高速公路毕业设计计算书(1)

'1设计说明书1.1毕业设计的目的通过毕业设计，使学生对公路建设程序和内容有一个系统的、全面的了解，培养学生独立进行路线、路基路面结构及有关设施设计、计算的能力；选择桥涵标准图的能力，使学生得到公路工程师的初步训练。1.2设计任务1.2.1路基路面设计在路线设计的基础上完成以下工作：路基、排水、防护、支挡工程、特殊路基等设计；路面工程设计（路面的结构组合设计、厚度设计与方案比选）。1.2.2桥涵初步设计根据所提供的数据资料，完成桥涵标准图的选择，包括相关的图纸、表格、工程数量及相关说明。1.3技术标准平原微丘区高速公路技术标准，计算行车速度120Km/h。设计荷载：公路—Ⅰ级，人群荷载3KN/m。1.4设计概况1.在纵断面设计中，充分考虑平纵组合平衡和填挖平衡的原则，对沿线地形、地质、水文、排水等综合考虑，全线共设4个竖曲线，最大纵坡1.41％，最小纵坡-0.35%。2.路基宽度28m，路面宽8.25m，路肩宽4.25m，路拱横坡2%，，硬路肩横坡2%，土路肩横坡3%，挖方边坡视地质情况设置为1：0.5～1：1，填方边坡≤8米，设为1：1.5，填方边坡＞8米变坡，采用1：1.75。3.路基排水设施有边沟、截水沟、排水沟等，边沟的高度和宽度等于0.6米，水沟的宽度和高度宜大于或等于0.6米。4.路面结构设计以双轮组单轴轴载100KN为标准轴载，路面结构选用沥青混凝土面层厚度为15cm；基层采用20cm水泥石灰稳定矿渣，25cm石灰土稳定碎石;底基层20cm天然砂砾。5.根据本路段实际情况，设圆管涵3座，箱型通道1座，跨线桥1座。-53- 2平、纵、横三维断面设计2.1平面线形设计2.1.1选线本设计路段设计资料已提供平面线形资料，故不需要再进行选线设计。2.1.2技术指标查相关资料确定主要技术标准1.公路用地　　新建公路路堤两侧排水沟外缘（无排水沟时为路堤或护坡道坡脚）以外，路堑坡顶截水沟外边缘（无截水沟为坡顶）以外不小于1m的土地为公路用地范围；在有条件的地段，高速公路、一级公路不小于3m，二级公路不小于2m的土地为公路用地范围。高真深挖路段，为保证路基的稳定，应根据实际情况确定用地范围。　　公路用地还包括立体交叉、服务设施、安全设施、交通管理设施、停车设施、公路养护管理及绿化和苗圃等工程的用地范围。2.路线1)车道宽度设计车速为120km/h，车道宽度为3.75m2)高速公路整体式断面必须设置中间带，中间带由两侧路缘带和中央分隔带组成，其各部分宽度应符合表2.1的规定：表2.1中间带宽度表一般值（m）最小值(m)中央分隔带3.002.00左侧路缘带0.750.50中间带宽度4.503.003)路肩宽度：表2.2路肩宽度表一般值（m）最小值（m）右侧硬路肩宽度3.25或3.002.50土路肩宽度0.750.75-53- 1)路基宽度路基宽度（m）：一般值：28最小值：26（四车道）a)：各级公路路基宽度为车道宽度与路肩宽度之和，当设有中间带、加（减）速车道、爬坡车道、紧急停车带、错车道等时，应计入这些部分的宽度。b)：确定路基宽度时，中央分隔带宽度、左侧路缘带宽度、右侧硬路肩宽度、土路肩宽度等的“一般值”和“最小值”应同类项相加。2)停车视距：210m3)圆曲线最小半径（m）：一般值：1000极限值：650不设超高最小半径：55004)最大纵坡：3% 高速公路受地形条件或其它特殊情况限制时，经技术经济论证，最大纵坡可增加1%。在海拔2000m以上或积雪冰冻地区的四级公路，最大纵坡不大于8%。各级公路的长路堑路段，以及其它横向排水不畅的路段，均应采用不小于0.3%的纵坡。5)最小坡长：300m6)竖曲线最小半径和最小长度应符合表2.3规定。表2.3竖曲线要素取值表凸形竖曲线半径（m）一般值17000极限值11000凹形竖曲线半径（m）一般值6000极限值4000竖曲线最小长度（m）100-53- 2.1.3平纵横综合设计1.平纵线形的协调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，平原地区地势平坦，纵断面以平坡为主，上、下坡多集中中在大、中桥头，由于有通航要求，桥面标高相对两侧路面标高要求高出许多，因此在桥头，桥面通常设置竖曲线，竖曲线半径要适当，既要符合高速公路技术指标要求，又不宜使竖曲线长度太长而使桥头填土过高而增加造价，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。主要有以下4点原则：1)平曲线与竖曲线的配合2)长直线上设置竖曲线3)透视图的运用，平纵线形配合受到各种因素的制约和影响，同时要避免一些不良的组合，如长直线上不能设计小半径的凹曲线，直线段内不能插入短的竖曲线等，运用透视图进行检验是很好的方法，设计时对有疑问的路段进行透视图的检验，效果较好。4)平面与横断面的综合协调主要是超高的设计。2.线形与环境的协调1)定线时尽量避开村镇等居民区，减少噪音对居民生活带来的影响，同时采用柔性，沥青混凝土路面以减少噪音。2)路基用土由地方政府同意安排，利用开挖鱼塘或沟渠，避免乱开挖，同时又利于农田、水利建设。3)注意绿化，对路基边坡及中央分隔带加强绿化和防护，在护坡道上互通立交用地范围内的空地上均考虑绿化。4)对位置适当的桥梁在台前坡脚（常水位以下）设置平台，以利非机动车辆和行人通过。5)对位于公路两侧的建筑物建议注意其风格，以求和道路相协调，增加美感。-53- 3.纵断面线性与景观、城镇规划的结合4.利用老路时的平、纵、横综合设计5.远近期结合的平、纵、横综合设计2.2纵断面设计纵断面线形设计主要是解决公路线形在纵断面上的位置，形状和尺寸问题，具体内容包括纵坡设计和竖曲线设计两项。纵断面线形设计应根据公路的性质、任务、等级和地形、地质、水文等因素，考虑路基稳定，排水及工程量等的要求对纵坡的大小，长短，前后的纵坡情况，竖曲线半径大小及与平面线形的组合关系等进行组合设计，从而设计出纵坡合理，线形平顺圆滑的最优线形，以达到行车安全、快速、舒适，工程造价省，运营费用较少的目的。该路地处平原区，土地资源宝贵，本项纵断面设计采用小纵坡，微起伏与该区域农田相结合，尽量降低路堤高度，路线纵断面按百年一遇，设计洪水位的要求和确保路基处于干燥和中湿状态，所需的最小填筑高度来控制标高线形设计上避免出现断背曲线，反向竖曲线之间直线长度不足3秒行程的则加大竖曲线半径，使竖曲线首尾相接。此外，所选用的半径还满足行车视距的要求，另外，竖曲线的纵坡最小采用0.3%以保证排水要求。2.2.1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，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2.从行车安全，舒适和视觉良好的要求来看，要求纵断面线形注意有以下几点：1)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；2)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；-53- 1)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；2)纵坡变化小的，宜采用较大的竖曲线半径；3)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；3.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；4.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；5.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。2.2.2.纵坡设计的方法和步骤：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勘测设计资料，领会设计意图和要求。2.标注纵断面控制点纵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，路线交叉点，地质不良地段的最小填土和最大控梁标高，沿溪河线的控制标高，重要城镇通过位置的标高及受其它因素限制路线中须通过的控制点、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，选线意图，考虑各经济点和控制点的要求以及地形变化情况，初步定出纵坡设计线的工作。试坡的要点，可归纳为“前面照顾，以点定线，反复比较，以线交点”几句话。前后照顾就是说要前后坡段统盘考虑，不能只局限于某一段坡段上。以点定线就是按照纵面技术标准的要求，满足“控制点”，参考“经济点”-53- ，初步定出坡度线，然后用三角板推平行线的办法，移动坡度线，反复试坡，对各种可能的坡度线方案进行比较，最后确定既符合标准，又保证控制点要求，而且土石方量最省的坡度线，将其延长交出变坡点初步位置。4.调坡调坡主要根据以下两方面进行：⑴结合选线意图。将试坡线与选线时所考虑的坡度进行比较，两者应基本相符。若有脱离实际情况或考虑不周现象，则应全面分析，找出原因，权衡利弊，决定取舍；⑵对照技术标准。详细检查设计最大纵坡、坡长限制、纵坡折减以及平纵线形组合是否符合技术标准的要求，特别要注意陡坡与平曲线、竖曲线与平曲线、桥头接线、路线交叉、隧道及渡口码头等地方的坡度是否合理，发现问题及时调整修正。调整坡度线的方法有抬高、降低、延长、缩短、纵坡线和加大、减小纵坡度等。调整时应以少脱离控制点、少变动填挖为原则，以便调整后的纵坡与试定纵坡基本相符。5.根据横断面图核对纵坡线核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以及其它重要控制点的断面等。6.确定纵坡线经调整核对后，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。坡度值一般是用三角板推平行线法，直接读厘米格子得出，要求取值到千分之一。变坡点位置直接从图上读出，一般要调整到整10桩位上。变坡点的高程是根据路线起点的设计标高由已定的坡度、坡长依次推算而来。设计纵坡时还应注意以下几点：1)在回头曲线地段设计纵坡，应先按回头曲线的标准要求确定回头曲线部分的纵坡，然后向两端接坡，同时注意回头曲线地段不宜设竖曲线。2)平竖曲线重合时。要注意保持技术指标均衡，位置组合合理适当，尽量避免不良组合情况。3)大中桥上不宜设置竖曲线。如桥头路线设有竖曲线，其起（终）点应在桥头两端10m以外，并注意桥上线形与桥头线形变化均匀，不宜突变。4)-53- 小桥涵上允许设计竖曲线，为保证路线纵面平顺，应尽量避免出现急变“驼峰式纵坡”。1)注意交叉口、桥梁及引道、隧道、城镇附近、陡坡急变处纵坡特殊要求。2)纵坡设计时，如受控制点约束导致纵面线形欺负过大，纵坡不够理想，或则土石方工程量过大而育无法调整时，可用纸上移线的办法修改平面线形，从而改善纵面线形。7.计算设计标高根据已定的纵坡和变坡点的设计标高，则可以计算出未设竖曲线以前各桩号的设计标高。2.2.3竖曲线设计要求：1.宜选用较大的竖曲线半径。竖曲线设计，首先确定合适的半径。在不过分增加工程数量的情况下，宜选用较大的竖曲线半径，一般都应采用大于竖曲线一般最小半径的数值，特别是前后两相邻纵坡的代数差小时，竖曲线更应采用大半径，以利于视觉和路容美观。只有当地形限制或其他特殊困难不得已时才允许采用极限最小半径。2.同向曲线间应避免“断背曲线”。同向竖曲线，特别是同向凹形竖曲线间如直线坡段不长，应合并为单曲线后复曲线。3.反向曲线间，一般由直坡段连续，亦可以相互直接连接。反向竖曲线间设置一段直坡段，直坡段长度一般不小于计算行车速度行驶3s的行程长度。如受条件限制也可相互直接连接，后插入短直线。4.应满足排水要求。2.2.4纵段面设计步骤1.根据地形图上的高程，以20m一点算出道路上各点的原地面高程，将各点高程对应地标于纵断面米格纸上，然后用直线连接各点，注意港口、河的标法，画出道路纵向的原地面图。2.确定最小填土高度由于路基要保证处于干燥或中湿状态以上，所以查表得粉性土时路槽底至地下水的临界高度为1.7~1.9m时为干燥状态，由于地下水平均埋深为1.0m，路面厚度一般为60~80cm,所以算出最小填土高度为1.6m.。-53- 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，满不满足规范要求，如不满足就进行调坡。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。竖曲线各项指标如表2.4：表2.4竖曲线指标表设计车速（km/h）120最大纵坡（％）3%最小纵坡（％）0.3%凸形竖曲线半径（m）一般值17000极限值11000凹形竖曲线半径（m）一般值6000极限值4000竖曲线最小长度（m）1004.竖曲线计算竖曲线计算依据一下几个公式：（2.1）（2.2）（2.3）1)根据设计得知：拟定R=17000，则：-53- 图2.1K131+263竖曲线计算图1)根据设计得知：拟定R=12000，则：-53- 图2.2K131+935竖曲线计算图1)根据设计得知：拟定R=17000，则：-53- 图2.3K132+542竖曲线计算图1)根据设计得知：拟定R=17000则：-53- 图2.4K133+243竖曲线计算图5.竖曲线内桩号的高程计算已知某点K131+263的高程105.62M，竖曲线数据前面已知，计算公式：右半部分：(2.4)左半部分：(2.5)其中：曲线上任意点到曲线起点（左半曲线）或终点（右半曲线）的水平距离。直线上点到相邻变坡点的距离利用EXECL编成一个表格，计算数据见表2.5：-53- 表2.5竖曲线表K131+2602351.624105.69107.31K131+2632381.66105.62107.28K131+2802211.43105.69107.13K131+3002011.18105.79106.98K131+3201810.96105.88106.85K131+3401610.76105.98106.74K131+3601410.58106.07106.66K131+3801210.43106.16106.60K131+4001010.30106.26106.56K131+420810.19106.35106.55K131+440610.10106.45106.56K131+460410.04106.54106.59K131+480210.01106.63106.65K131+50010106.73106.73同理，用EXECL计算其他高程数据如表2.6：表2.6竖曲线表1318801.48.16108.56108.5613190021.40.019108.65108.6713192041.40.07108.74108.8213194051.40.11108.89109.0013196031.40.04109.17109.2113198011.40.005109.45109.45-53- 续表2.61324007.50.001114.99114.9913242027.50.022115.27115.3013244047.50.066115.26115.6213246067.50.134115.84115.9713248087.50.225116.12116.35132500107.50.340116.40116.75132520127.50.47116.68117..16132540147.50.64116.97117.61132560131.50.51116.93117.44132580111.50.36116.86117.2313260091.50.24116.79117.0413262071.50.15116.72116.8713264051.50.08116.65116.7313266031.50.03116.58116.6113268011.50.004116.51116.521331003.20.0003115.43115.4313312023.20.0158115.36115.3413314043.20.0548115.29115.2313316063.20.1174115.22115.1013318083.20.2035115.15114.94133200103.20.3132115.08114.76133220123.20.4464115.01114.56133240143.20.6031114.94114.33133250139.20.5699115.02114.45133270119.20.4179115.29114.8813329099.20.2894115.57115.2813331079.20.1844115.84115.6613333059.20.1030116.12116.02-53- 续表2.613335039.20.0451116.39116.3513337019.20.0408116.67116.652.3横断面设计2.3.1各项技术指标的确定1.已知资料路段初始年交通量（辆/昼夜，交通量年平均增长率6.0%）表2.7交通量表小客车中客车SH130大客车CA50小货车BJ130中货车CAD50中货车EQ140大货车JN150特大日野KB222拖挂车五十铃3200600900160010008007009001002.确定各车型换算系数高速公路以小客车为折算标准。表2.8各汽车代表车型与换算系数表汽车代表车型车辆换算系数说明小客车1.0≤19座的客车和载质量≤2t的货车中型车1.5＞19座的客车和载质量＞2t的货车大型车2.0载质量＞7t~≤14t的货车拖挂车3.0载质量＞14t的货车3.交通量计算初始年交通量：N0=3200+1.5×600+900×2.0+1600+(1000+800)×1.5+700×2.0+900×3+100×3=14600辆/日远景设计年限交通量N:N=N0×(2.6)假设该公路远景设计年限为20年，则远景设计年限交通量N：-53- N=N0×=14600×=63009.24辆/日4.路基宽度据设计年限20年，各种车辆折合成小客车的交通量合计为，公路等级为高速公路，车道数为四车道，车速为，四车道的路基宽度一般值为28m,最小值为26m，本设计路基设计宽取28m,设计车道宽度为3.75m，得总车道宽度为3.75×4＝15m，两侧硬路肩宽度为3.5×2=7.0m，土路肩的宽度为0.75×2=1.5m，中间带的宽度为4.5m(其中中央分隔带宽度为3.00m，两侧路缘带宽度为0.75×2=1.5m)5.路拱坡度沥青混凝土及水泥混凝土路拱坡度均为1~2%，故取路拱坡度为2%；路肩横向坡度一般应较路面横向坡度大1%~2%，故取路肩横向坡度为3%，路拱坡度采用双向坡面，由路中央向两侧倾斜。6.路基边坡坡度当路基填土高度小于8m时，路基边坡按1：1.5设计；路基填土高度大于8m时，上部8m以内边坡按1：1.5，下部按1：1.75设计。7.护坡道当路肩边缘与路侧取土坑底的高差小于或等于2m时，取土坑内侧坡顶可与路坡脚位相衔接，并采用路堤边坡坡度，当高差大于2m时，应设置宽1m的护坡道；当高差大于6m时，应设置宽2m的护坡道。8.边沟设计边沟横断面一般采用梯形，梯形边沟内侧边坡为1：1.0~1：1.5，外侧边坡与挖方边坡坡度相同。少雨浅挖地段的土质边沟可采用三角形横断面，其内侧边坡宜采用1：2~1：3，外侧边坡坡度与挖方边坡坡度相同。本设计路段地处平原微丘区，故宜采用梯形边沟，且底宽为0.6m，深0.6m，内侧边坡坡度为1：1。2.3.2横断面设计步骤1.根据外业横断面测量资料点绘横断地面线。2.根据路线及路基资料，将横断面的填挖值及有关资料（如路基宽度、加宽值、超高横坡、缓和段长度、平曲线半径等）抄于相应桩号的断面上。3.根据地质调查资料，示出土石界限、设计边坡度，并确定边沟形状和尺寸。-53- 4.绘横断面设计线，又叫“戴帽子”。设计线应包括路基边沟、边坡、截水沟、加固及防护工程、护坡道、碎落台、视距台等，在弯道上的断面还应示出超高、加宽等。一般直线上的断面可不示出路拱坡度。5.计算横断面面积（含填、挖方面积），计算土石方数量。2.3.3超高设计为抵消车辆在曲线路线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。合理的设置超高，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与舒适性。当汽车等速行驶时，圆曲线上所产生的离心力是常数，而在回旋线上行驶则因回旋线曲率是变化的，其离心力也是变化的。因此，超高横坡度在圆曲线上应是与圆曲线半径相适应的全超高，在缓和曲线上应是逐渐变化的超高。在公路工程施工中，路面的超高横坡及正常路拱横坡是不便于用坡度值来控制，而是用路中线及路基，路面边缘相对于路基设计高程的相对高差来控制的。因此，在设计中为便于施工，应计算出路线上任意位置的路基设计高程与路肩及路中线的高差。所谓超高值就是指设置超高后路中线，路面边缘及路肩边缘等计算点与路基设计高程的高差。本公路为整体式路基，路拱为2%，硬路肩为2%，土路肩为3%。超高过渡段仅在回旋线上的某一区段上进行。超高方式采用绕中央分隔带边缘旋转超高。-53- 图2.5超高计算图因为R>250m.所以不设加宽，只设超高。双坡阶段：曲线内侧行车道边缘：hil=-(bl+bx)il（2.7）硬路肩边缘：hi2=hil+b2i2（2.8）土路肩边缘：hi3=hi2+b3i3（2.9）曲线外侧行车道边缘：hol=(2x/xo-1)blil（2.10）硬路肩边缘：ho2=hol-b2i2（2.11）土路肩边缘：ho3=ho3-b3i3（2.12）-53- K131+260内侧：外侧：K131+280内侧：外侧：K131+300内侧：外侧：全超高阶段内侧：外侧：=8.25×2%=0.165=0.165+3.5×2%=0.235=0.235+0.75×2%=0.25得各计算数据如表2.9：-53- 表2.9超高设计表K131+260-0.165-0.235-0.250.1650.2350.25K131+280-0.165-0.235-0.250.1650.2350.25K131+300-0.165-0.235-0.250.1650.2350.252.4土石方的调配2.4.1调配要求1.土石方调配应按先横向后纵向的次序进行。2.纵向调运的最远距离一般应小于经济运距（按费用经济计算的纵向调运的最大限度距离叫经济运距）。3.土石方调运的方向应考虑桥涵位置和路线纵坡对施工运输的影响，一般情况下，不跨越深沟和少做上坡调运。4.借方、弃土方应与借土还田，整地建田相结合，尽量少占田地，减少对农业的影响，对于取土和弃土地点应事先同地方商量。5.不同性质的土石应分别调配。回头曲线路段的土石调运，要优先考虑上下线的竖向调运。2.4.2调配方法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。表格调配法又可有逐桩调运和分段调运两种方式。一般采用分段调用。表格调配法的方法步骤如下：1.准备工作调配前先要对土石方计算进行复核，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。-53- 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。3.纵向调运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。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见区免费运距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.复核横向调运复核：填方=本桩利用+填缺挖方=本桩利用+挖余纵向调运复核：填缺=纵向调运方+借方挖余+纵向调运方+废方总调运量复核：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。6.计算计价土石方：计价土石方=挖方数量+借方数量-53- 3路基设计3.1路基设计3.1.1路基横断面布置由横断面设计部分可知，路基宽度为28m，其中路面跨度为15.00m，中间带宽度为4.5m，其中中央分隔带宽度为3.0m，左侧路缘带宽度为0.75×2=1.5m，硬路肩宽度为3.5×2=7.0m，土路肩宽度为0.75×2=1.5m。；路面横坡为2%，硬路肩横坡为2%,土路肩横坡为3%3.1.2路基压实标准路基压实采用重型压实标准，压实度应符合下表的要求表3.1路基压实度表填挖类别路床顶面以下深度（m）路基压实度（高速公路、一级公路）零填即挖方0~0.300~0.80≥95≥95填方0~0.800.80~1.50＞1.50≥95≥93≥90由于路线地处水网地区，设计中应加强挖淤排水及清除表土的严格要求。路基基底为耕地或土质松散时，应在填前进行压实，路基设计时，可考虑了清理场地后进行填筑压实，厚度按0.2m计列压实下沉所填增加的土方量。3.1.3.路基填料沿线筑路用土采用备土形式，取土以利用低产田和被公路分割的边角地以及开挖河道、鱼塘等解决，在填土较高、沉降较大的地段可以利用工业废渣（粉煤灰等）做路基填料。填方路基宜选用级配较好的粗粒土作为填料。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。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。-53- 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。高速公路、一级公路路基填料最小强度和填料最大粒径应符合表的规定，砂类土填筑。表3.2路基填料最小强度和最大粒径要求项目分类路面底面以下深度（m）填料最小强度（CBR）（%）填料最大粒径（m）高速公路填方路基上路床0~30810下路床30~80510上路堤80~150415下路堤150以下315零填及路堑路床0~308103.1.4路基处理1.一般路基处理原则：路基河塘地段，先围堰清淤、排水，然后将原地面开挖成台阶状，台阶宽1.0m，内倾3%，，并回填5%灰土至原水面（标高按1.0m控制），路基底部30cm采用5%石灰土处理，路床顶面以下0~80cm采用7%石灰土处理；路基高度≤2.0m路段，清楚耕植后，将原地面挖至25cm深压实后才可填筑，路床顶面以下均采用掺7%石灰土处理；路基高度>2.0m的路段，路床顶面以下0~60cm采用7%石灰土处理层,其他层根据具体情况,在保证路基压实度的前提下,决定处理的土层及掺灰量。2.路床处理：1)路床土质应均匀、密实、强度高，上路床压实度达不到要求时，必须采取晾晒，掺石灰等技术措施。路床顶面横坡应与路拱坡度一致。2)-53- 挖方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，处理深度可视具体情况确定。3.填方路基的基底，应视不同情况分别予以处理：1)基底土密实，地面横坡缓于1：5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。2)路堤基底范围内由于地表水或地下水影响路基稳定时，应采取拦截，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)路堤基底为耕地或土质松散时，应在填筑前进行压实，高速公路、一级公路和二级公路路堤基底的压实度（重型）不应小于85%，路基填土高度小于路床厚度（80cm）时，基底的压实度不宜小于路床的压实度标准；基底松散土层厚度大于30cm时，应翻挖再回填分层压实。4)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，当为软土地基说，应按特殊路基处理。5)路基土的掺灰剂量，可根据当地情况实验确定，一般粘质土采用石灰或二灰处理，粗粒土可以采用25号水泥处理。4.特殊路基处理（河塘路基的处理）路基河塘地段，先围堰，进行放水或排水挖除淤泥，然后将原地面开挖成台阶状，台阶宽≥1.0m，内倾3%，并回填5%灰土至原水面（标高按1.0m来控制），路基底部30cm采用5%石灰土处理，路床顶面以下0~80cm采用7%石灰土处理。3.1.5路基防护1.路基填土高度H≤4m说，采用喷播草籽防护。2.路基填土高度H>4m，时，采用浆砌片石衬砌人字骨架防护，骨架内铺设草坪网布被为保证路面水或坡面水不冲刷护坡道，骨架用M7.5浆砌片石镶边，并设置20号混凝土预制块至边沟内侧。3.路线经过河塘地段时，采用浆砌片石满铺防护，并设置勺形基础，浆砌片石护坡厚30cm，下设10cm砂垫层，基础埋深60cm,底宽80cm-53- ，个别小的河塘全部填土。4.桥梁两端各10cm及挖方路段采用浆砌片石满铺防护，路基两侧边沟全部浆砌片石满铺防护，厚25cm。3.2路基路面排水设计3.2.1路基排水设计1.路基地表排水可采用边沟、截水沟、排水沟、跃水井和急流槽，各类地段排水沟应高出设计水位0~2m以上。2.边沟横断面采用梯形，梯形边沟内侧边坡坡度为1:1~1:1.5,边沟的深度不应小于0.6m，边沟纵坡宜与路线纵坡一致并不宜小于0.5%，边沟可采用浆砌片石，水泥混凝土预制块防护，高速公路当采用M7.5的砂浆强度，边沟长度不宜超过500m。3.截水沟横断面可采用梯形，边坡视土质而定，一般采用1:1~1:1.5，深度及宽度不宜小于0.5m，沟底纵坡不宜小于0.5%，水流通过陡坡地段时可设置跌水等或急流槽，应采用浆砌片石或水泥混凝土预制块砌筑，边墙应高出设计水位0.2m以上，其横断面形式为矩形，槽底应做成粗糙面，厚度为0.2~0.4m，混凝土为0.1~0.3m，跃水的台阶高度可采用0.3~0.6m，台面坡度应为2%~3%，急流槽以纵坡不宜陡于1:1.5，急流槽过长时应分段修筑，每段长度不宜超过10m。3.2.2路面排水设计本公路的路面排水主要由拦水带、急流槽和路肩排水沟以及中央分隔带排水设施组成。1.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。2.中央分隔带排水1)-53- 中央分隔带排水设施由纵向排水沟（明沟、暗沟）、渗沟、雨水井、集水井、横向排水管等组成。1)在设置超高路段，路面水由中央分隔带排水设施排出，采用凹形中央分隔带，雨水流向分隔带内部，由横向排水管排出。设置超高段的中央分隔带的排水沟可设雨水井，雨水井的设置间距应根据流量计算确定，一般为10~30m。2)矩形雨水井尺寸采用长×宽×深=60cm×40cm×60cm，边墙采用浆砌片石或水泥混凝土预制块砌筑。3)中央分隔带纵向排水沟（管）与横向排水管联接时可采用集水井的形式，横向排水管直径一般采用20~60cm水泥混凝土管或塑料排水管，管底纵坡不应小于1%，出口应采取防护措施。4)多雨地区的中央分隔带，表面不作封闭时，可设地下排水渗沟，排水渗沟两侧可用沥青砂、沥青土工布或粘土封闭，排水渗沟顶与路床顶面齐平，渗沟宜采用直径5cm~8cm的硬塑料管将水引致路基边坡以外。-53- 4挡土墙设计挡土墙是用来支撑天然边坡或人工填土边坡以保持土体稳定的建筑物。按照墙的设置位置，挡土墙可分为路肩墙、路堤墙和山坡墙等类型。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。当路肩墙与路堤墙的墙高或截面圬工数量相近，基础情况相似时，应优先选用路肩墙，按路基宽布置挡土墙位置，因为路肩挡土墙可充分收缩坡脚，大量减少填方和占地。若路堤墙的高度或圬工数量比路肩墙显著降低，而且基础可靠时，宜选用路堤墙，并作经济比较后确定墙的位置。沿河堤设置挡土墙时，应结合河流情况来布置，注意设墙后仍保持水流顺畅，不致挤压河道而引起局部冲刷。4.1挡土墙的布置4.1.1挡土墙的纵向布置挡土墙纵向布置在墙趾纵断面图上进行，布置后绘成挡土墙正面图。布置的内容有：1.确定挡土墙的起讫点和墙长，选择挡土墙与路基或其它结构物的衔接方式。路肩挡土墙端部可嵌入石质路堑中，或采用锥坡与路堤衔接，与桥台连接时，为了防止墙后填土从桥台尾端与挡土墙连接处的空隙中溜出，需在台尾与挡土墙之间设置隔墙及接头墙。路堑挡土墙在隧道洞口应结合隧道洞门，翼墙的设置做到平顺衔接；与路堑边坡衔接时，一般将墙高逐渐降低至2m以下，使边坡坡脚不致伸入边沟内，有时也可以横向端墙连接。2.按地基及地形情况进行分段，确定伸缩缝与沉降缝的位置。3.布置各段挡土墙的基础。墙趾地面有纵坡时，挡土墙的基底宜做成不大于5%的纵坡。但地基为岩石时，为减少开挖，可沿纵向做成台阶，台阶尺寸视纵坡大小而定，但其高宽比不宜大于1：2。4.布置泻水孔的位置，包括数量、间隔和尺寸等。4.1.2挡土墙的横向布置-53- 横向布置，选择在墙高最大处，墙身断面或基础形式有变异处以及其它必须桩号处的横断面图上进行。根据墙型、墙高及地基与填料的物理力学指标等设计资料，进行挡土墙设计或套用标准图，确定墙身断面、基础形式和埋置深度，布置排水设施等，并绘制挡土墙横断面图。4.1.3平面布置对于个别复杂的挡土墙，如高、长的沿河曲线挡土墙，应作平面布置，绘制平面图，标明挡土墙还应绘出河道及水流方向，防护与加固工程等。4.2挡土墙的基础埋置深度1.对于土质地区，基础埋置深度应符合下列要求：1)无冲刷时，应在天然地面以下至少1m；2)有冲刷时，应在冲刷线以下至少1m；2.受冻胀影响时，应在冻结线以下不少于0.25m。当冻深超过1m时，采用1.25m，但基底应夯实一定厚度的砂砾或碎石垫层，垫层底面亦应位于冻结线以下不少于0.25m。碎石、砾石和砂类地基，不考虑冻胀影响，但基础埋深不宜小于1m。3.对于岩石地基，应清除表面风化层。当风化层较厚难以全部清除时，可根据地基的风化程度及其容许承载力将基底埋入风化层中。墙趾前地面横坡较大时，应留出足够的襟边宽度，以防止地基剪切破坏。4.当挡土墙位于地质不良地段，地基土内可能出现滑动面时，应进行地基抗滑稳定性验算，将基础底面埋置在滑动面以下或采用其它措施，以防止挡土墙滑动。4.3排水设施挡土墙应设置排水措施，以疏干墙后土体和防止地面水下渗，防止墙后积水形成静水压力，减少寒冷地区回填土的冻胀压力，消除粘性土填料浸水后的膨胀压力。排水措施主要包括：设置地面排水沟，引排地面水；夯实回填土顶面和地面松土，防止雨水及地面水下渗，不要时可加设铺砌；对路堑挡土墙墙趾前的边沟应予以铺砌加固，一防止边沟水渗入基础；设置墙身泄水孔，排除墙后水。-53- 浆砌片石墙身应在墙前地面以上设一排泄水孔。墙高时，可在墙上部加设一排汇水孔。排水孔的出口应高出墙前地面0.3m；若为路堑墙，应高出边沟水位0.3m；若为浸水挡土墙，应高出常水位0.3m。为防止水分渗入地基，下排泄水孔进水口的底部应铺设30cm厚的粘土隔水层。泄水孔的进水口部分应设置粗粒料及滤层，以免孔道阻塞。4.4沉降逢与伸缩缝为避免因地基不均匀沉降而引起墙身开裂，需根据地质条件的变异和墙高，墙身断面的变化情况设置沉降缝。为了防止圬工砌体因收缩硬化和温度变化而产生裂缝，以内感设置伸缩缝。设计时，一般将沉降缝与伸缩缝合并设置，沿路线方向每隔10~15m设置一道，兼器两者的作用，缝宽2~3m，缝内一般可用胶泥填塞，但在渗水量大，填料容易流失或冻害严重地区，则宜用沥青麻筋或涂以沥青的木板等具有弹性的材料，沿内、外、顶三方填塞，填深不宜小于0.15m。4.5挡土墙设计验算1.拟采用浆砌块石，墙高8m，填土高a=3m，边坡1：1.5。墙背俯斜，角度1:-0.25（-）墙身分段长度10m。计算荷载：公路一级土壤地质情况：公路处Ⅳ区，填背填土容重，计算内摩擦角墙背填土与墙背间的摩擦角，,容许承载力=500KPa，摩擦系数f=0.50墙身材料25号砂浆2.5号砂浆砌片石，砌体容重r=23KN/m3，容许压应力＝600KPa，容许剪应力＝100KPa容许拉应力＝80KPa。则计算基本参数如下：墙面高度(m)：h1=8墙背坡度(+,-)：N=-0.1墙面坡度：M=0.25墙顶宽度(m)：b1=1.55墙趾宽度(m)：db=0.6墙趾高度(m)：dh=0.8基地内倾坡度：N2=0.2污工砌体容重(KN/m3)：r1=23路堤填土高度(m)：a=3路堤填土坡度：M0=1.5路基宽度(m)：b0=19.5土路基宽度(m)：d=4.25填料容重(KN/m3)：R=18填料内摩擦角(度)：φ=35外摩擦角(度)：δ-53- =17.5基底摩擦系数：μ=0.5基底容许承载力：[σ0](KPa)=500挡土墙分段长度(m)：L1=102.计算结果：1)求破裂角θ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=9.441m挡墙的基地水平总宽度：B=3.206m=46.789°=0.181=0.698则θ=arctgθ=34.9°验算破裂面是否交于荷载的内侧：堤顶破裂面至墙踵：(H+a)tgθ=8.681m路堤内边线至墙踵：b-Htgα+d=5.444m荷载内缘至墙踵：b-Htgα+d=9.694m故破裂面交于荷载的内侧，与原假设相符，所选用公式正确。则计算图式为：-53- 2)求主动土压力系数K和K1=0.208=4.026m=1.53)求主动土压力及作用点位置=249.747KN=244.479KN=51.027KN=3.24m-53- =3.594m4)抗滑稳定性检算挡土墙体积V=20.896m3挡土墙自重G=480.615KN=2.101因为kc≥1.3，则抗滑稳定性检算通过。5)抗倾覆稳定性检算=1.734因为k0≥1.5，则抗倾覆稳定性检算通过。6)基底应力检算B=3.206m=1.093m=0.51m因为e≤B/6=324.015KPa=7.652KPa因为σmax<σ0，则基地应力检算通过。则所设挡土墙符合布置要求。-53- 5公路路面结构设计计算南宁至百色两地之间修建一条高速公路,在使用期间内交通量的年平均增长率为6%,该路段处于Ⅳ6区,覆盖层以种植土、亚砂土和亚粘土为主，下伏基岩为硅化板岩，公路线附近有较丰富的砂砾材料，当地沿线无矿石材料场，矿石材料需外购，当地有水泥厂，粉煤灰较丰富，有少量石灰生产，但产量不高。5.1柔性路面设计：交通量数据见表5.1表5.1交通组成表车型前轴重后轴重后轴数后轴轮组数交通量小客车1325.6123200中客车SH13016.530.212600大客车CA5028.768.212900小货车BJ13013.5527.2121600中货车CAD5023.769.2121000中货车EQ14023.769.212800大货车JN15049101.61270050.2104.312900-53- 特大日野KB222拖挂车五十铃60100321001.轴载分析路面设计以双轴组单轴载100KN作为标准轴载1)以设计弯沉值为指标及验算沥青层底拉应力中累计当量轴次。a)轴载换算轴载换算采用如下的计算公式：(5.1)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，KN—被换算车辆的各级轴载，KNK—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。轴载换算结果见表5.2表5.2轴载换算结果车型大客车CA50前轴28.716.490025.25后轴68.211900170.29小客车前轴1316.432002.86后轴25.61032008.53小货车BJ130后轴27.21116005.55前轴13.516.416001.6中客车SH130前轴16.516.46001.51后轴30.2106003.82-53- 中货车CAD50后轴68.2111000189.31中货车EQ140后轴69.211800161.27前轴4916.4800229.95大货车JN150后轴101.611700750.04特大日野KB222前轴50.216.4900287.40后轴104.3119001080.88拖挂车五十铃前轴6016.410069.36后轴10011100903293注：轴载小于25KN的轴载作用不计。b).累计当量轴数计算根据设计规范，高速公路沥青路面的设计年限为15年，四车道的车道系数是0.4~0.5取0.4，=5%，累计当量轴次采用公式5.2：(5.2)Ne1.验算半刚性基层层底拉应力的累计当量轴次a).轴载换算验算半刚性基底层底拉应力公式为(5.3)式中：为轴数系数，为轮组系数，单轮组为1.85，双轮组为1，四轮组为0.09。表5.3轴载换算车型大客车CA50后轴68.21190042.12-53- 中货车CAD50后轴68.211100046.80中货车EQ140后轴69.21180042.06大货车JN150后轴101.611700794.78特大日野KB222前轴50.211.859006.72后轴104.3119001260.4拖挂车五十铃前轴6011.851003.12后轴100111001002634注：轴载小于50KN的轴载作用不计。则累计当量轴次计算值为5.1.1方案一：由上面的计算得到设计年限内一个行车道上的累计标准轴次约为1000万次左右，路面结构层拟采用沥青玛蹄脂碎（15cm）、石灰水泥粉煤灰砂砾(20cm)、底基层采用石灰土碎石（厚度25）。规范规定高速公路一级公路的面层由二至三层组成，查规范，采用三层沥青面层，表面层采用细粒式沥青玛蹄脂碎石（厚4cm），中间层采用中粒式沥青玛蹄脂碎石（厚5cm），下面层采用粗粒式沥青玛蹄脂碎石（厚6cm）。1.各层材料的抗压模量与劈裂强度查有关资料的表格得各层材料抗压模量（20℃）与劈裂强度层位结构层材料名称劈裂强度(MPa)容许拉应力(MPa)1细粒式沥青玛蹄脂碎石1.50.472中粒式沥青玛蹄脂碎石10.313粗粒式沥青玛蹄脂碎石0.80.234石灰水泥粉煤灰砂砾0.60.29-53- 5石灰土稳定碎石0.250.126天然砂砾对应的20℃抗压模量为1400，1200，900，1500，550，1502.土基回弹模量的确定该路段处于Ⅳ6区，为粘质土，稠度为1.01，查相关表的土基回弹模量为36MPa。3.设计指标的确定对于高速公路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构层层底拉应力的验算。1)设计弯沉值该公路为高速公路，路面等级系数，面层是沥青混凝土路面取1.0，半刚性基层，底基层总厚度大于20cm，基层类型系数。设计弯沉值计算采用公式5.4：(5.4)则按设计弯沉值计算设计层厚度:LD=23.4(0.01mm)H(6)=25cmLS=23.7(0.01mm)H(6)=30cmLS=22.9(0.01mm)H(6)=26.9cm(仅考虑弯沉)按容许拉应力验算设计层厚度:H(6)=26.9cm(第1层底面拉应力验算满足要求)H(6)=26.9cm(第2层底面拉应力验算满足要求)H(6)=26.9cm(第3层底面拉应力验算满足要求)H(6)=26.9cm(第4层底面拉应力验算满足要求)H(6)=26.9cm(第5层底面拉应力验算满足要求)路面设计层厚度:H(6)=26.9cm(仅考虑弯沉)H(6)=26.9cm(同时考虑弯沉和拉应力)最后得到路面结构设计结果如下:-53- 细粒式沥青玛蹄脂碎石4cm中粒式沥青玛蹄脂碎石5cm粗粒式沥青玛蹄脂碎石6cm灰石水泥粉煤灰砂砾20cm石灰土稳定碎石25cm天然砂砾20cm土基1)各层材料的容许层底拉应力，(5.5)(5.6)计算新建路面各结构层底面最大拉应力:第1层底面最大拉应力σ(1)=0.203(MPa)第2层底面最大拉应力σ(2)=0.061(MPa)第3层底面最大拉应力σ(3)=0.043(MPa)第4层底面最大拉应力σ(4)=0.107(MPa)第5层底面最大拉应力σ(5)=0.053(MPa)计算新建路面各结构层底面最大拉应力:第1层路面顶面竣工验收弯沉值LS=22(0.01mm第2层路面顶面竣工验收弯沉值LS=24(0.01mm)第3层路面顶面竣工验收弯沉值LS=26.6(0.01mm)第4层路面顶面竣工验收弯沉值LS=29.8(0.01mm)第5层路面顶面竣工验收弯沉值LS=76.8(0.01mm)第6层路面顶面竣工验收弯沉值LS=236.3(0.01mm)土基顶面竣工验收弯沉值LS=322.9(0.01mm)上述设计结果满足设计要求。5.1.2方案二：1.采用沥青混凝土面层，水泥石灰稳定矿渣，石灰土稳定碎石基层结构。路面设计弯沉值:23.4(0.01mm)层位结构层材料名称劈裂强度(MPa)容许拉应力(MPa)-53- 1细粒式沥青混凝土0.60.192中粒式沥青混凝土0.60.193粗粒式沥青混凝土0.80.234水泥石灰稳定矿渣0.60.295石灰土稳定碎石0.250.126天然砂砾表5.4抗压模量及容许应力表层位材料名厚度20度抗压模量15度抗压模量容许应力1细粒式沥青混凝土4140020000.192中粒式沥青混凝土5120016000.193粗粒式沥青混凝土690012000.234水泥石灰稳定矿渣20150015000.295石灰土稳定碎石255505500.126天然沙砾201501502.按设计弯沉值计算设计层厚度:LD=23.4(0.01mm)H(6)=25cmLS=23.7(0.01mm)-53- H(6)=30cmLS=22.9(0.01mm)H(6)=26.9cm(仅考虑弯沉)3.按容许拉应力验算设计层厚度:H(6)=26.9cm(第1层底面拉应力验算满足要求)H(6)=26.9cm(第2层底面拉应力验算满足要求)H(6)=26.9cm(第3层底面拉应力验算满足要求)H(6)=26.9cm(第4层底面拉应力验算满足要求)H(6)=26.9cm(第5层底面拉应力验算满足要求)路面设计层厚度:H(6)=26.9cm(仅考虑弯沉)H(6)=26.9cm(同时考虑弯沉和拉应力)最后得到路面结构设计结果如下:细粒式沥青混凝土4cm中粒式沥青混凝土5cm粗粒式沥青混凝土6cm水泥石灰稳定矿渣20cm石灰土稳定碎石25cm天然砂砾20cm土基4.竣工验收弯沉值和层底拉应力计算公路等级:高速公路新建路面的层数:6标准轴载:BZZ-1005.计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值:第1层路面顶面竣工验收弯沉值LS=24.5(0.01mm)第2层路面顶面竣工验收弯沉值LS=27(0.01mm)第3层路面顶面竣工验收弯沉值LS=30.4(0.01mm)第4层路面顶面竣工验收弯沉值LS=34.5(0.01mm)第5层路面顶面竣工验收弯沉值LS=76.8(0.01mm)第6层路面顶面竣工验收弯沉值LS=236.3(0.01mm)土基顶面竣工验收弯沉值LS=322.9(0.01mm)-53- 6.计算新建路面各结构层底面最大拉应力:第1层底面最大拉应力σ(1)=-0.219(MPa)第2层底面最大拉应力σ(2)=-0.066(MPa)第3层底面最大拉应力σ(3)=-0.04(MPa)第4层底面最大拉应力σ(4)=0.121(MPa)第5层底面最大拉应力σ(5)=0.061(MPa)以上结构符合规范。由路面结构，可以对比，沥青玛蹄脂碎石材料比较昂贵，故采用沥青混凝土15cm做面层，水泥石灰稳定矿渣20cm和石灰土稳定碎石25cm做基层，天然沙砾20cm做垫层作为沥青路面结构的设计方案。5.2刚性路面设计表5.5交通量组成表车型前轴重后轴重后轴数后轴轮组数后轴距（m）交通量小客车1325.61双—3200中客SH1301850.251双—600小货BJ13013.5527.21双—1600大客CA5028.768.21双—900中货CAD5024.768.21双—1000中货EQ14023.769.21双—800大货JN15049.00101.601双—700日野KB22250.2104.31双—900拖挂五十铃601003双>31001.轴载分析路面设计双轮组单轴载100KN1)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。a)轴载换算：（5.7）式中：——100KN的单轴—双轮组标准轴载的作用次数；—单轴—单轮、单轴—双轮组、双轴—-53- 双轮组或三轴—双轮组轴型i级轴载的总重KN；—各类轴型i级轴载的作用次数；—轴型和轴载级位数；—轴—轮型系数，单轴—双轮组时，=1；单轴—单轮时，按式计算；双轴—双轮组时，按式；三轴—双轮组时，按式计算。表5.6轴载换算结果车型大客CA50后轴69.214500．97大货JN150前轴49.0013500后轴101.61350451．2中货CAD50后轴69．315000.77中货EQ140后轴68．614000．96日野KB222前轴50.214500后轴104.31450882．6拖挂五十铃前轴451500后轴10515098．231435．4注：轴载小于40KN的轴载作用不计。-53- a)计算累计当量轴次根据表设计规范，高速公路的设计基准期为30年，安全等级为一级，轮迹横向分布系数是0.17~0.22取0.22，，则：其交通量在中，故属重型交通。5.2.1方案一：普通混凝土面层厚度为25cm；，基层采用石灰粉煤灰稳定砂砾，厚18cm；垫层采用天然砂砾，厚15cm；。普通混凝土板的平面尺寸为宽3.75m，长5.0m。横缝为设传力杆的假缝，纵缝施工缝采用拉杆平缝形式。1.确定基层顶面当量回弹模量查表的土基回弹模量，石灰粉煤灰砂砾，天然砂砾设计弯拉强度：，结构层如下：计算基层顶面当量回弹模量如下：由则垫层顶面当量回弹模量为-53- 再由，根据其中由此，计算荷载应力时，基层顶面的计算回弹模量值为而计算温度应力时，基层顶面的计算回弹模量值为式中：——基层顶面的当量回弹模量，；——土基回弹模量，——基层和底基层或垫层的回弹模量，h——普通混凝土面层厚度——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，2.计算荷载疲劳应力由可得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计算为：3.温度疲劳应力IV区最大温度梯度取92℃／m)。-53- 普通混凝土面层的相对刚度半径计算为：板长5.0m,可查普通混凝土板厚。最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为：温度疲劳应力系数，由，查得再计算温度疲劳应力为检验初拟结构厚度0.95*5=4.75≤=4.8≤1.03*5=5.15所选普通混凝土面层厚度（25cm）可以承受设计基准期内荷载应和温度应力的综合疲劳作用。5.2.2方案二：普通混凝土面层公路自然区划：Ⅳ区公路等级：高速公路路基土质：粘质土路面宽度(m)：7.5初期标准轴载：1450交通量平均增长：6板块厚度(m)：0.29基层厚度(m)：0.18垫层厚度(m)：0.15板块宽度(m)：3.75-53- 板块长度(m)：5路基回弹模量：30基层回弹模量：1300垫层回弹模量：600纵缝形式：设拉杆平缝温度应力系数：3.75计算类型：普通水泥混凝土路面厚度计算根据规范，本道路的等级为高速公路，故设计基准期为30年，安全等级为一级。由规范，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取0.22。，交通量的年增长率为6%。按规范计算得到设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为：Ne=Ns*[(1+gr)^t-1]*365*η/gr=7031835次按规范可确定轴载等级为：重交通等级。混凝土面层厚度为29cm；，基层采用石灰煤渣基层厚18cm；垫层采用天然砂砾，厚15cm；。普通混凝土板的平面尺寸为宽3.75m，长5.0m。横缝为设传力杆的假缝，纵缝施工缝采用拉杆平缝形式。确定混凝土弯拉强度标准值fcm为：5Mpa，弯拉弹性模量为31000MPa。路基回弹模量选用：30MPa。基层回弹模量选用1300MPa。垫层回弹模量选用600MPa。按规范公式计算基层顶面当量回弹模量如下：Ex=(h1*h1*E1+h2*h2*E2)/(h1*h1+h2*h2)=1013(MPa)Dx=E1*h1^3/12+E2*h2^3/12+(h1+h2)^2/4*(1/(E1*h1)+1/(E2*h2)^(-1))=2.57(MN-m)hx=(12*Dx/Ex)^(1/3)=0.312(m)a=6.22*[1-1.51*(Ex/Ed)^(-0.45)]=4.293b=1-1.44*(Ex/E0)^(-0.55)=0.792Et=a*hx^b*E0*(Ec/Et)^(1/3)=165(MPa)计算标准轴载载临界处产生的荷载应力：σps=0.077*r^0.6h^(-2)=1.555(MPa)由于纵缝形式为设拉杆平缝故接缝传荷能力的应力折减系数为Kr=0.87。-53- 设计基准年内荷载应力的累计疲劳作用的疲劳应力系数计算为：kf=Ne^n=2.494306。确定偏载和动载等因素对路面疲劳影响的综合系数为kc=1.3计算荷载的疲劳应力为3.61(MPa)根据公路水泥混凝土路面设计规范《最大温度梯度标准值Tg》可确定最大温度梯度为92℃/m，温度应力系数Bx为0.56，计算混凝土板的翘曲应力为：σtm=σc*Ec*h*Tg*Bx/2=2.316(MPa)计算温度疲劳应力系数为：kt=fr/σtm*[a*(σtm/ct)^c-b]=0.531a,b,c为回归系数。计算温度疲劳应力为：σtr=kt*σtm=1.23Mpa本项目道路的安全等级为：一级，确定可靠度系数为1.33计算综合应力为：0.95fcm<ν(σpr+σtr)=4.844(MPa)<1.03fcm因此，所选的混凝土面板厚度能够满足设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用，5.2.3方案三：钢纤维混凝土面层公路自然区划：Ⅳ区公路等级：高速公路路基土质：粘质土路面宽度(m)：7.5初期标准轴载：1450交通量平均增长：6%板块厚度(m)：0.27基层厚度(m)：0.18垫层厚度(m)：0.15板块宽度(m)：3.75-53- 板块长度(m)：5路基回弹模量：30基层回弹模量：1300垫层回弹模量：600纵缝形式：设拉杆平缝根据规范，本道路的等级为高速公路，故设计基准期为30年，安全等级为一级。由规范中表《车辆轮迹横向分布系数》，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取0.22。，交通量的年增长率为6%。计算得到设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为：Ne=Ns*[(1+gr)^t-1]*365*η/gr=7031835次按规范可确定轴载等级为：重交通等级。初拟水泥混凝土路面厚度为：0.27m，基层选用石灰粉煤灰粒料，厚度为0.18m，垫层厚度为0.15m，为水泥稳定粒料。水泥混凝土面板长度为：5m，宽度为3.75m。纵缝为设拉杆平缝。混凝土弯拉强度标准值为：5Mpa，弯拉弹性模量为31000MPa。路基回弹模量选用：30MPa。基层回弹模量选用1300MPa。垫层回弹模量选用600MPa。计算基层顶面当量回弹模量如下：Ex=(h1*h1*E1+h2*h2*E2)/(h1*h1+h2*h2)=1013(MPa)Dx=E1*h1^3/12+E2*h2^3/12+(h1+h2)^2/4*(1/(E1*h1)+1/(E2*h2)^(-1))=2.57(MN-m)hx=(12*Dx/Ex)^(1/3)=0.312(m)a=6.22*[1-1.51*(Ex/Ed)^(-0.45)]=4.293b=1-1.44*(Ex/E0)^(-0.55)=0.792Et=a*hx^b*E0*(Ec/Et)^(1/3)=165(MPa)计算标准轴载载临界处产生的荷载应力：σps=0.077*r^0.6h^(-2)=1.2(MPa)由于纵缝形式为设拉杆平缝故接缝传荷能力的应力折减系数为Kr=0.87。设计基准年内荷载应力的累计疲劳作用的疲劳应力系数计算为：-53- kf=Ne^n=1.986372。确定偏载和动载等因素对路面疲劳影响的综合系数为kc=1.3计算荷载的疲劳应力3.784(MPa)查表，最大温度梯度为92℃/m，温度应力系数Bx为0.56。计算混凝土板的翘曲应力为：σtm=σc*Ec*h*Tg*Bx/2=2.156(MPa)计算温度疲劳应力系数为：kt=fr/σtm*[a*(σtm/ct)^c-b]=0.506a,b,c为回归系数计算温度疲劳应力为：σtr=kt*σtm=1.091MPa本项目道路的安全等级为：一级，确定可靠度系数为1.33计算综合应力为：0.95fcm<ν(σpr+σtr)=4.875(MPa)<1.03fcm因此，所选的混凝土面板厚度能够满足设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。在水泥路面结构中，考虑路线附近粉煤灰产量高，相比其他方案来说，采用普通混凝土面层25CM，石灰粉煤灰沙砾基层18CM，天然沙砾垫层15CM做为水泥混凝土路面结构方案，经济性较好。5.3方案比选对水泥砼路面和沥青砼路面两种方案比较如下表：表5.7路面结构比较比较项目沥青路面水泥砼路面使用寿命设计年限15年，可通过维修延长使用年限设计年限30年造价低稍高平坦性及震动噪音行车舒适、噪音和震动小产生接缝震动、噪音稍大明色性路面反光能力弱，视觉柔和-53- 路白光较强，视觉效果差施工性受环境因素影响小，施工进度快受外界影响大，养生期长，工期长抗变形能力及耐磨性材料选择不当时易产生车辙，耐磨性差，寒地易出现裂缝难以产生车辙变形，耐磨性强，基层压实度不均匀时易产生裂缝维修难易养护维修工艺简单维修规模大，复杂地下管线维修及增设便于地下管线维修与增设不便于管线维修、增设，路面不易恢复，费用高水泥混凝土路面的特点：它是一种刚度大；扩散荷载应力的能力强；稳定性好和使用寿命长的路面结构，和其他路面结构相比有以下优点：强度高，稳定性好，受水的漫入和气候温度等自然因素影响时，引起的强度变化小，耐久性好，养护维修费用小，抗滑性能好，有利于夜间行车等。沥青路面具有表面平整，无接缝，行车舒适耐磨振动小，噪音低，施工期短，养护维修简便，适宜于分期修建等优点。路面结构直接曝露在大气之中，沥青路面的动弹模量随温度的升高变化大，路基回弹模量随湿度的增长而急剧下降。，经两种路面结构的比较和当地自然环境的结合，加上高速公路的要求，最终选择沥青混凝土路面结构。而本公路所经路线的地质条件较好，地下水少，路基处于干燥状态，可以设垫层，且广西盛产水泥，附近须有大量的粉煤灰，因此综合考虑高速公路的要求，最终选择沥青路面结构方案二（沥青混凝土面层25cm水泥石灰稳定矿渣20cm石灰土稳定碎石25cm天然沙砾20cm）作为本设计的路面结构方案。-53- 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；2003[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]JTJ012-2002公路水泥混凝土路面设计规范[S]人民交通出版社；2002[5]JTJD50-2006公路沥青路面设计规范[S]北京，人民交通出版社；2006[6]JTJF10-2006公路路基施工技术规范[S]北京，人民交通出版社；2006[7]JTJ018-97公路排水设计规范[S]北京，人民交通出版社；1997[8]邓学均路基路面工程[M]北京，人民交通出版社；2002[9]JTGD63-2007公路桥涵地基与基础设计规范[S]人民交通出版社；2007[10]JTG/TD65-04-2007公路涵洞设计细则[S]北京，人民交通出版社；2007-53- 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