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'绪论1.公路运输概论公路运输是交通运输的重要组成部分,能实现物质产品和人员的交流,是确保社会生产和活动正常进行的基本条件之一。一个国家的发展,有赖于地区间、部门间、企业间经济联系的扩大,通过经济联系实行互通有无,以确保他们分工协作,共同发展。这些联系,必须借助公路运输来保证他们的存在与发展。公路运输发展水平作为衡量和反映一个国家和一个地区经济发展水平的主要标志之一,我国近年来由于对公路建设的重视,公路的修建带来了道路运输事业的振兴,从而有力的促进商品经济的发展和社会生产力的提高。2.公路运输的作用2.1公路运输能更好促进社会的发展1.促进全社会能更好的生产和运输的合理化。公路的修建,并形成公路网,促使区域的工农业及各方面生产的布局更合理。2.促进沿线经济发展和资源的开发。公路的建设提高了运输的稳定性和方便性,有利于地方经济和一些特殊行业的发展。3.加速物质生产和产品流通。现代化生产对原材料的需求和产品的流通的要求逐步提高,公路的建设对加速物质的生产和促进产品流通有着重要的作用。4.促进水运、铁路的联系。快速灵活的汽车与大运量的火车及廉价长距的水运形成联运网,使产品运输更为直接、便利、快速、准时,大大提高运输效率。5.有利于城市人口的分散和卫星城镇的开发。现代城市过于庞大、集中,造成人口密集、交通堵塞、环境污染、生活供应紧张等弊端,公路的建设使城市人口向郊区分散,促进地区的发展,又缓和了城市人口的增长。3.毕业设计的内容本次设计内容为221省道南通段s3标段公路施工图设计。设计过程中要熟练的掌握所学内容,进行道路的平、纵、横及路基路面、挡土墙等许多方面的设计。通过本次设计可以培养我们学生的实践能力以及检测我们对道路工程施工设计知识的掌握程度,对即将毕业踏出校园的我们来说这次设计是一次很好的锻炼机会。5.本次设计的主要依据的文献和规范有:
《公路路线设计规范》JTGD20-2006,交通部颁发《公路路基设计规范》JTGD30-2004,交通部颁发《公路沥青路面设计规范》JTGD50-2006,交通部颁发《公路水泥混凝土路面设计规范》JTGD40-2002,交通部颁发孙家驷主编,《道路勘测设计》,人民交通出版社,1999邓学均主编,《路基路面工程》,人民交通出版社,2000徐家钰主编,《城市道路设计》,中国水利水电出版社,20056.设计背景本毕业设计的公路课题是221省道(南通段s3标段)。南通地区属亚热带季风气候,气候温和,四季分明,雨量充沛,年平均降水量约为1000毫米。221省道是南通境内的一条重要省道,221省道途径海安、启动、如东等县并与204国道相交汇,是南通境内交通量频繁的一条重要省级道路。221省道的建成方便了主市区周围的几个县的交通联系,缩短了行车时间,加大了地区之间的交流与合作,也方便了与外省市的直接联系,大大促进了南通经济与工业上的多方面的发展。此次毕业设计要求对一级公路进行路线、防护工程设计、路基路面工程设计。道路路线工程要求对所提供地形图,依据控制点进行平面设计、纵断面设计、横段面设计以及排水设计。本设计的内容全面地包含了交通土建专业所学有关道路方面的知识,是一次全面的设计演练。设计过程中要以现行设计规范为准,严格控制各设计内容满足规范和相关条例的要求。在本次毕业设计中由于受到时间和经验的限制,若出现一些错误与误差,敬请指正。
第1章设计资料与技术指标1.1设计资料1.1.1交通量资料根据设计资料及现有221省道及南通境内类似省道交通量,从而确定该公路的预测交通量的累计标准当量轴次为6700次/日,交通增长率为6﹪。查《公路工程技术标准》,拟定该公路为一级公路四车道,设计车速为100km/h,设计使用年限为15年。1.1.2地质与土质1、地形:南通市区属江海冲积平原,境内地势平坦,地面高程在3.6-6.2m之间(黄海标高,以下同、,按照成陆地前后与地面高程的不同,市区地形除狼山浅丘群外,可概括为三种类型:老岸田、中沙田、圩塘田。 2、工程地质:表面覆盖层:土质为亚粘土,土层厚为1.2-2.5m,容重r=1.8T/立方米,内摩擦角Φ=26度~28度,地基承载力[R]=10-12吨/平方米,贯入或浇注桩尖平面处容许承载力,当入土深为5-15m时,[Rj]=40-110吨/立方米,预制桩周上的容许摩擦力f=1.0-1.7吨/平方米。 覆盖层下:土质为粉沙土,土层厚约10-25m,容重r=1.7吨/平方米,内摩擦角Φ=30度-32度,地基承载力[R]=15-25吨,贯入式浇注桩桩尖平面处容许承载力,当入土深度为5-15m时,[Rj]=80-180吨/平方米,预制桩桩周上容许摩擦力=1.0-2.0吨/平方米。1.1.3气候及气象特征南通属亚热带季风性气候,四季分明,雨水充沛,日照充足,温度适宜。 1、气温:历年平均气温为15摄氏度;月最低平均气温2.5摄氏度(一月份),极端最低气温-10.8摄氏度;月最高平均气温27.3摄氏度(七月份),极端最高气温38.2摄氏度。 2、湿度:南通市年平均相对湿度81%,湿度最大的月份是7月,湿度最小的月份是1月,历史最大月平均相对湿度为91%,历史最小月平均相对湿度为56%。最小相对湿度6%。 3、风:夏季多东南风,冬季多西北风,据南通气象台1951年~1986年观测,年平均风速为17.2m/s,瞬时最大风速为30.4m/s。。
4、降雨:历年平均降雨量为1066.8毫米,最大年降雨量1394.3毫米,最小年降雨量为641.3毫米,日最大降雨量为242.2毫米,年平均降雨天数121.7天,日降雨量大于10毫米的年平均天数为31.9天,最大1小时降雨量为86.9毫米,最大10分钟降雨量为29.7毫米。 5、日照、雾:根据南通气象台1951年~1986年观测,小于等于3级能见度平均雾日数32.2日,多出现于晚春和初冬,年平均日照数为2223.3小时,日照面积率50%。 6、冰雪:长江水域终年不封冻,陆域最大冻土厚20厘米,年平均降雪日为6天,多集中于1~2月间,最大积雪厚度17厘米。1.1.4技术指标基本指标:公路等级一级公路地形平原地区计算行车速度(km/h)100车道数4行车道宽度(m)2×7.5路基宽度(m)26.0极限最小半径(m)400最大超高10%一般最小半径(m)700平曲线最小长度(m)170缓和曲线最小长度(m)85路拱横坡(%)1.0-2.0不设超高最小半径(m)4000停车视距(m)160超车视距低限值(m)500最大纵坡(%)6合成坡度(%)10最小坡长(m)200缓和曲线最小长度(m)85
凸形竖曲线一般最小半径(m)10000凸形竖曲线极限最小半径(m)6500凹形竖曲线一般最小半径(m)4500凹形竖曲线极限最小半径(m)3000竖曲线最小长度(m)85最大直线长度(m)4000最小直线长度(m)同向曲线6V=600反向曲线2V=200路基宽度(m)24~26边坡形式一级台阶梯形形式排水沟形式梯形形式设计荷载公路Ⅰ级桥涵设计荷载公路—Ⅰ级大、中桥设计洪水频率为1/300小桥和涵洞及路基设计洪水频率1/100路面等级高级(沥青混凝土面层)
第2章路线设计2.1路线设计要点2.1.1平纵线形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、下坡多集中在大、中桥头,对于有通航要求的,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,既要符合一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。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0.3%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。4、平面与横断面的综合协调,主要是超高的设计。2.1.2线形与环境协调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。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,有利于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,以求和道路相协调,增加美感。
2.1.3正确处理道路与农业的关系1、由于地处平原地区,新建道路要占用一些农田是不可避免的,但要尽量做到少占用农田和不占高产田。布线从路线对国民经济的作用,既不能片面占用大片良田,也不能片面强调不占某块田而使路线弯弯曲曲,造成行车条件恶化。2、路线应与农田水利建设相结合,有利于农田灌溉,尽可能少与灌溉渠相交把路线布置在渠道上方非灌溉的一侧或渠道尾部。当路渠方向基本一致时,可沿渠堤布线,堤路结合,桥闸结合,以减少占田和便利灌溉。路线必须跨水塘时,考虑设在水塘的一侧,并拓宽水塘取土填筑路堤,使水塘面积不致变小。3、当路线靠近河边低洼或者村庄时,应争取靠河岸线布置,利用公路的防护措施,兼做保村护田的作用。2.2路线方案比选路线方案是路线设计中的最基本的问题。方案是否合理,不但直接关系到公路本身的工程投资和运输效率,更重要的是影响到路线在公路网中是否起到应有的作用,即是否满足国家的政治、经济、国防的要求和长远利益。一条路线的起点终点及中间必须经过的重要城镇或地点,通常是由公路网规划所规定或领导机关根据经济建设需要指定的。作为选线工作的第一步就是要在各种可能的方案中,在深入调查的基础上,综合考虑路线方案选择的主要因素,通过方案的比选,提出合理的路线方案。方案比选是选线中确定路线总体布局的有效方法,在可能布局的多种方案中,通过方案比选决定取舍,选择出技术合理、费用节省、切实可行的最优方案。路线方案的取舍是路线设计中的重要问题,方案是否合理,不仅直接关系到是否满足国家政治、经济及国防的要求和长远利益。从方案比选的深度不同可有原则性方案比选和详细的方案比选两种。路线方案是通过许多方案的比较、淘汰而确定的。指定的两个据点之间的自然情况越复杂、距离越长,可能的比较方案就越多。淘汰的方法,不能每条路线都通过实地查勘进行,因为此次毕业设计是在纸上定线,所以要在所给的地形图上选出两条线进行比较,然后选出一条比较合理的路线进行路线设计。本次所设计道路为平原地区,地形平坦,河流、沟渠及农田较多,需要遵循选线的依据合理布线。我布设了两条路线进行比较选取。方案1:该方案路线相对较长,由于地形和控制点的限制某些交点处的转角相对偏大,线形与方案二相比稍显不足,部分交点位置处存在同向曲线,在与河流
及原有道路相交时,有些部分采用斜交处理。在个别地方由于路线的走向穿越了一些城镇。该方案靠近的城镇也比较多,这有利于当地的经济的发展,对当地居民的出行提供了较大的便利。方案2:该方案较第一种方案路线短一些,焦点转角也都维持在以内,使得线性匀称优美,在进行曲线设计时能够有效保证缓和曲线:圆曲线:缓和曲线维持在1:1:1,这样也有利于道路纵断面设计。与方案一相比道路的实际长度要相对短一些,从而在造价上有了较好的节约。该方案尽量穿越空地及农田以减少穿越城镇而带来的巨大拆迁费用,对农田的利用效率也较高,减少了土地的浪费。同时也经过了较多的村落和城镇,能够有效方便这些城镇交通出行。因为很好的结合当地地形情况,路线与附近的村庄、城镇、农田规划、农业灌溉之间的关系相协调,不会影响到当地的正常生活及农田的灌溉等问题。并且建成后将会较好的带动沿线地区的经济发展。线路的布置上很好的处理了与河流、原有道路的相交问题,尽量垂直相交,保证施工的方便。进行综合比较后,我选择方案2。方案比选的完成对后面的路线设计及计算起着至关重要的作用,因为它对行车、经济以及施工上都有一定的影响。本设计为221省道南通段的S3标段,该段内的线形数据如下:表2.1交点坐标表交点XYQD3557872.6956498973.8509JD13558027.0000499414.0000JD23558571.2310500290.9410JD33558908.5000501221.0000JD43559386.0000501976.5000ZD3559504.3383502662.8454表2.2转角表
转角度数1左12°30′16″2右11°53′29″3左12°21′42″4右22°30′41″表表23交点间的距离表交点间距L(m、QD-JD1466.41JD1-JD21032.09JD2-JD3989.32JD3-JD4893.75JD4-ZD696.47第3章平面设计
现代道路平曲线分别由直线、圆曲线、和缓和曲线三种基本几何线形的合理组合而构成,称之为“平面线形三要素”。在低速道路上,为了简化设计,也只可使用直线和圆曲线两种要素。这就说明平面线形三要素是基本组成,但只要各要素所占比例及使用频率并无统一规定。只要各要素使用合理均可满足汽车行驶要求。至于它们的参数则要视地形情况和人的视觉新、心理、道路技术等级等条件来确定。本路段均是设置由缓和曲线、圆曲线、缓和曲线组成的平曲线与直线相连接。3.1平面设计3.1.1平面线形设计原则1、平面线形必须与地形,地物,景观灯相协调,同时应该注意设计线形的连续性与均衡性,并且同纵面线形相配合。2、直线段应根据地形因素合理选用,一般直线段的最小长度应控制在同向曲线间的直线长度不得小于6v,反向曲线间的直线长度不得小于2v(v为设计车速。3、曲线作为一般规则,设计师应尽量采用大半径,在半径受限制的情况下,应按照《公路路线设计规范》规定进行半径的选择,对于一级公路,设计时速100km/h时,一般最小半径700m,极限最小半径400m,但圆曲线最大半径不宜超过10000m。4、当平曲线半径小于不设超高最小半径时应设置缓和曲线。设计时速100km/h时,缓和曲线一般最小长度为120m,极限最小长度为85。5、视距:视距右停车视距,会车视距,超车视距。《公路路线设计规范》规定一般设计时速为100km/h时,停车视距为160m。6、设计时速为100km/h时,平曲线最小长度为170m。3.1.2平曲线设计(曲线要素与主要控制点桩计算)图3—1线路平面图
图3-2交点计算示意图以JD1计算为例:JD1初拟R=1100m,取120角=12°30′16″1、平曲线要素计算:R=100012059.99=0.55=3o7’23"T=(R+p)tan+q=(1100+0.55)×tan+59.99=180.46L==359.86L=L-2=359.86-240=119.86J=2T-L=2×180.46-359.86=1.06E=(R+p)sec-R=(1100+0.55)sec-1100=7.12式中:——转角,度;R——曲线半径,m;——缓和曲线长度,m;L——平曲线中圆曲线长,m;L——曲线全长,m;
T——切线长,m;E——外距,m;q——切线增长值,m;p——曲线内移值,m;——缓和曲线角度,度。用同样的方法可求得JD2、JD3和JD4的平曲线要素,见表。表3.1平曲线几何要素交点RTELJJD1110012°30′16″180.5647.12360.071201.06JD2120011°53′29″185.056.99369.111200.99JD3120012°21′42″179.497.01357.941201.04JD490022°30′41″264.1718.98523.251705.093.1.3验算直线段距离是否符合要求:JD1、JD2之间的直线段=1032.09-180.46-185.05=666.58>2V=200m,符合规范要求。JD2、JD3之间直线段长=989.32-185.05-179.49=624.78>2V=200m,符合规范要求。JD3、JD4之间直线段长=893.75-179.49-264.17=612.09>2V=200m,符合规范要求。经过验算可以知道交点之间的直线长度均满足规范要求。3.1.4主点桩号计算以JD1计算为例:QD:k0+000.00JD1:K0+466.41K0+466.41-180.564=K0+285.846
K0+285.846+120=K0+405.846K0+405.846+120.069=K0+525.915K0+525.915+120=K0+645.915K0+645.915-360.07/2=K0+465.88K0+465.88+1.06/2=K0+466.41经过校核后确定各数据无误。JD2、JD3和JD4的计算过程同上,在经过计算验证准确且设计满足了规范及原则的要求后对各个交点进行汇总统计成表,见表。表3.2平曲线主点桩号表主点JD1JD2JD3JD4ZHK0+285.846K1+312.415K2+306.589K3+114.132HYK0+405.846K1+432.415K2+246.589K3+284.132QZK0+465.88K1+496.943K2+485.255K3+375.937YHK0+525.915K1+561.471K2+543.921K3+467.742HZK0+645.915K1+681.471K2+663.921K3+637.742JDK0+466.41K1+496.676K2+485.741K3+378.181
第4章纵断面设计4.1纵断面设计的要求与方法4.1.1纵坡设计一般要求1、纵坡设计必须满足《公路工程技术标准》(JTGB01-2003、的各项规定。2、为保证车辆能以一定速度安全顺适地行驶,纵坡应有一定的平顺性,起伏不宜过大和过于频繁。尽量避免采用极限纵坡值,合理安排缓和坡段,不宜连续采用极限长度的陡坡夹最短长度的缓坡。3、纵坡设计应对沿线地形、地下管线、地质、水文、气候和排水等综合考虑,视具体情况加以处理,以保证道路的稳定与通畅。4、一般情况下纵坡设计应考虑填挖平衡,尽量使挖方运作就近路段填方,以减少借方,降低造价。5、在平原微丘区,纵坡除应满足最小纵坡要求外,还应满足最小填土高度要求,保证路基稳定。6、对连接段纵坡,如大、中桥引道及隧道两端接线等,纵坡应和缓、避免产生突变。4.1.2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,应合并为单曲线或复曲线。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。4.1.3纵断面设计方法和步骤纵断面线形设计应根据道路的性质、任务、等级和地质水文等因素考虑路基稳定排水及工程量的要求,先对路线进行纵坡的设置,在纵坡坡度满足规范的要求后,对路线的纵断面进行竖曲线设计。对纵坡的大小、长短、前后纵坡的情况、竖曲线半径的大小及平面线形等进行综合设计,从而设计处纵坡合理线形平顺圆滑的理想线形。
4.2纵坡取值要求4.2.1最大纵坡要求各级道路允许的最大纵坡是根据汽车的动力特征、道路等级、自然条件以及工程、运营经济等因素,通过综合分析,全面考虑,合理确定的。根据《公路工程技术标准》(JTGB01-2003、的规定,一级公路在车速为60km/h时的最大纵坡为5%。4.2.2最小纵坡要求为使道路上行车快速、安全和通畅,希望道路纵坡设计的小一些好。但是,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,当必须考虑设计水平坡0%或小于3%的纵坡时,边沟排水设计应与纵坡设计一起综合考虑,其边沟应作纵向排水设计,在城市道路中一般可采用设置锯齿形偏沟或采取其他排水措施来处理。4.2.3坡长限制汽车在纵坡上行驶时存在一个稳定车速,与之相对应的有一个稳定的坡长,从运行质量看,纵坡长度不宜超过稳定坡长。因此对纵坡的长度有一定的限制:根据《公路工程技术标准》(JTGB01-2003、的规定,一级公路设计车速为60km/h时,最小坡长为200m,最大坡长需结合坡度来确定,坡度为5%时为700m;0.4%时为900m;0.3%时为1100m。4.3竖曲线小半径1.凹形竖曲线最小半径考虑因素1)从限制离心力不致过大考虑;2)从汽车夜间行使前灯照射距离考虑;3)从保证跨线桥下的视距考虑。2.凸形竖曲线最小半径考虑因素1)从失重不致过大考虑;2)从保证纵面行车视距考虑。
4.4平纵组合的设计原则1、平曲线和竖曲线应相互重合,且平曲线应稍长于竖曲线,这种组合是使平曲线和竖曲线相互对应,竖曲线的起终点落在平曲线的两个缓和曲线内,即“平包竖”。2、平、竖曲线大小应保持均衡 平、竖曲线的线形,其中一方大而平缓时,另一方切忌不能形成多而小。一个长的平曲线内有两个以上的竖曲线,或一个长的竖曲线内含有两个以上的平曲线,从视觉上都会形成扭曲的形状。3、明、暗弯与凹、凸竖曲线的组合明弯与凹形竖曲线及暗弯与凸形竖曲线的组合是合理的,比较符合驾驶员的心理反应和视觉反应。对于明弯与凹形竖曲线及暗弯与凸形竖曲线的组合,当坡差较大时,一般给人留下舍弃平坦坡路、近路不走,而故意爬坡、绕弯的感觉。搞山区公路设计,有时难以避免这种情况,但只要坡相差不大,对行车的影响也不是太大。4、避免的组合对于平、竖曲线的组合设计能够满足上述要求是最好的,但有时往往受各种条件的限制难以满足,这时应避免如下组合的出现:1、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。二者都存在不同程度的扭曲外观;前者会使驾驶员操作失误,引起交通事故;后者虽无视线诱导问题,但路面排水困难,易产生积水。2、小半径竖曲线不宜与缓和曲线相重叠。对凸形竖曲线诱导性差,事故率较高;对凹形竖曲线路面排水不良。3、本路段设计车速为100km/h,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。前者失去诱导视线的作用,驾驶员须接近坡顶才发现平曲线,导致不必要的减速或交通事故;后者会出现汽车高速行驶时急转弯,行车极不安全。4.4.1变坡点计算图4—1竖曲线示意简图以变坡点1为例1、变坡点k0+450处,变坡点高程6.5m,地面高程3.9mR=18000mi1=0.5022%i2=-0.5857%
竖曲线长=195.828m切线长度m外距m竖曲线起点桩号:k0+450-97.914=K0+352.086竖曲线起点高程:6.5-97.914×0.5022%=6.008竖曲线终点桩号:k0+450+97.914=K0+547.914竖曲线终点高程:6.5-97.914×0.5857%=5.926m中间各点高程以桩距25m按公式计算,其中T为变坡点至起点或终点的距离,x为计算桩号到变坡点的的距离。表4.1变坡点1竖曲线计算表桩号未设竖曲线高程(m、横距x(m)竖距(m)设计高程(m、K0+352.0866.00897.9106.008k0+375.0006.123750.01456.108k0+400.0006.249500.06376.185k0+425.0006.374250.14766.226k0+450.0006.500.26626.234k0+475.0006.353250.14766.206K0+500.0006.207500.06376.143K0+525.0006.061750.01456.046K0+547.9145.92697.9105.926变坡点bp2、bp3、bp4、bp5、bp6、bp7、bp8、bp9、bp10、bp11的竖曲线计算方法同上。2、变坡点k0+800处,变坡点高程4.45m,地面高程4.04mR=9000mi1=-0.5857%i2=0.5286%表4.2变坡点2竖曲线计算表桩号未设竖曲线高程(m、横距x(m)竖距(m)设计高程(m、K0+749.8574.74350.1404.743K0+750.0004.742500.000014.742K0+775.0004.303250.0351514.631K0+800.0004.4500.13964.589K0+825.0004.582250.03514.617K0+850.0004.714500.000014.714K0+850.1434.71550.1404.715
3、变坡点K1+150m处,变坡点高程6.3m,地面高程3.82mR=10000mi1=0.5286%i2=-0.5606%表4.3变坡点3竖曲线计算表桩号未设竖曲线高程(m、横距x(m)竖距(m)设计高程(m、K1+095.5416.01254.4606.012K1+100.0006.035500.00096.034K1+125.0006.167250.04336.124K1+150.0006.300.14836.151k1+175.0006.159250.04336.018K1+200.0006.019500.00096.018K1+204.4595.99454.4605.9944、变坡点K1+480处,变坡点高程4.45m,地面高程3.78mR=18000mi1=-0.5606%i2=0.5303%表4.4变坡点4竖曲线计算表桩号未设竖曲线高程(m、横距x(m)竖距(m)设计高程(m、K1+381.8184025.00098.1805.000K1+405.0004.870750.01494.885K1+430.0004.730500.06444.794K1+455.0000004.590250.14874.739K1+480.0004.45000.26774.717K1+505.0004.582250.14874.731K1+530.0004.715500.06444.779K1+555.0004.847750.01494.862K1+578.1824.97198.1804.9715、变坡点K1+810m处,变坡点高程6.2m,地面高程3.83mR=14000mi1=0.5303%i2=-0.5059%表4.5变坡点5竖曲线计算表桩号未设竖曲线高程(m、横距x(m)竖距(m)设计高程(m、K1+737.4675.81572.5305.815K1+760.0005.934500.01815.916K1+785.0006.06250.08065.986K1+810.0006.2000.18786.012K1+835.0006.073250.08065.992
K1+560.0005.947500.01815.928K1+882.53340505.83372.5305.8336、变坡点K2+150m处,变坡点高程4.48m,地面高程3.91mR=12000mi1=-0.5059%i2=0.5212%表4.6变坡点6竖曲线计算表桩号未设竖曲线高程(m、横距x(m)竖距(m)设计高程(m、K2+088.3744.79161.6304.791K2+100.0004.733500.00564.738K2+125.0004.606250.05594.662K2+150.0004.48000.15824.638K2+175.0004.610250.05594.666K2+200.0004.740500.00564.746K2+211.6264.80161.6304.8017、变坡点K2+480m处,变坡点高程6.2m,河面高程3.75mR=17000mi1=0.5212%i2=-0.5556%表4.7变坡点7竖曲线计算表桩号未设竖曲线高程(m、横距x(m)竖距(m)设计高程(m、K2+388.4755.72391.5305.723K2+405.0005.809750.00805.801K2+430.0005.939500.05075.888K2+455.0006.069250.13015.939K2+480.0006.20000.24645.953K2+505.0006.061250.13015.931K2+530.0005.922500.05075.871K2+505.0005.783750.00805.775K2+571.5255.69191.5305.6918、变坡点K2+750m处,变坡点高程4.7m,地面高程4.11mR=10000mi1=-0.5556%i2=0.5185%表4.8变坡点8竖曲线计算表桩号未设竖曲线高程(m、横距x(m)竖距(m)设计高程(m、K2+948.7044.99853.704.998
K2+970.0004.977500.00064.978K2+995.0004.839250.04114.880K3+020.0004.70000.14414.844K3+045.0004.829250.04114.871K3+070.0004.959500.00064.960K3+091.29604.97853.704.9789、变坡点K3+020m处,变坡点高程6.1m,地面高程3.89mR=14000mi1=0.5185%i2=-0.5000%表4.9变坡点9竖曲线计算表桩号未设竖曲线高程(m、横距x(m)竖距(m)设计高程(m、K2+696.2965.73071.305.730K2+700.0005.840500.01625.824K2+725.0005.970250.07655.893K2+750.0006.10000.18155.918K2+775.0005.975250.07655.898K2+800.0004.959500.01625.833K2+803.70405.74371.305.74310、变坡点K3+380m处,变坡点高程4.3m,地面高程3.90mR=20000mi1=-0.5000%i2=0.5313%表4.10变坡点10竖曲线计算表桩号未设竖曲线高程(m、横距x(m)竖距(m)设计高程(m、K3+276.8754.815103.1204.815K3+280.0004.8001000.00024.8000K3+305.0004.675750.01974.694K3+330.0004.550500.07054.620K3+355.0004.425250.15254.577K3+380.0004.30000.26584.565K3+405.00004.433250.15254.585K3+430.0004.565500.07054.636K3+455.0004.698750.01974.718K3+480.0004.8311000.00024.831K3+483.1254.847103.1204.84711、变坡点K3+700m处,变坡点高程6.0m,地面高程3.46m
R=10000mi1=0.5313%i2=-0.5002%表4.11变坡点11竖曲线计算表桩号未设竖曲线高程(m、横距x(m)竖距(m)设计高程(m、K3+648.4285.72651.5705.726K3+650.00005.734500.00015.734K3+675.0005.867250.03535.832K3+700.0006.00000.13295.867K3+725.0005.875250.03535.839K3+750.0005.750500.00015.750K3+751.5725.74251.5705.7424.4.2纵曲线设计成果说明结合以上设计内容与规范,对A3标段进行竖曲线设计,所选最小半径为凸曲线10000m,凹曲线为9000m,均满足了规范对于一级公路设计中竖曲线最小半径的要求。其中在竖曲线设计过程中可知,部分变坡点位于平曲线直线段内,所以只需满足竖曲线最小切线长度大于42.5m,即可进行后续设计;对于在平曲线范围内出现的变坡点,应根据平纵组合的规则进行设计。所以在竖曲线的设计中,半径要相对较大,以满足平包竖原则,及竖曲线起终点落在缓和曲线段内。经过计算后满足规范要求的竖曲线起终点落在缓和曲线段内,所以设计符合要求。4.5景观设计1、应在道路的规划、选线、设计、施工全过程中重视景观要求;2、道路选线是要充分利用自然风景尽量做到路线与大自然融为一体;3、要将道路作为景观来看待,修建时尽量不要破坏沿线景观;4、横断面设计要是边坡造型和绿化与现有景观相适应,弥补填挖对自然景观的破坏;5、对道路进行绿化处理,避免形式和内容的单一化。第5章横断面设计
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。在本设计中,横断面由行车道、中间带、硬路肩和土路肩组成。其中中间带包括中央分隔带和左侧路缘带,右侧路缘带包含在硬路肩内。路基宽度为26m,其中:行车道2×7.5m,中央分隔带宽2.0m,左侧路缘带宽2×0.5m,硬路肩2×2.5m,右侧路缘带2×0.5m,土路肩2×1m。图5—1横断面设计图5.1横断面设计步骤(1)点绘横断面地面线。(2)根据路线和路基材料,将横断面的填挖值及有关资料差抄于相应桩号的断面上。(3)根据现场调查的土壤地质资料,示出土石界线,确定边坡坡度以及边沟的形状与尺寸。(4)绘制横断面的设计线,俗称“戴帽子”。(5)计算横断面的填挖面积,完成全图。5.2横断面数据计算5.2.1平曲线加宽值计算汽车行驶在曲线上,各轮迹半径不同,其中以后内轮轨迹半径最小,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与安全。根据我国《公路工程技术标准》(JTGB01-2003、的规定,当平曲线半径R250m,在平曲线内侧加宽。因在本设计中,平曲线最小半径均大于250m,所以在整条路线不用加宽。5.2.2平曲线超高计算1.超高合理设置超高,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。不同的公路在设计的时候所采取的超高值是不同的,根据公路的等级、设计速度、超高和平曲线半径的关系,可以选取合适的超高坡度。
2.超高缓和段长度计算计算公式:式中b—路面宽度;—最大超高横坡度,(%);—路拱横坡;—超高渐变率,。本设计中统一采用全缓和段进行超高渐变,即。3.超高的过渡1)超高方式超高的过度方式有很多种,是根据超高旋转轴在公路横断面上旋转的位置确定的。对于一级和高速公路来说主要有饶中央分隔带中心旋转、饶中央分隔带边缘旋转、饶各自行车道中线旋转。对于无中央分隔带的公路来说主要有绕行车道内侧边缘旋转、绕中线旋转和绕外边缘旋转。本设计中的横断面建有2.0m的中央分隔带,采用绕中央分隔带边缘旋转的过渡方式。即将两侧行车道分别绕中央分隔带边缘旋转,使之各自成为独立的单向超高断面,此时中央分隔带维持原水平状态。外侧土路肩始终保持原有横坡不随中央分隔带超高,内侧土路肩在直缓点前3m内完成转动,与路面保持相同坡度,在进行超高转动。此种方式适合各种宽度不同的中间带的公路。旋转过程见图5-2。
图5—2超高示意图图中—半幅行车道宽度,(m);—左侧路缘带宽度,(m);—右侧路缘带宽度,(m);—硬路肩宽度,(m);—土路肩宽度,(m);—行车道横坡度,(%);—超高横坡度,(%);—路拱横坡度,(%);—超高缓和段中任意一点至超高缓和段起点的距离,(m);—缓和曲线长度,(m)。2)超高值计算绕中央分隔带边缘旋转超高值计算如下表:以第一个平曲线为例,进行超高计算:=0.0368横向力系数=0.0368;=3.477%取ic=4.0%;超高缓和段长度取为Lc,即Lc=120m;路拱横坡从路拱坡度-2%过渡到超高坡度4%时:超高渐变率满足要求,故可取Lc=120m;超高方式为外侧绕中央分隔带边缘处旋转,待内侧与外侧路面为同一坡度即在同一平面上时,内侧路面再同外侧一同转动完成超高。当超高横坡达到最大值4%时,超高内侧离原地面高差为12.00×-4%=-0.48m超高外侧离原地面高差为11.00×4%-1×3%=0.41m超高横坡在2%~4%段内,采用线性内插得到离原路面的高差。平曲线内线性内插的高差值见表5.1、5.2、5.3、5.4。
表5.1平曲线1超高值计算表桩号说明超高高差(m)左中右K0+285.846ZH-0.240-0.25K0+300.000-0.240-0.18K0+325.000-0.240-0.03K0+350.000-0.2400.10k0+375.000-0.3000.24K0+400.000-0.4500.37K0+405.846HY-0.4800.41k0+425.000-0.4800.41K0+450.000-0.4800.41K0+465.880QZ-0.4800.41k0+475.000-0.4800.41k0+500.000-0.4800.41K0+525.000-0.4800.41k0+525.915YH-0.4800.41k0+550.000-0.3300.28K0+575.000-0.2400.14K0+600.000-0.2400K0+625.000-0.240-0.13K0+645.915HZ-0.240-0.25经过计算,得平曲线2处最大超高坡度为4%。表5.2平曲线2超高值计算表桩号说明超高高差(m)左中右K1+312.415ZH-0.250-0.24K1+325.000-0.180-0.24K1+350.000-0.040-0.24K1+375.0000.090-0.24K1+400.0000.230-0.29K1+425.0000.370-0.44K1+432.415HY0.410-0.48K1+450.0000.410-0.48K1475.0000.410-0.48K1+496.943QZ0.410-0.48
K1+525.0000.410-0.48K1+550.0000.410-0.48K1+561.471YH0.410-0.48K1+575.0000.340-0.40K1+600.0000.200-0.25K1+625.0000.060-0.24K1+650.000-0.080-0.24K1+675.000-0.210-0.24K1+681.471HZ-0.250-0.24经过计算,得平曲线3处最大超高坡度为4%。表5.3平曲线3超高值计算表桩号说明超高高差(m)左中右K2+306.589ZH-0.240-0.25K2+325.000-0.240-0.15K2+350.000-0.240-0.01K2+375.000-0.2400.13K2+400.000-0.3200.26K2+425.000-0.4700.40K2+426.589HY-0.4800.41K2+450.000-0.4800.41K2+475.000-0.4800.41K2+485.525QZ-0.4800.41K2+500.000-0.4800.41K2+525.000-0.4800.41K2+548.921YH-0.4800.41K2+550.000-0.4400.38K2+575.000-0.2900.24K2+600.000-0.2400.10K2+625.000-0.240-0.04K2+650.000-0.240-0.17K2+663.921HZ-0.240-0.25经过计算,得平曲线4处最大超高坡度为5%。表5.4平曲线4超高值计算表
桩号说明超高高差(m)左中右K3+114.132ZH-0.250-0.24K3+125.000-0.200-0.24K3+150.000-0.090-0.24K3+175.0000.030-0.24K3+200.0000.140-0.24K3+225.0000.250-0.31K3+250.0000.370-0.43K3+275.0000.480-0.55K3+284.132HY0.520-0.60K3+300.0000.520-0.60K3+325.0000.520-0.60K3+350.0000.520-0.60K3+375.0000.520-0.60K3+375.937QZ0.52-0.60K3+400.0000.520-0.60K3+425.0000.520-0.60K3+450.0000.520-0.60K3+467.742YH0.520-0.60K3+475.0000.490-0.56K3+500.0000.370-0.44K3+525.0000.260-0.32K3+550.0000.150-0.24K3+575.0000.030-0.24K3+600.000-0.080-0.24K3+625.000-0.190-0.24K3+637.742HZ-0.250-0.24
第6章道路排水设计6.1路基排水设计6.1.1路基排水设计的必要性路基的强度和稳定性与水的关系十分密切。路基的病害有很多种,形成病害的原因也有很多,但水的作用是主要的因素之一,因此,路基设计、施工和养护过程中,必须十分重视路基排水工程。为了确保路基的强度与稳定性,使路基在各种外界因素作用下不致产生不允许的变形,路基的整体结构设计中必须进行路基的排水设计。
6.1.2路基排水种类及要求路基地表排水可采用边沟、截水沟、排水沟、跃水井和急流槽,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1:1~1:1.5,一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,一级公路当采用M7.5的砂浆强度,边沟长度不宜超过500m,截水沟横断面可采用梯形,边坡视土质而定,一般采用1:10~1:1.5,深度及宽度不宜小于0.5m,沟底纵坡不宜小于0.5%,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,跃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。本公路路基排水设置边沟、排水沟和截水沟。路堤边沟坡度1:1,采用25cm厚7.5号浆砌片石进行防护,沟底宽0.6m,沟深0.6m。路堑边沟两侧坡度分别为1:1.5和1:1。排水沟采用1:1的坡度,沟深0.6m,25cm厚7.5号浆砌片石进行防护。图6—1边沟横截面图6.1.3排水沟的布置排水沟的布置可根据需要并结合当地地形条件而定,距路基尽可能远一点,一般距路基坡脚不宜小于3~4m。沟底纵坡应不小于0.3%,以1%~3%为宜,纵坡大于3%时沟渠应加固,大于7%时则必须修跌水或急流槽。其连续长度一般不宜超过500m,线形要求平顺、直捷,需要转弯时可作成弧形,其半径尽量采用较大值,应不宜小于10~20m。当排水沟与其它水道连接,除顺畅外,要求连接处至构造物的距离应不小于2倍的河床宽度。排水沟简要示意图见上图。
一般情况下,排水沟底是等宽的,沟底宽度不同时,要求徐缓相接,沟底渐宽值的长度如图6.4所示:渐宽值L按下式计算:(b2-b1)/L=1/5~1/10。排水沟与其它沟渠相接时,力求水流舒顺。图6—2排水沟沟底渐宽图6.2路面排水设计本公路的路面排水主要是采用路肩排水措施,主要由拦水带、急流槽和路肩排水沟组成以及中央分隔带排水设施组成。6.2.1路肩排水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0.3%时,可采用横向分散排水方式将路面水排出路基,但路基填方边坡应进行防护。6.2.2排水带路堤边坡较高,采用横向分散排水不经济时,应采用纵向集中排水方式,在硬路肩边缘设置排水带,并通过急流槽将水排出路基。排水带可采用水泥混凝土预制块或沥青混凝土筑成,排水带高出路肩120mm,顶宽80~100mm。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。6.2..3拦水带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。6.3中央分隔带排水中央分隔带排水设施由纵向排水沟(明沟、暗沟)、渗沟、雨水井、集水井、横向排水管等组成。在设置超高路段,路面水由中央分隔带排水设施排出,在干旱少雨地区,采用凸形中央分隔带,可设开口明槽,雨水流向下半幅路面排出,开口明槽可采用封闭式,横断面尺寸为高×宽=150mm×200mm,间距宜为300~500mm。
中央分隔带纵向排水沟(管)与横向排水管联接时可采用集水井的形式,横向排水管直径一般采用200~600mm水泥混凝土管成塑料排水管,管底纵坡不应小于1%,出口应采取防护措施。设置超高段的中央分隔带的排水沟可设雨水井,雨水井的设置间距应根据流量计算确定,一般为10~30m。矩形雨水井尺寸采用长×宽×深=600mm×400mm×600mm,边墙采用浆砌片石或水泥混凝土预制块砌筑。相邻雨水井间用直径200~400mm的水泥混凝土管纵向联接,管底最小纵坡不应小于0.3%。多雨地区的中央分隔带,表面不作封闭时,可设地下排水渗沟,排水渗沟两侧可用沥青砂、沥青土工布或粘土封闭,排水渗沟顶与路床顶面齐平,渗沟宜采用直径50mm~80mm的硬塑料管将水引致路基边坡以外。图6—3排水设施衔接图6.4边坡防护设计6.4.1边坡防护的主要性在水、风、气温等自然因素的长期作用下路基将发生变形和破坏,若不及时加以防治,就会引起严重的病害。为了保证路基的稳定性,除做好路基排水外,必须做好路基防护与加固设计。一般,防护与加固的重点是路基边坡,特别是不良地质与水文地段及延河路基的边坡。有时,对附近可能危害路基的河流和山坡也应进行必要的防护,以保证防护加固工程能正常地工作。防护与加固工程是路基工程的一个重要的组成部分。除专门用来支挡路基的结构外,一般防护工程承受力的能力很小,有的则不能承受外力的作用。因此,要求路基边坡本身基本稳定,否则不但路基得不到防护,而且连防护工程也会遭到破坏。6.4.2边坡防护的类型
路基边坡的防护与加固工程,按其作用不同,可分为坡面防护、冲刷防护与支挡防护工程三大类。(1)在边坡的坡度不小于1:1.5,不浸水或短期浸水但地面径流量不大于0.8m/s的边坡采用网格式种草防护,草籽可以采用自然散播.(2)当坡面径流量比较大的时候,坡体的冲刷比较严重,边坡防护应采用浆砌片石防护。(3)在某些临近河流处,和排水沟出水口附近可以进行种树防护.该路线为平原区一级公路,在路线中有深挖路堑和和高填路堤,因此在设计中要进行必要的边坡防护.根据实际的路段情况,填方高均不大,不超过7米。由地形条件可知,当地地形较缓,且雨水量又不大。因此,可以采用种草防护,选用根茎发达,较矮的多种草类混合种植防护。对于路堑边坡可采用单层砌石防护,砌石厚0.2米采用沙浆勾缝。第7章挡土墙设计7.1挡土墙设置的用途挡土墙是一种抵抗侧向土压力,用来支撑天然边坡或人工边坡,保持土体稳定的建筑物。被广泛用于公路、铁路、水利等土建工程。在路堑地段若开挖边坡不能自行稳定,可在破脚设置挡土墙。在地面横坡较陡,填筑路基难以稳定或征地、拆迁费用高的填方路段,可在沿河一侧路基设置挡土墙。在某些挖方路段,为防止冲刷,可在沿河一侧路基设置挡土墙;在某些挖方路段,为防止山坡覆盖层下滑,可在路堑边坡上方设置挡土墙。在路基设计中,是否需要设置挡土墙,应通过与其他可能的技术方案进行技术、经济比较来确定,并且初步确定布置挡土墙的位置、墙的断面形式、基础类型及埋深。
7.2挡土墙的类型与形式选择1.按照墙的位置,挡土墙可分为:路堑墙、路堤强、路肩墙和山坡墙。2.按照墙体材料挡土墙可分为:石砌挡土墙、砖砌挡土墙、混凝土挡土墙、钢筋混凝土挡土墙和加筋土挡土墙等。3.按照墙的结构形式,挡土墙可分为:重力式、衡重式、半衡重式、悬臂式、扶壁式、锚杆式、柱板式和垛式等。根据路基横断面图,以路堤墙和路肩墙方案在路基横断面上进行初步布置和工程量估算得知:路堤墙比路肩墙圬工数量略少,但填方量却增加,因此,在路线的最不利位置设计挡土墙为重力式挡土墙,为减少填方数量,增加路堤的稳定性,采用浆砌片石重力式路肩挡土墙。7.3挡土墙设计7.3.1设计资料该设计路段处Ⅳ1区,根据地面荷载、土层参数及地质勘探资料拟定挡土墙的结构形式及断面尺寸,设计此挡土墙为重力式挡土墙。墙顶宽设为1m,墙底宽度为2.5m,挡墙的设计高度设为3m。地下水位-0.5m,墙身采用浆砌块石,砌体的单位容重γ=26kN/,砌体极限抗压强度为700kPa,极限抗拉强度为120kPa,抗剪强度为80kPa。墙背填土的重度为γ=17kN/,内摩擦角为φ=30°,内聚力取。粘土地基强度为fa=160kPa,地基与墙底的摩擦系数µ=0.4,墙背与填土间的摩擦角为δ=20°。挡土墙顶面至路面的高度为a=0.5m。具体如图所示。
图7—1挡土墙布置图确定车辆荷载及换算土柱高度按墙高确定的附加荷载强度进行换算附加荷载强度表7.1墙高换算荷载表格墙高H(m)qk(Pa)墙高H(m)Q(kPa)≤2.020.0≥10.010.0因墙高H=3.0m,由表1-1内插法得q=18.75kpa,所以换算均布土层厚度7.3.2土压力计算计算挡土墙压力Ea,首先要确定产生最大土压力的破裂面,求出破裂角θ。但是这在事先并不知道,必须进行试算。试算时,通常先假定破裂面位置通过荷载中心,计算图示如下:主动土压力的计算由挡土墙各部分尺寸知:Ea=()其中tan=-tanψ
挡土墙墙体背后土体自重G=式中——主动土压力,KN/m——土体破裂角,度——填土的内摩擦角,度——墙背与填土间的摩擦角,度——墙背坡度,度G——挡土墙墙体背后土体自重,KN/m——填土的重度为,kN/——挡土墙高度,m——斜坡高度,m——斜坡宽度,m——车辆荷载换算高度,m所以由上述可近似取破裂面与原假定破裂面相符。从而可计算得:则土压力的水平和垂直分力分别为:水平分力
垂直分力7.3.3稳定性验算——抗滑稳定性和抗倾覆稳定性计算①抗滑稳定性验算为保证挡土墙抗滑稳定性,应验算在土压力及其他外力作用下,基底摩擦力抵抗挡土墙滑移的能力,在一般的情况下,应满足下式:则有由上式可知挡土墙满足抗滑稳定性要求。式中:G——挡土墙自重——主动土压力分项系数,取1.4——基底摩擦系数,根据规范取0.4②抗倾覆稳定性验算为保证挡土墙抗倾覆稳定性,须验算它抵抗墙身绕墙脚趾向外转动倾覆的能力,在一般的情况下,应满足下式:图7—2力矩作用示意图
则有由上可知挡土墙满足抗倾覆稳定性要求。式中:——墙身、基础及其上的土重合力重心到墙趾的水平距离,m——土压力垂直分力作用点到墙趾的水平距离,m——土压力水平分力作用点到墙趾的垂直距离,m7.3.4基底应力及合力偏心距验算为保证挡土墙基底应力不超过地基承载力,应进行基底应力验算。同时,为了避免挡土墙不均匀沉陷,控制作用于挡土墙基底的合力偏心距。①基础地面的压应力基底的平均压应力为:——每延米作用于基底的总竖向力设计值(KN)②基底合力偏心距作用于基底的合力偏心距为:因其为黏性土,基底合力偏心距,则有
fa——地基承载力抗力值(kpa)综上所述,挡土墙满足地基承载力要求。7.4挡土墙的布置7.4.1挡土墙的横向布置横向布置主要是在路基横断面图上进行,其内容为确定断面形式。选择挡土墙的位置。挡土墙的断面形式和位置,均应根据实际情况分析就算后确定。例如,路肩墙与路堤墙的墙高圬工数量相近,基础情况亦相仿时,宜作路肩墙,因为采用路肩墙,可减少填方和占地;但若路堤墙或圬工数量比路肩墙显著降低,且基础也可靠时,则宜作路堤墙。不论是路肩墙还是路堤墙,当地形陡峻时,可采用俯斜式或衡重式;地形平坦时则可采用仰斜式。对路堑来说,宜采用仰斜式或折线式。7.4.2挡土墙的纵向布置挡土墙是用来支撑天然边坡或人工填土边坡以保持土体稳定的建筑物。按照墙的设置位置,挡土墙可分为路肩墙、路堤墙和山坡墙等类型。路堑挡土墙大多设在边沟旁。山坡挡土墙应设在基础可靠处,墙的高度应保证墙后墙顶以上边坡的稳定。当路肩墙与路堤墙的墙高或截面圬工数量相近,基础情况相似时,应优先选用路肩墙,按路基宽布置挡土墙位置,因为路肩挡土墙可充分收缩坡脚,大量减少填方和占地。若路堤墙的高度或圬工数量比路肩墙显著降低,而且基础可靠时,宜选用路堤墙,并作经济比较后确定墙的位置。沿河堤设置挡土墙时,应结合河流情况来布置,注意设墙后仍保持水流顺畅,不致挤压河道而引起局部冲刷。挡土墙纵向布置在墙趾纵断面图上进行,布置后绘成挡土墙正面图。7.4.3挡土墙的平面布置对于个别复杂的挡土墙,例如高的、长的沿河挡墙和曲线挡墙,除了横、纵向布置外,还应作平面布置,并绘制平面布置图。在平面图上,应标示挡土墙与路线平面位置关系,与挡土墙有关的地物、地貌等情况。沿河挡墙还应标明河道及水流方向,以及其他防护、加固工程等。挡土墙的布置,往往需要在横、纵、平三面上多次反复比较,方能取得技术上可靠,经济上合理,且照顾到施工简便的最佳方案。
7.4.4挡土墙的基础埋置深度对于土质地区,基础埋置深度应符合下列要求:无冲刷时,应在天然地面以下至少1m;有冲刷时,应在冲刷线以下至少1m;受冻胀影响时,应在冻结线以下不少于0.25m。当冻深超过1m时,采用1.25m,但基底应夯实一定厚度的砂砾或碎石垫层,垫层底面亦应位于冻结线以下不少于0.25m。碎石、砾石和砂类地基,不考虑冻胀影响,但基础埋深不宜小于1m。对于岩石地基,应清除表面风化层。当风化层较厚难以全部清除时,可根据地基的风化程度及其容许承载力将基底埋入风化层中。墙趾前地面横坡较大时,应留出足够的襟边宽度,以防止地基剪切破坏。当挡土墙位于地质不良地段,地基土内可能出现滑动面时,应进行地基抗滑稳定性验算,将基础底面埋置在滑动面以下或采用其它措施,以防止挡土墙滑动。7.4.5挡土墙排水设施挡土墙应设置排水措施,以疏干墙后土体和防止地面水下渗,防止墙后积水形成静水压力,减少寒冷地区回填土的冻胀压力,消除粘性土填料浸水后的膨胀压力。排水措施主要包括:设置地面排水沟,引排地面水;夯实回填土顶面和地面松土,防止雨水及地面水下渗,不要时可加设铺砌;对路堑挡土墙墙趾前的边沟应予以铺砌加固,一防止边沟水渗入基础;设置墙身泄水孔,排除墙后水。浆砌片石墙身应在墙前地面以上设一排泄水孔。墙高时,可在墙上部加设一排汇水孔。排水孔的出口应高出墙前地面0.3m;若为路堑墙,应高出边沟水位0.3m;若为浸水挡土墙,应高出常水位0.3m。为防止水分渗入地基,下排泄水孔进水口的底部应铺设30cm厚的粘土隔水层。泄水孔的进水口部分应设置粗粒料及滤层,以免孔道阻塞。7.4.6沉降逢与伸缩缝为避免因地基不均匀沉降而引起墙身开裂,需根据地质条件的变异和墙高,墙身断面的变化情况设置沉降缝。为了防止圬工砌体因收缩硬化和温度变化而产生裂缝,以内感设置伸缩缝。设计时,一般将沉降缝与伸缩缝合并设置,沿路线方向每隔10~15m设置一道,兼器两者的作用,缝宽2~3cm,缝内一般可用胶泥填塞,但在渗水量大,填料容易流失或冻害严重地区,则宜用沥青麻筋或涂以沥青的木板等具有弹性的材料,沿内、外、顶三方填塞,填深不宜小于0.15m。
图7—3挡土墙排水和变形缝设置第8章路基路面设计8.1基本资料本段设计道路为一级公路,交通量年平均增长率为6%,土质为粘性土,土基回弹模量。按设计弯沉和层底拉应力控制设计路面。确定设计年限内一个车道的累计当量轴次,确定设计弯沉,路面拟采用沥青混凝土面层,设计年限为15年。8.1.1确定路面等级营运第一年双向日平均交通量=6700次。由《沥青路面设计规范》表A1可查得四车道的车道系数为0.4-0.5,取0.4,累计当量轴次
次﹤次交通类型为重交通,面层类型选取为沥青路面。8.2结构组合设计及各层材料设计参数根据《规范》沥青面层厚度推荐12—18cm,在此取18㎝,初拟结构层如下所示:面层沥青马蹄脂碎石4㎝中粒式密级配沥青混凝土6㎝粗粒式密级配沥青混凝土8㎝基层水泥稳定碎石30㎝底基层水泥:石灰:沙砾:土30㎝土基8.2.1各层材料的抗压模量与劈裂强度查规范得各层材料的抗压模量和劈裂强度,抗压模量取15℃和20℃的模量,各值均取规范范围内的允许值,因此得抗压模量和劈裂强度,统计结果如下表:表8.1结构组合设计及材料参数面层材料种类抗压模量劈裂强度15℃20℃沥青马蹄脂碎石200016001.9中粒式密级配沥青混凝土200014001.2粗粒式密级配沥青混凝土140012001.0基层材料种类抗压模量(Mpa)劈裂强度
计算弯拉用计算弯沉用水泥稳定碎石420017000.6水泥:石灰:沙砾:土220012000.4对于一级公路,《沥青路面设计规范》要求以设计弯沉值为设计指标,并进行层底拉应力验算。1.设计弯沉值该公路为一级公路,公路等级系数取1.0,面层是沥青混凝土,面层类型系数取1.0,半刚性基层,底基层的总厚度大于20㎝,所以基层类型系数取1.0。由《沥青路面设计规范》公式——设计弯沉值(0.01mm);N——设计年限内累计当量轴载通行次数;A——公路等级系数,高速公路、一级公路为1.0,二级公路为1.1,但、四级公路为1.2;A——面层类型系数,沥青混凝土面层为1.0,热拌沥青碎石、冷拌沥青碎石、沥青表面处治为1.1;A——路面结构类型系数,刚性基层、半刚性基层沥青路面为1.0,柔性基层沥青路面为1.6。2.各层材料的容许层底拉应力——路面结构材料的极限抗拉强度(Mpa);——路面结构材料的容许拉应力,即该材料能承受设计年限N次加载的疲劳弯拉应力(Mpa);——抗拉强度系数。沥青马蹄脂碎石:
中粒式密级配沥青混凝土:粗粒式密级配沥青混凝土:水泥稳定碎石:水泥:石灰:沙砾:土:表8.2设计指标汇总表材料名称厚度h(cm)15℃模量(MPa)20℃℃模量(MPa)容许拉应力沥青马蹄脂碎石4200016000.508中粒式密级配沥青混凝土6200014000.321粗粒式密级配沥青混凝土:8140012000.267水泥稳定碎石304200(弯拉)1700(弯沉)0.355
水泥:石灰:沙砾:土302200(弯拉)1200(弯沉)0.13798.3路面结构验算路面结构设计采用双圆均布垂直荷载作用下的弹性层状连续体系理论进行计算,路面荷载及计算点如图所示。图8—1路面荷载及计算点图示路面结构设计以路面容许回弹弯沉值和结构层底拉应力作为设计指标进行验算。结构厚度设计应满足结构整体承载力与抵抗疲劳开裂的要求。8.3.1路表弯沉值验算轮隙中心处(A点)路表计算弯沉值小于或等于设计弯沉值,即:;通过Bisar软件计算结果得到路表弯沉值为15.347(0.01mm);满足设计要求=15.347<=20.263。8.3.2层底拉应力验算轮隙中心(C点)或单圆荷载中心处(B点)的层底拉应力应小于或等于容许拉应力,即:根据Bisar计算结果确定层底拉应力是否满足。验算结果如下表。表8.3路面厚度设计结果结构层材料抗压模量(MPa)厚度(cm)层底拉应力(MPa)容许拉应力(MPa)沥青马蹄脂碎石20004-0.4860.508中粒式密集配沥青混凝土20006-0.004180.321粗粒式密集配14008-0.1740.267
沥青混凝土水泥稳定碎石基层4200300.08570.355水泥:石灰:沙砾:土基层2200300.10910.1379土基————————最后得到路面结构设计结果如下:-----------------------------------------------------------沥青马蹄脂碎石4cm-----------------------------------------------------------中粒式沥青混凝土6cm-----------------------------------------------------------粗粒式沥青混凝土8cm-----------------------------------------------------------水泥稳定碎石30cm-----------------------------------------------------------水泥:石灰:沙砾:土30cm-----------------------------------------------------------土基——第9章道路交叉口设计9.1交叉口交通分析和设计要求交叉口是道路系统的重要组成部分,是道路交通的咽喉。车辆和行人汇集、转换方向、相继通过。降低车速、阻滞交通、易发生交通事故,耽误行程时间。平面交叉口是城市道路网最常见的一种节点形式,它们对道路网的交通状况影响很大,因此,平面交叉口是城市道路设计的重点内容之一。9.1.1交叉口的特征1.交通特征1)交通流在交叉口要产生危险点分流点—来自同一方向的车辆向不同方向分开的地点。冲突点—来自不同方向的车辆以较大的角度互相交叉的地点。合流点—来自不同方向的车辆以较小的角度向同一方向汇合的地点。
当相交道路均为双车道时,各类危险点数目如表3条4条5条n条分流点3815n(n-2)合流点3815n(n-2)冲突点左转3316125045n2(n-1)(n-2)/6直行045冲突点是交叉口的最危险点,而产生冲突点最多的是左转车辆。2)交叉口交通复杂行车状态复杂。车辆进入交叉口要减速、制动,出交叉口时又要起步、加速,均为变速行驶,使行车的惯性阻力增加。交通干扰复杂。交叉口一般处于人口集中的繁华地区,行人、非机动车在交叉口转换方向,使交通干扰更为复杂。2.构造特征共有的公共平面,在几何上应满足各条道路的平、纵面线形和排水的要求。9.1.2改善交叉口交通的基本途径1.使交通流线在时间上分离如装置自动交通信号灯、由交警指挥、限制通行时间等。2.使交通流线在平面上分离1)设置专用车道;2)合理组织、变左转为右转;如设环岛、街坊绕行等3)组织渠化交通;如使用划线、绿带、交通岛和各种标志等3.使交通流线在空间上分离设置立体交叉。9.1.3交叉口设计的内容及基本要求1.设计内容1)正确选择交叉口类型;2)合理布置交叉口各种交通设施,进行交通组织设计;3)确定交叉口各部分的几何形状和尺寸;4)交叉口竖向设计及排水设计2.基本要求
1)保证相交道路上所有车辆和行人的交通畅通与安全,满足设计车速和设计交通量的要求;2)保证交叉口范围内的地面水迅速排除;3)交叉口宜选在地形平坦,视线开阔的地方,宜设在水平纵坡段处,而且,紧接水平坡段的纵坡应小于3%;在山岭工程艰巨地段,应不大于5%。4)交叉口路线应尽量垂直相交;当其必须斜交时,应使交角尽量大,交角应大于45°。5)平面交叉的设计,应以左转弯、右转弯和直行等不同方向的设计小时交通量为基本依据。6)交叉路段宜采用直线;当采用曲线时其曲线半径宜大于不设超高的最小半径。当设计时速为100km/h时,公路平面交叉圆半径的一般值为460m,极限值为380m。7)交叉口在任何条件下均应设标志。8)交叉口必须保证规范规定的视距和识别距离。当手地形条件及其他特殊情况限制时,视距可采用表中低限值,但必须采取设置限速标志等技术措施。视距三角内的障碍物必须消除。9.1.4交叉口的设计车速《城市道路设计规范》规定:交叉口内的设计车速应按各级道路设计车速的0.5—0.7倍计算,直行车取大值,转弯车取小值。9.2交叉口的形式和选择9.2.1平面交叉的一般几何类型十字交叉、X形交叉、T形交叉、Y形交叉、错位交叉、多路交叉、畸形交叉。路口的选型应根据城市道路的布置、相交道路等级、性质、设计小时交通量、交通性质及组成和交通组织措施等确定。平面交叉的相交道路宜为4条,不宜超过5~6条。平面交叉口应避免设置错位交叉,已有的错位交叉口应从交通组织、管理上加以改造。平面交叉口间距应根据道路网规划、道路等级、性质、计算行车速度、设计交通量及高峰期间最大阻车长度等确定,不宜太短。9.2.2交叉口的类型1.加铺转角式----用曲线展宽各个转角而构成的平面交叉口。特点:形式简单,占地少,造价低,设计方便。
2.分道转弯式----通过设置导流岛、划分车道等措施使单向右转或双向左、右转车流以较大半径分道行驶的平面交叉口。特点:右转弯车辆行驶速度和通行能力均较高。3.拓宽路口式----在接近交叉口的道路两侧展宽或增劈附加车道的平面交叉口。特点:减少转弯车辆对直行车辆的干扰,车速较高,事故率低,但占地多,投资较大。4.环行交叉式----在交叉口中央设置中心岛,用环道组织渠化交通,使进入环道的所用车辆一律按逆时针方向绕岛单向行驶,直至所要去的路口离岛驶出的平面交叉口,俗称转盘。特点:减少延误时间,增加绕行距离;消灭了冲突点,提高行车安全;交通组织简便,不需信号管制;中心岛绿化可美化环境;造价高。9.3交叉口的交通组织设计9.3.1机动车辆的交通组织1.设置专用车道车行道宽度较窄,不设专用车道。2.组织左转弯车辆1)设置专用左转车道2)实行交通管制3)变左转为右转3.组织渠化交通在车道上划线或用绿带和交通岛来分隔车流,使各种不同类型和不同速度的车辆能象渠道内的水流那样,沿规定的方向互不干扰地行驶,这种交通称为渠化交通。限制车辆行驶方向,使斜交对冲的车流为直角或锐角交叉。限制车道宽度,控制车速,防止超车。4.车道设置1)交叉口进口车道应采用交通标志和标线,指明车道类型,以利车辆安全候驶与行驶。2)交叉口进口车道宽度,直行车道一般可采用3.5m,小型车道可用3m,左、右转专用车道可采用3.5m,最小可采用3.25m。出口车道宽度可为3.5-3.75m,小型车道可用3.5m9.3.2非机动车的交通组织
1.与机动车交通组织共同考虑;一般车流下,随机动车按交通规则在右侧行驶,不设分流设施;而车流量较大时,可采用分隔带(或墩)将机动车与非机动车分离行驶,减少相互干扰。2.立体非机动车交通组织,并与人性天桥或地道一起考虑,采用梯道、坡道或混合式。9.3.3行人的交通组织在城市道路中,尤其在交叉口处,行人在此汇集、转向、过街,需考虑行人交通组织。行人交通组织的主要任务包括两个方面,一是组织行人在人行道上行走,二是组织行人在人行横道线内安全过街,从而使人、车分离,相互之间的干扰最少。人行道通常对称布置在车行道两侧。交叉口内相邻道路的人行道互相连通,并将转角处人行道加宽,以适应人流集中和转向的需要。9.4交叉口的视距三角形9.4.1定义由相交道路上的停车视距所构成的三角形。9.4.2绘制的方法和步骤1.确定停车视距2.找出行车最危险冲突点十字形交叉口:最左侧第一条直行车道与相交道路最靠中线的第一条左转车道轴线的交点。T(Y)形交叉口:直行道路最右侧第一条直行车道与相交道路最靠中线的第一条左转车道轴线的交点。3.从最危险冲突点向后沿行车轨迹线各量取停车视距4.连接
图9—1平面交叉口设计简图9.5设计方案与简图根据以上的平面交叉口的形式以及根据各相交公路的功能、等级、交通量、交通管理方式,并结合地形、用地条件和投资等因素来选定此次设计标段内的道路平面交叉口的设计形式。设计前熟知规范要求,在充分了解各种限制条件的前提下进行交叉口的设计,设计如下:在该设计中地形图上有1处交叉口,它的坐标分别是K0+168,与主线交叉的路段主要都是一些乡镇道路,所以要配合主线以及道路的设计线形。所采用的交叉口设计形式主要如下列图示:图9—2交叉口简要示意图该道路与设计道路近垂直相交,由于被交道为乡镇道路,所以设计交叉口的技术指标应与主干路一致,符合主干路交叉口的设计要求。9.6交叉口的竖向设计
9.6.1竖向设计的要求交叉口竖向设计应综合考虑行车舒适、排水通畅、与周围建筑物的标高协调等因素,合理确定交叉口设计标高。应合理布设雨水口。坡向交叉口道路的人行横道上游应设置雨水口,低洼处应布设雨水口,要求交叉口范围不产生积水现象。9.6.2竖向设计的原则1.主要道路通过交叉口时,其设计纵坡保持不变,次要道路的纵坡应随主要道路的横断面而变,其横坡应随主要道路的纵坡而变。2.同等级道路相交时,两相交道路的纵坡保持不变,而改变它们的横坡。一般应改变纵坡较小的道路横断面,使其与纵坡度较大的道路纵坡一致。3.为保证交叉口排水,至少应使一条道路的纵坡坡向离开交叉口一侧。9.6.3交叉口竖向设计的基本类型1凸形地形2凹形地形3分水线地形4谷线地形5斜坡地形6马鞍形地形道路纵断面设计时应注意交叉口拉坡的方向。9.6.4竖向设计的方法和步骤交叉口竖向设计的方法有方格网法、设计等高线法及方格网设计等高线法。水泥混凝土路面的交叉口应根据设计等高线计算内插出各分块的角点设计标高,沥青类路面的交叉口则应内插出施工线网节点的设计标高,供施工放样用。1.收集资料:测量、道路、交通、排水资料2.根据相交道路点的坐标,计算相交道路的相交角度3.绘制交叉口平面设计4.确定交叉口转角缘石曲线半径原则(1)相邻转角的缘石曲线切点尽可能靠近;(2)缘石曲线对角线长度尽可能相等(3)大角度大半径,小角度小半径;(4)缘石曲线半径R取整。5.确定人行横道线的位置
6.确定交叉口的设计范围缘石曲线外切点作道路中心线的垂线与缘石曲线所围成的范围7.计算路脊线的长度、缘石曲线的长度8.确定相交道路进入交叉口的横坡度,计算并调整缘石曲线切点高程。满足:由路段横断面形式渐变到交叉口单幅路形式后,单幅路的横坡度≥5‰。9.确定标高计算线(1)设计等高线法①圆心法A等分路脊线--自交叉口中点向路段方向相对等分B连接路脊线各等分点与对应缘石曲线的圆心交于缘石曲线②等分法A等分路脊线与相应的缘石曲线(对应等分比例)B连接相应的等分点③平行线法A等分路脊线B由等分点作对角线的平行线交于缘石曲线(2)方格网法A等分路脊线B由等分点作道路中心线的平行线交于缘石曲线10.计算路脊线上各等分点的高程11.交叉口内点的标高计算(1)方格网法:直接计算方格网节点标高(2)设计等高线法①计算缘石曲线切点、中点的高程并调整满足要求:2%≥缘石曲线排水坡度≥2.5‰2%≥对角线排水坡度≥5‰②计算缘石曲线上各交点的设计高程③确定标高计算线的路拱方程、标高计算线上标高计算点的位置并计算标高计算点的设计高程④绘制等高线、内插计算板块角点或施工网节点设计高程
第10章路基的设计处理与防护公路路基是路面的基础,它承受着土体本身的自重和路面结构的重力,同时还承受由路面传递下来的行车荷载,所以路基是公路的承重主体。为了确保路基的强度和稳定性,使路基在外界因素的作用下,不致产生过量的变形,需要运用相关知识和道路路基设计规范进行合理的路基设计,以保证道路的正常使用。同时在路基的整体结构中还必须包括各项附属设施,其中有路基护坡道、及错车道等。10.1路基横断面布置路基宽度为26m,中间带宽度为3m,其中中央分隔带宽度为2m,左侧路缘带宽度为2×0.5=1m,硬路肩宽度为3.00×2=6.0m,其中右侧路缘带为1m,土路肩宽度为1.5m。路面横坡为2%,土路肩横坡为3%。如下图示:
10.1.2路基边坡本公路路基边坡由于填土高度均未超过2.5m,并且在填土大于2m的路段都设有挡土墙。未设重力式挡土墙时,其边坡为1:1.5,采用衬砌拱加种草防护。护坡道为1.0m。10.1.3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2.1的要求。填挖类别路床顶面以下深度(m)路基压实度零填即挖方0-0.30-0-0.80≥96填方0-0.80≥960.80-1.50≥94≥1.50≥93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,应在填前进行低级处理并压实。路基设计时,清理场地后进行填筑压实,清表厚度按0.2m计算。10.1.4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。沉降较高的地段可以利用工业废渣(粉煤灰)做路基填料。填方路基宜选用级配较好的粗粒土作为填料。砾石填料应优先选用为路床填料,土质较差的细粒土可填于路基底部,用不同填料填筑路堤时,应分层填筑,每一水平层均采用同类填料。细粒土作填料,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。固化材料等技术进行处理。桥台台背和挡土墙墙背填料,应优先选用内摩擦角大的砾石类土,沙类土填筑。
10.2路基的处理10.2.1一般路基处理1.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%石灰土处理层,路基高度低于2m的路段,清除表土后,将原地面挖至25cm深压实后才可填筑,路床顶面以下均采用7%石灰土处理;路基高度大于2.0m的路段,路床顶面以下0-60cm采用7%的石灰土处理,即底部设3%土拱,土拱设30cm5%石灰土处理层,对于路基中部填土的掺灰,根据施工具体情况,在保证路基压实度的前提下,决定处理层掺灰量。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,掺入石灰等技术措施。路床顶面横坡应与路拱坡度一致。(2)条件不良或土质疏松,渗水,湿软,强度低时,采用防水,排水措施或掺石灰或换填渗水性土等措施,处理深度可视具体情况确定。(3)填方路基的底部,应视不同情况分别予以处理:a、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,地表有树根草皮等腐殖土应予以处理深除。b、路堤基底范围内由于地表水影响路基稳定时,应采取防水,排水措施或在路基底部填筑不易风化的岩石等透水性材料。c、路堤基底为耕地或土质松散时,应在填筑前进行压实,一级公路路堤基底的压实度(重型)不应小于85%,路基填土高度应小于路床厚度(80cm),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。d、水稻田,湖塘等地段的路基处理,应视具体情况采取排水清淤、晾晒、换填、掺灰及其他加固措施进行处理,当为软土地基时,应按特殊路基处理。路基土的掺灰剂量,可根据实际情况而定,一般粘质土采用石灰或者二灰处理,粗粒土可采用325号水泥处理。10.2.2软土路基的处理1.处理的一般原则1)尽早用堆载预压不作深层处理软基的方法,这种以自然沉降逐渐达到路基稳定,是一种最经济也简单的方法。适于对于我国公路基本建设的程序不能尽早拔款、征地、施工。但限于工期较长的大型工程。
2)在施工工期紧迫,时间有限的情况下,除个别路堤在不影响总体施工的情况下,可适当的不作地基处理。桥梁基础处,可用多种方案进行优选,选择最合适经济的方案,同时选用有资质有大型先进设备的建设单位以保证施工的质量和安全性。2.勘察、设计和施工1)首先要弄清楚软土地区的水文地质情况,由于软土地基的复杂性,用于强度计算的土工参数,无论从测定方法中还是测定过程中都存在诸多的不确定性,理论上也无法达到完善。所以勘察人员要考察地质资料,实地进行多元勘探。工程地质条件复杂,还应进行工程地质分区,做到勘探详细化。在勘察设计时如地质工作做的不详细,在施工时如有不能实施或实施危险性高,必须进行补充勘察及勘探工作,对地质情况作进一步了解之后在作出修改方案。2)设计方案要经济又要合理切合当地实际情况。3)保证所用材料数量、质量;施工机械数量、规格、性能均要满足要求。4)施工时要严格遵守施工技术规范和按照操作规程办事,以保证质量要求,软土地段特别要注意控制填土速率,避免产生路堤滑移和发生其它意外事情。5)施工方要及时的测量校正,保证无偏差或偏差在容许范围内。做好施工组织和施工安全负责,工作明细化责任化。6)监理工作要恪尽职守,及时进行监理和记录。严厉防范偷工减料、保证施工质量和施工安全。3.处理方案1)换土将路堤下的全部软土利用人工或机械进行挖除,用强度较高的粘性土或卵石、砂、片石、砾等渗水性材料换置换软弱土体,形成复合地基,或在软弱地基中部分土体内掺入水泥、水泥砂浆,以及石灰等物,形成固体,与未加固部分形成复合地基,达到提高地基承载力,减小压缩量。2)排水砂垫层在路堤底部铺设一层比较薄的砂层,起浅层水平排水作用,以加速软弱地基的沉降发展和缩短固结,保证路基的强度和稳定性。3)排水固结多用各种不同长度和间距的袋装砂井或塑料排水板与砂垫层以及利用天然地基的本身透水性或进行有效结合处理,加压系统的选择要根据软土地基做出针对性的安排,以保证排水系统和加压系统的融合。4)挤实砂桩以震动或冲击的方法将石、砂等高强度材料强力挤入软土地基中,形成较大的密实柱体,使软土地基的整体抗剪强度提高,从而较少沉降。5)预压在工期不紧的情况下,在软土地基上修筑路堤,可以先填筑一部分或全部,这样地基可以在一段时间固结沉降,然后填足、铺筑路面。
无论采用何种方法首先根据工程规模、施工场地、工期要求、路面结构、资金拨款等,合理先取,此外,在大型工程中常常将预制场设桥头填方位置,既起堆载预村地基的作用,又作上部结构制作工场。对于施工要严格监理,合理利用资源,尽可能地降低基建费用,节约造价。4.软土地基处理应注意的问题地基处理大都是隐蔽工程,而且大部分地基处理方法的加固效果并不是施工结束后就能充分体现,需待使用一段时间后才能逐步显示其是否达到以如期效果,所以一个成功工程必须在各个施工环节中把握质量关,并合理安排施工程序和加强检测管理,才能得以保证。故在施工中要特别注意以下几个问题:1.在选择地处理方法时除考虑对地基的适用性和合理性外,还应该综合考虑公路条件、施工条件、经济、安全等综合要素。2.做到勘察、设计、施工一体化。保证工程的安全性和可事实性。3.要采取适当的施工程序,进行合理施工,尽可能避免返工等造成的经济损失。4.软基处理要与防护工程结合,消除突发事件影响。5.选择桥梁作为软基处理时,要综合比较经济、安全、美观、环保等方面因素。6.做好资料的整理记录,并总结施工经验,为以后处理相关工程提供借鉴。第11章桥涵设计11.1桥涵设计南通地区为多水塘多河网的平原地区,设计线路内穿过多条池塘与河流,对于部分河流、池塘采取填土处理,其中有些具有灌溉和通航要求的中小河流需要进行一些桥与涵洞的设计。本设计段内桥梁设计无通航要求基本为小桥设计,在中点桩号为K2+910处有一座长50m的斜交中桥,将以此为范例进行设计,具体设计方案如下。涵洞主要是为了保证农田灌溉同时兼具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,
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。11.1.1桥涵的重要性桥涵在公路工程中的作用和建设意义可归纳为以下几点:1.数量多、比重大,直接影响公路工程的进度、质量和造价。就个体而言,小桥涵工程数量较小,但对整条公路来说,因其分布全线,工程量占有很大比重。2.分布广、类型多,直接影响公路营运的安全。小桥涵是公路防御洪水的重要结构物,沿线分布广、类型多,其跨径拟定、结构选择、轴线与水流方向的夹角确定、进出口处理以及台背回填等都与公路整体工程质量及安全运营有着密切关系,不能轻视。3.兴水利,利农业,直接影响农田水利灌溉。公路是带状的线形结构物,通过农业区的公路,农田灌溉涵的设置十分重要,因此设计中应解决好农路结合问题,确实保护好农民的利益,充分考虑农田灌溉和农业水利的需求,处理不好,不仅影响农业生产,而且也影响公路的营运。4.设通道、利行人,直接影响沿线群众生产生活5.跨线桥,架于路线上空,直接影响道路的景观。小桥涵是公路的一个重要组成部分,就单个而言,小桥涵工程数量较小,但对整条公路来说,因小桥涵分布全线,工程量占着很大比重,小桥涵的设计与布置是否合理,对于整条公路的造价和使用质量都有很大影响。11.1.2桥涵的设计原则和基本要求1.设计原则桥涵的设计应与所在的公路的等级、性质、使用任务和将来的发展需要相适应,应该遵循安全、适用、经济、美观和有利于环保的原则进行设计,并应做到因地制宜、就地取材、便于施工和养护等。具体原则有以下几点:1)小桥涵址应选择良好的地质地带,以使基础稳定。当无法避开时,其基础及地基必须进行特殊的处理。2)要与农田灌溉及规划紧密联系起来,使路线通过的地区,不因小桥涵设置不当而成排洪不畅、冲毁路基、积水淹田。3)小桥涵位置和方向的设置,做到“进出口要顺,水流要稳”,不发生斜流、涡流现象,避免引起上游水位壅高淹没农田、路基;下游流速过大,冲蚀沟岸,使农业生产受破坏。4)从工程的养护维修出发,综合考虑,全面比较,尽可能减少工程量2.基本要求1)使用上的要求
桥上的行车道和人行道宽度应保证车辆和人群的安全畅通,并应满足将来交通量增长的需要。桥型、跨度大小和桥涵下净空应满足泄洪、安全通航或通车等要求。建成后的桥涵要保证使用年限,并便于检查和维修。2)经济上的要求桥涵设计应体现经济上的合理性。在设计中必须进行详细周密的技术经济比较,使桥涵的总造价和材料等的消耗为最少。桥型应能够因地制宜、就地取材、施工方便的原则进行选择。3)设计要求小桥涵作为一种常见的多用小型排水人工构造物。在使用上应满足行车、排水、通航、跨越等基本要求。4)结构尺寸和构造上的要求整个桥涵结构及其各部分构件,在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。5)施工上的要求桥涵结构应便于制造和架设。应尽量采用先进的工艺技术和施工机械,以利于加快施工速度,保证工程质量和施工安全。6)美观上的要求桥涵也应具有优美的外形,应与周围的景致相协调。合理的结构布局和轮廓是桥涵所追求的美观的主要因素,但也决不能把美观片面地理解为豪华的细部装饰。11.2桥梁设计11.2.1桥梁结构应符合以下规定1)构件在制造、运输、安装和使用过程中应具有规定的强度、刚度、稳定性和耐久性;2)构件减小由附加力、局部力和偏心力引起的应力;3)选用的型式应便于制造施工和养护;4)地震区城市桥梁结构的设计和布置应符合现行的《公路程抗震设计规范》有关规定;5)不得在桥上敷设污水管、煤气管和其它可燃、有毒或腐蚀性的液、气体管,如条件许可,允许在桥上敷设电讯电缆、热力管、自来水管、电压不高于10kw配电电缆,但须采取有效的安全防护措施。11.2.2桥梁结构设计本毕业设计中共有2座中桥和4座小桥,跨度最长的为K2+910处的一座中桥,其起点和终点桩号分别为K2+880和K2+930,以此桥为例进行设计,布置3跨,跨径分布为15—20—15(m),不再设置引桥(祥见下图)。上部结构采用简支梁预应力钢筋混凝土空心板(最大跨径20m)。
下部结构:1.桥台:重力式U型台,重力式“一”字台,埋置式桥台,薄壁桥台,轻型桥台;2.桥墩:柱式墩;3.基础:桩基承台基础。结构尺寸:1.桥面边缘标高=线路设计标高-桥面横坡*行车道宽度/2;2.安全带高出桥面边缘25cm或30cm;3.墩帽、台帽高度:30cm,台帽宽度:80cm(斜桥为80/cosa);4.盖梁宽度:桩柱直径+2*10cm盖梁高度根据实际情况计算确定;5.墩柱直径根据实际情况确定;6.重力式桥台前墙墙顶厚度:50~80cm;7.重力式桥台前墙背坡:1:3。图11—1桥梁纵断面设计简图(单位:m)11.3涵洞设计11.3.1涵洞结构类型1.钢筋混凝土圆管涵2.钢筋混凝土盖板涵3.石拱桥(涵)4.石盖板涵5.漫水工程11.3.2涵洞洞口型式的选择我搜集了以往常用的洞口形式:八字翼墙、锥形护坡、一字墙护坡、上游急流坡(或跌水井)、上游边沟跌水井、下游急流坡、下游接挡土墙附跌水、倒虹吸等结构形式。应用时根据现场情况分别选择上、下游洞口形式与洞身组合使用。11.3.3涵洞一般要求
涵洞的类型决定了它的功能、造价和使用年限,因此涵洞类型的选择基本按照符合因地制宜、就地取材和便于施工养护等原则。同时考虑了农田排灌的需要。综上所述可见涵洞类型的选择综合考虑了以下几个因素:1.道路的等级、性质和任务:2.涵洞所处的地形、地质、水文和水力条件:3.工程费用和造价:4.当地筑路材料情况:5.施工期限和施工条件:6.养护维修条件等。知道了如何选择涵洞类型后就要进一步了解各类涵洞的特点及使用条件了。综上考虑本设计采用钢筋混凝土圆管涵,涵洞洞口采用八字翼墙形式。11.3.4确定涵洞的直径d圆管涵为一般无压力式涵洞。孔径计算按照自由出流宽顶堰的计算公式,常以进口附近水深恰为h处(或收缩断面处)的水流断面比能来推算过涵流量与涵前水深,其基本公式为:=2.554式中:Q——过涵流量(设计洪水流量),;h——涵洞进口附近临界断面的水深,取1.50m;H——涵前总水头,取1.82m;——过水面积,取1.2×1m;——涵前行进流速,m/s;——流速系数,因涵洞进水口的局部水头损失而引起。对拱涵、圆管涵,=0.85——压缩系数,考虑涵洞进水口对水流的侧向压缩,,其中,为流速分布系数,无压力式涵洞一般取=1,则=1。g——重力加速度,取9.80m/s。
根据上述基本公式,对在公路上经常采用的涵洞选定有关数据后,可得到他们相应的孔径计算公式。圆管涵则==1.1795m结合圆管涵常用管径,本设计取管径d=1.25m。11.3.5临界流速和临界坡度的确定临界流速m/s临界坡度采用临界坡度时,涵内正常水深h0和流速v0均与临界水深hk和临界流速vk相同。涵洞底坡等于临界坡度,涵前水深小于允许水深,涵洞进水口处得净空高度大于要求得最小净空高度,涵洞出口处水深(涵内水深)大于下游正常水深,涵洞水流状态为无压自由流。11.3.6最大纵坡的确定假设涵洞内正常流速采用允许流速(),则涵洞纵坡可增大。由流量公式,涵内过水断面面积为m2则查表的充满度。由此,正常水深m。查表知断面的流速特征相对值,其中,由此。
则可见涵洞纵坡I可在=2.842‰~4.274‰范围内选择。11.3.7确定涵洞长度mm式中——路基宽度,为26.0米;上,下——由路基中心至上、下游路基边缘的宽度,当路基无加宽时均为0.5B,即为13.00米;——路基填土总高度,即由路基中心至路基边缘高度,此涵洞处为2.5m;上,下——涵洞上下游洞口建筑高度,上取2m,下取1.5m;——路基边坡坡度,1:1.5;——涵底坡度(以小数表示)=3.00%;上,下——涵洞上,下游长度。涵洞全长:上下=13.072+14.31=27.382m。结论此次毕业设计是对221省道(南通段s1标段)进行的路线设计,在此次毕业设计的过程中对所涉及的内容进行了系统的设计。以下是对设计内容进行的总结,包括路线、排水、边坡、路面几个方面。(1)该公路的路线中设有4个交点,都采用缓和曲线—圆曲线—缓和曲线的形式,11条竖曲线,。经过曲线计算后确定路线的总长为4069.858m。(2)在路基排水的设计中进行了排水沟的计算,采用的是1:1.5的边坡率,经过计算得到沟深0.6m,沟底宽0.6m。截水沟的内侧边坡率1:1,路堤边坡1:1.5。由于设计的公路为一级公路,在路面排水中采取的是路面排水。(3)由于地形的原因,处于平原区,填土高度普遍较低,维持在2.5m以下,故只在填土高度大于2.3m处设置挡土墙进行支挡,从而保持土体稳定,防止土体滑坡影响交通。(4)路面设计采用的沥青混凝土路面层
,沥青混凝土的路面具有一些其它路面所不具有的特点。沥青路面是在柔性基层、半刚性基层上,铺筑一定厚度的沥青混合了作路面层的路面结构。这种路面与砂石路面相比,其强度和稳定性都要大。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。在设计路面的时候采取的是三层式沥青混凝土面层,分别为沥青玛蹄脂碎石混合料、中粒式密级配沥青混凝土、粗粒式密级配沥青混凝土。厚度分别为4cm,6cm,8cm,其中上面层采用SMA,是因为其温度敏感性更小,抗变形能力更好。(5)图纸在本次设计中占有很重要的地位,有纵断面的设计图、横断面的设计图、路线平面图、半填半挖式横断面图、路面结构图全填式横断面图、全挖式横断面图、挡土墙设计图。其中手绘图纸5张,分别是路面结构图、半填半挖式横断面图、全填式横断面图、全挖式横断面图、挡土墙设计图。通过本学期的毕业设计,我全面熟而深入悉了设计过程中所有的环节、设计内容、方法、步骤等,并通过使用纬地道路CAD、AutoCAD、HPDS2003公路路面设计、Office、Bisa等软件来进行设计,提高了自己借助计算机来辅助设计的不能离。这次经历使得我们对大学期间所学的理论专业知识有了一个实践的机会,培养了我们分析和解决工程实际问题的能力。在设计的过程中会频繁的查阅各种文献,这渐渐地使对我们土木行业新的规范、标准等有进一步的了解和认识,使得我们能够足够重视各项规范,能将规范标准中的各项技术指标应用到设计中。本次设计是一次对我全面的考验,检验我大学四年所学的专业知识功底是否扎实,其中涉及的内容包含了四年里学过的交通土建专业知识,是一次有效的设计演练,将大大提高没我们的综合能力。正如我校的校训——学以致用。将昨日之所学,能用于明日之实际工作中,这才是学习一种专业知识的目的。致谢在此次设计中,有幸得到祝兵老师的指导。在设计中每当有问题时都会电话咨询祝兵老师,而祝兵老师也总是耐心解答。每周祝老师都会本着负责的态度来检查我们的进度,督促我们抓紧时间。遇到问题他总是耐心给我们解答,使我们受益匪浅。在祝老师的大力支持下我克服了设计中的种种问题,使的自己对公路设计有了进一步的了解。在公路的设计过程中我也积累了知识、增强了信心、增长了见识,没有祝兵老师的悉心指导与帮助就难以完成本次毕业设计,更不会从中获得书本上难以获得的知识。在此,对祝兵老师表示衷心的感谢和深深的敬意!同时感谢我周围的同学给予了我极大的帮助,在四年的校园生活中,我们相互学习、相互勉励。最后还要感谢学校领导,正是由于他们的精心组织、关心、帮助才有了这样一次难得的机会去提升自己,也
才使此次设计得以顺利完成,对他们的帮助再次表示感谢!在最后,我还要由衷地感谢我的母校——南京工程学院。在这四年里,对我孜孜不倦地栽培,不仅仅教会了我谋生的技能,更让我懂得了做人的道理;我的专业能力得到提高,我的人生理想也更加远大!让我们内心常满信心去步入新的工作岗位,迎接新的挑战。谢谢!设计者:刘彬南京工程学院建筑工程学院2013.05参考文献1.中华人民共和国行业标准.公路工程技术标准(JTGB01-2003).北京:人民交通出版社,2004:142.中华人民共和国行业标准.公路路线设计规范(JTGD20-2006).北京:人民交通出版社,2006:323.中华人民共和国行业标准.公路路基设计规范(JTJD30-2004).北京:人民交通出版社,2005:20—214.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.2000:12—135.中华人民共和国行业标准.公路沥青路面设计规范(JTGD50-2004)北京:人民交通出版社.2005:15—236.交通部第二公路勘察设计院.公路设计手册(路基).人民交通出版社.1996:120—1307.孙家驷.道路设计资料集.人民交通出版社,2004年2月:38-45
8.张雨化.道路勘测设计.人民交通出版社,2002年:56-789.邓学钧.路基路面工程.人民交通出版社,2003年5月:46-9510.毛宝兴.公路工程设计规范汇编.人民交通出版社,2002年3月:156-17811.吕康成.公路工程试验检测技术.人民交通出版社,2000年:123-14512.李清波.道路规划与设计.人民交通出版社,2002年:105-11413.张廷楷.道路路线设计.同济大学出版社:64-7414.姚祖康·公路设计手册——路面,人民交通出版社,1994:62—7015.周亦唐等主编.道路勘测设计.重庆大学出版社,2005:145—14916.李斌箸.公路工程土质.人民交通出版社,2002:50—6017.许金良.道路勘测设计毕业设计指导.人民交通出版社,2004:52—5618.杨耀武.概论公路排水系统.林业科技情报.2005,37:10—1119.ChavezD.J.MountainBiking:Direct,Indirect,andBridgeBuildingManagementStyles[J].JournalofParkandRecreationAdministration.Volume14.1996:21-35.20.havezD.J.,P.L.winter,andJ.M.Bass.RecreationMountainBiking:AManagementPerspective[J].JournalofParkandAdministration.Volumn14.1993:29-36.'
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