1、1 工程概况济南绕城高速公路是国道主干线北京-上海，北京-福州和青岛-银川在济南外围联网形成的快速绕城公路，由东、西、南、北四段组成。东线全长 19.61862km，共分九个合同段，第九合同段（K50+800K58+518.62）为路面结构设计，该合同段起始于简家屯东，与小许家互通立交相接，经向阳村西向北跨越小清河，穿过南郭而村的空隙达到本合同的终点。本段路线主线全长 7.72km，内有小青河大桥 1 座，分离式立交 1座，中桥 1 座，天桥 2 座，小桥 3 座，通道 14 座，主线涵洞 15 座，线外涵 27 道及通信监控管道预埋工程。1.1 沿线自然条件1.1.1 地理位置、地形、地貌工
2、程位于山东省中部的台山北麓和黄河南岸，南北东向，自南部低山丘岭区到北部平原区，穿越了不同的地貌单元，本合同段属平原微丘区。1.1.2 气象条件路线所经区域位于我国东部温暖带亚湿润大陆季风气候区，一年四季分明。全年平均气温 13.4，7 月份最热平均气温 27.3，1 月份最冷，平均气温-2.7，极端最高气温 42.5（1995 年 7 月 24 日） ，极端最低气温-22.7（1972 年 2 月 7 日） 。沿线降水受季风影响明显，年平均降水量一般为 698mm，最小为 314mm（1968 年） ，降水量年季变化较大，春季占全年的 14%，夏季占 66%，秋季占 15.6%，冬季占 4.4
3、%。沿线平均初霜期为 10 月 27 日，平均终霜期为 4 月 13 日，平均无霜期 198 天，平均湿度为 64-66%。1.1.3 地质、地震沿线所经地带在大地构造上位于鲁中山地与华北平原的过渡地带，大地构造属于山东地带泰山隆起的北麓。经勘探为黄河泛冲积的新近堆积土，沿线为亚粘土、亚砂土。地下水埋深较浅。地震烈度为度。自然区划属 5a区。1.1.4 水文特征路线所经地区，地表径流主要受大气降水的控制，雨量充沛，水资源较为丰富，径流补给主要来源于大气降水。1.2 交通量及路面使用要求1.2.1 交通量以双轮组单轴载 100kN 为标准轴载，以 BZZ-100 表示，累计交通量为 13.961
4、06纪晓霞：高速公路路面结构及施工组织设计2轴次/车道。1.2.2 路面使用要求双向四车道高速公路，行车速度为 120km/h。1.3 主要设计技术指标1.3.1 公路等级平原微丘区高速公路，双向四车道。1.3.2 路面设计标准BZZ-100，累计交通量 13.96106轴次/车道。其它技术标准见表 1.1。表 1.1 路面设计其它标准路基全宽（m）设计行车速度（km/h）行车道宽（m）中间带（m）路肩（m）路面横坡（%）土路肩横坡（%）28 120 27.5 4.5 2（3.5+0.75） 2 41.4 筑路材料来源及供应情况1.4.1 取土场全线采用集中取土，地点在董家土场。土质为粉质低液
5、限粘土，经试验检测技术指标见表 1.2。表 1.2 土技术指标检测结果土类 塑性指数 Ip（%） 有机质含量（%） 硫酸盐含量（%）低液限粘土 12.0 0.8 0.11.4.2 砂石材料工程南端靠近泰山余脉，岩矿资源较丰富，分布广泛且运距较近。集料：碎石由章灵石料场生产，运距较近。粗砂：产地莱芜，运距较远。矿粉：历城水泥厂生产。山东交通学院毕业设计31.4.3 石灰采用济南港沟镇南湖生产的级钙质生石灰，技术指标符合 GB1594 要求，试验结果见表 1.3。表 1.3 石灰检测结果类别 CaO（%） MgO（%） CaO+MgO（%） 未消化残渣含量（%）生石灰 68.7 2.6 71.3
6、3.1消石灰 58.2 2.1 60.31.4.4 粉煤灰采用济南黄台火力发电厂生产的硅铝型低钙粉煤灰，质量符合 JTJ034-93 路面用粉煤灰技术要求，技术指标见表 1.4。表 1.4 粉煤灰技术指标检测结果成分含量（%）烧失量（%） 比表面积（cm 2/g）堆积密度（kg/m 3）SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO57.2 10.8 7.2 3.1 2.09.3 3150 7851.4.5 水泥山东交通水泥厂生产的路港 P.O32.5 水泥，技术指标见表 1.5。表 1.5 泥技术指标检测结果凝结时间（h:min） 胶砂强度（Mpa）标准稠度用水量（%）细度（%）安定性初凝
7、 终凝 3d 抗折 3d 抗压25.6 5.7 合格 6：01 7：13 4.8 20.01.4.6 沥青美国产埃索 AH-70，技术指标见表 1.6。纪晓霞：高速公路路面结构及施工组织设计4表 1.6 沥青技术指标检测结果薄膜烘箱试验延度（cm）延度（）针入度P25100g5s(0.1mm)软化点TR&B() 25 15比重25闪点溶解度(三氯乙烯)（%）含蜡量(裂解法）（%）针入度比（%）25 1565 46.3 150 150 1.035 230 99.8 2.0 85 150 150山东交通学院毕业设计52 路面结构设计2.1 设计的依据及原则2.1.1 设计依据公路沥青路面设计规范J
8、TJ014-972.1.2 设计原则我国新建公路沥青路面设计采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性层状体系理论，以设计弯沉值为路面整体刚度的设计指标，以弯拉应力作为路面强度的验算指标。对沥青混凝土面层和半刚性材料的基层、底基层应进行层底拉应力的验算。设计使用年限为 15 年。（1）路面设计应根据使用要求及气候、水文、土质等自然条件，密切结合当地实践经验，进行路基路面综合设计。（2）在满足交通量和使用要求的前提下，应遵循因地制宜、合理选材、方便施工、利于养护、节约投资的原则，进行路面设计方案的技术经济比较，选择技术先进、经济合理、安全可靠、有利于机械化、工厂化施工的路面结构方案。（3）结合当地条件
9、，积极推广成熟的科研成果，对行之有效的新材料、新工艺、新技术应在路面设计方案中积极、慎重的加以运用。（4）路面设计方案应注意环境保护和施工人员的健康和安全。2.2 设计技术要求2.2.1 公路等级平原微丘区高速公路，双向四车道2.2.2 其它设计要求其它设计要求见表 1.12.3 收集或调查交通量，计算累计标准轴次 Ne根据设计材料可知，N e=13.96106轴次/车道。2.4 划分土基类型，确定土基回弹模量。自然区划属 5a区，查二级自然区划该区土质为粉性土，则临界高度为H1=2.42.9m，H 2=1.82.3m。经判断应属中湿类型，则 0.90 70 20 2500结果评定 合格 合格
10、 合格纪晓霞：高速公路路面结构及施工组织设计183.2.4 路面底基层材料组成设计（1）设计原则根据对某种材料规定的技术要求，选择合适的原材料，确定结合料的种类和数量及混合料的最佳含水量。本设计中底基层的材料组成设计应根据选用的材料及要求的抗压强度，通过试验选取最适宜于稳定的土，确定石灰与粉煤灰的比例，确定石灰粉煤灰与土的质量比例，确定二灰土的最佳含水量。（3） 设计方法步骤 制备不同比例的二灰土混合料（石灰：粉煤灰：土取6：20：74、8：20：72、10：20：70、12：20：68、14：20：66）共五组试件，用重型击实试验法，确定各组二灰土的最佳含水量和最大干密度。试验数据见附表1。
11、 按规定达到的压实度，分别计算不同配合比时二灰土应有的干密度。击实试验结果如表 3.4 所示：表 3.4 不同配比的二灰土击实试验结果配合比例 6：20：74 8：20：72 10：20：70 12：20：68 14：20：66最佳含水量 17.6% 18.3% 18.7% 18.0% 19.8%最大干密度 1.63 1.61 1.60 1.59 1.56规定压实度应有干密度 1.55 1.53 1.52 1.51 1.48 按最佳含水量和计算所得的干密度制备试件。进行强度试验时，作为平行试验的试件数量应符合规范的规定。当偏差系数0.3mm 部分） ，不小于 % 12水洗法 150 合格蜡含量
12、（蒸馏法） 不大于 % 2.2 2.0 合格闪点 不小于 260 265 合格溶解度 不小于 % 99.5 99.8 合格 集料粗集料、细集料的试验检测结果如表 3.16 所示3.4.4 路面面层材料组成设计（包括上、中、下面层）（1）设计原则沥青面层由三层沥青混合料组成，各层混合料的组成设计应根据其层厚和层位、气温和降雨量等气候条件、交通量和交通组成等因素，选用适当的最大粒径及级配类型，使之满足对沥青面层使用功能的要求。对于高速公路沥青路面的上面层和中面层的沥青混凝土混合料进行配合比设计时，应通过车辙试验机对抗车辙能力进行检验。在温度 60、轮压 0.7Mpa 条件下进行车辙试验的动稳定度，
13、对高速公路应不小于 800 次/mm。表 3.16 集料质量检测评定表粗集料 细集料检测项目检测值 标准值 结果评定 检测值 标准值 结果评定表观密度（g/cm 3） 2.821不小于 2.60 合格 2.615不小于2.5合格含泥量（%） 0.3 不大于 1 合格 0.6 不大于 3 合格针片状含量(%) 2.0 不大于 15 合格压碎值（%） 10.2 不大于 26 合格粘附性 4 级 不小于 4 级 合格磨光值（%） 62 不小于 42 合格（2）设计方法步骤矿质混合料的配合比组成设计根据道路等级、路面类型及所处的结构层位，确定沥青混合料类型，按公路沥青路面设计规范中的表 4.2.1 推
14、荐的结构类型确定。由道路级别为高速公路，路面类型为沥青混凝土，路面结构为三层式沥青混凝土。纪晓霞：高速公路路面结构及施工组织设计28各层选用的沥青混合料类型如表 3.17 所示。 表 3.17 各结构层沥青混合料类型结构层次 沥青混合料类型上面层 AC-13中面层 AC-20下面层 AC-25根据已确定的沥青混合料类型，查阅规范推荐的矿质混合料级配范围表确定各混合料级配范围，如表 3.18 所示。根据现场取样，对碎石、石屑、砂和矿粉原材料进行筛分试验，按筛析结果分别绘出各种材料的筛分曲线。根据各组成材料的筛分试验资料，采用图解法，计算组成材料配合比，如附图 3.1、图 3.4、图 3.7。由图
15、解法确定各种材料用量，上面层为碎石：砂：石屑：矿粉=37%：33%：20%：10%，中面层为碎石（10-20）：碎石（5-10）：砂：石屑：矿粉=36%：21%：18%：17%：8%，下面层为碎石（10-30）：碎石（10-20）：碎石（5-10）：砂：矿粉=20%：21%：19%：30%：10%。各矿质混合料组成配合比计算如表 3.19、3.20、3.21 所示。将计算得合成级配绘于矿质混合料级配范围图中，计算结果的合成级配曲线接近级配范围中值。表 3.18 矿质混合料级配范围通过下列筛孔（mm）的质量百分率（%）级配类型 31.5 26.5 19 16 13.2 9.5 4.75 2.36
16、 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075AC-13 100 901006885386824501538102872051548AC-20 100 9010078926280507226561644123382451741337AC-25 100 90100759065835776456524521642123382451741337计算得的合成级配应根据工程要求作必要的调整。通常情况下，合成级配曲线宜尽量接近设计级配中值，尤其应使 0.075mm、2.36mm 和 4.75mm 筛孔的通过量尽量接近实际级配范围中值；对于高速公路等交通量大、轴载重的道路，宜偏向级配范围的下（粗）限；合成
17、级配曲线应接近连续的或合理的间断级配，但不应过多的犬牙交错。由于高速公路交通量大、轴载重，为使沥青混合料具有较高的高温稳定性，合成级配曲线应偏向级配范围的下限，为此应调整级配。经过组成配合比的调整，各种材山东交通学院毕业设计29料用量如附表中括号内的数值。将调整后的合成级配曲线分别绘于附图 3.2、图 3.5、图 3.8 中，由图可以看出，调整后的合成级配曲线为一光滑平顺接近级配曲线下限的曲线，确定矿质混合料组成为：上面层矿料组成配比：碎石：砂：石屑：矿粉=38%：35%：21%：6%中面层矿料组成配比：碎石（10-20）：碎石（5-10）：砂：石屑：矿粉=45%：16%：16%：18%：5%
18、下面层矿料组成配比：碎石（10-30）：碎石（10-20）：碎石（5-10）：砂：矿粉=13%：27%：25%：29%：6%确定沥青最佳用量选用提供的沥青 AH-70，根据规范推荐的沥青用量范围，采用 0.5%间隔变化，与前计算的矿质混合料配合比各制备 5 组试件，按规定每面各击实 75 次的方法成型。按上述方法成型的试件，做马歇尔试验，测其物理指标、力学指标。试验结果如表3.22、表 3.23、表 3.24。表 3.22 上面层歇尔实验物理-力学指标测定结果汇总表沥青用量（%）密度 s(g/cm3)空隙率（%）沥青饱和度（%）稳定度（kN）流值（0.1mm）矿料间隙率（%）3.5 2.371
19、 8.3 55.2 5.1 24 18.54.0 2.380 6.9 65.7 7.2 28 20.14.5 2.415 6.0 68.2 8.2 31 18.95.0 2.396 5.1 75.4 7.8 36 20.75.5 2.375 4.9 77.4 6.3 45 22.1技术标准 36 6575 8 2040 不少于 14表 3.23 中面层歇尔实验物理-力学指标测定结果汇总表沥青用量（%）密度 s(g/cm3)空隙率（%）沥青饱和度（%）稳定度（kN）流值（0.1mm）矿料间隙率（%）4.0 2.446 4.2 69.6 11.2 25.3 13.84.5 2.452 3.2 77
20、.0 12.2 31.0 13.95.0 2.473 1.7 87.9 10.9 36.7 14.05.5 2.465 1.2 91.4 9.8 39.9 14.06.0 2.452 1.0 93.6 8.3 42.8 15.6技术标准 36 6575 8 2040 不少于 13.5表 3.24 下面层歇尔实验物理-力学指标测定结果汇总表纪晓霞：高速公路路面结构及施工组织设计30沥青用量（%）密度 s(g/cm3)空隙率（%）沥青饱和度（%）稳定度（kN）流值（0.1mm）矿料间隙率（%）3.0 2.427 6.3 53.1 7.9 23.0 13.43.5 2.445 4.9 62.7 8.
21、2 27.0 13.14.0 2.435 4.6 67.2 8.0 30.0 14.04.5 2.429 4.1 72.4 7.0 35.0 14.95.0 2.415 3.9 74.8 5.3 44.0 15.5技术标准 36 6575 8 2040 不少于 12.5根据马歇尔试验结果分析，绘制沥青用量与物理、力学指标的关系图，如附图3.3、图 3.6、图 3.9。以上面层为例，首先确定沥青用量的初始值 OAC1，相应于稳定度最大值的沥青用量 a1=4.65，相对密度最大的沥青用量 a2=4.65%，相应于规定空隙率范围中值的沥青用量 a3=5.75%，相对于沥青饱和度范围中值的沥青用量 a
22、4=4.4%。则OAC1=（a 1+a2+a3+a4）/4=(4.65%+4.65%+5.75%+4.4%)/4=4.86%以各项指标均符合技术标准的沥青用量范围 OACmin OAC max的中值作为 OAC2。则OACmin =4.45% OACmax=5.0%OAC2=（OAC min +OACmax）/2=（4.45%+5.0%）/2=4.73%通常情况下取 OAC1及 OAC 2的中值作为计算的最佳沥青用量 OAC。则OAC=（OAC 1+OAC2）/2=(4.86%+4.73%)/2=4.80%按照同样的方法确定中面层和下面层的最佳沥青用量分别为 4.3%、3.8% ，最佳沥青用量对应的空隙率和间隙率，经检验都满足规范要求。采用最佳沥青用量制备试件进行水稳定性检验、抗车辙试验，检验在此沥青用量下是否满足稳定性要求及抗车辙要求。检验结果如表 3.25 所示表 3.25 沥青混合料水稳性试验结果混合料类型 最佳沥青用量（%） 残留稳定度（%） 动稳定度(次/mm) 结果评定AC-13 4.8% 81 1054 合格AC-20 4.3% 88 1193 合格AC-25 3.8% 89 1202 合格标准值 不小于 80 不小于 800 次/mm
