道桥公路毕业设计

'2011届毕业设计（论文）湖南某二级公路设计教学部：包装与土木工程教学部专业：土木工程学生姓名：龚建班级：道桥0701学号0712080224指导教师姓名：王广职称讲师最终评定成绩：2011年6月 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）湖南某二级公路设计教学部：包装与土木工程教学部专业：土木工程学号：0712080224学生姓名：龚建指导教师：王广讲师2011年6月 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）摘要为了巩固我们所学的知识，并在各方面得到更进一步的提高，我们选择了湖南某山岭重丘区二级公路设计作为毕业设计，这是在毕业之前对自身学习状况的最后一次检查。本设计分为初步设计和详细设计两个步骤。首先根据交通量确定道路等级，然后结合设计规范及技术要求确定最佳路线，并进行平面设计，即初步设计。再从确定路线中选取2～3公里对纵断面、横断面、挡土墙和排水进行详细设计。我所选择的设计路段是K2+000～K4+100段，全长2.1公里，设计车速为60km/h,路基宽度为10m。此次毕业设计主要包括的内容如下：(1)线形设计：根据地形图进行选线，选出最佳路线后进行平面、纵断面、横断面设计，要求线路顺畅、填挖平衡、经济合理。(2)路基设计：包括各个桩号的填挖计算、填挖较大地段的稳定分析、所选线路的土石方调运及借配。(3)路面设计：进行混凝土路面结构设计，要求经济合理，便于施工并满足设计规范要求。(4)挡土墙设计：对填挖方大的路段和沿线占农田大的路段进行挡土墙设计。(5)排水设计：采用了边沟、截水沟、跌水及路拱、路肩排水等排水设施。(6)桥隧涵设计：包括桥梁、隧道及涵洞位置与形式的选择。关键词：二级公路，路基，路面，排水，桥涵V 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）ABSTRACTInordertostrengthenourknowledgeinallaspects,andtofurtherimprove,wechosehunanahighlevel2highwaydesignasthemountainsthegraduationdesign,thisisbeforegraduationfortheirownlearningconditionofthelastexamination.Thisdesignisdividedintopreliminarydesignanddetaileddesigntwosteps.Firstofall,accordingtothetrafficsure,thencombineshighwaygradedesigncodeandtechnicalrequirementstodeterminetheoptimalroute,andgraphicdesign,namely,preliminarydesign.Thenselectfromsureroutefor2~3kilometerscross-sectionalandlongitudinalprofiles,retaininganddrainageforthedetaileddesign.IchosetodesignroadsareK2+000~K4+100section,thespan2.1kilometers,thedesignofthespeedfor60km/h,roadbedwidthto10m.Thegraduationdesignincludescontentasfollows:(1)Alignmentdesign:accordingtoselectthebestroute,aftertheplane,longitudinalandtransversesectiondesign,smoothlines,fillintherequireddigbalance,reasonableeconomy.(2)Subgradedesign:includingeachpilesizefill&excavationcalculation,fill&excavationlargersectionofstabilityanalysis,theselectedlinesborrowedearthworkallocationwithetc.(3)Pavementdesign:carryonconcretepavementstructuredesign,reasonable,facilitatingconstructionrequiresthateconomicandmeetthedesignrequirementsspecification.(4)Retainingwalldesign:Tofillthebigroadsandalongtheexcavationoflargesectionsoffarmlandforretainingwalldesign.(5)Drainagedesign:usetheditches,cutditch,plungeandroadarch,roadshoulderdraindrainagefacilities.(6)BridgetunnelculvertDesign:containthebridgesuiincludingbridge,tunnelandculvertspositionandformsofchoice.Keywords:Secondaryroads，subgrade，pavement，drainage，bridgeculvertV 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）目录第1章路线设计11.1公路技术等级的确定11.1.1公路分级11.1.2确定公路等级21.2选线设计31.2.1选线的一般原则41.2.2选线的步骤与方法5第2章平纵横设计62.1平面设计62.1.1平面设计的一般原则62.1.2平曲线要素的确定62.1.3平曲线要素的计算72.2纵断面设计122.2.1纵断面设计的一般原则122.2.2纵坡设计的一般要求132.2.3纵坡设计的步骤132.2.4竖曲线设计142.2.5竖曲线要素的计算142.3横断面设计172.3.1横断面设计一般原则172.3.2横断面的组成172.3.3行车道、路肩及路拱的设计182.3.4超高与加宽182.3.5横断面设计的方法202.3.6土石方计算与调配20第3章路基设计223.1路基类型与构造223.1.1路堑22V 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）3.1.2路堤223.1.3半填半挖路基223.2路基设计233.2.1路基设计的基本要求233.2.2路基横断面布置233.2.3路基宽度233.2.4路基高度233.2.5路基边坡243.2.6路基填料243.2.7路基压实243.2.8路基处理253.2.9路基防护253.2.10路基附属设施26第4章挡土墙设计274.1挡土墙设计274.2重力式挡土墙的设计与计算27第5章路基路面排水设计315.1路基路面排水设计的一般原则315.2路基排水设计315.3路面排水设计32第6章路面结构设计336.1路面设计的原则336.2路面类型的选择与确定336.3路面结构设计与计算33第7章桥隧涵设计407.1隧道方案设计407.2桥涵方案设计407.2.1桥涵设计的原则407.2.2桥涵方案设计407.2.3桥涵位置及尺寸41V 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）结论42参考文献43致谢44V主要符号表V 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）第1章路线设计1.1公路技术等级的确定1.1.1公路分级根据我国现行的《公路工程技术标准》（JTGB01-2003），公路按使用任务、功能和适应的交通量分为高速公路、一级公路、二级公路、三级公路、四级公路五个等级。(1)高速公路为专供汽车分向、分车道行驶并应全部控制出入的多车道公路。四车道高速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25000～55000辆。六车道高速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45000～80000辆。八车道高速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60000～100000辆。(2)一级公路为供汽车分向、分车道行驶并可根据需要控制出入的多车道公路。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。六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25000～55000辆。(3)二级公路为供汽车行驶的双车道公路。双车道二级公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量为5000～15000辆。(4)三级公路为主要供汽车行驶的双车道公路。双车道三级公路应能适应将各种车辆折合成小客车的年平均日交通量为2000～6000辆。(5)四级公路为主要供汽车行驶的双车道或单车道公路。双车道四级公路应能适应将各种车辆折合成小客车的年平均日交通量为2000辆以下。单车道四级公路应能适应将各种车辆折合成小客车的年平均日交通量为400辆以下。46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）1.1.2确定公路等级(1)已知资料交通量年平均增长率7%，路段近期交通量如下表：表1.1近期交通量序号车型数量车辆折算系数1三菱FR4152501.52五十铃NPR595G1401.53江淮HF140A1001.54江淮HF1502002.05东风KM3403501.56东风SP9135B1203.07五十铃EXR181L1103.0(2)我国《公路工程技术标准》规定，标准车型为小客车各汽车代表车型与标准车型换算系数如下表：表1.2各车型折算系数序号汽车代表车型车辆折算系数说明1小客车1.0≤19座的客车和载质量≤2t的货车2中型车1.5＞19座的客车和载质量＞2～7t的货车3大型车2.0载质量＞7t～≤14t的货车4托挂车3.0载质量＞14t的货车(资料来源：《公路工程技术标准》(JTGB01-2003)，表2.0.2)由交通资料得折算成小汽车的近期交通量：(3)交通量计算近期折合成小型车交通量按下式计算：（1.1）式中：—折算成小汽车的近期交通量；—小汽车的近期交通量；—中型汽车的近期交通量；—大型汽车的近期交通量；46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）—拖挂车的近期交通量。则远景设计年平均交通量按下式计算：（1.2）式中：—远景年设计年平均日交通量(辆/日)；—预测初年平均日交通量(辆/日)；—交通量年平均增长率(%)；—远景设计年限。则由《公路工程技术标准》的规定，当各种汽车折合成小汽车的年平均昼夜交通量为5000～15000辆时，应选二级公路，本设计为山岭重丘区二级公路，查《公路工程技术标准》可知，作为集散公路，混合交通量较大，平面交叉间距较小，设计行车速度宜采用60km/h。1.2选线设计根据设计要求，结合实际地形、地物及其沿线条件，并考虑平纵横三方面的因素，把它有机地安排在地面上，这个过程就是选线。选线是公路设计的重要环节，选线的质量直接关系到公路的造价及今后使用的适用性、安全性、可靠性和寿命。选线是一项具有很强技术性、经济性和政策性的综合工作。而道路选线的主要任务是确定道路的具体走向和总体布局，具体定出道路的交点位置和选定道路曲线的要素，通过纸上选线把路线的平面布置下来。本设计为山岭重丘区二级公路设计，山岭重丘区基本特征如下：自然特征：地面起伏、山丘连绵、沟谷与水岭较深，地面自然坡度20°以上，地形对部分路段平，纵线性有约束。丘陵地形山势平缓、山形迂回、山丘连绵、地形多变，地物随地形变化而变化，农业较发达，土地种植种类繁多，旱地经济林为主，居民点及建筑群时有出现。46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）路线特征：路线以平曲线和竖曲线为主体构成空间线性；局部方案多、布线灵活，可能的路线走向多；路线平、纵、横三方面关系密切，相互影响约束较大；线性指标一般高，但指标变化幅度大。下面把山岭重丘区二级公路在设计中需要的一些技术指标汇总成表，如下表所示：表1.3主要技术指标汇总序号指标名称规范值序号指标名称规范值1公路等级二级公路13设计高程路基边缘高程2汽车荷载等级公路—II级14超高绕内侧边缘旋转3设计车速60km/h15设计年限15年4路基宽度10m16设计洪水频率路基(1/50)5平曲线极限最小半径125m小桥(1/50)、涵洞(1/50)一般最小半径200m长隧道(1/50)6不设超高最小半径(路拱≤2%)1500m17最小纵坡0.3%(一般0.5%)7平曲线最小长度100m最大纵坡6%8缓和曲线最小长度50m18最小坡长150m9凸形竖曲线极限最小半径1400m最大坡长3%(1200m)、4%(1000m)一般最小半径2000m5%(800m)、6%(600m)10凹形竖曲线极限最小半径1000m19最小直线长度同向曲线(360m)一般最小半径2000m反向曲线(120m)11最小竖曲线长度50m最大直线长度1200m12会车视距150m20超车视距350m(资料来源：欧阳建湘：《道路课程设计》，人民交通出版社，2007.)1.2.1选线的一般原则选线要综合考虑多种因素，妥善处理好各种因素的关系，其一般原则：(1)路线的基本走向必须与道路的主客观条件相适应。(2)在路线设计的各个阶段，应运用各种先进手段对路线方案做深入、细致的研究，在多方案论证、比选的基础上，选定最优路线方案。(3)路线设计应在保证行车安全、舒适、快速的前提下，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。在工程量增加不大时，应尽量采用较高的技术指标，不要轻易采用极限指标，也不应片面追求高指标。(4)选线时要处理好道路与农业的关系。注意与农业基本建设的配合，做到少占田地，并应尽量不占高产田、经济作物田或穿过经济林圆等。46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）(5)选线时应重视水文、地质问题、不良地段等对道路的影响。(6)选线时要应重视环境保护，保持生态平衡，并与周围环境相协调。1.2.2选线的步骤与方法一条路线的起终点确定以后，在起终点间有多种方案选择，选线的任务就是在众多方案中选出一条符合要求、经济合理的最优方案。选线的范围由浅入深、由轮廓到局部、由总体到具体、由面到带进而到线的过程来实现的，一般要经过以下三个步骤：1.全面布局全面布局是解决路线基本走向的全局性工作。就是在起讫点及中间必须通过的据点寻找可能通行的“路线带”，并确定一些大的控制点，连接起来即形成路线的基本走向。在选线中，首先应着眼于总体布局工作，解决好基本走向问题。2.逐段安排在路线基本走向已经确定的基础上，插出一系列的控制点，这是在路线基本走向已经确定的基础上，进一步加密控制点，解决路线局部方案的工作。即是在大控制点间，结合地形、地质、水文、气候等条件，逐段定出小控制点。3.具体定线在逐段安排的小控制点间，根据技术标准的结合，自然条件，综合考虑平、纵、横三方面的因素，反复穿线插点，具体定出路线位置。随后拟定出曲线的半径，至此定线工作才算基本完成。公路选线按具体做法不有：实地选线、纸上选线、自动化选线等。(1)实地选线实地选线是根据设计要求，在实地现场进行勘察测量，经过反复比较，直接选定路线的方法。其特点简便、切合实际；容易掌握地形、地物等情况，作出的方案比较可靠；但此方法野外工作量很大，受气候季节影响大；同时，由于实地视野与地形、地物局限性的限制，使路线的整体布局有一定的片面性和局限性。实地选线适用于一般等级较低、方案比较明确的公路。(2)纸上选线在地形图上确定路线，然后再将路线再放到实地的选线方法。其特点是野外工作量较小，工作时不受自然因素干扰；能在室内纵观全局，结合地形、地物等条件，综合平纵横平衡因素，所选定的路线更为合理。本设计中采用纸上选线进行选线。(3)自动化选线46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）将航测或数字化地形图按选线的设计要求转化为数学模型，通过计算机按一定的要求进行自动选线、分析比较、优化，最后通过输出设备将设计成果表输出。自动化选线用计算机代替人工进行大量的计算、绘图、分析比较工作，这样，能使选线方案更为合理、省工省时，已成为今后公路选线的发展方向。第2章平纵横设计为了保证汽车行使的安全与舒适，应把道路平、纵、横三面结合作为主体线形来分析研究，平面与纵面线形的协调组合将能在视觉上自然地诱导司机的视线，并保持视觉的连续性，山岭重丘区地势陡峭，选线以纵断面以考虑为主，竖曲线半径选择要适当，而平曲线在选线时一般要考虑大桥桥位与河流正交，以减少构造物的工程量及设计施工难度，节约经费，减少造价。2.1平面设计道路为带状构造物，它的中线是一条空间曲线，中线在水平面上的投影称为路线的平面，路线平面的形状及特征为道路的平面线形，而道路的空间位置成为路线。路线受自然条件、环境及社会因素的影响和限制时，路线要改变方向和发生转折。2.1.1平面设计的一般原则(1)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。(2)除满足汽车行驶力学上的基本要求外，还应满足驾驶员和乘客在视觉和心理上的要求。(3)保持平面线形的均衡与连贯。为使一条公路上的车辆尽量以均匀的速度行驶，应注意使线形要素保持连续性而避免不出现技术指标的突变。(4)应避免连续急弯的线形。这种线形给驾驶者造成不便，给乘客的舒适也带来不良影响。设计时可在曲线间插入足够长的直线或缓和曲线。(5)各级公路不论转角大小均应敷设曲线，并尽量地选用较大的圆曲线半径。(6)平曲线应有足够的长度。如平曲线太短，汽车在曲线上行驶时间过短会使驾驶操纵来不及调整，一般都应控制平曲线的最小长度。(7)两同向曲线间应设有足够长度的直线，不得以短直线相连，否则应调整为一个单曲线或复曲线。两反相曲线间夹有线段时，以设置不小于最小直线长度的直线段为宜。否则应调整线形或运用回旋线组合成S型曲线。46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）2.1.2平曲线要素的确定平面线形主要由直线、圆曲线、缓和曲线三种线形组合而成的。基本形平曲线是按直线—缓和曲线—圆曲线—缓和曲线—直线的顺序组合而成的曲线。这种线形是经常采用的。设计中均应用这种形式。缓和曲线是道路平面要素之一，它是设置在直线和圆曲线之间或半径相差较大的两个转向相同的圆曲线之间的一种曲率连续变化的曲线。《公路工程技术标准》规定，除四级路可以不设缓和曲线外，其余各级都应设置缓和曲线。它的曲率连续变化，便于车辆遵循；旅客感觉舒适；行车更加稳定；增加线形美观等功能。设计是要注意和圆曲线相协调、配合，在线形组合和线形美观上产生良好的行车和视觉效果，宜将直线、缓和曲线、圆曲线之长度比设计成1：1：1。行车视距是否充分，直接关系着行车的安全与速度，它是公路使用质量的重要指标之一。行车视距可分为：停车视距、会车视距、超车视距。《公路工程技术标准》规定，二级公路设计视距应满足会车视距的要求，其长度应不小于停车视距的两倍。工程特殊困难或受其它条件限制的地段，可采用停车视距，但必须采取分道行驶措施。对于二级公路，停车视距取75m，超车视距一般值取350m，极限值取250m。2.1.3平曲线要素的计算根据本段路线所处路段，综合全路段的路线走向及线形要求，本路段共有15个交点，设计的平曲线线形大致如下图所示：图2.1路线设计图（全线）详细设计部分线形大致如下图所示：46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）图2.2路线设计图（详细设计部分）1.各点桩号的确定在地形图上初步确定出路线的轮廓，再根据地形的平坦与复杂程度，具体在纸上放坡定点，插出一系列控制点，然后从这些控制点中穿出通过多数点的直线段，延伸相邻直线的交点，既为路线的各个交点，并计算出各个转角，再根据《公路工程技术标准》的规定，初拟出曲线半径和缓和曲线长度，代入平曲线几何元素中试算，最终结合平、纵、横三者的协调制约关系，确定出使整个线形连贯顺直协调且符合技术指标的各个桩号及几何元素。2.偏角计算公式交点间距计算公式为:（2.1）导线方位角计算公式为:（2.2）交点偏角计算公式为:（2.3）部分交点坐标如下：JD3(474388.6335，2832666.3489)；JD4(475148.9169，2832681.8402)；JD5(475661.8926，2832174.1864)；JD6(476207.0514，2832142.7479)；JD7(477051.3737，2831712.4875)；3.路线长度、方位角计算(1)3-4段方位角：(2)4-5段方位角：(3)5-6段方位角：46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）(4)6-7段方位角:(5)转角计算（右）（左）（右）4.平曲线要素计算公式图2.3“基本型”平曲线（2.4）（2.5）（2.6）（2.7）（2.8）（2.9）（2.10）46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）式中:—缓和曲线切线增值()；—设缓和曲线后圆曲线的内移值()；—缓和曲线终点处的缓和曲线角()；—缓和曲线长度()；—偏角()；R—圆曲线半径()；T—切线长()；E—外距()；D—校正数()。(2)主点桩号计算公式如下：（2.11）（2.12）（2.13）（2.14）（2.15）（2.16）5.平曲线要素计算(1)JD4：K2+405.392设=275m、=110m，则曲线要素计算如下：（2.17）主点里程桩号计算：46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）JD4:K2+405.392ZH=JD-T=K2+405.392-172.06=K2+233.332HY=ZH+=K2+233.332+110=K2+343.332YH=HY+(L-2)=K2+343.332+(330.153-2×110)=K2+453.485HZ=YH+=K2+453.485+110=K2+563.485QZ=HZ-L/2=K2+563.485-330.153/2=K2+398.408校核:JD=QZ+D/2=K2+398.408+13.966/2=K2+405.392交点校核无误。(2)JD5：K3+113.129设=277m，=100m，则曲线要素计算如下：主点里程桩号计算：JD5:K3+113.129ZH=JD-T=K3+113.129-155.185=K2+957.944HY=ZH+=K2+957.944+100=K3+057.944YH=HY+(L-2)=K3+057.944+(300.154-2×100)=K3+158.098HZ=YH+=K3+158.098+100=K3+258.098QZ=HZ-L/2=K3+258.098-300.154/2=K3+108.021校核:JD=QZ+D/2=K3+108.021+10.216/2=K3+113.129交点校核无误。(3)JD6：K3+648.978设=436m，=90m，则曲线要素计算如下：46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）主点里程桩号计算：JD6:K3+648.978ZH=JD-T=K3+648.978-136.639=K3+512.339HY=ZH+=K3+512.339+90=K3+602.339YH=HY+(L-2)=K3+602.339+(270.368-2×90)=K3+692.707HZ=YH+=K3+692.707+90=K3+782.707QZ=HZ-L/2=K3+782.707-270.368/2=K3+647.523校核:JD=QZ+D/2=K3+647.523+2.910/2=K3+648.978交点校核无误。其余12个交点的计算结果见“直线、曲线及转角表”。2.2纵断面设计沿着道路中线竖直剖切然后展开既为路线纵断面，纵断面是道路设计的重要技术指标之一。把道路的平、纵、横图结合起来，就能够完整地表达出道路的空间位置和立体线形。纵坡的大小与坡度的长度反映了公路的起伏程度，直接影响公路服务水平和运营成本，也反应了公路是否经济、适用，因此，设计中必须对坡度、坡长及其相互组合进行合理安排。2.2.1纵断面设计的一般原则(1)保证路线纵断面指标满足设计规范且在满足立体交叉物的净空标准前提下，尽可能采用较高的技术指标，尽量降低填土高度，节省工程量，减少占用的耕地量。46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）(2)纵断面线形要求与地形相适应，设计成视觉连续平顺且光滑，避免在短距离内出现连续起伏。(3)对于行人与行车的通道，在地形、地势条件有利于解决排水的情况下，通道的布设在满足净空的要求和使用要求基础上，着重考虑尽量使沿线居民出行便利，生产和生活均不受其影响。(4)纵断面设计时考虑平纵线形组合设计，着重考虑了平纵指标的协调，平纵曲线的对应关系。尽量减少变坡点的数量，设置大半径竖曲线。合成坡度组合要得当，以利于路面排水和行车安全。(5)注意平、纵组合，竖曲线宜包含在平曲线内，即“平包竖”原则。2.2.2纵坡设计的一般要求(1)纵坡设计必须满足《公路工程技术标准》中的各项规定。(2)为保证汽车能以一定的车速安全舒顺地行驶，纵坡应具有—定的平顺性，起伏不宜过大及过于频繁。尽量避免采用极限纵坡值。合理安排缓和坡段，不宜连续采用极限长度的陡坡夹最短长度的短坡。连续上、下坡段，应避免反复设置反坡段。(3)纵坡设计应对沿线地形、地下管线、地质、水文、气候和排水等综合考虑，视具体情况加以处理，以保证道路的稳定与通畅。(4)纵坡除应满足最小纵坡要求外，还应满足最小填土高度要求，保证路基稳定。(5)应尽量做到填挖平衡，使挖方运作就近路段填方，以减少借方和废方，降低造价和节省用地。并充分考虑通道、农田、水利等方面的要求。2.2.3纵坡设计的步骤(1)准备工作：熟悉和掌握全线有关勘测设计资料，领会设计意图和要求。(2)确定控制点：控制点包括：路线起终点；越岭垭口高程；大中桥涵、隧道的控制标高；地质不良地段的最小填土高度和最大挖深；沿溪河线的控制标高，与铁路、公路交叉点；重要的电力（杆）管线的净高；重要城镇过道点等。(3)试坡：在已标出“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，以控制点为依据，穿插与取直，试定出若干坡度线。反复比较各种可能的方案，最后定出既符合技术标准，又满足控制点要求，且土石方量最省的坡度线，将其作为初定试坡线，并延长交出变坡点的初步位置。(4)调整：检查各指标是否满足规定，使平纵线形协调，同时考虑排水和路基设计的基本要求。46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）(5)核对：核对有控制意义的特殊横断面图，如高填深挖、重要桥涵及人工构造物等横断面图，检查是否出现填挖过大、坡脚落空或过远、挡土墙工程过大等情况，若有问题应及时调整。(6)定坡：经调整核对无误后，把坡度线的坡度值、变坡点桩号和标高确定下来，所得值详见纵断面图。坡度值要求精确到0.1%，变坡点一般要调整到整10m桩号上。(7)设置竖曲线：根据技术标准、平纵组合均衡等确定竖曲线半径，并计算竖曲线基本要素。(8)计算设计标高：根据已定的纵坡和变坡点的设计标高，则可计算出未设竖曲线以前各桩号的设计标高。2.2.4竖曲线设计竖曲线是纵断面上两个坡段的转折处，为了便于行车而设置的一段缓和曲线。设计时充分结合纵断面设计原则和要求，并依据规范的规定合理的选择了半径。我国规定各级公路及城市道路在变坡点处均应设置竖曲线。平、纵线型组合的设计原则(1)在视觉上能自然地诱导驾驶员的视线，并保持视线的连续性。(2)保持平、纵线形的技术指标大小均衡。(3)为保证路面排水和行车安全，必须选择合适的合成坡度。(4)注意与道路周围环境的配合，以减轻驾驶员的疲劳和紧张程度。表2.3纵断面主要技术指标序号指标名称规范值序号指标名称规范值1设计速度60km/h4最小纵坡0.3%(一般0.5%)2凸形竖曲线极限最小半径1400m5最大纵坡6%一般最小半径2000m6最小坡长150m3凹形竖曲线极限最小半径1000m7最大坡长3%(1200m)、4%(1000m)一般最小半径2000m85%(800m)、6%(600m)由于地形陡峭，设计并结合现状，本次纵断面设计设置了16个变坡点，最大纵坡为-4.8%(760米)，最小纵坡为0.4%，最大坡长950米(2.4%)，最小坡长180米。8个凸形竖曲线，8个凹形竖曲线，半径从3000米到15000米不等，均满足设计规范上的要求。纵断面图详见本设计的“纵断面图”。46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）2.2.5竖曲线要素的计算1.竖曲线要素计算公式：(2.18)　(2.19)(2.20)(2.21)(2.22)式中：ω—坡度差(%)；h—切线上任意一点与竖曲线的距离(m)；L—竖曲线长度(m)；T—竖曲线切线长度(m)；R—竖曲线半径(m)；E—外矩(m)。2.竖曲线计算竖曲线设计线形大致如下图：图2.5纵断面设计图根据纵断面图得知：；；；。46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）(1)变坡点4：K2+400拟定R=12000m，则竖曲线要素计算：设计高程计算：竖曲线起点桩号=(K2+400)-138=K2+262竖曲线起点高程=604.04+138×0.048=610.664m竖曲线终点桩号=(K2+400)+138=K2+538竖曲线终点高程=604.04-138×0.025=600.59m(2)变坡点5:K3+100拟定R=14000m，则竖曲线要素计算：设计高程计算：竖曲线起点桩号=(K3+100)-119=K2+981竖曲线起点高程=586.54+119×0.025=589.515m竖曲线终点桩号=(K3+100)+119=K3+219竖曲线终点高程=586.54-119×0.008=585.588m(3)变坡点6:K3+640拟定R=7000m，则竖曲线要素计算：46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）设计高程计算：竖曲线起点桩号=(K3+640)-112=K3+528竖曲线起点高程=582.22+112×0.008=583.116m竖曲线终点桩号=(K3+640)+112=K3+752竖曲线终点高程=582.22+112×0.024=584.908m2.3横断面设计道路的横断面是指中线各点的法向切面，它是由横断面设计线和地面线所构成的。其中横断面设计线包括行车道、路肩、边沟边坡、护坡道、分隔带、截水沟以及取土坑、弃土坑、环境保护设施。横断面中的地面线是表征地脉那起伏变化的那条线。路线设计中所涉及的横断面设计只限于与行车道直接有关的那一部分，即各组成部分的宽度、横向坡度等问题。2.3.1横断面设计一般原则(1)设计应根据公路等级、行车要求和当地自然条件，并综合考虑施工、养护和使用等方面的情况，进行精心设计，既要坚实稳定，又要经济合理。(2)路基设计除选择合适的路基横断面形式和边坡坡度等外，还应设置完善的排水设施和必要的防护加固工程以及其他结构物，采用经济有效的病害防治措施。(3)选线时，应尽量绕避一些难以处理的不良地段。对于地形陡峭、高填深挖的边坡，应与移改路线位置及设置防护工程等进行比较，以减少工程量，保证路基稳定。(4)沿河及受水浸水淹路段，应注意路基不被洪水淹没或冲毁。(5)路基设计还应兼顾当地农田基本建设及环境保护等的需要。2.3.2横断面的组成1.路幅的构成与布置：46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）路幅是指公路路基顶面两路肩外侧边缘之间的部分。道路的分隔方式有两种，一种是用分隔带分隔（整体式断面），一种是将上下行车道分别放在不同的平面上加以分隔（分离式断面）。路幅布置类型包括单幅双车道、双幅多车道、单车道三种。设计时根据设计要求合理采用路幅形式。本设计采用整体式断面、单幅双车道。2.二级公路标准横断面图如下：图2.6标准横断面图2.3.3行车道、路肩及路拱的设计2.3.3.1行车道宽度的确定行车道是道路上供各种车辆行驶部分的总称,在一般公路和城市道路上还有非机动车道.行车道的宽度要根据车辆总宽﹑设计交通量﹑交通组成和汽车行驶速度确定。本次设计采用的行车道宽为2×3.5m=7m。2.3.3.2路肩路肩是位于行车道外缘，具有一定宽度的带状结构部分。从构造上来说，路肩分为土路肩和硬路肩。硬路肩是经过了铺装的路肩。为了使路肩能汇集路面积水，在路肩边缘应设置路缘石。土路肩是指不经过任何铺装的路肩，它其保护路面和路基的作用，并能提供侧向余宽。本次设计采用路肩为0.75m宽的土路肩和0.75m的硬路肩。2.3.3.3路拱为了路面排水顺畅和保证行车安全、平稳，将路面做成由中央向两侧倾斜的拱形，称路拱。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选用不同的路拱坡度。坡度过小则排水不畅，且不利于行驶安全。本次设计中采用的是水泥混凝土路面，路拱坡度为2%。硬路肩采用了与路面坡度相同的2%，而土路肩，为了能迅速排出路面上的降水，路拱坡度为3%。路拱坡度采用双向坡面，由路中央向两侧倾斜。46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）2.3.4超高与加宽为了满足路线的线形要求，平、纵、横三方面的协调，同时也为了满足行车的舒适性、安全性，要做好路线弯道的超高与加宽设计。为抵消车辆在曲线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，这就是曲线上的超高。合理设置超高，可以全部或部分抵消离心力，提高汽车行驶在曲线上的稳定性和舒适性。在路拱≦2.0%时，半径小于1500米时，要设超高。当超高横坡度的计算值小于路拱坡度时，设置等于路拱坡的超高值或不设超高。二级公路的最大超高值为8%。本路段采用绕内边线旋转的方法进行曲线的超高。先将外侧车道绕路中线旋转，待达到与内侧车道构成单向横坡度后，整个断面再绕未加宽前的内侧边缘旋转，直至超高横坡度。绕内侧边缘旋转由于行车道内侧不降低，有利于路基纵向排水。双车道公路超高缓和段长度按下式计算：(2.23)式中：—超高缓和段长(m)；B—旋转轴至车行道外侧边缘的宽度(m)；—超高坡度与路拱坡度的代数差(%)；—超高渐变率，即旋转轴与车行道外侧边缘之间的相对坡度，车速60km/h时，取1/125。表2.4绕边轴旋转超高值计算公式超高位置计算公式注圆曲线上外缘1.计算结果均为与设计高之高差2.临界断面距过渡段起点的距离：46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）3.距离处加宽值：（比例加宽）中线内缘外缘过渡段上中线内缘(资料来源：欧阳建湘：《道路课程设计》，人民交通出版社，2007.)汽车行驶在曲线上，各轮轨迹半径不同，其中以后内轮轨迹半径最小，且偏向曲线内侧，故曲线内侧应增加路面宽度，以确保曲线上行车的舒适与安全。为保证汽车在转变中不侵占相邻车道，我国现行的《公路工程技术标准》中规定凡圆曲线半径小于或等于250m时，应设置加宽。一般在弯道内侧圆曲线范围内设置全加宽。为了使路面由直线上的正常宽度过渡到曲线上设置了加宽的宽度，需设置加宽缓和段。在加宽缓和段上，路面具有逐渐变化的宽度。二级公路设计中采用第3类加宽值，并按比例过渡。在加宽缓和段全长范围内按其长度成比例逐渐加宽，加宽缓和段内任意点的加宽值：（2.24）式中：—任意点距缓和段起点的距离()；—加宽缓和段长()；—圆曲线上的全加宽值()。表2.5超高加宽计算表交点桩号半径(m)缓和曲线长度(m)超高缓和段长度(m)超高值(%)加宽值(m)JD4K2+405.39227511011070JD5K3+113.12927710010070JD6K3+648.9784369090402.3.5横断面设计的方法在本段路的横断面设计中，由于平面线形和纵断面的不断调整，横断面总体来说，小填小挖的占多数，有个别大山大沟无法调整的，采取了挖隧道和架桥的方式通过。(1)横断面设计，必须结合地形、地质、水文等条件，本着节约用地的原则，选用合理的断面形式，以满足行车顺适、工程经济、路基稳定且便于施工和养护的要求。(2)在具体设计每个横断面之前，先确定路基的标准横断面。46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）对于高填、深挖、特殊地质、浸水路堤等应单独设计。路基标准横断面见“路基标准横断面图”。2.3.6土石方计算与调配2.3.6.1土石方计算工程上通常采用平均断面法来计算土石方数量。即假定相邻两横断面间为一横断面积为两端断面积平均值的棱柱体，其体积的计算公式如下：（2.25）式中：V—体积，即土石方数量(）；F1、F2—分别为相邻两断面的面积()；L—相邻断面之间的距离()。此方法计算简便，较为常用，一般称之为“平均断面法”2.3.6.2土石方调配土石方调配的目的是为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，在经济合理的调运条件下移挖作填，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。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，该法不需绘制累计曲线与调配图，直接在土石方表上进行调配，其优点是方法简单，调配清晰，精度符合要求。具体调配步骤是：(1)土石方调配是在土石方数量计算与复核完毕的基础上进行的，调配前应将可能影响运输调配的桥涵位置、陡坡大沟等注明在表旁，供调配时参考。(2)计算并填写表中“本桩利用”、“填缺”、“挖余”各栏。当以石作填土时，石方数应填入“本桩利用”的“土”一栏，并以符号区别。然后按填挖方分别进行闭合核算，其核算式为：填方=本桩利用+填缺挖方=本桩利用+挖余(3)在作纵向调配前，根据“填缺”、“挖余”的分布情况，选择适当施工方法及可采用的运输方式定出合理的经济运距，供土方调配时参考。46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）(4)根据填缺、挖余分布情况，结合路线纵坡和自然条件，本着技术经济少占用农田的原则，具体拟定调配方案。将相邻路段的挖余就近纵向调配到填缺内加以利用，并把具体调运方向和数量用箭头表明在纵向调配栏中。(5)经过纵向调配，如果仍有填缺或挖余，则应会同当地政府协商确定借土或弃土地点，然后将借土或弃土的数量和运距分别填注到借方或废方栏内。(6)调配完成后，应分页进行闭合核算，核算式为：填缺=远运利用+借方挖余=远运利用+废方(7)调配完毕，应进行合计，总闭合核算除上述外，尚有：（跨公里调入方）+挖方+借方=（跨公里调出方）+填方+废方(8)土石方调配一般在本公里内进行，必要时也可跨公里调配，但需将调配的方向及数量分别注明，以免混淆。(9)每公里土石方数量计算与调配完成后，须汇总列入“路基每公里土石方表”，并进行全线总计与核算。至此完成全部土石方计算与调配工作。第3章路基设计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，同时还承受由路面传递下来的行车荷载。路基是公路的承重主体。为了确保路基的强度和稳定性，使路基在外界因素作用下，不致产生不允许的变形，在路基的整体结构中还必须包括各项附属设施，其中有路基排水、路基防护与加固以及与路基工程直接相关的设施，如弃土堆、取土坑、护坡道、碎落台、堆料坪及错车道等。3.1路基类型与构造通常根据公路路线设计确定的路基标高与天然地面标高是不同的，路基设计标高低于天然地面标高，需进行挖掘；路基设计标高高于天然地面标高，需进行填筑。根据填挖情况不同，路基横断面的形式，可分为路堑、路堤和填挖结合等三种类型。3.1.1路堑路堑是全部在天然地面开挖而成的路基。挖方边坡可视高度和46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）土层情况设置成直线或折线。挖方边坡的坡脚处设置边沟，以汇集和排出路基范围内的地表径流。路堑的上方应设置截水沟，以拦截和排出流向路基的地表径流。边坡坡面易风化时，在坡脚处设置0.5～1.0m的碎落台，坡面可采用防护措施。对于本次设计中的路堑形式两种均采用了，在挖方较大的地方设置截水沟，并设置边沟和坡面防护。3.1.2路堤路堤是全部用岩土填筑而成的路基。按路堤的填土高度不同，分为矮路堤、高路堤和一般路堤。填土高度小于1～1.5m为矮路堤；填土高度大于18m（土质）或20m（石质）的路堤为高路堤；填土高度在1.5～20m之间的为一般路堤。本次设计中的路堤均属于一般路堤。3.1.3半填半挖路基半填半挖路基是指当天然地面横坡较大，且路基较宽，需要一侧开挖而另一侧填筑时而行程的路基。半填半挖路基若处理的得当，可以保持土石方数量平衡，路基稳定可靠，是一种比较经济的断面形式。本次设计中的有一小段采用了。3.2路基设计在工程地质和水文地质条件良好的地段修筑的一般路基设计包括一下内容：选择路基断面形式，确定路基宽度与高度；选择路堤填料与压实标准；确定边坡形状与坡度；路基排水系统布置和排水结构设计；坡面防护与加固设计；附属设施设计。3.2.1路基设计的基本要求路基设计之前，应做好全面调查研究，充分收集沿线地质、水文、地形、地貌、气象、地震等设计资料。根据其使用要求和自然条件，并结合施工方法进行设计，既要有足够的强度和稳定性，又要经济合理。本段路基设计洪水频率1/50。3.2.2路基横断面布置路基横断面布置图如下：46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）图3.1公路路基宽度示意图3.2.3路基宽度路基宽度是指公路路幅顶面的宽度，即两路肩外缘之间的宽度，公路路基宽度为行车到与路肩宽度之和。据任务书上各种车辆的交通量，折合成小客车的交通量为6060辆/日，查《公路工程技术标准》得路基宽度为10m,取行车道宽为2×3.5m=7m，右侧硬路肩宽度为0.75×2=1.5m，土路肩的宽度为0.75×2=1.5m。3.2.4路基高度路基高度是指路堤的填筑高度和路堑的开挖深度，是路基设计标高和地面标高的差值。通常路基高度是指路基中心线标高与原地面标高之差。从路基的强度和稳定性要求出发，路基上部土层应处于干燥或中湿状态，路基高度应根据临界高度并结合沿线具体条件和排水及防护措施确定路堤的最小填土高度。3.2.5路基边坡路基边坡坡率应根据边坡高度及水文、地质条件合理确定。本次设计中，路堤填方高度H≤8m时，填方路基边坡形式采用直线形，边坡坡率采用1：1.5；路堤填方高度8m＜H≤20m时，填方路基边坡形式采用阶梯形，在路基边缘以下8m内的边坡坡率采用1：1.5；8～20m采用1：1.75，H≥20m采用1：2，8m处设高坡平台，平台宽度为2m，外倾坡率4%，采用M7.5浆砌片石加固。挖方路堑整段边坡小于等于12m且坡面位于下坡方向时，路堑边坡放缓，采用一坡到顶的形式；当挖方路堑边坡高度大于12m时，路堑边坡形式采用阶梯形，在路基边缘以上12m内的边坡坡率采用1：1；H＞12m采用1：1.25，第一级台阶高8m，以上10m设边坡平台，平台宽度为2m，采用M7.5浆砌片石加固。46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）3.2.6路基填料填方路基应优先选用级配较好的砾类土、砂类土等粗粒土作为填料，填料最大粒径应小于150mm。砾（角砾）类土、砂类土应优先选作路床填料，土质较差的细粒土可填于路基底部，用不同填料填筑路基时，应分层填筑，每一水平层均采用同类填料。桥涵台背和挡土墙墙背填料，应优先选用内摩檫角值较大的砾（角砾）类土，砂类土填筑。细粒土做填料，当土的含水量超过最佳含水量两个百分点以上时，应采取晾晒或掺入石灰、固化材料等技术措施进行处理。当采用细粒土填筑时,路堤填料最小强度应符合下表的规定。表3.1路基填料最小强度要求项目分类路面底面以下深度(m)填料最小度(CBR)(%)二级公路上路堤0.8～1.53下路堤1.5以下2(资料来源：《公路路基设计规范》(JTGD30—2004)，表3.3.1)3.2.7路基压实路堤填土需分层压实，使之具有一定的密实度。土质路堑开挖至设计标高以后，需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，必要时挖开后再分层压实，使之达到一定的密实度。压适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的百分率表征。压实度应符合下表的规定。表3.2路基压实度填挖类别路床顶面以下深度(m)路基压实度(％)二级公路零填方及挖方0～0.30≥950～0.80≥95填方0～0.80≥950.80～1.50≥94>1.50≥92(资料来源：《公路工程技术标准》(JTGB01-2003)，表4.0.4)46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）3.2.8路基处理土质应均匀、密实、强度高，上路床压实度达不到要求时，采取晾晒，掺石灰等技术措施。路床顶面横坡应与路拱坡度一致。地段的路床为岩石或土基良好时，可直接利用作为路床，并应整平，碾压密实。地质条件不良或土质松散、渗水、湿软、强度低时，应采取防水、排水措施或掺石灰处理或换填渗水性土等措施，处理深度视具体情况确定。本段路大部分粘质土，应先夯实基地，然后填筑路堤。在水稻田、湖塘等地段的路基，应视具体情况采取排水、清淤、晾晒、换填、掺灰及其它加固措施进行处理，然后填筑路堤，在基地强度不足或属软土的地段，则应作稳定性验算，并作处理措施。填方路基的基底，应视不同情况分别予以处理。基底土密实，地面横坡缓于1：2.5时，路基可直接填筑在天然地面上，地表有树根草皮或腐殖土土应予以处理深除。当陡于1：2.5时，地面须挖成阶梯式，梯宽2.0m，并做2%的反坡。路堤基底范围内由于地表水或地下水影响路基稳定时，采取拦截，引排等措施，或在路堤底部填筑不易风化的片石，块石或砂、砾等透水性材料。3.2.9路基防护为防治路基病害和保证路基稳固，除做好路基排水外，还应根据当地水文、地质及材料等情况，采取有效的防护措施。这是路基设计的主要内容之一，其重要性因道路等级的提高和交通量的急剧增长而日益突出。浆砌片石防护:浆砌片石护坡的厚度一般为0.2～0.5m，用于冲刷防护时，根据流速大小和波浪大小确定最小厚度，一般不小于0.35m。在段道路设计中，边坡坡度选择1∶1.5。路基的最小填筑高度H＞1.5m时，采用浆砌片石防护，砂浆的强度不应低于M5，浆砌片石的厚度宜为0.25～0.5m，浆砌片石护坡应每隔10～15m设置2cm宽的伸缩缝并在中下部设泻水孔以排泄护坡背面的积水及减少透水压力。泻水孔的直径为10cm的圆形孔，其间距为2～3m，泻水孔后0.5m范围内应设置反滤层。对于H≤6m的桥台，桥梁台后10m的路堤边坡和对于H＞6m的桥头台，桥梁台后20m的路堤边坡及锥坡、溜坡等防护均采用7.5号浆砌片石防护。对于涵洞口锥坡采用7.5号浆砌片石防护。46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）3.2.10路基附属设施与路基工程有关的附属设施有取土坑、弃土堆、护坡道、碎落台、堆料坪及错车道。这些设施是路基设计的重要组成部分，合理的设置这些设施是十分重要的。(1)取土坑与弃土堆路基土石方的填挖平衡是公路路线设计的基本原则，但再实际情况中往往难以做到完全平衡。当工程有借方和弃方时，首先要合理的选择地点，即确定取土坑和弃土堆的位置。路旁取土坑，深度约为1m，宽度依用土数量和用地允许而定。为防止坑内积水危害路基，当堤顶与坑低高度不足2m时，再路基坡脚与坑之间需设宽度为1m的护坡平台，坑低设纵横排水坡及相应设施。路基开挖的废方应尽量加以利用，如用以加宽路基或加固路堤，填补坑洞或路旁低洼。废方一般选择路旁低洼处，就近弃堆。当原地面斜坡度小于1：5时，路旁两侧均可以设弃土堆，路面较陡时，宜设在路基下方。(2)护坡道与碎落台护坡道是保护路基边坡稳定性的措施之一，设置的目的是为了加宽边坡横向距离，减小边坡平均坡度。护坡道最少宽为1m。通常护坡道宽度d，视边坡高度h而定，h≥3.0m时，d＝1m；h＝3～6m时，d＝2m；h＝6～12m时，d＝2～4m。护坡道一般设在挖方坡脚处，边坡较高时亦可设在边坡上方及挖方边坡的边坡处。碎落台设于石质或土质土的挖方边坡坡脚处，主要供零星土石碎块下落时临时堆积，一保护边沟不致阻塞，亦有护坡道的作用。碎落台宽度一般为1.0～1.5m。碎落台上的堆积物要定期清理。对于本次工程来说，由于填挖方和沿线地质情况良好，因此可以不设置护坡道和碎落台。第4章挡土墙设计4.1挡土墙设计挡土墙是一种能够抵抗侧向土压力，用来支撑天然边坡或人工边坡，保持土体稳定的建筑物。但在路基设计中，是否设置挡土墙，应通过与其他可能的技术方案进行技术、经济比较来确定。挡土墙的类型：(1)按照墙的位置，挡土墙可分为：路堑墙、路堤墙、路肩墙和山坡墙等。46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）(2)按照墙的结构形式，挡土墙可分为：重力式、衡重式、半重力式、悬臂式和锚杆式等等。本设计中既有路堑墙又有路堤墙还有路肩墙，其结构均采用重力式。重力式挡土墙一般由墙身、基础、排水设施和伸缩缝等几部分构成。4.2重力式挡土墙的设计与计算重力式挡土墙依靠墙身自重支撑土压力来维持其稳定。一般多用片（块）石砌筑，在缺乏石料的地区有时也用混凝土修建。重力式挡土墙圬工量大，但其型式简单，施工方便，可就地取材，适应性强，故被广泛采用。根据设计要求，在K2+720～K2+810左侧、K2+730～K2+810右侧等路段设置了重力式路堤挡土墙，主要是在该路段为农田，填土高度较高，因此在此段设置挡土墙从而减少农田的占有量。根据设计资料在K2+745处的地形高差较大，填高达11.6米，路基的填方高度最大，挡土墙的墙高最大，因此在此处截面进行设计与计算。1.设计资料(1)墙身构造：采用浆砌片石重力式路堤墙，墙高H=10.038m，填土高a=4m，填土边坡1:1.5()，墙背仰斜1：0.25()，基地内倾0.2：1(),墙身分段长度10m。(2)土壤地质情况：土质为粘性土，填土容重=17KN/m3，填料内摩擦角=，外摩擦角δ=/2，容许承载力，基底摩擦系数。(3)顶墙身材料:采用7.5号砂浆，25号片石，砌体容重=24KN/m3。墙身构造见下图。46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）图4.1重力式挡土墙计算示意图2.车辆荷载换算换算土层3.破裂角假设破裂面交与荷载内，采用相应的公式计算：挡墙的总高度H=10.038m，墙顶宽度2.4m，墙趾宽度0.6m，墙趾高度0.4m，挡墙的基地水平总宽度B=3.19m。则验算破裂面是否交于荷载的内侧：堤顶破裂面至墙踵：荷载内缘至墙踵：荷载外缘至墙踵：则9.01＜12.494＜14.61故假定正确。46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）4.主动土压力系数K和K15.主动土压力作用点位置6.稳定性检算(1)抗滑稳定性检算挡土墙体积V=26.054m3，挡土墙自重G=625.291KN。满足抗滑稳定性要求。(2)抗倾覆稳定性检算满足抗倾覆稳定性要求。46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）(3)基底应力检算满足地基承载要求。46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）第5章路基路面排水设计道路排水系统包括路基排水、路面排水俩部分。路基排水系统包括边沟和排水沟。设计中通过边沟、排水沟、桥涵等排水构造物将水排入天然河沟，以形成完整的排水系统。因此道路排水系统设计包括路基排水设计、路面排水设计。5.1路基路面排水设计一般的原则(1)排水设施要因地制宜、全面规划、合理布局、综合治理、讲究实效、注意经济，并充分利用有利地形和自然水系。一般情况下地面和地下设置的排水沟渠，宜短不宜长，以使水流不过于集中，做到及时疏散，就近分流。(2)各种路基排水沟渠的设置，应注意与农田水利相配合，必要时可适当地增设涵管或加大涵管孔径，以防农业用水影响路基稳定，并做到路基排水有利于农田排灌。路基边沟一般不应用作农田灌溉渠道，两者必需合并使用时，边沟的断面应加大，并予以加固，以防水流危害路基。(3)设计前必须进行调查研究，查明水源与地质条件，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相配合，地下排水与地面排水相配合，各种排水沟渠的平面布置与竖向布置相配合，做到路基路面综合设计和分期修建。对于排水困难和地质不良的路段，还应与路基防护加固相配合，并进行特殊设计。(4)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，不轻易合并自然沟溪和改变水流性质，尽量选择有利地质条件布设人工沟渠，减少排水沟渠的防护与加固工程。对于重点路段的主要排水设施，以及土质松软和纵坡较陡地段的排水沟渠，应注意必要的防护与加固。(5)为了减少水对路面的破坏作用，应尽量阻止水进入路面结构，并提供良好的排水措施，以便迅速排除路面结构内的积水。5.2路基排水设计路基排水的目的是将路基范围内的土基湿度降到一定的限度以内，保持路基常年处于干燥状态，确保路基具有足够的强度与和稳定性。其主要根据道路的等级和排水的通畅程度，并综合考虑工程的造价和路面的结构类型来确定的。路基排水主要通过两侧的边沟和集水沟来进行。边沟将汇集的水排入河沟或涵洞中，或用排水沟引离路基。46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）路基排水设施分为：1.地面排水沟渠常用的路基地面排水设备有边沟、截水沟、跌水与急流槽等。由于当地水文资料及填挖高较大，所以涉及到的主要是边沟排水并在全线都设置了边沟排水，而且在挖方较大的地方设置了截水沟及在K3+980处设计了跌水。边沟一般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。边沟的纵坡一般与路线纵坡一致。平坡路段,边沟宜保持不小于0。5%的纵坡。边沟的横断面形式有梯形、矩形和三角形以及流线形等。本设计采用的是梯形边沟，其内侧边坡为1:1～1:1.5,外侧边坡与填挖方边坡相同，宽度和深度均为0.5m，采用M5浆砌片石修筑。路面水大部分沿路线纵坡和路面横坡漫流经路基边坡进入路基边沟，排至路基之外。另一部分通设置渗水排水管排至防护的边坡，流入边沟。(2)地下排水沟管是指处治地下水的设施，由暗沟、渗沟和渗井等。其特点是排水量不大，主要以渗流方式汇集水流，并就近排出路基范围以外。在路基两侧边沟下面设置盲沟，用以将低地下水，防止毛细水上升至路基工作区范围内，形成水分积聚而造成冻胀和翻浆，或土基过湿而降低强度等。采用渗透方式将地下水汇集于沟内，并通过沟底通道将水排至指定地点，作用是降低地下水位或拦截地下水。5.3路面排水设计一般路段，路面水由路拱向两侧经土路肩自然排除，为防止水流对土路肩和路堤边坡的冲刷，土路肩设置浆砌片石护肩结合铺朝草皮防护。本段的路面排水主要是采用路肩排水措施。路肩排水设施的纵坡应与路面的纵坡一致，当路面纵坡小于0.3%时，可采用横向分散排水方式将路面水排出路基，但路基填方边坡应进行防护。路堤边坡较高，采用横向分散排水不经济时，应采用纵向集中排水方式，在硬路肩边缘设置排水带，并通过急流槽将水排出路基。拦水带可采用水泥混凝土预制块或沥青混凝土筑成，拦水带高出路肩12cm,顶宽8～10cm。急流槽的设置距按路肩排水的容许容量计算确定以20m～50m为宜，急流槽可设置在凹形曲线底部及构造物附近，并考虑到地形、边坡状态及其它排水设施的联接。46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）第6章路面结构设计路面设计的目的是提供在特定的使用期限内同所处环境相适应并能承受与其交通荷载适用的路面结构，同时设计路面结构，便于改变道路行驶条件，提高服务水平，满足汽车运输的要求。6.1路面设计原则(1)路面设计应认真做好现场资料收集、掌握沿线路基特点，查明路基干湿类型，在对不良地质路段处理的基础上，进行路基路面综合设计。(2)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、节约投资的原则，选择技术先进、经济合理、安全可靠、方便施工的路面结构方案。(3)应结合当地条件，积极、慎重地推广新材料、新工艺、新技术，并认真铺筑试验段，总结经验，不断完善，逐步推广。(4)设计方案应符合国家环境保护的有关规定，注意施工中废弃料的处理，积极推动旧面层和基层的再生利用，应保护施工人员的健康和安全。6.2路面类型的选择与确定路面类型的选择应在充分调查与勘测道路所在地区自然环境条件、使用要求、材料供应、施工和养护工艺等，并在路面类型选择的基础上考虑路基支承条件确定结构方案。本路段地处山岭重丘，地势陡峭，计算交通量为6060辆/日，交通不大，设计时速为60km/h的二级公路，设计年限为15年，设计路段内无不良地质概况，沿线有小型采石场和石灰厂，砂石材料丰富；水泥与沥青均需外运。根据水文资料，气候温湿多雨，根据实际情况以及相关规范综合考虑，与沥青路面相比，混凝土路面强度高、稳定性好、耐久性好、有利于夜间行车。故本设计采用水泥混凝土路面。6.3路面结构设计与计算1.标准轴载及轴载换算1)交通分析根据所具有的交通量观测或预测资料确定路面设计年限内累计标准轴载作用次数。为此，必须采集交通量资料，进行轴载换算。46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）表6.1路面设计交通参数表车型总重(KN)前轴重(KN)后轴重(KN)后轴数后轮轮组数前轮轮组数交通量(次/日)三菱FR4158130511双单250五十铃NPR595G67.523.5441双单140江淮HF140A60.718.941.81双单100江淮HF150146.645.1101.51双单200东风KM34092.424.667.81双单350东风SP9135B93.721.172.62双单120五十铃EXR181L160601003双单110水泥混凝土路面结构设计以100KN单轴—双轮组荷载为标准轴载,以BZZ—100表示。以设计弯沉值为指标及验算面层层底拉力中的累计当量轴次。2)轴载换算（6.1）（6.2）式中：—100KN的单轴—双轮组标准轴载的作用次数；—轮i级轴载的总重（）；—轴型和轴载级位数；—各类轴—轮型i级轴载的作用次数；—标准轴载累计作用次数；—设计基准期（年）；—年增长率；—车辆轮迹横向分布系数；—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：46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）表6.2轴载换算结果表车型（KN）（次/日）（次/日）三菱FR415前轴30514.2702500后轴51112500.005五十铃NPR595G前轴23.5571.2071400后轴44111400江淮HF140A前轴18.9627.2991000后轴41.8111000江淮HF150前轴45.1431.5762000.253后轴101.511200253.797东风KM340前轴24.6560.0813500后轴67.8113500.698东风SP9135B前轴21.1598.2901200后轴72.601200五十铃EXR181L前轴60381.72311011.846后轴10001100合计266.5993)计算累计当量轴次根据表设计规范，二级公路的设计基准期为20年，安全等级为三级，查表知轮迹横向分布系数取0.62，交通年平均增长率为7%，则46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）故属重型交通2.初拟路面结构查表知，相应于安全等级三级的变异水平等级为中级。根据二级公路、重交通等级和中级变异水平等级，普通混凝土面层厚度为24cm。基层选用水泥稳定粒料，厚20cm；垫层采用石灰稳定土，厚15cm。普通混凝土板的平面尺寸分别为：宽3.75m、长5m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。具体布置见“路面结构图”。3.路面材料参数的确定查表普通混凝土面层的弯拉强度标准值为，相应弯拉弹性模量标准值为。路基回弹模量取，石灰稳定土垫层回弹模量取，水泥稳定粒料基层回弹模量取。基层顶面当量回弹模量计算如下：式中：—基层顶面的当量回弹模量（）；—路床顶面的回弹模量（）；—基层和底基层或垫层的当量回弹模量（）；46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）—基层和底基层或垫层的回弹模量（）；—基层和底基层或垫层的当量厚度（）；—基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度（）；—基层和底基层或垫层的厚度（）；—与有关的回归系数。普通混凝土面层的相对刚度半径：4.疲劳应力1)荷载疲劳应力标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力为：因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数。考虑设计基准期内荷应力累计疲劳作用的疲劳应力系数:根据公路等级，考虑偏载和动载等因素，对路面疲劳损失影响的综合系数，荷载疲劳应力为：2)温度疲劳应力查表IV区最大温度梯度取92℃/m.板长5m,,查普通砼板厚。则最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力为：查表得，II区的a＝0.841，b＝0.058，c=1.323，则温度疲劳应力系数为：温度疲劳应力为：46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）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为中级，目标可靠度为85%。根据目标可靠度和变异水平等级，确定可靠度系数。则有：因而，所选混凝土面层可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.接缝设计混凝土路面板由于温度或湿度变化、硬化时的收缩等原因，会出现胀缩和翘曲。设置接缝，可减小混凝土板因变形受到约束而产生的内应力，并满足施工的需要。但接缝是路面结构的薄弱部位，又会影响行车平稳，而且不免要渗水，容易产生唧泥、错台等损坏现象。因此，接缝要合理布置，并具有足够的传荷能力和有效的防水设施。1)纵向接缝纵缝主要有纵向施工缝和纵向缩缝两种。纵向施工缝：当一次铺筑宽度小于路面宽度时，应沿着施工纵向分仓边缘设置施工缝。纵向施工缝采用设拉杆平缝形式，其构造如图6.1所示。图6.1纵向施工缝构造(平缝加拉杆型)纵向缩缝：当一次铺筑宽度大于容许的板宽(4m～4.5m)时，应增设纵向缩缝。因本设计路段铺筑宽度为3.75m，故不设置。2)横向接缝横缝通常垂直于纵缝，共有缩缝、胀缝和施工缝三种。缩缝：为减小混凝土的收缩应力和温度翘曲应力而设置缩缝。横向缩缝一般采用假缝形式，其构造如图6.2所示。46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）图6.2横向缩缝构造(设传力杆假缝型)施工缝：每天施工结束或混凝土浇筑作业因故中断半小时以上时，需设置横向施工缝。其位置宜设在胀、缩缝处。设在缩缝处的横向施工缝应采用平缝加传力杆型，以保证接缝的传荷能力。其构造如图6.3所示。图6.3横向施工缝构造(平缝加传力杆型)胀缝：设置胀缝的目的是使混凝土板有膨胀的余地，从而避免产生过大的热压应力。胀缝采用平缝形式，下部设接缝板，上部为填缝料，并设置传力杆。但传力杆在滑动端头应套以金属或塑料套筒，内留空隙并用弹性材料填充，使板能自由胀缩。其构造如图6.4所示。图6.4胀缝构造(滑动传力杆型)纵缝设置的拉杆，一般采用螺纹钢筋，中部10cm范围内刷防锈涂料。拉杆主要起拉紧相邻板块不让它们分离的作用，因而它要能提供足够的拉力以克服混凝土板收缩时地基(基层)顶面所给予的摩擦力。横缝传力杆的尺寸和间距，同行车荷载（即板的厚度）、接缝缝隙宽度及材料强度等有关。接缝填缝材料按使用部位分为接缝板和填缝料两类。接缝板—选用能很好地适应混凝土板的胀缩、施工时不变形、耐久性良好的材料制成。填缝料—选择与混凝土缝壁粘附力强、伸缩和回弹性能好、不溶于水和不透水、温度稳定性和耐久性好的材料。46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）第7章桥隧涵设计7.1隧道方案设计本段路在K7+400处，出现重山岭区，高差在300m左右，设置长隧道。设置隧道不但提高线形指标，还节省工程量节省开支，是优化的方案。隧道入口K7+410，出口K8+670，隧道总长为1260m。隧道入口段处在半径352m的圆曲线上，长53.285m。其余处在直线段上，纵坡分别为0.5%和-1%，采用人字坡便于出渣与排水。隧道所处地段岩石为Ⅵ围岩，岩石稳定性好。隧道横断面采用无仰拱的三心圆断面，中间设置2m中立柱。本隧道净空为5m；净宽为10m；设计洪水频率1/50。二级公路隧道建筑界限横断面组成为：表7.1公路隧道建筑界限横断面组成最小宽度(m)公路等级设计速度(Km/h)车道宽度W侧向宽度L人行道道R隧道建筑界限净宽左侧LL右侧LR二级公路603.5×20.50.5110(资料来源：陈秋南：《隧道工程》，机械工业出版社，2009.)7.2桥涵方案设计7.2.1桥涵设计的原则桥涵设计一般原则如下：(1)桥梁应根据公路功能、等级、通行能力及抗洪防灾要求等条件进行综合设计。(2)桥位应选择河道顺直稳定、河床地质良好、河槽能通过大部分设计流量的河段。(3)桥型的选择该符合因帝制宜、就地取材和便于施工、养护的原则。(4)桥梁设计应遵循安全适用经济美观和有利环保的原则。(5)桥涵的设置应结合农田基本建设考虑排灌的需要。(6)采用标准化跨径的桥涵宜采用装配式结构机械化和工厂化施工。46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）7.2.2桥涵方案设计1.大、中桥设计大、中桥桥位均符合路线总体走向，路桥综合考虑，并适应地方的各种规划（城镇、路网、水利等）。在选定桥位时，首先结合路线布设进行综合比较，取得合理的桥位和理想的线路线位，桥孔布设除满足设计流量水位和通航要求外，一般不压缩河床，对有防洪和通航要求的河堤，留有人、车通行道。2.小桥涵设计凡路线跨越人工河流时，小桥涵的布设以河渠为基础，以不打乱现有排灌系统为原则，排灌渠尽量分别设置桥涵，对于渠道过于密集位置相距不远，且具有合并条件的沟渠，应予以适当合并和改移，并铺以线外改建水渠相连接，以保证水渠的排灌功能，并使涵洞设置不至于因距离太近而带来施工困难。桥面净空符合《公路工程技术标准》上公路建筑限界的规定。跨线桥桥下净空符合公路等建筑限界的规定，桥下净空还应考虑排洪以及河床冲淤等情况。道路经过农作区和生活区，沿途应适当设计排水管涵。跨越原有的道路，平面布置采用平面交叉为主，在天然山谷流水量比较大处设置大小圆管涵，满足管涵最小净高要求。7.2.3桥涵位置及尺寸根据道路沿线车辆，行人的通行要求和沟渠排水要求，结合当地地形需要建造的桥梁1座、涵洞5个。在K3+360处有一小河，宽6m左右，并要有排水和通行要求，因此在此设置2×10m桥梁。起始桩号K3+350，终点K3+370，全长20m。具体布置见下表。表7.2桥涵方案设计表中心桩号跨径（m）净高（m）交角（°）结构类型K2+4101×1.251.2590钢筋混凝土圆管涵K2+7831×1.51.5120钢筋混凝土圆管涵K2+9601×1.251.2590钢筋混凝土圆管涵K3+3602×104.590钢筋混凝土简支梁桥K3+6401×1.251.2590钢筋混凝土圆管涵K3+9801×1.251.2590钢筋混凝土圆管涵46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）结论毕业设计是对我大学四年所学的专业知识和综合技能的一次应用和考验。在近三个月的设计中，培养了我学习的主动性和积极性，更磨练了我的意志，陶冶了情操。一路走来，有点辛酸，过程是辛苦的，但其中的滋味却让人回味，让我感到充实。只有在反复地修改中，促使我不断地去翻书查资料，对专业知识更加了解，动手操作能力有所提高。本次毕业设计让我理论联系实际，进一步巩固并加深了我所学的专业知识，加强了实践设计能力、信息搜集能力等。通过此次毕业设计，我深刻地认识到作为一名设计者，首先必需要具有扎实的专业基础知识、综合的专业技能、以及熟练的掌握计算机软件、查阅资料等综合知识的应用能力。其次是要具备严谨的工作态度和踏实的工作作风。二级公路的初步设计是一项工作量大而且细致的工作，每一环节的设计都与整体设计密切联系，它是对我驾驭专业知识能力和综合运用能力的全面考验。通过设计，我发现自己专业知识掌握的不扎实，有许多地方都要向老师和同学请教，一些软件也不熟悉，但我庆幸的是经过设计之后各方面都有了提高。再次是要做到理论与实践相结合，从实践中提升自己。经过本次设计我深深地感受到公路设计有很多技能都是在实践的基础上总结出来的。设计中我尽量做到把规范与实际相结合，体现出设计的合理性。毕业设计的经历对我日后的工作、学习将会起到很大的帮助。通过毕业设计，我获益匪浅，使我初步形成经济、环境、市场、管理等大工程意识，培养实事求是、谦虚谨慎的科学态度和刻苦钻研、勇于创新的科学精神。培养了自己使用技术资料、提高计算、绘图和编写技术文件的能力；提高了自己使用电脑软件及计算机绘图等的综合能力；提高了我综合分析解决问题的能力、搜集和查阅相关工程资料的能力，使我在独立工作能力方面上一个新的台阶。我相信这次设计对我今后的工作将有很大的帮助。虽然在做这个设计过程中我力求精益求精，但毕竟是第一次单独完成一个大型的设计项目，再加上能力有限，缺乏切实的实践经验，对所学的知识的理解难免有所偏差，所以在此设计中难免会存在一些问题，望老师给予指教。46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）参考文献[1]JTGB01—2003，公路工程技术标准[S].北京：人民交通出版社，2004.[2]JTGD20—2006，公路路线设计规范[S].北京：人民交通出版社，2006.[3]JTGD30—2004，公路路基设计规范[S].北京：人民交通出版社，2004.[4]JTGD60—2004，公路桥涵设计通用规范[S].北京：人民交通出版社，2004.[5]JTGD70—2004，公路隧道设计规范[S].北京：人民交通出版社，2004.[6]GBJ50162—92，道路工程制图标准[S].北京：人民交通出版社，1992.[7]JTGD40—2002，公路水泥混凝土路面设计规范[S].北京：人民交通出版社，2002.[8]交通部.公路路基设计手册[M].北京：人民交通出版社，2009.[9]姚祖康.公路排水设计手册[M].北京：人民交通出版社，2001.[10]薛殿基，冯仲林.挡土墙设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.[11]杨春风，欧阳建湘.道路勘测设计[M].北京：人民交通出版社，2007.[12]邓学钧.路基路面工程[M].北京：人民交通出版社，2008.[13]赵明华.土力学与基础工程[M].武汉：武汉理工大学出版社，2000.[14]邵旭东，顾安邦.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，2004.[15]陈秋南.隧道工程[M].北京：机械工业出版社，2007.[16]徐家钰，郭忠印.土木工程专业毕业设计指南.道路工程分册[M].北京：中国水利水电出版社，2000.46 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）致谢经过半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有老师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。在这里，首先我要感谢我的指导老师—王广。王广平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从查阅资料到设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐，但是他仍然细心地指正设计中的错误。其次，我还要感谢大学四年来所有的老师，为我们打下土木工程专业知识的基础；同时我还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励。此次毕业设计才会得以顺利完成。最后，我要感谢湖南工业大学科技学院四年来对我的大力栽培。让我在此学到的是丰富的知识和做人的道理。祝福曾经关心过我的所有老师、同学和朋友身体健康，工作顺利。时光如水，日月如梭。有太多的事沥沥在目，宛如昨日，记忆犹新。有太多的人音容笑貌，跃然纸上，挥之不去。我永远都不会忘记这大学四年。感谢各位答辩老师在百忙之中，莅临指导！学生签名：日期：46'