二级公路毕业设计--华中科技大学

'华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸1总论1.1本选题研究的目的及意义公路交通是衡量一个国家经济实力和现代化水平的重要标志，是国民经济发展、社会发展和人民生活必不可少的公共基础设施。公路建设的发展速度对于促进国民经济的发展，拉动其他产业的发展具有非常重要的意义。高等级公路在中国内地的出现和发展走过了几十年的历程，在今天，高等级公路和全国公路网正在为中国经济和社会的发展提供着便捷、和高效率的运输服务。1.2中国公路的发展状况几十年来，我国公路建设已取得巨大成就。回顾我国公路发展历程，对比世界公路发展趋势，可以认为，我国公路交通正处于扩大规模、提高质量的快速发展时期。但是，由于基础十分薄弱，我国公路建设总体上还不能适应国民经济和社会发展的需要，与发达国家的先进水平相比还有较大差距。因此，为逐步实现我国交通运输现代化的总体战略目标，按照道路的使用功能和交通需求，重点提高在技术领域的研究，发展道路建设的经济性，耐久性，并重点考虑道路建设的可持续性，防污，防噪，及生态平衡性，这都将是在今后一段时间内中国道路发展要着重解决的问题。1.3项目概况1.3.1设计资料（1）交通资料交通量分配表小客车解放CA10B黄河JN150交通SH361太脱拉138吉尔130尼桑CK10G1800300540120150240180（2）路线所处地理位置及地质情况地形地质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。此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。-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸设计路段所经地区地形开阔平坦，地面高程在25-35米之间，为剥蚀堆积垄岗平原区。设计路段无不良地质路段，地层产状平缓，岩层略有起伏，部分地区形成开阔的背斜和向斜，断裂不甚发育，且规模较小。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。地形地貌路线位于武汉市境内，由北部居民区，经过中部丘陵地带，终于南部平原区，路线测区属于平原微丘区，地形地貌变化复杂多样，但起伏不大，全线地面高程变化约在30米左右。工程地质路线全部位于武汉市内的丘陵地带，路线地质构造相对较简单，地质相对稳定，未发现大的不良地质现象，仅局部发现有软土呈零星分布，一般深度为0.5~2米，分布范围十几至几十米。沿线主要地层为花岗岩，呈全风化、强风化等。水文地质测区内水系发育，地表水丰富，湖泊鱼溏众多。路线跨越梅目水库上游小河一条和部分小沟，集水面积均不大。地下水主要是裂隙水，其次是松散岩类孔隙水，路线地下水的补给来源于大气降水和地表水。气候、气象路线地处湖北中东部偏北，属于亚热带季风气候，平均温度不高，阳光充足而湿润。雨水分布季节性强，雨季期为4~9月，夏季受季风影响，多雨，易照成洪涝灾害。1.4主要技术指标的确定和论证1.4.1路线设计标准及技术指标的确定本毕业设计为“十堰到武汉二级公路延长线初步设计”，且此新建公路采用交通部发布的《公路工程技术标准》（JTJ001-04）和其它部颁现行有效标准、规范等规定的设计标准。十堰到武汉二级公路采用二级公路技术标准。根据《公路工程技术标准》，丘林区二级公路各项设计指标为：（1）设计行车速度为60Km/h;（2）路基宽度为10m，其中：行车道宽2×3.5m，硬路肩宽2×1m，土路肩宽2×0.5m;（3）设计停车视距为110m，超车视距为550m;-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸（4）一般平曲线最小半径为250m，极限平曲线最小半径为125m，不设超高的最小半径为500m;（5）缓和曲线最小长度为150m;（6）最大纵坡为6%;（7）竖曲线一般最小半径：凹型为2000m，凸型为1500m;（8）竖曲线极限最小半径：凹型为2000m，凸型为3000m;（9）大、中、小桥和涵洞设计荷载为：汽车-20级，挂车-100;（10）大、中桥设计洪水频率为1/100，小桥和涵洞及路基设计洪水频率为1/50;（11）同向曲线间的直线最小长度应不小于6V，即360米；反向曲线间的直线最小长度应不小于2V，即120米。1.4.2技术指标的论证（1）道路等级此公路等级的确定应根据公路网的规划，从全局出发，按照公路的使用任务、功能和远交通量综合确定并根据本路段OD调查和地方公路分局各交通观测站历年观测资料分析，结合历年经济统计资料及发展规划进行的本路段交通量预测数据如下表，确定本道路等级为二级公路，一般主行车道按双车道设计，红线宽度13m。计算行车速度为60km/h。交通量是单位时间内通过道路某断面的交通流量（既单位时间通过道路某断面的车辆数目），根据对新建公路山西段近期交通量调查：本路段现交通量为3000辆/日，交通量年增长率8.0%。设计交通量计算公式：公式中：AADT——设计交通量；ADT——起始年平均日交通量；γ——年平均增长率；n——预测年限。假设是二级公路，查的其预测年限是15年，由上面的公式计算得到规划交通量为8816辆/日，而依据《公路工程技术标准JTGB01—2003》查得二级公路的折合成小客车的年平均日交通量为5000-15000辆，所以符合规范。故可定为双向两车道二级公路。（2）行车速度设计车速是在气候正常，交通密度小，汽车运行只受道路本身条件（几何要素、路面、附属设施等）的影响时，一般驾驶员能保持安全而舒服地行驶的最大行驶速度。依据《标准》从工程难易程度,工程量大小及技术经济合理的角度考虑,且该路设计为二级公路，故选用行车速度V=60km。-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸（3）最小半径当汽车在弯道上行使时，会受到离心力的作用，为保证汽车行驶安全，曲线上的路面做成外侧高，内侧低的单向横坡形式，即超高。此时水平分力可以抵消离心力的作用。我国《标准》根据不同的路面和轮胎之间的横向摩擦系数，对不同等级的公路规定了极限最小半径，对于二级公路即V=60km/h时，极限最小半径R=125m，一般最小半径R=200m。在本路段的设计中最小半径为R=200m，满足规范的要求。（4）缓和曲线缓和曲线是道路平面线形要素之一，它曲率连续变化，便于车辆遵循，离心加速度逐渐变化，乘客感觉舒适，可增加视觉美观。当平曲线半径小于不设超高的最小半径时，应设缓和曲线。缓和曲线采用回旋曲线。缓和曲线的长度从以下几个方面考虑确定：驾驶操作从容，旅客感觉舒适：在本路段的设计中，当圆曲线取最小值R=200时，回旋曲线。超高渐变率适中由于在缓和曲线上设置有超高渐变段，如果缓和曲线太短会因路面急剧的由双坡变为单坡而形成一种扭曲的面，对行车和路容均不利。行驶时间不过短：车在缓和曲线上的行驶时间不应少于3秒，即缓和曲线不应短于50m。综合以上几点以及《标准》，规定缓和曲线的长度不小于60米。（5）道路建筑界限最小净高见表行车道种类机动车非机动车行驶车辆种类各种汽车无轨电车有轨电车自行车、行人其他非机动车最小净高（m）4.55.05.52.53.5（6）设计年限道路交通量达到饱和状态时的设计年限规定如下：12年-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸2平面设计2.1设计原则在路线设计过程中应妥善考虑到远期与近期，整体与局部的关系。结合地形、地址、水文、建筑材料等自然条件，同时对平、纵、横三方面进行终合考虑，协调一致，使平面线形与纵面线形的组合满足汽车动力性能的要求并充分考虑、驾驶员在视觉、心理方面的要求，保持线形在视觉上的联系和心里的协调，同时注意与公路周围环境的配合，并根据公路的使用任务、性质合理利用地形。选择线形在保证平、纵、横设计“合理又合法”的原则下作到平面顺适、纵坡均衡、横面合理，逐步实行标准化。2.2设计总要求（1）路线起点除必须符合公路网规划要求外，对起终点前后一定长度范围内必须作出按路线方按和近期实施的具体设计。（2）视觉良好，路线平、纵、横各组成部分空间充裕。诱导视线各种设施所构成的视觉系统，应使驾驶者在是视觉上能预知公路前进方向和路况变化，并能急时采取安全措施。（3）线形流畅，景观协调，行车安全，舒适，使驾驶员在视觉上能预知公路前方和路况的变化。2.3平面线形的设计步骤平面线形的设计主要是确定交点位置、曲线半径、缓和曲线的长度等。确定过程中应保证平面线形连续顺适，保持各平面线形指标的协调、均衡，而且要与地形相适应和满足行驶力上的要求。（1）路线的交点主要确定路线的具体走向位置，因此其位置的确定非常重要。必要时应做相应的比较方案进行比选，保证方案可行、经济、合理、工程量小。（2）曲线和缓和曲线长度的确定首先在满足曲线及缓和的最小长度的前提下，初步拟定其长度，然后平曲线半径及缓和曲线长度可以根据切线公式(2-1)或外距公式(2-2)反算：(2-1)　　(2-2)在初步设计时可忽略p,并近似取q=Ls/2,由(2-1)、(2-2)即可得：　(2-3)　-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸　　　　　　　(2-4)在确定R,Ls以后就计算各曲线要素，推算各主点里程及交点的里程桩号。最后由平面设计的成果可以得到直线曲线及转交表。（3）充分利用土地资源，减少拆迁，减小填挖量。就地取材，带动沿线城镇及地方.经济的发展。（4）公路平面线形是由直线、圆曲线和缓和曲线构成。直线作为使用最广泛的平面线性，在设计中我们首先考虑使用。南宁地区的该新建二级公路，所经区域既有平原区，也有山区，本设计在平原区主要采用了较高的技术指标以争取较好的线形。在山区，由于本地区山岭石质主要为石灰岩，且坡度极为陡峻，故采取了避让的措施，采用了指标较低的线形，以减少工程量。同时应注意同向曲线间的直线最小长度应不小于6V，即360米；反向曲线间的直线最小长度应不小于2V，即120米。2.4平面线形技术论证针对本次设计的设计车速60km/h快速路，根据《城市道路与桥梁设计规范》得其技术要求如表2-1所示。表2-1平曲线技术指标路线等级二级公路设计车速60KM/H曲线间最小直线长度(m)同向曲线360反向曲线120圆曲线半径不设超高的最小半径1500m设超高一般半径200m设超高最小半径125m平曲线最小长度道路中心转角а大于7140m道路中心转角а小于等于71000/а圆曲线最小长度70m缓和曲线最小长度60m不设缓和曲线最小半径1000m停车视距75m2.5圆曲线及缓和曲线设计路线的平面设计所确定的几何元素是以设计行车速度为主要依据的。本路段平面线形主要以基本线形和S型为主。按直线——回旋线——圆曲线——回旋线——直线的顺序组合。为了实现行连续、协调，回旋曲线——圆曲线——回旋线之比尽量符合1:1:1。最小缓和曲线长度60m。设计路线共有4个交点，为提高公路使用性能，在圆曲线半径的选择过程中尽量选取较大的半径。当地形限制较严时方可采用极限。本设计中偏角均大于7°-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸，不存在小偏角问题。由于丘林地带道路中高差起伏较大的限制，因此控制点会较平原地区多些，交点间距离也比较短，如果半径太大可能就会出现不能满足线形要求的情况，因此设计中所取半径大多在1000m以下。设计中主要采用的组合线形类型主要是基本型和s型，在第一方案中从JD1到JD4之间形成的同向曲线间设置成C型，主要是考虑到这几个交点中前两个交点在山坡顺行，而后两个交点则沿着上坡比较缓的上行到目的地。若按第二方案设计成S型，则两个交点会从山脊间通过在穿过一个水塘，此处高程比较低，而且淤泥土比较多，需要处理的路基土方量太大，否则，只有在第二个桩号后从山头经过，这必然会加大工程量，而且就一般公路而言，穿过山头都是要避免的，所以选择了第一种方案，设计成C型，虽然设计成C型对行车会造成一定的影响，但把直线段设计长点以及把半径尽量设计大点就会减小这种影响。2.6平曲线要素计算设计中设置的均为对称型曲线，各要素计算公式如下：（1）平曲线要素计算常用公式如（2-5）～（2-11）：内移值：(2-5)切线增值：(2-6)缓和曲线角：(2-7)切线长：(2-8)曲线长：(2-9)-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸外距：(2-10)切曲差：(2-11）（2）曲线主点里程桩号计算常用公式如（2-12）～（2-17）：直缓点：(2-12)缓圆点：(2-13)圆缓点：(2-14)缓直点：(2-15)曲中点：(2-16)交点：(2-17)2.6.1第一方案的计算（1）平曲线要素计算：以JD1为例：=100，R=200，α=66º对其余圆曲线同理可求得各要素，其余平曲线要素见表2-2。-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸JD半径缓和曲线长转角圆曲线长内移值切线长平曲线长外距120010066130.554.2182.6290.3843.482400601330.720.37575.62150.722.9653400602079.580.375100.6199.586.554200604183.80.75105203.814.3表2-2平曲线要素表(2)里程桩号的计算：以为例：对其余平曲线桩号同理可求，其余平曲线桩号见表2-3。表2-3平曲线里程桩号表桩号JDZHHYYHHZQZ交点1K14+386K14+203.4K14+303.4K14+433.95K14+533.95K14+368.68交点2K15+022K14+946.38K15+006.38K15+037.1K15+097.1K15+021.74交点3K15+314K15+213.4K15+273.4K15+352.98K15+412.98K15+313.19交点4K15+716K15+611K15+671K15+754.8K15+814.8K15+712.92.6.2第二方案的计算（1）平曲线要素计算以JD1为例：=100m，R=200，α=72º-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸对其余圆曲线同理可求得各要素，其余平曲线要素见表2-4。表2-4平曲线要素表JD半径缓和曲线长转角圆曲线长内移值切线长平曲线长外距120010072151.322.08196.82351.3249.78220010074158.32.08202.28358.353.0432001005281.512.08148.56281.5124.84（2）里程桩号的计算：以为例：对其余平曲线桩号同理可求，其余平曲线桩号见表2-5。-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸表2-5平曲线里程桩号表桩号JDZHHYYHHZQZ交点1K14+386K14+189.18K14+289.18K14+340.5K14+440.5K14+264.84交点2K15+250K15+47.72K15+147.72K15+306.02K15+406.02K15+226.87交点3K15+678K15+529.44K15+629.44K15+710.95K15+810.95K15+670.2起点桩号：K14+000，终点桩号：K16+224，路线总长：2224m。-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸3纵断面设计纵断面设计的主要内容是根据道路等级、沿线自然条件和构造物控指标高等确定确定路线合适的标高、各坡段的纵坡度和坡长，并设计竖曲线。设计中除要注意的纵坡均匀平顺，起伏和缓，坡长和竖曲线长段适当外，还要注意考虑平面和纵断面组合设计协调。而对城市道路而言，还应适应临街建筑里面布置以及沿路范围内地面水的排除，并与相交道路、街坊、广场和沿街建筑物出入口有平顺的衔接。因为线形最终是以平纵横面所组合的立体线形体现于驾驶员面前的，所以我们在设计时要把道路平、纵面结合作为立体线形来分析设计，这样才能更好地保证汽车的安全、舒适行驶。3.1纵断面的设计原则（1）纵面线形与地形相结合,视觉成视觉连续,平顺而圆滑的线形，避免在短距离内出现频繁起伏；（2）应避免出现能看见近处很远处而看不见凹处的线形；（3）在积雪或冰冻地区，应避免采用陡坡；（4）原微丘地形的纵坡应均匀平缓，丘陵地形的纵坡应避免过分迁就地形而起伏过大；（5）计算行车速度≥60KM/h公路必须注重平纵合理组合，不仅应满足汽车运动学和力学要求，而且应充分考虑驾驶员在视觉和心理方面的要求；（6）平纵配合的视觉应在视觉是能自然地诱导驾驶员的视线，保持视觉的连续性；（7）平纵面线形的技术指标应大小均衡，使线形在视觉心理上保持协调；（8）平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线略大于竖曲线；（9）平纵面线形组合视觉应注意线形与自然环境和景观的配合与协调；（10）在直线段内不能插入短的竖曲线。3.2纵断面设计步骤纵面设计经计算机反复电算优化，挖填基本合理，纵坡均匀平缓，利于排水。竖曲线半径尽量采用较大值。本路段线位高程在121—143m之间，共设有变坡点3处。平纵面组合基本顺适，方向明确,组合合理。边坡点的确定主要依据公路工程技术规范的规定，比如：最大纵坡、最大及最小坡长的限制、填挖工程量、经济点、施工要求以及路基稳定需要等来确定。最终确定边坡点高程、桩号、坡长、坡度以及竖曲线半径、长度等。传统做法如下：（1）准备工作从地形图上依据平面线形读取高程数据，然后在厘米图纸上点绘地面线。-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸（2）标注控制点控制点是指影响纵坡设计的标高控制点。本设计路段的标高控制点主要为：涵洞的路基控制标高、净空要求等。（3）试坡在一标出控制点的纵断面图上，根据技术指标选线意图，结合地面起伏变化，本着以“控制点”为依据的原则，在这些点间进行穿插和取直，试定出若干条直坡线。初步定出变坡点，变坡点应选在整10米桩上。（4）调整将所定坡度对照技术标准检查设计的最大最小纵坡坡长等是否满足平纵配合。（5）定坡经调整后，逐段把直坡线的坡度值、变坡点桩号高程确定下来，坡度值由两相邻变坡点的高差和坡长之比求得。（6）设置竖曲线纵断面设计的主要内容是根据道路等级、沿线自然条件和构造物控指标高等，确定确定路线合适的标高、各坡段的纵坡度和坡长，并设计竖曲线。设计中除要注意的纵坡均匀平顺，起伏和缓，坡长和竖曲线长段适当外，还要注意考虑平面和纵断面组合设计协调。而对城市道路而言，还应适应临街建筑里面布置以及沿路范围内地面水的排除，并与相交道路、街坊、广场和沿街建筑物出入口有平顺的衔接。因为线形最终是以平纵横面所组合的立体线形体现于驾驶员面前的，所以我们在设计时要把道路平、纵面结合作为立体线形来分析设计，这样才能更好地保证汽车的安全、舒适行驶。3.3纵坡设计的一般要求3.3.1纵断面在线形上的注意事项（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；（4）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；（5）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；（6）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；（7）纵坡变化小的，宜采用较大的竖曲线半径；（8）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；（9）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0.5%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；-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸(10）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；(11）纵坡设计时，还应结合我国情况，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。3.3.2平、纵线形设计应避免的组合（1）直线段内不能插入短的竖曲线。（2）小半径竖曲线不宜与缓和曲线相互重叠。（3）避免在长直线上设置陡坡及曲线长度短，半径小的凹形竖曲线。3.4纵断面技术论证针对本次设计的设计车速60km/h快速路，根据《城市道路与桥梁设计规范》得其技术要求见表3-1。表3-1纵断面线形标准路线等级二级公路设计车速60km/h停车视距75最小坡长一般值200纵坡限制坡长坡度为5%800最小值150坡度为6%600凸形竖曲线极限最小半径1400凹形竖曲线极限最小半径1000一般最小半径2000一般最小半径1500合成坡度9.5停车视距75最大纵坡6%3.5竖曲线设计根据在平面图上读出的逐桩高程绘制成水平1：2000，竖直1：200的纵断面图上，并标注出相交道路的桩号和高程。将立体交叉点、地形较大变化处作为控制点，以控制点为依据,试定出若干直坡段。最后经调整和核对无误后，逐段把直坡线的坡度值、变坡点桩号和标高确定下来。由于与城市中原有的有较多的相交，以此在设计时把交叉点作为主要的控制点。根据规范快速路与快速路或主干道相交应设置立体交叉，再考虑填方高度若太高，不但影响城市景观，而且会占地较多，所以一般填土高度在5m以上设置成高架桥的形式。竖曲线的形式为二次抛物线，其要素主要包括竖曲线长度L、切线长度T和外距E。在设计时，为了更好地满足“平包竖”的要求，是先拟定切线长度，根据切线长算出半径，半径取整后在算出调整后的切线长，最后检查是否满足要求。-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸3.5.1竖曲线要素计算公式坡差：（%）(3-1)曲线长度:(3-2)切线长：(3-3)外距:或(3-4)竖曲线上任一点竖距h:(3-5)3.5.2竖曲线要素的计算方案一的计算（1）各竖曲线坡段坡度如下：以变坡点1为例，变坡点桩号为K15+140，高程为218.0m，i1=0.0%，i2=-2.5%，竖曲线半径R=10000m。计算桩号k15+140的高程。各变坡点竖曲线要素计算过程如下：为凸形L=Rω=10000×0.025=250.0mT=L/2=125.0m（2）设计高程的计算：竖曲线起点桩号=变坡点桩号-T=（K15+140）-125=k15+15竖曲线终点桩号=变坡点桩号+T=（K15+140）+150=k15+265桩号k15+140处：横距：x=125m竖距：切线高程=218+125×0.0%=218.0m设计高程=218.0-0.78=217.22m-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸其余变坡点竖曲线要素计算结果如表3-2所示：表3-2其余变坡点竖曲线要素表变坡号要素123R(m)1000020002000ω（%）-2.52.53.1L(m)2505062T(m)1252531E(m)0.780.1560.24其余路基设计高的计算值见附表所示。3.6纵断面图绘制纵断面上的设计标高采用路基边缘标高，按设计资料给定的中桩高度及对应的里程桩号，点绘出路线纵断面地面线。按照上述原则和计算结果，进行纵坡及竖曲线设计。在图上标明坡度和坡长，竖曲线位置及要素，小桥涵位置、类型、跨径，水准点位置及高程。在图框栏里标出直线、平曲线的平面形式。平曲线左转为凹型曲线，右转为凸型曲线。标明平曲线起终点，及圆缓、缓圆、曲中点。3.7路面超高方式的绘制（1）按比例绘制一条水平基线，代表路中心线，并认为基线路面横坡度为零。（2）绘制两侧路面边缘线，用实线绘出路线前进方向右侧路面边缘线，用虚线绘出左侧路面边缘线，若路面边缘线高出路中线，则绘于基线上方，反之，绘于下方。（3）标注路拱横坡度。向前进的方向右侧倾斜的路拱坡度为正，向左倾斜为负。算出超高起点至同坡度起点的长度。连接曲线起点和超高起点至同坡度起点长度的终点，坡度与路拱横坡度相同。再连接圆曲线起点与超高起点至同坡度起点长度的终点，坡度与超高横坡度相同。此为由直线进入圆曲线的部分（见曲线超高方式图）。同理，可绘出从圆曲线到直线的另一部分。完成上述工作后，在图上标明地质概况、地面高程、设计高程、里程桩号。3.8路线方案比选和论证-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸在道路设计的各个阶段,应用各种先进手段,确定最优方案,路线设计应在保证行车安全、舒适、迅速的前提下，做到工程量小、造价低、运营费用省、效益好，并有利于施工和养护。同时选线应注意同农田基本相配合，做到少占田地，并应尽量不占高产农田、经济作物田或穿越经济林园等，要注意重视环保。选线时应对工程地质和水文地质进行深入勘测调查，弄清它们对道路工程的影响。第一种路线比较顺直，所经地大多为山坡的坡脚，避免了从山脊或是水塘穿越，经过的地方地形过度平缓，且路基较第二种方案稳定，土石方填挖较为均衡。若按第二方案设计成S型，则两个交点会从山脊间通过在穿过一个水塘，此处高程比较低，而且淤泥土比较多，需要处理的路基土方量太大，而且，此路线较曲折，线型指标不高，转角多，且多经过池塘和溪流，路基的稳定受到影响，所经过的地方地形复杂，挖填方量大。因此，此延长线路线选用第一种方案。-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸4路基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。4.1横断面设计时应收集的资料（1）平曲线的始终点桩号、转角方向及其各桩号的超高值。（2）各桩号的填挖高。（3）路基宽度。（4）路基边坡坡度。（5）边坡的型式和断面尺寸。4.2路基横断面确定的依据（1）本公路等级属二级公路（平原微丘区），采用二级路基标准横断面型式，路基宽度10m。（2）本路采用水泥混凝土路面，路拱横坡度采用2%。因土路肩横坡应比路拱横坡大1%-2%，本设计采用路肩横坡3%。（3）本地区表层土壤为粘性土，属平原微丘区。地表排水比较通畅，不会形成长期地表积水，填挖高度不大。填方路基边坡采用1：1.5，挖方边坡1：0.5。（4）填土高度小于1.0m的矮路堤以及路堑，应设置边沟，边沟为浆砌片石边沟，截面为梯形，底宽为0.4m，深度为0.4m，内外侧边坡坡度均为1：1。边坡纵坡与路线纵坡一致。填方路段采用外运土，在路堤两侧不设取土坑，所以路堤两侧不设护坡道。4.3路基横断面图绘制（1）横断面图按1：200的比例绘制，点绘出横断面地面线。（2）应根据平纵设计的成果，在各桩号的地面横断面上，逐桩号标注其挖高度，路基宽度和超高值。（3）按土壤地质资料，表出各路段的覆盖层厚度，所用边坡坡度，计算挖面积，并分别标于横断面上。（4）在横断面设计时应近远结合，是近期工程成为远期工程的组成部分并预留管线位置，路面宽度及标高等应留有发展余地。4.4横断面形式及组成的选取在各种横断面形式中，选用了两幅路的形式，考虑因素主要如下：（1）根据任务书所给资料，交通量均为机动车，采用两幅路不会造成机动车与非机动车混和行驶的境况。-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸（2）红线宽度范围较窄（13m），若个设置三幅路甚至四幅路，则机动车道宽度会相对减少，这样会影响行车的顺畅，难以满足大交通量的需求。4.5路拱横坡为了利于横向排水，将路面做成由中央向两侧倾斜的路拱。路拱设计坡度根据路面宽度、面层等级、计算行车速度、纵坡及气候条件确定见表4-1。表4-1路拱设计坡度路面面层类型路拱设计坡度水泥混凝土沥青混凝土沥青碎石1.0～2.0沥青贯入式碎（砾）石沥青表面处治1.5～2.0碎（砾）石等粒料路面2.0～3.0由于位于山丘地区，从山顶汇集的雨水量会比较大，为了利于路面水的排除，选取2%的路拱坡度。4.6曲线加宽值的计算平曲线的加宽指为满足汽车在平曲线上行驶时后轮汇集偏向曲线内侧的需要，平曲线内侧相应增加路面、路基宽度。在缓和曲线段内设置的为了使路面由直线上的正常宽度过渡到圆曲线上设置的加宽称为加宽过渡段。根据规范，平曲线半径大于或等于250m时，由于其加宽值甚小，可以不加宽。在本路段设计中，JD1和JD4处段的平曲线半径均为200m，需要设计加宽值。(1)圆曲线上路面的加宽值计算公式（4-1）：（4-1）(2)加宽过渡段内任意点的加宽值b的公式（4-2）：（4-2）式中：——任意点距过渡段起点的距离（m）。L——加宽过渡段长度（m）。B——圆曲线上的全加宽值。对于二级公路，为双向两车道，故N=2,,考虑到有解放CA108和JN150型号汽车经过此路，按最不利组合，取A=8。-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸4.6.1对JD1段处平曲线加宽值的计算由《双车道公路圆曲线加宽值表》可得b=0.7。加宽过渡段桩号：K14+203.4，(ZH处开始加宽过渡)加宽结束段桩号：K14+533.95(HZ处结束加宽过渡)K14+220处：K14+240处：K14+260处：K14+280处：K14+300处：由于平曲线采用对称布置的，所以在加宽设计时从ZH到HY过渡加宽，HY经过QZ再到YH为全加宽，取值为0.7，再从YH到HZ段利用对称加宽值同ZH到HY段相同设计。4.6.2对JD4段平曲线的加宽值,取b=0.7加宽过渡段桩号：K15+611，(ZH处开始加宽过渡)加宽结束段桩号：K15+818.4(HZ处结束加宽过渡)K15+620处：K15+640处：K15+660处：其余加宽值见附表所示。-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸4.7曲线超高值的确定4.7.1曲线超高值的计算曲线超高是为了抵消车辆灾区县路段上行驶时所产生的离心力，将路面做成外侧高于内侧的单向横坡的形式。在缓和曲线上是逐渐变化的超高，圆曲线上是于圆曲线半径相适应的全超高。超高的过渡方式应根据地形状况、车道数、超高横坡度值、横断面型式、便于排水、路容美观等因素决定。单幅路路面宽度及三幅路机动车道路面宽度宜绕中线旋转；双幅路路面宽度及四幅路机动车道路面宽度宜绕中间分隔带边缘旋转，使两侧车行道各自成为独立的超高横断面。本路段均设置成两侧车道分别绕中央分隔带边缘旋转，是之成为独立超高段面的形式，此时中央分隔带维持原水平状态。根据规范对于涉及车速60km/h的二级公路，最大超高值为6%。确定超高的计算如公式如（4-1）和（4-2）：（4-1）式中：i——曲线超高坡度；u——横向力系数；V=60km/h时u/R=0.06/200。（4-2）(1)对JD1的超高计算(2)对JD2的超高计算的圆曲线半径和相同，都为400m，和相同，都为200m，因此，对和处的圆曲线超高值为8%，和处的平曲线超高值为3.6%。平曲线的超高值见表4-2。-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸表4-2平曲线超高设计表交点桩号平曲线超高值8.0%3.6%3.6%8.0%4.7.2超高过渡段的计算为了行车舒适、路容美观和排水畅通，必须设置一定长度的超高过渡段，超高过渡段一般和加宽过渡段一样，应在超高过渡段全长范围内进行，从缓和曲线的起点开始过渡一直到圆曲线上为止，到圆曲线上即成为全加宽段和全超高段。超高过渡时在超高过渡段全长范围内进行，双车道公路最小超高过渡段长度按公式（4-3）计算：（4-3）式中：——超高缓和段长，（m）；——旋转轴执行车道（设路缘带时为路缘带）外侧边缘的宽度，（m）；——超高坡度与路拱坡度的代数差，（%）；——超高见变率，即旋转轴线于行车道，（设路缘带时为路缘带）。外侧边边缘线之间的相对坡度，详见表4-3。表4-3超高渐变率计算行车速度（km/h）806050403020超高渐变率1/1501/1251/1151/1001/751/50根据上式计算的超高缓和段长度，应取为5m的整数倍，并不小于10m的长度。另外，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，缓和段长度约长越好；二是从横向排水来考虑，缓和段长度短些好，特别是路线纵坡小时，更应注意排水的要求。（1）确定缓和段长度时应考虑的事项：一般情况下，取（缓和曲线长度），即超高过渡在缓和段曲线全厂范围内进行。若，但只要横坡从路拱坡度过渡到超高横坡时，超高渐变率P≥1/330，仍取。否则，有两种处理方法：a）在缓和曲线部分范围内超高-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸根据不设超高圆曲线半径计算出超高缓和段长度，然后取两者中的较大值，作为超高过渡段长度，并验算横坡从路拱坡度过渡到超高横坡时，超高渐变率是否P≥1/330，如果不满足，则需要采用分段超高的方法。b）分段超高超高过渡在缓和曲线全长范围内按两种超高渐变率分段进行，第一段从双向路拱坡度过渡到单向超高横坡时的长度为，第二段的长度为。若，此时应修改平面线形，增加的长度。平面线形无法修改时，宜按实际计算的长度取，超高起点从ZH（或HZ）后退（或前进）长度。对到超高设计值均大于路拱横坡，故采用绕内边线旋转的过渡方式，此时，超高路拱横坡和路拱横坡的代数差为超高值，即。同时，当绕内边线旋转时，旋转轴至行车道外侧边缘的宽度等于行车道的宽度，即。（2）缓和段长度的计算：计算如下：半径R=200，路拱坡度=2.0%取=0.006，，由于是绕内边线旋转，所以=0.08，。所以，恰好满足。计算如下：半径R=400m，路拱坡度=2.0%-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸所以此时P=1/125>1/330仍取。计算如下：半径R=400，路拱坡度=2.0%所以此时P=1/125>1/330,仍取。计算如下：半径R=200，路拱坡度=2.0%取=0.006，，由于是绕内边线旋转，所以=0.08，。所以，此时，应将超高过渡起点前移，超高过渡在缓和曲线起点前的直线段开始。所以超高过渡应前移至(K15+611)-(100-60)=K15+571。在超高过渡段长度内的超高过渡值应按前面所述按绕内边线旋转超高值进行计算公式如表4-4所示。-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸表4-4绕内边线旋转的超高值计算公式表超高位置计算公式备注圆曲线上外缘1.计算结果为与设计高之高差；2.设计高程为中央分隔带外侧边缘的高程;3.本道路加宽值取04．当x=Lc时，为圆曲线上超高值；5.b1,b2分别为一侧车道内外路缘带宽度。中线内缘过渡段上外缘中线内缘同平曲线加宽过渡段一样，由于平曲线采用对称布置的，所以在超高设计时从超高起始段到全超高段过渡超高，在圆曲线上为全超高，再从全超高点YH到超高起始点HZ段利用对称超高值同ZH到HY段相同设计。（3）对交点处超高过渡值的计算：超高过渡段起点桩号为ZH=K14+203.4，过渡到HY=K14+303.4处达到全超高点，经过QZ=K14+368.68后再由YH=K14+433.95过渡到HZ=K14+533.95处达到超高过渡终点，结束超高过渡。，圆曲线上：外缘：中线：内缘：过渡段上：-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸K14+220处：外缘：中线：内缘：K14+240处：外缘：中线：内缘：K14+260处：外缘：中线：内缘：-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸K14+280处：外缘：中线：内缘：K14+300处：外缘：中线：内缘：-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸（4）对交点处超高过渡值的计算：超高过渡段起点桩号为ZH=K14+946.38，过渡到HY=K15+006.38处达到全超高点，经过QZ=K15+021.74后再由YH=K15+037.1过渡到HZ=K15+097.1处达到超高过渡终点，结束超高过渡。，圆曲线上：外缘：中线：内缘：过渡段上：K14+960处：外缘：中线：内缘：K14+980处：，外缘：-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸中线：内缘：K15+000处：，外缘：中线：内缘：（5）对交点处超高过渡值的计算：和的超高值以及超高过渡段长度都相同，都为缓和曲线的长度，所以超高过渡段也和一样。（6）对交点处超高过渡值的计算：对于，因为超高过渡段长度大于缓和曲线的长度，所以超高起始点需要前移至(K15+611)-(100-60)=K15+571，同理，超高过渡终点应后移至K15+814.8+（100-60）=K15+854.8。超高值为8%，关于超高的各项指标同相同，只是超高起始点和结束点发生了移动，所以，超高过渡段也和一样。平曲线上其余超高取值及缓和段长度结果见超高表。4.8合成坡度-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸合成坡度是指由路线纵坡与弯道横坡或路拱横坡组合而形成的坡度，其方向即流水线方向。在有平曲线的坡道上，最大坡度既不是纵坡方向，也不是横坡方向，而是两者结合组成的流水线方向。江合成坡度控制在一定范围内，目的是尽可能地避免急弯和陡坡的不利组合，防止因合成坡度多大而引起的横向滑移和行车危险，保证车辆在弯道上安全而顺适地运行。合成坡度的计算公式如公式：式中：I——合成坡度（%）；——超高横坡度或路拱横坡度（%）；i——路线设计纵坡坡度（%）。对于二级公路，由《规范》知V=60km/h时允许合成坡度为9.5%.在本路段最大超高横坡为8%，最大路线纵坡为3.1%，按最不利情况组合，则所以，满足要求。-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸5路基设计路基是公路重要组成部分，它是按照路线位置和一定技术要求修筑的带状构造物。路基是公路线形的主体，是公路工程的骨架，贯穿公路全线，与沿线的桥梁、涵洞和隧道等相连。公路路基是路面的基础，它承受着本身土体的自重和路面结构的重量，同时还承受着由路面传递下来的行车荷载，所以路基是公路的承重主体。5.1设计原则及规定（1）路基必须密实、均匀、稳定。（2）路槽底面土基设计回弹模量值宜大于或等于20MPa,特殊情况不得小于15MPa,不能满足上述要求时应采取措施提高土基强度。（3）路基设计应因地制宜，合理利用当地材料与工业废料。（4）对特殊地质、水文条件的路基，应结合当地经验按有关规范设计。5.2路基排水设计5.2.1一般规定（1）公路路基排水设计应防、排、疏结合，并与路面排水、路基防护、地基处理以及特殊路基地区（段）的其它处治措施等相互协调，形成完善的排水系统。（2）路基排水设计应遵循总体规划，合理布局，少占农田，环境保护的原则，并与当地排灌系统协调。（3）排水困难地段，可采取降低地下水位、设置隔离层等措施，使路基处于干燥、中湿状态。（4）施工场地的临时性排水设施，应尽可能与永久性排水设施相结合。各类排水设施的设计应满足使用功能要求，结构安全可靠，便于施工、检查和养护维修。5.2.2地表排水（1）路基地表排水设施设计降雨的重现期：高速公路、一级公路应采用15年，其它等级公路应采用10年。各类地表排水设施的断面尺寸应满足设计排水流量的要求，沟顶应高出沟内设计水面0.2m以上。（2）路基地表排水设施包括边沟、截水沟、排水沟、跌水与急流槽、蒸发池、油水分离池、排水泵站等，应结合地形和天然水系进行布设，并做好进出口的位置选择和处理，防止出现堵塞、溢流、渗漏、淤积、冲刷和冻结等现象。（3）地表排水沟管排放的水流不得直接排入饮用水水源、养殖池。（4）-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸边沟断面形式及尺寸应根据地形地质条件、边坡高度及汇水面积等确定。边沟沟底纵坡宜与路线纵坡一致，并不宜小于0.3%。困难情况下，可减小至0.1%。路堑边沟的水流，不应流经隧道排出。边沟有可能产生冲刷时，应进行防护。截水沟a）截水沟应根据地形条件及汇水面积等进行设置。挖方路基的堑顶截水沟应设置在坡口5m以外，并宜结合地形进行布设。填方路基上侧的路堤截水沟距填方坡脚的距离，应不小于2m。在多雨地区，视实际情况可设一道或多道截水沟。b）截水沟断面形式应结合设置位置、排水量、地形及边坡情况确定，一般情况下，沟底纵坡不宜小于0.3%。截水沟的水流应排至路界之外，不宜引入路堑边沟。此外，截水沟应进行防渗加固。排水沟a）将边沟、截水沟、取（弃）土场和路基附近低洼处汇集的水引向路基以外时，应设置排水沟。b）排水沟断面形式应结合地形、地质条件确定，沟底纵坡不宜小于0.3%，与其它排水设施的连接应顺畅。易受水流冲刷的排水沟应视实际情况采取防护、加固措施。跌水与急流槽a）水流通过坡度大于10%，水头高差大于1.0m的陡坡地段，或特殊陡坎地段时，宜设置跌水或急流槽。跌水和急流槽应采取加固措施。b）急流槽底的纵坡应与地形相结合，进水口应予防护加固，出水口应采取消能措施，防止冲刷。c）为防止基底滑动，急流槽底可设置防滑平台，或设置凸榫嵌入基底中。蒸发池a）气候干旱且排水困难地段，可利用沿线的取土坑或专门设置蒸发池汇集地表水。b）蒸发池边缘距路基边沟外缘的距离应以保证路基的稳定和安全为原则，并不应小于5m，湿陷性黄土地区不得小于湿陷半径,池中设计水位应低于排水沟的沟底。c）蒸发池的容量应以一个月内路基汇流入池中的雨水能及时完成渗透与蒸发作为设计依据,每个蒸发池的容水量应根据蒸发池的纵向间距经水力、水文计算后确定。d）蒸发池应根据具体情况采取适当的防护加固措施，蒸发池的设置不应使附近地面盐渍化或沼泽化。-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸5.2.3地下排水进行地下排水设计前，应进行野外工程地质和水文地质调查、勘探和测试，查明水文地质条件，获取有关水文地质参数。路基地下排水设施包括暗沟（管）、渗沟、渗水隧洞、渗井、仰斜式排水孔、检查疏通井等。地下排水设施的类型、位置及尺寸应根据工程地质和水文地质条件确定，并与地表排水设施相协调。（1）暗沟（管）暗沟（管）用于排除泉水或地下集中水流。暗沟沟底的纵坡不宜小于1%，条件困难时亦不得小于0.5%，出水口处应加大纵坡，并应高出地表排水沟常水位0.2m以上。寒冷地区的暗沟，应作防冻保温处理或将暗沟设在冻结深度以下。（2）渗沟（井）渗沟、渗水隧洞及渗井用于降低地下水位或拦截地下水。当地下水埋藏浅或无固定含水层时，宜采用渗沟。当地下水埋藏较深或有固定含水层时，宜采用渗水隧洞、渗井。渗沟的埋置深度按地下水位的高程、地下水位需下降的深度以及含水层介质的渗透系数等因素考虑确定。渗沟的排水孔（管），应设在冻结深度以下不小于0.25m处。截水渗沟的基底宜埋入隔水层内不小于0.5m。边坡渗沟、支撑渗沟的基底，宜设置在含水层以下较坚实的土层上。寒冷地区的渗沟出口，应采取防冻措施。渗沟、渗水隧洞及渗井的断面尺寸，应根据构造类型、埋设位置、渗水量、施工和维修条件等确定。渗沟侧壁及顶部应设置反滤层，底部应设置封闭层。渗水隧洞衬砌结构尺寸由计算确定。填石渗沟最小纵坡不宜小于1%，无砂混凝土渗沟、管式及洞式渗沟最小纵坡不宜小于0.5%。渗沟出口段宜加大纵坡，出口处宜设置栅板或端墙，出水口应高出地表排水沟槽常水位0.2m以上。渗沟及渗水隧洞迎水侧可采用砂砾石、无砂混凝土、渗水土工织物作反滤层。边坡渗沟、支撑渗沟应垂直嵌入边坡坡体，其平面形状宜采用条带形布置,对于范围较大的潮湿坡体，可采用增设支沟的分岔形布置或拱形布置。-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸地下水位较高、水量较大的填挖交界路段和低填方路段应设置渗沟，保证路基处于干燥或中湿状态。（3）检查、疏通井深而长的暗沟（管）、渗沟及渗水隧洞，在直线段每隔一定距离及平面转弯、纵坡变坡点等处，宜设置检查、疏通井。检查井内应设检查梯，井口应设井盖，兼起渗井作用的检查井的井壁，应设置反滤层。（4）仰斜式排水孔仰斜式排水孔用于引排边坡内的地下水。仰斜式排水孔的仰角不宜小于6°，长度应伸至地下水富集部位或潜在滑动面，并宜根据边坡渗水情况成群分布,仰斜式排水孔排出的水宜引入路堑边沟排除。5.3路基边坡当不采用加筋土挡土墙时，路堤边坡坡度取1：1.5,路堑边坡的坡度应根据当地自然条件，土、石种类极其构造、结构，边坡高度和施工方法等因素确定。当地土层及岩层的较密实，可取路堑边坡坡度为1：1。5.4路基横断面根据要求，选取K14+000——K16+240进行路基横断面设计。在地图上读取上述路段的中线左右各5m范围内的逐桩高程，用CAD软件按1：200的比例绘制地面线，再根据超高或路拱横坡计算出的路面设计高程（见路基设计表）绘制设计线，再进行“戴帽”，最后读出断面面积。本路段采用每间隔20m作出横断面图，在特殊桩号处也进行了加密作横断面图,详见路基横断面图。5.5路基土石方数量计算及调配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。本次设计采用表格调配土方，调配结果详见土方调配表。5.5.1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。5.5.2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。-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸5.5.3纵向调运（1）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。（2）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减去免费运距。根据《路基》规范规定，土石免费运距为20M。5.5.4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5.5.5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。5.5.6计算计价土石方计价土石方=挖方数量+借方数量5.5.7废方处理K14+930处附近用作废土堆。-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸6路面设计路面是用各种材料混合料铺筑在路基上供车辆行使的层状结构物。路面的基本功能是为车辆提供快速、安全、舒适和经济的行使表面，要求路面能够满足行车的使用要求，降低运输费用和延长路面的使用年限。6.1路面设计说明（1）根据路面所适用的公路等级，高速、一级、二级公路面层类型为水泥混凝土与沥青混凝土，本设计公路对两种路面都进行了设计。（2）在高等级公路建设中，为了将路面结构内的水分迅速排出，需要在路基全宽范围内铺筑路面。（3）根据《规范》要求沥青混凝土路面与水泥混凝土路面路拱在1%～2%之间，本设计公路取2%。（4）沥青混凝土路面：根据《规范》要求路面结构层采用15cm厚沥青混凝土面层（其中表面层采用4cm厚的中粒式密集配沥青混凝土抗滑表面，下面层采用6cm厚的粗粒式密集配沥青碎石，基层采用25cm厚的二灰碎石，底基层采用47cm厚的级配碎石。（5）水泥混凝土路面：面层采用25cm厚的普通混凝土面层，基层采用15cm厚的碾压混凝土，底基层采用20cm厚的天然砂砾。6.2路面设计基本原则（1）路面应具有良好的稳定性和足够的强度，表面应满足平整、抗滑和排水要求；（2）面层、基层的结构类型及厚度应与公路等级、交通等级组成相适应；（3）要顾及各结构层本身的结构特性；（4）要考虑水文状况的不利影响；（5）适当的层厚和层数，各结构层既要满足最小厚度要求，又应考虑施工可行性；（6）应与当地的气候、水文、地质状况相适应，并充分利用当地筑路材料。6.3路面结构推荐水泥混凝土路面虽然有强度高﹑稳定性好﹑耐久性好，养护费用少﹑经济效益高，有利于夜间行车等优点，但是由于平凉地区该公路为山岭重丘区二级公路，等级较低，若采用水泥混凝土路面，水泥和水的需要量大，工程造价高；路面接缝不但增加施工和养护的复杂性，而且容易引起行车跳动，影响乘客的舒适性；另外，开放交通迟，修复困难等诸多缺点。-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸沥青混凝土路面结构由于使用了沥青结合料，因而增加了矿料间的粘结力，提高了混合料的强度和稳定性，是路面的使用质量和耐久性都得到提高，而且与水泥混凝土路面相比，沥青路面具有表面平整﹑无接缝﹑行车舒适﹑耐磨﹑震动小﹑噪音低﹑施工期短﹑养护维修简单﹑适宜于分期维修等优点。由于沥青路面结构与水泥混凝土路面结构相比具有上述优点，并结合当地的实际情况，本人认为采用沥青路面结构，更适应于当地的需要，并将更有利于当地旅游业及相关产业的发展，因此，最终推荐采用沥青路面结构。6.4沥青混凝土路面设计计算6.4.1设计资料（1）公路等级：二级（2）设计年限：12年（3）车道系数：0.65（4）自然区划：Ⅳ3，黏质土（5）土基回弹模量：42Mpa（6）交通增长率：8%（7）车辆组成及交通量：小客车解放CA10B黄河JN150交通SH361太脱拉138吉尔130尼桑CK10G增长率18003005401201502401800.086.4.2设计要求沥青路面应采用道路石油沥青或其加工产品，沥青的选择应根据公路等级、气候条件、交通量及其组成，路线线形、面层结构、施工工艺等因素，并结合当地使用经验确定。（1）沥青面层应具有坚实、平整、抗滑、耐久的品质，同时，还应具有高温抗车辙、低温抗开裂、抗水损害以及防止雨水渗入基层的功能。（2）基层是主要承重层，满足稳定、耐久、较高的承载能力。（3）底基层是设置在基层之下,并与面层、基层一起承受车轮荷载反复作用的次要承重层，因此，对底基层材料的技术指标要求可比基层材料略低。（4）垫层是设置在底基层与土基之间的结构层,起排水、隔水、防冻、防污及减少层间模量比、降低半刚性底基层拉应力的作用。（5）基层、底基层设计贯彻就地取材、就近取材的原则。.（6）路基密实、均匀、稳定，填方路基的填料选择、路床的压实度以及填方路堤的基底处理等均符合《公路路基设计规范》(JTJ013)的规定。-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸6.4.3标准轴载及轴载换算沥青路面设计以双轮组单轴载100KN（BZZ—100）为标准轴载。根据设计任务书所给的资料，先将各种轴载换算为标准轴载（1）以设计弯沉值为设计指标及验算沥青层层底拉应力时，凡大于25KN的各级轴载（包括车辆的前后轴）的作用次数均按公式（6-1）换算成标准轴载P的当量作用次数N，轴载换算结果见表6-1所示。（6-1）式中：N——标准轴载当量轴次，次/日；——被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日；P——标准轴载，100KN；——被换算车辆的各级轴载，KN；K——被换算车辆的类型数；——轴载系数，，m是轴数。当轴间距离大于3m时，按单独的一个轴载计算；当轴间距离小于等于3m时，应考虑轴数系数；——轮组系数，单轮组为6.4,双轮组为1，四轮组为0.38。表6-1轴载换算结果表（弯沉）车型(KN)(次/日)解放CA10B前轴19.4016.43000.00后轴60.851130034.56黄河JN150前轴49.0016.4540155.21后轴101.6011540578.60交通SH361前轴60.0016.412083.24后轴110.0011120181.65太拖拉138前轴51.4016.415053.08后轴80.002.21150125.01吉尔130前轴25.7516.42404.200后轴59.501124025.08尼桑CK10G前轴39.2516.418019.71后轴76.002.21180124.19合计1384.54-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸根据设计规范，快速路沥青路面的设计年限为12年，两车道的车道系数是0.65，累计当量轴次：（2）当进行半刚性基底层底拉应力验算时，凡大于50KN的各级轴载（包括车辆的前后轴）的作用次数均按公式（6-2）换算成标准轴载P的当量作用次数N，轴载换算结果见表6-2所示：（6-2）式中：——轴数系数，单轴时，双轴或多轴的轴载系数，其中m为轴载系数；——轮组系数，单轮组为18.5，双轮组为1.0，四轮组为0.09。表6-2轴载换算结果表（拉应力)车型(KN)(次/日)解放CA10B前轴19.40118.500后轴60.85113005.639黄河JN150前轴49.00118.500后轴101.6011540613.117交通SH361前轴60.00118.512037.287后轴110.0011120257.231太拖拉138前轴51.40118.515013．520后轴80.003115075.497吉尔130前轴25.75118.500后轴59.50112403.77尼桑CK10G前轴39.25118.500后轴76.003118060.1合计1066.17-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸6.4.4路面结构组合设计(1)根据计算在设计年限内一个行车道商店累计标准轴载次数为1000万次左右，且为二级公路，路面面层使用沥青混凝土路面。从汽车荷载特点方面提出对路面结构的要求。(2)确定公路所在的自然区划，以及沥青路面气候分区，以此从环境温度、降雨等方面提出对路面功能的要求。(3)公路延线可采集到生石灰、砂、砾石、水泥和石料等材料，此外沿线水源丰实可供，因此，基层拟用水泥稳定碎石，底基层采用石灰土（半刚性基层），或者基层拟用石灰粉煤灰碎石，底基层采用级配碎石（组合式基层）。(4)沥青混凝土面采用三层结构，总厚度15cm。(5)路面结构组合设计方案、各层厚度及材料参数见表6-3和6-4。表6-3半刚性基层路面各层厚度及材料参数第一方案（半刚性基层沥青路面）材料名称H(cm)20℃模量15℃模量劈裂强度（mpa)中粒式密级配沥青混凝土4120018001粗粒式密级配沥青混凝土5100012000.8水泥稳定碎石2515000.5石灰土？7500.25土基--42--表6-4组合式基层路面各层厚度及材料参数第二方案（组合式基层沥青路面）材料名称H(cm)20℃模量15℃模量劈裂强度（mpa)中粒式密级配沥青混凝土4120018001粗粒式密级配沥青混凝土6125014000.8二灰稳定砂砾2515000.7级配碎石？350--土基--31---70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸6.4.5各层材料的容许拉应力计算（1）计算设计弯沉值方案一：设计弯沉值为：方案二：设计弯沉值为：（2）计算各层容许层底拉应力结构层层底拉应力按公式（6-3）计算：（6-3）结构层抗拉强度结构系数按公式（6-4）到（6-6）如下计算：对沥青混凝土面层：（6-4）式中：——沥青混合料级配系数,细、中粒式沥青混凝土为1.0,粗粒式沥青混凝土为1.1。对无机结合稳定集料类（6-5）对无机结合稳定土类（6-6）（3）对方案一的计算中粒式密级配沥青混凝土-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸粗粒式密级配沥青混凝土水泥碎石石灰土对方案一半刚性基层路面各层材料的抗拉强度系数和层底拉应力的计算结果见表6-5所示。表6-5半刚性基层路面各层材料的抗拉强度系数和容许拉应力计算表方案一材料名称劈裂强度（mpa)中粒式沥青混凝土12.5280.39557粗粒式沥青混凝土0.82.5280.31646水泥稳定碎石0.51.76860.28271石灰土0.252.27390.1099（4）对方案二的计算对方案二组合式基层路面各层材料的抗拉强度系数和层底拉应力的计算结果见表6-6所示。-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸表6-6组合式基层路面各层材料的容许拉应力计算表方案二材料名称劈裂强度（mpa)中粒式沥青混凝土12.5280.39557粗粒式沥青碎石0.82.5280.31646二灰稳定碎石0.71.76860.3675级配碎石01.768606.4.6新建路面结构厚度计算（1）方案一的计算令实测弯沉，则弯沉修正系数：式中：p——标准车型的轮胎接地压强(0.7MPa)；δ——当量圆半径（10.65cm）。实际弯沉系数理论弯沉系数-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸查图得,查图得通过对设计层厚度取整,最后得到路面结构设计结果如下:---------------------------------------中粒式沥青混凝土4cm---------------------------------------粗粒式沥青碎石5cm---------------------------------------水泥稳定砂砾25cm---------------------------------------石灰土48cm---------------------------------------土基（2）方案二的计算令实测弯沉，则弯沉修正系数：实际弯沉系数理论弯沉系数-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸查图得,查图得所以，方案二代定层厚度通过对设计层厚度取整,最后得到路面结构设计结果如下:---------------------------------------中粒式沥青混凝土4cm---------------------------------------粗粒式沥青碎石6cm---------------------------------------水泥稳定砂砾25cm---------------------------------------级配碎石47cm---------------------------------------土基6.4.7层底弯拉应力的验算（1）上层底面弯拉应力的换算这里所的上层是换算为三层体系后的上层。当换算第i层底面的弯拉压力时，需将第i层及其以上各层换算为模量、厚度h的一层，换算公式为（6-7）；将第i+1层至n-1层换算为模量，厚度为H的一层，换算公式为（6-8）。（6-7）-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸（6-8）中粒式密级配沥青混凝土底查图得为压应力，不需验算。粗粒式密级配沥青混凝土底查图得为压应力，不需验算。水泥碎石层底∴查图得（2）计算中层底面弯拉应力此时极为计算路基之上的n-1层的弯拉应力，就是中层为-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸，而上层则为n-2层以上各层换算为模量的换算厚度，用公式（6-9）进行换算：（6-9）第一方案的验算：查图得：所以上述设计结果满足要求。第二方案的验算：方案二进行验算，也满足要求。6.4.8技术方案比较方案一的总厚度为82cm，方案二的总厚度为82cm，均大于最小防冻层厚度，满足防冻要求。方案二底基层为47cm厚级配碎石，正好可以满足山区坡脚雨水汇集量大冲刷破坏大的不利作用，方案一底基层为石灰土，适用于平原雨水量较小的地区，在山区易被雨水的冲刷破坏，考虑到路面长期使用效能，选用方案二。所以，最终确定的路面结构设计结果如下:---------------------------------------中粒式沥青混凝土4cm---------------------------------------粗粒式沥青碎石6cm---------------------------------------水泥稳定砂砾25cm---------------------------------------级配碎石47cm----------------------------------------70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸土基沥青路面结构层示意图如图6-1所示：图6-1沥青路面结构层示意图6.5水泥路面设计计算6.5.1有关设计参数根据水泥混凝土设计规范(JTGD40-2000)可知二级公路的一般设计参数如下:（1）设计使用年限：t=20年（2）安全等级：三级（3）目标可靠度：85%（4）目标可靠度指标：1.09（5）变异水平等级：中（5）轮迹横向分布系数：η=0.39（6）混凝土设计弯拉强度：fcm=5.0Mpa（7）混凝土弯拉弹性模量：Ec=31Gpa6.5.2水泥路面的计算（1）换算轴载并确定交通等级我国公路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。对于各种不同汽车轴载的作用次数，可按等效疲劳断裂原则换算成标准轴载的作用次数，并根据标准轴载的作用次数判断道路的交通繁重程度。轴载换算采按公式（6-10）到（6-11）计算：-70- 华中科技大学毕业论文（设计）专用稿纸………………（6-10）………………（6-11）………………（6-12）………………(6-13)式中：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-双轮组轴型级轴载的总重，KN；——轴型和轴载级位数；——各类轴型级轴载的作用次数；——轴-轮型系数，单轴-双轮组时=1；单轴-单轮时按式（2）计算；双轴-双轮组时按式（3）计算；三轴-双轮组时按式(4)计算。对标准轴载的作用次数的换算结果如表6-7所示：表6-7标准轴载的作用次数计算车型轴PiNi（次/日）Ns解放CA10B前19.40.003000.00后60.8513000.11黄河JN150前49.00416.465402.48后101.61540696.13交通SH361前60.00381.712012.92后110.000.001200.00太拖拉138前51.40407.981501.45后80.000.001500.00吉尔130前25.75549.182400．00后59.500.002400.00尼桑CK10G前39.2511800.00后76.0011802.23总计715.32可知100