红石林场至黑河林场二级公路毕业设计

'红石林场至黑河林场二级公路毕业设计目录1总说明……………………………………………………………51.1选线………………………………………………………51.2公路等级确定与技术标准的论证………………………51.3路线的主要技术指标……………………………………61.4路线说明…………………………………………………71.5路基路面说明……………………………………………71.6沿线筑路材料……………………………………………72平面设计…………………………………………………………92.1说明………………………………………………………92.2平面线形设计中直线和曲线的应用……………………92.3平曲线超高………………………………………………132.4平面视距的保证…………………………………………132.5平面设计成果……………………………………………143纵断面设计………………………………………………………153.1说明………………………………………………………153.2纵坡与坡长设计…………………………………………153.3竖曲线设计………………………………………………173.4道路平纵线形组合设计…………………………………183.5纵断面设计的方法及绘图………………………………1930 4横断面设计…………………………………………………………204.1说明………………………………………………………204.2路拱、边坡设计…………………………………………204.3超高设计…………………………………………………204.4路基横断面设计成果……………………………………234.5路基土石方计算及调配…………………………………235水泥混凝土路面设计……………………………………………245.1说明………………………………………………………245.2板厚设计…………………………………………………245.3接缝与特殊部位设计……………………………………286路基路面排水设计………………………………………………306.1排水目的…………………………………………………306.2排水综合设计……………………………………………306.3路基的防护与加固………………………………………306.4挡土墙设计………………………………………………30参考文献……………………………………………………………3230 1总说明1.1选线1.1.1选线的步骤a)全面布局2）逐段安排3）具体定线1.1.2选线原则1）在路线设计的各个阶段，应运用各种先进手段对路线方案做深入、细致的研究，在多方案论证、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，使工程数量小，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指标，不轻易采用最低限指标，也不应片面追求高指标。3）选线应同农田基本建设相结合，做到占地少，注意尽量不占高产田、经济作物田或经济园林等。4）通过名胜、风景、古迹地区的道路，应与周围的环境、景观相协调，并适应照顾美观。注意保护原有的自然生态环境和重要的历史文物遗址。5）选线时应对工程地质和水文地质进行深入勘测，查清其对道路工程的影响程度。6）选线应重视环境保护，注意由于公路修筑以及汽车运行所产生的影响与污染等问题。1.1.3选线要点平面线形应充分利用地形处理好平、纵线形的组合。不应迁就微小地形，造成线形曲折，也不宜采用长直线，造成纵面线形起伏。在不过分增加工程造价的情况下，尽量提高技术指标，在不降低技术指标的情况下，尽量节约工程造价。基本做到土方的填挖平衡，平面短捷顺适，纵坡平缓均衡，横断面经济稳定。另外，从道路的美观出发，道路的线形设计除满足汽车行驶力学要求外，还满足了司机在心理、视觉的舒适，与周围景观相协调，使道路具有视觉的舒顺性，形态的优美性，做到道路空间线形的优化，即平、纵、横三面相结合的最佳空间线形。1.2公路等级确定与技术标准的论证1.2.1计算预测年的年平均日交通量：30 Nd=No（1+r）n-1=(310+1950×83%×2.0+1950×7.8%×2.0+1950×9.2%×3.0)×(1+6.2%)12-1=8506.97辆/d根据《公路工程技术标准》可知：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。故选择公路等级：二级1.2.2采用技术指标：按计算行车速度80Km/h确定1.2.3路面类型：采用水泥混凝土路面1.2.4路线起迄点及全长：起点桩号：K0+000.00设计高程：1120.00坐标：X——400.000Y——400.000终点桩号：K4+000.00设计高程：1150.12坐标：X——66.874Y——4296.466路线全长：4公里1.3路线的主要技术指标根据任务书的要求，本段公路采用二级公路平原微丘区标准进行设计。（1）计算行车速度：80km/h（2）平面线形：一般最小平曲线半径400米极限最小平曲线半径250米最小缓和曲线长度70米停车视距110米（3）纵面线形：最大纵坡5%最小纵坡0.5%最小坡长200米凸行竖曲线一般最小半径4500米凹行竖曲线一般最小半径3000米最小长度70米（4）横断面：30 路基宽度12.0米其中：行车道宽7.5米；硬路肩2×1.5米；土路肩0.75米（1）行车道标准横坡1.5%（2）土路肩横坡为2.5%1.4路线说明1.4.1平面线形：本段线形由直线、圆曲线及缓和曲线组成，设两个转角，平曲线半径分别为1000米、3000米，全线平曲线长度占路线总长的64%，最大直线长度为1150米。1.4.2纵断面线形：主要由多填少挖。全段共设变坡点五个，全段最大纵坡为3.92%，最短坡长为337米，全段设两个凹形竖曲线，其半径为4500和10000米，三个凸形竖曲线，其半径为5000、5000和10000米，竖曲线占路线总长度量27%，相邻竖曲线之间的直线长度均满足技术指标要求。1.5路基、路面说明1.5.1路基：1）一般路基设计路基宽度采用12米，行车道宽7.5米，硬路肩2×1.5米，土路肩2×0.75米，横断面功能划分详见“路基标准横断面”。2）路基防护：填方高度小于或等于二米时，路基边坡采用植草或植紫穗槐防护，填方高度大于二米时，二米以下部分设网络格护坡，二米以上部分植草和紫穗槐。土质挖方段：挖深小于或等于二米时坡面采用植紫穗槐防护。3）路基路面排水：本设计对路基路面排水系统做了规划并绘制了排水系统图。1.5.2路面1）设计规范本设计为红石林场至黑河林场二级公路，里程桩号为k0＋000.00～k4＋000.00，全长4公里。2）路面设计依据与技术标准路面设计依据：《公路水泥混凝土路面设计规范》JTJD40--2002；《公路路基设计规范》JTJGD30--2004及有关规定进行设计的。30 1.6沿线路面材料1）水泥标号采用425号。2）粗集料（碎石）应质地坚硬，耐久，洁净，符合规定级配，最大粒径不应超过40MM，碎石和砾石的技术要求应符合规定。3）细集了（天然砂）应质地坚硬，耐久，洁净，符合规定集配，细度模数；宜在2.5以上。技术要求应符合规定。4）清洗集料，拌和混凝土及养生所用水，不应含有影响混凝土质量的物质，应用水使用于混凝土。30 2平面设计2.1说明2.1.1路线道路是一条三维空间的实体。它是由路基、路面、桥梁、涵洞、隧道的沿线设施所组成的线形构造物。一般所设的路线，是指道路中线的空间位置。路线在水平面上的投影移作路线的平面。沿中线竖直剖切再行展开则是路线的纵断面。中线上任意一点的法向切面是道路在该点的横断面。路线设计是指确定路线空间位置和各部分几何尺寸的工作。2.1.2平面线形设计的基本要求现代道路是供汽车行驶的，所以研究汽车行驶规律是道路设计的基本课题，而在路线的平面设计中，主要考察汽车行驶轨迹。只有当平面线型与这个轨迹相符合或接近时，才能保证行车的顺适与安全，特别是在高速行驶的情况下，对行驶轨迹的研究更显其重要。经过大量的观测研究表明，行驶中的汽车，其轨迹的几何性质有以下特性：（1）这个轨迹是连续和圆滑的，即在任何一点不出现错头和波折；（2）其曲率是连续的，即轨迹上任一点不出现两个曲率的值。（3）其曲率的变化是连续的，即轨迹上任一点不出现两个曲率变化率的值。2.2平面线形设计中直线和曲线的应用2.2.1平面线形要素行驶中的汽车其导向轮旋转面与车身纵轴之间有下列三种关系：（1）角度为零；（2）角度为常数；（3）角度为变数。与上述三种状态对庆的行驶轨迹线为：（1）曲率为零的线形：直线；（2）曲率为常数的线形：圆曲线；（3）曲率为变数的线形：缓和曲线。现代道路平面线形正是由上述三种线形－－直线、圆曲线、缓和曲线构成的，称之为“平面线形三要素。”30 2.2.2直线1.适宜采用直线的路段1）不受地形、地物限制的平坦地区或山间的开阔谷地；2）市镇及近郊，或规划方正的农耕区等以直线条为主的地区；3）长大的桥梁、隧道等构造物路段；4）路线交叉点及其前后；5）为双车道提供超车的路段。2.作为平面线要求之一的直线，在公路中使用最为广泛。因为两点之间以直线为最短，加之笔直的道路给人以短捷、直达的良好印象，在美学上直线也有其自身的特点。但是过长的直线并不好，直线线形大多难与地形相协调，若长度运用不当，不仅破坏了线形的连续性，也不便达到线形自身的协调。过长的直线易使驾驶员感到单调、疲倦，难以目测车间距离，于是产生尽快驶出直线的急躁情绪，一再加速以致超过规定车速许多，这样很容易导致交通事故的发生。因此，直线的最大长度应有所限制。当采用长的直线线型时，为弥补单调之缺陷，应结合沿线的具体措施采取相应的技术措施并注意下述问题：（1）在长直线上纵坡不宜过大，因长直线再加下陡坡行驶更易导致高速度；（2）长直线与大半径凹形竖曲线结合为宜，这样可以使生硬呆板的直线得到一些缓和；（3）道路两侧地形过于空旷时，宜采取种植不同树种或设置一定建筑物、雕塑、广告牌等措施，以改进单调的景观。（4）长直线或长下坡尽头的平曲线，除曲线半径、超高、视距等必须符合规定的，还必须采取设置标志，增加路面抗滑能力等安全措施。由此看来，直线的最大长度，在城镇附近或其它景色有变化的地点可大于20V（V是计算行车速度，有km/h表示）是可以接受的；在景色单调的地点最好控制在20V以内；而在特殊的地理条件下应特殊处理。3.直线的最小长度30 根据《公路路线设计规范》规定，直线不宜过短：同向曲线间的最短直线长度（单位m）以不小于6V(v-设计速度km/h)为宜。反向曲线间，考虑到为设置超高和加宽缓和段的需要以及驾驶员转向操作的需要如无缓和曲线时，宜设置一定长度的直线。《规范》规定反向曲线间最小直线长度（以m计）以不小于行车速度（以km/h计）的2倍为宜。若二反向曲线已设缓和曲线，在受到限制的地点也可将二反向曲线首尾相接，但被连接的二缓和曲线圆曲线宜满足一定的条件。2.2.3圆曲线各级公路不论转角大小均应设置平曲线，而圆曲线是平曲线的主要组成部分。圆曲线具有易与地形相适应、可循性好、线形美观、易于测设的优点。确定圆曲线半径时应注意以下几点：1）在条件许可时，争取选用不设超高的圆曲线半径；2）在一般情况下，宜采用极限最小半径的4～8倍或超高横坡度为2%～4%的圆曲线半径；3）当地形条件受到限制时，曲线半径应尽量大于或接近与一般最小半径；4）在自然条件特殊困难或受其他条件严格控制不得已时，方可采用圆曲线的极限最小半径；5）圆曲线的最大半径不宜超过10000m。行驶在曲线上的汽车由于受离心力作用，其稳定性受到影响，而离心力的大小又与曲线密切相关，半径愈小愈不利，所以在选择平曲线半径时应尽可能采用较大值，与计算行车速度相适应，以提高公路的使用质量。但半径大到一定程度时，其几何性和行车条件与直线无太大差别，容易给司机造成判断上的错误，反而带来不良后果，同时也无谓增加计算和测量上的麻烦。所以《规范》规定圆曲线的最大半径不宜超过10000m。圆曲线最小半径表2.2.1设计速度/（km/h）1201008060403020一般值/m10007004002001006530极限值/m650400250125603015不设超高最小半径/m路拱≤2.0%5500400025001500600350150路拱＞2.0%7500525033501900800450200本设计路段共设一个圆曲线，其半径R=3000m,交点桩号为K2+900,右偏角34°。该圆曲线各曲线要素及里程桩号计算如下：曲线要素T=Rtgα/2+q=917.192mL=Rαπ/180=1779m30 E=RsecαR/2=55.384mD=2T－L=137.075m主点里程ZY里程=JD里程-T=K1+983YZ里程=ZY里程+L=K2+872QZ里程=YZ里程-L/2=K3+762JD里程=QZ里程+D/2=K2+900（校核）2.2.4缓和曲线缓和曲线是道路平面线形要素之一，它是设置在直线与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变化的曲。《标准》规定，除四级路可不设缓和曲线外，其余各级公路都应设置缓和曲线。回旋线是公路设计中最常用的一种缓和曲线。我国《标准》规定缓和曲线采用回旋线。1.我国《公路工程技术标准》按3秒的行程，规定了各级公路缓和曲线最小长度如下表：各级公路缓和曲线最小长度表2.2.2公路等级高速公路一二三四设计速度/（km/h）1201008010080608060403020缓和曲线最小长度/m100857085705070503525202.缓和曲线长度的选用由于车辆要在缓和曲线上完成不同曲率的行驶，所以要求规定缓和曲线的最小长度，该值大小应考虑以下因素：1）离心加速度的变化率Ls,min.=V³/аsR=0.036V³/R（аs—缓和系数，≤0.6m/s³）2）驾驶员的操作及使用时间一般认为汽车在缓和曲线上行驶的时间至少应有3秒，于是：Ls,min.=V/1.23）超高渐变率《规范》规定了适中的超高渐变率，故Ls,min.=βΔi/p式中：β—旋转轴至行车道（设路缘带时为路缘带）外侧边缘的宽度（m）Δi—超高坡度与路拱坡度代数差（%）30 P—超高渐变率1）视觉条件考虑以上因素，取满足上述各项要求的最大值（取5的倍数）就得到了缓和曲线的最小长度Ls,min。本路段设计Ls取200m。3．本设计路段共设一个缓和曲线，其半径R=1000m,桩号为K0+650，左偏角33°。该缓和曲线要素及里程桩号及计算公式如下：曲线要素P=Lh2/24R－Lh4/2384R²q=Lh/2－Lh3/240R2Th=(R+P)tgαR/2+q=396.67mLH=R(αR－2β0)π/180+2LH=775.67mEH=(R+P)secαR/2－R=44.686mDH=2TH－LH=17.67m主点里程ZH里程=JD里程-Th=K0+253.33HY里程=ZY里程+Lh=K0+453.33QZ里程=YZ里程-Lh/2=K0+641.16YH里程=HZ里程-Lh=K0+829HZ里程=ZH里程+Lh=K1+029JD里程=QZ里程+Dh/2=K0+650（校核）2.3平曲线超高在车速较高的情况下为了平衡离心力要用较大的超高，但车道上行驶车辆的速度并不一致，特别是在混合交通的道路上，不仅要照顾快车，也要考虑到慢车的安全，对于慢车，乃至因故停车在弯道上的车辆其离心力接近于零或等于零。如果超高率过大，超出轮肥与路面间的横向摩阻系数，车辆有沿着路面最大合成坡度下滑的危险。2.4平面视距的保证我国《标准》将各级公路的平面视距进行了计算取值，规定如下：二、三、四级公路停车视距、会车视距与超车视距表2.4.1设计速度/（km/h）8060403020停车视距/m1107540302030 会车视距/m220150806040超车视距/m550350200150100超车视距最小必要超车视距/m350250150100702.5平面设计成果道路平面设计的成果主要是一些图纸和表格。其中图纸主要有路线平面设计图等，表格主要有：直线、曲线及转角表，逐桩坐标表、导线成果表等。现将坐标公式摘录如下：（各坐标见逐桩坐标表）设起点坐标为（X0，Y0），交点相邻方位角为A1、A2,则1）HZ点（包括路线起点）至ZH点之间的中桩坐标：Xi=X0+DicosA1Yi=Y0+DisinA12)ZH点至YH点之间的中桩坐标：Xi=XZHi+Xi´cosA1－Yi´sinA1Yi=YZHi+Xi´sinA1+Yi´cosA1注：左偏Yi´取负3)YH点至HZ点之间的中桩坐标：Xi=XHZi－（Xi´cosA2－Yi´sinA2）Yi=YHZi－（Xi´sinA2+Yi´cosA2）注：左偏Yi´取负其中：缓和曲线部分：Xi´=L－L5/40R²Lh2Yi´=L³/6RLh圆曲线部分：Xi´=Rsin∮i+qYi´=R(1－cos∮i)+P∮i=180Li/Rπ+β0β0=180Lh/2Rπ30 3路线纵断面设计3.1说明沿着道路竖直剖切，然后展开即为路线纵断面。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，研究起伏空间线几何构成的大小及长度，以使达到行车安全迅速、运输经济合理及乘客感觉舒适的目的。新建公路的路基设计高程，二级公路采用路基未设加宽、超高前的路肩边缘的标高。为保证行车安全、舒适，本路段共设5个竖曲线，并采用抛物线形式。3.2纵坡及坡长设计3.2.1纵坡设计的一般要求为使纵坡设计经济合理，必须在全面掌握勘测资料基础上，结合选（定）线的纵坡安排意图，经过综合分析，反复比较提出设计纵坡。纵坡设计的一般要求为：（1）纵坡设计必须满足《标准》的各项规定；（2）为保证车辆能以一定速度安全顺适的行驶，纵坡应具有一定的平顺性，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。连续上坡或下坡路段，应避免设置反坡段。越岭线垭口附近的纵坡应尽量缓一些。（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畅通。（4）一般情况下纵坡设计应考虑填挖平衡，尽量使挖方运距就近路段填方，以减少借方和废方，降低造价和节省用电。（5）平原微丘区地下水埋深较浅，或池塘、湖泊分布较广，纵坡创造满足最小纵坡要求外，还应满足最小填方高度要求，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，纵坡应缓和，避免产生突变。交叉处前后的纵坡应平缓一些。（7）在实地调查基础上，充分考虑通道，农田水利等方面的要求。3.2.2纵坡坡度的规定1.最大纵坡30 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。在地形起较大地区，直接影响路线的长短，使用质量、运输成本及造价。各级道路允许的最大纵坡是根据汽车的动力特性、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、安全考虑、合理确定的。应当指出，确定最大纵坡不能只考虑汽车的爬坡性能，还要看汽车在纵坡上行驶时能否快速、安全及经济等。我国《标准》规定，二级公路平原微丘区的最大纵坡是5％。缓和坡段的纵坡应不大于3%，其长度应符合纵坡长度规定。最大纵坡表3.2.1设计速度/（km/h）1201008060403020最大纵坡（%）34567892.最小纵坡为防止积水渗入路基而影响稳定性，各级公路均应设置不小于0.3%的最小纵坡，一般情况下以不小于0.5%为宜。3.平均纵坡《规范》规定：二、三、四级公路越岭路线的平均坡度，一般以接近5.5%或5%为宜并注意任意连续3Km的平均坡度不应大于5.5%，对于海拔3000m以上的高原地区，平均纵坡应较规定值减少0.5%～1.0%。4.合成坡度合成坡度是指由路线纵坡与弯道超高横坡或路拱横坡组合而成的坡度，其方向为流水线方向。公式为：I=(ih²+i²)½(其中I—合成坡度/%，ih—超高横坡度或路拱横坡度/%，i—路线设计纵坡坡度/%)各级公路最大允许合成坡度规定值表3.2.2公路等级高速公路一二三四设计速度（km/h）12010080100608040603020合成坡度/%10.010.010.510.010.59.010.59.510.010.03.2.3坡长限制1.最短坡长限制30 从路容美观、相邻两竖曲线的设置和纵面视距等也要求坡长应有一定最短长度。一般以不小于9秒的行程为宜，《标准》规定二级公路平原微丘区设计速度为80Km/h的最短坡长为200m。1．最大坡长限制道路纵坡的大小与其坡长对汽车正常行驶影响很大。纵坡越陡，坡长越大，对行车的影响也越大。主要表现在：使行车速度显著下降，甚至要换低档克服坡度阻力；易使水箱“开锅”，导致汽车爬坡无力甚至熄火；下坡行驶制动次数频繁，易使制动器发热而失效，甚至造成车祸。故《标准》规定的设计速度为80Km/h的最大坡长，即i＝5％时，坡长700m。3.3竖曲线设计纵断面上两个坡段的转折处，为了便于行车用一段曲线来缓和，称为竖曲线。在纵坡变更处设竖曲线，为计算方便，转坡点应设在10米整桩号处。竖曲线设计应满足的要求：1.宜选用较大的竖曲线半径。在满足不过多增加工程量数量的情况下，宜选用较大的竖曲线半径，一般都应选用大于竖曲线一般最小半径的数值。2．同向竖曲线应避免“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，一般由直坡段连接，亦可相互直接连接，反向竖曲线间的直坡段长度一般不小于计算行车速度行驶3S的行程长度，以使汽车从增重（或减重）有一个缓和段。4.竖曲线设置应满足排水需要，若相邻纵坡之代数差很小时，采用大半径竖曲线可能导致竖曲线上的纵坡小于0.3％，这样不利于排水，应避免这种状况。竖曲线应选用较大半径，条件允许的情况下应采用大于一般最小值，特殊困难不得已时方可采用极限最小值。竖曲线的最小半径和最小坡长表3.3.1设计速度/（km/h）80凸形竖曲线（m）一般值4500极限值3000凹形竖曲线（m）一般值3000极限值2000竖曲线最小长度（m）7030 该路段全线共设5个竖曲线，其中设两个凹形竖曲线，其半径为4500米和10000米；三个凸形竖曲线，其半径为5000米、5000米和10000米，并采用抛物线形式。现将竖曲线计算公式摘录如下：（具体数值见路线纵断面图）竖曲线长度L=Rw竖曲线切线长T=L/2=Rw/2竖曲线外矢距E=T²/2R（式中：R——竖曲线半径w——相邻纵坡的代数差，计算时取绝对值）3.4道路平纵线形组合设计3.4.1平、纵组合的设计原则1.应在视觉上能自然地引导驾驶员的视线，并保持视觉的连续性。任何使驾驶员感到茫然、迷惑或判断失误的线型，必须尽量避免。在视觉上能否自然地诱导视线，是衡量平、纵线形组合的最基本问题。2.注意保持平、纵线形的技术指标大小应均衡。它不仅影响线形的平顺性，而且与工程费用相关。对纵面线形反复起伏，在平面上却采用高标准的线形是无意义的。反之亦然。3.选择组合得当的合成坡度，以利于路面排水和行车安全。4.注意与道路周围环境的配合。它可以减轻驾驶员的疲劳和紧张程度，并可以起到引导视线的作用。3.4.2平、竖曲线应避免的组合1.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。2.避免使凸形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。3.直线上的纵面线形应避免出现驼峰、凹陷、跳跃等使驾驶者视觉中产生断的线形。4.直线段内不得插入短的竖曲线。5.小半径竖曲线不宜与缓和曲线相互重叠。6.避免在长直线上设置坡陡及曲线长度短、半径小的凹形竖曲线。3.4.3平曲线与竖曲线组合1.平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线。30 这种组合是使平曲线和竖曲线对应，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”。这种立体线形不仅能起诱导视线的作用，而且可以取得平顺而流畅的效果，并使平、竖、曲线半径都大一些，才显得协调，特别是凹形竖曲线处车速较高，二者半径更应该大一些。2.平曲线与竖曲线大小应保持均衡平曲线和竖曲线其中一方大而平缓，那么另一方就不要形成多而小。一个长的平曲线内有两个以上竖曲线，或者一个大的竖曲线含有两个以上平曲线，看上去非常别扭。据国外计算统计，若平曲线半径小于1000m，竖曲线半径大约为平曲线半径的10－20倍时，便可达到均衡的目的。3.5纵断面设计的方法及绘图3.5.1方法及步骤①准备工作②标注控制点③试坡④调整⑤核对⑥定坡⑦设置竖曲线3.5.2绘图路线纵断面图采用直角坐标，以横坐标表示里程桩号，纵坐标表示里程，比例尺为横向1：2000，纵向1：200。纵断面图由上下两部分组成。上部主要绘制地面线和纵坡设计线，另外也用以标注竖曲线及其要素。下部主要填写有关内容。3.5.3纵断面设计高程的计算对于设计高程，采用如下公式：HB=Hm+mB(Hn-Hm)/mnn式中：HB——所求点高程；Hm、Hn——分别为m、n两点的高程；m、n——分别为两点间距离。·Bm30 4横断面设计4.1说明道路的横断面设计，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。其中横断面包括行车道、路肩、分隔带、边沟边坡、截水沟、护坡道以及取土坑、弃土堆、环境保护等措施。根据《公路工程技术标准》JTGB01-2003规定如下表：行车道宽度、路肩及路基宽度表4.1.1设计速度：80Km/h车道宽度(m)右侧硬路肩宽度(m)土路肩宽度(m)路肩宽度(m)3.75一般值最小值一般值最小值一般值最小值2.501.500.750.7512.0010.00注：“一般值”为正常情况下采用值；“最小值”为条件受限时可采用值。4.2路拱、边坡设计为了利于路面横向排水，将路面作成由中央向两侧倾斜的拱形，即称为路拱。其倾斜的大小以百分率表示。由于本设计为中等交通，拟建为水泥混凝土路面，其路拱横坡度为1.0%～2.0%。本设计采用1.5%，形式有抛物线形、直线接抛物线形、直线形等。因土路肩的排水性远低与路面，其横坡度较路面宜增大1.0%～2.0%，本设计采用2.5%。路堤边坡坡度采用1：1.5，土质挖方边坡坡度采用1：1。4.3超高设计为抵消车辆在曲线路段上行驶时产生的离心力，将路面做成为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的稳定性与舒适性。当汽车等行驶时，圆曲线上所产生的离心力是常数，而在回旋线上行驶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半径相适应的全超高，在缓和曲线上应是逐渐变化的超高。这段从直线上的双向横坡渐变到圆曲线上的单向横坡的路段，称作超高缓和段或超高过渡段。30 当平曲线半径小于不设超高最小半径时，应在曲线上设置超高。二级公路一般地区圆曲线部分最大超高值为8%。本路段超高的过渡采用绕未加宽前的内侧车道边缘旋转法，此法有利于路基纵向排水。4.3.1超高缓和段为了行车的舒适，路容的美观和排水的畅通，必须设置一定长度的超高缓和段，超高的过渡则是在超高缓和段全长范围内进行的，双车道公路超高缓和段长度按下式计算：Lc＝βΔi/p式中：Lc－－超高缓和段长（m）；B－－旋转轴至行车道（设路缘带时为路缘带）外侧边缘的宽度；Δi－－超高坡度与路拱坡度的代数差（％）；P－－超高渐变率，即旋转轴线与行车道（设路缘带时为路缘带）外侧边缘之间的相对坡度。根据上式计算的超高缓和段长度，应凑成5m的整倍数，并不小于10m的长度。4.3.2超高值计算1）确定超高缓和段长度根据公路等级，设计速度和平曲线半径查《勘测》表5.4.6得圆曲线的超高值ib=3%,新建公路采用绕边轴旋转，超高渐变率P=1/150，所以超高缓和段长度：Lc＝βΔi/p=9.0×3%/1/150=40.5m而缓和曲线Ls=200m，先取Lc＝Ls＝200m，然后检查从路拱坡度（-1.5%）过渡到（+1.5%）的超高渐变率：P＝3.75×[1.5%-（-1.5%）]/X0＝3.75×3%/100＝1/312＞1/330所以取Lc＝Ls＝200m。2）计算临界断面X0X0＝iG·Lc/ib＝1.5%/3%×200=100m3)计算各桩号处的超高值现将双车道公路绕路面内边线旋转的超高计算公式摘录如下：超高位置超高值计算公式路肩内边缘路中线路肩外边缘超高过渡双坡阶段X≤X0hcx´´=bj·ij-(bj+b)·ighcx´=bj·ij+b/2·ighc=bj·(ij－ig)+X(2bj+b)·ig/X030 段旋转阶段X≥X0hcx´´=bj·ij-(bj+bx)·iXhcx´=bj·ij+b/2·ixhc=bj·ij+(bj+b)·ix圆曲线全超高阶段hc´´=bj·ij-(bj+b)·ibhc´=bj·ij+b/2·ibhc=bj·ij+(bj+b)·ib计算结果如下：超高计算表表4.3.1桩号X（m）内侧（m）中线（m）外侧（m）K0+253.33(ZH)0.000＜X0＝1000.0080.0980.008+280.0026.6700.0080.0980.056+300.0046.6700.0080.0980.092+320.0066.6700.0080.0980.128+340.0086.6700.0080.0980.164+360.00106.670＞X0=1000.0070.1030.199+380.00126.6700.0040.1190.233+400.00146.6700.0020.1340.266+420.00166.6700.0000.1500.300+440.00186.670-0.0020.1660.334+453.33(HY)-0.0040.1760.356+641.00(QZ)-0.0040.1760.356+829.00(YH)-0.0040.1760.356+840.00189.000-0.0030.1680.338+860.00169.0000.0000.1510.304+880.00149.0000.0020.1360.270+900.00129.0000.0040.1200.236+920.00109.000＞X0=1000.0060.1050.203+940.0089.0000.0080.0980.168+960.0068.0000.0080.0980.132+980.0049.0000.0080.0980.09630 K1+000.0029.0000.0080.0980.060+029.00(HZ)0.0000.0080.0980.0084.4路基横断面设计成果1．横断面设计步骤：1）点绘横断面地面线。2）根据路线和路基资料，填写路基设计表，根据路基设计表的成果将横断面的填挖值及有关资料抄与相应桩号的断面上。3）根据现场调查的土壤情况，示出土石界限，确定边坡坡度以及边沟的形状和尺寸。4）绘横断面的设计线。5）计算横断面的填挖面积。6）土石方数量计算及调配。2．横断面设计成果路基横断面设计成果主要有“两图两表”，即路基横断面设计图、路基标准横断面图、路基设计表与路基土石方表。4.5路基土石方计算及调配路基土石方数量的计算及调配是在路基横断面设计完成后，并在路基横断面设计图绘制完进行的。首先计算横断面面积，然后计算体积，即获得土石方量，最后进行土石方调配。其中，横断面面积计算的方法有：条分法、坐标法、积距法。常见土石方数量的计算方法有两种：平均断面法和棱台体积法。土石方调配的方法有很多种，如累积曲线法、调配图法及土石方计算表调配法，本设计采用土石方计算表调配法。经过纵向调配后，应按下式进行复核检查：横向调运+纵向调运+借方=填方横向调运+纵向调运+弃方=挖方挖方+借方=填方+弃方计价土石方数量=挖方数量+填方数量土石方调配时，从挖方体积重心到填方体积重心的距离称为平均运距。为简化设计计算，通常平均运距为按挖方路段中心至填方路段中心的距离计。（详见土石方计算调配表）30 5水泥混凝土路面设计5.1说明水泥混凝土路面是高级路面，它由混凝土面板、基层和垫层组成。根据材料的要求、组成及施工工艺的不同，该路面包括普通混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土、预应力混凝土等。目前采用最广泛的是就地浇筑的普通混凝土路面，简称混凝土路面。与其他类型路面相比，混凝土路面具有以下优点：1）强度高2）稳定性好3）耐久性好4）有利于夜间行车但是，混凝土路面也存在一些缺点：1）对水泥和水的需要量大2）有接缝3）开放交通较迟4）修复困难5.2板厚设计5.2.1交通分析根据《公路工程技术标准》：水泥混凝土路面设计以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：Ns＝∑δiNi（Pi／100）16(3.0.4-1)δi＝2.22×103Pi-0.43(3.0.4-2)或δi＝1.07×10-5Pi-0.22(3.0.4-3)或δi＝2.24×10-8Pi-0.2(3.0.4-4)其中：Ns——100KN的单轴—双轮组标准轴载的作用次数；Pi——单轴—单轮、单轴—双轮组，双轴—双轮组或三轴—双轮组轴型i级轴载的总重（KN）；Ni——各类轴型i级轴载的作用次数；Δi——轴--轮型系数。单轴双轮组时，δi＝1，单轴—30 单轮组时，按上式(3.0.4-2)计算；双轴—双轮组时，按上式(3.0.4-3)计算；三轴—双轮组时，按上式(3.0.4-4)计算。轴载换算结果如下表：表5.2.1车型所占比例Pi（KN）δiNiNs(次/日)东风EQ1407.8%69.211940.566黄河JN1509.2%101.6120088.951解放CA-10B83%60.85169Σ=89.517注：小于40KN的单轴不计《标准》规定水泥混凝土路面所承受的轴载作用，按设计基准期内设计车道所承受的标准轴载累计作用次数分为四级：分级范围表5.2.2交通等级特重重中等轻设计车道标准轴载累计作用次数Ne（104）＞2000100～20003～100＜3Ne=Ns[(1+gr)t-1]×365×η/gr=89.517×[(1+0.1)12-1]×365×0.6/0.1=4.192×105次故本设计路段属中等交通。5.2.2初拟路面结构混凝土面板的最小厚度是18cm，垫层的最小厚度是15cm，基层的最小厚度是15cm，每一层比上一层每侧宽出25cm为宜。1）面层：由《规范》表3.0.1，相应于安全等级为三级的变异水平等级为中级。查表4.4.6路面厚度参考范围为200～230mm，拟定如下：a.厚度选220mmb.采用标号为425的普通硅酸盐水泥30 2）基层：a.厚度选150mmb.采用水泥石灰综合稳定土3）垫层：a.厚度选200mmb.采用天然砂砾c.纵缝间距3.0～4.5m，选宽3.5md.横缝间距4～6m，选长5.0m5.2.3路面材料参数确定查表《公路水泥混凝土路面设计规范》JTGD40—2002a.普通水泥混凝土面层弯拉强度为5.0Mpab.普通水泥混凝土面层弯拉弹性模量为31Gpac.碾压混凝土基层弯拉强度为4.5Mpad.碾压混凝土基层弯拉弹性模量为33Gpae.路基回弹模量取22Gpaf.底基层水泥石灰综合稳定土取600Mpag.垫层天然砂砾回弹模量取150Mpa5.2.4计算基层顶面回弹模量如下：Ex=(h12E1+h22E2)/(h12+h22)=(600×0.152+150×0.202)/(0.152+0.202)=312.00MpaDx=E1h13/12+E2h23/12+(h1+h2)2/4×(1/E1h1+1/E2h2)-1=600×0.153/12+150×0.203/12+(0.15+0.20)2/4×[1/（600×0.15）+1/（150×0.20)]-1=0.958MN-ma=6.22[1-1.51×(Ex/Eo)-0.45]=6.22×[1-1.51×(312/22)-0.45]=3.372b=1-1.44(Ex/Eo)-0.55=1-1.44×(312/22)-0.55=0.66530 hx===0.333Et=ahb×Eo(Ex/Eo)1/3=3.372×0.3330.665×22×(312/22)1/3=86.426Mpa5.2.5荷载疲劳应力计算普通混凝土面层的相对刚度半径的计算为：r=0.537h=0.537×0.22×=0.840根据轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为：σps=0.077r0.6h-2=0.077×0.8400.6×0.22-2=1.433Mpa因纵缝设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数Kr=0.87。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为：Kf=Nen=(4.192×105)0.057=2.092,根据公路等级，考虑偏载和动载等因数对路面疲劳损坏影响的综合系数Kc=1.20，则荷载疲劳应力计算为：σpr=KrKfKcσps=0.87×2.092×1.20×1.433=3.13Mpa5.2.6温度疲劳应力计算由《规范》表3.0.8，Ⅱ区最大温度梯度取88（℃/m）。板长5m，L/r=5/0.84=5.95，由《规范》图B.22可查普通混凝土板厚h=0.22m,Bx=0.71,则最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算应力为：σtm=(αcEchTg/2)×Br=(1×10-5×31000×0.22×88/2)×0.71=2.13Mpa温度疲劳应力系数Kt为：Kt=fr/σtm=[α(σtm/fr)c-b]=5.0/2.13[0.828×(2.13/5.0)1.323-0.041]=0.532计算温度疲劳应力为：30 σtr=Ktσtm=0.532×2.13=1.13Mpa由《规范》表3.0.1二级公路安全等级为三级，目标可靠度为85%，确定可靠度系数Rr=1.13.则：Rr（σpr+σtr）=1.13×(3.13+1.13)=4.81Mpa