路面结构综合设计

道路路面结构综合设计

班 级： 2008级 采矿工程

设 计 人： 王彦磊 学 号： 2008171537 指导老师： 孟爱国 设计日期： 2011年05月10日 2008级采矿工程 王彦磊 2008171537

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露天矿道路路面结构综合设计

一：已知条件：

1.车型选择：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：露天矿天然砂砾、中细砂，

承压层（基层）：采矿毛石， 面层：剥离物中的泥结碎石， 磨耗层：采用泥页砂岩， 土基E0：25MPa。 5.本路为四级道路干线，设计寿命为五年；

6.道路时间利用系数为0.8，双车道利用系数为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；

2.利用系数递推法、路面等效换算法分别算出路面总厚度、

基层厚度；

3.确定路面宽度（全铺式），（四倍车宽）；

4.根据纵断面设计绘制1：500道路横断面综合结构图。 三、参考文献：

1.中国矿业大学主编.露天采矿手册.徐州.中国矿业大学出版

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社.1983

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一、 路面类型的选择及路拱横坡

（一） 路面的选择 应综合考虑下列因素；

1 根据道路等级、运量、首映年限及车型选择路面等级， 2 根据矿山生产特点及要求选择路面

a 防尘要求较高的生产区，其道路宜选用各种沥青路面。 b 跨越需要经常开挖检修的地下线路段，可选用预制水泥混凝泥土块路面或石块路面。

c 经常行使履带车的道路，可选用碎石路面或石块路面。 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。一个露天矿中不宜选用多种路面。

（二）路面断面形势和路拱

1 路面断面形式分为槽子是式和全铺式两种，露天矿一般采用槽式断面。槽式断面的结构层大都做成相等的厚度。食料丰富地区，中、低级路面可选用全铺式断面。其边缘部分购读不小于3厘米。

2路拱由直线型和抛物线型两种。露天矿道路员工一般采用直线型路拱，其中间宜用圆弧圆弧半径可按下式计算：

R =

b6i=

2263=1.22，米

式中 R-----圆弧半径，米； b-----路面宽度，米；

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i-----路拱坡度，%； 3 各种面层类型的路拱坡度表 表4 路面坡度 路面面层类型 水泥混凝土、沥青混凝土、热拌沥青碎石混合料 沥青贯入式、冷拌沥青碎（砾）石、沥青碎（砾）石表面处治 、沥青灰土表面处治、整齐石块 半整齐、不整齐石块 泥结、水结、干结及级配碎（砾）石等，砂姜石、碎砖 砾料改善土、当地材料改善土 路拱坡度，% 10. ～2.0 1.5～2.5 2.0～3.0 2.5～3.5 3.0～4.0

二、柔性路面设计 （一）设计的方法

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.根据道路类型、级别、设计使用年限、车型及年运量确定路面等级和类型。

2.根据露天矿规划及采矿设计，考虑路面结构是否分期建设以及拟定分期建设的方案。

3.根据所在地区的水文、气象、低质、土壤等自然条件与路基状况，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。

4.进行路基路面的综合设计。正确划分基岩石类型（岩石、填石、碎石土、土质路基等），正确划分路基干、湿类型（干燥、中湿、潮湿、过湿等）

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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、耐久型和便于备料、施工的前提下参考图 拟定几种结构组合进行比较，选择技术先进、经济合理的结构组合方案。

6.路面各结构层的厚度。 （二） 结构设计的原则

路面的结构设计对保证路面质量和降价造价有很大关系，因此，在进行路面结构设计时，须考虑下列经济原则。

1.因地制宜，就地取材。一般应尽量选取矿区岩石，经加工作为主要路面材料。

2.露天矿道路设计要按照“路基稳定、基层坚实、路面耐用”的原则，将路基、垫层、底基层、基层、层面作为一个相互联系和相互制约的整体，充分发挥结构层的作用。针对露天矿车型大、水平推力强的特点，设计面层时，不应片面追求减薄面层、降低造价，而应保证面层有足够的强度和稳定性。

3.路面结构一般应按强度自上而下递减的方式组合，不宜有倒装结构，相邻层间的模量比，面层与基层不宜大于3；基层底基层各层间不宜大于5，基层（底基层）与土基在4～15范围之内。各结构层必须紧密而且稳定，以保证结构的整体强度和应力传布的连续性。结构层厚度应综合考虑材料的性能，应力传布的效果和压实机具有的效能等，一般先确定面层的类型和厚度，面层以下各层厚度，应视压实条件和需要而定。

（三）路基路面综合设计

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1.路面设计一般均要求路基处于干燥和中湿状态，过湿状态的路基必须经过处治方可铺筑路面。

正确划分路基干事类型是合理选择路面结构和选用设计参数的主要依据。路基干湿类型是根据路槽底面以下80厘米深度内的平均相对含水量与外界含水量的关系来划分

路槽底面以下80厘米深度内的平均相对含水量按下式确定。 Wx=

WWy，%

式中 W----路槽底面以下80厘米深度内的算术平均含水量，%； W----土样液限含水量，%。

y原有道路的W应在部里季节测定。新建的道路突击平均含水量

y应根据水位和天然适度调查资料与路基临界高度理论论证确定。

2.房东层设置

（1）对于干燥路基，冻深小于1.8的干湿路基和冻深小于1.2的潮湿路基或石路基或以非冻性土壤填筑的路基，中、低级路面设计均不考虑冻胀影响。

（2）对于粘性土、粉性土和西亚沙土路基，在下列情况下设计高级和次高级路面时，应考虑冻胀影响；

○1在中湿路段，道路冻深大于1.8米； ○2在潮湿路段，道路冻深大于1.2米；

○3由于土质变化，日照不均匀或因地下设施影响可能引起严重不均匀冻胀的路段。

(3)当路面总厚度小于规定值时，应以防冻层的补足。防冻层宜

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选用炉渣、砂砾、砂石或者其他多孔而耐冻的材料。

（四）典型结构与经验厚度

1露天矿道路常用路面的典型结构（参考《露天采矿手册》第197页）。使用时根据实际情况给于调整。

2当路基为石质时，典型结构中底基层厚度表 表5 石质路基底基层厚度 路基类型 岩石 填石 底基层厚度 厘米 0～30 10～40 底基层主要起调平作用，应在能调平的原则下，尽量减薄该层厚度 底基层起调平和部分加强的作用，车型越重，厚度应越大 注 3当路基为土质时，典型结构中底基层厚度的确定方法如下。 （1）根据路基类型、汽车载重、设计使用年限、年运量等因素，查表8-3-11（参考《露天采矿手册》第197页）。

（2）根据露天矿山道路路路面典型结构确定面层、连接层的厚度。一般情况下，车型越重，交通量越大，采用高线，反之采用低限。

（3）根据查得的碎石路面当量总厚度及确定的面层、连接层的厚度，按照多层路面等效的换算方法，计算并确定基层或底基层所需的厚度。

解：根据查表并根据确定该矿的施工条件，采用中级路面，参考表1确定面层和垫层的厚度。然后根据确定的面层和垫层的厚度，查表8-3-11（参考《露天采矿手册》第197页）。的路面的当量总厚度为124厘米，最后按多层路面等效换算方法，确定基层毛石的厚度为：

124=0.7×20+1.0×h2+1.3×20+0.6×3

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h=82.2

2（五）厚度计算

露天矿道路柔性路面厚度，采用以层状体系弹性理论为基础和路面表面容许回弹弯沉为强度标准的设计方法。

1确定路段上的标准车

标准车一般为该路段承担运输任务的主要重型汽车。若有两种以上的主要重型汽车时，则以载重量较大的作为标准车。

2计算设计使用年限内标准车的累积交通量

先将路段上的其它车型的日交通量n，按公式换算成标准车的

2日交通辆n1，并计算标准车的总日交通量 n 1= n2C1C

Pdn,0.5422Pdn,0.54,11,n1。

25.0

式中 n1-----标准车的交通量，辆/日； n-----被换算汽车的交通量，辆/日；

2 P1-----标准车的轮胎压力，公斤/厘米；2 P-----被换算汽车的轮胎压力，公斤/厘米2；

2 d 1-----标准车的单轮胎轮机的相当圆直径，厘米； d -----被换算车的单轮胎轮机的相当圆直径，厘米；

2 C 1-----后轴数系数，单轴为1，双轴为2； C -----轮组数系数，双轮组为1，单轮组为1/4；

2 n' -----与路面结构特性有关的指数； n'=0.980-0.854

E0E1

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E 0-----土基回弹模量,公斤/厘米2;

E 1-----路面材料回弹模量,公斤/厘米2;若为多层路面时,E 1采用泥结碎石的回弹模量;

设计使用年限内标准车的累积交通量(双车道): Ne=(n1n1，)DTK

=20036550.80.5

=146000(辆)

式中 n1----标准车的总日交通量,辆/日; D -----年生产日数;

T -----设计使用年限,按道路设计使用年限及路面设计使用年限,取其其低值而定；

K ------时间利用系数；

 ------车道实际作用系数，双车道为0.5。 3 确定实际日弹弯沉值LR LR=

1.10Ne0.2AcAs

0.21.21.3=

1.10146000

=0.0269(cm)=0.269mm

式中 Ne-----设计年限内累积交通量(轴作用次数)四级道路年限为五年,标准轴次≤10万次；

A-----道路等级系数，三级以下取1.2；

c A-----面层层数系数，粒料类面层取1.3。

s说明：LR在相同载荷下取值越大，路面抵抗垂直变性能力越强。

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4 计算实际弯沉系数s

sLRE0P1d1k0.269250876.81

=

=0.109

式中 d1----单轮的轮直圆直径

(6320085000)66% d1=22PP1=2

40.8=0.768（m）

式中 P-----单轮载荷（MN）； P1-----轮胎压力（MPa）。 5 计算综合修正系数F

F=S0.38=0.9000.109 ----与车型有关系数

d解=1.5d10.380.380.388

20=1.576.80.380.900

6 计算理论弯沉系数L L=7 根据诺漠图以

hSFE0E1=

0.1090.388=0.281

=0.1为曲线、以L=0.281为横坐标交点查得

=3.1，并计算路面所需的厚度h=3.1×38.4=119.04。 8 多层路面按等效换算方法确定基层或底基层所需的厚度 h=kihi=k1h1+k2h2+…knhn

i1n 式中 h1、h2、hn----各结构层的厚度，厘米；

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K1、k2、kn----各结构层相应的等效换算系数， 查表1、表2 、表3 得：

h=0.7×20+1.0×h2+1.3×20+0.6×3=119.04 h=77.24厘米≈78厘米

2

表1 结构层最小厚度 结构层名称 粗粒式 沥青混泥土、热拌沥青碎石混合料 中粒式 细粒式 冷拌沥青碎（砾）石、沥青贯入式 沥青碎（砾）石表面处治 沥青灰土表面处治 天然砾石、级配、泥结碎（砾）石、水结、干压碎石 泥灰结碎（砾）石、级配碎（砾）石掺灰 灰土类、（石灰土、碎石灰、煤渣灰土等）、工业废渣（二渣、三渣、二渣土等） 水泥稳定砂砾 砂姜石、碎砖等锁性结构 块石、圆石或拳石 铺切片石、锥形块石、大块基石 最小厚度 厘米 4.5 3.5 2.0 4.0 1.5 2.0 6.0 8.0 8.0 8.0 6.0 10.0 12.0 注 单层最小厚度 新路可增厚至15厘米

表2 等效换算系数 路面材料名称 等效换算系数K 沥青混泥土、热拌沥青碎石混合料 2.4～2.8 冷拌沥青碎（砾）石 2.0～2.4 沥青贯入 1.4～1.8 沥青碎（砾）石表面处恰 1.3～1.5 石灰石、泥灰结碎（砾）石 1.2～1.4 工业废渣 1.0～1.4 泥结碎（砾）石、干压碎石 1.0 手摆片石 0.9～1.0 级配碎（砾）石 0.8～1.0 混铺块碎石 0.7～0.8 天然砂砾 0.6～0.7 2008级采矿工程 王彦磊 2008171537 11

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表3

三、路基断面图设计要考虑的因素 （一）超高

当采用小于规定值时，应在曲线上设置超高。行车在15公里/小时以内时，可布设超高。

在长期积雪、冰冻和多余地区，不宜采用大于4%的超高横坡。 陡山坡度路段，当曲线圆心位于山坡外方（即明弯），阴干路拱坡度设置超高，并设置安全措施。在傍山险路易于积雪、冰冻和多雨地区的直线路段，宜将路面向山坡内做成1～3%的单向横坡。

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表6 超高坡度 计算行车速度，公里/时 超高横坡 2 3 4 5 6 40 30 曲线半径，米 150～55 ＜55～50 ＜50～45 ＜45～40 ＜40～25 20 250～100 ＜100～85 ＜85～75 ＜75～65 ＜65～45 100～25 ＜25～20 ＜20～15 由最大速度为45km／h曲线半径为117m，查表可得超高横坡为2%。

（二）曲线加宽

露天矿道路曲线半径等于或小于200米时应在曲线内坡加宽路面。双车道路面加宽值见下表

表曲线半径，米 12 15 20 25 7 双车道路面加宽 30 35 40 45 50 60 70 80 100 150 200 ≤5 2.7 2.2 1.7 1.6 1.4 1.2 1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 ＞5～6 轴距加前悬，米 ＞6～7 ＞7～8 ＞8～8.5 3.3 2.8 2.6 2.3 2.1 1.9 1.6 1.4 1.2 1.0 0.7 0.6 3.0 2.5 2.3 2.1 1.9 1.7 1.5 1.3 1.1 0.9 0.7 0.5 2.02.9 2.3 － 1.8－ 1.5－ 1.4－ 1.3－ 1.1－ 1.0－ 0.9－ 0.8－ 0.7－ 0.5－ 0.4－ 2.7 2.1 1.9 1.6 1.4 1.3 1.2 1.1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 2.4 2.0 1.9 1.7 1.5 1.4 1.2 1.1 1.0 0.8 0.6 0.5 由轴距加前悬为5.54m，曲线半径为117m，查表可得双车道路面加宽为0.5米 2008级采矿工程 王彦磊 2008171537 13

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（三）路堤

如路基低的情况良好，其边坡可按表8选用。 表8 路堤边坡度 填料种类 边坡最大高度，米 全部高上部高下部高度 一般粘性土 砾石土、粗砂、中砂 碎石土、卵石土 20 12 20 度 8 12 度 12 8 全部坡度 边坡坡度 上部坡下部坡度 度 1：1.5 1：1.5 1：1.75 1：1.5 1.1.75 不宜风化的石头 块度＜25厘米 ＜8 8～20 ＜20 1：1.3填筑 1：1.5填筑 1：1.3表面码砌 块度＞25厘米 块度＞40厘米 ＜5 5～10 ＞10 1：0.5表面码砌 1：0.75表面码砌 1：1表面码砌 由于路堤为1.24m，填料种类为粗砂，查表可得路堤边坡度为1:1.5 2008级采矿工程 王彦磊 2008171537 14