二级公路初步设计毕业设计论文

湖南科技大学本科生毕业设计（论文） 二级公路初步设计 摘 要 本设计为广水至曾都二级公路K0+000～K1+273.868段的初步设计。主要内容包括：平面设计、纵断面设计、横断面设计、路基设计、挡土墙设计、公路排水及防护工程、路面结构设计。 在设计过程中结合已知资料和文献，并严格按照规范 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 设计。线形设计阶段，遵循选线原则对路线 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 做深入、细致的研究，做到少占农田，并与周围环境相协调；纵断面设计根据道路等级，综合考虑了路线填挖平衡；在横断面设计中考虑公路等级、行车要求、自然地质条件，保证路基的稳定和排水。在挡土墙设计部分采用了重力式挡土墙，在公路排水及防护工程部分充分考虑到当地地质状况,环境景观以及驾驶员的舒适性等因素。在路面结构设计部分，对沥青路面和水泥混凝土路面进行了详尽的比较，最终采用沥青路面。 关键词：二级公路；平纵横设计；路基设计；挡土墙设计；路面设计 ABSTRACT This design studies the grade II highway from Guangshui to Zengdu which covers K0 + 000~K1+273.868.The main contents include:graphic design,alignment design,cross-sectional design,roadbed design,retaining wall design,road drainage as well as protective engineering and pavement strcture design. The design is in strict accordance with the code standard and consults related references. At the stages of alignment design,the author followed the model in choosing the line and tries to take up little land, and in harmony with the surrounding environment; longitudinal design according to the road grade, considering the balance of excavation; in the part of cross-sectional design, the design considers highway grade, driving requirements, and natural geological condition in order to guarantee the stability of roadbed and drainage.In the part of retaining wall design, the designer uses a gravity retaining wall; in the design of highway drainage and protective engineering, in view of the factors of local geology condition, environmental landscape, and the comfort of drivers. In the part of pavement structure design, after the comprehensive selection,the cement bituminous pavement was adopted in the design. KeyWords：The grade II highway; Flat freely design; Roadbed design; Retaining wall design;Pavement design 目 录 1第一章 工程概况及设计标准 11.1 公路沿线工程地质概况 11.1.1 路线走向 11.1.2 沿线地形、地质、气候、水文特征 11.1.3 沿线施工条件 11.2 设计标准 11.2.1 设计依据 11.2.2 主要技术指标 3第二章 平曲线设计 32.1 选线 32.1.1 选线的一般原则 32.1.2 选线的步骤和 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 32.1.3 选线方案的确定 52.2 平曲线设计 52.2.1 设计参数的确定 52.2.2 交点间距、坐标方位角及转角值的计算 62.3 逐桩坐标计算 72.3.1 直线上中桩坐标计算 72.3.2 设缓和曲线单曲线中桩坐标计算 9第三章 纵断面设计 93.1 概述 93.2 纵坡及坡长设计 93.2.1 纵坡设计的一般要求 93.2.2 平曲线与竖曲线的组合的一般原则 103.2.3 平、纵线性设计中应注意避免的组合 103.2.4 相关控制参数 103.2.5 纵坡设计步骤 113.3 竖曲线设计 113.3.1 设计技术规范 123.3.2 竖曲线要素计算 15第四章 路基设计 154.1 概述 154.1.1 路基的类型和构造 154.1.2 一般路基设计内容 154.1.3 路基设计的一般要求 164.2 横断面设计 164.2.1 设计依据 164.2.2 横断面组成 174.2.3 路基宽度的确定 174.2.4 路堤和路堑边坡坡度的确定 174.2.5 路拱 184.2.6 超高及加宽 184.2.7 视距的保证 184.3 路基填料与压实标准 184.3.1 填料选择 184.3.2 压实标准和压实度 194.4 特殊路基设计要求 194.5 路基土石方计算与调配 194.5.1 土石方计算 204.5.2 土石方调配 22第五章 边坡稳定分析 225.1 概述 225.1.1 K0+760处路堤稳定性分析 235.1.2 K0+300处路堑边坡稳定性分析 25第六章 挡土墙设计与边坡防护 256.1 概述 256.1.1 挡土墙的用途 256.1.2 本路段挡土墙设置 256.2 挡土墙计算 256.2.1 挡土墙设计资料 266.2.2 土压力计算 326.3 挡土墙的排水设施和沉降缝、伸缩缝的设置 326.3.1 排水设施 326.3.2 沉降缝与伸缩缝 326.4 边坡防护 336.4.1 植被防护 336.4.2 工程护坡 34第七章 公路排水设计 347.1 概述 347.1.1 公路排水设计的内容 347.1.2 设计依据 347.2 路基排水 347.2.1 路基排水设计的任务 357.2.2 地表排水 377.3 涵洞设计 377.3.1 涵洞分类 377.3.2 各种涵洞的适用性及优缺点 377.3.3 涵洞选用原则 377.3.4 桥涵的拟定 40第八章 公路路面设计 408.1 概述 408.1.1 路面结构组成 408.1.2 路面类型 408.2 沥青路面设计 408.2.1 设计资料 418.2.2 设计过程 468.3 水泥路面设计 468.3.1设计资料 468.3.2 设计过程 508.3 路面比选 参考文献………………………………………………………………………………51 致谢……………………………………………………………………………………… 52 第一章 工程概况及设计标准 1.1公路沿线工程地质概况 1.1.1 路线走向 本设计为广水至曾都二级公路K0+000～K1+273.868段的初步设计，设计标准为双向两车道二级公路，设计车速60km/h，路基宽10m，施工长度1273.868m，线路走向为南北走向。 1.1.2 沿线地形、地质、气候、水文特征 本路段属于平原微丘区，沿线土质基本上以粘性土为主，深挖地段下为发育良好的岩石层。该路段位于湖北北部，属东南湿热区。年平均气温在17～24℃之间， 1月平均温度最低，平均气温在3～5℃；7月温度最高，最高温度达到39.5℃。年均日照1317小时，年均降水量1468mm，无霜期302天。 1.1.3 沿线施工条件 线路的起点和终点都为人口稀少的小村庄，其周边交通条件一般，但是交通量较大，线路及附近区域的山坡谷地均有粘土、亚粘土，可作路基填料。线路前半段穿过山丘，故附近区域石料相当丰富，可采用石料作为浆砌片石挡土墙的原材料。工程用水可从沿线的池塘取用，较为方便，沿线电力充沛施工用电可就近搭接。 1.2 设计标准 1.2.1 设计依据 《公路工程技术标准》 （JTG B01-2003） 人民交通出版社 《公路路线设计规范》 （JTG D20-2006） 人民交通出版社 《公路路基设计规范》 （JTG D30-2004） 人民交通出版社 《公路桥涵设计通用规范》 （JTG D60-2004） 人民交通出版社 《公路沥青路面设计规范》 （JTG D50-2006） 人民交通出版社 《公路水泥混凝土路面设计规范》 （JTG D40-2002） 人民交通出版社 《公路排水设计规范》 （JTJ 018-97） 人民交通出版社 《公路排水设计 手册 华为质量管理手册 下载焊接手册下载团建手册下载团建手册下载ld手册下载 》 （第一版） 人民交通出版社 《公路路基设计手册》 （第二版） 人民交通出版社 《道路勘测设计》 （第三版） 人民交通出版社 《路基路面工程》 （第三版） 人民交通出版社 1.2.2 主要技术指标 （1）公路等级：二级公路. （2）公路类型： 新建二级公路. （3）车辆荷载等级：公路-Ⅱ级. （4）地形：平原微丘. （5）路基宽度：10 m. （6）设计车速:：60km/h。 （7）直线最小长度： a.同向曲线间：6×V=360m ； b.反向曲线间：2×V= 120m. （8）圆曲线最小半径： a.一般最小半径:200m； b.极限最小半径: 125m；c.不设超高的最小半径:：1500m. （9）缓和曲线长度： a.一般长度:：80m；b.最小长度: 60m. （10）平曲线长度： a.一般长度400m；b.最小长度: 140m. （11）停车视距:：75m. （12）超车视距： 350 m. （13）竖曲线最小半径： a.凸形： 极限最小半径1400m，一般最小半径2000m； b.凹形:：极限最小半径1000m，一般最小半径1500m. （14）最小坡长： a.一般值为200m；b.极限值为150m. （15）最大纵坡：6%. （16）最大超高：6%. （17）路基、涵洞设计洪水频率：1/50 . 第二章 平曲线设计 2.1 选线 选线是根据路线基本走向和技术标准，结合地形、地质条件，考虑安全、环保、土地利用和施工条件及经济等因素，通过全面比较，选定道路中线位置的全过程。 2.1.1 选线的一般原则 （1）在道路设计的各个阶段，应运用各种先进手段对路线方案作深入、细致的研究，在多方论证、比选的基础上，选定最优路线方案。 （2）路线设计应在保证行车安全、舒适、迅速的前提下，做到工程量小、造价低、营运费用节省、效益好、并有利于施工和养护。 （3）选线应注意同农田基本建设相配合，做到少占田地，并应尽量不占高产田、经济作物田或穿过经济林园等。 （4）通过名胜、风景、古迹地区的道路，应注意保护原有自然状态，其人工构造物应与周围环境、景观相协调，处理好重要历史文物遗址。 （5）选线时应对工程地质和水文地质进行深入勘测调查，弄清它们对道路工程的影响。 （6）选线应重视环境保护，注意由于道路修筑，汽车运营所产生的影响和污染。 2.1.2 选线的步骤和方法 选线的任务就是在众多的方案中选出一条符合设计要求、经济合理的最优方案。选线一般按工作内容分三步进行: (1) 路线方案选择 路线方案选择主要是解决起、终点间路线基本走向。此项工作通常是在小比例尺地形图上从较大面积范围内找出各种可能的方案，收集各可能方案的有关资料，进行初步评选，确定数条有比较价值的方案，然后通过多方案的比选得出一个最佳的方案。 (2) 路线带选择 在路线基本方向选定的基础上，按地形、地质、水文等自然条件选定出一些细部控制点，连接这些控制点，即构成路线带，也称路线布局。这些细部控制点的取舍，自然仍是通过比选的办法来确定的。 (3) 具体定线 定线就是根据技术标准和路线方案，结合有关条件在有利的路线带内进行平、纵、横综合设计，具体定出道路中线的工作。 2.1.3 选线方案的确定 （1）路线总体布局 路线基本走向的选择,应根据指定的路线走向(路线起、终点和中间点的主要控制点)和公路等级，及其在公路中的作用,结合铁路、航空、空运、管道的布局和城镇、工矿企业资源情况,以及水文、气象、地质、地形等自然条件,由面到带,从所有可能的路线方案中,通过调查、分析、比选,确定一条最优路线方案。 湖北广水至曾都二级公路K0+000~K1+273.868前半段属于丘陵地段，后半段属于平原区，最高点和最低点相差70几米。沿线路段内有近十个河塘和一条河流，选线时应该尽量避开。该地区水田不多，多为旱地，在选线时必须考虑少占农田。该地段已有几条道路，前半段考虑到山丘只有一条合适路线，没有其他更好的路线方案，故只能采取旧路改造方案，废弃原有的道路。同时在道路交叉方面尽可能的减少交叉口，穿过河流时尽可能避免多次跨河。 （2）路线方案比选 路线方案比选的 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 指标较多，主要有技术、经济、政策及国防上的意义，交通网系中的作用及其联系城镇的多少等指标。 本设计路段由北到南从丘陵到平原，地势从高到低。前半段为两山之间，已经确定采取旧路改造方案，故前半段方案唯一。后半段采用两种方案：方案一主要沿山脚选线，沿线施工方便，能做到尽量少占用农田，最后穿过一次河流到达终点，总长1273.868m；方案二相对第一条占用农田较多，且两次穿过河流，总长1298.758m。考虑到方案一占用农田少，施工更便利，经济方面更合理，故最终选择第一方案。路线方案比选图见下图2-1。 图2-1 路线方案比选图 2.2 平曲线设计 2.2.1 设计参数的确定 根据《公路路线设计规范》（JTG D20-2006）、《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）、《道路勘测设计》查得设计参数如下： （1）直线最大长度：1200m。 （2）设计车速: 60km/h。 （3）直线最小长度：同向曲线间360m ；反向曲线间120m。 （4）圆曲线一般最小半径200m，本路段两个圆曲线半径均取200m。 （5）缓和曲线一般长度80m，本路段缓和曲线均取80m。 2.2.2 交点间距、坐标方位角及转角值的计算 (1) 根据各交点坐标计算出两点间的距离和各交点的转角。计算结果如表2.1： 表2.1 交点坐标、转角表 交点号 交点坐标X 交点坐标Y 转 角 （°′″） 距 离 （m） QD 472621.274 490150.207 659.700 JD1 472360.776 490756.296 左56°38′24.1″ 387.184 JD2 472573.811 491079.603 左33°13′41.5″ 250.212 ZD 472574.482 491329.814 （2）图2-2为含有缓和曲线的道路平曲线,其几何要素计算公式如下： 图2.2 平曲线对称基本型曲线 （2.1） （2.2） （2.3） （2.4） （2.5） （2.6） （2.7） （3）曲线几何元素具体计算如下： 对于JD1： 拟定R=200m,Ls=80m, 切线长： 曲线总长： 外距： 切曲差： 对于JD2： 拟定R=200m,Ls=80m, 切线长： 曲线总长： 外距： 切曲差： （4）平曲线几何要素计算成果详见《直线、曲线及转角表》 2.3 逐桩坐标计算 根据前面算出来的方位角和平曲线要素，进行逐桩坐标的计算。本设计采用的是绝对坐标，在进行计算时分直线和曲线计算,曲线段采用综合曲线放样，直线段采用直线放样。计算原理： （1）坐标系统的采用，本设计是在已有平面控制网的地区，所以沿用了原有的坐标系统进行计算； （2）“逐桩坐标”即道路中线上各桩点的坐标，其计算和测量的方法是按“从整体到局部”的原则进行。 2.3.1 直线上中桩坐标计算 设交点坐标为 ，交点相邻直线的方位角分别为 和 ，则 ZH点坐标： （2.8a） （2.8b） HZ点坐标： （2.9a） （2.9b） 设直线上加桩里程为L,ZH、HZ表示曲线起、终点里程，则前直线上任意点坐标 : （2.10a） （2.10b） 后直线上任意点坐标( > )： （2.11a） （2.11b） 2.3.2 设缓和曲线单曲线中桩坐标计算 曲线上任点的切线横距： = （2.12） 式中： ：缓和曲线上任意点至 (或 )的曲线长； ：缓和曲线长度。 （1）第一缓和曲线（ ～ ）任意点坐标： （2.13a） （2.13b） 式中： ：转角符号，右偏为“+”，左偏为“-”。 （2）圆曲线内任意点坐标： ～YH： （2.14a） （2.14b） 式中： ：圆曲线内任意点至HY点的曲线长； 、 ： 点的坐标。 ～ ： （2.15a） （2.15b） 式中： l：圆曲线内任意点至YH点的曲线长。 （3）第二缓和曲线( ～ )内任意点的坐标 （2.16a） （2.16b） 式中： l：第二缓和曲线内任意点至HZ点的曲线长。 （4）各中桩坐标计算成果详见《逐桩坐标表》。 第三章 纵断面设计 3.1 概述 沿着道路中线竖直剖开然后展开即为道路纵断面。在纵断面图上有两条主要的线：一条是地面线，它是根据中线上各桩点的高程而点绘的一条不规则的折线，它反映了道路中线地面高低起伏的情况；另一条是设计线，反映了道路路线的起伏变化情况。从中可知设计路线的纵向坡度情况，从而可以看出纵向土石方工程的挖填情况。把道路的纵断面图与平面图结合起来，就能完整的表达出道路的空间位置。 3.2 纵坡及坡长设计 3.2.1 纵坡设计的一般要求 （1）纵面线形应平顺、圆滑、视觉连续，并与地形相适应，与周围环境相协调。 （2）纵坡设计应考虑填挖平衡，并利用挖方就近作为填方，以减轻对自然地面横坡与环境的影响。 （3）连续上坡路段的纵坡设计，除上坡方向应符合平均纵坡、不同纵坡最大坡长规定的技术指标外，还应考虑下坡方向的行驶安全。凡个别技术指标接近或达到最大值的路段，应结合前后段各技术指标设置情况，采用运行速度对连续上坡方向的通行能力与下坡方向的行车安全进行检验。 （4）相邻纵坡之代数差小时，应尽量采用大的竖曲线半径。 （5）路线交叉处前后的纵坡应平缓。 （6）位于积雪或冰冻地区的公路，应避免采用陡坡。 3.2.2 平曲线与竖曲线的组合的一般原则 （1）平曲线和竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线，即满足“平包竖”的原则； （2）平曲线和竖曲线的大小应保持均衡，一条平(竖)曲线不宜设两个或两个以上的竖(平)曲线； （3）暗弯与凸形竖曲线及明弯与凹形竖曲线的组合是合理的、悦目的； （4）平、竖曲线应避免的组合： 要避免使凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部与反向平曲线的拐点重合；小半径竖曲线不宜与缓和曲线相重叠；计算行车速度≥40km/h的道路，应避免在凸形竖曲线顶部或凹形竖曲线底部插入小半径的平曲线； （5）平、纵面线形组合必须注意与路线所经地区的环境相配合。对计算行车速度高的公路，线形设计和周围环境配合尤为重要。 3.2.3 平、纵线性设计中应注意避免的组合 （1）避免竖曲线的顶、底部插入小半径的平曲线。 （2）避免将小半径的平曲线起、讫点设在或接近竖曲线的顶部和底部。 （3）避免使竖曲线顶、底部与反向平曲线的拐点重合。 （4）避免出现驼峰、暗凹、跳跃、断背、折曲等使驾驶员视线中断的线性。 （5）避免在长直线上设置陡坡或曲线的长度短、半径小的凹形竖曲线。 （6）避免急弯与陡坡的不利组合。 （7）应避免小半径的竖曲线与缓和曲线的组合。 3.2.4 相关控制参数 （1） 最大纵坡 最大纵坡是指在纵坡设计时各级道路允许采用的最大坡度值，它是道路纵断面设计的重要控制指标。本路段设计为速度60km/h的二级公路，最大纵坡为6%。 （2） 最小纵坡 在长路堑、低填以及其它横向排水不通畅地段，为保证排水要求，防止积水渗入路基而影响其稳定性，均应设置不小于0.3%的最小纵坡，一般情况下以采用不小于0.5%为宜。 （3） 坡长限制 坡长是纵断面上相邻两边坡点间的长度。最短坡长的限制主要是从汽车行驶平顺性的要求考虑的。本路段为设计速度60km/h的二级公路，最短坡长为150m，一般值为200m。最大坡长限制是指控制汽车在坡道上行驶，当车速下降到最低容许速度时所行驶的距离。本路段为设计速度60km/h的二级公路，最大坡长限制为：3%—1200m；4%—1000m；5%—800m；6%—600m。 （4） 平均纵坡 平均纵坡是指一定长度的路段纵向所克服的高差与路线的长度之比，是为了合理运用最大纵坡、坡长及缓和坡长的规定，以保证车辆安全顺利地行使的限制性指标。由于本路段相对高差小，所以不需考虑平均纵坡。 3.2.5 纵坡设计步骤 （1）准备工作：拉坡之前在厘米绘图纸上，按比例标注里程桩号和标高，点绘地面线，填写有关内容。同时应收集和熟悉有关资料，并领会设计意图和要求； （2）标注控制点：控制点是影响纵坡设计的标高控制点。如路线起、终点，越岭垭口，重要桥涵，地质不良地段的最小填土高度，最大挖深，沿溪线的洪水位，隧道进出口，平面交叉和立体交叉点及受其它因素限制路线必须通过的标高控制点等； （3）试坡：试坡主要是在已标注“控制点”的纵断面图上，根据技术指标、选线意图，结合地面起伏变化，本着以“控制点”为依据，照顾多数“经济点”的原则，在这些点位间进行穿插与取直，试定出若干直坡线。对各种可能坡度线方案反复比较，最后定出既符合技术标准，又能满足控制点要求，且土石方较省的设计线作为初定坡度线，将前后坡度线延长交会出变坡点的初步位置； （4）调整：初定纵坡后，将所定的坡度与选线时坡度的安排比较，二者应基本相符，若有较大差异时应全面分析，权衡利弊，决定取舍。然后对照技术规范检查设计的最大、最小纵坡、坡长限制等是否满足规定，平、纵组合是否得当，以及路线交叉、桥隧和接线等处的纵坡是否合理； （5）核对：选择有控制意义的重点横断面，如高填深挖、地面横坡较陡路基、挡土墙等，在纵断面图上直接读出对应桩号的填、挖高度，初画横断面，检查是否填挖过大、坡角落空或过远等； （6）定坡：经调整核对无误后，逐段把直坡线的坡度值、变坡点桩号和标高记确定下来； （7）通过反复拉坡比较后，最后确定纵坡设计如表3.1所示。 表3.1 纵坡设计成果表 变坡点桩号（m） 变坡点高程（m） 变坡点间距(m) 纵坡值（%） 起点: K0+000 155.54 640 -1.66 变坡点1: K0+640 144.92 400 -5.21 变坡点2: K1+040 124.08 234 -3.34 终点: K1+273.868 116.27 3.3 竖曲线设计 竖曲线是设在纵断面上两个坡段的转折处，为了便于行车，起缓和作用的一段曲线。竖曲线的形式可采用抛物线或圆曲线，在使用范围二者几乎没有差别，但在设计和计算中，抛物线比圆曲线更为方便。因此，本设计采用二次型抛物线型竖曲线。 3.3.1 设计技术规范 （1）《公路路线线形设计规范》（JTG D20-2006）中规定的竖曲线一般最小半径和极限最小半径见表3.2。 表3.2 计算行车速度V=60km/h的竖曲线的最小半径 竖 曲 线 半 径 凸 形 凹 形 一般最小值 2000 m 1500m 极限最小值 1400m 1000m （2）选择竖曲线半径时应考虑以下因素： ①选择半径应符合《公路路线线形设计规范》（JTG D20-2006)一般最小半径和极限半径的要求。 ②在不过分增大土石方数量的情况下，为使行车舒适，应采用较大的半径。 ③过大的竖曲线半径将使竖曲线过长，从施工和排水来看，都是不利的，选择半径时应考虑。 ④夜间行车交通量较大的路段应考虑灯光照射的方向，使前灯照射范围受到限制，选择半径时应适当放大，以使其有较长的照射距离。 （3）综合考虑后本路段竖曲线半径变坡点1取5000m,变坡点2取4000m。 3.3.2竖曲线要素计算 图3.1 竖曲线要素示意图 如上图3-1所示，设变坡点相邻两纵坡坡度分别为 和 ，它们的代数差用 表示，即 ，当 为“＋”时，表示凹形竖曲线； 为“－”时，表示凸形竖曲线。 （1）用二次抛物线作为竖曲线的基本方程式： 或 （3.1） 式中： ——坡差（%）； L——竖曲线长度(m)； R——竖曲线半径(m)。 （2）竖曲线要素计算公式： 竖曲线长度L或竖曲线半径R 或 （3.2） 竖曲线切线长T( T＝T1≈T2): （3.3） 竖曲线上任一点竖距h 因为 ， 则 （3.4） 竖曲线外距E 或 （3.5） （3）竖曲线计算 变坡点1：K0+640，高程为155.54m 1 算竖曲线要素 由于 ＝-1.66%， ＝-5.21%，R＝5000m，故 ,为凸形。 曲线长: 切线长: 外 距: ②计算设计高程 竖曲线起点桩号：K0+640-88.75=K0+551.25 竖曲线起点高程： 计算竖曲线上20m整桩的设计高程,以桩号K0+560为例： 横距：x=(K0+560)-(K0+551.25)=8.75(m) 竖距： 切线高程： 设计高程：170.42-0.0077=170.41(m) 变坡点2：K1+040，高程为124.08m 1 算竖曲线要素 由于 ＝-5.22%， ＝-3.34%，R＝4000m，故 ，为凹形。 曲线长： 切线长： 外 距： ②计算设计高程 竖曲线起点桩号： K1+040-37.6=K1+002.4 竖曲线起点高程： 计算竖曲线上20m整桩的设计高程，以桩号K1+020为例： 横距： x=(K1+020)-(K0+002.4)=17.6(m) 竖距： 切线高程： 设计高程：170.42-0.0387=170.38(m) 路线上其余各个整桩的设计高程计算原理同上，各桩号设计高程详见《路基设计表》。 第四章 路基设计 4.1 概述 公路路基是路面的基础，它承受着本身土体的自重和路面结构的重量，同时还承受由路面传递下来的行车荷载，是公路的承重主体。 4.1.1 路基的类型和构造 由于填挖情况的不同，路基横断面的典型形式，可归纳为路堤、路堑和填挖结合等三种类型。 路堤是指全部用岩土填筑而成的路基，按路堤的填土高度不同，划分为矮路堤、高路堤和一般路堤。填土高度小于1.0~1.5m者，属于矮路堤；填土高度大于18m（土质）或20m（石质）的路基属于高路堤；填土高度在1.5~18m范围内的路堤为一般路堤。 路堑是指全部在天然地面开挖而成的路基，常用的横断面形式有全挖路基、台口式路基及半山洞路基。 当天然地面横坡大，且路基较宽，需要一侧开挖而另一侧填筑时，为半填半挖路基，在丘陵或山区公路上，填挖结合是路基横断面的主要形式。 4.1.2 一般路基设计内容 （1）选择路基断面形式，确定路基宽度与路基高度； （2）选择路堤填料与压实标准； （3）确定边坡形状与坡度； （4）路基排水系统布置和排水结构设计； （5）坡面防护与加固设计； （6）附属设施设计。 4.1.3 路基设计的一般要求 （1）路基设计应符合公路建设的基本原则和现行《标准》的具体要求。 （2）路基设计应兼顾当地农田基本建设的需要，尽量少占农田。 （3）沿河线的路基设计，应保证路基不被洪水淹没或冲毁。 （4）必须穿过耕种地区的路基，必要时可进行边坡加固或修建矮墙，以防边坡坍塌，并尽量节约用地，原有的梯田，因筑路受到破坏，应给予修复。 （5） 横坡陡于1：5的坡地上的填方路基，在修筑前，要将地面挖成台阶，台阶宽度不小于1m,台阶顶面应做成2%~4%的反向横坡。 （6） 山坡上的半填半挖路基，若原地面横坡较陡，填方坡脚伸出很远，施工很困难，且边坡稳定性较差时，可设置挡土墙。 （7） 山坡坳形地段路基设计除应根据当地土质及水文情况适当放缓挖方边坡外，还应在挖方坡脚设置矮墙。 （8） 尽量考虑路基工程的经济性，使填、挖达到基本平衡。 （9） 路基不能产生给路面带来不良的不均匀的沉降，填方路基要充分压实。 （10） 挖方、填方路基与桥梁构造物一样，其设计须与周围环境协调。因此，因充分考虑地区特点，尽量有效地利用自然地形，减少土石方量；加固园林绿化，改善变化后的地形。 4.2 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足交通、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。 4.2.1 设计依据 《公路路线线形设计规范》（JTG D20-2006） 《公路工程技术标准》（JTG B01-2003） 《公路路基设计规范》（JTGD30-2004） 4.2.2 横断面组成 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、地形条件等因素确定。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，使道路发挥其最大的经济效益与社会效益。 二级公路的路基横断面组成包括：行车道、路肩、边坡、排水设施等。在某些路段，可能要增加错车道和紧急停车带，在边坡上可能有护坡道、碎落台等。具体的标准横断面见图表中的《路基标准横断面图》。 4.2.3 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道与路肩宽度之和。 根据规范可查得二级公路的路基宽度一般不超过12.0m，此段二级公路采用单幅路形式，行车道宽2×3.5m，路肩宽度：2×1.5m，路基总宽度为：7+3=10m，行车道路拱坡度2.0%，路肩的路拱坡度为2.0%。 布置如下图4.1所示： 图4.1 路基设计简图 4.2.4 路堤和路堑边坡坡度的确定 ① 路堤边坡 根据沿线工程地质特性，结合《公路路基设计规范》（JTGD30—2004）的有关规定，经综合考虑后，拟定路基边坡坡度为1:1.5；有些路堤的填方数量大，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 路堑边坡 根据路堑工程地质特性进行边坡稳定分析和验算，拟定路堑边坡坡率为1﹕1.5。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的同时，横向陡坡地段的半填半挖路基，在挖方一恻宽度不足一幅行车道宽时，应将路床深度内的原有土质全部挖除换填。 4.2.5 路拱 为了利于路面横向排水，将路面做成由中央向两侧倾斜的拱形，称为路拱。由《公路路线设计规范》（JTG D20-2006）可知，二级公路的路拱应采用双向路拱坡度，由路中央向两侧倾斜。路拱坡度应根据路面类型和当地自然条件确定。本设计中行车道和路肩横坡度取2.0% 。 4.2.6 超高及加宽 （1） 超高 为抵消车辆在曲线路段上行驶时所产生的离心力，将路面做成外侧高于内侧的单向横坡的形式，这就是曲线上的超高。合理地设置超高，可以全部或部分抵消离心力，提高汽车行驶在曲线上的稳定性和舒适性。 由于是新建道路故采用绕内边线旋转的超高过度方式。 ① 超高的计算 当汽车行驶时，圆曲线上所产生的离心力是常数，而在回旋线上行使则因回旋线曲率是变化的，其离心力也是变化的。因此，超高横坡度在圆曲线上应是与圆曲线半径相适应的全超高，在缓和曲线上应是逐渐变化的超高，即为超高缓和段。 ②具体计算成果见《路基设计表》。 （2） 道路加宽 汽车行驶在曲线上，各轮迹半径不同，其中后轮轮迹半径最小且偏向曲线内侧，故曲线内侧应增加路面宽度，以确保曲线上行车的顺适和安全，同时在道路内侧加宽工程量较小，且有利于路容美观。对于R＞250m的圆曲线，由于其加宽值甚小，可以不加宽。而本设计中圆曲线半径都等于200m，所以路基需要进行加宽设计。 4.2.7视距的保证 为了行车安全，驾驶人员能随时看到汽车最前面相当远的一段路程，一旦发现前方路面有障碍物或迎面来车，能及时采取措施避免相撞，这一必须的最短距离称为行车视距。行车视距可分为：停车视距；会车视距；错车视距；超车视距。本路段设计速度60km/h,故停车视距75m，超车视距250m。 4.3 路基填料与压实标准 4.3.1 填料选择 路基施工破坏土体的天然状态，致使结构松散，颗粒重新组合。为使路基具有足够的强度与稳定性，必须予以压实，以提高其密实程度。路基的压实工作是提高路基强度与稳定性的技术措施之一。当泥炭、淤泥、强膨胀土及易溶盐在土中的含量超过允许量时，不得直接用于填筑路基。 4.3.2 压实标准和压实度 路基压实度及填料规格应满足表4.1的要求，当填料无法满足规范要求时，必须及时采取适当的处理或换填措施。 填挖类型 路面底面以下深度(cm) 填料最小强度（CBR,%） 填料最大粒径（cm） 路基压实度 （重型,%） 填 方 路 基 上路床 0-30 6 10 ≥95 下路床 30-80 4 10 ≥95 上路堤 80-150 3 15 ≥94 下路堤 150以下 2 15 ≥92 零填及路堑路床 0-80 6 10 ≥95 表4.1 路基压实度及填料要求表 填土压实应采用重型压实标准，严格控制松铺厚度并保证满足压实度要求。 为保证路基边缘压实度，路基填方施工宽度每侧超填不少于50cm，按技术规范，本设计超填数量未计入。路肩培土的压实度应不小于92%，粗粒土填料的最大粒经不应超高压实度的2/3。 4.4 特殊路基设计要求 翻浆与冻胀，通常情况是发生于我国北方冬季和春季，由于水在温差的作用下产生的聚流现象。引起的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，水塘地段有粉性土的不良地段外，其它地段的地基承载力很好，地质也良好。 对于易发生冻胀和翻浆地区,在施工时要注意： （1）含水量偏大时，掺拌4%水泥用路拌机拌和2遍，用压路机碾压完成后，覆盖土养生； （2）当含水量过大，无法压实翻浆严重时，采取挖除后用4%水泥土换填；较深时，采取分层换填 （3）翻浆处理前，将需要处理的部位用灰线标出范围； （4）挖除换填时，用挖掘机配合人工对基底进行整平和翻浆坑壁整理； （5）压实时，要保证压实后的高度，壁周边高出5cm左右，确保压实。 各个横断面的设计具体见图表中的《路基横断面图》。 4.5 路基土石方计算与调配 4.5.1 土石方计算 路基土石方工程量是公路工程的主要工程项目，在公路工程中占有很大比重，土石方工程量又是公路方案评比与比选的主要经济技术指标之一。它占工程造价的很大一部分，土石方计算与调配的主要任务：计算路基土石方工程数量，合理进行土石方调运，并计算土石方的运量，降低工程造价。 方法一：“平均断面法” (4.1) 方法二：若两断面面积相差较大，其计算公式为： (4.2) 式中： ，其中 。 第二种方法的精度高，尽量采用，特别是用计算机计算时，可方便地达到较高的精度。 用上述方法计算的土石方体积中，是包含了路面体积的，但在实际的土石方计算中填方扣除、挖方增加路面部分所占的部分面积。具体见图表中的《土方计算表》。 4.5.2 土石方调配 土石方调配是指路基挖方合理移用于填方路堤，以及适当布置取土坑及弃土堆的土石调运和运量计算工作。通过合理调配，合理解决路段土石方平衡与利用问题，达到‘填’方有所‘取’，‘挖’方有所‘用’，避免不必要的借土和弃土，尽量减少占用耕地。 （1）调配要求： ① 土石方调配应按‘先横向后纵向’的次序。 ② 纵向调运的最远距离一般应小于经济运距。 (4.3) 式中：B——借方单价(元/ ); ——免费运距（元/ ）; T——免费运距（km）。 ③ 土石方调运的方向应考虑桥涵位置和路线纵坡对施工运输的影响，一般情况下不跨越深沟，少做上破调运。 ④ 借方、弃方应与借土迁田、整地建田结合，少占田地，减少对农业的影响。 ⑤ 不同性质的土质应分别调运，调运时可以以石代土，但不能以土代石。 ⑥ 回头曲线路段的土石调运，要优先考虑上下线的竖向调运。 （2）调配方法： 土石方调配方法有多种，如累积曲线法，调配图法，表格调配法等，表格法又分逐桩和分段调运两种方法，一般采用分段调运。 表格调配法的方法步骤如下： 准备工作：调配前先对土石方计算进行复核，确认后方可进行。 横向调运：即计算本桩利用，填缺，挖余。 纵向调运： ① 确定经济运距。 ② 根据填缺，挖余情况结合调运条件拟定调配方案，确定调运方向。 ③ 计算调运数量和运距 ④ 计算借方数量和废方数量和总数量。 借方数量=填缺-纵向调入本桩的数量 废方数量=挖余-纵向调出本桩的数量 总数量=纵向调数量+废方数量+借方调运数量 计算后分土石填入表格中。 （3）复核： 横向调运复核：填方=本桩利用+填缺；挖方=本桩利用+挖余 纵向调调运复核：挖余=纵向调运+废方 总调运量复核：挖方+借方=填方+废方 （4） 计算计价土石方： 计价土石方是指概预算编制中需要单独计算费用的土石方数量，土石方计算中所有挖方都应以计价，但对于填方则不然，因为移挖作填的调运方已在挖方中计算了费用，只有在路外的借方才计价，因此，计价土石方必须通过土石方调配后才能确定其数量。 计价土石方=挖方数量+借方数量 具体土石方计算调配见图表中的《路基土石方数量计算表》。 第五章 边坡稳定分析 5.1概述 路基边坡的稳定涉及岩土性质与结构、边坡高度与坡度、要程质量与经济等多种因素。一般情况下，对边坡不高的路基，例如不超过8.0m的土质边坡、不超过12.0m的石质边坡可按一般路基设计，采用规定的坡度值，不作稳定性分析计算。地质与水文条件复杂、高填深挖或特殊需求的路基，应进行边坡稳定性的分析计算，据此选定合理的边坡坡度及相应的工程技术措施。 土坡滑动失稳的原因有两种：一是外界力的作用破化了土体内原来的应力平衡状态。如路堑或基坑的开挖，是由于土自身的重力发生变化，从而改变了土体原来的应力平衡状态，促使土坡坍塌。二是土的抗剪强度由于受到外界各种因素的影响而降低，促使土坡失稳破坏。如由于外界气候等自然条件的变化，使土时干时湿、收缩膨胀、冻结、融化等，从而使土变松强度降低；土坡内因雨水的侵入使土湿化，强度降低。一般性质的土，均具有一定的粘结力，其边坡滑动面成曲面，惯用的计算方法是假定为圆弧曲线。 路基边坡稳定有力学计算基本方法是分析失稳滑动体沿滑动面上的下滑力T与抗滑力R，按静力平衡原理，取两者之比值为稳定系数K，即K=R/T 。 K=1时，表示下滑力与抗滑力相等，边坡处于极限平衡状态；K<1时，边坡不稳定；K>1时，边坡稳定。考虑到一些意外因素，这安全可靠起见，工程上一般规定采用K 1.20～1.30，作为路基边坡稳定性分析的界限值。 行车荷载是边坡稳定性分析的主要作用力之一，计算时将车载换算成相当于路基岩土厚度，计入滑动体重力中去。行车道荷载对较高路基边坡的稳定性影响较小，换算高度可以近似分布于路基全宽上，以简化滑动体的重力计算。采用近似方法计算时，亦可以不计算荷载 在本路段中，桩号K0+300处路堑坡高16.07米，为本路段的最大挖方路段；桩号K0+760处路堤坡高9.06米，为本路段的最大填方路段。故只需先对这两处边坡进行稳定性分析。 5.1.1 K0+760处路堤稳定性分析 此处为路提边坡，根据《公路路基设计手册》，当路提填筑高度随填料不同超过12m或20m时可以视为搞路提。该桩号边坡高度为9.06m,不属于高路提。且由于条分法计算工作量较大，为了简化计算，在本设计中只粗略估算，采用表解法，不计行车荷载，稳定系数适当增大。 查有关资料得粘性土内摩擦角 ，粘聚力c=25kPa（回填土），土的重度取 ，边坡高度H=9.06m 取1:1.5进行分析，由1:m=1：1.5，查表5.1得五个圆心的A与B值。 表5.1 边坡稳定性验算的A与B值表 边坡坡度（1：m） 滑动圆弧的圆心 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 A B A B A B A B A B 1：1 2.34 5.79 1.87 6.00 1.57 6.57 1.40 7.50 1.24 8.80 1：1.25 2.64 6.05 2.16 6.35 1.82 7.03 1.66 8.02 1.48 9.65 1：1.5 3.06 6.25 2.54 6.50 2.15 7.15 1.90 8.33 1.71 10.10 1：1.75 3.44 6.35 2.87 6.58 2.50 7.22 2.18 8.50 1.96 10.41 1：2 3.84 6.50 3.23 6.70 2.80 7.26 2.45 8.45 2.21 10.10 1：2.25 4.25 6.64 3.58 6.80 3.19 7.27 2.84 8.30 2.53 9.80 1：2.5 4.67 6.65 3.98 6.78 3.53 7.30 3.21 8.15 2.85 9.50 1：2.75 4.99 6.64 4.33 6.78 3.86 7.24 3.59 8.02 3.20 9.21 1：3 5.32 6.60 4.69 6.75 4.24 7.23 3.97 7.87 3.59 8.81 由已知参数得 根据公式 ，计算结果见表5.2 。 表5.2 表解法计算结果表 项目 圆心 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 A 3.06 2.54 2.15 1.90 1.71 B 6.25 6.50 7.15 8.33 10.10 K 2.78 2.52 2.40 2.45 2.62 基中最低的K值为2.40大于1.25，所以该边坡是稳定的。 5.1.2 K0+300处路堑边坡稳定性分析 此处为路堑边坡，根据《公路路基设计手册》，边坡高度超过20m，石质边坡超过30m时应进行边坡稳定性分析。而此处边坡为均质土层且高度不大，故采用一坡到顶的直线滑动面的解析法计算分析。 分析该边坡，由cotα=0.5，得坡度 ，cscα=1.118,，坡高16.07m，内摩擦角 ，重度取 ，黏结力c=30kPa。 所以得 ， 。 由此可得路堑边坡的最小稳定系数为 =1.445>1.25 所以该处路基边坡稳定。 第六章 挡土墙设计与边坡防护 6.1 概述 6.1.1 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构筑物。在公路工程中广泛应用于支撑路堤或路堑边坡、隧道洞口、桥梁两端及河流岸壁等。 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。 6.1.2 本路段挡土墙设置 由于本路段的路堤和路堑边坡通过稳定性分析后都确定稳定，可不用设置挡土墙，只需要边坡支护。而路线在选线时有穿过农田，考虑到坡脚侵入水田中会随着时间严重影响路基的稳定行，以及道路行使性能和寿命长短，对于不超过7m的路提采用边坡防护处理。从桩号K0+000到桩号K0+030路提段填土超过7米，可以修筑重力式路堤挡土墙。其他路段做边坡防护处理，如种草皮、树木、修筑护面墙等等。 6.2 挡土墙计算 6.2.1挡土墙设计资料 计算荷载：公路Ⅱ级。 公路等级：二级公路； 设计车速：60km/h 重力式挡土墙本身必须有足够的整体稳定性，墙身截面应具有足够的强度，以抵御墙后的土体。为此，重力式挡土墙的设计应满足： 1. 不产生墙体沿基底的滑移破坏，滑移稳定系数Kc≧1.3 ； 2. 不产生墙体绕墙趾倾覆，倾覆稳定系数Ko≧1.5 ； 3. 不出现因基底过度的不均匀沉陷而引起的墙身倾斜，作用于基底的合力偏心距e≦B/6 (土质地基)； 4. 地基不出现过大的下沉，基底的最大压应力σ小于地基的容许承载力σ<[σ]； 5. 墙身截面不产生开裂、破坏，墙身截面的压应力σmax及剪应力 、拉应力 σmin小于材料的容许应力，σ≦[σa], ≦[ ],σmin≦[σwl] 。 土壤地质情况：墙背填土重度 , 计算内摩擦角 ，粘性土地基，填土与墙背间的摩擦角 ,容许承载力[ 0]= 500 kPa，基底摩擦系数 f1 =0.5。 墙身材料：5号砂浆砌25号片石，砌体容量 ，砌体容许压应力 ，容许剪应力[ ]=80 kPa,容许拉应力 。 墙身尺寸：拟采用浆砌片石重力式路堤墙，墙身高: 7m，墙顶宽: 1.4m，面坡倾斜坡度: 1:0.250，背坡倾斜坡度: 1:0.000，采用1个扩展墙址台阶，墙趾台阶b1=0.5m，墙趾台阶h1=0.5m，墙趾台阶与墙面坡坡度相同，墙底倾斜坡率: 0.200:1。基本尺寸如下图6.1所示。 6.2.2 土压力计算 图6.1挡土墙 计算单位长度的墙身截面积S = 17.507(m2) ， 重量 G= 402.667 (kN) 1.车辆荷载计算： 根据《路基设计规范(JTG 2004)》，车辆荷载为计算的方便，可简化换算为路基填土的均布土层，并采用全断面布载。 换算土层厚： 2. 确定破裂面计算: ①破裂面裂缝区深 ： (6.1) 式中： ：填料的单位粘聚力（kPa或kN/ m3）； ：内摩擦角。 计算得： 破裂区实际深度： ②求破裂角 ： 先假设破裂面交于荷载内，计算过程如下： = =42.791 =5.835 又 。 那么： = = -0.407 =0.6287 故可推出 32.158°。 校核假定：破裂面至墙踵： 荷载内缘至墙踵： 荷载外缘至墙踵： 所以：3.5<6.061<14.5，故假定正确，破裂面交于荷载内。 3. 求主动土压力和作用点计算： (6.2) =177.372kN/m 土压力的水平分力： 土压力的竖直分力： 4. 修正后的地基承载力设计值 的确定 基础最小埋深(算至墙踵点)： =0.5+0.64=1.14m>1.0，符合挡土墙基础最小埋深的规定。 基础埋深大于0.5m或基础宽度大于3m，地基承载力修正后为： 查表得：K1=0.3，K2=1.6，故地基承载力设计值： 5.基底合力的偏心距及基底应力的验算 作用于基底的合力偏心距为： (6.3) 基底边缘的最大压应力验算： 故：基底最大压应力符合要求。 6.挡土墙抗滑稳定验算 ①挡土墙自重： G=402.677kN ②抗滑稳定性验算： (6.4) 式中： 为主动土压力系数，取1.4； 为基底摩擦系数，已知为0.5。 计算为： 又 因为 ，所以抗滑稳定性满足设计要求。 2 抗倾覆稳定性验算： 因为 , 所以抗倾稳定性满足设计要求。 7.墙身正截面强度和稳定验算 取挡土墙墙身 截面为验算截面，验算过程如下： 1 截面上土压力计算 截面宽度BS=2.05m,计算截面处墙高H1=3.82m。 土压力的水平分量： 土压力的竖直分量： 计算至 截面上的力臂长度： 2 截面偏心距验算 墙重心位置的确定： 那么作用于截面上的合力偏心距： 由以上可知合力偏心距满足设计要求。 ③正截面强度验算 计算公式为： (6.5) 按每延米墙长计算： 式中： ：设计轴向力（kN）； ：重要性系数，查表知取 =1.0； ：荷载组合系数，当荷载组合为II时， 取1.0； ：恒载（自重及襟边以上土重）引起的轴向力， ：恒载对应的分项系数； ：主动土压力引起的轴向力； ：抗力分项系数； ：材料极限抗压强度（kPa）； A：挡土墙构件的计算截面积； ：主动土压力分项系数； ：轴向力偏心影响系数。 故： 那么轴向力偏心影响系数： EMBED Equation.3 故计算得： 故挡墙的正截面强度满足设要求。 ④截面稳定性计算 (6.6) 其中： ； 按偏心受压计算时： 故： 即截面尺寸满足墙身稳定性要求。 ⑤正截面直接受剪计算： (6.7) 式中： ：正截面剪力； ：受剪截面面积，A=2.05×1=2.05m2； ：砌体截面的抗剪极限强度，取； ：摩擦系数， =0.42。 故计算为： 综上所述，该路堤挡土墙符合设计要求。 6.3 挡土墙的排水设施和沉降缝、伸缩缝的设置 6.3.1 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。本设计中采用直径10cm的圆孔，间距为3.0m，上下两排的间距为2.5m。最下一排泄水孔的底部距地面30cm，并在每个泄水孔墙后设置反滤层，防止沙石进入而堵塞孔道。 6.3.2沉降缝与伸缩缝 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。本设计中，沿墙身10m设置一道变形缝，缝宽25mm，缝内沿墙内、外、顶三边填塞沥青麻筋，塞入深度不应小于15cm。 挡土墙的具体结构图见图表中的《挡土墙结构设计图》。 6.4 边坡防护 坡面防护主要是保护路基边坡表面免受雨水冲刷，减缓温差及湿度变化的影响，防止和延缓软弱岩土表面的风化、碎裂、剥蚀演变进程，从而保护路基边坡的整体稳定性，在一定程度上还可以兼顾路基美化和协调自然环境。边坡防护设施不承受外力作用，必须要求坡面岩土整体稳定牢固，但护面墙可用于极限稳定边坡。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再施工，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。常用的坡面防护设施如下： 6.4.1 植被防护 植物防护是一种经济有效的防护措施，特别是在气候潮湿、草皮易于生长的地区，但采用时必须注意保证其成活。对于岩质边坡，这种方法一般不适用。在不利于生长的边坡上，若要采用植物防护，则可在其上先铺一层厚约5~10cm厚的种植土层，土层与原坡面结合稳固。本设计段填方和挖方小于2.5米时采用植草防护。尺寸及布置见路基防护图。 6.4.2 工程护坡 当不适宜使用植物防护或考虑就地取材时，可采用砂石、水泥、石灰等矿质材料进行坡面防护是常用的防护形式。它主要有砂浆抹面、喷涂以及石砌护坡或护面墙等。干砌片石厚度一般不小于0.2~0.3m。当干砌片石不适宜或效果不好时，采用浆砌片石。浆砌片石护坡的厚度，视边坡高度和陡度而异，一般为0.2~0.4m。为防止不均匀收缩和沉陷引起过的内应力，每隔10~20m设一道伸缩缝，缝隙宽2cm，缝内填塞沥青麻筋或沥青木板。隔2－3m交错设置孔径0.1m的泄孔。对于土质边坡，为防止淤塞，护坡背后应设置反滤层，或仅在泄水孔后面0.5m×0.5m的范围内设置。本设计边坡高度H小于4m的路段采用植草边坡防护，边坡高度H大于4m的路段采用门式拱边坡防护， 边坡高度H大于10m的路段采用人字骨架边坡防护。详见“路基防护图”。 第七章 公路排水设计 7.1概述 路基路面的强度与稳定性同水的关系十分密切，水的作用是形成路基路面病害的主要因素之一。因此在路基路面设计、施工和养护中，必须十分重视路基路面的排水工程。 排水设计要因地制宜，全面规划、综合治理、经济实用，充分利用有利地形和自然水系。各种路基排水沟渠的设置和连接应尽量不占或少占农田，并与当地农田水利设施相配合，必要时可适当加大涵管孔径或增设涵管等以利于农田灌溉。排水沟渠应选择地形，地质较好的地段通过，以节约加固工程投资。排水沟渠的出水口应尽可能引至天然河沟，不应使水流直接流入农田，损害农业生产。排水构造物的设计应贯彻就地取材的原则，要迅速排出有害水，保证公路运输畅通。本设计为二级公路，路基路面排水应综合设计使各种排水设施形成一个功能齐全，排水性能强的完整排水系统。 7.1.1 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。 7.1.2 设计依据 《公路路基设计规范》（JTGD30-2004） 《公路排水设计规范》 （JTJ018-97） 《公路工程技术标准》 （JTGB01-2003） 7.2 路基排水 7.2.1 路基排水设计的任务 路基排水的任务，就是将路基范围内的土基湿度降到一定的限度以内，保持路基常年处于干燥状态，确保路基路面具有足够的强度和稳定性。路基排水设计包括地表排水设计和地下排水设计。其设计的一般原则是： (1)排水设计应根据公路等级、沿线地形、地质、桥涵位置等综合考虑，合理布置并有足够的排水能力，完善对出水口的处理，使各项设施衔接配合，确保排水畅通。 (2)应与农田水利建设规划相配合，防止冲毁农田或危害农田水利设施。当路基占用灌溉沟渠时，应予恢复，并采取必要的防渗措施。 (3)公路穿过村镇居民区，排水设施应与现有供水、排水设施及建设规划相协调。 (4)排水要因地制宜，经济适用，排水沟渠应选择地形、地质较好的地段通过，以节约加固工程投资。排水沟渠的出水口应尽可能引至天然河沟，以减少桥涵工程。 7.2.2 地表排水 （1）边沟 设置在挖方路基的路肩外侧或低路堤的坡脚外侧，多与路中线平行，用以汇集和排除路基范围内和流向路基的少量地面水。边沟的排水量不大，一般不需要进行水文和水力计算，依据沿线具体条件，选用标准横断面形式。边沟紧靠路基，通常不允许其他排水沟渠的水流引入，亦不与其他人工沟渠并合使用。 边沟横断面形式，一般有梯形、矩形、三角形及流线形等。边沟横断面一般采用梯形，梯形边沟内侧边坡为1:1，外侧边坡坡度与挖方边坡坡度相同。石方路段的边沟宜采用矩形横断面，起内侧边坡直立，坡面应采用浆砌片石防护，外侧边坡坡度与挖方边坡坡度相同。边沟出水口附近水流冲刷比较严重，必须采取相应措施。 梯形边沟的底宽与深度约0.4~0.6m，水流少的地区或路段，取低限值或更小，但不宜小于0.3m ；降水量集中或地势偏低的路段，取高限或更大一些。边沟出水口的排放应结合地形、地质条件及桥涵水道位置，引排到路基范围以外，本设计中挖方路基边部设底和高都为为0.6m梯形边沟，边沟两侧坡率都为1:1。为了防止边沟水流漫溢或产生冲刷，应尽可能利用当地有利地形条件，采取相应措施，将边沟水流分段排除于路基范围之外或引入自然沟渠，减少边沟的集中流量。 边沟结构图如下图7.1所示： 图7.1 边沟断面图 由图可知过水断面面积为: （2）截水沟 截水沟又称天沟，一般设置在路堑坡顶5m或路堤坡脚2m以外，用以拦截并排除地面水流向路基的沟渠。可减轻边沟的水流负担，保证挖方边坡和填方坡脚不受流水的冲刷。截水沟的位置，应尽量与绝大多数地面水流方向垂直，以提高截水效能和缩短沟的长度。 截水沟设计的一般要求： a.当路基挖方上侧山坡汇水面积较大时，应设置截水沟。 b.截水沟的设计应能保证迅速排除地面水。 c.截水沟应结合地形合理布置。 d.若因地形限制，截水沟绕行，附近又无出水口时可分段考虑中部急流槽衔接。 e.若由于地形限制，汇水量较大，如将截水沟的水流引到自然沟或路堤地段有困难时，可在挖方低处设置涵洞，直接将水引到路基的另一侧。 截水沟的出水口：截水沟内的水流应避免排入边沟。应尽量利用地形，将截水沟中的水流排入截水沟所在的山坡一侧的自然沟中，或直接引到桥涵进口处，以免在山坡上造成冲刷。截水沟的出水口，应与其他设备平顺的衔接，必要时设置急流槽和砥水。截水沟的长度不宜超过500m。 截水沟离开路基的距离：山坡路堤上方的截水沟，离路堤坡脚至少2.0m，并用开挖截水沟的土在路堤与截水沟之间修成向沟倾斜土台。截水沟离开挖方路基坡顶的距离，因土质而异，以不影响边坡稳定为原则，对于一般土层，距离应大于5m。由于本设计中在填土高度大于7m处都进行了挡墙设置，故不在路堤段进行截水沟设置。 截水沟的断面形式：在本设计中拟采用横断面为梯形断形式，内、外侧边坡均为1：1，底宽0.6m，高0.6m。切在与流水相反的方向设置宽约0.6m左右的挡水埂，做成反向横坡为2%的坡度。本设计中根据实际地形设置截水沟，具体的设计成果图见图表中的《路基排水截水沟设计图》中截水沟设计。 其大致断面形式如下图7.2所示： 图7.2 截水沟的断面形式图 （3）排水沟 排水沟主要用途在于引水，将路基范围内的各种水源的水流引至桥涵或路基范围以外的指定地点。当路线受到多段沟渠或水道影响时，为保护路基不受水害，可以设置排水沟以调节水流，整治水道。 排水沟的横断面形式一般采用梯形断面，其尺寸大小应根据水文水力计算选定，深度与宽度不小于0.5m。边坡视土质而异，一般在1:1~1:1.5。排水沟的位置，可以根据需要并结合当地地形等条件而定，离路基极可能远些，距路基坡脚不宜小于2m，平面上力求直捷，需要转弯时应尽量圆顺，做成弧形，其半径不宜小于10~20m,连续长度宜短，一般不超过500m 。 排水沟应具有合适的纵坡，以保证水流畅通，不致流速太大而产生冲刷，亦不可流速太小而产生淤积。一般情况下纵坡值可以取0.5%~1.0%，不小于0.3%，亦不宜大于3%。 7.3 涵洞设计 涵洞主要是为了排泄地面水流（包括小河沟）而设置的横穿路基的小型排水构造物。 7.3.1 涵洞分类 按结构型式不同可分为管涵、盖板涵、拱涵、箱涵。 7.3.2 各种涵洞的适用性及优缺点 管涵，适用于有足够填土高度的小跨径暗涵，对基础的适应性及受力性能较好、不需墩台，圬工数量少，造价低；盖板涵，适用于要求过水面积较大时，低路堤上的明涵或一般路堤的暗涵。结构较简单，维修容易。跨径较小时用石盖板，跨径较大时用钢筋混凝土盖板；拱涵，适用于在跨越深沟或高路堤时设置。山区石料资源丰富，可用石拱涵。跨径较大,承载潜力较大。但自重引起的横载也较大，施工工序较繁多；箱涵适用于在软土地基时设置。整体性强，但用钢量多，造价高，施工较困难。 7.3.3 涵洞选用原则 涵洞应根据所在公路的使用任务、性质和将来的发展需要，按照实用、经济、安全和美观的原则进行设计。同时，公路涵洞设计应适当考虑农田排灌的需要。适当考虑各方面的综合利用。 涵洞主要是为了排泄地面水流而设置的横穿路基的小型排水构造物，其布置应结合地形、地物、地质等条件沿路合理布置，用来排水的涵洞应尽量与水流方向一致，与路线方向垂直，避免布置不当引起的壅水、涡流、下游冲刷过大等现象。 7.3.4 桥涵的拟定 本设计路段地形为平原微丘区，综合考虑在K1+150处有条跨径3.2m的小河，设置一个钢筋混凝土圆管涵。 以K1+150处圆管涵设计为例进行计算： 该流域汇水面积 ，适用于径流形成法计算。此法是以暴雨资料为主推算小流域洪水流量的一种方法，是公路部门目前普遍使用的一种计算方法。已知设计流量Q=2.4m3/s,涵前允许水深H=1.5m,下游正常水深0.75m。 （1）管径d： 初选临界水深 时的充满度为 ,由表查得k=0.1216,得到 取管径d=1.25m。 （2）临界水深 ： 查表得 /d=0.6756。 由此临界水深 （3）临界流速 和临界坡度 ： 查表得 时， 。 临界流速： 临界坡度： （4）涵前水深： 取流速系数 ，涵前流速 ，则 涵前水深满足要求。 （5）涵内正常水深 和流速 取涵洞坡度 断面的流量特征值为 满流时的断面的流量特征值 由 ，查表可得充满度 。 由此 。 断面的流速特征相对值 满流时的断面流速特征值 。 流速特征值 涵内流速为 。此流速小于混凝土圆管的允许流速(6.0m/s）。 因采用临界坡度，涵内正常水深 和流速 均与临界水深 和临界流速 相同。涵内水深大于下游正常水深，属于无压力式涵洞。 （6）涵洞最大底坡 涵洞内取最大允许流速 ， 由流量公式，涵内过水断面面积 。 最大坡度 。 因此，管涵底坡可在临界坡度到最大坡度范围内选择（0.556%到4.55%）。 综上计算，最后圆管涵直径d=1.25m,底坡取i=0.6%,采用八字翼墙,边坡坡度为1：1.5，洞口建筑高度为2.5 m. ； ； 式中： :路中心至上、下游路基边缘的宽度（m）； :涵洞上下游洞口建筑高度（m）； :涵底坡度（以小数表示）； m:路基边坡坡度（按1：m）； H:路基填土总高度，即由涵底中心至路基边缘高度（m），取H=5m。 计算： ； 故涵洞的总长度为： 具体构造见《涵洞设计图》。 第八章 公路路面设计 8.1 概述 8.1.1 路面结构组成 1．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。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、沙砾或碎石掺土以及块料等。 2．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。修筑基层所用的材料主要有各种结合料稳定土、天然砂砾、各种碎石和砾石、片石，各种工业废渣等。 3．垫层 垫层介于土基与基层之间，它的功能是改善土基的湿度和温度的状况，以保证面层和基层的强度、刚度和稳定性不受土基水温状况变化所造成的不良影响。另一方面的功能是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；同时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。 8.1.2 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。 8.2 沥青路面设计 8.2.1 设计资料 ⑴交通量年平均增长率按r=5%计，该路段属丘陵区，位于湖北省，属于Ⅳ3区，东南湿热区。 ⑵初始年交通量如下表8.1： 8.1交通量组成表 车型 桑塔纳2000 SH141 CA50 吉尔130 CA390 EQ140 JN150 日野ZM440 五十铃EXR181L 交通量 4200 300 900 600 1000 800 700 200 80 8.2.2 设计过程 ⑴轴载分析 路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载。 ⑵设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次 ①轴载换算 轴载换算公式为： (8.1) 计算结果如下表8.2所示： 表8.2累计当量轴次 交通车型 代表车型 位置 轴重/KN C1 C2 后轴数 后轴轮组数 交通量辆/日 标准轴载Ni/次 中客车 交通SH141 前轴 25.55 1 6.4 1 2 300 5.08 后轴 55.1 1 1 300 22.45 大客车 解放CA50 前轴 28.7 1 6.4 1 2 900 25.25 后轴 68.2 1 1 900 170.30 小货车 吉尔130 前轴 25.75 1 6.4 1 2 600 10.50 后轴 59.5 1 1 600 62.70 中货车 解放CA390 前轴 35 1 6.4 1 2 1000 66.51 后轴 70.15 1 1 1000 213.90 东风EQ140 前轴 23.7 1 6.4 1 2 800 9.76 后轴 69.2 1 1 800 161.27 大货车 黄河JN150 前轴 49 1 6.4 1 2 700 201.20 后轴 101.6 1 1 700 750.04 特大车 日野ZM440 前轴 60 1 6.4 2 2 200 138.73 后轴 100 2.2 1 200 440.00 拖挂车 五十铃EXR181L 前轴 60 1 6.4 3 2 80 55.49 后轴 100 3 1 80 272.00 合计Ni 2605.18 设计年限内累计轴载次数 1.44E+07 注：轴载小于25KN的轴载作用不计。 式中：N──标准轴载的当量轴次（次/日）； ──各种被换算汽车的作用次数； P──标准轴载（kN）； Pi ──各种被换算车型的轴载（kN）； ──轴数系数； ──轮组系数，双轮组为1，单轮组为6.4，四轮组为0.38。 当轴间距大于3m时，按单独的一个轴计算，此时轴数系数为1；当轴间距小于3m时，双轴或多轴的轴数系数按 计算，其中m为轴数。 ②累计当量轴次 根据设计规范，二级公路沥青路面的设计年限取12年，双向两车道的车道系数是0.6～0.7，取η=0.65。 累计当量轴次： 式中 ：设计年限内一个车道通过的累计标准当量轴次（次）； ：设计年限内的交通量年平均增长率，取 =5%； ：设计年限； ：路面营运第一年双向日平均当量轴次（次/日）； η：与车道有关的车辆横向分布系数。 ⑶验算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次 ①轴载换算 轴载换算公式为： (8.2) 式中： ──轴数系数，以拉应力为设计指标时，当轴间距大于3米时，应按一个单独的轴载计算；当轴间距小于3米时，双轴或多轴的轴数系数按 计算； ──轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5，四轮组为0.09 计算结果如下表8.3： 表8.3累计当量轴次 交通车型 代表车型 位置 轴重/kN C1 C2 后轴数 后轴轮组数 交通量辆/日 标准轴载Ni/次 中客车 交通SH141 前轴 25.55 1 18.5 1 2 300 0.10 后轴 55.1 1 1 　 300 2.55 大客车 解放CA50 前轴 28.7 1 18.5 1 2 900 0.77 后轴 68.2 1 1 　 　 900 42.12 小货车 吉尔130 前轴 25.75 1 18.5 1 2 600 0.21 后轴 59.5 1 1 　 　 600 9.43 中货车 解放CA390 前轴 35 1 18.5 1 2 1000 4.17 后轴 70.15 1 1 　 　 1000 58.64 东风EQ140 前轴 23.7 1 18.5 1 2 800 0.15 后轴 69.2 1 1 　 　 800 42.07 大货车 黄河JN150 前轴 49 1 18.5 1 2 700 43.04 后轴 101.6 1 1 　 　 700 794.78 特大车 日野ZM440 前轴 60 1 18.5 2 2 200 62.15 后轴 100 3 1 　 　 200 600 拖挂车 五十铃EXR181L 前轴 60 1 18.5 3 2 80 24.08 后轴 100 3 1 　 　 80 240.00 合计Ni 1925.02 设计年限内累计轴载次数 1.06E+07 ②累计当量轴次 参数取值同上，设计年限12年，车道系数0.65。 累计当量轴次： (8.3) ⑷结构组合与材料选取： 由上面的计算得到设计年限内一个行车道上的累计当量轴次为 ，属于重交通等级；一个车道上大客车及中型以上的各种货车日平均交通量 ，属于特重交通等级。据此确定路面设计交通等级为特重交通等级。根据结构层的最小施工厚度、材料、水文、交通量以及施工等因素，初步确定路面采用以下结构： 面层：细粒式沥青混凝土（4cm）； 中粒式沥青混凝土（6cm）； 粗粒式沥青混凝土（8cm）； 基层：水泥稳定碎石 （25cm）； 底基层：水泥石灰沙砾土层 （设计层，厚度待定）。 ⑸各层材料的抗压模量与劈裂模量 根据教材《路基与路面工程》得各层材料的抗压模量和劈裂强度如下表8.4： 表8.4抗压模量和劈裂强度 材料名称 抗压模量（MP） 劈裂强度（MP） （20℃） （15℃） 细粒式密级配沥青混凝土 1991 2680 1.2 中粒式密级配沥青混凝土 1425 2175 1.0 粗粒式密级配沥青混凝土 978 1320 0.8 水泥碎石 3188 3188 0.6 水泥石灰沙砾 1591 1591 0.4 ⑹土基回弹模量的确定 在本设计中根据查表法来确定土基的回弹模量：该路段为Ⅳ3区，土组为粘质土，由表《土基干湿状态的稠度建议值》查得： ，则取 ，又由表《二级自然区划各土组土基回弹模量参考值》查得：土基回弹模量 。 ⑺设计指标的确定 对于二级公路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构层底拉应力验算。 ①设计弯沉值根据《公路沥青路面设计规范(JTG D50—2004)》公式计算，公式如下： (8.4) 式中： ——设计弯沉值（0.01mm）； ——设计年限内一个车道累计当量轴次； ——公路等级系数，二级公路为1.1； ——面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0； ——基层类型系数，对半刚性基层 =1.0。 计算设计弯沉值： ②材料的容许拉应力根据《公路沥青路面设计规范(JTG D50—2004)》公式计算，公式如下： (8.5) 式中： ——路面结构层材料的容许拉应力(MPa)； ——沥青混凝土或半刚性材料的极限抗拉强度(MPa)，； ——抗拉强度结构系数。 a.对沥青混凝土和水泥稳定类材料的极限抗拉强度，取劈裂强度值。 b.对沥青混凝土面层的抗拉强度结构系数： 对无机结合料稳定集料类： 对无机结合料稳定细粒土类： 计算结果如下 ： 细粒式沥青混凝土： EMBED Equation.3 中粒式沥青混凝土： 粗粒式沥青混凝土： 水泥稳定碎石： 水泥石灰沙砾土： ⑻干燥状态下路面结构验算及结果输出(用路面设计软件HPDS2003计算) 8.5 各层结构的材料参数表 层 位 材料名称 厚度 (cm) 20℃抗压模量(Mpa) 15℃抗压模量(Mpa) 劈裂强度(Mpa) 容许拉应力(Mpa) 1 细粒式沥青混凝土 4.0 1991 2680 1.2 0.54 2 中粒式沥青混凝土 6.9 1425 2175 1.0 0.45 3 粗粒式沥青混凝土 8.0 978 1320 0.8 0.36 4 水泥稳定碎石 25.0 3188 3188 0.6 0.31 5 水泥石灰沙砾土 设计层 1591 1591 0.4 0.16 6 土基 35 按设计弯沉值计算设计层厚度 : = 22.3 (0.01mm) H( 5 )= 200mm ， = 1.6(0.01mm) 由于设计层厚度H（5）=Hmin时， ， 故弯沉计算已满足要求。 H（5）=200mm（仅考虑弯沉） 按容许拉应力验算设计层厚度 : H( 5 )= 200mm (第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 5)= 200mm (第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 200mm (第 3 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 200mm (第 4 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 200mm (第 5层底面拉应力验算满足要求) 路面设计层厚度： H( 5 )= 200mm (仅考虑弯沉) ，H( 5 )= 200mm (同时考虑弯沉和拉应力) 根据上述结果，干燥状态下取二灰稳定碎石厚度H( 4 )=28cm。 验算路面防冻厚度： 路面最小防冻厚度 500m 验算结果表明，路面总厚度满足防冻要求。 ⑼确定路面结构如图8.1所示： ---------------------------------------- 细粒式沥青混凝土 40 mm ---------------------------------------- 中粒式沥青混凝土 60 mm ---------------------------------------- 粗粒式沥青混凝土 80 mm ---------------------------------------- 水泥稳定碎石 250 mm ---------------------------------------- 水泥石灰沙砾土 200 mm ---------------------------------------- 新建路基 图8.1沥青路面结构图 8.3 水泥路面设计 8.3.1设计资料 ⑴交通量年平均增长率按r=5%计，该路段属丘陵区，属于Ⅳ3区，东南湿热区。 ⑵初始年交通量如下表8.6： 表8.6交通量组成表 车型 桑塔纳2000 SH141 CA50 吉尔130 CA390 EQ140 JN150 日野ZM440 五十铃EXR181L 交通量 4200 300 900 600 1000 800 700 200 80 8.3.2 设计过程 ⑴计算标准荷载累计作用次数 水泥混凝土路面结构设计以100KN的单轴-双轮组荷载作为标准轴载。不同轴-轮型和轴载的作用次数，按下式换算为标准轴载的作用次数： (8.6) 或 或 式中：Ns——100KN的单轴-双轮组标准轴载的通行次数； Pi——各类轴-轮型i级轴载的总重（kN）； n——轴型和轴载级位数； ——各类轴型i级轴载的作用次数； ——轴-轮型系数。 单轴-双轮组时， =1，0；单轴-单轮时， ；双轴-双轮组时， ；三轴-双轮组时， 。 计算结果如下表8.7： 表8.7累计当量轴次 交通车型 代表车型 位置 轴重/KN 后轴数 后轴轮组数 交通量辆/日 标准轴载Ni/次 中客车 交通SH141 前轴 25.55 551 1 2 300 0.00 后轴 55.1 1 300 0.02 大客车 解放CA50 前轴 28.7 524 1 2 900 0.00 后轴 68.2 1 900 1.97 小货车 吉尔130 前轴 25.75 549 1 2 600 0.00 后轴 59.5 1 600 0.15 中货车 解放CA390 前轴 35 481 1 2 1000 0.02 后轴 70.15 1 1000 3.44 东风EQ140 前轴 23.7 569 1 2 800 0.00 后轴 69.2 1 800 2.21 大货车 黄河JN150 前轴 49 417 1 2 700 3.22 后轴 101.6 1 700 902.40 特大车 日野ZM440 前轴 60 381 2 2 200 21.54 后轴 100 0 200 0.00 拖挂车 五十铃EXR181L 前轴 60 381 3 2 80 8.62 后轴 100 0 80 0.00 合计Ns 943.59 设计年限内累计轴载次数 4.58E+06 取方向分配系数为0.5，车道分配系数为1，故有： 二级公路的设计基准期为20年，安全等级为三级，车辆轮迹横向分布系数取0.39，计算设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为： 属于重交通等级。 ⑵初拟路面结构 根据规范，二级公路，重交通等级，中级变异水平等级去面层厚度240mm，路面拟采用以下结构： 面层：普通水泥混凝土 240mm； 基层：水泥稳定粒料 200mm； 底基层：无机结合料稳定土 150mm。 普通混凝土板的平面尺寸为宽4.5m，长5.0m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。 ⑶路面材料参数确定 查《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40-2002），取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5MPa，相应弯拉弹性模量标准值为31GPa；路基回弹模量取35Mpa（同沥青路面）；水泥稳定粒料基层回弹模量取1500MPa；无机结合料稳定土垫层回弹模量取600MPa。 ⑷路面结构计算 1) 计算基层顶面当量回弹模量如下： 普通混凝土面层的相对刚度半径计算为： 各式中： ——路床顶面的回弹模量（MPa）； ——基层和底基层或垫层的当量回弹模量（MPa）； ——基层和底基层或垫层的回弹模量（MPa）； ——基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度（MN·m）； ——基层和底基层或垫层的厚度（m）； ——与 有关的回归系数 ——混凝土板的相对刚度半径（m）； ——水泥混凝土的弯拉弹性模量（MPa）； ——基层顶面当量回弹模量（MPa）； 2）荷载疲劳应力计算 标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为： 因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数 。考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数 。根据公路等级，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数 。 荷载疲劳应力计算为： 3）温度疲劳应力 查表，Ⅳ区最大温度梯度取 。板长l=5m,l/r=5/0.687=7.28，查表，普通混凝土板厚h=0.24m,Bx=0.65。故最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为： 温度疲劳应力系数 ，计算为： (8.7) 式中： ——回归系数，按所在地区的公路自然区划查表。 计算温度疲劳应力为： 查表，二级公路的安全等级为三级，相应于三级安全等级的变异水平等级为中级，目标可靠度为85%。再据查得的目标可靠度和变异水平等级，查表确定可靠度系数 。按照极限状态方程： 其中 为为水泥混凝土弯拉强度标注值，重交通等级取5MPa。 因此，所选普通混凝土面层厚度为240mm，基层选用水泥稳定粒料厚度为200mm，垫层选用无机结合料稳定土厚度为150mm，可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。 ⑸确定路面结构如图8.2所示： ---------------------------------------- 普通水泥混凝土 240 mm ---------------------------------------- 水泥稳定粒料 200mm ---------------------------------------- 无机结合料稳定土 150mm ---------------------------------------- 新建路基 图8.2水泥路面结构图 8.3 路面比选 1．沥青路面的优缺点 优点：①沥青路面具有足够的强度，能承受车辆荷载施加到路面的各种作用力； ②具有一定的弹性和塑性变形能力，能承受应变而不破坏；③与汽车轮胎的附着力较好，可保证行车安全；④有高度的减震性，可使汽车快速行驶，平稳而低噪声；⑤维修工作比较简单，且沥青路面可再生利用。 　　缺点：①施工受季节、气候影响大，工艺要求高，有一定的毒性；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初期建设费用高。 2．水泥混凝土路面的优缺点 优点： ①强度高，混凝土路面具有很高的抗压强度和较高的抗弯拉强度以及抗磨耗能力；②稳定性好，混凝土路面的水稳性、热稳性好，特别是它的强度能随着时间的延长而逐渐提高；③所以它经久耐用，一般能使用20~40年，而且它能通行包括履带式车辆等各种运输工具；④混凝土路面色泽鲜明，能见度好，对夜间行车有利；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有接缝，一般混凝土路面要建造许多接缝，会增加施工和养护的复杂性，而且容易引起行车跳动，影响行车的舒适性，噪音较大；②开放交通较迟，一般混凝土路面完工后，要经过28d潮湿养生，才能开放交通；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，路面损坏后，开挖很困难，修补工作量也大。 3.确定方案 本设计公路是一条二级公路，运输任务比较繁忙，为重交通等级，路段内无不良地质概况。与水泥混凝土路面相比，沥青路面表面平整无接缝，行车振动小，噪音低，开放交通快，故本设计采用沥青路面。 参 考 文 献 [1] 中华人民共和国行业标准. 公路工程技术标准（JTG B01－2003）. 北京:人民交通出版社,2003 [2] 中华人民共和国行业标准. 公路路线设计规范（JTG D20-2006）. 北京:人民交通出版社,2006 [3] 中华人民共和国行业标准. 沥青路面设计规范（JTGD50-2004）. 北京:人民交通出版社,2004 [4] 中华人民共和国行业标准. 公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D40－2004）.北京:人民交通出版社,2004 [5] 中华人民共和国行业标准. 公路排水设计规范（JTJ018－97）. 北京:人民交通出版社,1997 [6] 姚祖康主编. 路面设计手册 . 北京:人民交通出版社,1998 [7] 中华人民共和国行业标准. 公路沥青路面施工技术规范（JTG F40－2004）. 北京:人民交通出版社,2004 [8] 邓学均主编. 路基路面工程 . 北京:人民交通出版社,2001 [9] 张雨化主编. 公路勘测设计 . 北京：人民交通出版社，1997 [10] 中华人民共和国行业标准. 公路路基设计规范（JTG D30－2004）. 北京:人民交通出版社,2004 [11] 陈胜营等. 公路设计指南 . 北京:人民交通出版社,1998 [12] 孙家驷. 道路勘测设计 . 北京:人民交通出版社,1999 [13] 张廷楷主编. 高速公路 . 北京:人民交通出版社,1990 [14] 王晓谋主编. 基础工程 . 北京:人民交通出版社,2003 [15] 刘培文编著.公路小桥涵设计示例. 北京:人民交通出版社,2005 致 谢 经过一个多月的努力，在老师的指导及同学的帮助下，我的毕业设计终于完成了。这两个月的毕业设计让我受益无穷。使我系统的掌握了大学四年所学的知识，完善了专业知识和技能，还熟悉了计算机软件的基本操作和应用，这对以后的工作产生积极的指导意义。 虽然设计的时间有点短，但是在刘丽芳老师的悉心指导和同学们的帮助下我感到进步很快。由于以前专业课程学习得不扎实，很多东西都似懂非懂，通过这次毕业设计，使我大大提高了计算机的操作能力，熟练掌握了CAD、Word、Excel等应用软件的使用，尤其是对纬地软件的学习，这些都为即将毕业去施工单位作好了准备。在设计过称中，我发现我的软件操作能力和专业知识掌握都很差劲以致于跟不上正常的设计进度。但是我通过不断地努力与摸索，慢慢的我也感到得心应手了。只有不断的学习和思考，才能能到进步。 本次设计为我提供了一次学习的好机会，为我毕业工作做了充分的准备。在设计过程中，我要特别感谢我的指导老师刘丽芳老师，在她的耐心指导下让我们少走了很多弯路，为我们的毕业设计顺利完成提供了支持。当然也少不了同学们的帮助，只有通过不断的交流才能发现问题，有所进步，在此我要对他们也说声感谢！ 龚胜平 2012年6月1日 i _1399328146.unknown _1399803982.unknown _1399804173.unknown _1399805902.unknown _1399882582.unknown _1399883375.unknown _1399916427.unknown _1399917240.unknown _1399924565.unknown _1399925381.unknown _1399925398.unknown _1399925822.unknown _1399924568.unknown _1399917937.unknown _1399918377.unknown _1399920088.unknown _1399918057.unknown _1399917427.unknown _1399917910.unknown _1399917133.unknown _1399917206.unknown _1399916700.unknown _1399889233.unknown _1399916203.unknown 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