻路段的挖余就近纵向调运到填缺内加以利用,并把具体调运方向和数量用箭头标明在纵向利用调配栏中。
(5)经过纵向调配,如果仍有填缺或挖余,则应会同当地政府协商确定借土或弃土地点,然后将借土或弃土的数量和运距分别填注到借方或废方栏内。
(6)土石方调配后,应按下式进行复核检查:
横向调运十纵向调运十借方=填方
横向调运十纵向调运十弃方=挖方
挖方十借方=填方十弃方
以上检查一般是逐页进行复核的,如有跨页调配,须将其数量考虑在内,通过复核可以发现调配与计算过程有无错误,经核证无误后,即可分别计算计价上石方数量、运量和运距等,为编制施工预算提供上石方工程数量。
(三)关于调配计算的几个问题
(1)经济运距
填方用土来源,一是路上纵向调运,二是就近路外借土。一般情况调运路堑挖方来填筑距离较近的路堤还是比较经济的。但如调运的距离过长,以致运价超过了在填方附近借土所需的费用时,移挖作填就不如在路堤附近就地借土经济。因此,采取“调”还是“借”有个限度距离问题,这个限度距离即所谓“经济运距”,其值按下式计算:
经济运距 L经 = B+ L免 T
式中:B——借土单价(元/m3);
T——远运运费单价(元/m3·km);
L兔——免费运距(km)。
由上可知,经济运距是确定借土或调运的限界,当调运距离小于经济运距时,采取纵向调运是经济的,反之,则可考虑就近借土。
(2)平均运距
土方调配的运距,是指从挖方体积的重心到填方体积的重心之间的距离。在路线工程中为简化计算起见,这个距离可简单地按挖方断面间距中心至填方断面间距中心的距离计算,称平均运距。
在纵向调配时,当其平均运距超过定额规定的免费运距,应按其超运运距计算土石方运量。
(3)运量
土石方运量为平均运距与土石方调配数量的乘积。单位:m3·km
在生产中,工程定额是将平均运距每10m划为一个运输单位,称之为“级”,20m为两个运输单位,称为二级,余类推,在土方计算表内可用符号①、②表示,不足10m时,仍按一级计算或四舍五人。于是:
总运量=调配(土石方)方数×n
式中:n——平均运距单位(级),其值为:
n = (L - L免)/ A
其中:L ——平均运距;
L免——免费运距。
在土石方调配中,所有挖方无论是“弃”或“调”,都应予以计价。但对于填方则不然,要根据用土来源来决定是否计价。如果是路外借土,那当然要计价,倘若是移挖作填调配利用,则不应再计价,否则形成双重计价。因此计价土石方必须通过土石方调配表来确定其数量为:
计价土石方数量=挖方数量十借方数量
一般工程上所说的土石方总量,实际上是指计价土石方数量。一条公路的土石方总量,一般包括路基工程、排水工程、临时工程、小桥涵工程等项目的土石方数量。对于独立大、中桥梁、长隧道的土石方工程数量应另外计算。
具体计算及调配见《路基土石方数量计算及调配表》
3 排水设计
3.1 公路排水设计的内容
公路排水设计可划分为四部分:
(1)横向穿越路界排水——由涵洞、桥梁引排穿越路界的溪流、河道中的水;
(2)路界表面排水——指公路用地范围内的表面排水,包括路面排水、中间带排水、
坡面排水和由相邻地带或交叉道路流入路界内的排水等;
(3)路面结构内部排水——通过裂缝、接缝或面层空隙下渗到路面结构(面层、基层
和垫层)内部,或者由地下水或道路两侧滞水浸入路面内部的水分的排除或疏干;
(4)地下排水——危及路基稳定或影响路基强度的含水层地下水的排除或疏干。
3.2 设计依据
《公路路基设设计规范》
《公路排水设计规范》
《公路工程技术标准》
3.3 路基排水设计
3.3.1 地表排水设备的类型
(1)边沟:设置在挖方路基的路肩外侧,或低路堤的坡脚外侧,用以汇集和排除路基范围内和流向路基的少量地面水。
(2)排水沟:用来引出路基附近低洼处积水的人工沟渠。
3.3.2 边沟设计
挖方路基及填土高度低于路基设计要求的临界高度的路堤,在路肩外缘均应设计纵向人工沟渠,称之为边沟,其主要功能在于排泄路基用地范围内地面水。边沟内侧边坡坡度按土质类别采用1:1.0~1:1.5;梯形边沟的底宽和深度不应小于0.4m。边沟的纵坡度应尽量与路线纵坡保持一致。当路线纵坡坡度小于沟底所必需的最小纵坡坡度时,边沟应采用沟底最小纵坡坡度,并缩短边沟出水口的间距。
边沟出水口的间距,一般地区不宜超过500m,多雨地区不宜超过300m。边沟出水口的排放应结合地形、地质条件及桥涵水道位置,引排到路基范围外,使之不冲刷路堤坡脚。
(1)设计流量的确定采用公式
Q=16.67qF (3-1)
式中:Q——设计流量 m3;
q——设计重现期和降雨历时内的平均降雨强度 ,min;
——径流系数;
F——汇水面积 ,km2。
3.3.3 排水沟设计
排水沟主要用于排泄来至边沟、截水沟或其他水源的水流,以形成整个排水系统。排水沟的平面布置,取决于排水要求与当地地形。排水沟的布置,必须结合地形自然条件,因势利导,平面上力求短捷平顺,以直线为宜,必须转向时,尽量采用较大半径(10~20m以上),徐缓改变方向,保证水流舒畅;纵面上控制最大和最小纵坡,以1%~3%为宜,纵坡大于3%,需要加固,大于7%,则应改用急流槽。
(1)排水沟断面形式:
排水沟一般为梯形断面,其大小应根据流量确定,深度与宽度不小0.5米。排水沟边坡视土质而异,一般在1:1-1:1.5。
排水沟沟底纵坡不小于0.5%,在特殊情况下允许减小到0.2%。
(2)排水沟的平面线形:
排水沟应尽量采用直线,如必须转弯时,其半径不小于10-20米,排水沟的长度根据实际需要而定,通常在500米以内。
(3)排水沟与水道的衔接。
排水沟采用梯形断面,h=0.5m,b=0.5m,边坡率m=1。水文水力计算同边沟,在此不另行计算。
3.4 路面排水设计
路面排水由路面横坡、路肩纵坡、拦水带或路肩矩形边沟,路肩排水沟、泄水口和急流槽等组成。路面排水设施的设计,按暴雨强度采用当地任意连续30min的最大径流厚度(mm)。路面排水设计重现期规定:高速公路3—5年,一级公路2—3年,二级公路1—2年。
3.4.1 路面表面排水
路面表面排水的主要任务是迅速把降落在路面和路肩表面的降水排走,以免造成路面积水而影响安全。
2预应力技术的重要作用
(1)提高混凝土构件对内应力的承受力在道路桥梁的混凝土构件中,混凝土构件侧面荷载的承受力比较薄弱,容易导致混凝土产生裂缝、变形,影响工程的质量。采用预应力技术,改善碳纤维贴片和混凝土构件,可以提高承弯构件的刚度,改善混凝土侧向压力的耐受能力,较少构件出现裂缝的可能性,进而提高道路工程施工的质量。
(2)提高承重构件的承载力承重构件是道路桥梁工程建设的基础。因此,做好承重构件的施工工作具有重要作用。运用预应力技术对承重构件进行适当的处理,改变承重构件内部受压的拉应力,减少构件的拉应变和压应变,提升承重构件的整体强度,可以有效地保证道路桥梁工程高质量建设。
(3)延长道路桥梁的使用寿命在道路桥梁的施工中,通过预应力技术对路面进行预先构筑:
①混凝土构件中,预先对其施加压力,使其在外荷载作用时的受拉区混凝土内力产生压应力,用以抵消或减小外荷载产生的拉应力,使结构在正常使用的情况下不产生裂缝或者裂得比较晚;
②在机械构件中,预先使其产生应力,提高构造本身刚性,减少振动和弹性变形,改善受拉模块的弹性强度,使原本的抗性更强。通过改变混凝土构件和机械构件来改善桥面的刚度和强度,提高桥面的承载力和抗变形能力,保证道路桥梁工程的施工质量,延长道路桥面的使用寿命。
3道路桥梁工程中的预应力技术
3.1钢筋混凝土结构中的预应力技术
通常情况下,钢筋混凝土容易出现裂缝。在钢筋混凝土中运用预应力技术,即在钢筋混凝土构件中使用加载线,向其受拉区的混凝土进行钢筋张拉,预先施加一定的压力。混凝土构件受到外荷载力所施加的拉力后,会先消受拉区的混凝土中预先承受的压力,然后再受其他方面的拉力,从而有效地控制混凝土的伸长,减少钢筋混凝土出现裂缝。
3.2碳纤维片预应力技术
碳纤维具有许多优良的性能,具体如下:
(1)轴向强度和模量高、密度低、比性能高、无蠕变;
(2)非氧化环境下耐超高温,耐疲劳性好;
(3)比热及导电性介于非金属和金属之间,热膨胀系数小且具有各向异性;
(4)耐腐蚀性好,X射线透过性好等。碳纤维兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特征,是一种力学性能优异的新材料。在道路桥梁工程中把预应力技术运用到碳纤维片中,可以充分地发挥碳纤维的强抗拉性,提高道路桥梁的混凝土梁的相关性能,进而提高道路桥梁的工程质量。
3.3混凝土路面工程中的预应力技术
对混凝土路面所用的混凝土构件和钢筋构件等采用预应力技术,对路面进行相对的约束,可提高桥面的承载力和抗变形能力,进而提高整个道路路面的工程质量,保证道路桥梁工程的施工质量,延长道路桥面的使用寿命。
4预应力技术存在的问题
在道路桥梁施工中,运用预应力技术增强混凝土和钢材的强度,进而增强混凝土构件的抗裂抗渗的强度、刚性和抗剪力,可有效节约工程施工材料,提高道路桥梁工程施工的质量,降低工程的成本,提高道路工程的质量,延长桥梁的使用寿命。尽管如此,仍存在着一些问题。
(1)钢筋管道堵塞问题在混凝土的浇筑过程中,可能会由于操作不当、时间把握不准以及不能及时地跟进保护等因素导致混凝土不能顺利地穿过预应力钢筋,造成混凝土质量不能达标,影响道路桥梁工程施工。
(2)预应力构件在张拉前出现裂缝混凝土收缩应力和温差应力的改变会导致裂缝的产生。再者,季节的变化、温度湿度的改变都有可能使预应力构件产生裂缝。
(3)预应力构件张拉力的失控预应力的施工主要靠人为操作,如果施工作业不规范,预应力张拉力控制不当,就会造成桥梁的质量问题,影响整个道路桥梁工程建设。
5解决预应力技术问题的措施
5.1钢筋管道堵塞问题的解决措施
(1)应先提高施工人员的综合素质,避免因操作不当引起的钢筋管道堵塞问题。
(2)为预防管道堵塞问题的产生,在施工之前仔细检查波纹管的质量,确定波纹管的安装位置,做好各方面的检查工作。
(3)当出现钢筋管道堵塞问题的时候,应及时将有问题的钢管替换下来。
5.2预应力构件张拉出现裂缝的解决措施
由于道路桥梁施工为户外作业,不能保持一个常温的工作环境。针对这个问题最主要的措施就是控制好温度和湿度,保证预应力构件的预制质量。在夏季施工时,可以用凉水来化热水泥;在冬季温度低的时候应做好保温措施,保证构件不因为热胀冷缩产生裂缝。
5.3应力构件张拉力失控的解决措施
提高施工人员的专业技能和业务素质,严格按照规范进行施工,保证张拉作业采用预应力筋伸长量和张拉力双重控制,保证预应力构件的质量。
由于道路桥梁是长期暴露在外界环境下的,并且使用的次数是数以万计的,需要承载着不同重量的物体。在道路桥梁工程建设中,路面和桥面铺装层往往采用的是半刚性结构,这种结构虽然在某一程度上增强了铺装层的的强度和承受能力,但这种结构易受温度的影响,温度差异越大,铺装层产生裂缝的可能性越大。尤其是北方寒冷地区,路面或桥面铺装层常常会产生裂缝。由于早晚温度差异过大,导致半刚性结构路面的受压性降低,最终在日常使用中出现裂缝,甚至导致崩塌。路面和桥面铺装层产生裂缝的另外一个原因就是长期的使用量,相对于人行道路的铺装层,车辆行驶的道路更易产生裂缝,由于车辆在行驶过程中往往会出现超载或急刹车的现象,车辆会严重的挤压并磨损地面,因此容易发生路面凹陷,进而产生断裂层,在这样长期的磨损情况下,路面和桥面必然产生裂缝,从而使得道路桥梁工程出现质量问题。
1.2 道路桥梁地基不均匀造成沉降问题
道路桥梁的地基质量决定了道路和桥梁的使用寿命,地基不均匀造成沉降的主要原因有以下几点:首先是在道路桥梁工程建设前期相关人员勘测施工场地不到位,进而设计的道路桥梁不合理,导致施工过程中施工技术存在一定漏洞;其次是一些施工人员在工程建设中为谋取利益而偷工减料,忽略了工程质量的达标成果,满足不了施工要求,最终导致道路桥梁地基发生沉降;最后是施工人员在施工过程中没有充分考虑到施工地点周围环境的地质变化情况,建设道路桥梁是需要很长时间的,长时间下地表层会遭到破坏,地质发生变化,土质的软硬度不均衡,造成地基不均匀,甚至引发地基沉降。地基沉降不均匀,则会使路面和桥面受力不均衡,对人们日常生活和车辆的行驶造成严重影响。
1.3 钢筋锈蚀出现断裂问题
在道路桥梁的建设过程中,钢筋是路基工程中重要的原材料,在路基的底层起着主要承重的作用。但是钢筋结构处于路基的内部,容易受到一些环境因素的影响而最终影响其原本的承载能力。比如说,钢筋和混凝土构成了桥梁的承重结构,若是混凝土施工过程或是后期受环境因素影响出现裂缝时,那么钢筋就相当于失去了混凝土这层主要的保护层,一些空气中的水分会大量的侵蚀到钢筋结构的表面,钢筋表面会在长期的水分影响下而发生化学变化,也就是产生表面锈蚀,锈蚀情况严重时,继而会引发钢筋结构的断裂。在外界环境中若是存在一些硫化成分的化学品时,更会加剧钢筋结构的锈蚀程度,使得道路桥梁工程在短时期内发生严重的断裂现象。
1.4 低质量的施工材料引发的桥头破损
桥头破损也是道路桥梁工程中常见的一种病害现象,桥头破损会使得道路桥梁的两端产生严重的变形,这种变形现象会使得整体桥梁的应力结构发生变化,进而使得道路桥梁原本的使用寿命和安全使用系数都在一定程度上有所降低。产生这种现象的主要是由于施工材料的质量不合格引起的,若是施工材料的质量不合格,则不能满足道路桥梁主要结构部件的支撑力的要求,道路桥梁上面长年累月的载重车辆行驶,会使得桥头不堪重负的碾压而产生局部断裂,给道路桥梁的安全通行埋下了严重的隐患问题。
2 道路桥梁工程的施工处理技术分析
2.1 裂缝修补技术
裂缝修补技术是专门针对道路桥梁铺装层的裂缝现象提出的一种施工技术,具体来说裂缝修补技术可分为表面修补、裂缝填充、裂缝灌浆等多种方法,具体方法的选择要依据表面裂缝的具体情况来确定。本节主要介绍表面修补技术。表面修补技术:这种方法适用于表面裂缝较浅的情况,其裂缝的宽度在0.2cm以下的情况。具体方法是,采用环氧胶泥或是水泥浆每隔5分钟便对路面裂缝涂抹一次,使涂抹的厚度达到1mm以后,再对其表面涂抹油漆或是沥青,以作防腐保护,最后采用玻璃纤维布覆盖表面,防止表面再次受外界环境的破坏影响。
2.2 裂缝填充技术
这种修补技术相对于裂縫修补技术来说,更具有加固的作用,适用于裂缝较宽,裂缝现象较严重的情况。具体方法是,在路面的裂缝处进行纵深方向的挖槽,在槽位里边采用水泥浆和环氧树脂胶按照一定比例的调配之后填充到路面的裂缝中,由于环氧树脂胶的性能较为稳定,其与水泥浆进行一定比例的调配后,性能稳固,对表面裂缝的修补更能起到稳固的作用。此外,在填充的工程材料中,还可添加一些防水性能较好的橡胶材料,这样更能使得裂缝在雨水天气时所受的影响较小。
2.3 锚喷施工技术
锚喷施工技术是针对于桥头破损提出的一种施工技术。锚喷具有凝结快、稳固性能高的特点,是处理桥头破损常采用的一种施工技术。具体的技术方法是,在借助锚喷设备超强喷射力的条件下,向裂缝部位喷射一定量的硅胶材料,然后在模板的加固作用下,用硅胶材料将桥体有效的粘结在一起。
2.4 钢筋锈蚀问题的处理
中图分类号:G642.477 文献标识码:A
概述
道路桥梁工程技术专业毕业设计是学生由专业学科知识学习转向解决桥梁工程实际问题的初步过渡,使学生完成面向工程设计实践的专业工程师基本训练。是理论与实际相结合的运用阶段,是学生将所学理论知识、专业知识和基本技能进行设计的重要实践过程。也是对学生所学专业知识及其应用能力的一次综合性检验。通过毕业设计,使学生系统的巩固专业知识,培养独立分析和解决问题的能力;提高设计计算及绘图能力、正确理解和运用《公路桥涵设计规范》相关条文的能力;掌握道路、桥梁的设计原则、设计方法和步骤。目前,我国的基建队伍的规模很大,但高素质的工程技术管理人员的比率相对较低,很难适应经济建设的需要。国家大力建设道路基础设施,对道路桥梁工程技术专业提出更高要求,要求多出人才、快出人才、出高素质人才。而我系道路桥梁工程技术专业2006年开始招生,属于起步较晚,教学体系和研究课程内容和改革的压力很大,毕业设计的内容和模式也比较单一和滞后。所以,怎样指导学生做好毕业设计,保质保量,提高效果,满足市场发展的需求,提高即将毕业学生的综合素质和社会竞争力已显得刻不容缓。
1 毕业设计工作中存在的问题
1.1 学生因素
学生中存在对毕业设计不重视,态度不认真现象。有些学生认为毕业设计只是走形式,随便对付就能够通过,对老师布置的要求、进度不予理会,临到答辩前匆忙突击。毕业设计安排于大三第一学期,此时正值学生找工作及参与专升本考试的关键时期。由于时间上的冲突,在两者的选择上,学生多倾向于把时间和精力投入于找工作中,或者全力以赴准备专升本考试,难以保证真心投入到毕业设计的全过程中。其次学生对毕业设计内容的理解较盲目,使学生的参与意识与角色意识不浓。
1.2 教师因素
指导教师对毕业设计的重要性认识不到位,导致了部分指导教师在指导毕业设计过程中责任心不强,出现放任自流现象。一些指导老师对毕业设计的质量把关不严,评分标准掌握偏松。带毕业设计的教师缺少科研、实验和工程实践经验。
1.3 选题单一
我系道路桥梁工程技术专业毕业的学生就业约占80%以上到检测单位、施工单位、监理单位、勘探设计、养护管理等单位。毕业生的就业现状是直接从事施工者居多,而设计选题仅偏重于道路桥梁设计,单一的选题将严重束缚学生的学习积极性,只要有一部分学生做完,其他大部分学生就“照猫画虎”。
1.4 毕业设计内容和资料缺乏
我系毕业设计参考资料大部分是参考其他学校,相对缺乏全面评价的资料,对工程实际指导意义不大,未能充分发挥学生丰富的想象力和创造能力。
1.5 理论联系实际欠佳
学生课堂所学的知识不能很快用实践验证,虽然实践环节安排接近50%,由于条件所限,学生实际到生产一线的机会很少,只有2周生产实习和10周毕业实习,而即使学生去了生产一线由于道路桥梁建设工期较长,在很短的时间不可能面面俱到。
2 提高毕业设计质量的途径
结合我系实际情况和对设计的指导经验,本人对道路桥梁工程技术专业毕业设计内容和模式展开了探讨,提出具体改革措施如下:
2.1 切实加强应用力学、道路工程测量、道路工程材料、计算机应用等基本技能训练的基础上,要加强实践环节,生产实习由2周改为4周,毕业实习由10周改为13周,其次是要提高校外实习的质量,使学生的实习落到实处。通过校外实习,使学生在具体工程建设施工现场中获得工程实践能力,再结合理论,提高工程技术应用能力和综合素质,为毕业设计打下了良好的基础。
2.2 改革课程设计环节,提高课程设计质量,应开设《桥涵水力水文》课程设计、《墩台与基础工程》课程设计、《桥涵工程》大作业、《道路工程》大型作业、《工程结构》大作业、《施工组织设计》综合练习、《路桥工程预算》大型作业7个项目组成的道路桥梁课程设计系列。其中有5个课程设计结合在一起就完成一座桥梁的工程设计计算与施工图绘制工作,使在毕业设计中没有进行桥梁整体设计的学生,也得到了桥梁设计与施工的系列训练。
2.3 选择路桥工程实际为毕业设计题目,强化学生工程意识。通过设计院提供真实的路桥建设题目,做到真题真做,在真实的工程环境中,使学生的综合知识得到了培养。
2.4 设计题目尽量做到一人一题。为了避免学生之间互相抄袭,我们要坚持做到一人一题。我们毕业设计时间是6+2周,学生必须完成方案比选、结构设计计算、施工图绘制、施工组织设计四部分的内容,加大施工部分内容。突出施工要求,要求学生通过设计理解施工。毕业设计是融合设计、施工、管理三者关系的最好方法,学生要熟练的掌握绘图和识图,要求最少绘制10张以上图纸CAD绘图必须不少于设计总图张数的1/3,且由指导老师指定绘制CAD图。
2.5 加强检查制度。毕业设计采用“多环节“指导方法,即教师指导一部分,学生设计一部分,教师既要集体指导,又要个别指导;教师既要教方法,又要讲清机理问题,还得介绍经验。对于优秀的学生予以适当增加难度和工作量,对那些平时态度不够端正的学生及时给予批评、规定每一阶段必须完成的内容,随时检查,充分发挥其积极性及潜能。一般在毕业设计的进行中,一定要做好前期、中期、后期检查。系里主管教学的部门也要随机进行抽查,学院教务处也要加大教学检查工作。这对毕业设计工作起到检查督促的作用。
结语
结合我系实际情况,各指导教师应做好充分的准备工作,以饱满的工作热情和认真负责的工作态度,积极按时做好毕业设计指导工作。学生必须严肃认真对待,要独立思考,勤奋努力,积极按时完成设计任务。激发学生学习兴趣和热情,提高学生专业知识综合能力,全面提高即将毕业学生的综合素质和社会竞争力,为培养合格的道路桥梁工程建设专业技术人才服务。
参考文献