双向两车道二级公路毕业设计

'湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）目录第一章绪论11.1设计的目的11.2设计原始资料及相关规范11.2.1山岭微丘区地形图11.2.2气象资料11.2.3工程地质情况11.3道路技术标准1第二章路线平面设计32.1道路选线32.2确定平面设计技术指标42.2.1直线42.2.2圆曲线52.2.3缓和曲线52.2.4平曲线的最小长度62.2.5行车视距62.3平面线形设计62.3.1平曲线计算62.3.2平曲线要素计算结果表：8第三章路线纵断面设计93.1概述93.1.1纵断面设计要求93.1.2纵断面设计方法及步骤103.2纵断面设计技术指标的确定103.2.1最大纵坡103.2.2最小纵坡、平均纵坡、合成坡度113.2.3最大坡长123.2.4最小坡长123.2.5竖曲线133.3道路平、纵线形组合153.3.1道路平纵组合的设计原则153.3.2平曲线与竖曲线的组合153.3.3平、竖曲线应避免的组合16第四章路线横断面设计174.1横断面设计技术指标的确定174.1.1路基宽度174.1.2路肩174.1.3路拱横坡184.1.4边沟18iii 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）4.1.5截水沟194.2平曲线超高与加宽设计204.2.1超高的计算204.2.2加宽的计算22第五章路基设计235.1路基路面设计的一般规定235.2路基设计内容235.2.1路基横断面布置及宽度设计235.2.2路基压实245.2.3路基边坡设计255.2.4路基边坡稳定性验算265.3路基施工一般规定285.3.1填方路基的施工295.3.2挖方路基的施工305.4路基排水设计305.4.1路基排水设计一般原则305.4.2路基排水设备构造与布置315.5涵洞设计335.5.1涵洞分类及各种构造型式涵洞的适用性和优缺点335.5.2涵洞选用原则335.5.3涵洞拟定335.5.4涵洞设计算例345.6路基防护与加固375.6.1路基的防护375.6.2路基的加固405.6.3用ANSYS分析边坡点应力分布405.7挡土墙设计与计算445.7.1挡土墙的作用及适用范围445.7.2挡土墙的设计原则455.7.3挡土墙计算455.7.4挡土墙排水485.8土石方计算和调配485.8.1横断面面积计算485.8.2路基土石方调配49第六章路面设计516.1路面结构分层516.1.1面层516.1.2基层516.1.3垫层526.2路面结构设计526.2.1沥青路面设计52iii 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）6.2.2水泥混凝土路面结构设计546.2.3方案比选596.3路面排水设计596.3.1路面表面排水596.3.2路面内部排水606.3.3边缘排水系统606.3.4排水系统选择60第七章结论61参考文献62致谢63iii 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）第一章绪论1.1设计的目的毕业设计是土木工程专业最主要的一项教学环节。要求学生能综合的运用大学四年里所学的基础理论、专业理论以及基本技能，按照相关任务书的要求，对具体的工作进行规划设计，并提供完整的设计计算书。一般来说，通过对毕业设计的进行，来掌握道路工程设计的基本原理及方法、提高自身分析和解决工程中遇到问题并解决问题的能力和对工作认真负责的态度。总的来说，毕业设计是对所学的专业知识进行一次系统的全面的综合运用，以达到通过设计对学生所学专业的专业知识进行再次巩固和灵活运用的目的。1.2设计原始资料及相关规范1.2.1山岭微丘区地形图山岭微丘区地形图1份，比例为1:20001.2.2气象资料地形图所在地区属南亚热带季风气候，夏长无严冬，气温较高，热量丰富，雨量变幅大，温、光、热地域差异明显，干旱及倒春寒灾害较多。全年平均日照率42%，平均气温在22.10℃之间。累年降水量在1260～1700毫米之间，平均值在1500毫米左右。1.2.3工程地质情况地形图地区山体稳定，大多数为粉质亚粘土。1.3道路技术标准公路等级：二级公路车道数：双向两车道路基宽度：12m行车道宽度：3.75m路肩宽度：硬路肩1.5m，土路肩0.75m设计行车速度：80km/h路拱横坡：路面及土路肩2%超高过渡方式:绕中线旋转设计标准荷载：B22100-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）选取路面类型:水泥混凝土路面1.4设计依据（1）《公路工程设计规范》JTGB012003,人民交通出版社。（2）《公路路线设计规范》JTGD202006,人民交通出版社。（3）《公路路基设计规范》JTGD302004,人民交通出版社。（4）《公路沥青路面设计规范》JTGD142006,人民交通出版社。（5）《公路路基施工技术规范》JTJD332006,人民交通出版社。（6）《公路排水设计规范》JTGB181997,人民交通出版社。（7）《路基路面工程》邓学均2008,人民交通出版社。（8）《路面设计手册》北京2005,人民交通出版社。（9）《公路混凝土路面设计规范》JTGD402011，人民交通出版社。（10）《公路桥涵设计手册》顾克明1995，人民交通出版社。-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）第二章路线平面设计2.1道路选线2.1.1道路选线的原则路线作为道路的骨架，其水平高低关系到道路是否能正常发挥本身功能并在路网达到预期的效果。自然条件是影响路线设计的因素之一，除此之外也受其他诸多因素的影响。因此，选线需综合考虑各项因素并妥善处理好其相关关系。道路选线的基本原则如下：（1）运用各种方法及软件对路线方案进行深入、细致的研究，然后在多个方案的论证及比选的基础上，选定最优路线方案，是道路设计各个阶段应注意的地方。（2）路线设计不仅要保证行车安全、舒适和迅速，还要做到工程量小、造价和维护费用低、效益好，并且具有较高的施工可行性。当工程量增加情况不大时，可采用较高的路线技术指标，但一般情况下不轻易采用极限指标。当然，也不应不估计工程大小，而片面的追求高指标。（3）选线时应注意对农田基本建设的尽量保护，要做到少占农田，尤其是高产田、经济作物田或者将路线穿过经济林园等。（4）当路线通过风景、名胜古迹地区是，应当注意保护当地原有的自然状态，其修建的人工构造物要与周围环境、景观协调一致。（5）对于严重地质路段，如可能发生滑坡、崩坍、泥石流，具有岩溶、泥沼等地段及沙漠、多年冻土特殊地区，须进行慎重对待，一般情况下设法绕避。当不得不穿过时，则应选择合理位置，缩小穿越的范围，并适当采取必要工程措施。选线定好后应对当地工程地质和水文进行深入勘测调查，弄清其对道路工程的影响。（6）重视环境保护，即注意由于道路修筑，汽车运营对环境所产生的不可逆的影响和污染。（7）对于高速公路和一级公路，其路幅教宽，可根据当地地形、地物和自然环境等条件，本着因地制宜的原则，利用其上下行车道分离的特点，利用合理的车道分离形式进行设线。2.1.2选线的方法在选线过程中，影响因素较多，有的互相矛盾，有的相互制约。而各因素在不同场合的情况下其重要程度也不相同，不可能一次性找出理想方案。因此，最有效的作法是分阶段，由粗到细的过程反复比选然后求得最佳路线。选线方法一般按其工作内容分三步进行：-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）（1）路线方案选择解决起、终点间路线的基本走向是路线方案选择的主要问题。通常是先在小比例尺地形图上的较大范围内找出各种可行方案，然后收集可行方案的有关资料、进行初步评选，从中确定一条或数条有进一步比较价值的可行方案。最后通过现场勘察、多方案的比选得出最佳方案。当情况特殊没有地形图时，可采用踏勘或调查的方法收集现场资料，进行方案的评选。（2）控制点选择根据地形、地质水文等自然条件选择好控制点，将控制点按序连接，使之构成路线带。对于这些细部控制点的取舍，仍旧通过比选来确定。（3）具体定线经过之前所述两步的工作，已经可以明显勾画出路线的雏形。定线是根据相关道路技术标准和方案，结合各因素，在最佳定线带内进行平、纵、横的综合设计，具体定出道路中线。2.2确定平面设计技术指标2.2.1直线规范规定中直线的最大长度以小于20V为佳，驾驶员的心理反应和视觉效果也是考虑因素之一。本设计中最大直线长度应小于1600米。根据《公路路线设计规范》（JTGD20—2006）：当设计速度大于等于60km/h时，同向圆曲线间的直线最小长度应不小于设计速度的6倍。如图2.1所示：图2.1反向曲线示意图-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）2.2.2圆曲线圆曲线作为平面设计中的线形要素之一，主要确定路线半径值、超高及加宽。道路进行平面设计时，根据当地地形地物等条件，尽量选用较大的圆曲线半径，以确保行车安全和舒适。圆曲线半径既要选得技术合理，又需经济适用；既不一味采用高标准导致过分的增加工程量，也不采用低标准只为满足现行通行要求。当地形条件收到限制时，可采用接近圆曲线的一般最小半径值，只有地形条件特殊时，才可采用圆曲线极限值。圆曲线最小半径如下表2.1。表2.1圆曲线的最小半径设计速度（km/h）1201008060403020圆曲线最小半径（m）一般值10007004002001006530极限值650400250125603015根据设计的实际地形考虑，本设计两处圆曲线半径均为500m，大于最小圆曲线半径。2.2.3缓和曲线我国一般把离心加速度的变化率取值控制为范围内，最小缓和曲线长度的计算公式为：……………………………………………………(2.1)式中：Ls（min）——最小缓和曲线长度；V——设计时速；R——曲率半径；——离心加速度变化率。以超高渐变率适中为主：根据《规范》中规定的超高渐变率，由此导出缓和曲线过最小长度公式：……………………………………………………(2.2)式中：B—旋转轴至行车道处外侧边缘的宽度（m）；—超高坡度与路拱坡度代数差（%）；P—超高渐变率。考虑上述各项影响缓和曲线长度的因素，可根据《标准》查的各级公路的缓和曲线最小长度：-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）表2.2各级公路缓和曲线最小长度设计速度（km/h）1201008060403020缓和曲线最小长度（m）一般值13012010080504025最小值1008570604030202.2.4平曲线的最小长度平曲线最小长度应小于等于2倍的缓和曲线的长度，在和圆曲线组成的平曲线中其长度大于等于9s的行车距离。在由缓和曲线组成的平曲线中，其最小长度应大于等于6s的行车距离，在平曲线内的圆曲线的最小长度，应大于等于3s的行车距离。本设计中第一处的平曲线长度为531.6m，第二处的平曲线长度为413.8m。3s行车距离为240m，两处平曲线长度均满足要求。2.2.5行车视距本设计为速度80km/h的二级公路行车视距只有停车视距，无会车视距、错车视距及超车视距。《规范》规定的各级公路停车视距如表2.3。表2.3各级公路停车视距设计速度（km/h）1201008060403020停车视距（m）21016011075403020本设计满足停车视距要求。2.3平面线形设计本设计各转点参数如下：各交点桩号：JD1：K0+334.657各转角度数：α1=38°JD2：K1+211.542α2=24°2.3.1平曲线计算（1）平曲线1取圆曲线半径R1=500m，缓和曲线长Ls=200m，α1=38°内移值:，增长值:，缓和曲线角:-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）切长线:曲长线:外矢距:切曲差:ZH点里程HY点里程YH点里程HZ点里程QZ点里程桩号检验：。检验符合（2）平曲线2取圆曲线半径R2=:500m，缓和曲线长Ls=200m，α2=24°内移值:，增长值:，缓和曲线角:切长线:曲长线:外矢距:切曲差:ZH点里程HY点里程YH点里程-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）HZ点里程QZ点里程桩号检验：。检验符合2.3.2平曲线要素计算结果表：表2.4平曲线要素计算结果表交点号交点坐标X交点坐标Y交点桩号转角值圆曲线半径缓和曲线长度切线长度平曲线长度外矢距切曲差起点491039.5481034.3K0+000　　　　　　　JD1489846.2481210.3K0+334.67538°500200271.31531.6032.3415.02JD2488966.4481101.6K1+211.54224°500200206.97409.4214.584.52终点488597.0481217.8K1+596.597　　　　　　　-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）第三章路线纵断面设计3.1概述道路纵断面，是用一个曲面沿着道路的中线竖直切开，路面展开形成的平面。路线纵断面图反映了路线在道路纵断面上的起伏情况，位置及尺寸。因此，路线纵断面是一条起伏的空间线。路线纵断面图反映了路线经过的地区其中线的地面起伏情况和设计标高之间的关系，将它与平、横断面图相结合，就能完整地表达出道路的空间位置和立体线形，是道路设计的重要图表之一。纵断面线有两条主要线：一条是根据中线上各桩点的高程而绘的不规则的折线，称为地面线，它反映了地面沿中线的起伏变化情况；另一条是设计者经过多重比较，根据技术上、经济上以及美学上等多方面的考虑得出的具有规则形状的几何线，称为设计线，它反映了道路中线的变化情况。直坡线有上坡和下坡，其大小分别用纵坡和坡长表示。纵断面上用百分数来表示同一坡段中两点间高差与水平距离的比值，即纵坡。不同纵坡的转折处称为变坡点，为了让行车平顺过渡，需要在边坡点出设置竖曲线。按边坡点出转折形式的不同，竖曲线又分为凹曲线和凸曲线，其大小可采用半径和水平长度来表示。纵断面的线形设计主要根据道路的性质、等级和地形地质及水文等因素，加以考虑路基稳定、排水及总工程量的要求，对纵坡的大小、长短和前后纵坡情况、竖曲线半径大小及其与平面线形的组合关系来进行综合设计，从而设计出合理最优的纵坡线形，使得行车安全舒适、快速。3.1.1纵断面设计要求(1)纵断面线形应是一条连续、平顺、均衡的光滑曲线，重视平纵线形的组合。(2)线形务必力求平缓，避免出现连续陡坡、过长坡以及反坡。(3)纵坡设计的取值必须满足《标准》中的规定，一般不选用极限值。根据行车安全舒适和视觉良好方面来考虑，纵断面线形的设计要注意以下几点：较短距离内路面线形起伏，易造成纵断面线形中断和视觉不良，应小心避免；当竖曲线为较大的连续上坡路段时，应将最陡的纵坡放在底部，随着高度的上升纵坡坡度应放缓。当纵坡变化小时，则可以采用较大的竖曲线半径值；进行纵坡设计时，应尽量争取填挖平衡，本桩利用或挖方就近填方以得减少借方与弃方数量，降低工程造价；纵坡设计也应结合我国当地实际情况，适当的照顾民间的通用交通工具、农业机械、农田水利等方面的要求。-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）3.1.2纵断面设计方法及步骤(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设计资料，领会设计意图和要求。（2）标注断面控制点纵断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，重要城镇通过位置的标高及收其他因素限制路线中线须通过的控制点标高等。（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，选线路图，考虑各经济点和控制点的要求及地形的变化情况，涉及定出纵坡设计线的工作，前后照顾就是说明前后坡段统盘考虑，不能只在意坡段上，以点定线就是按照纵断面设计技术标准的要求，满足“控制点”要求。（4）调坡调坡主要根据以下两方面进行：结合选线意图，将试坡线与选线时考虑的坡度进行比较，两者应基本相等，若有脱离实际情况或考虑不周全现象，则应全面分析，找出原因，权衡利弊，决定取舍；对照技术标准，调整坡度线的方法，以少脱离控制点，少变动填挖的原则，以便调整后的纵坡与试运纵坡相等。（5）根据横断面校对纵坡线校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和其他重要控制点的断面等。（6）确定纵坡线经调整校对后，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。3.2纵断面设计技术指标的确定3.2.1最大纵坡最大纵坡是在纵坡设计时根据道路等级、自然条件、行车要求等因素所限定的路线纵坡最大值，它是道路纵断面设计的重要控制指标。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、自然条件以及工程和运营经济等因素，通过综合分析，最大纵坡值应从汽车的爬坡能力、汽车在纵坡段上行驶的安全、公路等级、自然条件等方面综合考虑，《规范》对一级公路最大纵坡规范如表3.1。-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）表3.1各级公路最大纵坡设计速度1201008060403020最大坡度3455789本设计为山岭微丘区速度为80km/h的一级公路，《规范》规定二级公路最大纵坡为:5%。本设计中综合考虑以上因素，最大纵坡定为2.098%。3.2.2最小纵坡、平均纵坡、合成坡度（1）最小纵坡各级公路的路堑以及其他横向排水不畅路段，为保证排水顺利，防止水浸路基，规定采用不小于0.3%的纵坡。一般采用0.5%。本设计采用纵坡0.475%，满足最小纵坡要求。(2)平均纵坡平均纵坡是指一定长路段两端点的高差与该路段长度的比值，它是衡量纵断面线形质量的一个重要指标。………………………………………………………………(3.1)式中：H——相对高差（m）L——路线长度（m）限定平均纵坡是为合理运用最大纵坡、坡长限制及缓和坡段的规定，保证车辆安全顺适行驶。《规范》规定：二级、三级、四级公路越岭线连续上坡(或下坡)路段相对高差为200-500时，平均纵坡不应大于5.5%；越岭路线相对高差大于500m时，平均纵坡不应大于5.0%，且任意连续3km路段的平均纵坡不应大于5.5%。(3)合成坡度合成坡度是指道路纵坡和横坡的矢量和，计算式如下：…………………………………………………………(3.2)式中：I——合成坡度（%）；——路线纵坡（%）；——超高值（%）。当纵坡较大而圆曲线半径较小时，合成坡度较大，使汽车重心发生偏移，给汽车行驶带来危险。所以，在有平曲线的坡道上，应将合成坡度控制在一定范围内，可避免急弯和陡坡的不利组合，防止因合成坡度过大而引起该方向滑移，保证行车安全。-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）《规范》规定：在设有超高的平曲线上，超高与纵坡的合成坡度值不得超过下标规定；在积雪或冰冻地区，合成坡度值不应大于8%。《规范》规定各级公路的合成坡度值如下表3.2。表3.2各级公路的合成坡度值公路等级一级公路设计速度（km/h）1008060合成坡度（%）10.010.510.5本设计两段平曲线设置超高处均满足合成坡度值的要求。3.2.3最大坡长最大坡长限制是指控制汽车在坡道上行驶，当车速下降到最低容许速度时所行驶的距离。最低容许速度对应的纵坡为不限长度最大纵坡，凡是大于的纵坡起长度都应加以限制。规范规定各级公路最大坡长如下表3.3。表3.3各级公路最大坡长设计速度（km/m）1201008060403020纵坡坡度（%）39001000110012004700800900100011001100120056007008009009001000650060070070080075005006008300300400本设计设计速度80km/h的二级公路，设计最大纵坡为2.098%，故无最大坡长限制。3.2.4最小坡长从汽车行驶平顺性要求，如果坡长过短，使变坡点增多，形成“锯齿形”的路段，容易造成行车起伏频繁，影响公路的服务水平，减小公路的使用寿命。为提高公路的平顺性，从路容美观、相邻竖曲线的设置和纵面视距等也要求坡长应有一定的最短长度。最小坡长规定骑车一设计速度915s行程为宜，在高速路上，9s可满足行车及几何线形布设的要求，在低速路上应取大值。《规范》规定各级公路最小坡长如下表3.4。表3.4各级公路最小坡长设计速度（km/h）1201008060最小坡长（km/h）一般值400350250200最小值300250200150如上表《规范》规定设计速度为80km/h的二级公路最小坡长为200m-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文），本设计最小坡长均满足要求。3.2.5竖曲线竖曲线是指在道路纵坡的变坡处设置的竖向曲线。竖曲线的作用是为满足行车平顺、舒适及视距的需要。竖曲线的线性课采用圆曲线或抛物线，在适用范围内差别不大，但在计算上，抛物线比圆曲线方便，一般采用二次抛物线作为竖曲线。(1)竖曲线半径纵断面设计中，竖曲线的设计受众多因素的限制，其中缓和冲击，时间行程不过短，满足视距要求三个限制因素决定着竖曲线的最小半径或最小长度。《标准》规定的一般最小半径为极限最小半径的1.5-2.0倍，在条件许可时以尽量采用大于一般最小半径的竖曲线为宜。竖曲线最小半径和最小长度见下表3.5。表3.5竖曲线最小半径和最小长度设计速度（km/m）1201008060403020凸形竖曲线（m）一般值170001000045002000700400200极限值11000650030001400450250100凹形竖曲线（m）一般值6000450030001500700400200极限值4000300020001000450250100竖曲线最小长度（m）100857050352520本设计在K0+504.75处设置第一个变坡点，为凸形竖曲线，半径为5000m；K1+101.90处设置第二个边坡点，为凹形竖曲线，半径为4000m，均符合要求。-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）（2）竖曲线几何要素计算图3.1竖曲线要素示意图本次设计共设有两个竖曲线，凸曲线处：i1=2.098%，i2=0.457%，变坡点里程K0+504.75，高程为101.34；凹曲线处：i3=0.475%，i4=0.499%，变坡里程K1+101.9，高程为101.95。计算竖曲线要素：（1）变坡点1：为凸形竖曲线曲线长切线长外距竖曲线起点桩号：竖曲线终点桩号：竖曲线起点高程:计算竖曲线上20m整桩的设计高程,以桩号K0+460为例:横距:竖距:切线高程:设计高程:-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）（2）变坡点2：为凹形竖曲线曲线长:切线长:外距:计算设计高程竖曲线起点桩号：竖曲线终点桩号：竖曲线起点高程:计算竖曲线上20m整桩的设计高程,以桩号K1+100为例:横距:竖距:切线高程:设计高程:路线上其余各个整桩的设计高程计算过程省略。3.3道路平、纵线形组合3.3.1道路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，并保证视觉的连续性。（2）注意保持平纵线形的技术指标大小应均衡。（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）注意与道路周围的环境的配合。3.3.2平曲线与竖曲线的组合（1）平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线。最好是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”。（2）平曲线与竖曲线的大小应保持均衡。-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）（3）暗弯与凸形竖曲线及明弯与凹形竖曲线的组合。为了便于实际运用，把平曲线与竖曲线的组合形象的表示如下所示。图3.2平曲线与竖曲线的组合3.3.3平、竖曲线应避免的组合（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。（2）小半径竖曲线不宜与缓和曲线相重叠。（3）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。（4）平面转角小于7°的平曲线不宜与坡度角较大的凹形竖曲线组合在一起（5）在完全通视的条件下，长上（下）坡路段的平面线性多次转向形成蛇形的组合线形，应极力避免。-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）第四章路线横断面设计4.1横断面设计技术指标的确定道路横断面是指中线上任意一点的法相切面，它是有横断面设计线和地面线组成。其中设计线包括行车道、路肩、分隔带、边沟、边坡、截水沟、护坡道以及取土坑、弃土堆、环境保护设施等。地面线是表征地面起伏变化的线，它通过现场实测或由大比例尺地形图、航测相片、数字地面模型等途径获得。路线设计研究的横断面设计只限于与行车直接有关的路福部分，即两侧路肩外缘之间各组成部分的宽度、横向坡度等问题。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、设计速度、地形条件等要素确定。在保证公路通行能力、交通安全与通畅的前提下，尽量做到用地省、投资少，使公路发挥其最大的经济效益与社会效益。4.1.1路基宽度查《公路工程技术标准》得，山岭微丘区二级公路，当设计时速为80km/h时，拟定双向两车道，设计车道宽度为3.75m，硬路肩的宽度为1.5m，土路肩的宽度为0.75m，路基总宽度12m。各级公路车到宽度见下表4.1。表4.1各级公路行车道宽度公路等级高速公路、一级公路设计速度（km/h）120、1008060车道数864644行车道宽度（m）215.0211.2527.5211.2527.527.0公路等级二、三、四级公路设计速度（km/h）8060403020车道数22221或2行车道宽度（m）7.57.07.06.53.5或64.1.2路肩行车道处外缘至路基边缘之间的带状部分称为路肩，其具有保护及支撑路面结构的作用。供发生故障的车辆临时停放之用，有利于防止交通事故和避免交通紊乱等作用。路肩从构造上分为硬路肩和土路肩。硬路肩是指进行了铺装的路肩，可承受汽车荷载的作用力。土路肩是指不加铺装的土质路肩，起保护路面和路基的作用，并提供侧向余宽。道路一般设右路肩，高速公路、一级公路当采用分离式断面时，行车道左侧应设左路肩，有条件时宜采用≥2.50m的硬路肩。当右侧硬路肩的宽度小于2.50m-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）时，应设紧急停车带。其他各项公路的路肩宽度根据条件可采用2.25m、2.0m、1.75m、1.50m、1.00m、0.75m，最窄不能小于0.50m。本次设计采用1.50m的硬路肩，0.75m的土路肩。4.1.3路拱横坡为了利于路面横向排水，将路面做成由中央向两侧倾斜的拱形称为路拱，其倾斜大小以百分率表示。对于不同类型的路面由于其表面的平整度和透水性不同，再考虑当地的自然条件可选用不同的路拱坡度，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12%，本设计取路拱坡度为2%；土路肩横向坡度一般应较路面横向坡度大1%-2%，本设计取路肩横向坡度为2%，路拱坡度采用双向横坡，由路中线向两侧倾斜。路拱的形式有抛物线形、直线形、直线接抛物线形、折线形等。根据路面宽度及类型，低等级公路可采用抛物线形路拱，高等级公路一般采用直线形或直线形接抛物线形路拱。本设计为设计速度80km/h的双向两车道二级公路，路拱形式采用直线形。4.1.4边沟边沟设置在挖方路基的路肩外侧或低路堤的坡脚外侧，多与路中线平行，用以汇集和排除路基范围内和流向路基的少量地面水。边沟不宜过长，边沟的纵坡一般与路线纵坡一致.平坡路段，边沟保持不小于0.5%的纵坡。边沟的横断面形式有梯形、矩形、三角形及流线型等。梯形边沟内侧边坡为1:1.01:1.5，外侧边坡坡度与挖方边坡坡度相同。梯形边沟的底宽与深度约0.40.6m，水流少的地区或路段，取低限或更小，但不宜小于0.3m；降水量集中或地势偏低的路段，取高限或更大一些。本次设计采用梯形边沟，内外侧边坡为1:1.0，底宽为0.6m，深度为0.6m。边沟示意图如图4.1。-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）图4.1边沟示意图4.1.5截水沟截水沟一般设置在挖方路基边坡坡顶以外，或山坡路堤上方的适当地点，用以拦截并排除路基上方流向路基的地面径流，减轻边沟的水流负担，保证挖方边坡和填方坡脚不受流水冲刷。截水沟示意图如下。图4.2截水沟示意图图中距离d一般应大于5.0m，地质不良地段可采用10.0m或更大。截水沟下方一侧，可堆置挖沟的土方，做成顶部向沟倾斜2%的土台。山坡填方路段可能遭到土方水流的破坏作用，此时必须设置截水沟，一拦截山坡水流保护路堤。截水沟的横断面形式，一般为梯形沟的边坡坡度，因岩土条件而定，一般采用1:1.0—1:1.5，沟底宽度不小于0.5m，沟深h按设计流量而定，亦不小于0.5m-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）。截水沟的位置，应尽量与绝大多数地面水流方向垂直，以提高截水效能和缩短沟的长度。截水沟水流不应引入边沟，当必须引入时，应增大边沟横断面，并进行防护。沟底应具有0.3%以上的纵坡。截水沟的长度以200—500m为宜。4.2平曲线超高与加宽设计为抵消或减少车辆在平曲线路段上行驶时所产生的离心力，在该路段横断面将路面做成外侧高内地的单坡形式，称为平曲线超高。合理设置超高，可全部或部分抵消离心力，提高汽车在平曲线上行驶的稳定性与舒适性。从直线段的双向路拱横坡渐变到圆曲线段具有单向横坡的路段，称作超高过渡段。超高过渡方式分无中间带道路的超高过度和有中间带的超高过渡。本设计采用绕内边线旋转。各级公路最大超高渐变率如下表4.2。表4.2最大超高渐变率设计速度（km/h）超高旋转轴位置设计速度（km/h）超高旋转轴位置中线边线中线边线1201/2501/200401/1501/1001001/2251/175301/1251/75801/2001/150201/1001/50601/1751/125一般情况下，在确定缓和曲线长度时，已经考虑了超高过渡所需的最短长度，故一般取超高过渡段Lc与缓和曲线长度Ls相等。若计算出的Lc＞Ls，此时应修改平面线形，使Ls≥Lc。当平面线形无法修改时，可将超高过渡起点前移，超高过度在缓和曲线起点之前的直线段开始。平曲线上设置超高以后，道路中线和内、外侧边线与设计标高之差h，应予计算并列于“路基设计表”中，以便于施工。4.2.1超高的计算本设计所设的缓和曲线长度均为200m，大于相应的缓和曲线长度。取满足超高及加宽要求。（1）第一处平曲线处超高计算R1=500，Ls=200,则横向力系数……………………………(4.1)式中：R——半径-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）由式（4.1）可得，则曲线1圆曲线处超高值大于路拱横坡度0.02，故此处超高值取5%。第一处平曲线出超高计算表如下。表4.3转角1处的超高值位置桩号内侧车道外侧车道K0+068.890(ZH)2%2%+227.7272%0.24%+229.5752%0+244.1602%1.85%+268.890(HY)5%5%+400.459(YH)5%5%+423.0472.13%2.13%+425.7682%1.78%+44020.03%+600.459(HZ)2%2%本设计所设的缓和曲线长度为200m，大于相应的缓和曲线长度。取满足超高及加宽要求。（2）第二处平曲线处超高计算R2=500，Ls=200,由（4.1）可得横向力系数则曲线2圆曲线处超高值大于路拱横坡度0.02，故此处超高值取5%。第二处平曲线出超高计算表如下4.4。-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）表4.4转角2处的超高值位置桩号外缘內缘K1+004.662(ZH)2%2%+1801.86%2%+2004.41%4.41%+204.662(HY)5%5%+218.421(YH)5%5%+2402.25%2.25%+2600.29%2%+418.421(HZ)2%2%4.2.2加宽的计算《规范》规定当圆曲线半径大于250m时，可以不设计加宽。本设计两个圆曲线半径均为500m，大于250m。故本设计不涉及加宽设计。-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）第五章路基设计5.1路基路面设计的一般规定路基路面应根据公路功能、公路等级、交通量，结合沿线地形、地质及路用材料等自然条件进行设计，保证其具有足够的强度、稳定性和耐久性。同时，路面层应满足平整和抗滑的要求。路基设计应重视排水设施与防护设施的设计，取土弃土应进行专门设计，防止水土流失，堵塞河道和诱发路基病害。5.2路基设计内容5.2.1路基横断面布置及宽度设计通常根据公路路线设计确定的路基标高与天然地面标高时不同的，路基标高低于天然地面标高时，需进行开挖，路基设计标高高于地面标高时，需进行填筑，由于路基填挖情况不同，可将断面分为三种类型：路堤、路堑和填挖结合三种断面形式。路基横断面的典型形式可归纳为路堤、路堑和填挖结合三种。(1)路堤指全部用沿途填筑而成的路基。按照填土高度不同划分为矮路堤、高路堤和一般路堤。其示意图如下图。图5.1路堤示意图(2)路堑指全部在天然地面开挖而成的路基，有全挖路基，台口式路基及半山洞路基。其示意图如下图。图5.2路堑示意图-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）（3）半填半挖路基其示意图如下图。图5.3半填半挖路基本设计路基宽度为12m，其中路面宽度为，硬路肩宽度为，土路肩宽度，路面坡度为2.0%，路肩坡度为2.0%。5.2.2路基压实路堤填土需分层压实，使之有一定的密实度。土质路堑开挖到设计高程后，须检验路基顶面工作区内天然状态土的密实度，该密实度通常低于设计要求。必要时，应在开挖后再分层压实，使之达到一定的密实度。分层压实的路基顶面能防止水分干湿作用引起的自然沉陷和行车荷载反复作用产生的压实变形，确定路面的使用品质和使用寿命。路基土压实标准案重型和轻型两种标准击实试验方法来确定。在击实过程中，对于路基的不同层位应提出不同的压实要求，上层和下层的压实度应高些，中间层可低一些。当然这还应同路基的填挖情况和自然因素的影响程度结合起来考虑。根据上述要求，我国《公路路基设计规范》（JTGD30—2004）针对各种不同情况提出了不同的压实标准。压实度是以应达到的干密度绝对值与标准击实法得到的最大干密度之比值的百分率。表5.1为适用于各级公路的以重型击实方法为标准的路床压实度和相应的路床土最小强度。-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）表5.1路床土最小强度和压实度要求项目分类路面底面以下深度（m）路床最小强度（CBR）（%）压实度（%）高速公路、一级公路二级公路三、四级公路高速公路、一级公路二级公路三、四级公路填方路基0～0.3865≥96≥95≥940.3～0.8543≥96≥95≥94零填及挖方路基0～0.3865≥96≥95≥940.3～0.8543≥96≥95—公路路堤除了0.8m深度的路床之外，以下部分的路基一律按重型击实法求得的最大干密度控制压实度。各个等级公路上路堤和和下路堤填土最小强度见表5.2，除了特殊气候区和选用特殊填料修筑的路堤外，路堤压实应满足表5.2的要求。表5.2路堤压实度和最小强度要求类别路床底面以下深度（m）路堤最小强度（CBR）（%）压实度（%）高速公路、一级公路二级公路三、四级公路高速公路、一级公路二级公路三、四级公路上路堤0.8～1.50433≥94≥94≥93下路堤1.50以下322≥93≥92≥905.2.3路基边坡设计（1）路堤边坡路堤边坡可用边坡高度H与宽度b之比表示，并取H=1。路堤边坡,一般路堤边坡可按照下表5.3选用。表5.3路堤边坡坡度填料类别边坡坡率上部高度（H≤8M）下部高度（H≤12M）细粒土1:1.51:1.75粗粒土1:1.51:1.75巨粒土1:1.31:1.5本设计含有高填路堤，参考上述路堤边坡坡度可取1:1.5（H≤8m），1:1.75（H≤12m）。（2）路堑边坡坡度-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）路堑边坡坡度，应根据低当地自然条件、土石种类及其结构，边坡高度和施工方法确定，当地质条件良好且土质均匀时，可参照所列数值范围结合已成公路的实践经验采用。表5.4路堑边坡表土和岩石种类边坡最大高度（m）边坡坡度一般土201:0.5至1:1一般岩石1:0.1至1:0.5本设计中，边坡高度小于6m的，采用1:1的边坡度，路堑边坡大于六米的采用1:1.25。为了确保路基的强度，稳定性和行车安全，与一般路基工程有关的附属设施有取土坑、弃土堆、护坡道、碎落台等。设计施工时可根据实际情况合理选用。5.2.4路基边坡稳定性验算路基边坡滑坍是公路上常见的破坏现象之一。滑坍是指路基边坡土体或岩石沿着一定的滑动面成整体状向下滑动。例如，在岩质或土质山坡上开挖路堑，有可能因自然平衡条件被破坏或者因边坡过陡，使坡体沿某一滑动面产生滑坡。对河滩路堤、高路堤或软弱地基上的路堤，也可能因水流冲刷、边坡过陡或地基承载力过低而出现填方土体（或连同原地面土体）沿某一剪切面产生坍塌。为此，须对可能失稳或已出现失稳的路基进行稳定性分析，保证路基设计既满足稳定性要求，又满足经济性要求。一般性质的土，均具有一定的粘结力，其边坡滑动面成曲面，惯用的计算方法是假定为圆弧曲线。圆弧滑动面的边坡稳定计算方法很多，工程上普遍采用条分法及其简化的表解法和图解法，此外还有应力圆法和圆法等。本设计中采用条分法的表解方法。路堤边坡稳定性分析如图将土体划分各小块，其宽度为b、高为a、滑弧全长L，将此三者换算成边坡高度H的表达式即……………………………………………………………………（5.1）……………………………………………………………………（5.2）……………………………………………………………………（5.3）每1m坡长的土块总量为：-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）图5.4表解法边坡稳定性分析原理图示其法向和切向分力为：………………………………………(5.4)………………………………………(5.5)稳定系数为：…………………………(5.6)令，，由此可得：………………………………………………………(5.7)式中：H——边坡高度(m)；——土的粘聚力(kPa)；——土的容重()；——土的内摩擦系数，，为土的内摩擦角(º)；A，B——随路基边坡坡度而变.(1)填方边坡稳定性验算：在本设计中，路堤边坡则：根据规范查表有：-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）表5.5表解法计算结果表（1）O1O2O3O4O5A3.062.542.151.901.71B6.256.507.158.3310.10K1.721.561.481.501.60稳定系数Kmin大于1.25，该路堤边坡稳定。（2）挖方边坡稳定性验算：路堑边坡则：根据规范查表有：表5.6表解法计算结果（2）O1O2O3O4O5A2.341.871.571.401.24B5.796.006.577.508.80K1.411.261.211.241.31稳定系数Kmin小于1.25，故路堑边坡不稳定，应设置挡土墙。（3）验算边坡稳定的临界高度：用条分法的表解法来近似求得边坡稳定临界高度。但由于表解法为近似解，K值要求应略为提高，所以将Kmin值假定为1.5，m=1，由此反算出临界高度H根据规范中查表可得：表5.7表解法计算结果（3）O1O2O3O4O5A2.341.871.571.401.24B5.796.006.577.508.80H6.945.695.505.896.53由表可以得出，边坡稳定临界高度为5.5m，由横断面图可知在K0+200~K0+240右侧，K0+440~K0+520两侧,K0+589.476~K0+638.881右侧路段需要修筑挡土墙。5.3路基施工一般规定路基施工宜以挖作填，减少土地占用和环境污染。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%至4%的排水横坡。雨季施工或因故中断施工时，必须将施工层表面及时修整并压实。-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）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的大小采取设置排水沟、采水井、渗沟等设施降低地下水。排水沟的出口应通至桥涵进出口。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。当设计未规定取土坑位置或规定的取土坑的储土量不能满足要求需另寻土源的，应按下列规定办理，力求少占农田或改造田地。当地面横坡定于1:10时，路侧取土坑应设在路基上侧，在桥头两侧不以设取土坑，特殊情况下，可在下游一侧设置，但应有宽度不小于4.0m的护坡道。取土坑的边坡，内侧宜为1:1.5，外侧为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%，坑底一般应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，坡度为2%至3%，当取土坑宽度大于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，可不设排水沟。当沿河弃土时，不得阻塞河道，挤压、挤孔和造成河岸冲刷。5.3.1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，应控制其含水量在最佳压实含水量大2%之内。（2）土方路基，必须根据横断面设计，分层填筑，分层压实，采用机械压实时，分层的最大摊铺层厚，按土的类别、机具压实功能、碾压遍数等，经过经验确定，但取的摊铺厚度不宜大于50cm，填筑至路床底面，最后一层的最小压实厚度不小于8cm。（3）路堤填土高度每侧应填层设计厚度，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%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。若两个地段同时填筑，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，应选用水稳定性较好的土料，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筑。（8）两侧取土，堤高在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）填方集中地区路基施工时，取土场运距在1km-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）范围以内时，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，离取土场距离超过1km时，可用松土机翻松，用挖掘机和装载机配合自卸车运送，同平地机平整填土，配合洒水车压路机碾压。5.3.2挖方路基的施工土质路堑的开挖，根据挖方数量大小及施工方法的不同，按掘进方向课分为纵向全断面掘进和横向通道掘进两种，同时又可在高度上分单层或双层和纵横混合掘进等。纵向全宽掘进是路线一端或两端，沿路线纵向向前开挖。单层掘进的高度，即等于路堑设计深度。掘进时渐段成型向前推进，运土由相反方向送出。单层纵向掘进的高度，受到人工操作安全及机械操作有效因素的限制，如果施工紧迫，对于较深路堑，可采用双层掘进法，上层在前，下层在后，下层施工面上留有上层操作的出土和排水通道。横向通道掘进，是先在路堑纵向挖出通道，然后分段同时向横向掘出，此法课扩大施工面，加速施工进度，在开挖长而深的路堑时用。施工时可以分层和分段，层高和段长视施工方法而定。该法工作面多，但运土通道有限制，施工的干扰性增大，必须周密安排，以防在混乱中出现质量或安全事故。个别情况下，为了扩大施工面，加快施工进度，对土路堑的开挖，还可考虑采用双层式纵横通道的混合掘金方案，同时沿纵横的正反方向，多施工面同时掘进。混合开挖方案干扰性更大，一般仅限人工施工，对于深路堑，如果挖方工程数量打及工期受限制时可考虑采用。5.4路基排水设计5.4.1路基排水设计一般原则排水要因地制宜，全面规划，合理布局，综合治理，讲究时效，注意经济，并充分利用自然水系，一般情况下底面和地下设施的排水沟渠，宜短不宜长，以使水流不过于集中，做到及时分流。各种路基排水沟渠的设置，应注意与农田水利的配合，必要时可适当地增加涵管或增大涵管孔径，以防农业用水影响路基稳定。设计前必须进行调查研究，查明水源及地质条件，重点路段要进行排水系统的全面规划，考虑路基排水与桥涵布置的配合，地下排水与地面排水的相配合。路基排水要注意防止附近山坡的水土流失，尽量不破坏天然水系，不轻易合并自然沟渠和改变水流性质，尽量选择有利地质条件布设人工沟渠。路基排水要结合当地水文条件的道路等级等具体情况，注意就地取材，预防为主，既要稳固适用，又讲究经济效益。-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）5.4.2路基排水设备构造与布置（1）边沟边沟设置在挖方路基的路肩外侧或低路堤的坡脚外侧，多与路中线平行，用以汇集和排除路基范围内和流向路基的少量地面水。边沟不宜过长，边沟的纵坡一般与路线纵坡一致.平坡路段，边沟保持不小于0.5%的纵坡。边沟的横断面形式有梯形、矩形、三角形及流线型等。梯形边沟内侧边坡为1:1.0-1:1.5，外侧边坡坡度与挖方边坡坡度相同。梯形边沟的底宽与深度约0.40.6m，水流少的地区或路段，取低限或更小，但不宜小于0.3m；降水量集中或地势偏低的路段，取高限或更大一些。本次设计采用梯形边沟，内外侧边坡为1:1.0，底宽为0.6m，深度为0.6m。边沟示意图如下。图5.5低路堤边沟示意图图5.6挖方路段边沟示意图（2）截水沟截水沟设置在挖方路基边坡坡顶以外，或山坡路堤上方的适当地点，用以拦截并排除路基上方流向路基的地面径流，减轻边沟的水流负担，保证挖方边坡和填方坡脚不受流水冲刷。截水沟示意图如下图。-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）图5.7截水沟示意图图中距离d，一般应大于5.0m，地质不良地段可采用10.0m或更大。截水沟下方一侧，可堆置挖沟的土方，做成顶部像沟倾斜2%的土台。截水沟边坡坡度，因岩土条件而定，一般采用1:1.0-1:1.5，沟底宽度不小于0.5m，沟深不小于0.5m。（3）排水沟排水沟的主要用途在于引水，将路基范围内各种水源的水流（如边沟、截水沟、取土坑、边坡和路基附近积水）,引至桥涵或路基范围以外的指定地点。当路线收到多路段沟渠或水道影响时，为保护路基不受水害，可以设置排水沟或引移渠道，以调节水流，整治水道。排水沟的横断面，一般采用梯形，尺寸大小应经过水力计算选用，用于边沟截水沟及取土坑出水口的排水沟，横断面尺寸根据设计流量确定，底宽与深度不宜小于0.5m，土沟的边坡坡度约为1:11:1.5。排水沟水流注入其他沟渠或水道时，应使原水道不产生冲刷或淤积。通常应使排水沟与原水道两者成锐角相交，即交角不大于45度，有条件可用半径R=100b（b为沟顶宽）的圆曲线超下游与其他水道相接。排水沟应有合适的纵坡，以保证水流畅通，不致流速太大而长生冲刷，亦不可太小而形成淤泥，为此宜通过水文水力计算择优选择，一般情况下，可取0.5%1.0%，不小于0.3%，不大于3%。排水沟根据地质及纵坡可分为两种：一种为加固边沟，适用于坡陡及地质不良地段，；另一种为植草防护边沟，适用于纵坡不是很大且地质良好的地段。（4）路堑与高路堤衔接处排水设施设置路基排水沟渠的加固类型有多种，设计时可结合当地条件，根据沟渠土质、水流速度、沟底纵坡和使用要求等而定。沟渠加固类型与沟底纵坡有关，下表5.8可供设计时参考使用。-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）表5.8沟渠的加固类型纵坡（%）＜11—33—55—7＞7加固类型不加固1.土质好，不加固2.土质不好，简易加固简易加固或干砌式加固干砌式或浆砌式浆砌式或改用跌水本设计路面最大纵坡小于3%，且土质较好，为排水设施安全考虑，可选择浆砌片石加固。5.5涵洞设计涵洞主要是为了排泄地面水流而设置的横穿路基的小型排水构造物。5.5.1涵洞分类及各种构造型式涵洞的适用性和优缺点按结构型式不同可分为管涵、盖板涵、拱涵、箱涵。⑴管涵：①适用于有足够填土高度的小跨径暗涵。②对基础的适应性及受力性能较好、不需墩台，圬工数量少，造价低。⑵盖板涵：①适用于要求过水面积较大时，低路堤上的明涵或一般路堤的暗涵。②结构较简单，维修容易。跨径较小时用石盖板；跨径较大时用钢筋混凝土盖板。⑶拱涵：①适用于在跨越深沟或高路堤时设置。山区石料资源丰富，可用石拱涵。②跨径较大,承载潜力较大。但自重引起的横载也较大,施工工序较繁多。⑷箱涵：①适用于在软土地基时设置。②整体性强。但用钢量多,造价高,施工较困难。5.5.2涵洞选用原则涵洞应根据所在公路的使用任务、性质和将来的发展需要，按照食用、经济、安全和美观的原则进行设计。同时，公路涵洞设计应适当考虑农田排灌的需要。适当考虑各方面的综合利用。涵洞主要是为了排泄地面水流而设置的横穿路基的小型排水构造物，其布置应结合地形、地物、地质等条件沿路合理布置，用来排水的涵洞应尽量与水流方向一致，与路线方向垂直，避免布置不当引起的壅水、涡流、下游冲刷过大等现象。5.5.3涵洞拟定为满足公路排水要求，经综合考虑，本设计路段中在K0+189.725与K0+528.528处设置直径为3m的圆管涵，在K0+932.45处设置钢筋混凝土盖板涵，在K1+528.3处设置斜向简支梁。-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）5.5.4涵洞设计算例（1）计算K1+528.3处涵洞：K1+528.3处河流宽3.2m，根据当地年降雨量及气候条件，拟定河床平均深度为1.5m，流速为3m/s，故流量，并假设涵前允许最大水深H=1.8m，设计宽为：……………………………………………………………(5.8)由式（5.8）可得选一孔L=4.0m，净跨径的钢筋混凝土盖板涵，此时实际的桥前水深为:…………………………………………………………(5.9)由式（5.9）可得，涵前行进流速v引起的项略去不计。由式可得进水口水深：查《公路桥涵设计手册.涵洞》可知盖板涵净空高度，则涵洞净高临界水深收缩断面水深则收缩断面流速：…………………………………………………………(5.10)由式（5.10）可得临界流速-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）计算临界坡度：水力半径：由于本涵洞采用浆砌片石涵底铺砌，n=0.016则：………………………………………(5.11)由式（5.11）可得拟定涵底纵坡，可得流量模数查《公路桥涵设计手册.涵洞》，B=3.9m近似取B=4.0m，内插得：故出口处流速为：可知该盖板涵的拟定符合规范要求。此处涵洞与路线正交，路基宽为12m。涵洞底中心至左侧路基边缘高度为H1=4.07m，至右侧路基边缘高度为H2=3.21m，此段路基纵坡为0.499%，不考虑路基纵坡影响，综合边坡坡度为1:1.72，涵洞进水口和出水口建筑高度均为1.90m，涵洞纵坡为2%。涵洞长度L=，其中分别为涵洞上、下游长度。…………………………………………………(5.12)………………………………………………(5.13)式中：、——路中心至上、下游路基边缘的宽度（m）；——涵洞上下游洞口建筑高度（m）；-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）——涵底坡度（以小数表示）；m——路基边坡坡度（按1：m）；H——路基填土总高度，即由涵底中心至路基边缘高度（m）。由式（5.12）和式（5.13）有：所以涵洞总长度为：根据《公路桥涵设计手册.涵洞》要求，该盖板涵需进行配筋，相应的盖板厚度为22cm，涵台墙身高为450cm，且此处盖板涵与水面正交，结构以受弯为主，故在板底层配置一排5×10mm的架立钢筋。（2）计算K0+929.2~K0+935.7处小桥：K0+932.45处桥涵宽6.5m，根据当地气候及年降雨量，拟定小桥趾处允许积水的桥前最大背水高度H=2.3m，通过小桥的设计流量，天然水深ht=1.5m，桥孔为矩形断面，桥台伸出锥坡以外，桥前行进流速构成的项忽略不计。因桥孔为矩形断面，桥台伸出锥坡以外，查《公路桥涵设计手册.涵洞》可知挤压系数，流速系数，假定桥下为自由出流，根据式：………………………………………………………(5.14)略去项，由式（5.14）可得临界流速及临界水深分别为：由可知，桥下水流确为自由出流。小桥孔径形式为单孔，通过天然洪峰设计流量及水深时对应的水面宽度为：-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）因该桥为斜桥且与河流流向夹角为22°，故现选用标准跨径不必考虑积水因素及水力图式进行重新复核。验算在标准跨径布置时，桥前背水高度H以及代替式中及，并略去项，则得：根据《公路工程技术指标》河流桥下最小净空及《公路桥涵设计手册.涵洞》中上部建筑构造高度D=0.25m，可得桥面最低高度为：此处小桥按简支梁桥结构布置，考虑到该桥为斜桥，在钝角出存在较大的支反力和负弯矩，故在钝角处约1/5的跨径范围内，应配置局部加强钢筋。加强钢筋的直径不小于12mm，间距10~15cm。5.6路基防护与加固由于岩土筑成的路基直接暴露在大气之中，长期受自然因素的影响，岩土在水温条件作用下物理力学性质将发生变化，合理的路基设计，应在路基位置横断面尺寸、岩土组成等方面综合考虑，为确保路基的强度与稳定性、路基的防护与加固，是不可缺少的工程技术措施。路基防护与加固设施，主要有边坡坡面防护、沿河路堤防护与加固以及是软地基的加固处治。本设计有高填及深挖路基、沿河浸水路堤，故用到的防护措施有坡面防护包括植被防护和工程防护。本设计不涉及湿软地基加固问题。5.6.1路基的防护（1）路基填土高度H小于3m-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）时，采用草坪网布防护，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。植被防护示意图如下图。图5.8三维植被网植草防护示意图（2）路基填土高度H大于3m时，采用浆砌片石衬砌拱防护，当m时，设置单层衬砌拱，当时，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号混凝土的规格分为两种，拱柱及护脚采用的长方形预制块，拱圈部分采用的弧形预制块，预制块间用7.5号浆砌灌注。浆砌片石衬砌拱防护示意图如下土5.9。-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）图5.9浆砌片石衬砌拱防护示意图（3）路堑边坡高度小于6米的采用草坪网植草防护，大于6米的采用挡土墙加护面防护。图5.10干砌片石护面防护示意图（4）路线经过荷塘或河岸地段时，为防止地面水流或河水冲刷，可以采用干砌片石护面防护，分单层和多层。片石护面，要求坡面稳定，先垫以砂层，然后自下而上平整地铺砌片石，片石应逐块嵌紧且错缝，护面厚度一般不小于20cm，干砌可勾缝，必要时改用浆砌，护面顶部封闭，以防渗水。-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）干砌片石护面防护示意图如上图5.10。5.6.2路基的加固本设计含有深挖路基，高度超过6m，需设置护面墙。护面墙是浆砌片石的坡面覆盖层，用于封闭各种软质岩层和较破碎的挖方边坡；要求墙面紧贴坡面，表面砌平，厚度可不一。护面墙石料应符合规格。护面墙除自重外，不承受其他荷载，亦不承受墙背土压力，其构造与布设如图所示。墙高与厚度及路堑边坡的关系如下表5.9。表5.9护面墙的厚度护面墙高度（m）路堑边坡护面墙厚度（m）顶宽b底宽d≤21:0.50.400.40≤6陡于1:0.50.400.40+0.10H6＜H≤101:0.5—1:0.750.400.40+0.05H10＜H≤151:0.75—1:10.400.60+0.05H5.6.3用ANSYS分析边坡点应力分布（1）有限元分析的假设有限元分析的基本假设为：各结构层为均匀、连续、各向同性的弹性体，各个结构层之间为完全连续状态。（2）加载方法及图形图5.11ansys导入PROE后的实体模型-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）5.12ansys网格划分图（3）数据分析模型后侧面加载均匀面力0.7MPa，底部全部约束，对称中心面采用对称边界条件，再加上重力。拱形骨架护坡点位共计十个分别为P1P10，一条边坡分析线。点13为剖面1，点47为剖面2，点810为剖面3。分别对上述十个点位，一条分析线以及三个切片进行了应力应变以及位移结果的数据提取。现就位移方面进行分析。-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）图5.13边坡点分布图根据ansys对边坡点的分析，分别得出圆拱矢量位移和云图变化和三个切片的总位移云图：图5.14圆拱位移矢量和云图-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）图5.15切片1（P1P3）位移矢量和云图5.16切片2（P4P7）位移矢量和云图-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）5.17切片3(P8P10)位移矢量和云图由图5.14可知，护坡模型的位移矢量和变化由坡顶向坡脚逐渐减小，即应力对z轴与y轴位移方向的影响较x轴大。再根据图5.135.15，各点的位移矢量和为：表5.10各边坡点位移矢量和点1点2点3点4点5总位移矢量和0.1203610.0902710.030090.1201280.060064点6点7点8点9点10总位移矢量和0.0300324.80E090.1198950.0899210.029974由表5.10可知，位移矢量和最大点为点1，最小点为点7。矢量和位移沿切片方向由坡顶向坡脚逐渐减小，而对于沿坡顶方向，位移矢量和由点1向点8方向逐渐减小。因此，点1位置为护坡面最不利位置点，在护坡修建过程中应对点1附近坡面进行加强处理，以减小应力对其造成的影响。5.7挡土墙设计与计算5.7.1挡土墙的作用及适用范围挡土墙是为了防止土体坍滑而修筑的，主要承受侧向土塔里的墙式建筑物。陡坡路段或岩石风化的路堑边坡路段应设置挡土墙，需要降低路基边坡高度以减少大量填方、挖方的路段，为增加不良地质路段边坡稳定性，以防止产生滑坍的路段，防止沿河路段等宜建挡土墙。（1）挡土墙按作用位置，墙体材料，结构形式等可分为不同的类型-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）常用的石砌挡土墙及钢筋混凝土挡土墙，一般由墙身、基础、排水设施与伸缩缝等部分构成。（2）挡土墙的适用范围路堑开挖深度较大，山坡陡峭，用以降低边坡高度，减少山坡开挖，避免破坏山体平衡；地质条件不良，用以支挡可能坍塌下滑的山坡土体或破碎岩层；为防止沿河路堤受水流冲刷和淘刷；为避免与其他建筑物干扰或防止多占农田；防止陡坡路堤下滑。本设计经过边坡稳定性分析，路堑路段挖方高度超过6.5m都需设置挡土墙。本设计采用衡重式式挡土墙。5.7.2挡土墙的设计原则挡土墙按“极限状态分项系数法”进行设计。挡土墙设计极限状态分构建承载力极限状态和正常使用状态。承载力极限状态时当挡土墙出现以下任何一种状态，即可认为超过了承载力极限状态：（1）整个挡土墙或挡土墙的一部分作为刚体失去平衡；（2）挡土墙构件或连接部件因材料承受的强度超过极限而破坏，或因过量塑性变形而不适与继续承载；（3）挡土墙结构变为机动体系或局部失去平衡。正常使用极限状态是指挡土墙出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：①影响正常使用或外观变形；②影响正常使用或耐久性的局部破坏（包括裂缝）；③影响正常使用的其他特定状态。5.7.3挡土墙计算本设计为山岭微丘区速度80km/h的以及公路。经路堤与路堑的边坡稳定性验算，路堑需进行挡土墙设计。由理正软件设计挡土墙，其原始资料如下：-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）图5.11挡土墙示意图墙身尺寸:墙身总高:8.000(m)上墙高:3.200(m)墙顶宽:3.000(m)台宽:1.500(m)面坡倾斜坡度:1:0.100上墙背坡倾斜坡度:1:0.350下墙背坡倾斜坡度:1:0.250采用1个扩展墙址台阶:墙趾台阶b1:0.200(m)墙趾台阶h1:0.400(m)墙趾台阶与墙面坡坡度相同墙底倾斜坡率:0.200:1下墙土压力计算方法:力多边形法-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）物理参数：圬工砌体容重:23.000(kN/m3)圬工之间摩擦系数:0.400地基土摩擦系数:0.500墙身砌体容许压应力:2100.000(kPa)墙身砌体容许弯曲拉应力:280.000(kPa)墙身砌体容许剪应力:110.000(kPa)材料抗压极限强度:1.600(MPa)材料抗力分项系数:2.310系数醩:0.0020挡土墙类型:一般挡土墙墙后填土内摩擦角:20.000(度)墙后填土粘聚力:14.000(kPa)墙后填土容重:18.000(kN/m3)墙背与墙后填土摩擦角:12.000(度)地基土容重:18.000(kN/m3)修正后地基承载力特征值:500.000(kPa)地基承载力特征值提高系数:墙趾值提高系数:1.200墙踵值提高系数:1.300平均值提高系数:1.000墙底摩擦系数:0.500地基土类型:土质地基地基土内摩擦角:30.000(度)土压力计算方法:库仑坡线土柱:坡面线段数:2表5.10挡土墙坡面折线表折线序号水平投影长（m）竖向投影长（m）换算土柱数19.0009.0000250.0000.0000地面横坡角度:20.000(度)填土对横坡面的摩擦角:35.000(度)墙顶标高:0.000(m)-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）挡墙分段长度:10.000(m)本设计挡土墙经永久作用组合，可变作用组合，偶然作用组合及三种情况最不利情况组合情况下验算均满足规范要求。5.7.4挡土墙排水挡土墙应设置完善的排水设施，以疏干墙后填料的水分，防止地表水下渗造成墙后积水，使墙身承受额外的净水压力，消除粘性土填料因含水率增加而产生的膨胀压力，减小季节性冰冻地区填料的冻胀压力。挡土墙的排水设施通常由地面排水设施和墙身排水两部分组成。地面排水，主要是防止地表水渗入墙背填料或地基。因此可设置地面排水沟，以截留地表水。夯实回填土顶面和地表松土，以减少雨水和地面水下渗，必要时加设铺砌，采取封闭处理。为防止地表水渗入地基，可夯实墙前回填土及及加固边沟等。墙身排水，主要是为了迅速排除墙后积水。通常在非干砌的挡土墙墙身的适当位置设置一排泄水孔，或直径为510cm的圆孔。对于重力式、悬臂式、扶壁式等整体式墙身的挡土墙，应沿挡土墙高和墙长设置泄水孔，泄水孔应具有向墙外倾斜的坡度，其间距一般为2.03.0m，浸水挡土墙为1.01.5m，上下交错设置。泄水孔的进水侧应设置反滤层，厚度不应小于0.3m。在最下排泄水孔的底部，应设置隔水层。当墙背料为非渗水性土时，应在最底部泄水孔至墙顶以下0.5m高度内，填筑不小于0.3m厚的砂、砾石竖向反滤层，反滤层的顶部应以0.30.5m厚的不渗水材料封闭。5.8土石方计算和调配路基填挖的断面积，是指断面图中原地面线与路基设计线所包围的面积，高于地面线者为填，低于地面线者为挖，两者应分别计算。常用的面积计算方法有:积距法、坐标法和数格子法。5.8.1横断面面积计算路基土石方计算工作量较大，加之路基填挖的不规则性，要精确计算土石方体积是十分困难的，在工程上通常采用近似计算即假定相邻两断面间为以棱柱体，按平均断面法计算,其体积的计算公式为:………………………………………………………(5.15)式中：V——体积即土石方数量（）；,——分别为相邻断面的面积（）；L——相邻断面之间的距离（m）。图5.12体积计算图-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）此法计算简易，较为常用，一般称之为“平均断面法”。5.8.2路基土石方调配土石方调配的目的是为了确定填方用土的来源，挖方弃土的去向，以及计价土石方的数量和运量等。通过调配合理地解决各路段土石方平衡与利用问题，使从路堑挖出的土石方，在经济合理的条件下移挖作填，达到填方有所“取”，挖方有所“用”，避免不必要的路外借土和弃土，以减少占用耕地和降低公路造价。（1）土石方调配原则①在半填半挖断面中，先考虑横向平衡，再作纵向调配，以减少总的运输量；②选择适当的运输方式，确定合理的经济运距；③考虑桥隧位置对施工运输的影响，尽可能避免和减少上坡运土；④土方和石方根据需要分别调配，借土和弃土妥善处理。（2）土石方调配方法土石方调配方法有多种，如累积曲线法、调配图法以及土石方计算表调配法等，目前生产上多采用土石方计算表调配法。本设计采用土石方计算表调配法。其优点是方法简捷、调配清晰、精度符合要求。土石方调配后，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（3）关于调配计算的问题①经济运距:是确定借土或调运的限界。当调运距离小于经济运距时采取纵向调运是经济的，反之，则可考虑就近借土。其值按下式计算:经济运距:……………………………………………………(5.16)式中：B——借土单价（元/）；T——远运运费单价（元/·km）；——免费运距（km）。②在土石方调配中，所有挖方无论是“弃”或“调”，都应予以计价。但对于填方则不然，要根据用土来源决定是否计价。如果是路外借土，须计价，若是移挖作填调配利用，则不应再计价。-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）计价土石方数量＝挖方数量＋借土数量本设计具体土石方调配见《土石方数量计算表》。-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）第六章路面设计路面结构设计应根据使用要求与气候、水文、土质等自然条件，密切结合当地实践经验，将路基路面作为一个整体考虑，进行综合设计在满足交通量和使用要求的前提下，应遵循“因地制宜，合理选材、方便施工、利于养护、节约投资”的原则进行路面设计方案的技术经济比较，选择技术先进，经济合理，安全可靠地方案。路面设计方案应充分考虑沿线环境的保护，自然生态平衡，有利于施工养护工作。沥青路面设计包括原材料的调查与选择，沥青混合料配合比以及基层材料配合比设计，各项设计参数的测试与选定，路面结构组合设计，路面结构层厚度验算以及路面结构方案的比选等。6.1路面结构分层行车荷载和自然因素对路面的影响，随深度的增加而逐渐减弱，因此对路面材料的强度、抗变形能力和稳定性的要求也随深的增加而逐渐降低。为了适应这一特点，路面结构通常是分层铺筑的，按照使用要求受力状况，土基支撑条件和自然因素程度的不同分成若干层，通常按各个层次功能的不同，划分为三个层次，即面层、基层和垫层。6.1.1面层面层是直接行车和大气接触的表面层次，它承受较大的行车载荷的垂直力，水平力和冲击力的作用，同时还受到较大的侵蚀和气温变化的影响。因此，面层应具备较高的结构强度、抗变形能力、较好的水稳定性和温度稳定性，而且应当耐磨、不透水，还应具有良好的抗滑性和平整性。路面面层类型较多，查《规范》得路面面层类型的选用应符合规定，见表6.1。表6.1路面面层类型及适用范围路面类型适用范围沥青混凝土高速、一级、二级、三级、四级公路水泥混凝土高速、一级、二级、三级、四级公路沥青灌入、沥青碎石、沥青表面处治三级、四级公路砂石路面四级公路6.1.2基层-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）基层主要承受由面层传来的车辆荷载的垂直力，并扩散到下面的垫层和土基中去。它应具有足够的强度和刚度，具有良好的扩散应力的能力及足够的水稳定性。基层厚度大时，可设为两层，分别称为上基层和底基层，并选用不同强度或质量要求的材料。修筑基层所用的材料主要有：各种结合稳定土、天然砂砾，各种碎石和砾石、片石，各种工业废渣等。6.1.3垫层垫层介于土基与基层之间，将基层传下来的车辆荷载应力加以扩散，以减小土基产生的应力和变形，阻止路基土挤入基层中，影响基层结构的性能。修筑垫层的材料强度不一定要高，但水稳定性和隔温性能要好，常用的材料有：砂、砾石、炉渣、水泥或石灰稳定土等。6.2路面结构设计6.2.1沥青路面设计（1）轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算表6.2轴载换算表序号车型名称前轴重（kN）后轴重（kN）后轴数后轴轮组数后轴距交通量1北京BJ13013.5527.21双轮组12002奔驰LPK70922441双轮组4003黄河JN25355662双轮组<38004尼桑CWA5274752双轮组<310005华龙SK171A35．576.62双轮组>39006三湘CK689130701双轮组8007解放SP913424.972.32双轮组>3808东风CS93824702双轮组>3309解放SP920031.3783双轮组>3100设计年限：12车道系数：0.6交通量平均年增长率：4.5％一个车道上大客车及中型以上的各种货车日平均交通量Nh=2466,属重交通等级当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时:路面营运第一年双向日平均当量轴次:4028设计年限内一个车道上的累计当量轴次:1.364132E+07属重交通等级路面设计交通等级为重交通等级公路等级二级公路公路等级系数：1.1面层类型系数：1路面结构类型系数：1路面设计弯沉值:24.7(0.01mm)-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）表6.3沥青路面结构层设计层位结构层材料名称劈裂强度（MPa）容许应力（MPa）1细粒式沥青混凝土1.40.462中粒式沥青混凝土10.333中粒式沥青碎石0.334天然砂砾（2）新建路面结构厚度计算新建路面的层数:4标准轴载:BZZ100路面设计弯沉值:24.7(0.01mm)路面设计层层位:3设计层最小厚度:150(mm)表6.4路面结构厚度计算层位结构层材料名称厚度20℃平均抗压模量（MPa）标准差（MPa）15℃平均抗压模量（MPa）标准差（MPa）容许应力（MPa）1细粒式沥青混凝土3014000200000.462中粒式沥青混凝土4012000160000.333中粒式沥青碎石？9000120004天然砂砾20015000150005新建路基36按设计弯沉值计算设计层厚度:LD=24.7(0.01mm)H(3)=150mm；LS=2.7(0.01mm)由于设计层厚度H(3)=Hmin时LS<=LD,故弯沉计算已满足要求.H(3)=150mm(仅考虑弯沉)按容许拉应力计算设计层厚度:H(3)=150mm(第1层底面拉应力计算满足要求)H(3)=150mm(第2层底面拉应力计算满足要求)路面设计层厚度:H(3)=150mm(仅考虑弯沉)H(3)=150mm(同时考虑弯沉和拉应力)验算路面防冻厚度:路面最小防冻厚度240mm-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）验算结果表明,路面总厚度满足防冻要求.（3）交工验收弯沉值和层底拉应力计算表6.5各结构层资料层位结构层材料名称厚度（mm）20°平均抗压模量（Mpa）标准差（Mpa）15°平均抗压模量标准模量（MPa）综合影响系数（MPa）1细粒式沥青混凝土30140002000012中粒式沥青混凝土40120001600013中粒式沥青碎石15090001200014天然砂砾200150001500015新建路基361计算新建路面各结构层及路基顶面交工验收弯沉值:第1层路面顶面交工验收弯沉值LS=2.7(0.01mm)第2层路面顶面交工验收弯沉值LS=3(0.01mm)第3层路面顶面交工验收弯沉值LS=3.6(0.01mm)第4层路面顶面交工验收弯沉值LS=6.7(0.01mm)路基顶面交工验收弯沉值LS=258.8(0.01mm)计算新建路面各结构层底面最大拉应力:(未考虑综合影响系数)第1层底面最大拉应力σ(1)=.322(MPa)第2层底面最大拉应力σ(2)=.139(MPa)6.2.2水泥混凝土路面结构设计（1）基本资料公路自然区划Ⅱ区拟新建一条二级公路，路基为粘土，采用普通混凝土路面，路面宽12m。地下水距路床2.2m，属中湿状态；年降雨量1850mm，最高气温38℃，最低气温12℃。（2）交通量分析由《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40—2002)得标准轴载的有关计算参数见下表：-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）表6.6标准轴载计算参数标准轴载BZZ—100轴载P（KN）100轮胎接地压强p（MPa）0.70单轮传压面当量直径d（cm）21.30两轮中心距（cm）1.5d水泥混凝土路面结构设计以100KN的单轴双轮组荷载作为标准轴载。不同轴轮型和轴载的作用次数，换算为标准轴载的作用次数。由《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40—2002)有…………………………………………(6.1)式中：——100kN的单轴双轮组标准轴载的通行次数；——各类轴轮型i级轴载的总重（kN）；——轴型和轴载级位数；——各类轴轮性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：计算结果列表如下：-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）表6.7轴载换算计算表轴载换算计算表代表车型位置轴重/kN后轴数后轴轮δi交通量标准轴载Ni/次组数辆/日北京130前轴13.55723.8012000.00后轴27.2121.0012000.00奔驰LPK709前轴22587.644000.00后轴44121.004000.00黄河JN253前轴55396.2880022.23后轴66220.008000.00尼桑CWA52前轴74348.8110002820.27后轴75220.0010000.00华龙SK171A前轴35.3479.529000.03后轴76.6220.009000.00三湘CK6891前轴30514.278000.00后轴70121.008002.66解放SP9134前轴24.9557.17800.00后轴70220.00800.00东风CS938前轴24566.06300.00后轴70220.00300.00解放SP9200前轴31.3504.971000.00后轴78320.001000.00合计Ni2845.19则，设计设计车道使用初期标准轴载日作用次数为2845.19。由《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40—2002)可得二级公路的设计基准期为20年，根据车辆轮迹横向分布系数表可取得合理分布系数：表6.8车辆轮迹横向分布系数公路等级纵缝边缘处高速、一级公路、收费站0.17~0.22二级及二级以下公路行车道宽大于7m0.34~0.39行车道宽小于或等于7m0.54~0.62本设计公路行车道宽度为7m，因此车辆轮迹横向分布系数η=0.58标准轴载累计当量作用次数Ne为：……………………………………(6.2)-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）由式（6.2）可得水泥混凝土路面所承受的交通轴载作用，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4级，分级范围如下表所示。表6.9交通分级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＜3由表可知，本设计道路属于重交通。（3）结构层拟定由《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40—2002)可知，安全等级为三级的道路对应的变异水平为中级。根据二级公路、重交通等级和中级变异水平等级，初拟普通混凝土面层厚度为0.22m。基层选用水泥稳定粒料（水泥用量5%），厚0.25。垫层为0.15m低剂量无机结合料稳定土。普通混凝土板的平面尺寸为宽4.5m、长5.0m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。（4）材料参数的确定按《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40—2002)中规定，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa，相应弯拉弹性模量标准值为31GPa。路基回弹模量取30MPa，低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量取600MPa，水泥稳定粒料基层回弹模量取1300MPa。基层顶面当量回弹模量如下：.-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）普通混凝土面层的相对刚度半径为：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：根据公路等级，查阅规范《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40—2002)，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数Kc=1.20荷载疲劳应力计算为由规范可知，Ⅱ区最大温度梯度取88（℃/m）。板长5m，/r=5/0.677=7.39。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为：自然区划为Ⅱ区，由规范可得Ⅱ区回归系数a=0.828，b=0.041，c=1.323，温度疲劳应力系数Kt为：温度疲劳应力为：根据《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40—2002)规定，二级公路的安全等级为三级，相应于三级安全等级的变异水平等级为中级，目标可靠度为85%，再根据查得的目标可靠地和变异水平等级，可确定可靠度系数=1.13-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）由极限状态方程：对设计道路进行验算：因此，设计道路（共0.62m）可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。（5）接缝的布置沿道路方向每6米设置一条宽10cm，设传力杆的假缝，在桥涵两端处将横缝设置成胀缝。沿道路中线设置纵缝，中间设置拉杆。拉杆长60cm，直径20mm。在边缘及角隅处设置补强钢筋。6.2.3方案比选经过沥青路面与混凝土路面的设计，查《公路工程预算定额》绘制路面预算08表。沥青路面预算金额为：8121867.50元，混凝土路面预算金额为：1067392.56元。由，设计公路为二级公路，故选择混凝土路面设计方案为最终设计方案。6.3路面排水设计6.3.1路面表面排水路面表面排水的主要任务是迅速把降落在路面和路肩表面降水排走，以免造成路面积水而影响行车安全。当路基横断面为路堑时，横向排水流的表面水汇集于边沟内。当路基横断面为路堤时，可采用两种方式排出路面表面水：一种是让路面表面水以横向漫流形式向路堤坡面分散排放；另一种方式是在路肩外侧边缘放置拦水带，将路面表面水汇集在拦水带同路肩铺面（或路肩和部分路面铺面）组成的浅三角形过水断内，然后通过相隔一定间距设置的泄水口和急流槽集中排放至路堤坡脚外。两种排水方式的选择，主要依据表面水是否对路堤坡面造成冲刷危害。在汇水量不大，路堤不高，路线纵坡平缓，坡面耐冲刷能力强的情况下，应优先采用横向漫流与散排放的方式。而在表面水有可能冲刷路堤坡面的情况下，则采用将路面表面水汇集在拦水带内，通过泄水口和急流槽集中排放的方式。由于修筑拦水带和急流槽需增加工程投资，因而须对投资的经济性进行分析和比较是采用有效的坡面防护措施，而不设拦水带和急流槽经济，还是修筑拦水带和急流槽而降低对坡面防护工程的要求合算。-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）6.3.2路面内部排水水可以通过路面接缝、裂缝、路面表面和路肩渗入路面，或是由高水位地下水，截断的含水层和当地泉水进入路面结构，被围封在路面结构内的水分产生的有害影响归纳如下：（1）浸湿各结构层材料和路基土，易造成路基土强度降低；（2）使混凝土路面产生唧泥，随之出现错台，开裂和整个露肩的破坏；（3）进入空隙的自由水在行车荷载的作用下，会形成高空隙水压力和高流速的水流，引起路面基层的细颗粒产生唧泥，结果路面失去支撑；（4）在冰冻深度大于路面厚度的地方，高地下水位会造成冻胀并在冻融期间降低承载能力；（5）水使冻胀土产生不均匀冻胀；（6）与水经常接触将使沥青混合料松散剥落，影响沥青混合料的耐久性。路面内部排水应符合下列要求：（1）路面内部排水系统中各项排水设施的泄水能力均应大于渗入路面结构内的水量，且下游排水设施的泄水能力应超过上游排水设施的泄水能力。（2）渗水在路面结构内的最大渗流时间，冰冻地区不应超过1h，其他地区不应超过2h（重交通）—4h(轻交通)。渗入水在路面结构内的渗流路径长度不宜超过45—60m。（3）各项排水设施不应被渗流从路面结构，路基或路肩中带来的细料墙塞，以保证系统的排水能力不随时间推移而很快丧失。6.3.3边缘排水系统边缘排水系统是由沿路面边缘设置的透水层填料集水沟，纵向排水沟，横向出水管和过滤织物组成的边缘排水系统。该系统将渗入路面结构的自由水，先沿路面结构层间空隙或某一透水层横向流入纵向集水沟和排水管，再由横向出水管排引出路基。这种方案常用于基层透水性小的水泥混凝土路面，特别是用于改善排水状况不良的旧水泥混凝土路面。故对于本设计的沥青混凝土路面不需边缘排水系统。6.3.4排水系统选择综上所述以及结合本设计的相关资料，本设计沥青混凝土路面可采用路面表面排水、铺面封闭的中央分隔带排水和路面内部排水系统，又考虑到沿线路堤处于山岭重丘区，出于投资的经济性，路面表面排水可采用有效地坡面防护措施，必要时可设值拦水带和急流槽。-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）第七章结论经过近两个月的奋战，我终于完成了我的毕业设计，从开始熟悉任务书到初步定线，再到设计成果的完成。在这段时间里，我学到很多知识也有很多感受。毕业设计是大学所学知识的一次检验和总结，也是对思维的一次锻炼，知识的一次升华，为以后的工作做好充分的准备，刚开始面对这样一个综合性设计题目时，真有一种不知如何着手的感觉。通过在设计中不断去翻阅各种相关学科资料，参考行业标准，技术规范和有关教材，对专业知识做一次全面的复习，把所学知识进行综合运用，通过设计——修改——再设计——再修改的反复过程，弄懂了以前许多模糊的东西，加深了对专业学科知识的理解和运用。使自己更进一步的理解和懂得了要把理论真正的运用到实践中去，还有很多路要走。本次设计由于时间的限制和教学计划的安排，我们的设计内容有所侧重。其中初步设计包括相关资料的收集，图上选线、定线，平面导线设计，平曲线设计及方案比较等工作。详细设计阶段主要内容有：路线平面设计、路线纵断面设计、路线横断面设计、路基设计、路面设计等。在进行设计时，我们采用手工设计与计算机设计相结合的方式。这样既可以锻炼我们的动手能力，又可以让我们掌握相关的设计软件。尤其是路面设计软件和纬地软件不仅对现在的我们来说很重要，相信无论是考研继续深造的，还是将来的工作都将给我们带来很大的帮助的。最后，还要进行设计计算数的书写与整理。值得一提的是，通过本次的毕业设计的计算书的输入，使我们真正的掌握了很多实用办公软件的运用方法。这次将近两个月的毕业实习中，我最主要的收获有以下几点。首先，我对所学的全部专业知识进行了复习。尤其是《道路勘测设计》、《路基路面工程》等更是进行了一次全面系统的复习和巩固。其次，通过这次设计，我对公路工程中的多种《规范》和《标准》都有了大致的理解，对设计时采用到的相关规定有了一定的了解，这在以后的学习和工作中都有重要的作用。而最重要的一点是，这两个月使我的计算机操作能力有了较大的提高，这个过程中熟练地掌握了autoCAD、维地公路设计软件的基本操作。以上这三点收获会在我以后的学习和工作中起到重要作用。由于经验、知识和时间的局限性，本次设计中还有很多问题考虑的不够周全，致使设计中出现一些问题和错误，希望得到老师的谅解和指正。-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）参考文献[1]JTGB012003.公路工程技术标准.北京:人民交通出版社,2004.[2]交通部行业标准.公路路线设计规范.北京:人民交通出版社.2000.[3]JTJ01194.公路路线规范.北京:人民交通出版社.1996.[4]扬少伟.道路勘测设计［Ｍ］.北京:人民交通出版社,2009.[5]JTJD302004.公路路基设计规范.北京:人民交通出版社,2006.[6]邓学钧.路基路面工程［Ｍ］.北京:人民交通出版社,2008.[7]陈忠达.公路挡土墙设计手册.北京:人民交通出版社,2006.[8]交通部第二公路勘察设计院.公路设计手册（路基）.北京:人民交通出版社,1996.[9]高大钊、袁聚云.土质学与土力学.北京:人民交通出版社,2001.[10]姚祖康.公路排水设计手册.北京:人民交通出版社,2002.[11]叶镇国.水力学与桥涵水文.北京:人民交通出版社,1998.[12]顾克明、苏清洪等.公路桥涵设计手册.涵洞.北京:人民交通出版社,1993.[13]JTGD402002.公路水泥混凝土路面设计规范.北京:人民交通出版社,2011.[14]JTGD502004.公路沥青路面设计规范.北京:人民交通出版社,2005.[15]张起森.公路施工组织及概预算[M].北京:人民交通出版社,2007.[16]李嘉.专业英语.土木工程专业.北京:人民交通出版社,2003.[17]郭能荣.半刚性基层沥青路面动态力学响应分析.华东公路第一期,10017291(2009)01008304[18]张艳红.基于ANSYS的沥青路面动力响应分析.中国科技论文在线.http://www.paper.edu.cn.[19]李艳,张林春.ANSYS在道路路面结构计算中的应用.城市道路与防洪.2005年3月第2期.-63- 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）致谢历经三个月的时间，毕业设计即将完成了。从最开始的选线搜集资料到现在反复进行设计书的修正，心情是很复杂的。在设计过程中，遇到新的不会的问题的时候很彷徨，设计很顺利的时候很开心，情绪随着毕业设计起起伏伏。现在，随着论文的最终成稿，复杂的心情烟消云散，甚至还有一点小小的成就感。我要非常诚恳的感谢我的导师聂忆华老师。每周一次的毕业设计指导会议，每次耐心的给我们讲解设计中存在的问题，不厌其烦的帮助我们进行设计的改进，督促我们按时按质提交设计成果并进行深刻而细致的指导。在此向聂忆华老师表示心中最真挚的感谢！同时要感谢在大学四年期间给我们授课的所有老师们，是他们不仅让我学到了很多的知识，更重要的是让我看到了世界的精彩，让我学会了做人做事。最后感谢四年里陪伴我的同学、朋友们，有了他们我的认识才丰富，有了他们我在奋斗的路上才不孤独，谢谢！-63-'