高速公路毕业设计论

'中国地质大学（武汉）本科毕业设计目录第一章绪论1第一节道路毕业设计的目的和要求1第二节道路毕业设计主要内容1第三节道路设计的原则1第四节本设计所做工作2第二章设计资料分析与整理3第一节道路建设的意义3第二节自然地理条件3第三节区域地质评价4第四节施工条件6第五节道路等级的确定和技术标准论证6第三章路线设计16第一节选线综合设计16第二节路线方案比选19第三节平面线形设计20第四节纵断面设计23第五节横断面设计27第六节土石方的计算和调配33第四章路基路面设计36第一节路基及排水设计36第二节沥青混凝土路面的设计41第三节水泥混凝土路面的结构层次设计51第四节路面方案确定61第六章结束语62致谢63参考文献64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计第一章绪论第一节道路毕业设计的目的和要求1.1.1毕业设计的基本目的毕业设计是培养学生综合运用所学知识和技能，分析与解决实际问题的能力，是学生受到工程技术和科学技术的基本训练以及工程技术人员所必需的综合训练，并相应地提高各种能力，如调查研究能力、理论分析、设计计算、绘图、试验、技术经济分析、撰写论文和说明书等，通过毕业设计可使我们初步形成经济、环境、市场、管理等大工程意识，培养我们实事求是、谦虚谨慎的科学态度和刻苦钻研、勇于创新的科学精神。1.1.2道路毕业设计的基本要求公路与城市道路工程专业毕业设计，要求学生在老师的指导下完成某一路段实际工程的全部或部分设计任务，在公路与城市道路的路线方案拟定、路线平纵横设计、桥涵选型与设计、挡土墙等结构物布置、交叉口规划与设计等各个方面都得到锻炼。一、通过毕业设计，进一步提高和训练学生的工程制图、理论分析、结构设计、计算机应用、文献检索和外语阅读等方面的能力。二、成果要求：每位学生应提交设计说明书、计算书和相关图纸。说明书应参照工程设计说明书的格式撰写，力求简明扼要、说明问题、文理通顺、条理清楚。第二节道路毕业设计主要内容道路工程从立项到设计一般包括预可行性研究、工程可行性研究、初步设计和施工图设计等四个阶段。对于初步设计或施工图设计，其内容包括路线、路基路面、桥梁、涵洞、隧道、路线交叉、沿线设施、环境保护、筑路材料、施工方案等。毕业设计阶段由于时间的限制，根据教学的要求，对设计的内容有所侧重或省略。第三节道路设计的原则道路是一种带状的三维空间结构物，包括路面、路基、桥涵、隧道等工程实体。道路设计是从几何和结构两大方面进行研究的。64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计在几何方面，道路设计内容包括平、纵、横三面几何线形设计。所选线形必须满足平缓要求，使车辆能最大限度发挥速度优势，同时乘客感觉到舒适和快捷。平面上设缓和曲线和超高，纵断面上坡度以及坡长的限制等等都是技术保证。在结构方面，对上述路面、路基、桥涵、隧道这些工程设计的要求是：用最小的投资，尽可能少的外来材料以及合理的养护力量，使它们能在自然破坏和汽车行驶所产生的各种力作用下，在设计年限内保持使用质量。第四节本设计所做工作本设计正是基于以上道路设计的基本原则，运用所学的基础理论如道路勘测设计、路基路面设计、桥梁设计，按照任务书的要求完成的。主要工作如下：1、道路选线。根据山岭区选线的原则，综合考虑技术标准、国家政策、社会影响、道路美学以及其他制约因素，进行纸上定线。2、路线设计。该部分是核心内容。设计基础是国家路线设计的相关规范，依次对道路平，纵，横三面设计，设计成果体现在图纸和数据表格中，附加内容是土石方的计算和调配。3、路基路面设计。路基路面是道路的主要工程结构物。该项设计必须保证路基路面能满足承载能力、稳定性、耐久性、表面平整度和表面抗滑性能。该设计的重点在于路基的设计、路面厚度的设计。本设计中分别对沥青混凝土和水泥混凝土进行了厚度选择和承载力验算的设计。64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计第二章设计资料分析与整理第一节道路建设的意义2.1.1孝襄项目概况孝襄高速公路是我国西部大通道之一的银（川）武（汉）大通道的重要组成部分，同在建的襄荆、沪蓉高速公路形成一个覆盖湖北省70％GDP的“大三角经济圈”。武汉、十堰、宜昌是湖北省的三个重要工业城市，形成一个“大三角”；武汉、襄樊、荆州这三个城市围成的“小三角”又是湖北省的粮、棉产区和鱼米之乡。无论是“大三角”还是“小三角”，孝襄高速公路都是它们不可缺少的一边。孝襄高速公路把湖北省这些经济最发达的城市和地区“环”起来，形成带动湖北经济繁荣、社会发展的“金三角”。从国家高速公路网布局图来看，孝襄高速公路是连接武汉至西安的最短连接线，必将成为国家高速公路网规划的18条东西纵向线中，福州至银川的主要组成部分。事实上，通往陕西的十漫高速建成后，经由孝襄高速公路，武汉到西安只需要7小时，而目前无论是走公路还是铁路，武汉到西安都要绕道河南，耗时都在15小时以上。本次道路设计选择孝襄高速湖北孝感至安陆段，起点为湖北孝感市孝南区，终点为湖北安陆市，根据所提供的交通量和地形图资料自定公路等级分段进行该段公路设计。2.1.2项目建设的必要性1、本项工程是现代化新城区建设的需要；2、本项工程是完善城市集成是乡镇间发展规划、落实总体布局的需要；3、本项工程是建设完善道路交通系统的需要；4、本项工程是改善投资环境和市场环境的需要；5、本项工程是地区可持续发展的需要。因此，孝安高速公路工程的建设是十分迫切的，此路线是我国交通发展战略的重要组成部分，对于城市道路网结构的完善，缓解东西向交通压力，促进孝感和安路的经济发展和社会进步，带动沿线经济发展，实现城市战略发展目标，将具有积极的现实意义和深远的历史意义。第二节自然地理条件2.2.1地形地貌路线总体呈现出东南低西北高的走势，跨越了两个地貌特征区。孝南、孝昌、云梦及64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计安陆以东路段位于江汉平原北部边缘，地形开阔平坦，为剥蚀堆积垄岗平原区，地面高程在20～80米之间。安陆以西及随州市境路段位于大洪山北部，地势较高，为构造剥蚀低山丘陵区，地面高程稍高，高程在100～165米之间。影响勘测区的河流有环水、府河、滚子河等，勘测区内无天然湖泊，但兴建有较多的中小型水库，如清水河水库等。2.2.2气象路线所处地区属于亚热带大陆季风性湿热气候，日照充足，降水丰富，四季分明，无霜期长，多年平均降霜日56天，平均结冰日52天，均以一月份出现日数最多，年平均气温15℃～17℃，极端最低气温-17.2℃，历年最高气温达41℃，夏季湿热，冬季干冷，年平均降雨量845-1200毫米，最大年降水量为1245毫米，最小年降水量为474毫米，相差2.63倍，区内洪涝及干旱等灾害均较严重，每年6至8月间多雨时期路线经过区的主要河流及湖泊水势猛涨，其中以襄阳唐白河流域受灾最为严重，本地区年平均风速1.5～3.3米/秒，最大风速为29.6米/秒。第三节区域地质评价2.3.1区域地质稳定性评价路线区跨越昆仑-秦岭区和扬子区两个以及地层区，昆仑-秦岭区内主要出露有元古代至下古生代和白垩系上统至第四系的地层，元古代之下古生代的地层构造由混合岩、片麻岩、片岩、千枚岩、板岩及变质基性-酸性火山岩组成，尚有大量大理岩、白云岩、灰岩、泥岩、页岩、砂岩、硅质岩和变质砂岩、石英岩等，而白垩系上统至第四系的地层由红层及松散沉积物组成。2.3.2不良路段地质情况路线区的不良地质和特殊性岩土主要是膨胀土及岩质边坡的顺层滑动问题。2.3.3工程地质评价本路段位于秦岭褶皱系东南部和扬子滩地台北缘中段地区，区内褶皱和断裂均较为发育。构造分区：路线自东往西一次经过以下构造分区：扬子滩地台两湖断坳江汉断陷区的云应凹陷，秦岭褶皱系南岭冒地槽褶皱带北大巴山-随南向斜的随南褶皱束、随州-应山复被斜的大狼山褶皱束、襄枣断陷。64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计云应凹陷：是由北西、北北西和北东向三组早期断裂控制的中、新生代断陷盆地，被白垩系上统公安寨组砂岩、砾岩及第四系松散沉积层所填充，并可常见玄武岩夹于公安寨组砂岩、砾岩中；凹陷内地层产状平缓，岩层略有起伏，部分地方形成开阔的向斜和被斜，断裂不甚发育，且规模较小。路线起点对应于该构造分区。随南褶皱束：该褶皱束的北界为岩子河-李店断裂，南岭为耿集-古井深断裂（即襄广断裂），其间广大地区出露着晚元古代-早古生代的变质火山-沉积岩系，发育一系列北西向的向北倾斜的同斜褶曲与断裂以及基性岩带或岩体，路线经过的主要褶皱河断层有：珠宝山倒转被斜、张家畈倒转向斜、柳林倒转被斜、新店倒转向斜、东高庙倒转被斜、大汇角-花果尖逆断层、大碑店-王家桥逆断层，路线终点对应于改构造分区。区域断裂：对路线区影响较大的断裂为襄樊-广济断裂及英店-青山口断裂，这两条断裂均属于古亚洲断裂体系的秦昆断裂系。襄樊-广济断裂是分隔秦岭褶皱系和扬子准地台的规模宏大的区域性大断裂，该断裂走向与路线呈平行状，位于路线西南部，在安陆市东南、云梦县及孝南区等隐伏于白垩-第四系之下，且沿断裂岩浆活动迹象明显，在安陆及云梦的白垩系地层中常有玄武岩岩体或岩脉产出。英店-青山口断裂是分隔桐柏-大别中间隆起和武当-随县褶皱带的区域性打断裂，呈北西状分布于路线东北部。2.3.4水文地质评价本区域雨量充沛，地表水系发育，水资源丰富，赋有多种类型地下水，主要地下水类型有：（1）碎屑岩孔隙裂隙水包括部分河谷平原松散岩孔隙水，含水地层以白垩-第三系分布最广，为弱富水区，包括重碳酸钙镁、钙钠型硬水-极硬水（德度20-35）和重碳酸钙、钙镁型软水（德度4-8）；（2）和岩浆岩变质岩裂隙水，含水层为元古代-下古生代变质岩和岩浆岩，为极弱富水区，属于重碳酸钙、钙镁型软水（德度4-8）。沿线工程用水便利，水质良好，属于重坦酸行水，矿化度小于0.5克/升，对混凝土一般不具侵蚀性。2.3.5地震本项目路线穿越区域存在300年左右的地震活动周期，未来100年发生6级以上强震的可能性不大，但存在发生少数5～6级地震的可能。清峰-襄樊-广济断裂近几年微震较多，但对本测区的影响不明显。另外新构造运动和变形总体表现为大面积抬升与下降，同时兼有被断裂切割的块体的差异活动，中强地震多发生在不同新构造单元的交界带附近，断陷盆地和某些断块的强烈挤压、抬升地段。如丹江水库以河南郑州为基点，平均每年上升10～14毫米，以南襄盆地为基点则下降，蓄水后，平均每年下降3.9毫米，为蓄水前的3倍。本项目路线所穿越的区域属于华南地震长江中下游地震亚区麻城-常德地震带。孝感地区地震震级小于4.7级，地震烈度小于VI度。另根据湖北地震烈度区划图可知，本项目全线地震基本烈度为VI度。64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计第四节施工条件2.4.1区间交通量、公路功能依据交通量预测结果，本合同段远景交通量（2026年）将达35007辆/日，到2026年本段公路仍能提供二级以上服务水平，具有满足设计年限内需要的公路整体功能。2.4.2筑路材料（1）石料：路线所经地段为低山丘陵区，石料蕴藏丰富，石质为石灰岩。料场岩石部分裸露，覆盖层厚1～3米，开采运输方便。沿线路两侧计有大中型料场10余处。大、中型料场有孝南区公路段双峰碎石厂、孝昌县门坎岭花山碎石厂、安陆市烟店镇白兆山、双岭等碎石厂、安陆市孛畈镇潘冲碎石厂、安陆市雷公镇曹城石长等，供应的规格，块、片、碎石均有。但目前产量偏小，可根据需求量扩大生产规模。（2）生石灰：本路段可用于生产石灰的石料丰富。目前，基本沿线多个石料厂均有石灰，但产量小，生产工艺简单，质量不十分稳定。（3）砂、砾石：沿线砂、砾石储量较为丰富，均在环水、府河沿岸砂料厂采购，河砂较洁净，砂料品质较好。（4）水泥：当地水泥厂主要有云梦水泥厂、孝感凤凰水泥厂，葛洲坝水泥厂等，生产各种标号水泥。（5）水：本项目工程用水主要取自于沿线湖泊、河中，富水期还可就近取用部分堰塘，水源丰实可供，水区良好，运输也方便。（6）电：本项目沿线均设有社会电网，因此工程用电65％采用电网电力，单价在社会电价基础上增计了供电站费。考虑到社会电网保证率及工程局部电网盲区，本项目35％用电采用自发电。第五节道路等级的确定和技术标准论证2.5.1道路等级的确定一、公路分级交通量及其使用功能、性质分为五个等级：高速公路、一级公路、二级公路、三级公路和四级公路。1、高速公路为专供汽车分向分车道行驶并应全部控制出入的多车道公路。四车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量25000～55000辆；六车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量45000～80000辆；八车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量60000～100000辆。64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计2、一级公路为供汽车分向分车道行驶并可根据需要控制出入的多车道公路。四车道一级公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量15000～30000辆；六车道一级公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量25000～55000辆。3、二级公路为供汽车行驶的双车道公路。双车道二级公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量5000～15000辆。4、三级公路为主要供汽车行驶的双车道公路。双车道三级公路应能适应将各种车辆折合成小客车的年平均日交通量2000～6000辆。5、四级公路为主要供汽车行驶的双车道或单车道公路。双车道四级公路应能适应将各种车辆折合成小客车的年平均日交通量2000辆以下；单车道四级公路应能适应将各种车辆折合成小客车的年平均日交通量400辆以下。二、等级确定1、交通量组成经交通调查，本路段交通量预测如表2-1。表2-1交通量预测表年度20062011201620212026远景交通量辆/日700010099133811690619963表2-2交通组成表型号前轴载(KN)后轴载(KN)后轴数轮组数轴距(cm)交通量(辆/日)解放CA10B19.4060.851双390东风EQ14023.7069.21双420黄河JN15049.0101.61双130长征XD98037.102×72.652双122.0260长征CZ36147.62×90.72双132.0240北京BJ13013.427.351双340跃进NJ13016.238.31双390渝州13013.427.351双510日野KB21147.5100.01双260日野KL40028.066.01双120依士滋TD5042.280.01双260依士滋TD7045.0105.01双350三菱T653EL25.555.91双140吉尔16421.061.51双340依发H3A22.248.61双230斯蒂尔38029.062.01双470扶桑FU102N44.02×85.02双15064 中国地质大学（武汉）本科毕业设计延安SX16154.642×91.252双135.0320太脱拉11138.702×74.02双120.0210太脱拉13851.402×80.02双132.0280皇冠320辆/日，富康190辆/日，红旗320辆/日，奥迪310辆/日2、根据《公路工程技术标准》规定：高速公路以小客车为折算标准。折算系数如表2-3所示表2-3各汽车代表车型与换算系数汽车代表车型车辆折算系数说明小客车1.0≤19座的客车和载质量≤2t的货车中型车1.5＞19座的客车和载质量＞2t的货车大型车2.0载质量＞7t≤14t的货车拖挂车3.0载质量＞14t的货车3、初始年交通量计算表2-4各汽车车型交通量统计小客车（辆/日）*1,0中型车（辆/日）*1,5大型车（辆/日）*2,0总计北京BJ130340解放CA10B390黄河JN150130跃进NJ130390东风EQ140420长征XD980260渝州130510日野KL400120长征CZ361240皇冠320三菱T653EL140日野KB211260富康190吉尔164340依士滋TD50260红旗320依发H3A230依士滋TD70350奥迪310斯蒂尔380470扶桑FU102N150延安SX161320太脱拉111210太脱拉138280合计32803165492011365（2-1）64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计4、确定公路等级假设该公路远景设计年限为20年，则远景设计年限交通量N：（2-2）由远景设计年限交通量，所以公路等级可以确定为高速公路或者一级公路。再通过项目资料可知本公路要作为交通主干线使用，因此公路等级定为高速公路。5、确定公路车道数与设计远景设计年限交通量与车道数和设计时速的选择见下表2-5表2-5高速公路能适应的年平均日交通量计算行车速度四车道六车道八车道120km/h40000～5500060000～8000075000～100000以上100km/h35000～5000055000～7000070000～9000080km/h30000～4500050000～6500065000～8500060km/h25000～4000045000～6000060000～80000根据以上图表及计算和设计材料初步拟定设计道路为高速公路（四车道）设计车速为100km/h。2.5.2道路设计的主要技术标准一、设计车速根据《规范》行车速度为100km/h。二、服务水平高速公路：作为干线公路,采用二级服务水平。三、横断面设计参数的一般规定1、路基宽度：一般值26m，最小值23.5m2、车道宽度：3.75m3、车道数：双向四车道4、爬坡车道：高速公路在连续上坡路段设置爬坡车道时，其宽度应为3.5m5、加速减速车道：高速公路一级公路的互通式立体交叉、服务区、停车区、公共汽车停靠站、管理和养护等与主线相衔接处，应设加速减速车道。其宽度应为3.5m。6、中间带：高速公路一级公路整体式路基必须设置中间带，中间带由两条左侧路缘带和中央分隔带组成。64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计表2-6中间带规范规定参数时速100km/h中间带宽度一般值最小值中央分隔带宽度（m）2.01.0左侧路缘带宽度（m）0.750.5中间带宽度（m）3.52.07、路肩表2-7路肩规范规定参数时速100km/h右侧路肩宽度一般值最小值右侧硬路肩宽度（m）3.02.5土路肩宽度（m）0.750.75高速公路应在右侧硬路肩宽度内设右侧路缘带，其宽度为0.50m。8、紧急停车带：高速公路的右侧硬路肩宽度小于2.5m时应设紧急停车带。紧急停车带的间距不宜大于2km，宽度一般为5m，有效长度一般为50m，并设置100m和150m左右的过渡段。9、路拱坡度：高速公路整体式路基的路拱宜采用双向路拱坡度，由路中央向两侧倾斜。位于位于中等强度降雨地区时，路拱坡度宜为2%；位于降雨强度较大地区时，路拱坡度可适当增大。硬路肩、土路肩的横坡取值如下：（l）直线路段的硬路肩应设置向外倾斜的横坡，其坡度值应与车道横坡值相同。路线纵坡平缓，且设置拦水带时，其横坡值宜采用3%~4%。（2）曲线路段内、外侧硬路肩横坡的横坡值及其方向：当曲线超高小于或等于5%时，其横坡值和方向应与相邻车道相同；当曲线超高大于5%时，其横坡值应不大于5%，且方向相同。（3）硬路肩的横坡应随邻近车道的横坡一同过渡，其过渡段的纵向渐变率应控制在小于l/150至大于1/330之间。（4）土路肩的横坡：位于直线路段或曲线路段内侧，且车道或硬路肩的横坡值大于或等于3%时，土路肩的横坡应与车道或硬路肩横坡值相同；小于3%时，土路肩的横坡应比车道或硬路肩的横坡值大1%或2%。位于曲线路段外侧的土路肩横坡，应采用3%或4%的反向横坡值。10、公路建筑界限图2-1公路建筑界限64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计W-行车道宽度；L1一左侧硬路肩宽度；L2一右侧硬路肩宽度；S1一左侧路缘带宽度；S2一右侧路缘带宽度；L－侧向宽度：高速公路的侧向宽度为硬路肩宽度（L1或L2）；C一当设计速度大于l00km/h时为0.5m，等于或小于l00km/h时为0.25m；M1一中间带宽度；M2一中央分隔带宽度；E一建筑限界顶角宽度：当L≤1m时，E＝L；当L>lm时，E=1m；H一净空高度(注：一条公路应采用同一净高，高速公路的净高应为5.00m)四、平曲线设计参数的一般规定公路平面：高速公路、一级公路、二级公路、三级公路平面线形应由直线、圆曲线、回旋线三种要素组成。1、直线：直线的长度不宜过长，两圆曲线间以直线径相连接时，直线的长度不宜过短。设计速度大于或等于60km/h时，同向圆曲线间最小直线长度（以m计）以不小于设计速度（以km/h计）的6倍为宜；反向圆曲线间的最小直线长度（以m计）以不小于设计速度（以km/h计）的2倍为宜。2、圆曲线：各级公路平面不论转角大小，均应设置圆曲线。圆曲线最小半径一般值700m、极限值400m。圆曲线最大半径值不宜超过10000m。3、回旋线：高速公路、一级公路、二级公路、三级公路的直线同小于下列条件不设超高的圆曲线最小半径径相连接处，应设置回旋线。不设超高圆曲线最小半径(m)路拱≤2%R=4000路拱＞2%R=5250回旋线最小长度(m)L≥85m回旋线长度应随圆曲线半径的增大而增长。圆曲线按规定需设置超高时，回旋线长度还应大于超高过渡段长度。4、圆曲线最大超高值：高速公路一般地区（%）x≤8或105、平曲线：平曲线最小长度（m）一般值500，最小值170当路线转角等于或小于7°时，应设置较长的平曲线。其值为1200/△△为路线转角值（°）6、视距：停车视距160高速公路、一级公路以及大型车比例高的二级公路、三级公路的下坡路段，应采用下坡段货车停车视距对相关路段进行检验。五、纵断面设计参数的一般规定新建公路的路基设计标高：高速公路和一级公路宜采用中央分隔带的外侧边缘标高1、纵坡：最大纵坡(%)=4设计速度为120km/h、100km/h、80km/h的高速公路，受地形条件或其他特殊情况限制时，经技术经济论证，最大纵坡可增加1%。公路的纵坡不宜小于0.3%。横向排水不畅的路段或长路堑路段，采用平坡（0%）或小于0.3%的纵坡时，其边沟应作纵向排水设计。64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计2、坡长：最小坡长（m）=250不同纵坡最大坡长（m）见表2-8表2-8纵坡规范规定参数纵坡坡度（%）345最大坡长（m）1000800600公路连续上坡或下坡时，应在不大于上表规定的纵坡长度之间设置缓和坡段。缓和坡段的纵坡应不大于3%，其长度应符合最小坡长的规定。3、合成坡度：最大合成坡度为10%4、竖曲线：公路纵坡变更处应设置竖曲线，竖曲线宜采用圆曲线。表2-9路肩规范规定参数凸形竖曲线最小径(m)一般值10000极限值6500凹形竖曲线最小半径(m)一般值4500极限值3000竖曲线长度(m)一般值210最小值85六、平面线形设计的一般规定1、公路线形是三维立体线形。线形设计应做好公路平面、纵断面、横断面三者间的组合，并同自然环境相协调。线形设计除应符合行驶力学要求外，还应考虑用路者的视觉、心理与生理方面的要求，以提高汽车行驶的安全性、舒适性与经济性线形设计的要求与内容应随公路功能和设计速度的不同而各有侧重。高速公路和具干线功能的一、二级公路，应注重立体线形设计，做到线形连续、指标均衡、视觉良好、景观协调、安全舒适。设计速度愈高，线形设计组合所考虑的因素应愈周全，以提供高的服务质量。立体交叉前后的线形应选用较高的平纵技术指标，使之具有较好的通视条件。2、平面线形设计一般规定（l）平面线形应直捷、连续、均衡，并与地形相适应，与周围环境相协调。（2）各级公路不论转角大小均应敷设曲线，并宜选用较大的圆曲线半径。转角过小时，应调整平面线形。当不得已而设置小于7°的转角时，则必须按规定设置足够长的曲线。（3）两同向圆曲线间应设有足够长度的直线，否则应调整线形设置为单曲线或复曲线。（4）两反向圆曲线间不应设置短直线段，否则应调整线形设置为S形曲线。3、直线的运用：（1）直线的运用应注意同地形、环境的协调与配合。采用直线线形时，其长度不宜过长。（2）农田、河渠规整的平坦地区、城镇近郊规划等以直线条为主体时，宜采用直线线形。（3）特长、长隧道或结构特殊的桥梁等构造物所处的路段，以及路线交叉点前后的路64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计段宜采用直线线形。4、圆曲线的运用（l）设置圆曲线时应与地形相适应，以采用超高为2%~4%的圆曲线半径为宜。（2）条件受限制时，可采用大于或接近于圆曲线最小半径的“一般值”；地形条件特殊困难而不得已时，方可采用圆曲线最小半径的“极限值”。（3）设置圆曲线时，应同相衔接路段的平、纵线形要素相协调，使之构成连续、均衡的曲线线形，并避免小半径圆曲线与陡坡相重合的线形。5、回旋线的运用（l）设计速度大于或等于60km/h时，回旋线应作为线形要素之一加以运用。回旋线－圆曲线一回旋线的长度以大致接近为宜。两个回旋线的参数值亦可以根据地形条件设计成非对称的曲线，但A1：A2不应大于2.0。（2）回旋线参数宜依据地形条件及线形要求确定，并与圆曲线半径相协调。①当R小于100m时，A宜大于或等于R。②当R接近于l00m时，A宜等于R。③当R较大或接近于3000m时，A宜等于R/3。④当R大于3000m时，A宜小于R/3。（3）两反向圆曲线径相衔接或插入的直线长度不足时，可用回旋线将两反向圆曲线连接组合为S形曲线。①S形曲线的两回旋线参数A1与A2宜相等。②当采用不同的回旋线参数时，Al与A2之比应小于2.0，有条件时以小于1.5为宜。当A2≤200时，A1与A2之比应小于1.5。③两圆曲线半径之比不宜过大，以R1/R2≤2为宜（R1为大圆曲线半径；R2为小圆曲线半径）。（4）两同向圆曲线径相衔接或插入的直线长度不足时，可用回旋线将两同向圆曲线连接组合为卵形曲线。①卵形曲线的回旋线参数宜选R2/2≤A≤R2（R2为小圆曲线半径）。②两圆曲线半径之比，以R2/R1＝0.2~0.8为宜。③两圆曲线的间距，以D/R2=0.003~0.03为宜（D为两圆曲线间的最小间距）。（5）受地形条件限制时，可将两同向回旋线在曲率相同处径相衔接而组合为凸形曲线。凸形曲线只有在路线严格受地形限制，且对接点的曲率半径相当大时方可采用。①形曲线的回旋线参数及其对接点的曲率半径，应分别符合容许最小回旋参数和圆曲线最小半径的规定。②对接点附近的0.3v（以m计；其中v为设计速度，按km/h计）长度范围内，应保持以对接点的曲率半径确定的路拱横坡度。（6）受地形条件限制时，大半径圆曲线与小半径圆曲线相衔接处，可采用两个或两个以上同向回旋线在曲率相同处径相连接而组合为复合曲线。复合曲线的两个回旋线参数之比以小于1.5为宜。复合曲线在受地形条件限制，或互通式立体交叉的匝道设计中可采用。（7）受地形条件或其他特殊情况限制时，可将两同向圆曲线的回旋线曲率为零处径相衔接而组合为C形曲线。64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计C形曲线仅限于地形条件特殊困难，路线严格受限制时方可采用。七、纵断面线形设计一般规定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、相邻纵坡之代数差小时，应采用大的竖曲线半径。4、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。5、路线交叉处前后的纵坡应平缓。6、纵坡以平、缓为宜，但最小纵坡不宜小于0.3%。采用平坡（0%）或小于0.3%的纵坡路段，应作专门的排水设计。7、纵坡设计的要求（l）平原地形的纵坡应均匀、平缓。（2）丘陵地形的纵坡应避免过分迁就地形而起伏过大。（3）越岭线的纵坡应力求均匀，不应采用最大值或接近最大值的坡度，更不宜连续采用不同纵坡最大坡长值的陡坡夹短距离缓坡的纵坡线形。（4）山脊线和山腰线，除结合地形不得已时采用较大的纵坡外，在可能条件下应采用平缓的纵坡。8、竖曲线设计的要求：设计速度大于或等于60km/h的公路，竖曲线设计宜采用长的竖曲线和长直线坡段的组合。9、视觉所需要的最小竖曲线半径值（m）凸形=16000，凹形=1000010、竖曲线应选用较大的半径。当条件受限制时，宜采用大于或接近于竖曲线最小半径的“一般值”；地形条件特殊困难而不得已时，方可采用竖曲线最小半径的“极限值”。11、同向竖曲线间，特别是同向凹形竖曲线之间，如直线坡段接近或达到最小坡长时，宜合并设置为单曲线或复曲线。八、横断面设计的一般规定公路横断面设计应最大限度地降低路堤高度，减小对沿线生态的影响，保护环境，使公路融入自然。条件受限制不得已而出现高填、深挖时，应同架桥、建隧、分离式路基等方案进行论证比选。路基断面布设应结合沿线地面横坡、自然条件、工程地质条件等进行设计。自然横坡较缓时，以整体式路基断面为宜。横坡较陡、工程地质复杂时，高速公路宜采用分离式路基断面。整体式路基的中间带宽度宜保持等值。当中间带的宽度增宽或减窄时，应设置过渡段。过渡段以设在回旋线范围内为宜，长度应与回旋线长度相等。整体式路基分为分离式路基或分离式路基汇合为整体式路基时，其中间带的宽度增宽或减窄时，应设置过渡段。其过渡段以设置在圆曲线半径较大的路段为宜。公路横断面设计应注重路侧安全和运用宽容设计理念，作好中间带、加（减）速车道、路肩以及渠化、左（右）转弯车道、交通岛等各组成部分的细节设计，清除有碍行车安全的障碍物，提供足够宽的无阻碍的路侧安全区。公路横断面范围内的排水设计除应自成体系、满足功能要求外，设置在紧靠车道的边沟，其断面宜采用浅碟形或漫流等方式，否则应加盖板。64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计九、线形组合设计的一般规定1、线形组合设计中，各技术指标除应分别符合平面、纵断面规定值外，还应考虑横断面对线形组合与行驶安全的影响。应避免平面、纵断面、横断面的最不利值的相互组合的设计。2、在确定平面、纵断面的各相对独立技术指标时，各自除应相对均衡、连续外，应考虑与之相邻路段的各技术指标值的均衡、连续。3、条件受限制时选用平面、纵断面的各接近或最大（最小）值及其组合时，应考虑前后地形、技术指标运用等对实际行驶速度的影响，其运行速度与设计速度之差不应大于20km/h。4、线形组合设计除应保持各要素间内部的相对均衡与变化节奏的协调外，还应注意同公路外部沿线自然景观的适应和地质条件等的配合。5、路线线形应能自然地诱导驾驶者的视线，并保持视觉的连续性。6、线形组合设计原则（l）平、纵线形组合设计原则为宜相互对应。当平、竖曲线半径均较小时，其相互对应程度应较严格；随着平、竖曲线半径的同时增大，其对应程度可适当放宽；当平、竖曲线半径均大时，可不严格相互对应。（2）长直线不宜与坡陡或半径小且长度短的竖曲线组合。（3）长的平曲线内不宜包含多个短的竖曲线；短的平曲线不宜与短的竖曲线组合。（4）半径小的圆曲线起、讫点，不宜接近或设在凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部。（5）长的竖曲线内不宜设置半径小的平曲线。（6）凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部，不宜同反向平曲线的拐点重合。（7）复曲线、S形曲线中的左转圆曲线不设超高时，应采用运行速度对其安全性予以验算。（8）设计速度大于或等于60km/h的公路，应注重路线平、纵线形组合设计。64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计第三章路线设计第一节选线综合设计3.1.1平原地区公路路线特点平原地区地面高度变化微小，有时的轻微的起伏和倾斜，平原地区除泥沼、盐渍土、河谷漫滩、海边滩涂等外，一般多为耕地，分布有各种建筑设施，居民点较密，在天然河网地区，还有水塘、河叉、沟渠多等特点，因此平原地区选线一方面由于地势较平坦，路线纵坡及曲线半径等几何要素比较容易达到较高的技术标准；另一方面往往由于受当地自然条件和地物的障碍以及支援农村建设需要的限制选线要考虑各方面的因素。平原地区地形对路线的限制不大，路线的基本线形，多顺直短捷，如在两控制点之间既无地物、地质等障碍，也无应迁就的风景、文物及居民点等，则与两控制点直线连线相吻合的路线是最理想的，，这只有在荒芜人烟的草原和海边滩涂才有可能。而在一般地区，农田密布，灌溉渠道网纵横交错、城镇、工业区较多，居民点也比较密集，由于这些原因，按照公路的使用任务和性质，有的需要靠近它，有的需要避绕，从而产生了路线的转折，虽然增长了距离，但这也是必要的，因此平原地区选线，先是把路线总方向内所规定绕过的地点，如城镇、工厂、农场、乡村以及风景文物地点作为控制点，然后在大控制点之间进行实地踏勘，了解农田的优劣及地理分布情况，确定哪里可以穿过，哪里应该饶行，从而建立一系列中间控制点，控制点之间以直线为主，在直达的基础上作适当的调整，使路线的平纵断面配合好。3.1.2平原高速公路设计要求及特点平原地区高速公路工程技术标准应为汽车专用公路，工程技术标准要求较高，要求设计行车速度达到100km/h；平曲线不设超高最小半径4000m，一般最小半径700m，极限最小半径400m；竖曲线最大纵坡不大于4%，坡段最小长度不小于250m，凸形竖曲线极限最小半径6500m，一般最小半径10000m，凹形竖曲线极限最小半径3000，一般最小半径4500m，竖曲线最小长度85m；路基顶宽不小于23.5m；设计洪水频率为百年一遇，要达到这样高的技术标准，是比较困难的，因为设计时不但需要考虑地形、地质、水文、气象、地震等自然因素的影响，同时还要受到当地经济、土地资源，筑路材料来源、施工条件、劳动力状况诸多因素的限制，这要求我们在路线设计时要做到规范与实际相结合，在学习规范的同时，灵活应用规范，努力做到实用与经济相结合。64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计3.1.3平原高速公路选线原则及依据选线是在符合国家建设发展的需要下，结合自然条件选定合理路线，使筑路费用与使用质量得到正确的统一，达到行车迅速安全，经济舒适及构造物稳定耐久，易于养护的目的，选线人员必须认真观贯彻国家规定的方针政策，深入实际，综合考虑路线、路基、路面、桥涵等，最后选出合适的路线。一、平原地区公路选线应符合以下基本原则：①路线的走向基本走向必须与道路的主客观条件相适应②在对多方案深入、细致的研究、论证、比选的基础上，选定最优路线方案。③路线设计应尽量做到工程量少、造价低、营运费用省，效益好，并有利于施工和养护。在工程量增加不大时，应尽量采用较高的技术标准。④选线应注意同农田基本建设的配合，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。⑤要注意保持原有自然状态，并与周围环境相协调。⑥选线时注意对工程地质和水文地质进行深入勘测调查，弄清其对道路的影响。⑦选线应综合考虑路与桥的关系二、平原高速公路选线的依据：(1)高速公路选线的依据主要有交通部颁发的规范，实测和预测交通量，地形图，同时地方政府以及建设单位下发的文件，会议纪要，设计任务书等，它们是路线设计不可缺少的资料；(2)实测和预测交通量；(3)地形图比例为1：10000～1：50000，用于路线的方案的选择；3.1.4平原高速公路选线方法和步骤高速公路、一级公路应采用纸上定线并现场核定的方法。选线应在广泛搜集与路线方案有关的规划、计划、统计资料，相关部门的各种地形图、地质、气象等资料的基础上，深入调查、勘察，并运用遥感、航测、GPS、数字技术等新技术，确保其勘察工作的广度、深度和质量，以免遗漏有价值的比较方案。㈠选线道路选线的目的就是根据道路的性质、任务、等级和标准，结合地质、地表、地物及其沿线条件，结合平、纵、横三方面因素。在纸上选定道路中线的位置，而道路选线的主要任务是确定道路的具体走向和总体布局，具体定出道路的交点位置和选定道路曲线的要素，通过纸上选线把路线的平面布置下来。①全面布局全面布局是解决路线基本走向的全局性工作。就是在起终点以及中间必须通过的据点间寻找可能通过的路线带。具体的在方案比选中体现。路线的基本走向与道路的主观和客观条件相适应，限制和影响道路的走向的因素很多，64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计大门归纳起来主要有主观和客观两类。主观条件是指设计任务书或其他的文件规定的路线总方向、等级及其在道路网中的任务和作用。老师给了我们两个控制点。而客观条件就是指道路所经过的地区原有交通的布局，城镇以及地形、地质，水文、气象等自然条件。上述主观条件是道路选线的主要依据，而客观条件是道路选线必须考虑的因素。②逐段安排在路线基本走向已经确定的基础上，根据地形平坦与复杂程度不同，可分别采取现场直接插点定线和放坡定点的方法，插出一系列的控制点，然后从这些控制点中穿出通过多数点(特别是那些控制较严的点位)的直线段，延伸相邻直线的交点，即为路线的转角点。③具体定线在逐点安排的小控制点间，根据技术标准的结合，自然条件，综合考虑平、纵、横三方面的因素。随后拟定出曲线的半径，至此定线工作才算基本完成。做好上述工作的关键在于摸清地形的情况，全面考虑前后线形衔接与平、纵、横综合关系，恰当地选用合适的技术指标，使整个线形得以连贯顺直协调。3.1.5平纵线形的协调为了保证汽车行使的安全与舒适，应把道路平、纵、横三面结合作为主体线形来分析研究，平面与纵面线形的协调组合将能在视觉上自然地诱导司机的视线，并保持视觉的连续性，平原地区地势平坦，纵断面以平坡为主，上、下坡多集中中在大、中桥头，由于有通航要求，桥面标高相对两侧路面标高要求高出许多，因此在桥头，桥面通常设置竖曲线，竖曲线半径要适当，既要符合二级公路技术指标要求，又不宜使竖曲线长度太长而使桥头填土过高而增加造价，而平曲线在选线时一般要考虑大桥桥位与河流正交，以减少构造物的工程量及设计施工难度，节约经费，减少造价。1、平曲线与竖曲线的配合，尽量保证“平包竖”即竖曲线起点应落在平曲线缓和曲线内，这一点尤为重要。2、长直线上设置竖曲线，平原区平面上设置长直线较为常见纵断面设计无论如何避免不了在直线段设置竖曲线，资料显示小坡差多处变坡视觉稍有感知。但直线段坡差较大竖曲线给驾驶员的不良刺激较强烈，同时要满足0.5%的排水纵坡，设计时采用较大的竖曲线半径方法，以获得较好的视觉和行车效果。3、透视图的运用，平纵线形配合受到各种因素的制约和影响，同时要避免一些不良的组合，如长直线上不能设计小半径的凹曲线，直线段内不能插入短的竖曲线等，运用透视图进行检验是很好的方法，设计时对有疑问的路段进行透视图的检验，效果较好。3.1.6线形与环境的协调1、定线时尽量避开村镇等居民区，减少噪音对居民生活带来的影响，同时采用柔性，沥青混凝土路面以减少噪音。64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计2、路基用土由地方政府同意安排，利用开挖鱼塘或沟渠，避免乱开挖，同时又利于农田、水利建设。3、注意绿化，对路基边坡及中央分隔带加强绿化和防护，在护坡道上互通立交用地范围内的空地上均考虑绿化。4、对位置适当的桥梁在台前坡脚（常水位以下）设置平台，以利非机动车辆和行人通过。5、对位于公路两侧的建筑物建议注意其风格，以求和道路想协调，增加美感。3.1.7其他设计原则1、路线线形与景观、城镇规划的结合在路线穿过村庄时，要根据设计要求，充分考虑原有交通网络的格局。尽量在原有路网上进行改造，利用既有的交通规划区域，能节约土地，特别是耕地。2、利用老路时的平、纵、横综合设计实际设计应尽量采用旧路改造的方式，平曲线设计时注意了尽量将新路面分布在旧路的同一侧，就是将新旧路面结合处设计在旧路面的同一侧，处理结合工作就会简单些。第二节路线方案比选3.2.1路线方案概况一、正线方案：路线自K0+0.000至K5+214.957如图所示正选方案，共5214.957m二、比选方案：路线自K0+0.000至K5+131.543如图所示比选方案，共5131.543m推荐方案及比选方案路线走向示意，详图请见附图表集图-1图2-2推荐方案及比选方案路线走向示意64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计3.3.2方案比选意见一、正线方案1、优点：能够正确处理路线与农业的关系，表现为尽量占用旱地、地产地。联系性和服务性好，正确处理了穿越和绕避的问题，做到了“近村不进村，利民不扰民”的原则，有利于促进地方经济的发展，路线避开了重要的电力、电讯设施，靠近原料产地，可以减少施工养护材料运输的费用。2、缺点：路线里程长，工程量大，靠近居民区，行车干扰大，安全隐患多。二、比选方案1、优点：线形极好，交点数少，圆曲线半径R=3000m>2500m，不需设置缓和曲线，改建成为更高技术等级公路条件优越，路线远离村镇，行车速度快，干扰小，路基全部为新建，不存在新旧路基结合的问题。2、缺点：沿线无旧路可供通行，材料运输不便，利用旧路少，新增占地多，沿线联系村镇少，服务性差，拆除电力、电讯设施较多，建设造价高。两方案均有优点有缺点，但从本项目建设的目的看，正线方案较符合建设宗旨，因此推荐正线方案。第三节平面线形设计3.3.1平面设计原则①除满足汽车行驶力学上的基本要求外，还应满足驾驶员和乘客在视觉和心理上的要求。②保持平面线形的均衡与连贯。为使一条公路上的车辆尽量以均匀的速度行驶，应注意使线形要素保持连续性而不出现技术指标的突变。③应避免连续急弯的线形。这种线形给驾驶者造成不便，给乘客的舒适也带来不良影响。设计时可在曲线间插入足够长的直线或缓和曲线。④平曲线应有足够的长度。如平曲线太短，汽车在曲线上行驶时间过短会使驾驶操纵来不及调整，一般都应控制平曲线（包括圆曲线及其两端的缓和曲线）的最小长度3.3.2平曲线要素值的确定平面线形主要由直线、圆曲线、缓和曲线三种线形组合而成的。当然三个也可以组合成不同的线形。在做这次设计中主要用到的组合有以下几种：(1)基本形曲线几何元素及其公式：按直线—缓和曲线—圆曲线—缓和曲线—直线的顺序组合而成的曲线。这种线形是经常采用的。例如设计中的大多数点都是应用这个的。如下图。缓和曲线是道路平面要素之64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计一，它是设置在直线和圆曲线之间或半径相差较大的两个转向相同的圆曲线之间的一种曲率连续变化的曲线。《标准》规定，除四级路可以不设缓和曲线外，其余各级都应设置缓和曲线。它的曲率连续变化，便于车辆遵循；旅客感觉舒适；行车更加稳定；增加线形美观等功能。设计是要注意和圆曲线相协调、配合，在线形组合和线形美观上产生良好的行车和视觉效果，宜将直线、缓和曲线、圆曲线之长度比设计成1：1：1。在设计的时候还要注意一下缓和曲线长度确定除应满足最小，外还要考虑超高和加宽的要求，所选择的缓和曲线长度还应大于或等于超高缓和段和加宽缓和段的长度要求。图3-1“基本型”平曲线缓和曲线切线增值q=Ls/2－Ls3/240R2(m)（3-1）圆曲线的内移值p=Ls2/24R－Ls4/2688R3(m)（3-2）切线长T=(R+p)tga/2+q(m)（3-3）平曲线长度L=π（a-2β。）R/180+2Ls(m)（3-4）外距E=(R﹢p)seca/2－R(m)（3-5）校正值J=2T－L(m)（3-6）①平曲线主要参数的规定根据《公路工程技术标准JTGB01—2006》的规定如表表3-1规范规定公路等级高速设计车速100km/h地形平原圆曲线一般最小半径（m）700圆曲线极限最小半径（m）40064 中国地质大学（武汉）本科毕业设计平曲线最小长度（m）500缓和曲线最小长度（m）85设计所采用的平曲线主要参数如表3-2表3-2参数选用表交点参数JD1JD2JD3圆曲线半径（m）13009001000平曲线长度（m）382.9553693.464541.7466缓和曲线长度（m）100100100②主要几何元素的计算设计行车速度V=100km/h，根据一般最小半径μ、ih取值表，μ=0.10,ih=0.10R=V2/127（μ+ih）=394m例如：桩号JD1(1)平曲线几何元素计算：对JD1进行验算如下右a=12°28′15.2″R=1300(m)Ls=100(m)缓和曲线切线增值q=Ls/2－Ls3/240R2=100/2－1003/240×13002=50(m)圆曲线的内移值p=Ls2/24R－Ls4/2688R3=1002/24×1300－904/2688×4503=0.32(m)缓和曲线角β。=28.6479Ls/R=28.6479×100/1300=2.2切线长T=(R+p)tga/2+q=(1300+0.32)tg12°28′15.2″/2+50=193.79(m)平曲线长度L=π（a-2β。）R/180+2Ls=3.14×（12°28′15.2″-2×2.2）×1300/180+2×100=383.28(m)外距E=(R﹢p)seca/2－R=(1300+0.32)sec12°28′15.2″/2－1300=8.06(m)校正值J=2T－L=2×193.79-383.28=4.3(m)64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计(2)平曲线主点桩号计算及校正：JD1：K0+766.831ZH=JD1－T=K0+766.831－193.79=K0+573.04HY=ZH＋Ls=K0+573.04＋100=K0+673.04YH=HY＋Ly=K0+673.04＋383.28=K0+1056.32HZ=YH＋Ls=K0+1056.32＋100=K0+1156.32QZ=HZ－L/2=K0+1156.32－383.28/2=K0+964.68JD3=QZ＋J/2=(K0+964.68)＋4.3/2=K0+966.83校核无误3.3.3中点桩号的确定在整个的设计过程中就主要用基本线形，在5公里的路长中，充分考虑了当地的地形，地物和地貌，相对各种相比较而得出的。在地形平面图上初步确定出路线的轮廓，再根据地形的平坦与复杂程度，具体在纸上放坡定点，插出一系列控制点，然后从这些控制点中穿出通过多数点的直线段，延伸相邻直线的交点，既为路线的各个转角点（既桩号），并且测量出各个转角点的度数，再根据《公路工程技术标准JTGB01—2004》的规定，初拟出曲线半径值和缓和曲线长度，代入平曲线几何元素中试算，最终结合平、纵、横三者的协调制约关系，确定出使整个线形连贯顺直协调且符合技术指标的各个桩号及几何元素。各个桩号及几何元素的计算结果见直线、曲线及转角表。第四节纵断面设计沿着道路中线竖直剖切然后展开既为路线纵断面，由于自然因素的影响以及经济性要求，路线纵断面总是一条有起伏的空间线，纵断面设计的主要任务就是根据汽车的动力特性，道路等级，当地的自然地理条件以及工程经济性等研究起伏空间线的大小和长度，以便达到行车安全，迅速，运输经济合理及乘客感觉舒适的目的。3.4.1纵断面设计原则①纵面线形应与地形相适应，线形设计应平顺、圆滑、视觉连续，保证行驶安全。64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计②平曲线与竖曲线应相互重合，最好使竖曲线的起终点分别放在平曲线的两个缓和曲线内，即所谓的“平包竖”③与周围环境相协调，以减轻驾驶员的疲劳和紧张程度，并起到引导视线的3.4.2纵断面设计内容纵断面线形设计主要是解决公路线形在纵断面上的位置，形状和尺寸问题，具体内容包括纵坡设计和竖曲线设计两项。一、纵坡设计：1、纵坡设计的一般要求：（1）纵坡设计必须满足《标准》的有关规定，一般不轻易使用极限值；（2）纵坡应力求平缓，避免连续陡坡，过长陡坡和反坡；（3)纵断面线形应连续，平顺，均衡，并重视平纵面线形的组合；2、从行车安全，舒适和视觉良好的要求来看，要求纵断面线形注意有以下几点：（1）在短距离内应避免线形起伏，易使纵断面线形发生中断，视觉不良；（2）避免“凹陷”路段，若线形发生凹陷出现隐蔽路段，使驾驶员视觉不适，产生莫测感，影响行车速度和安全；（3）在较大的连续上坡路段，宜将最陡的纵坡放在底部，接近顶部的纵坡宜放缓些；（4）纵坡变化小的，宜采用较大的竖曲线半径；（5）纵断面线形设计应注意与平面线形的关系，汽车专用公路应设计平、纵面配合良好协调的立体线形；（6）纵坡设计应结合沿线自然条件综合考虑，为利于路面和边沟排水，一般情况下最小纵坡以不小于0.3%为宜，在受洪水影响的沿河路线及平原区低速路段应保证路线的最低标高，以免遭受洪水冲刷，而确保路基的稳定；（7）纵坡设计应争取填、挖平衡，尽量利用挖方作就近填方，以减少借方和废方，接生土石方量，降低工程造价；（8）纵坡设计时，还应结合我过情况，适当照顾当地民间运输工具，农业机械、农田水利等方面的要求。二、纵坡设计的方法和步骤1、准备工作纵坡设计前，应先根据中桩和水准记录点，绘出路线纵断面图的地面线绘出平面直线，曲线示意图，写出每个中桩的桩号和地面标高以及土壤地质说明资料，并熟悉和掌握全线有关勘测设计资料，领会设计意图和要求。2、标注纵断面控制点纵面控制点主要有路线起终点，重要桥梁及特殊涵洞，隧道的控制标高，路线交叉点，地质不良地段的最小填土和最大控梁标高，沿溪河线的控制标高，重要城镇通过位置的标高及受其它因素限制路线中须通过的控制点、标高等。64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计3、试坡试坡主要是在已标出“控制点”的纵断面图上，根据技术和标准，选线意图，考虑各经济点和控制点的要求以及地形变化情况，初步定出纵坡设计线的工作。试坡的要点，可归纳为“前面照顾，以点定线，反复比较，以线交点”几句话。前后照顾就是说要前后坡段统盘考虑，不能只局限于某一段坡段上。以点定线就是按照纵面技术标准的要求，满足“控制点”，参考“经济点”，初步定出坡度线，然后用三角板推平行线的办法，移动坡度线，反复试坡，对各种可能的坡度线方案进行比较，最后确定既符合标准，又保证控制点要求，而且土石方量最省的坡度线，将其延长交出变坡点初步位置。4、调坡调坡主要根据以下两方面进行：⑴结合选线意图。将试坡线与选线时所考虑的坡度进行比较，两者应基本相符。若有脱离实际情况或考虑不周现象，则应全面分析，找出原因，权衡利弊，决定取舍；⑵对照技术标准。详细检查设计最大纵坡、坡长限制、纵坡折减以及平纵线形组合是否符合技术标准的要求，特别要注意陡坡与平曲线、竖曲线与平曲线、桥头接线、路线交叉、隧道及渡口码头等地方的坡度是否合理，发现问题及时调整修正。调整坡度线的方法有抬高、降低、延长、缩短、纵坡线和加大、减小纵坡度等。调整时应以少脱离控制点、少变动填挖为原则，以便调整后的纵坡与试定纵坡基本相符。5、根据横断面图核对纵坡线核对主要在有控制意义的特殊横断面图上进行。如选择高填深挖、挡土墙、重要桥涵及人工构造物以及其它重要控制点的断面等。6、确定纵坡线经调整核对后，即可确定纵坡线。所谓定坡就是把坡度值、变坡点位置（桩号）和高程确定下来。坡度值一般是用三角板推平行线法，直接读厘米格子得出，要求取值到千分之一。变坡点位置直接从图上读出，一般要调整到整10桩位上。变坡点的高程是根据路线起点的设计标高由已定的坡度、坡长依次推算而来。7、设计纵坡时还应注意以下几点：（1）在回头曲线地段设计纵坡，应先按回头曲线的标准要求确定回头曲线部分的纵坡，然后向两端接坡，同时注意回头曲线地段不宜设竖曲线。（2）平竖曲线重合时。要注意保持技术指标均衡，位置组合合理适当，尽量避免不良组合情况。（3）大中桥上不宜设置竖曲线。如桥头路线设有竖曲线，其起（终）点应在桥头两端10m以外，并注意桥上线形与桥头线形变化均匀，不宜突变。（4）小桥涵上允许设计竖曲线，为保证路线纵面平顺，应尽量避免出现急变“驼峰式纵坡”。（5）注意交叉口、桥梁及引道、隧道、城镇附近、陡坡急变处纵坡特殊要求。（6）纵坡设计时，如受控制点约束导致纵面线形欺负过大，纵坡不够理想，或则土石方工程量过大而育无法调整时，可用纸上移线的办法修改平面线形，从而改善纵面线形。（7）计算设计标高根据已定的纵坡和变坡点的设计标高，则可以计算出未设竖曲线以前各桩号的设计标高。64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计三、竖曲线设计要求（1）宜选用较大的竖曲线半径。竖曲线设计，首先确定合适的半径。在不过分增加工程数量的情况下，宜选用较大的竖曲线半径，一般都应采用大于竖曲线一般最小半径的数值，特别是前后两相邻纵坡的代数差小时，竖曲线更应采用大半径，以利于视觉和路容美观。只有当地形限制或其他特殊困难不得已时才允许采用极限最小半径。（2）同向曲线间应避免“断背曲线”。同向竖曲线，特别是同向凹形竖曲线间如直线坡段不长，应合并为单曲线后复曲线。（3）反向曲线间，一般由直坡段连续，亦可以相互直接连接。反向竖曲线间设置一段直坡段，直坡段长度一般不小于计算行车速度行驶3s的行程长度。如受条件限制也可相互直接连接，后插入短直线。（4）应满足排水要求。3.4.3纵断面设计步骤一、根据地形图上的高程，以25m一点算出道路上各点的原地面高程，将各点高程对应地标于纵断面米格纸上，然后用直线连接各点，注意港口、河的标法，画出道路纵向的原地面图。二、确定最小填土高度设计路段自然区划为IV2区，在干燥状态下临界高度为2.4～3.0m，中湿状态下临界状态为1.7～2.4m。根据已掌握的水文地质资料水位标高374.2～376.0m，又由纵断面设计可知地面线最低表高为423.7m,所以路段所有路基皆处于干燥中湿状态，不受地下水影响。三、拉坡首先是试坡，试坡以“控制点”为依据，考虑平纵结合、挖方、填方以及排水沟设置等众多因素初步拟订坡度线。然后进行计算，看拉的坡满不满足控制点的高程，满不满足规范要求，如不满足就进行调坡。调坡时应结合选线意图，对照标准所规定的最大纵坡、坡长限制以及考虑平纵线形组合是否得当进行调坡。在纵断面设计，很好地满足了“平包竖”的原则,保证了线型的流畅。竖曲线各项指标见表3-3表3-3竖曲线指标表设计车速（km/h）100最大纵坡（％）4%最小纵坡（％）0.3%凸形竖曲线半径（m）一般值10000极限值6500凹形竖曲线半径（m）一般值4500极限值300064 中国地质大学（武汉）本科毕业设计竖曲线最小长度（m）一般值210极限值85最小纵坡长(m)一般值2503.4.4竖曲线计算一、第一变坡点计算里程和桩号K0+880I1=-1.89%i2=0.67%取半径R=6500mw=i2﹣i1=0.67%﹣(-1.89%)=2.56%(凹形)（3-7）曲线长L=Rw=6500×0.0256=166.4m（3-8）切线长T=L/2=166.4/2=83.2m（3-9）外距E=T2/2R=83.22/2×6500=0.0.532m（3-10）竖曲线内桩号的高程计算：已知k0+880的高程为28m。计算公式为：左半部分：（3-11）右半部分（3-12）公式说明：竖曲线上任意点到竖曲线起点或终点的水平距离。直线上的点到相邻竖曲线起（终）点的距离。第五节横断面设计道路横断面，是指中线上各点的法向切面，它是由横断面设计线和地面线构成的。横断面设计线包括行车道、路肩、分隔带、边沟边坡、截水沟等设施构成的。3.5.1横断面要素的确定查规范（JTGB01—2003）《公路工程技术标准》，得各项技术指标：一、路基宽度64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计据任务书知道设计年限20年，各种车辆折合成小客车的交通量合计为35007辆/日，查《公路工程技术标准》得公路等级为高速公路，车道拟定为双向四车道。再查《公路工程技术标准》得高速公路车速为100Km/h四车道的路基宽度一般值为26.00m，最小值为23.5.m，取设计车道宽度为3.75m，得总车道宽度为3.75×4＝15m，中间带宽度=左侧路缘带宽度×2+中央分隔带宽度=0.75×2+2=3.5m，硬路肩宽度为3×2=6.0m，土路肩的宽度为0.75×2=1.5m。二、路拱坡度查《公路工程技术标准》得沥青混凝土及水泥混凝土路拱坡度均为1%～2%，故取路拱坡度为2%；路肩横向坡度一般应较路面横向坡度大1%～2%，故取路肩横向坡度为3%，路拱坡度采用双向坡面，由路中央向两侧倾斜。三、路拱形式双车道和较宽的非分离式路面以及直线段上分离式路面上的雨水由路拱横坡排向路基之外。路拱的形式有直线形，抛物线形或者直线与弧线的组合形，但考虑机械化施工的要求，一般采用直线形。路拱坡度一般采用双向坡面，由路中央向两侧倾斜；对于分离式路基且降雨量不大也可以采用单向路拱横坡，但在积雪冰冻地区，应设置双向路拱。四、路肩横坡度对于高等级公路，直线路段或位于曲线较低一侧的土路肩横坡度,应比行车道及硬路肩横坡大1%或2%或相同；曲线或过渡段位于较高一侧的土路肩横坡度，应采用3%或4%的反向横坡。五、路基边坡坡度路基边坡坡度应根据当地的土质类型、岩石结构和风化程度、水文条件、填筑材料、边坡高度及施工方法等因素分段确定。路基边坡一般分为路堤边坡和路堑边坡。路基边坡一般多采用直线形,当填挖高度较高或者填方用不同土质分层填筑时可采用折线边坡。路基边坡坡度应采根据填筑材料和边坡高度等按《公路路基设计规范》的规定选取。当边坡高度超过20m时，应进行稳定分析和验算。由《公路路基设计规范》得知，当H<6m（H—路基填土高度）时，路基边坡按1:1.5设计。六、护坡道根据《公路工程技术标准》得，当路肩边缘与路侧取土坑底的高差小于或等于2m时，取土坑内侧坡顶可与路坡脚位相衔接，并采用路堤边坡坡度，当高差大于2m时，应设置宽1m的护坡道；当高差大于6m时，应设置宽2m的护坡道。护坡道一般设在挖方坡脚处，边坡较高时亦可设在边坡上方及挖方边坡的变坡处。七、边沟设计根据《公路路基设计规范》得边沟横断面一般采用梯形，梯形边沟内侧边坡为1:1.0～1:1.5，外侧边坡与挖方边坡坡度相同。少雨浅挖地段的土质边沟可采用三角形横断面，其内侧边坡宜采用1:2～1:3，外侧边坡坡度与挖方边坡坡度相同。本设计路段地处平原微丘区，故宜采用梯形边沟，且底宽为0.6m，深0.6m，内侧边坡坡度为1:1。八、用地范围公路用地范围是包括行车道、分隔带、路肩、边坡等整个路幅范围以外不小于1.0m的宽度的土地。对新建公路其范围为路堤两侧排水沟外边缘(无排水沟时为路堤或护坡道坡脚)64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计以外,路堑坡顶截水沟外边缘(无截水沟为坡顶)以外不小于1.0m的土地。在有条件的地方，高速公路、一级公路不小于3.0m，二级公路不小于2.0m的土地，并考虑绿化宽度为公路用地的范围。3.5.2超高设计与计算一、超高横坡度的规定当平曲线半径小于不设超高的最小半径时，应在曲线上设置超高。超高的横坡度根据公路等级、计算行车速度、平曲线半径，并结合路面类型、气候条件和车辆组成等条件确定。在确定超高时应注意以下几点1、高速公路、一级公路的超高横坡不应大于10%，其他各级公路不大于8%；2、在积雪、冰冻地区，最大超高不超过6%；3、各级公路圆曲线最小超高为直线段的路拱坡度值；4、通过市镇或市镇连接而作为街道使用的公路，按规定设置超高有困难，且对车速有限制时，可按规范设置超高值。根据此规定，考虑平曲线设计结果，方案的所有交点圆曲线半径半径均大于250m，故不需进行加宽设计。而不设超高圆曲线最小半径为4000m，方案所有交点半径最大值为1300m，因此均应设置超高。根据规范查得道路超高值如表3-4所示表3-4路面超高值取值表平原微丘地区（设计车速V=100Km/h）R(m)1210～15002%840～12103%二、超高缓和段长度确定1、超高渐变率的确定首先考虑超高渐变率，超高渐变率太大，路形不美观，乘客不舒适；反之，纵向排水困难。所以，超高渐变率的取值要考虑两个方面：一是要控制行车道外侧边缘的加高速度（或行车道内侧边缘的降低速度）；二是以行车道前进方向为旋转轴的行车道旋转角速度不超过一定的限度。后者对驾驶员和乘客的舒适程度的影响比前者更大，内边轴旋转时的超高旋转角速度的取值在（0.016～0.024rad/s）时，驾驶员和乘客无不舒服之感。超高渐变率受不同行车速度影响，如表3-5所示64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计表3-5超高渐变率表行车速度(km/h)超高旋转轴位置行车速度(km/h)超高旋转轴位置中线边线中线边线1201/1251/200401/1501/1001001/2251/175301/1251/75801/2001/150201/1001/50601/1751/125新建道路采用采用绕中央分隔带中线旋转，根据本路段要求的计算行车和超高过渡方式确定超高渐变率为p=1/225。2、超高缓和段的长度的计算方法（本设计采用绕内侧边轴旋转的方法）超高缓和段的长度按下式计算（3-13）公式说明：Lc——过渡段内任意点距加宽起点的距离(m)。B——加宽过渡段长度(m)。Δi——圆曲线上的全加宽值(m)。p——超高渐变率,。其值根据计算行车和超高过渡方式确定，取p=1/225。根据上式计算的超高缓和段长度应取成5m的整倍数，并不小于10m长度。3、超高缓和段的确定超高缓和段长度主要从两个方面来考虑：一是从行车舒适性来考虑，缓和段长度越长越好；二是从横向排水来考虑，缓和段长度短些好，特别是路线纵坡较小，更注意排水得要求。确定缓和段长度Lc时应考虑以下几点：（1）一般情况下，取Lc=Ls(缓和曲线长度)，即超高过渡在缓和曲线全长范围内进行。（2）若平曲线配置了较长的回旋线时，则超高过渡段可仅在回旋线某一区段内进行。因为过小的超高渐变率对路面排水不利。从利于排除路面降水考虑，横坡度由2%（或1.5%）过渡到0%路段的超高渐变率不得小于1/330。超高缓和段的长度的计算（1）第一交点处缓和曲线计算根据公路等级、设计速度和平曲线半径查表得圆曲线得超高值，=2%，超高渐变率p=1/225，所以超高缓和段长度：=（3.75×4）×3%/1/225=101.25m64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计取Lc=100计算临界断面：（3-14）——与路拱同坡度的单向超高点至缓和段起点的距离。先取Lc=80m，然后检查横坡从路拱横坡(-2%)过渡到(2%)时得超高渐变率：满足排水要求。旋转角速度：（3-15）满足舒适度要求，确定Lc=80m绕中线旋转超高计算公式如表3-6表3-6绕中线旋转超高计算公式表超高位置计算公式备注X≦X0X≧X0圆曲线上外缘1．计算结果均为与设计高之高差2．临界断面距缓和段起点:X=iGLc/ih3．X距离处的加宽值:bx=Xb/中线内缘过渡段上外缘(iJ－iG)＋内缘－(bJ＋bx)＋(＋bx)X/公式说明：——路面宽度——路肩宽度；——路拱坡度；——路肩坡度；——超高横坡度；——超高缓和段长度；——路基坡度由变为所需的距离，一般可取1.0m；64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计——与路拱同坡度的单向超高点至缓和段起点的距离；——超高缓和段中任一点至起点的距离；——路肩外缘最大抬高值；——路中线最大抬高值；——路基内缘最大降低值；——x距离处路基外缘抬高值；——x距离处路中线抬高值；——x距离处路基内缘降低值；——路基加宽值；——x距离处路基加宽值。三、纵、横组合设计：合成坡度是指由路线纵坡与弯道横坡或路拱横坡组合而成的坡度，其方向即流水线方向。合成坡度的计算公式为：（3-16）公式说明：—合成坡度（%）；—超高横坡度或路拱横坡度（%）；—路线设计纵坡坡度（%）。平原地区高速公路最大允许合成坡度值为10%1、变坡点1合成坡度计算：已知，计算得到：在规定范围内，满足要求。2、变坡点1合成坡度计算：已知，计算得到：在规定范围内，满足要求。3、变坡点3合成坡度计算：已知，计算得到：在规定范围内，满足要求。64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计四、横断面设计步骤1、根据外业横断面测量资料点绘横断地面线。2、根据路线及路基资料，将横断面的填挖值及有关资料（如路基宽度、加宽值、超高横坡、缓和段长度、平曲线半径等）抄于相应桩号的断面上。3、根据地质调查资料，示出土石界限、设计边坡度，并确定边沟形状和尺寸。4、绘横断面设计线，又叫“戴帽子”。设计线应包括路基边沟、边坡、截水沟、加固及防护工程、护坡道、碎落台、视距台等，在弯道上的断面还应示出超高、加宽等。一般直线上的断面可不示出路拱坡度。5、计算横断面面积（含填、挖方面积），并填于图上。6、由图计算并填写逐桩占地宽度表、路基设计表、路基土石方计算表及公里路基土石方数量汇总表。第六节土石方的计算和调配3.6.1土石方的计算一、横断面面积计算路基横断面的面积是指横断面图中,地面线与路基设计线所包围的面积。横断面面积包括填方面积（AT）和挖方面积（AW），两者应分别计算。用坐标法计算：先根据地面线判断出填挖，并分别计算出设计线和地面线上各转折点的坐标（Xi），则横断面面积为：（3-17）二、土石方数量计算：用平均断面法计算,该方法适用于两断面之间的填方或挖方面积大小相近,其计算公式为：（3-18）公式说明：VT、VW——相邻两断面之间的填方、挖方体积(m³)；AT1、AT2——相邻两断面之间的填方面积(㎡)；AW1、AW2——相邻两断面之间的挖方面积(㎡)；L——相邻两断面之间的距离(m)；64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计3.6.2土石方的调配一、土石方调配原则（1）尽可能移挖作填,以减少废方和弃方.如在半填半挖路段,应首先考虑在本段内移挖作填，按先横向后纵向的次序进行。（2）纵向调运的最远距离一般应小于经济运距（按费用经济计算的纵向调运的最大限度距离叫经济运距）。（3-19）公式说明：B——借土单价(元/m³)；T——运费单价(元/m³·km)；L免——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，不跨越深沟和少做上坡调运。（4）借方、弃土方应与借土还田，整地建田相结合，尽量少占田地，减少对农业的影响，对于取土和弃土地点应事先同地方商量。（5）不同性质的土石应分别调配。回头曲线路段的土石调运，要优先考虑上下线的竖向调运。二、调配的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，由于表格调配法不需单独绘图，直接在土石方表上调配，具有方法简单，调配清晰的优点，是目前生产上广泛采用的方法。表格调配法又可有逐桩调运和分段调运两种方式。一般采用分段调用。表格调配法的方法步骤如下：（1）准备工作调配前先要对土石方计算惊醒复核，确认无误后方可进行。调配前应将可能影响调配的桥涵位置、陡坡、深沟、借土位置、弃土位置等条件表于表旁，借调配时考虑。（2）横向调运即计算本桩利用、填缺、挖余，以石代土时填入土方栏，并用符号区分。（3）纵向调运确定经济运距根据填缺、挖余情况结合调运条件拟定调配方案，确定调运方向和调运起讫点，并用箭头表示。计算调运数量和运距：调配的运距是指计价运距，就是调运挖方中心到填方中心的距离见区免费运距（4）计算借方数量、废方数量和总运量借方数量=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运量=纵向调运量+废方调运量+借方调运量64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计（5）复核①横向调运复核填方=本桩利用+填缺挖方=本桩利用+挖余②纵向调运复核填缺=纵向调运方+借方挖余=纵向调运方+废方③总调运量复核挖方+借方=填方+借方以上复核一般是按逐页小计进行的，最后应按每公里合计复核。（6）计算计价土石方计价土石方=挖方数量+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另外计算。第四章路基路面设计第一节路基及排水设计4.1.1路基设计一、路基横断面布置由横断面设计查《公路工程技术标准》可知，路基宽度为26.00m，其中路面宽度为64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计15.00m，硬路肩宽度为3.0×2=6.0m，土路肩宽度为0.75×2=1.5m，路面横坡为2%，土路肩横坡为3%。见路基横断面布置图4-1图4-1路基横断面布置图二、路基最小填土高度设计路段自然区划为Ⅳ2区，在干燥状态下临界高度为2.4～3.0m，中湿状态下临界状态为1.7～2.4m。根据已掌握的水文地质资料水位标高374.2～376.0m，又由纵断面设计可知地面线最低表高为423.7m,所以路段所有路基皆处于干燥中湿状态，不受地下水影响。三、路基边坡由横断面设计可知查《公路路基设计规范》本公路路基边坡由于路基填土高度大部分小于8m，且采用1:1.5的坡度，护坡道为1.0m，且由于该段公路非高填土，故不需要进行边坡稳定性验算。四、路基压实标准路基压实采用重型压实标准，压实度应符合《公路工程技术标准》（JTGB01—2003）表4-1的要求：表4-1路基压实度表填挖类别路床顶面以下深度（m）路基压实度（高速公路）零填即挖方0～0.300～0.80≥95≥95填方0～0.800.80～1.50＞１.50≥95≥93≥9064 中国地质大学（武汉）本科毕业设计由于路线地处水网地区，设计中应加强挖淤排水及清除表土的严格要求。路基基底为耕地或土质松散时，应在填前进行压实，路基设计时，可考虑了清理场地后进行填筑压实，厚度按0.2m计列压实下沉所填增加的土方量。五、公路用地宽度根据路基不止形式，填土高度及边坡形式计算路基用地范围，《规范》要求的公路用地宽度界限为公路路堤两侧排水沟外边缘以外不小于1m范围内的土地；在有条件的地段，高速公路、一级公路不小于3m，此处设置为3m。六、路基填料沿线筑路用土采用备土形式，取土以利用低产田和被公路分割的边角地以及开挖河道、鱼塘等解决，在填土较高、沉降较大的地段可以利用工业废渣（粉煤灰等）做路基填料。填方路基宜选用级配较好的粗粒土作为填料。砾（角砾）类土，砂类土应优先选作路床填料，土质较差的细粒土可填于路基底部，用不同填料填筑路基时，应分层填筑，每一水平层均采用同类填料。细粒土做填料，当土的含水量超过最佳含水量两个百分点以上时，应采取晾晒或掺入石灰、固化材料等技术措施进行处理。桥涵台背和挡土墙墙背填料，应优先选用内摩檫角值较大的砾（角砾）类土，砂类土填筑。高速公路路基填料最小强度和填料最大粒径应符合表4-2的规定表4-2路基填料最小强度和最大粒径要求表项目分类路面底面以下深度（m）填料最小度（CBR）（%）填料最大粒径（m）高速公路填方路基上路床0～30810下路床30～80510上路堤80～150415下路堤150以下315零填及路堑路床0～30810注：①当路床填料CBR值达到表列要求时，可采取掺石灰或其它稳定材料处理；②粗粒土（填石）填料的最大粒径，不应超过压实层厚度的2/3。七、路基处理：（1）一般路基处理原则：路基河塘地段，先围堰清淤、排水，然后将原地面开挖成台阶状，台阶宽1.0m，内倾3%，并回填5%灰土至原水面（标高按1.0m控制），路基底部30cm采用5%石灰土处理，路床顶面以下0～80cm采用7%石灰土处理；路基高度≤2.0m路段，清楚耕植后，将原地面挖至25cm深压实后才可填筑，路床顶面以下均采用掺7%石灰土处理；路基高度>2.0m的路段，路床顶面以下0～60cm采用7%石灰土处理层，立即底部设3%土拱，土拱设30cm石灰土处理层，对于路基中部填土的掺灰，又施工建立根据具体情况，在保证路基压实度的前提下，决定处理的土层及掺灰量。64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计（2）路床处理①路床土质应均匀、密实、强度高，上路床压实度达不到要求时，必须采取晾晒，掺石灰等技术措施。路床顶面横坡应与路拱坡度一致。②挖方地段的路床为岩石或土基良好时，可直接利用作为路床，并应整平，碾压密实。地质条件不良或土质松散，渗水，湿软，强度低时，应采取防水，排水措施或掺石灰处理或换填渗水性土等措施，处理深度可视具体情况确定。③填方路基的基底，应视不同情况分别予以处理基底土密实，地面横坡缓于1:5时，路基可直接填筑在天然地面上，地表有树根草皮或腐殖土土应予以处理深除。路堤基底范围内由于地表水或地下水影响路基稳定时，应采取拦截，引排等措施，或在路堤底部填筑不易风化的片石，块石或砂、砾等透水性材料。路堤基底为耕地或土质松散时，应在填筑前进行压实，高速公路、一级公路和二级公路路堤基底的压实度（重型）不应小于85%，路基填土高度小于路床厚度（80cm）时，基底的压实度不宜小于路床的压实度标准；基底松散土层厚度大于30cm时，应翻挖再回填分层压实。水稻田，湖塘等地段的路基，应视具体情况采取排水、清淤、晾晒、换填、掺灰及其它加固措施进行处理，当为软土地基说，应按特殊路基处理。路基土的掺灰剂量，可根据当地情况实验确定，一般粘质土采用石灰或二灰处理，粗粒土可以采用325号水泥处理。（4）特殊路基处理（河塘路基的处理）路基河塘地段，先围堰，进行放水或排水挖除淤泥，然后将原地面开挖成台阶状，台阶宽≥1.0m，内倾3%，并回填5%灰土至原水面（标高按1.0m来控制），路基底部30cm采用5%石灰土处理，路床顶面以下0～80cm采用7%石灰土处理。（5）路基防护①路基填土高度H<3m说，采用草坪网布被防护，为防止雨水，对土路肩边缘及护坡道的冲刷，草坪网布被在土路肩上铺入土路肩25cm，在护坡道上铺到边沟内侧为止。而对于高等级道路，则采用六角形空心混凝土预制块防护，本段公路采用六角形空心混凝土预制块。②路基填土高度H>3m，时，采用浆砌片石衬砌拱防护，当3≤H≤4m时，设置单层衬砌拱，当4＜H≤6m时，设置双层衬砌拱，拱内铺设草坪网布被为保证路面水或坡面水不冲刷护坡道，相应于衬砌拱拱柱部分的护坡道也做铺砌，并设置20号混凝土预制块至边沟内侧。20号混凝土预制块的规格分为两种，拱柱及护脚采用5cm×30cm×50cm的长方体预制块，拱圈部分采用5cm×30cm×65cm的弧形预制块（圆心角30度，内径125cm，外径130cm），预制块间用7.5号砌浆灌注。③路线经过河塘地段时，采用浆砌片石满铺防护，并设置勺形基础，浆砌片石护坡厚30cm，下设10cm砂垫层，基础埋深60cm,底宽80cm，个别小的河塘全部填土。④桥梁两端各10cm及挖方路段采用浆砌片石满铺防护，路基两侧边沟全部浆砌片石满铺防护，厚25cm。（6）路基施工的一般规定①路基施工宜以挖作填，减少土地占用和环境污染。64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计②路基施工中各施工层表面不应有积水，填方路堤应根据土质情况和施工时气候状况，做成2%～4%的排水横坡。③雨季施工或因故中断施工时，必须将施工层表面及时修理平整并压实。④施工过程中，当路堑或边坡内发生地下水渗流时，应根据渗流水的位置及流量大小采取设置排水沟、集水井、渗沟等设施降低地下水位。⑤排水沟的出口应通至桥涵进出口处。⑥取土坑应有规则的形状，坑底应设置纵、横坡度和完整的排水系统。⑦当设计未规定取土坑位置或规定的取土坑的贮土量不能满足要求须另寻土源上四，应按照下列规定办理：力求少占农田和改地造田。当地面横坡定于1:10时，路侧取土坑应设在路基上侧，在桥头两侧不宜设取土坑，特殊情况下，可在下游一侧设置，但应留有宽度不小于4.0m的护坡道。取土坑的边坡，内侧宜为1:1.5，外侧宜小于1:1，沿河地段的坑底纵坡可减少至0.1%，沿线取土坑的坑底纵坡不宜小于0.2%，坑底一般宜高出附近水域的常年水位，取土坑的坑底横坡可做成向路线外侧倾斜的单向坡，坡厚为2%～3%，当取土坑坑底宽度大于6m时，可做成向中间倾斜的双向横坡，并在中间设置底宽0.4m的纵向排水沟，当坑底纵坡大于0.5%时，可以不设排水沟。当沿河弃土时，不得阻塞河流，挤压挤孔和造成河岸冲刷。（7）填方路基的施工①土方路基应分层填筑压实，用透水性不良的土填筑路堤说，应控制其含水量在最佳压实含水量大2%之内。②土方路基，必须根据设计断面，分层填筑、分层压实，采用机械压实时，分层的最大摊铺层厚，按土质类别，压实机具功能碾压遍数等，经过经验确定，但最大摊铺厚度，不宜超过50cm，填筑至路床底面，最后一层的最小压实厚度，不应小于8cm。③路堤填土宽度每侧应宽于填层设计厚度，压实厚度不得小于设计宽度，最后削坡。④填筑路堤宜采用水平分层填筑法施工。⑤原地面纵坡大于2%的地段，可采用纵向分层法施工，沿纵坡分层，逐层填压密实。⑥若填方分几个作业段施工，两段交接处，不在同一时间填筑则先填地段应按1:1坡度分层留台阶。若两个地段同时填，则应分层相互交叠、衔接，其搭接长度不得小于2m。⑦河滩路堤填土，应连同护坡道在内，一并分层填筑，可能受水浸淹部分的填料，应选用水稳性比较好的土料，河槽加宽，加深工程应在修筑路堤前完成，调治构造物应提前修建。⑧两侧取土，提高在3m以内的路堤可用推土机从两侧分层推填，并配合平地机分层填平，土的含水量不够多时，用洒水车并用压路机分层碾压。⑨填方集中地区路基的施工a、取土场运距在1km范围内时，可用铲运机运送，辅以推土机开道，翻松硬土，取整取土段，清除障碍等。b、取土场运距超过1m范围时，可用松土机翻松，用挖掘机或装载机配合自卸车运输，用平地机平整填土，配合洒水车压路机碾压。（8）边沟的施工①边沟应分段设置出水口，梯形边沟没段长度不宜超过300m，三角形边沟不宜超过64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计200m。②平曲线处边沟施工时，沟底纵坡应与曲线前后沟底纵坡平顺衔接，不允许曲线内侧有积水或外溢现象发生，曲线外侧边沟应适当加深，其增加值等于超高值。③土质边沟当沟底纵坡大于3%的应采用加固措施。4.1.2排水设计一、路基排水设计路基地表排水可采用边沟、截水沟、排水沟、跌水井和急流槽，各类地段排水沟应高出设计水位0～2m以上。边沟横断面采用梯形，梯形边沟内侧边坡坡度为1:1～1:1.5,二级公路的边沟的深度不应小于0.6m，边沟纵坡宜与路线纵坡一致并不宜小于0.5%，边沟可采用浆砌片石，水泥混凝土预制块防护，二级公路当采用M7.5的砂浆强度，边沟长度不宜超过500m，尽量使沟内水六就近排至路旁水沟或低洼地带，必要时设置涵洞，将边沟水横穿路基从另一侧排出（见图编号：31）。水流通过陡坡地段时可设置跌水等或急流槽，应采用浆砌片石或水拧混凝土预制块砌筑，边墙应高出设计水位0.2m以上，其横断面形式为矩形，槽底应做成粗糙面，厚度为0.2～0.4m，混凝土为0.1～0.3m，跌水的台阶高度可采用0.3～0.6m，台面坡度应为2%～3%，急流槽以纵坡不宜陡于1:1.5，急流槽过长时应分段修筑，每段长度不宜超过10m，跌水与急流槽是路基地面排水的特殊形式，用于陡坡地段，本设计中无这样路段，因此不设这两样设施。二、路面排水设计本设计为高速公路，有中央分隔带排水，路面排水主要采用由填料集水沟、纵向排水沟、横向出水口和过滤织物组成的边缘排水系统。路肩排水设施的纵坡应与路面的纵坡一致，当路面纵坡小于0.5%时，挖方路基可采用横向分散排水方式将路面水排出路基，但填方路基边坡应进行防护。路堤边坡较高，采用横向分散排水不经济时，应采用纵向集中排水方式，在路肩边缘设置排水带，并通过急流槽将水排出路基。拦水带可采用水泥混凝土预制块或沥青混凝土筑成，拦水带高出路肩12cm,顶宽8～10cm。急流槽的设置距按路肩排水的容许容量计算确定以20m～50m为宜，急流槽可设置在凹形曲线底部及构造物附近，并考虑到地形、边坡状态及其它排水设施的联接。但由于修筑拦水带和急流槽需增加工程投资，因而必须对投资和经济性进行分析比较，是采用有效的坡面防护还是修筑拦水带工程。路段经过地区降水丰沛，且土质养分的淋溶损失也较少，非常适合草皮、杨树、桦树和酸枣、黄荆条等生长。这些植被可作为有效的坡面防护的材料，经济适用，因此本路段采用植被护坡而不采用修筑拦水带工程。64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计第二节沥青混凝土路面的设计4.2.1轴载换算路面设计以单轴双轮组载100kN为标准轴载。由于不同力学参数的疲劳等效效应的不同，我国规范规定，当量轴载换算分以下两种情况进行：1、当以弯沉值和沥青层底拉应力为设计指标时，按下式完成轴载当量换算：（4-1）公式说明：——标准轴载的当量轴次，（次/日）；——被换算车辆的各级轴载作用次数，（次/日）；——标准轴载，（kN）;——被换算车辆的各级轴载，（kN），轴载小于25kN的轴载作用不计；——轴数系数，当轴间距大于3m时，按单独的一个轴计算，当轴间距小于3m时，双轴或多轴时按下式计算；——轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1，四轮组为0.38。（4-2）公式说明：——轴数。2、当以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标时，按下式完成轴载当量换算：（4-3）公式说明：——轴数系数，轴间距的划分同上，对于轴间距小于3m的双轴及多轴的轴数系数按下式计算：(——轴数)——轮组系数，双轮组为1，单轮组为18.5，四轮组为0.09。64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计3、设计年限内一个车道沿一个方向通过的累积当量标准轴次数计算公式：（4-4）公式说明：Ne——设计年限内一个车道沿一个方向通过的累积标准当量轴次；t——设计年限（年）；N1——路面营运第一年双向日平均当量轴次（次）；R——设计年限内交通量平均增长率；η——与车道数有关的车辆横向分布系数，简称车道系数。4、计算：弯沉值轴载换算结果如表4—3所示：表4—3轴载换算结果表（弯沉值和沥青层底拉应力为设计指标）标准轴载换算表车型C1轴数系数C2轮组系数ni（次/日）Pi(KN)解放CA10B后轴1139060.8544.94日野KB211前轴16.426047.565.28后轴11260100.00260.00东风EQ140后轴1142069.2084.67依士滋TD50前轴16.426042.2039.02后轴1126080.0098.50黄河JN150前轴16.413049.0037.37后轴11130101.60139.29长征CZ361前轴16.424047.6057.55后轴2.2124090.70345.32长征XD980前轴16.426037.100后轴2.2126072.65142.49北京BJ130后轴1134027.350日野KL400前轴16.412028.000后轴1112066.0019.69跃进NJ130后轴1139038.300渝州130后轴1151027.350吉尔164后轴1134061.5041.03依发H3A后轴1123048.609.97依士滋TD70前轴16.435045.0069.464 中国地质大学（武汉）本科毕业设计后轴11350105.00432.75三菱T653EL前轴16.414025.500后轴1114055.9011.15斯蒂尔380前轴16.447029.000后轴1147062.0058.75扶桑FU102N前轴16.415044.0027后轴1115085.0073.97延安SX161前轴16.432054.64147.74后轴2.2132091.25214.86太脱拉111前轴16.421038.700后轴2.2121074.00124.68太脱拉138前轴16.428051.4099.09前轴2.2128080.00233.36N12877.87轴载小于40KN的轴载作用不计。累计标准当量轴次：根据设计规范，高速公路沥青路面的设计年限取20年，=6.1%，四车道的车道系数是0.4～0.5，取0.45。半刚性材料结构层的层底拉应力轴载换算结果如表4-4所示：4-4轴载换算结果表（半刚性材料结构层的层底拉应力）标准轴载换算表车型C1"轴数系数C2"轮组系数ni（次/日）Pi(KN)解放CA10B后轴1139060.857.31东风EQ140后轴1142069.2022.09黄河JN150后轴11130101.60140.77长征XD980后轴3126072.6560.53长征CZ361后轴3124090.70329.75日野KB211后轴11260100.00260.00日野KL400后轴1112066.004.32依士滋TD50后轴1126080.0043.62依士滋TD70后轴11350105.00517.1164 中国地质大学（武汉）本科毕业设计三菱T653EL后轴1114055.901.33吉尔164后轴1134061.506.96斯蒂尔380后轴1147062.0010.26扶桑FU102N后轴1115085.0040.87延安SX161前轴118.532054.6447.03前轴3132091.25461.46太脱拉111后轴3121074.0056.65太脱拉138前轴118.528051.4025.24前轴3128080.00140.92N12176.22轴载小于50kN的轴载作用不计。累计当量轴次：根据设计规范，高速公路沥青路面的设计年限取20年，=6.1%，四车道的车道系数是0.4～0.5，取0.45。4.2.2结构组合与材料选取由于上面的计算得到设计年限内一个行车道上的累计标准轴次约为1700万次左右。属于重交通等级，根据规范推荐结构，并考虑到公路沿途可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应。路面结构面层采用沥青混凝土（9cm），基层采用水泥稳定砂砾（取36cm）,底基层采用二灰土（厚度待定）。规范规定高速公路的面层一般是三层组成。表层采用细粒式密实型沥青混凝土(DAC—13)厚度4cm，中面层采用中粒式密实型沥青混凝土（DAC--16）厚度6cm，下面层采用粗粒式密实型沥青混凝土（DCA—25）厚度7cm。结构组合及材料选取如图4-2所示图4-2结构组合及材料选取简图64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计4.2.3各层材料的抗压模量和和劈裂强度根据《规范》得到各层材料的抗压模量和劈裂强度，抗压模量取200C的模量，各值均取规范给定范围的中值，结果总结如表4-5所示：表4-5抗压模量和劈裂强度项目分类厚度（cm）抗压模量(Mpa)劈裂强度(Mpa)细粒式密级配沥青混凝土414001.4中粒式密级配沥青混凝土612001.0粗粒式密实型沥青混凝土710000.8水泥稳定砂砾3613000.5二灰土?7500.25土基——42——4.2.4土基回弹模量的确定该路段处于IV2区，为粉质土，处于干燥状态，拟定稠度为1.0。查表“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值（MPa）”，查得土基回弹模量为42.5MPa。4.2.5设计指标的确定对于高速公路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构层底拉力验算。一、设计弯沉值公式：（4-5）公式说明：——设计弯沉值（0.01mm）；——设计年限内一个车道累计当量标准轴载通行次数；——公路等级系数，高速公路、一级公路为1.0，二级公路为1.1，三四级公路为1.2；——半刚性基层基层类型系数（取=1.0）——面层类型系数，沥青混凝土面层为1.064 中国地质大学（武汉）本科毕业设计，热拌沥青碎石、乳化沥青碎石、上拌下贯或贯入式路面、沥青表面处治为1.1，中低级路面为1.2。二、弯拉应力设计控制指标容许拉应力公式：（4-6）公式说明：——路面结构材料的极限抗拉强度（MPa），由实验室按标准方法测得；——路面结构材料的容许拉应力，即该材料能承受设计年限次加载的疲劳弯拉应力（MPa）——抗拉强度结构系数。根据结构层材料不同，按以下公式计算。（沥青混凝土面层）（4-7）（无机结合料稳定集料）（4-8）（无机结合料稳定细粒土）（4-9）（贫混凝土）（4-10）三、计算：该公路为高速公路，取；面层是沥青砼，取；1、设计弯沉值：2、各层材料的容许层底拉应力：细粒式密级配沥青砼：中粒式密级配沥青砼：粗粒式密级配沥青砼：64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计水泥稳定砂砾：（水泥稳定砂砾属于半刚性基层，故）二灰土：(二灰土属于半刚性基层，故)4.2.6设计资料总结设计弯沉值为：27.74(0.01mm)，相关设计资料汇总见表4-6下表4-6设计资料汇总表项目分类厚度（cm）200C弹模(Mpa)劈裂强度(Mpa)容许拉应力（MPa）细粒式密级配沥青混凝土414001.40.3966中粒式密级配沥青混凝土612001.00.2832粗粒式密实型沥青混凝土710000.80.2266水泥稳定砂砾3613000.50.2347二灰土?7500.250.0916土基——42—————4.2.7确定石灰层厚度一、根据，求理论弯沉系数：由：（4—11）64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计有：标准轴载BZZ-100，轮胎接地压强p=0.7MPa，当量圆半径即：得：二、对多层路面体系进行等效换算，并计算如图4-3所示图4-3各层体系弯拉等效换算图示已知：（4—12）查《规范》[4]中图得：由表面弯沉系数[4]：得：查图得[4]：当时64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计得：所以本设计取石灰层厚度为60cm。4.2.8验算各层层底拉应力一、计算公式：1、对多层路面体系进行等效，如图4-4所示图4-4多层体系等效换算图求第i层的层底拉应力，则：上层：（4-13）下层：（4-14）2、计算：由公式：或（4-15）求各层层底拉应力公式说明：p——轮胎接地压强p=0.7MPa；、、、、——由查诺模图中“三层连续体系上（中）层底面拉应力系数图”得到；多层路面体系进行等效换算计算结果见表4-7所示.表4-7多层路面体系进行等效换算计算结果表多层体系等效三层体系64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计层位i每一层底弯拉应力每二层底弯拉应力每三层底弯拉应力每四层底弯拉应力MPacmMPacmMPacmMPacmMPacm1140041400412009.16130033.98150033.98212004120053.3431000306144.234130050750507505057506424242423、计算各层层底的弯拉应力第一层底部弯拉应力：根据《规范》图得：，，结论：第一层底部弯拉应力（符合）第二层底部弯拉应力：根据《规范》图得：，，结论：第二层底部弯拉应力（符合）第三层底部弯拉应力：64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计根据《规范》图得：，，结论：第三层底部弯拉应力计算：（符合）第四层底部弯拉应力：根据《规范》图得：，，（符合）根据上述各设计结果和相关《规范》规定得出结论：本设计满足设计要求。第三节水泥混凝土路面的结构层次设计4.3.1轴载分析一、经交通调查，本路段现交通量为11365辆/日，交通量年增长率为6.1％，具体见表2-1和表2-2二、轴载换算公式水泥混凝土路面结构设计以100KN单轴双轮组荷载为标准轴载。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。（4-16）公式说明：——100的单轴—双轮组标准轴载的通行次数；——各类轴—轮型；及轴载的总重（）；64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计——轴型和轴载的级位数；——各类轴—轮型i级轴载的通行次数；——轴—轮型系数。单轴—双轮组：单轴—单轮组：双轴—双轮组：三轴—双轮组：标准轴载累计当量作用次数:（4-17）公式说明：——标准轴载累计当量作用次数；r——设计基准期（年）——交通量年平均增长率；——临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数[3]（本设计为高速公路，取=0.19）三、计算：具体结果见表4-8表4-8标准轴在换算表标准轴载换算表车型δiNP(KN)解放CA10B后轴139060.850.14东风EQ140后轴142069.21.16黄河JN150前轴416.46130490.6064 中国地质大学（武汉）本科毕业设计后轴1130101.6167.59长征CZ361前轴421.6824047.60.70后轴3.97E-06240181.413.10日野KB211前轴422.0626047.50.74后轴1260100260.00日野KL400后轴1120660.16依士TD50前轴444.0926042.20.12后轴1260807.3依士滋TD70前轴431.99350450.43后轴1350105764.01三菱T653EL后轴114055.90.01吉尔164后轴134061.50.14依发H3A后轴123048.60.002斯蒂尔380后轴1470620.22扶桑FU102N前轴436.18150440.13后轴4.03E-061501702.94延安SX161前轴397.3432054.648.03后轴3.96E-06320182.519.19太脱拉138前轴407.9828051.42.71后轴4.08E-062801602.11Ns1251.53注：小于40kN的单轴和80kN的双轴不计标准轴载累计当量作用次数：公路为高速公路，故取t=30年，η=0.18。根据设计规范，高速公路的设计基准期为30年，安全等级为一级，按公路水泥混凝土路面设计规范中《交通分级》可确定轴载等级为：特重交通等级。4.3.2初拟路面结构根据《规范》查得其相应于安全等级一级的变异水平低级。根据高速公路、特重等交通等级和低级变异水平等级，查规范得：一、路面结构初步选定为（见图4-5）：面层选用连续配筋混凝土厚度26cm。基层选用贫混凝20cm（水泥剂量5%）。垫层为15cm的低剂量无机结合料稳定粒料。64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计图4-5路面结构示意图二、接缝的构造与布置：混凝土板的平面尺寸为长5m，宽3.75m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。4.3.3路面材料参数的确定一、计算公式：新建公路的基层顶面当量回弹模量值：（4-18）（4-19）（4-20）（4-21）（4-22）（4-23）公式说明：64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计——路床顶面的回弹模量(MPa)（取=32MPa）；——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厚度（m）；——基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度（）；——基层和底基层或垫层的厚度；a、b——与有关的回归系数。普通混凝土板的相对刚度半径（m）；（4-24）公式说明：——混凝土板的厚度（m）；——水泥混凝土的弯拉弹性模量（MPa）。二、具体计算：（相关数据见图4-6）图4-6路面结构层简图面层选用连续配筋混凝土厚度26cm。基层选用贫混凝20cm（水泥剂量5%）。E1=1300MPah1=20cm垫层为15cm的低剂量无机结合料稳定粒料。E2=600MPah2=15cm《规范》[3]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=32Mpa，低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量取600MPa64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计，水泥稳定粒料基层回弹模量取1300MPa。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：4.3.4荷载疲劳应力一、计算公式：标准轴载在临界荷位处产生的荷载疲劳应力按下式计算：（4-25）公式说明：——考虑接缝传荷能力的应力折减系数：64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计纵缝为设拉杆的平缝：，纵缝为不设拉杆的平缝或自由边界：，纵缝为设拉杆的企口缝：；——考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数；——考虑设基准期内标准轴载荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数，按下式计算：公式说明：——设计基准期内标准轴载累计作用次数；——与混合料有关的指数，连续配筋混凝土取0.057；——标准轴载在四边自由板的临界荷位处产生的荷载应力（MPa），按下式计算：；公式说明：——混凝土板的相对半径（m）；——混凝土板的厚度（m）。二、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。该公路级别为高速，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏的影响的综合系数[3]。荷载疲劳应力计算为：4.3.5温度应力分析一、计算公式：64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计在临界荷位处的温度疲劳应力按下式计算：（4-26）公式说明：——最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力（MPa），按下式计算：（4-27）公式说明：——混凝土的温度线膨胀系数，通常可取[3]；——最大温度梯度，取用（/m）[3]；——综合温度翘曲应力和内应力作用的温度系数；——混凝土板厚度（m）；——考虑温度应力累计疲劳作用于的疲劳系数，按下式计算：（4-28）公式说明：a,b,c——回归系数，按所在地区的公路自然区划确定。二、计算：IV1区最大温度梯度取92（）[3]。板长5m，。查得[3]，其中普通混凝土板厚。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，根据自然区划为Ⅲ1区，取，，[3]，可得到：64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计进而得到温度疲劳应力为：4.3.6检验初拟路面结构水泥混凝土路面结构设计以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态，极限状态方程式如下：（4-29）公式说明：——可靠度系数，依据所选目标可靠度及变异水平等级确定；——水泥砼弯拉强度标准值（MPa）。根据高速公路的安全等级为一级，相对应的变异水平为低级水平，故其目标可靠度为95%。根据已得到的目标可靠度和变异水平等级，确定可靠度系数：[3]。根据以上计算设计数据得到：结论：所选用的普通混凝土面层厚度（0.23m）可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合作用，初拟路面结构符合规范要求。4.3.7水泥混凝土路面接缝设计混凝土面层是由一定厚度的混凝土板所组成，它具有热胀冷缩的性质。由于一年四季气温的变化，或者在一昼夜中，白天气温升高，夜间温度降低，混凝土板会产生不同程度的膨胀和收缩。这些变形会受到板与基础之间的摩阻力和粘结力，以及板的自重、车轮荷载等等的约束，致使板内产生过大的应力，造成板的断裂或膨胀等破坏。为避免这些缺陷，混凝土路面不得不在纵横两个方向设置许多接缝，把整个路面分割成许多板块。一、横缝：横缝是垂直于行车方向的接缝，共有三种：缩缝、胀缝和施工缝。缩缝保证因温度和湿度的降低而收缩时沿该薄弱断面缩裂，从而避免产生不规则的裂缝。胀缝保证板在温度升高时能部分伸张，从而避免产生路面板在夏天的拱胀和折断破坏，同时胀缝也能起到缩缝的作用。另外，混凝土路面每天完工以及因雨天或其它原因不能继续施工时，应尽量在胀缝处收工。64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计无论哪种形式的接缝处，板体都不可能是连续的，其传递荷载的能力均无法达到连续板体的要求。而且任何接缝都不免要漏水。因此，对各种形式的接缝，都必须提供相应的传荷与防水措施。本设计横缝采用设传力杆的假缝。二、纵缝：纵缝是指平行于混凝土路面行车方向的那些接缝。纵缝间距一般按3～4.5m设置，这对行车和施工都比较方便。当双车道路面按全幅宽度施工时，纵缝可做成假缝形式。按一个车道施工时，可做成平头式纵缝。本设计纵缝采用设拉杆的平缝。三、纵横缝的布置：纵缝与横缝一般做成垂直正交，是混凝土具有900的角隅。纵缝两旁的横缝一般成一条直线。实践证明，如横缝在纵缝两旁错开，将导致板产生从横缝延伸出来的裂缝。在交叉口范围内为了避免板块形成锐角并使板的长边与行车方向一致，大多采用辐射式接缝布置形式，见图4-7。图4-7接缝布置简图第四节路面方案确定4.4.1沥青混凝土路面与水泥混凝土路面的优缺点比较从路面质量比较：沥青路面平整，驾驶舒适性高；水泥路面的平整性相对差，但采用现代水泥路面摊铺设备施工，可以保证较高的水泥路面平整度，也能铺筑高质量路面的高速公路。从路面寿命比较：沥青路面有老化、耐水性差的缺点，设计寿命15年；水泥路面设计寿命3064 中国地质大学（武汉）本科毕业设计年。我国目前两种路面的设计寿命均难实现，一两年内就需要开始维修的状况非常普遍，与建造质量不高和超重现象普遍有关。对于重载交通、坡度较大的公路，水泥路面的优势比较明显。从道路维修比较：沥青路面维修方便，维修完成后，可马上开放交通；混凝土路面维修比较麻烦，不能马上开放交通。从造价比较：现在，石油价格居高不下，对于高等级公路（II级以上），两种路面造价差别不大。但从造价/寿命比（寿命成本），水泥路面占优势，但在中国‘寿命成本’目前还没有用于设计决策。4.4.2路面方案比选的确定目前状况：高等级公路以沥青路面为主，约占九成。在中国，低等级公路以水泥路面为主，这与中国水泥产量高、当地水泥资源丰富、水泥价格低有较大关系。综上所述，本设计采用沥青混凝土路面。第六章结束语“实践出真知，实践是检验真理的唯一标准”。此次毕业设计就给了我一个难得的机会去将课本上的理论知识得到充分的应用，真正体现了学校“学以致用”的育人方针。一个半月的本科毕业设计让我受益匪浅。本次设计中，我严格按照按毕业设计要求,64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计综合运用所学基础理论、专业理论和基本技能，根据任务书的说明，对具体工作进行合理的工程规划设计，并订出可行的实施计划，按部就班地依计划而行，最终按要求完成设计任务。通过本次毕业设计我掌握道路工程设计的基本方法，提高分析和解决工程问题的能力，培养独立工作能力和组织能力以及认真负责的工作态度。同时，我了解到公路工程从立项到设计一般包括预可行性研究、工程可行性研究、初步设计和施工图设计等四个阶段。对于初步设计或施工图设计，其内容包括资料收集与分析、路线、路基路面、桥梁、涵洞、隧道、路线交叉、沿线设施、环境保护、筑路材料、施工方案和工期安排等等。最重要的是我体会到作为一名工程人的责任与义务，我们的一次小小的失误有会造成不可挽回的损失，所以此次设计中我严格按照规范要求，在数据处理计算方面保证能够做到数据的真实、准确、可靠，这无形中使我认真求实的态度得到加强。此次设计是我熟悉并在一定程度上掌握了设计中所需各种技能，比如查阅各种规范，比如CAD和OFFICE软件的操作，还有论文或设计格式、排版的训练。所有这些技能都会让我们受益终生。由于时间的限制，根据教学的要求，对设计的内容有所侧重或省略。我主要对路线的平、纵曲线、横断面超高、土石方、路面结构进行了设计计算。其他部分则了解了设计原则、原理，编写了部分文字说明。设计的不足之处在于设计资料内容不足，无法到现场观测,所以很多设计原始信息不能获取。比如水文原始资料不足，对路线设计中非常重要的涵洞设计只能给出一个大致的文字说明。还有地形图高程只能做近似估计等等。加之设计时间、水平有限，所以设计中有很多计算只能是一个结果不太精确的估算。针对这一情况,我就很注重计算过程，尽量应用不同的方法进行校核，减小误差，避免错误。最终在老师和同学们的帮助下，通过自己的努力，完成了孝感至安陆高速公路（N150-N159）段设计任务。在设计完成之际，感谢老师同学对我的支持和帮助！致谢本论文是在老师的精心指导下完成的，论文的内容和思想凝聚了老师大量的心血，她在我此次毕业设计过程中提供了很多无私的帮助和引导。而与此同时，老师在我的论文的修改排版及纬地的图纸表格审核修订上提出了许多宝贵的意见。在此设计完成之际，我要对对老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！感谢中国地质大学的老师们和052085班的兄弟姐妹，本科四年和他们建立了深厚的师生情谊和同学友谊，在此即将离别之际，对他们表示衷心的感谢和祝愿，愿他们在今后的生活一帆风顺！愿我们的友谊地久天长！这里还要感谢一起做公路设计的同学们，如刘江泉、王成成、何国伟等，64 中国地质大学（武汉）本科毕业设计他们在我完成设计的过程中为我答疑解惑，使我少走弯路，保证了我在规定时间内保质保量地完成任务，在此一并致谢！感谢父母的养育之恩和教导之情，感谢他们在我成长中做出的无私奉献和一如既往的支持！论文中引用了不少他人的观点和资料，对他们表示感谢！感恩是宇宙世间永恒的真理，是人类天性的光明，心怀感恩是我不变的信念！参考文献[1]国家交通部颁布，公路工程技术标准（JTG—2003），人民交通出版社，2003[2]国家交通部颁布，公路路线设计规范（JTJ—97），人民交通出版社，2006[3]国家交通部颁布，公路水泥混凝土路面设计规范JTGD—2002，人民交通出版社，2002[4]国家交通部颁布，公路沥青路面设计规范JTGD—2004人民交通出版社，2004[5]高建华王玮主编公路线形设计,2005[6]张雨化主编，道路勘测设计，人民交通出版社，1997[7]孙家驷编，公路小桥涵勘测设计，重庆大学出版社，1990[8]方左英编，路基工程，人民交通出版社，2005[9]邓学均主编，路基路面工程，人民交通出版社，200564 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