道路桥梁一级公路毕业设计论文

'偃师顾县至黄蟒崖段公路施工图设计摘要偃师顾县至黄蟒崖段公路路线起点连接G310、省道S320顾龙线，是洛阳至偃师的主要交通要道。它的建成对全国公路网络结构的完善，对加快城市与城市之间经济社会发展具有极其重要的意义。拟建的偃师顾县至黄蟒崖段公路，经过区域地貌为伊南洪积冲积坡地、伊洛河冲积平原、洛河川区、洛阳中部黄土丘陵区，整个地形起伏不大，全长3.949km。根据规范要求，结合当地实际情况，全线采用双向四车道一级公路标准，沥青路面，设计速度80km/h，路基宽度24.5m。本设计研究的内容包括：首先，根据交通量确定车道数，并在地形图上选线、定线，然后进行道路平面设计，纵断面设计，横断面设计，桥涵设置等。此外还对该路段的路基、路面等进行了设计。关键词：一级公路，选线，路基，沥青路面，涵洞1 ThedesignofhighwayconstructionfromYanshiGuxiantoHuangmangyaABSTRACTThehighwayroutefromYanshiGuxiantoHuangmangyawhichstartingpointisconnectedwiththeG310highwayandprovincialhighwayS320Gulongline,isthemaintrafficroutesfromLuoyangtoYanshi.Itsbuilthasanextremelyimportantsignificancetoimprovethenetworkstructureofnationalhighwayandtospeeduptheeconomicandsocialdevelopmentamongcities.TheproposedhighwayofYanshiGuxiantoHuangmangyathroughtheregionallandscapewhichconcludeEinonfloodalluvialslope,YiluoRiveralluvialplain,plainarea,LuohecentralLoessHillyAreaofLuoyang.Thelandformislittleupsanddownsanditsfull-lengthis3.949km.Accordingtothestandardrequirements,combinedwiththelocalactualsituation,allusethetwo-wayandfourlanehighway,asphaltpavement.Thedesignspeedis80km/handtheroadbedwidthis24.5m.Thedesignofthestudycontentsinclude:firstly,consideringtrafficvolumetodeterminethenumberofthetolllanes,andselectlinesanddecideonthetopographicmapandthenroaddesign,designandverticalsectiondesign,crosssection,bridgeandculvertsettings.Inaddition,theroadbedandpavementofthissectionarealsodesigned.KEYWORDS：thearterialroad，lineselection，theroadbed，asphaltpavement，culvert1 目　录前　言1第1章绪论21.1沿线地理条件21.2沿线气象资料21.3设计任务21.4设计成果21.5本项目建设的意义3第2章总体设计42.1设计资料及设计依据42.1.1设计资料42.1.2设计依据52.2设计任务及主要内容52.2.1设计任务52.2.2主要内容62.3基本技术指标62.4车道数的确定6第3章路线设计83.1公路方案的比选83.1.1影响路线方案选择的因素83.1.2方案比选83.2道路平面设计103.2.1平面设计的要求103.2.2平面曲线要素计算103.3道路纵断面设计173.3.1纵断面设计的要求173.3.2纵坡设计173.3.3竖曲线设计及要素计算18第4章道路横断面设计和路基结构设计211 4.1道路横断面设计214.1.1道路横断面组成214.1.2路基宽度的确定214.1.3超高设计与计算214.1.4路基横断面设计234.1.5土石方数量计算及调配244.2路基结构设计254.2.1路基设计的主要内容254.2.2路基坡度确定254.3道路排水设计26第五章路面结构设计285.1.路面结构类型选定285.2路面组合及构造设计285.2.1沥青路面结构组合设计的任务及基本原则285.2.2轴载换算及累计当量轴次285.2.3初拟路面结构315.2.4路面材料配合比设计与设计参数的确定315.2.5路面厚度设计325.2.6设计方案选择41结　论43谢辞44参考文献45外文资料翻译471 前　言就目前而言，我国道路设计理论主要是规范法。以各类现行规范为主，结合各地区地形条件、气候条件和地质条件综合考虑进行开放式设计，是我国道路设计工作者普遍采用的方法。我国公路设计提出并贯彻实施“安全、环保、舒适、和谐”的设计新理念，路线的综合设计结合地形，顺势而为，接近自然，融入自然，尽可能减少人为因素的影响，坚持“不破坏就是最大的保护”的基本原则。本次毕业设计的目的在于培养我们综合应用所学知识的能力，是对各个教学阶段的继续、深化、拓宽和升华。也是对我们综合素质和工程实践能力检测的重要环节。说明书共包括五大部分。第一部分是绪论，是对沿线气象、地质等的综合概述；第二部分是总路线设计，目的是根据所给资料，确定本次设计的任务以及主要内容，并根据年平均日交通量，确定公路等级和车道数量；第三部分是路线设计，包括平面设计、纵断设计和横断设计；第四部分是路基路面设计；第五部分是结论、谢词、参考文献以及外文翻译。1 第1章绪论1.1沿线地理条件路线位于平原微丘区，整体起伏不大；沿线浅层地质为粉质土，土基回弹模量值为40MPa；砂石料、石灰、粉煤灰等筑路材料分布广，储量丰富。1.2沿线气象资料项目区域属暖温带大陆性山地季风气候区，总体特点是冬冷、夏热、春暖、秋凉。降水多集中在每年的7、8、9三个月份。受气候影响，路面施工应避开冬季。1.3设计任务根据设计任务书上给定的交通量等资料，确定公路等级以及行车速度。对路线的平面、纵断面、横断面、路基路面以及桥涵在限定的时间内单独完成设计。并按时提交设计成果，包括路线平面设计图、路线纵断面设计图、路线横断面设计图、路基标准横断面设计图、路面设计、弯道超高方式图、直曲转表、逐桩坐标表、路基设计表、路基土石方数量计算表等。1.4设计成果该路段为偃师顾县至黄蟒崖段公路，路线起点为K0+000，路线终点为K3+949.276，全长3.949Km。路线按照平原微丘区一级公路进行设计，设计时速为80Km/h；路面采用沥青路面，设计年限为15年。路基宽度为24.5m双向四车道，行车道宽2×7.5m，内侧路缘带宽2×0.5m，中央分隔带宽2.0m，硬路肩宽2×2.5m，土路肩宽2×0.75m。全长共设置了两个平曲线，半径分别是1000m和2000m；四个竖曲线，半径分别为19000m、10000m、22000m和15000m。在缓和曲线上均设置超高，超高设计值为3%。为解决路线与交叉道路和排水问题，本路段共设计了10处涵洞。43 1.5本项目建设的意义偃师顾县至黄蟒崖段公路路线起点连接G310、省道S320顾龙线，是洛阳至偃师的主要交通要道。该项目的建设对加强发展洛阳市经济及河南省经济，区域基础设施建设，改善国家公路路网结构具有十分重要意义。项目的建成后必能对当地旅游资源开发、城镇经济发展起到积极的促进作用；该公路的建设，在给人们旅游带来很大便利的同时，更带动了沿线优势产业发展，对当地综合实力的提升有着非常重要的意义。43 第2章总体设计2.1设计资料及设计依据2.1.1设计资料（1）地形图所在地区：河南省洛阳，比例尺：1：1000。（2）气象、水文资料项目区域属暖温带大陆性山地季风气候区，总体特点是冬冷、夏热、春暖、秋凉。降水多集中在每年的7、8、9三个月份。受气候影响，路面施工应避开冬季，路基地基处理和桥涵下部施工应避开雨季。沿线河流均属季节性河流，洪水季节水势湍急。河床内桩基施工应尽量避开雨水季节，尽量少占压河道，同时做好雨季的防汛工作。（3）地质资料与筑路材料本项目经过区域地貌为平原微丘区，整个地形起伏不大。地形对工程施工和材料运输影响不大。沿线浅层地质主要为粉质土。路基填料主要来源于取土场取土和伊洛河天然砂砾。砂石料、石灰、粉煤灰等地材均来源于当地，料源分布广，储量丰富。钢筋、水泥、沥青等材料主要为市场采购。（4）地震依区域地质构造、历史发震情况及项目区地震动峰值加速度（≤0.10g），相应于最大地震基本烈度Ⅶ度，认为区域稳定性属次不稳定域。依《建筑抗震设计规范》（GB50011—2001）4.1.7条，可不考虑上述断裂对本工程场地的影响。（5）交通资料1)自然区划：Ⅲ42)设计使用年限：沥青混凝土路面15年。3)标准轴载：BZZ-1004)设计交通量：折合小客车年平均日交通量，交通量年增长率6％43 北京BJ1301470东风EQ1402517三湘CK66403037黄海DD680510解放SP92005102.1.2设计依据《路基路面工程》邓学军.人民交通出版社.2008.《公路勘测设计》杨少伟.人民交通出版社.2008.《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）.人民交通出版社，2004.《公路路线设计规范》（JTGD20-2006）.人民交通出版社，2008.《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）.人民交通出版社，2007.《公路工程路基设计规范》（JTGD30-2004）.人民交通出版社，2004.《公路小桥涵手册》（JTGD50-2006）.人民交通出版社,2007.2.2设计任务及主要内容2.2.1设计任务(1)路线选线和路线方案的比选，确定总体路线较优方案。(2)道路平面设计(3)道路纵断面设计(4)道路横断面设计和路基结构设计(5)路面结构设计(6)涵洞设计2.2.2主要内容根据任务书要求，本论文对偃师顾县至黄蟒崖段43 公路进行设计，研究内容包括：(1)拟定可能的路线方案，根据路线的技术指标进行方案的比选，最后得出最优方案；(2)公路线形设计，平面线形设计是根据一级公路的工程技术标准进行设计的，根据道路等级、当地的自然地理条件等因素进行纵断面设计，在平纵线形设计的基础上进行横断面设计；(3)路基路面结构设计；(4)涵洞设计，采用钢筋混凝土盖板涵；2.3基本技术指标本毕业设计为“偃师顾县至黄蟒崖段”，此新建公路采用交通部发布的《公路工程技术标准》（JTJB01-2003）为设计标准。主要设计技术标准如下：(1)设计行车速度为80Km/h，设计年限为15年。(2)一般平曲线最小半径为400m，极限平曲线最小半径为250m，不设超高的最小半径为2500m。(3)一般缓和曲线最小长度为100m，极限缓和曲线最小长度为70m。(4)最大纵坡为5%，最小纵坡为0.3%。(5)竖曲线一般最小半径：凹型为3000m，凸型为4500m。(6)竖曲线极限最小半径：凹型为2000m，凸型为3000m。(7)竖曲线最小长度为70m。(8)纵坡长度限制：最小坡长：200m最大坡长：3%—1100m4%—900m5%—700m。2.4车道数的确定(1)《公路工程技术标准》规定：一级公路以小客车为折算标准。根据标准和下表所述折算系数，折算交通量。表2-1各汽车代表车型与换算系数汽车代表车型车辆折算系数说明小客车1.0≤19座的客车和载质量≤2t的货车43 中型车1.5＞19座的客车和载质量＞2t的货车大型车2.07t＜载重质量≤14t的货车拖挂车3.0载质量＞14t的货车根据标准和下表所述折算系数，折算交通量。初始年交通量：该公路远景设计年限为15年，则远景设计年平均日交通量AADT：=29587辆/日(2)计算车道数单向车道数N：式中:K—设计小时交通量系数;D—交通量方向分布系数，一般取0.5—0.6;—单车道设计通行能力；所以，拟建的一级公路需4个车道。双向四车道一级公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量为15000—30000辆。第3章路线设计3.1公路方案的比选43 3.1.1影响路线方案选择的因素设计路线处于平原微丘区，应充分利用地形，处理好平纵线形结合。不迁就微丘地形，进而导致线形迂回曲折。路线也应与地形相适应。也尽量少占用耕地，减少拆迁。总之，路线应在满足使用任务的前提下，综合考虑技术指标、工程造价、施工条件和自然条件等因素，通过多方案的比选，提出较合理的方案。3.1.2方案比选(1)方案概况1)正线方案拟建道路为一级公路，对平纵横指标要求较高。线形设计是公路总体设计、总布局的关键。正线方案正是考虑到线形设计的重要性，结合水文地质等因素，做出的正确选择。该线形按照直线—缓和曲线—圆曲线—缓和曲线—直线的结合方法，使道路的均衡性、线形的连续性与环境景观的协调。更能使司机在舒适、安全、美观的道路上行驶。从纵断面上来看，道路起伏不大。纵坡坡度不大，坡长适宜，不会出现上坡时间过长，更不会出现下坡时间过长，使驾驶员心里紧张，引起操作失误，进而导致交通事故的危险。从横断面上来看，横向填挖适当，没有出现由于大填大挖，导致自然环境破坏的现象。2)比较方案比较方案布线与正线方案有很大区别，比较方案是从地形上部选线，占用农田较多。（2）各方案主要技术经济指标表3-1方案比较表序号项目单位正线方案比较方案43 K0+000~K3+494.276K0+000~K4+263.2351路线建设长度Km3949.276.4263.2352转角数个233平曲线最小半径M10005504最大纵坡%0.8570.595最小纵坡%0.4410.3026最大竖曲线半径凸形M1500010000凹形M22000150007最小竖曲线半径凸形M100005000凹形M190003500（3）方案比选意见与正线相比较，比较线的优缺点为：优点：房屋拆迁不大。缺点：路线不够优美，平曲线半径太小，几乎接近最小半径，使得路线与周围环境不协调；选择路线大部分是占用农田，地势平缓，不利于道路的排水；比选路线要经过一片水塘，地质状况不好，还需要进行地质处理，导致建设经费增加。43 综合以上分析，本设计推荐正线方案。3.2道路平面设计3.2.1平面设计的要求(1)平面设必须满足《规范》和《标准》的要求；(2)平面线形应直捷、连续、顺适，并与地形、地物相适应，与周围环境相协调；(3)保持平面线形的均衡与连贯；(4)直线长度的限制；1)曲线间直线长度的要求；直线的最大长度（以m计）为20V（以Km/h计）。2)两圆曲线间以直线径相连接时，直线的长度不宜过短；《标准》规定，设计速度大于或等于60Km/h时，同向圆曲线间最小直线长度(以m计)以不小于6V（以Km/h计）为宜。本公路工程直线最大长度1600m，最小直线长度480m。3）圆曲线和缓和曲线的长度要求：根据《规范》设计速度为80Km/h，圆曲线的一半最小半径为400m，最大半径一般不要超过10000m；缓和曲线最小长度最小值为70m。3.2.2平面曲线要素计算(1)主点桩的坐标读取本设计正线方案的线形如下图所示：图3-1线形示意图43 由地形图读取起点、交点、终点的坐标(,)如下：：（3836491.582，509100.6132）：（3836851.142，509921.0421）：（3836972.463，511641.8351）：（3837230.464，512948.9513）(2)交点间距、方位角的计算坐标增量DX=-DY=-交点间距S=象限角方位角ADX>0,DY>0,A=所以，对于AB段有，DY=820.4289﹥0DX=359.56﹥0===895.76m=对于BC段有，DY=1720.793﹥0DX=122.321﹥0==1725.135m43 对于CD段有，DY=1307.1162＞0DX=258.001＞0==1332.335m(3)转角计算转角(右)转角(左)(4)平曲线计算图3-2平曲线计算图式曲线几何元素的计算公式：内移值p=偏移值q=缓和曲线角切线长T=43 曲线长L=+圆曲线长=外距E=校正值J=2T–L式中R—圆曲线半径—缓和曲线长度1)：R=1000m，，=100mp===0.417mq==T==223.095m===242.66mL=+=422.6605mE===15.282mJ=2T–L=3.529m主点里程桩号计算：：K0+895.76ZH=-T=895.76-223.095=672.665HY=ZH+=672.665+100=772.665YH=HY+(L-2)=772.665+(422.6605-2100)=1015.326HZ=YH+=1015.326+100=1115.326QZ=HZ-L/2=1115.326-442.6605/2=893.996校核：JD=QZ+J/2=893.996+3.529/2=895.7643 交点校核无误。同理可验算,在此不逐一验算。其它交点的计算结果见“直线、曲线及转角表”。(5)逐桩坐标表1)直线上中桩坐标计算设交点坐标为JD(XJ,YJ)，交点相邻直线的的方位角分别为、，则ZH点坐标：HZ点坐标：设直线上加桩里程为L，ZH、HZ表示曲线起、终点里程，则前直线上任意点坐标（L£ZH）：X=XJ+Y=YJ+后直线上任意点坐标（L>HZ）：X=XJ+Y=YJ+例如：=3836851.142+=3836835.452=509921.0421+=509698.4995当=100m时：X=XJ+=3836851.142+43 =3836819.276Y=YJ+=509921.0421+=509469.0645同理可得其它直线桩号坐标，详见逐桩坐标表。2)设缓和曲线的单曲线中桩坐标计算ZH~HY任意点坐标：X=Y=式中L—缓和曲线上任意点至ZH点的曲线长度x—缓和曲线上任意点的切线横距x=……—转角符号，右转为“+”，左转为“-”，下同。HY~YH任意点坐标：X=Y=式中L—圆曲线上任意点至HY点的曲线长度、—HY点的坐标HZ~YH任意点坐标：X=Y=式中L—第二缓和曲线上任意点至HZ点的曲线长度。例如：点坐标43 X==3836835.452+=3836810.047Y==509698.4995+=509795.2329点坐标X==3836810.047+=3837055.5191Y==509795.2329+=509733.7796同理，可得其它直线桩号坐标，向详见逐桩坐标表。3.3道路纵断面设计43 3.3.1纵断面设计的要求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制标高等，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。基本要求是纵坡均匀平顺，起伏和缓，坡长和竖曲线长短适当，平面和纵面组合设计协调，以及填挖经济、平衡。3.3.2纵坡设计(1)纵坡设计的一般要求1)纵坡设计必须满足《标准》的有关规定，除特殊条件一般不采用使用极限值。2)纵坡应平缓，避免连续陡坡、过长陡坡。3)纵断面线形应连续，平顺，均衡，并重视平纵面线形的组合。(2)坡长限制1)最短坡长的限制，主要是从汽车行驶平顺性的要求考虑的。最短坡长以不小于计算行车速度9s的行程为宜，根据《标准》，设计时速为80Km/h时，公路最小坡长极限值为200m，最小坡长一般值为250m。2)最长坡长限制，主要是不至于使驾驶员长时间上坡或下坡，影响行车安全。根据《标准》设计时速为80Km/h时，最大坡长为：3%—1100m、4%—900m、5%—700m。(3)拉坡首先是试坡，试坡以“控制点”为依据，考虑平纵结合、挖方、填方以及排水沟设置等众多因素初步拟订坡度线。然后进行计算，看拉的坡满不满足控制点的高程和规范要求，如不满足时就进行调坡。调坡时应结合选线意图，对照标准所规定的最大纵坡、坡长限制以及考虑平纵线形组合是否得当进行调坡。3.3.3竖曲线设计及要素计算(1)竖曲线设计43 各级公路在纵坡变更处都应设置竖曲线，竖曲线半径应大于《标准》中规定的竖曲线的最小半径和最小长度。当设计速度为80Km/h时，凸竖曲线一般最小半径为4500m，极限最小半径为3000m；凹型竖曲线一般最小半径为3000m，极限最小半径凸型为2000m；竖曲线最小长度为70m。在本设计中，为获得连续而平顺的线形及满足视觉上的需要，凸竖曲线半径分别取10000m和15000m，凹型竖曲线半径分别取19000m和22000m，本设计共四个竖曲线，凸形、凹形各两个。(2)竖曲线几何要素计算1)计算公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。设变坡点相邻两纵坡坡度分别为和，它们的代数差用表示，即，，为“＋”时，表示为凹形竖曲线；为“－”时，表示为凸形竖曲线。竖曲线要素的计算公式为：竖曲线长度竖曲线切线长竖曲线外距竖曲线上任一点竖距式中—竖曲线上任一点至竖曲线起点的距离，即，横距切线高程式中—变坡点高程—纵坡坡度对于凸形竖曲线，设计高程H＝－h；对于凹形竖曲线，设计高程H＝＋h。2)竖曲线几何元素计算1、变坡点桩号为K0+900.000，高程为118.00m，两相邻路段的纵坡为43 =-0.556%，=0.857%，竖曲线半径R=19000m①计算竖曲线要素=0.00857－（-0.00556）=0.01413，为凹形。曲线长：切线长：外距：②求竖曲线起点和终点桩号竖曲线起点桩号：K0+900.000－T＝K0+765.794竖曲线终点桩号：K0+900.000＋T＝K1+034.206③竖曲线上各桩号设计高程计算对K0+900.000有：横距x=K0+900.000-K0+765.794=134.206m竖距=0.4739m切线高程=118.00–(134.206–134.206)(–0.556%)=118m设计高程H＝+h=118+0.4739=118.4739m2、变坡点桩号为K1+600.000，高程为124.00m，两相邻路段的纵坡为=0.857%，=-0.588%，竖曲线半径R=10000m①计算竖曲线要素=-0.00588-0.00857=-0.01445，为凸形。曲线长：切线长：外距：②求竖曲线起点和终点桩号43 竖曲线起点桩号：K1+600.000－T＝K1+527.730竖曲线终点桩号：K1+600.000＋T＝K1+672.250③竖曲线上各桩号设计高程计算对K1+600.000有：横距x=K1+600.000－K1+672.250=72.250m竖距=0.261m切线高程=124–(72.25–72.25)0.857%=124.00m设计高程H＝-h=124–0.261=123.739m其它变坡点同上，详细数据见竖曲线表。43 第4章道路横断面设计和路基结构设计4.1道路横断面设计4.1.1道路横断面组成一级公路的横断面组成主要包括：行车道、中间带、路肩、边坡、排水设施等。4.1.2路基宽度的确定根据道路等级、设计时速、车道数查《标准》得，一级公路设计时速为80Km/h的四车道的路基宽度取24.50m。其中：行车道宽2×7.5m，内侧路缘带宽2×0.5m，中央分隔带宽2.0m，硬路肩宽2×2.5m，土路肩宽2×0.75m。路拱及路肩设计查《标准》得沥青混凝土及水泥混凝土路拱坡度，1~2%，取路拱坡度为2%,土路肩横坡度为3%。(2)边坡设计路基边坡设计一般分路堤边坡和路堑边坡，当填挖高度较高或填方用不同土质分层填筑时可采用折线边坡。查《规范》得知，当路基填土高度小于6m时，路基边坡按1：1.5设计。4.1.3超高设计与计算(1)超高设计本设计采用的最大超高为3%，旋转方式为绕中央分隔带边缘旋转，线性渐变。(2)超高计算(处平曲线)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得超高横坡度值=3%43 ，超高渐变率p=，所以超高缓和段长度：=65.625m因为缓和曲线=100m＞=65.625m，所以取=100m表4-1超高计算公式超高位置计算公式注：X距离处行车道横坡值备注外侧C1、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、加宽值bx按加宽计算公式计算4.当x=Lc时，为圆曲线上的超高值D0内侧D0C表中C—外侧路缘带边缘D—中央分隔带边缘—左侧路缘带宽度(m)B—半幅行车道宽度(m)—右侧路缘带宽度(m)—x距离处的路基加宽值(m)—路拱横坡度—超高横坡度—行车道横坡度表4-2超高计算结果43 桩号路基左侧路基宽(m)路面宽(m)加宽值(m)超高横坡(%)土路肩横坡(%)K0+70012.2508.0000.000-1.542-3.000K0+72512.2508.0000.0000.021-3.000K0+75012.2508.0000.0001.583-3.000K0+77512.2508.0000.0003.000-3.000K0+80012.2508.0000.0003.000-3.000K0+82512.2508.0000.0003.000-3.000K0+85012.2508.0000.0003.000-3.000K0+87512.2508.0000.0003.000-3.000K0+90012.2508.0000.0003.000-3.000K0+92512.2508.0000.0003.000-3.000K0+95012.2508.0000.0003.000-3.000K0+97512.2508.0000.0003.000-3.000K1+00012.2508.0000.0003.000-3.000K1+02512.2508.0000.0002.395-3.000K1+05012.2508.0000.0000.833-3.000K1+07512.2508.0000.000-0.730-3.000K1+10012.2508.0000.000-2.000-3.0004.1.4路基横断面设计(1)路基设计计算路基设计计算包括每个横断面方向上的宽度及设计标高的计算，并将计算结果填入路基设计表。(2)路基标准横断面图43 图4-1一级公路标准横断面示意图（单位：cm）(3)绘制路基横断面图1)绘制横断面地面线.。2)根据路基设计表中有关数据，绘制路幅的位置和宽度。3)参照路基标准横断面图绘制路基边坡线与地面线相交。4)绘制路基边沟等在横断面上的位置和形式。4.1.5土石方数量计算及调配(1)土石方数量计算横断面面积计算：横断面上各转折点坐标(),则断面面积为：土石方数量计算：式中V—体积，即土石方数量—分别为相邻两断面的面积L—相邻断面之间的距离土石方数量表见附表。43 (2)土石方调配原则在半填半挖断面中，首先应考虑在本路段内移挖作填进行横向平衡，然后再做纵向调配，以减少总的运输量；土方调配“移挖作填”，不但要考虑经济运输问题，还要综合考虑弃方或借方占地，对环境的影响等。4.2路基结构设计4.2.1路基设计的主要内容由横断面设计部分可知，路基宽24.50m，其中：行车道宽2×7.5m，内侧路缘带宽2×0.5m，中央分隔带宽2.0m，硬路肩宽2×2.5m，土路肩宽2×0.75m。路面横坡为2%，硬路肩横坡2%,土路肩横坡为3%。4.2.2路基坡度确定根据《公路路基设计规范》规定，路堤及路堑坡度设计控制指标如下表表4-3路堤边坡坡度控制指标表填料种类边坡高度边坡坡度全部高度上部高度下部高度全部高度上部高度下部高度粘质土、粉质土、砂类土20812——1：1.51：1.75表4-4土质挖方边坡坡度控制指标表密实程度边坡高度（m）＜2020～30胶结1：0.3～1:0.51:0.5～1:0.75本段公路，拟定坡度如下：43 对于路堤，取坡度为1：1.5。对于路堑，取坡度取为1：0.5。由于该段公路非高填土，所以不需要进行边坡稳定性验算。4.3道路排水设计涵洞设计(1)涵洞布设原则1)应根据地形、地质、水文等条件，结合路线排水系统，适应农田排灌，经济合理地布设涵洞。2)在跨越排水沟槽出、通过农田排灌去到处、平原区路线通过较长的低洼或泥沼地带、傍山或沿溪路线暴雨时径流易集中地带以及边沟排水需要时，均要设置涵洞。3)涵洞位置和方向的布设，宜于水流方向一致，避免因涵洞布设不当，引起上游水位雍高，淹没农田、村庄和路基，引起下游流速过大，加剧冲蚀沟岸及路基。4)涵洞的设置应综合考虑施工、养护、维修的要求，降低建设和养护费用。5)沿线涵洞布设密度应根据地形、地貌、水文及农田排灌等自然条件确定，但考虑路基施工压实方便，其涵洞间距不宜小于50m。(2)本设计涵洞的布设本设计所设涵洞均采用钢筋混凝土结构，涵洞位置及尺寸见下表表4-5涵洞设计表序号类型尺寸中心桩号1钢筋混凝土圆管涵1—Ф1.5mK0+6552钢筋混凝土盖板通道6×4mK1+3003钢筋混凝土盖板通道6×3.5mK1+72543 4钢筋混凝土盖板涵4×3.7mK1+8005钢筋混凝土盖板通道6×4mK2+0106钢筋混凝土盖板涵2×2mK2+1807钢筋混凝土盖板通道4×3mK2+4208钢筋混凝土圆管涵1—Ф1.5mK2+5009钢筋混凝土盖板通道6×3.5mK3+02010钢筋混凝土盖板通涵4×2.4mK3+19043 第5章路面结构设计5.1.路面结构类型选定考虑到沥青路面的设计年限为15年，路面平整度好，噪音低，可进行大面积机械化施工，施工质量易得到保证，环境污染小等优点，偃师顾县至黄蟒崖段一级公路选用沥青混凝土路面比较合适。5.2路面组合及构造设计5.2.1沥青路面结构组合设计的任务及基本原则沥青路面结构组合设计的任务是根据道路等级，使用要求和设计年限内标准轴载的累计当量轴次，考虑自然因素影响、施工条件及材料供应等情况，安排和布置合理的路面结构层次，确定经济使用的组合材料和路基路面结构体系。沥青路面结构组合设计的基本原则：适应行车荷载作用要求，合理安排结构层次；在各种自然因素作用下具有良好的稳定性。5.2.2轴载换算及累计当量轴次表5-1交通量组成及汽车轴载型号前轴载(KN)后轴载(KN)后轴数轮组数轴距(cm)交通量(辆/日)北京BJ13013.5527.21双<3m1470东风EQ14023.769.21双<3m251743 三湘ck664020.537.51双<3m3037黄海DD6804991.51双<3m510解放sp920031.3783双<3m510设计年限：15交通量增长率：6%（1）当以设计弯沉值为指标及验算沥青底层层拉应力时：标准轴载当量轴次：式中：—被换算轴载和作用次数；—轴载次数，当轴间距大于3m时，应按单独的一个轴载计算，此时轴数系数为；当轴间距小于3m时；按双轴或多轴计算，轴数系数按下式计算：，式中—轴数；—轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1.0，四轮组为0.38计算结果列表所示表5-2轴载换算结果汇总表（以弯沉为标准时）车型（次/日）（次/日）北京BJ130前轴13.551114700.246后轴27.21114705.101东风EQ140前轴23.71125174.798后轴69.2112517507.393三湘ck6640前轴20.51130373.08后轴37.511303742.607黄海DD680前轴491151022.905后轴91.511510346.53943 解放sp9200前轴31.33.4151011.083后轴783.41510588.384合计：1532.13（2）当进行半刚性基层层底拉应力验算时：标准轴载当量轴次：式中—轴数系数，当轴间距小于3m，双轴或多轴的轴数系数按式(4-4)计算为：—轮组系数，单轮组为18.5，双轮组为1.0，四轮组为0.09。表5-3轴载换算结果汇总表车型（次/日）（次/日）东风EQ140后轴69.211147077.298三湘ck6640后轴37.51125170.984黄海DD680前轴49115101.695后轴91.511510250.576解放sp9200后轴7851510349.379合计：679.93243 （3）设计年限累计当量标准轴载数设计年限内一个车道通过的累计当量标准轴次数按下式计算：式中：——设计年限内一个车道通过的累计标准当量轴次（次）——设计年限（年），——路面营运第一年双向日平均当量轴次（次/日）——设计年限内交通量平均增长率（%），——与车道数有关的车辆横向分布系数，1）当以设计弯沉为指标及验算沥青层层底拉应力时：2）当以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标时：5.2.3初拟路面结构结构一:半刚性基层沥青路面4cm细粒式沥青混凝土+6cm中粒式沥青混凝土+7cm粗粒式沥青混凝土+22cm水泥稳定碎石基层+？二灰土底基层，以二灰土为设计层。结构二:混合式基层沥青路面4cm细粒式沥青混凝土+5cm中粒式沥青混凝土+12cm密集配沥青碎石+？二灰稳定砂砾+20cm天然砂砾垫层，以二灰稳定砂砾为设计层。5.2.4路面材料配合比设计与设计参数的确定按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）中规定的方法测定沥青混合料的抗压回弹模量，测定20℃、15℃的抗压回弹模量。表5-4沥青材料抗压回弹模量测定与参数取值43 材料名称20℃抗压回弹模量（MPa）15℃抗压回弹模量（MPa）Ep方差Ep-2σEp方差Ep-2σσEp代σEp代细粒式沥青混凝土1991201158926803441992中粒式沥青混凝土1425105121521751871801粗粒式沥青混凝土978558681320601200密集配沥青碎石1248116101617151561403表5-5半刚性材料及其他材料抗压回弹模量测定与参考取值材料名称抗压回弹模量（MPa）Ep方差Ep-2σσEp水泥稳定碎石31887821624二灰土2091688715二灰稳定砂砾36176342349级配碎石250级配砂砾200表5-6路面材料劈裂强度取值材料名称细粒式沥青混凝土中粒式沥青混凝土粗粒式沥青混凝土密集配沥青碎石水泥稳定碎石二灰土二灰稳定砂砾劈裂强度（MPa）1.21.00.80.60.60.30.65.2.5路面厚度设计(1)路面各层材料的设计参数以设计弯沉值计算路面厚度时，各层材料均采用20℃抗压回弹模量。43 验算层底拉应力时，沥青混合料采用15℃抗压回弹模量、15℃劈裂强度。结构组合设计及材料参数见下表表5-7方案一结构组合设计及材料参数汇总表层位材料名称h(cm)20℃模量（MPa）15℃模量（MPa）15℃劈裂强度（MPa）面层细粒式沥青混凝土4158919921.2中粒式沥青混凝土6121518011粗粒式沥青混凝土786812000.8基层水泥稳定碎石2216240.6底基层二灰土？7150.3土基—40表5-8方案二结构组合设计及材料参数汇总表层位材料名称h(cm)20℃模量（MPa）15℃模量（MPa）15℃劈裂强度（MPa）面层细粒式沥青混凝土4158919921.2中粒式沥青混凝土5121518011密集配沥青碎石14101614030.6基层二灰稳定砂砾？23490.6垫层天然砂砾2020043 土基—40(2)设计指标的确定方案一：1)设计弯沉值我国《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）规定路面设计弯沉值由下式计算确定。式中：——设计弯沉值（0.01mm）；——设计年限内一个车道累计当量轴次；——公路等级系数，高速公路、一级公路为1.0，二级公路为1.1，三、四级公路为1.2；——面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0；热拌和冷拌沥青碎石、上拌下贯或贯入式路面、沥青表面处治为1.1；中、低级路面为1.2。——路面结构类型系数，半刚性基层沥青路面为，对于混合式基层采用线性内插确定基层类型系数：式中：——为半刚性基层或底基层上柔性结构层总厚度（cm）；因此，方案一的设计弯沉值为2)沥青混凝土面层、半刚性材料基层、底基层以弯拉应力为设计指标时，材料的容许拉应力应按下列公式计算：式中：——路面结构层材料的容许拉应力(MPa);——沥青混凝土或半刚性材料的极限抗拉强度(MPa)；——抗拉强度结构系数。对沥青混凝土面层的抗拉强度结构系数，对无机结合料稳定集料类：对无机结合料稳定细粒土类：计算结果如下：细粒式密集配沥青混凝土：43 中粒式密集配沥青混凝土：粗粒式密集配沥青混凝土：水泥稳定碎石：二灰土：方案二、1)设计弯沉值2)材料的容许拉应力细粒式密集配沥青混凝土：中粒式密集配沥青混凝土：43 密集配沥青碎石：二灰稳定砂砾：(3)计算设计层厚度及验算结构层层底拉应力方案一1)将六层路面结构换算为三层体系。由于路面厚度计算式以弯沉值作为控制指标，故按弯沉等效原理进行换算。2)弯沉综合修正系数式中：——路面计算弯沉值（0.01mm）；p——标准车型的轮胎接地压强(MPa)；——当量圆半径（cm）——理论弯沉系数；——土基回弹模量值(MPa)；,,——各层材料回弹模量(MPa)；,,——各结构层厚度（cm）。计算所得修正系数为3)理论弯沉系数43 4)计算结构层总厚度由。查三层体系表面弯沉系数诺谟图，得：又有查三层体系表面弯沉系数诺谟图，得：则查三层体系表面弯沉系数诺谟图，得：则5)二灰土层厚度取=24cm6)层底拉应力验算将六层路面结构换算为三层体系，按弯拉应力等效原理进行换算细粒式沥青混凝土：由查三层体系表面弯沉系数诺谟图，为负值，结构层受压。同理，中粒式沥青混凝土层、粗粒式沥青混凝土层均受压。水泥稳定碎石：43 由查三层体系上层底面拉应力系数诺谟图，。故：石灰土：故查三层体系上层底面拉应力系数诺谟图，得：故：上述计算结果满足设计要求。方案二、1)弯沉综合修正系数2)理论弯沉系数43 3)计算结构层总厚度由。查三层体系表面弯沉系数诺谟图，得：又由查三层体系表面弯沉系数诺谟图，得：则查三层体系表面弯沉系数诺谟图，得：则4)二灰稳定砂砾层厚度取5)层底拉应力验算将六层路面结构换算为三层体系，按弯拉应力等效原理进行换算细粒式沥青混凝土：由查三层体系表面弯沉系数诺谟图，为负值，结构层受压。43 同理，中粒式沥青混凝土层、粗粒式沥青混凝土层均受压。二灰稳定砂砾：由查三层体系表面弯沉系数诺谟图，故：上述计算结果满足设计要求。(4)弯沉值验算方案一、1)计算弯沉值重新计算得查三层体系表面弯沉系数诺谟图得到：2)设计弯沉值满足方案二、43 1)计算弯沉值重新计算得查三层体系表面弯沉系数诺谟图得到：2)设计弯沉值满足上述设计结果满足设计要求。5.2.6设计方案选择设计结果如下：方案一：---------------------------------------细粒式沥青混凝土4cm---------------------------------------中粒式沥青混凝土6cm---------------------------------------粗粒式沥青混凝土7cm---------------------------------------水泥稳定碎石22cm---------------------------------------二灰土24cm43 ---------------------------------------土基---------------------------------------方案二：---------------------------------------细粒式沥青混凝土4cm---------------------------------------中粒式沥青混凝土5cm---------------------------------------密集配沥青碎石14cm---------------------------------------二灰稳定砂砾23cm---------------------------------------天然砂砾20cm---------------------------------------土基---------------------------------------方案一总厚度为63cm，方案二总厚度为66cm，就使用性能和安全性，耐久度而言，两种方案相差不大，故可从经济角度与施工方便方面考虑。因为筑路材料砂石料、石灰、粉煤灰等地材均来源于当地，料源分布广，储量丰富，且路面材料有利于环境保护，所以，综合以上分析比较，可选出最优方案为方案一。43 结　论本次毕业设计的目的在于培养我们综合应用所学知识的能力，是对各个教学阶段的继续、深化、拓宽和升华。也是对我们综合素质和工程实践能力检测的重要环节。更是对我大学这四年的时间内所学专业知识的一个系统而全面的检验，通过本次设计，让我更加了解路桥设计的重点，也对公路设计规范以及设计流程有了一定的掌握。本次设计共分为三个阶段，第一个阶段是路线设计，包括选线、平面线形设计、纵断面设计、横断面设计；第二个阶段是路基路面的设计，包括路面结构设计、桥涵设计；第三个阶段是设计说明书以及图纸的整理。从拿到课题到确定设计思路、设计方法、搜集资料，到初步设计、详细设计到初稿完成，我们都在董老师的指导下，认真细心的进行，并独立完成设计任务书中的各项任务。整个毕业设计过程，锻炼了我自主学习和解决问题的能力，课本上的专业知识能够综合运用于实际研究设计中，这四年所学融会贯通，增强了我对知识的灵活运用的能力。在此次设计中，大部分使用计算机完成，自学了鸿业、纬地等工程设计软件，进行路线设计和施工图绘制，并应用EXCEL、WORD等软件进行数据处理和文本编辑，这些都为我以后参加工作打下了良好的基础。虽然这次设计的内容相比实际工作中少而且简单，但是我从这个过程中学到的东西很多，也发现了自己在知识上的欠缺和不足，我相信，这次的经历会给我日后的工作带来很多帮助。43 谢辞毕业是终点，也是起点，历经五个月的时间，在这个离别气息凝重的季节，我的毕业论文总算定稿了，在指导老师的帮助和包容下终于基本完成了。我无法知道论文是在那一刻完成的。那些分分秒秒，那些日日夜夜；难以忘怀。有早晨的阳光，也有深冬的寒意；有拒绝喧嚣娱乐的执着，也有午夜独醒默默爬格敲击键盘的鉴定；突然间顿悟，长久的坚持，事情总是可以有很好的结果。论文，便是如此。遥想当初，对毕业论文何其恐慌和茫然，而如今再看自己的论文，虽然依然稚嫩，但其间的过程我永远难忘和珍惜，一路回顾，可喜的是：每一次都总比上一次更好，这就足够。特意选了这样一个宁静的夜晚来写这篇致谢词。感谢论文指导老师董老师，从选题、资料查找、初稿、二稿、修改、再改，董老师总是细致入微不厌其烦地给我指导和帮助，百忙之中的一次次面批，详细的红笔批注，每一次修改毕业设计都会比上一次更好。同时，也难以忘记，那段日子：每天白天去实习，晚上回来借同学电脑做毕业设计的日子。最美好的年华里，感谢大学四年有你们相伴。最后我要感谢的是学校和系里各位领导，给我们提供场地和资料让我们能够自在的交流彼此遇到的困难并及时解决，顺利的完成设计。在此即将毕业之际，感谢母校对我的培养和教育，我一定在以后的工作中努力进取，为社会为祖国尽自己的一份力。57 参考文献[1]杨少伟.道路勘测设计（第二版）[M].人民交通出版社，2004[2]方左英.路基工程[M].人民交通出版社，1987[3]方福森.路面工程（第二版）[M].人民交通出版社，1987[4]邓学均.路基路面工程[M].人民交通出版社，2008[5]孙家驷.公路小桥涵勘测设计[M].重庆大学出版社，1990[6]中华人民共和国交通部.道路工程制图标准GB50162-92[S].人民交通出版社，1993[7]金仲秋,夏连学.公路设计.北京:人民交通出版社,2002[8]徐吉谦.交通工程总论.北京:人民交通出版社,2004[9]高朝晖.公路线形与环境设计.北京:人民交通出版社,2003[10]周亦唐,张维全,李松青.道路勘测设计.重庆:重庆大学出版社,2003[11]邓学钧,黄晓明.路面设计原理与方法.北京:人民交通出版社,2002[12]孙元桃.结构设计原理.第二版.北京:人民交通出版社,2005[13]陈晏松.基础工程.北京:人民交通出版社,2002[14]孙家驷.公路小桥涵设计.北京:人民交通出版社,2004[15]黄晓明,朱湘.沥青路面设计.北京:人民交通出版社,2002[16]公路路线设计规范JTGD20—2006.北京:人民交通出版社,2006[17]中华人民共和国交通部.公路工程技术标准JTGB01-2003[S]．人民交通出版社，2003[18]中华人民共和国交通部.公路路线设计规范 JTG D20-2006[S]．人民交通出版社，2006[19]中华人民共和国交通部.公路路基设计规范 JTG D30-2004[S]．人民交通出版社，2004[20]中华人民共和国交通部.公路沥青路面设计规范JTGD50-2006[S]．人民交通出版社，2006[21]惠宽堂等.土木工程专业英语.北京:中国建材工业出版社,2003[22]Goddard,J.B.Geocompositeedge.drainsystemdesign.TRR1329,1991[23]PIARC.TechnicalcommitteeReportonsurfaceCharacteristics.20th57 WordRoadCongressMontreal,1995[24]JacobsMMJ,DebontAH,MolenaarAAA,etal.Crackinginasphaltconcretepavements[C][M].Proc7thIntConfonAsphaltPavements,1992[1]57 外文资料翻译GeometricDesignofHighwaysAAlignmentDesignThealignmentofaroadisshownontheplaneviewandisaseriesofstraightlinescalledtangentsconnectedbycircular.Inmodernpracticeitiscommontointerposetransitionorspiralcurvesbetweentangentsandcircularcurves.Alignmentmustbeconsistent.Suddenchangesfromflattosharpcurvesandlongtangentsfollowedbysharpcurvesmustbeavoided;otherwise,accidenthazardswillbecreated.Likewise,placingcircularcurvesofdifferentradiiendtoend(compoundcurves)orhavingashorttangentbetweentwocurvesispoorpracticeunlesssuitabletransitionsbetweenthemareprovided.Long,flatcurvesarepreferableatalltimes,astheyarepleasinginappearanceanddecreasepossibilityoffutureobsolescence.However,alignmentwithouttangentsisundesirableontwo-laneroadsbecausesomedrivershesitatetopassoncurves.Long,flatcurvesshouldbeusedforsmallchangesindirection,asshortcurvesappearas“kink”.Alsohorizontalandverticalalignmentmustbeconsideredtogether,notseparately.Forexample,asharphorizontalcurvebeginningnearacrestcancreateaseriousaccidenthazard.Avehicletravelinginacurvedpathissubjecttocentrifugalforce.Thisisbalancedbyanequalandoppositeforcedevelopedthroughcannotexceedcertainmaximums,andthesecontrolsplacelimitsonthesharpnessofcurvesthatcanbeusedwithadesignspeed.Usuallythesharpnessofagivencircularcurveisindicatedbyitsradius.However,foralignmentdesign,sharpnessiscommonlyexpressedintermsofdegreeofcurve,whichisthecentralanglesubtendedbya100-ftlengthofcurve.Degreeofcurveisinverselyproportionaltotheradius.Tangentsectionsofhighwayscarrynormalcrossslope;curvedsections57 aresuperelevated.Provisionmustbemadeforgradualchangefromonetotheother.Thisusuallyinvolvesmaintainingthecenterlineofeachindividualroadwayatprofilegradewhileraisingtheouteredgeandloweringtheinneredgetoproducethedesiredsuperelevationisattainedsomedistancebeyondthepointofcurve.Ifavehicletravelsathighspeedonacarefullyrestrictedpathmadeupoftangentsconnectedbysharpcircularcurve,ridingisextremelyuncomfortable.Asthecarapproachesacurve,superelevationbeginsandthevehicleistiltedinward,butthepassengermustremainverticalsincethereisoncentrifugalforcerequiringcompensation.Whenthevehiclereachesthecurve,fullcentrifugalforcedevelopsatonce,andpullstherideroutwardfromhisverticalposition.Toachieveapositionofequilibriumhemustforcehisbodyfarinward.Astheremainingsuperelevationtakeseffect,furtheradjustmentinpositionisrequired.Thisprocessisrepeatedinreverseorderasthevehicleleavesthecurve.Wheneasementcurvesareintroduced,thechangeinradiusfrominfinityonthetangenttothatofthecircularcurveiseffectedgraduallysothatcentrifugalforcealsodevelopsgradually.Bycarefulapplicationofsuperelevationalongthespiral,asmoothandgradualapplicationofcentrifugalforcecanbehadandtheroughnessavoided.Easementcurveshavebeenusedbytherailroadsformanyyears,buttheiradoptionbyhighwayagencieshascomeonlyrecently.Thisisunderstandable.Railroadtrainsmustfollowtheprecisealignmentofthetracks,andthediscomfortdescribedherecanbeavoidedonlybyadoptingeasementcurves.Ontheotherhand,themotor-vehicleoperatorisfreetoalterhislateralpositionontheroadandcanprovidehisowneasementcurvesbysteeringintocircularcurvesgradually.However,thisweavingwithinatrafficlane(butsometimesintootherlanes)isdangerous.Properlydesignedeasementcurvesmakeweavingunnecessary.Itislargelyforsafetyreasons,then,thateasementcurveshavebeenwidelyadoptedbyhighwayagencies.Forthesameradiuscircularcurve,theadditionofeasementcurvesat57 theendschangesthelocationofthecurvewithrelationtoitstangents;hencethedecisionregardingtheiruseshouldbemadebeforethefinallocationsurvey.TheypointofbeginningofanordinarycircularcurveisusuallylabeledthePC(pointofcurve)orBC(beginningofcurve).ItsendismarkedthePT(pointoftangent)orEC(endofcurve).Forcurvesthatincludeeasements,thecommonnotationis,asstationingincreases:TS(tangenttospiral),SC(spiraltocircularcurve),CS(circularcurvetospiral),andST(spiralgotangent).Ontwo-lanepavementsprovisionofawilderroadwayisadvisableonsharpcurves.Thiswillallowforsuchfactorsas(1)thetendencyfordriverstoshyawayfromthepavementedge,(2)increasedeffectivetransversevehiclewidthbecausethefrontandrearwheelsdonottrack,and(3)addedwidthbecauseoftheslantedpositionofthefrontofthevehicletotheroadwaycenterline.For24-ftroadways,theaddedwidthissosmallthatitcanbeneglected.Onlyfor30mphdesignspeedsandcurvessharperthan22°doestheaddedwidthreach2ft.Fornarrowerpavements,however,wideningassumesimportanceevenonfairlyflatcurves.RecommendedamountsofandproceduresforcurvewideningaregiveninGeometricDesignforHighways.BGradesTheverticalalignmentoftheroadwayanditseffectonthesafeandeconomicaloperationofthemotorvehicleconstituteoneofthemostimportantfeaturesofroaddesign.Theverticalalignment,whichconsistsofaseriesofstraightlinesconnectedbyverticalparabolicorcircularcurves,isknownasthe“gradeline.”Whenthegradelineisincreasingfromthehorizontalitisknownasa“plusgrade,”andwhenitisdecreasingfromthehorizontalitisknownasa“minusgrade.”Inanalyzinggradeandgradecontrols,thedesignerusuallystudiestheeffectofchangeingradeonthecenterlineprofile.Intheestablishmentofagrade,anidealsituationisoneinwhichthecutisbalancedagainstthefillwithoutagreatdealofborroworanexcessofcutto57 bewasted.Allhaulsshouldbedownhillifpossibleandnottoolong.Thegradeshouldfollowthegeneralterrainandriseandfallinthedirectionoftheexistingdrainage.Inmountainouscountrythegrademaybesettobalanceexcavationagainstembankmentasacluetowardleastoverallcost.Inflatorprairiecountryitwillbeapproximatelyparalleltothegroundsurfacebutsufficientlyaboveittoallowsurfacedrainageand,wherenecessary,topermitthewindtocleardriftingsnow.Wheretheroadapproachesorfollowsalongstreams,theheightofthegradelinemaybedictatedbytheexpectedleveloffloodwater.Underallconditions,smooth,flowinggradelinesarepreferabletochoppyonesofmanyshortstraightsectionsconnectedwithshortverticalcurves.Changesofgradefromplustominusshouldbeplacedincuts,andchangesfromaminusgradetoaplusgradeshouldbeplacedinfills.Thiswillgenerallygiveagooddesign,andmanytimesitwillavoidtheappearanceofbuildinghillsandproducingdepressionscontrarytothegeneralexistingcontoursoftheland.Otherconsiderationsfordeterminingthegradelinemaybeofmoreimportancethanthebalancingofcutsandfills.Urbanprojectsusuallyrequireamoredetailedstudyofthecontrolsandfineradjustmentofelevationsthandoruralprojects.Itisoftenbesttoadjustthegradetomeetexistingconditionsbecauseoftheadditionalexpenseofdoingotherwise.Intheanalysisofgradeandgradecontrol,oneofthemostimportantconsiderationsistheeffectofgradesontheoperatingcostsofthemotorvehicle.Anincreaseingasolineconsumptionandareductioninspeedareapparentwhengradesareincreaseingasolineconsumptionandareductioninspeedisapparentwhengradesareincreased.Aneconomicalapproachwouldbetobalancetheaddedannualcostofgradereductionagainsttheaddedannualcostofvehicleoperationwithoutgradereduction.Anaccuratesolutiontotheproblemdependsontheknowledgeoftrafficvolumeandtype,whichcanbeobtainedonlybymeansofatrafficsurvey.Whilemaximumgradesvaryagreatdealinvariousstates,AASHTO57 recommendationsmakemaximumgradesdependentondesignspeedandtopography.Presentpracticelimitsgradesto5percentofadesignspeedof70mph.Foradesignspeedof30mph,maximumgradestypicallyrangefrom7to12percent,dependingontopography.Whereverlongsustainedgradesareused,thedesignershouldnotsubstantiallyexceedthecriticallengthofgradewithouttheprovisionofclimbinglanesforslow-movingvehicles.Criticalgradelengthsvaryfrom1700ftfora3percentgradeto500ftforan8percentgrade.Longsustainedgradesshouldbelessthanthemaximumgradeonanyparticularsectionofahighway.Itisoftenpreferredtobreakthelongsustaineduniformgradebyplacingsteepergradesatthebottomandlighteningthegradenearthetopoftheascent.Dipsintheprofilegradeinwhichvehiclesmaybehiddenfromviewshouldalsobeavoided.Maximumgradeforhighwayis9percent.Standardssettingminimumgradesareofimportanceonlywhensurfacedrainageisaproblemaswhenwatermustbecarriedawayinagutterorroadsideditch.InsuchinstancestheAASHTOsuggestsaminimumof0.35%.CSightDistanceForsafevehicleoperation,highwaymustbedesignedtogivedriversasufficientdistanceorclearversionaheadsothattheycanavoidunexpectedobstaclesandcanpassslowervehicleswithoutdanger.Sightdistanceisthelengthofhighwayvisibleaheadtothedriverofavehicle.Theconceptofsafesightdistancehastwofacets:“stopping”(or“nopassing”)and“passing”.Attimeslargeobjectsmaydropintoaroadwayandwilldoseriousdamagetoamotorvehiclethatstrikesthem.Againacarortruckmaybeforcedtostopinthetrafficlaneinthepathoffollowingvehicles.Inditherinstance,properdesignrequiresthatsuchhazardsbecomevisibleatdistancesgreatenoughthatdriverscanstopbeforehittingthem.Furthermore,itisunsafetoassumethat57 oneoncomingvehiclemayavoidtroublebyleavingthelaneinwhichitistraveling,forthismightresultinlossofcontrolorcollisionwithanothervehicle.Stoppingsightdistanceismadeupoftwoelements.Thefirstisthedistancetraveledaftertheobstructioncomesintoviewbutbeforethedriverapplieshisbrakes.Duringthisperiodofperceptionandreaction,thevehicletravelsatitsinitialvelocity.Theseconddistanceisconsumedwhilethedriverbrakesthevehicletoastop.Thefirstofthesetwodistancesisdependentonthespeedofthevehicleandtheperceptiontimeandbrake-reactiontimeoftheoperator.Theseconddistancedependsonthespeedofthevehicle;theconditionofbrakes,times,androadwaysurface;andthealignmentandgradeofthehighway.Ontwo-lanehighways,opportunitytopassslow-movingvehiclesmustbeprovidedatintervals.Otherwisecapacitydecreasesandaccidentsincreaseasimpatientdriversriskhead-oncollisionsbypassingwhenitisunsafetodoso.Theminimumdistanceaheadthatmustbecleartopermitsafepassingiscalledthepassingsightdistance.Indecidingwhetherornottopassanothervehicle,thedrivermustweighthecleardistanceavailabletohimagainstthedistancerequiredtocarryoutthesequenceofeventsthatmakeupthepassingmaneuver.Amongthefactorsthatwillinfluencehisdecisionarethedegreeofcautionthatheexercisesandtheacceleratingabilityofhisvehicle.Becausehumansdiffermarkedly,passingpractices,whichdependlargelyonhumanjudgmentandbehaviorratherthanonthelawsofmechanics,varyconsiderablyamongdrivers.Toestablishdesignvaluesforpassingsightdistances,engineersobservedthepassingpracticesofmanydrivers.Basicobservationsonwhichpassingsightdistancestandardsarebasedweremadeduringtheperiod1938-1941.Assumedoperatingconditionsareasfollows:Theovertakenvehicletravelsatauniformspeed.Thepassingvehiclehasreducedspeedandtrailstheovertakenoneasitentersthepassingsection.57 Whenthepassingsectionisreached,thedriverrequiresashortperiodoftimetoperceivetheclearpassingsectionandtoreacttostarthismaneuver.Passingisaccomplishedunderwhatmaybetermedadelayedstartandahurriedreturninthefaceofopposingtraffic.Thepassingvehicleacceleratesduringthemaneuveranditsaveragespeedduringoccupancyoftheleftlaneis10mphhigherthanthatoftheovertakenvehicle.Whenthepassingvehiclereturnstoitslanethereisasuitableclearancelengthbetweenitandanoncomingvehicleintheotherlane.Thefivedistances,insum,makeuppassingsightdistance.公路几何设计A路线设计57 道路的线形反映在平面图上是由一系列的直线和与直线相连的圆曲线构成的。现代设计时常在直线与圆曲线之间插入缓和曲线。线形应是连续的，应避免平缓线形到小半径曲线的突变或者长直线末端与小半径曲线相连接的突然变化，否则会发生交通事故。同样，不同半径的圆弧首尾相接（曲线）或在两半径不同的圆弧之间插入短直线都是不良的线形。除非在圆弧之间插入缓和曲线。长而平缓的曲线总是良好的线形，因为这种曲线线形优美，将来也不会废弃。然而，双向道路线形全由曲线构成也是不理想的，因为一些驾驶员通过曲线路段时总是犹豫。长而缓的曲线应用在拐角较小的地方。如果采用短曲线，则会出现“扭结”。另外，线路的平、纵断面设计应综合考虑，而不应只顾其一，不顾其二，例如，当平曲线的起点位于竖曲线的顶点附近时将会产生严重的交通事故。行驶在曲线路段上的车辆受到离心力和作用，就需要一个大小相同方向相反的由超高和侧向磨擦提供的力抵消它，从公路设计的角度看，超高或横向摩擦力都不能超过某一最大值，这些控制值对于某一规定设计车速可能采用曲线的曲率作了限制。通常情况下，某一圆曲线的曲率是由其半径来体现的。而对于线形设计而言，曲率常常通过曲度来描述，即100ft长的曲线所对应的中心角，曲度与曲线的半径成反比。公路的直线地段设置正常的路拱，而曲线地段则设置超高，在正常断面与超高断面之间必须设置过渡渐变路须。通常的做法是维持道路每一条中线设计标高不变，通过抬高外侧边缘，降低内侧边缘以形成超高，对于直线与圆曲线直接相连的线形，超高应从未到达曲线之前的直线上开始，在曲线顶点另一端一定距离以外达到全部超高。如果车辆以高速度行驶在一段受限制的路段，如直线与小半径的圆曲线相连，行车会极不舒服。汽车驶近曲线路段时，超高开始，车辆向内侧倾斜，但乘客须维持身体的垂直状态，因为此时未受到离心力的作用。当汽车到达曲线路段时，离心力突然产生，迫使乘客向外倾斜，为了维持平衡，乘客必须迫使自己的身体向内侧倾斜。由于剩余超高发挥作用，乘客须作进一步的姿势高干中。当汽车离开曲线时，上述过程刚好相反。插入缓和曲线后，半径从无穷大逐渐过渡到圆曲线上的某一固定值，离心力逐渐增大，沿缓和曲线心设置超高，离心力平稳逐渐增加，避免了行车颠簸。57 缓和曲线在铁路上已经使用多年，但在公路上最近才得以应用，这可以理解。火车必须遵循精确的运行轨道，采用缓和曲线后，上述那种不舒服的感觉才能消除。然而，汽车司机在公路上可以随意改变侧向位置，通过迂迴进入圆曲线来为自己提供缓和曲线。但是在一个车道上（有时在其他车道上）做这种迂迴行驶是非常危险的。设计合理的缓和曲线使得上述迂迴没有必要。多从安全为计，公路部门广泛采用了缓和曲线。对于半径相同的圆曲线来说，在未端加上缓和曲线就会改变曲线与直线的相关位置，因此应在最终定线勘测之前应决定是否采用缓和曲线。一般曲线的起点标为PC或BC，终点标为PT或EC。对含有缓和曲线的曲线，通常的标记配置增为：TC、SC、CS和ST。对于双向道路，急弯处应增加路面宽度，这主要基于以下因素：（1）驾驶员害怕驶出路面边缘；（2）由于车辆前轮和后轮的行驶轨迹不同，车辆有效横向宽度加大；（3）车辆前方相对于公路中线倾斜而增加的宽度。对于宽度为24ft的道路，增加的宽度很小，可以忽略。只有当设计车速为30mile/h，且曲度大于22℃时，加宽可达2ft。然而，对于较窄的路面，即使是在较平缓的曲线路段上，加宽也是很重要推荐加宽值及加宽设计见《公路线形设计》。B纵坡线公路的竖向线形及其对车辆运行的安全性和经济性的影响构成了公路设计中最重要的要素之一。竖向线形由直线和竖向抛物线或圆曲线组成，称为纵坡线。纵坡线从水平线逐渐上升时称为坡度变化的影响。在确定坡度时最理想的情况是挖方与填方平衡，没有大量的借方或弃方。所有运土都尽可能下坡运并且距离不长，坡度应随地形而变，并且与既有排水系统的升、降方向一致。在山区，坡度要使得挖填平衡以使总成本最低。在平原或草原地区，坡度与地表近似平行，介是高于地表足够的高度，以利于路面排水，苦有必要，可利用风力来清除表面积雪。如公路接近或沿河流走行，纵坡线的高度由预期洪水位来决定。无论在何种情况下，平缓连续的坡度线要比由短直线段连接短竖曲线构成的不断变向的坡度线好得多。由上坡向下坡变化的路段应设在挖方路段，而由下坡向上坡变化的路段应设在填方路段，这样的线形设计较好，往往可以避免形成与现状地貌相反的圭堆或是凹地。与挖填方平衡相比，在确定纵坡线时，其他考虑则重要得多。57 城市项目往往比农村项目要求对控制要素进行更详尽的研究，对高程进行更细致地调整。一般来说，设计与现有条件相符的坡度较好，这样可避免一些不必要的花费。在坡度的分析和控制中，坡度对机动车运行费用的影响是最重要的考虑因素之一。坡度增大油耗显然增大，车速就要减慢。一个较为经济的方案则可使坡度减小而增加的年度成本与坡度不减而增加的车辆运行年度成本之间相平衡。这个问题的准确方法取决于对交通流量和交通类型的了解，这只有通过交通调查方能获知。在不同的州，最大纵坡也相差悬殊，AASHTO建议由设计车速和地形来选择最大纵坡。现行设计以设计车速为70mile/h时最大纵坡为5%，设计车速30mile/h时，根据地形不同，最大纵坡一般为7％－12％。当采用较长的待续爬坡时，在没有为慢行车辆提供爬坡道时，坡长不能够超过临界坡长。临界坡长可从3％纵坡的1700ft变化至8%纵坡的500ft。持续长坡的坡度必须小于公路任何一个断面的最大坡度，通常将长的持续单一纵坡断开，设计成底部为一陡坡，而接近坡顶则让坡度减小。同时还要避免由于断面倾斜而造成的视野受阻。调整公路的最大纵坡为9%只有当路面排水成问题时，如水必须排至边沟或排水沟，最小坡度标准才显示其重要性。这种情况下，AASHTO建议最小坡度为0.35%。C视距为保证行车安全，公路设计必须使得驾驶员视线前方有足够的一段距离，使他们能够避让意外的障碍物，或者安全地超车。视距就是车辆驾驶员前方可见的公路长度。安全视距具有两方面含义：“停车视距”或“不超车视距”或“超车视距”。有时，大件物体也许会掉到路上，会对撞上去的车辆造成严重的危害。同样，轿车或卡车也可能会被一溜车辆阻在车道上。无论是哪种情况发生，合理设计要求驾驶员在一段距离以外就能看见这种险情，并在撞上去之前把车刹住。此外，认为车辆通过离开所行驶的车道就可以躲避危险的想法是不安全的，因为这会导致车辆失控或与另一辆车相撞。停车视距由峡谷部分组成：第一部分是当驾驶员发现障碍物面作出57 制动之前驶过的一段距离，在这一察觉与反应阶段，车辆以其初始速度行驶；第二部分是驾驶员刹车后车辆所驶过的一段距离。第一部分停车视距取决于车速及驾驶员的察觉时间和制动时间。第二部分停车视距取决于车速、刹车、轮胎、路面的条件以及公路的线形的坡度。在双车道公路上，每间隔一定距离，就应该提供超越慢行车辆的机会。否则，公路容量将降低，事故将增多，因为急燥的驾驶员在不能安全超车时冒着撞车危险强行超车，能被看清的允许安全超车的前方最小距离叫做超车视距。驾驶员在做出是否超车的决定时，必须将前方的能见距离与完成超车动作所需的距离对比考虑。影响他做出决定的因素是开车的小心程度和车辆加速性能。由于人与人的显著差别，主要是人的判断和动作而不是力学定理决定的超车行为随着驾驶员的不同而大不相同。为了确立超车视距值，工程人员观察了许多驾驶员的超车行为。在1938～1941年间，进行了建立超车视距标准的基本调查。假设操作条件如下：被超车辆匀速行驶超车在进入超车区时减速行驶在被超车后。当到过超车区时，驾驶员需一短时间来观察超车区，并开始超车。面对相向车辆，在一个延迟的启动和一个匆忙的拐弯的动作中，完成超车。在超车过程中，超车在超车道上加速，其平均速度比被超车快10mile/h。当超车返回到它原来的车道上时，在它与另一车道上的相向车辆之间必须有一定的安全距离。以上五项之和就是超车视距。57'