高速公路毕业设计说明书

'2013年摘要本设计为双向四车道，设计行车时速100公里，路线全长为2720.231m，路基宽度为26m，行车道宽度为4×3.75m，其中规划远景设计年限为20年。设计内容包括道路技术等级与技术标准论证、道路方案设计、指定路段技术设计等。选线与定线是根据交通量确定道路等级，在地形图上确定三条备选路线，通过三个方案主要指标进行比选，确定最优方案。平面设计按照书中要求选定路线的各种技术指标，计算平曲线参数，确定线形。纵断面设计主要考虑纵坡在满足书中和规范上各规定的情况下，尽量使填挖趋于平衡，利于排水和行车舒适，计算竖曲线要素。横断面设计中考虑排水和行车安全稳定等因素确定道路的横断面形式。路基设计主要进行确定压实标准、路基高度、边坡形状、坡度、路基排水等设计。公路边坡防护采用合理设计坡比，设置浆砌片石护面墙、喷浆护坡、挡土墙等进行加固，水土流失防治效果较好。公路沿线设置了完善的排水系统，如边沟、排水沟、截水沟等，将地表径流引入自然溪沟或通过涵洞排出。路面采用沥青路面设计，三层体系。本设计使用了纬地道路设计软件出图，效率高，避免了人力资源的浪费。关键词：沥青路面；路线；横断面；纵断面；挡土墙。29 2013年AbstractThisdesignisfour-lanetwo-way,designtrafficspeedof100km,theroadlength2720.231m,subgradewidthof26m,thecarriagewaywidthof4×3.75m,amongthemplantodesignservicelifeas20yearsindistantview.Designthecontentandincludetheindustrialgradeoftheroadandproof,roadconceptualdesign,appointingthetechnicaldesignofhighwaysectionandspecialtopictobedesignedofthetechnicalstandard.Routeselectionandalignmentdeterminedinaccordancewiththeroadtrafficlevels,thetopographicmaptodeterminethethreealternativeroutes,throughthreemainindicatorsoftheprogramthantheelection,determinethebestoption.Graphicdesignrequirementsinaccordancewiththeselectedbooklineoftechnicalindicators,calculateflatcurveparameters,determinethelinear;ProfileDesignmajorconsiderationlongitudinalandspecificationtomeettheprovisionsofthebookwhere,asfaraspossiblesothattendstobalancecutandfill,drainageandroadcomfortconducivetocalculateverticalcurveelements.Cross-sectionaldesignofthedrainageandroadsecurityandstabilityintoaccountsuchfactorsdeterminetheformofroadcross-section.Foundationprimarilydesignedtodeterminethecompactionstandards,embankmentheight,slopeshape,slope,embankmentanddrainagedesign.HighwaySlopeProtectionreasonablethantheslopedesign,madeofmortarandstonessetretainingwall,sprayPitchingandreinforceretainingwalls,Controlsoilerosionbetter.Theroadhasalongtherouteestablishedtheperfectdrainagesystem,likesideditches,drains,ditchesclosed,andsoon，totheintroductionofsurfacerunofforthroughnaturalGullydischargeculvert.Pavementusedasphaltpavementdesign,thethree-tiersystem.ThisdesignusedHintroaddesignsoftwaretoleavethechart,highefficiency,avoidingthewasteofhumanresourcesKeywords:AsphaltPavement;Line;Crosssection;Verticalsection;Retainingwalls.29 2013年目录0绪论11工程概况11.1地质气候条件及材料11.2设计原始资料12道路路线设计22.1道路方案设计32.2指定路段技术设计33路基结构设计93.1横断面设计93.2路基边坡坡度103.3挖填结合路堤103.4路基防护结构物设计103.5挡土墙设计113.6土石方调配174路面结构设计174.1确定自然区划和路基潮湿类型及土基回弹模量174.2交通量、轴载分析184.3选择路面结构形式204.4按容许弯沉计算路面厚度204.5验算沥青混凝土面层底面的弯拉应力214.6验算石灰粉煤灰碎砾石基层底面弯拉应力225综合排水设计245.1边沟245.2截水沟255.3排水沟276技术经济分析277总结27鸣谢2829 2013年参考文献29附件1：直线曲线及转角表附件2：逐桩坐标表附件3：路基设计表附件4：路基土石方数量表附件5：路基超高加宽表29 2013年万开高速公路施工图设计学生：指导教师：0绪论高速公路能够提高车速，使车辆快速流通，缩短物资交流周期，使人民群众生活、工作快速、高效、便利，同时也是一个国家综合实力的体现。由于国民经济的发展和路网完善的需求，高速公路逐步进入山区。高速公路由于其线形指标高，工程艰巨，投资巨大，对自然环境的破坏也非常严重。随着环境保护理念的日益深入人心，对于山区高速公路的勘察设计、施工运营等方面的环保要求也越来越高。山区公路环境载体主要是自然环境，也是地质环境。一般山区地形地质条件复杂，地质环境脆弱，地质灾害多发，高速公路的建设难免会出现挖坡、填沟、打洞（隧道），对地质环境造成严重破坏，处理不好还会诱发和加剧各种地质灾害，增加公路建设投资，影响工期，甚至给运营阶段带来严重的安全隐患。因此山区高速公路的环保主要是地质环境的保护和地质灾害的防治。本设计着重以山区高速公路的景观设计为主线，落实公路建设中的可持续发展战略，突出体现山区公路的环境保护工作。1工程概况万开高速公路起于开县新县城，止于万州李家坪，是通往重庆东北部地区、连接开县、城口及四川东部等地区的重要通道，全线长29.3公里，设计为全封闭、全立交、全部控制出入，双向4车道。它西接正在建设中的万宜高速公路，经云阳、巫山直达湖北宜昌；东过开县经城口北上陕西，比原开县至万州公路里程缩短了近29公里。万开高速公路通车后，开县到重庆将不再绕道四川开江，而改走万开高速至万州李家坪，经渝宜高速直达重庆，全程270公里，车程将缩短为3小时左右。它的顺利建成，将极大地拉近万州至开县的距离，拓展万州与渝、川、陕边区经济圈的连接，充实万州水陆空立体交通网络骨架。。1.1地质气候条件及材料按照《公路自然区划图》（JTJ003-86），本设计属于Ⅲ3区。沿线地形复杂，高差起伏大，路线布设主要受纵坡控制。该地属温带大陆气候。本项目区主要处于山岭重丘陵区及山间，需路基填料，及开挖方纵向调配为主，不足部分就近设取土坑解决。路基设计保证路床处于干燥状态，土质为低液限粘土。1.2设计原始资料（1）本段公路沿线1/2000地形图一份。（2）设计任务书一份。29 2013年（3）规划远景设计年限为20年。交通量计算资料：表1-1预测交通量表（Pcu/d）年度20132016202120262033交通量1258615553211792659534786年增长率(％)7.316.374.663.912道路路线设计交通量计算资料：表2-1交通量计算表年度20132016202120262033交通量1258615553211792659534786年增长率(％)7.316.374.663.91根据资料：年平均增长率=5.56%，设计年限平均日交通量：Nd=No(1+r)n-1=12586(1+5.56%)19=35186.5(辆/日)，根据规范年平均日交通量在25000-55000（辆/日）可确定为高速路。确定道路技术指标该地区位于山岭区，根据《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）确定道路技术指标如下表：表2-2主要技术指标表项目名称单位指标值备注公路等级高速公路双向4车道计算行车速度（Km/h）100路基宽度(m)26平曲线极限最小半径(m)400平曲线一般最小半径(m)700行车视距(m)160不设超高平曲线最小半径(m)400最大纵坡(%)4最小纵坡长度(m)300凸型竖曲线一般最小半径(m)10000凹型竖曲线一般最小半径(m)4500竖曲线最小长度(m)80路基设计洪水频率1/100地震基本烈度度Ⅶ注：主要执行的标准和规范如下：《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）；《公路路线设计规范》（JTGD20-2006）；《公路路基设计规范》（JTG29 2013年D30-2004）；《公路沥青路面设计规范》（JTJ014-97）；《公路排水设计规范》（JTJ018-96）等。2.1道路方案设计公路工程是一项系统工程，是路线、路基、路面、防护排水、桥涵、隧道、交叉工程、沿线设施、水文、地质、环境保护、水土保持、施工环境、养护等多专业为一体的综合体系，公路设计应综合处理好各专业的关系，合理掌握公路的建设规模与技术标准及全线技术指标的总体运用，注重平、纵、横三个方面组合而成的立体线形，尽力做到线形连续、视线良好，与沿线自然环境、地形、地物、不良地质、规划、文物、军事等设施总体协调适应，减少拆迁、少占耕地，充分论证环境敏感点及水土保持工作。应事先考虑好取弃地的位置，采取积极有效的治理防护措施，将环境保护、水土保持工作与公路设计紧密结合。2.2指定路段技术设计2.2.1路线设计路线平面设计定导向线a.定导向线(1)在大比例尺地形图上，仔细研究路线布局阶段选定的控制点的地形，在选线的时候尽量避免这些点。还有图形上的地质情况，选择有利的地形，如平缓、顺直的山坡，开阔的侧沟，利于回头的地点等，拟定路线各种可能的走法。(2)根据等高线的距离h=2m及选用的平均纵坡i均（5.0%-5.5%视地形的曲折程度而定）。在本设计中取5.0%，根据式a=h/i均计算出等高线之间的平均a=2cm，然后用圆规量取a=2cm的距离（与比例尺地形图相同）。从起点开始按拟定走法在等高线上依次截取a，b，c等点，如最后一点位置和标高均接近另一固定点时，说明此方案成立，否则，修改走法或调整i均重试方案直至路线符合要求。(3)连接各点，分析研究形成的折线在利用地形和避让地物，以及工程艰巨情况，选择应该穿过或避让的中间点作为控制点。b.修正导线平面试线导向线是一条折线，还应该根据技术标准的要求综合坡度变化情况，确定必须通过的点，做修正导向线。然后用以点连接，以线穿点的方法定出平面设线，反复设线最后定出交点。为了使路线更为经济合理，而当地的地形条件很复杂，因此在平面试线的基础上附加敷设曲线或是隧道，确定中桩位置。做出纵、横断面，然后在横断面上用透明模板确定路基中线的最佳位置。连接这些点，做出二次导线，再进一步根据二次导向线对路线局部进行修改，最后定出线位。29 2013年本段道路设计涉及季节性问题，通过对地形图的地形地势分析，决定根据清晰的山脉水系来确定山区公路走向。河谷地形就狭小，地质条件好，填挖方及其它工程量也不大。但同时要考虑到越岭线的布线要点，主要问题是克服高差，布线时，应以纵面为主导安排路线，结合平面线形和路基的横向布置进行。穿过垭口时，在可能通过的垭口中根据其标高、位置、两侧地形、地质条件和气候条件反复比较确定。路线过岭时采用隧道通过，如挖方高度超过20米以上时，也考虑隧道。通过地形对特点的考虑，在选线位置的附近有水库，这就需要考虑泄洪，需架桥。这些问题往往是相互影响的，紧密联系在一起的，选线是要抓住主要矛盾，结合路线的性质，等级标准，因地制宜去解决。2.2.2平面线形设计平面线形要素组合，是对修正后的导向线依次在各交点进行局部平曲线设计。基本线形按“直线—回旋线—圆曲线—回旋线—直线”的顺序组合。本设计均采用此种组合类型。基本型中的回旋线参数以及圆曲线长度均应符合有关规定。两回旋线可以相等，也可以根据地形条件设计成不相等的非对称型线形。从线形的协调看，宜将曲线中的α>2β0。平曲线要素计算：根据地形、地貌条件以及有关规定，首先定出缓和曲线长度和圆曲线半径小，再根据路线设计手册中有关平曲线要素计算公式，可求得平曲线各要素值，公式如下：（2-1）（2-2）（2-3）（2-4）（2-5）（2-6）式中：q——缓和曲线切线增值，(m)；p——设缓和曲线后，主圆曲线的内移值，(m)；β0——缓和曲线终点处的缓和曲线角；（）T——切线长，(m)；L——曲线长，指曲线的起点至终点之间的弧线长度，(m)；E——外距，指交点至曲线中点的距离，(m)；J——校正值，(m)。JD1α=103°50′18.7″R=700mL=600m29 2013年同理计算其它交点如下表：表2-3曲线要素表R(m)α(°)Ls(m)q(m)P(m)β0(°)T(m)E(m)L(m)JD1700103.8°600298.1621.4324.561218.70617.251868.627注：平曲线设计成果详见“附表1直线、曲线及转角表”2.2.3纵断面设计(1)纵坡设计的一般要求为：①纵坡设计必须满足《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）的各项规定。②为保证车辆能以一定速度安全顺适地行驶，纵坡应有一定的平顺性，起伏不宜过大和过于频繁。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缓坡。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。④一般情况下纵坡设计应考虑填挖平衡，尽量使挖方运作就近路段填方，以减少借方，降低造价。⑤在山岭重丘区，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。⑥对连接段纵坡，如大、中桥引道及隧道两端接线等，纵坡应和缓、避免产生突变。(2)最大纵坡的要求：各级道路允许的最大纵坡是根据汽车的动力特征、道路等级、自然条件以及工程、运营经济等因素，通过综合分析，全面考虑，合理确定的。根据我国《公路工程技术标准》JTGB01-2003的规定，在平原微丘区建高速公路最大纵坡为4%，如受地形条件或其它特殊情况限制时，经技术经济论证合理，最大纵坡可增加1%。(3)最小纵坡的要求：为使道路上行车快速、安全和通畅，希望道路纵坡设计的小一些好。但是，在长路堑、低填以及其它横向排水不通畅地段，为保证排水要求，防止积水渗入路基而影响其稳定性，均应设置不大于0.4%的最小纵坡，一般情况下以不大于0.4%为宜。当必须设计平坡或纵坡小于0.4%时，边沟应作纵向排水设计。(4)坡长的限制：汽车在纵坡上行驶时存在一个稳定车速，与之相对应的有一个稳定的坡长，从运行质量看，纵坡长度不宜超过稳定坡长。因此对纵坡的长度有一定的限制：根据我国《公路工程技术标准》29 2013年JTGB01-2003的规定，平原微丘区高速公路的最短坡长为300m，最大坡长为和自己的坡度有关每增长一个百分点，坡长增加200m，如坡度为3%最大坡长为1100m。竖曲线要素计算公式：（2-7）（2-8）（2-9）式中：L——竖曲线长度，(m)；R——竖曲线半径，(m)；——坡差，其值（%）；T——竖曲线切线长，(m)；E——竖曲线外距，(m)。(5)纵断面设计过程如下：①准备工作：利用纬地软件输入数据得出结果。②标注控制点。③试坡：在已经标出的“控制点”、“经济点”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，照顾多数“经济点”的原则，在这些点位间进行穿插取值，试定出若干直坡线。④调整：调整的方法是对初拟订的坡度线平抬、平降、延伸、缩短或改变坡度值。⑤核对。⑥定坡：经调整核对无误后，逐段把直坡线的坡度值、变坡点桩号和标高确定下来。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，计算竖曲线要素。以竖曲线1来说明竖曲线计算方法：设R=25000m，ω==0.4733%-(-1.0887%)=1.562%曲线长L=R×=25000×0.0156=390.49m切线长T=L/2=390.49/2=195.25m，外距2.2.4超高和加宽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，本段公路采用绕中央分隔带中线旋转的方式。对于R>250m的圆曲线，由于其加宽值过小，可以不加宽。本设计中圆曲线半径均大于250m，故不设计曲线加宽。29 2013年JD1处超高设计（本公路采用绕中央分隔带边缘旋转的方式）R=700mLS=600mih=10%iG=5%ij=6%取LC=100mB=7.5mbx=0超高缓和段至起点距离x=10m外侧C点处超高h=(b1+B+b2)ix=-0.32mD点超高0内侧D点超高C点处超高h´=－（b1+b2+bx+B）ix=-0.1125m超高缓和段至起点距离x=20m外侧=-0.004C点处超高h=(b1+B+b2)ix=-0.045mD点超高0内侧D点超高；C点处超高h´=－（b1+b2+bx+B）ix=-0.405m表2-4超高计算表桩号xK0+151.96710-0.035-0.320.055-0.1125K0+161.96720-0.004-0.0450.036-0.405K0+171.967300.0160.1800.0040.045K0+181.967400.0280.3150.052-0.585K0+191.967500.0400.4500.060-0.675K0+201.967600.0520.5850.068-0.765K0+211.967700.0640.7200.076-0.855K0+221.967800.0730.8220.087-0.978K0+231.967900.0870.9740.093-1.051K0+241.9671000.1001.1250.100-1.125K0+251.9671100.1151.2940.105-1.181K0+261.9671200.1301.4620.110-1.23829 2013年2.2.5视距计算道路设计中，要注意路线内侧是否有树林、房屋、边坡等阻碍司机的视线，这种处于隐蔽地段的弯道成为“暗弯”。“暗弯”需要进行视距检查，若不能保证最短视距，加宽中间带、加宽路肩或将构造物后移等措施处理；若因挖方边坡妨碍视线，则按所需净距绘制视距曲线开挖视距台。最大横净距的计算；图中阴影部分是阻碍司机视线的范围，范围以内的障碍物都应加以清除。H为内侧车道上汽车应保证的横净距。假设驾驶员的视线距离路面1.2m驾驶员座位距未加宽是路面内边缘的水平距离为1.5m。检查平面视距时应以视点为起算点。车辆在弯道上行使是视点的运动轨迹半径为：（2-10）式中：R—弯道圆半径曲线,（m）；B—弯道路面宽度,(m）对平面视距的检查，首先应计算出保证设计所需要的最大横净距h,其次是计算实际条件下所提供的能通视的横净距h0，若h<=h0，设计视距可以得到保证，若h>h0，则应清除障碍物，以满足h<=h0的要求。最大横净距h，应根据是否设置缓和曲线以及曲线长度是否大于视距长度等条件分别进行。图2-1横净距计算图LShαRγ图2-2横净距计算图则h0=1.5+3.75+0.8+0.6+0.8+1.2×0.75=8.35m29 2013年本设计中停车视距不得小于160m（设回旋曲线）,取180m(1)（如右图）满足要求。2.2.6逐桩坐标表高等级公路的线性指标高，表现在平面上是圆曲线半径较大，缓和曲线较长，在测设和放样时须采用坐标法，方能保证其测量精度。本段采用高斯投影3度带平面直角坐标系统。逐桩坐标是指各中桩的坐标，其计算和测量的方法是按从整体到局部的原则进行的，步骤如下：(1)根据资料所获得的导线点坐标计算交点坐标，纸上定线的交点坐标可以在图纸上量取，而直接定线的交点坐标用全站仪测量也可以很方便的获得。(2)先计算直线和曲线主要点中桩坐标，然后计算缓和曲线、圆曲线上每一中桩的坐标。(3)将计算结果列表，见附表2“逐桩坐标表”3路基结构设计公路路基是路面的基础，它承受着本身岩土自重和路面的重量，以及由路面传来的行车荷载，所以路基是公路的承重主体。为了保证路基的强度与稳定性，使路基在外界因素作用下不致产生超过允许值的变形，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，路基的防护与加固，以及与路基工程直接相关的其他设施。如：弃土堆、护坡道取、土坑碎落台等。3.1横断面设计该路段的横幅布置类型为双向四车道，路肩不加宽，设4.50m宽中间带。行车道两边硬路肩宽度为2.75m，土路肩宽度为0.75m。本公路采用沥青混凝土路面。路面横坡2%，路肩横坡度为3%。路基设计表见“附表3：路基设计表”。3.2路基边坡坡度路基边坡坡度，是路基设计的基本任务。确定路基边坡坡度，对于路基稳定和横断面经济至关重要，下面是本道路路堑、路堤边坡具体设计。3.2.1路堑边坡由于设计的道路挖方较多，由此需要开挖路堑。路堑开挖破坏了原地层的天然平衡状态，特别是深路堑边坡稳定性较低。从边坡的稳定性需要出发。通常是边坡越缓，稳定性越高。但是亦非尽然。对于风化严重的某些软弱岩性变坡，如果坡面越缓，坡面与大气基础面积越大，风化程度随之加剧。29 2013年本段公路水文状况对路堑的影响较大，地质条件越差，水文破坏作用越明显，因此路堑的排水至为重要。路堑必须设置边沟，以排除边坡和路基表面的降水。边沟的排水要求具有合适的边坡，为此对于较长的路堑地段，除不宜设置纵向水平纵坡，或超过边沟允许水流冲刷的较大纵坡必须设置平坡或陡坡时，边沟也要进行特别处理。3.2.2路堤边坡本设计中，路段填方不大。采用的是梯形边坡，阶梯形是在中间设置防护平台，平台上下段边坡斜度，路肩边缘设置土埂与护栏，边坡适当防护与加固。原地面倾斜的全填路堤，当倾斜度陡于1:5时，将原地面挖成台阶，台阶宽度等于或大于1m，向内侧倾斜1%--2%,或将原地面凿毛，原地面倾斜陡于1:2，则宜设置石砌护脚等横断面形式。倾斜地面的填方上方坡脚，采取措施阻止地面水渗入路堤内，保证路堤不致沿缘地面向下滑动。石砌护脚等还同时起着减少填方数量和压缩路基占地宽度的作用。在岩石地段的半填半挖路基或跨越深沟的路堤可利用挖方路基的石料进行填筑。沿河路段填方较大，可在对面山坡挖土，兼拓宽河道。当石料不足时，亦可在路基外部积石，内部填土。但填石部分的接合面应设反滤层，以防止填土流失，影响路基稳定。填石边坡的外层，一般应选用坚硬而未风化的石料填筑，必要时进行排砌，以增强稳定性。较陡山坡上的半填半挖路基，由于填方不大，但山坡伸出较远不易填筑时，可以修筑护肩，护肩应用当地不易风化的片石砌筑，护肩的内外坡面均直立，基底面以内以1:5向内。3.3挖填结合路堤当填方部分的地面横坡陡于1:5，石质应该挖台阶或凿毛；挖方部分应设边沟或同时设置截水沟。挖方边坡如陡峭，坡面岩石性质较差或有其他地质不良现象，设置上方山坡挡土墙，以支撑边坡不致滑动，减缓边坡坡度。如果坡面为易风化的岩石，在日晒雨淋及温差干湿循环作用下，将产生坡面剥落或水落现象，零碎土石不断落下，堵塞边沟时，坡面需要防护，在挖方坡角处设置高度为1米左右的挡土墙，顶宽适当放大，兼起碎落台作用，定期予以清理。为保护路基边坡稳定性，设置护坡道。3.4路基防护结构物设计由于本道路处于山岭重丘区，地势比较平坦，但因为地理环境的不同及雨雪天气的影响，土质也会发生变化，为了确保路基的强度和稳定性，特设计路基的防护措施如下：3.4.1路基防护结构物设计对于岩石表面易风化，但是较完整，尚未剥落的新断面，用石灰炉渣混合浆、三合土、四合土等抹面。3.4.2喷浆施工防护对于易风化而坡面不平整的岩石挖方边坡，厚度一般为20cm，用水泥、石灰、河砂及水，按照1:1:6:3配合，喷浆前后的处治，与抹面相同。3.4.3冲刷防护采用草皮防护（采用台阶式叠加砌），草皮割成块状的草皮砖，尺寸为25cm×29 2013年40cm，厚8cm。在坡脚下的基础部分铺草皮3层，伸出坡脚以外的宽度视情况而定，但不小于1.0m。为了使草皮与边坡牢固结合，可用柳枝尖或木尖桩将草皮砖钉住。3.5挡土墙设计由于该路段所处地形山岭重丘区，因此填方路基防护与加固绝大部分采用路堤两边设置挡土墙也是必要的，主要采用重力式路堤挡土墙和重力式路肩挡土墙。由于公路沿线挡土墙设置较多，不能一一计算，因此选取其中有代表性的进行详细设计。3.5.1俯斜式挡土墙的设计计算(1)设计资料①设计荷载：汽——20级。验证荷载：挂车——120；②填料：墙后填土容重γ=18KN/m3，计算内摩擦角ψ=35°(α2=14.04°)；③地基：地基容许承载力[α0]=800KPa；④基地摩擦系数：f1=0.8；⑤地基与墙被的摩擦角δ=ψ/2=17.5°；⑥采用片石重力式路堤墙，墙高5m,填土高度2m，填土边坡1:1.5；⑦墙身材料：25号块石，2.5号水泥砂浆，砌体容重γk=18.5KN/m3；[σl]=60KPa[σa]=600KPa[σj]=50KPa[σwl]=80KPa；基底内摩擦系数f2=0.8墙身分段长度10m。(2)挡土墙布置挡土墙布置，通常在路基横断面图和墙趾纵断面图上进行。布置包括：①挡土墙位置选定：路堑挡土墙大多数设在边沟，山坡挡土墙应考虑设在基础可靠处，墙的高度应保证墙后墙顶以上边坡稳定；②挡土墙的纵向布置；确定挡土墙的起讫点和墙长，选择挡土墙与路基或其他结构物的衔接。按地基和地形情况，确定伸缩缝与沉降缝的位置。布置各段挡土墙的基础，不知泄水孔的位置，包括数量、间隔和尺寸等。③挡土墙横向布置：选择在墙高最大处、墙身断面或基础形式有异变处，以及其他必须桩号处的横断面图上进行。④平面布置：对于个别复杂的挡土墙应做平面布置。(3)挡土墙计算简图：29 2013年图3-1挡土墙计算简图。(4)挡土墙荷载计算①计算主动土压力Ea，汽——20级换算等代土层厚度得A.墙身截面验算(取上下墙交界处截面进行验算)计算荷载：汽——20级a.求破裂面假设破裂面交于荷载内，则按规范公式计算a=2mb=3md=0.5mH1=4m=0.018=ψ＋α＋δ＝35°＋14.02°＋17.5°=66.52°=0.64θ=32.790H1tgα＋(H1＋a＋h0)tgθ=5×0.25＋(5＋2＋0.56)×0.64=6.09所以假设成立，破裂面交于荷载内。B.计算土压力及其力矩29 2013年h2=H1－h1－h3=5―1.93―0.506=2.564m=1.748=1.79验算荷载：挂车——120计算方法及公式同计算荷载在规范规定中挂车——120等代土层厚度为0.8m，从安全角度考虑取等代土厚度h0=1.1m,d=1.0m，计算结果如下θ=32.790K=0.341h1=1.12K1=1.25Ea=139.63Ex=119.03Ey=72.99Zy=1.74Zx=1.82比较结果可知，验算荷载压力较大。由于基底摩擦角系数较小f=0.5，估计为滑动控制，故先用挂车——120的土压力计算C.墙身自重计算墙身自重：力臂：D.墙身截面强度验算a.法向应力验算29 2013年=1.125－0.26=0.76m所以应力重分布基低最大应力计算：因<[]所以法向应力验算满足要求b.剪应力验算截面上的剪应力为所以截面上不产生剪应力。②墙体稳定性验算A.求破裂角θ假设破裂面交于荷载内，则按规范公式计算a=2mb=3md=1mh0=1.1mH=5+0.9+0.68=6.58m因为Φ=ψ＋α＋δ＝35°＋14.02°＋17.5°=66.52°=0.71θ=35.370H1tgα＋(H1＋a＋h0)tgθ=6.58×0.25＋(6.58＋2＋1.1)×0.71=8.52m＞b＋d=4m所以假设成立，破裂面交于荷载内。B.计算土压力及其力矩29 2013年h2=H1－h1－h3=6.58―1.04―1.16=3.62m=2.17C.墙身自重墙体自重W及其力臂Zw计算见下表表3-1墙体自重及其力臂计算表体积V(m3)重量W(KN)力臂Zw(m)==8.13=a=1b=2.25m=0=0.85Zw1=0.85＋0.4=1.25==2.66=61.17a=B2+B4=2.65b=3.225m=0=1.48Zw2=1.4829 2013年==1.17=26.82=Zw3=2.17∑V=11.96∑W=274.87所以Mw=∑WiZwi=186.88×1.25＋61.17×1.48＋26.82×2.17＝382.33KN/mD.墙体稳定性验算抗滑稳定性验算为倾斜基低因为tgα0=0.2，则α0=11.31°=1.72>1.3抗滑满足要求③抗倾覆稳定性验算=抗倾覆满足要求④合力偏心距和基底应力验算=1.63-0.68=0.95所以基地压应力重新分布29 2013年所以地基承载力满足要求。3.6土石方调配土石方调配的目的就是为了确定填方用土的来源，挖方弃土的去向，以及计价土石方的数量和运量。通过调配合理地解决各路段土石方平衡与利用问题。使从路堑挖出的土石方，在经济合理的调运条件下移作填方，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。本段公路处于重丘区，挖填方不算大。因此合理的土石方调配是公路施工合理经济的重要保证。土石方调配的一般要求:1.尽可能的少挖多填以减少废方和弃方。2.用合理的经济运距，达到运距最短。3.废方要妥善处理。一般不占或少占耕地。4.路基填方如需借土，应结合地形、农田排灌情况选择借土地点。5.不同性质的土石应分别调运，以做到分层填筑。6.土石方集中的路段，因开挖、运输的施工方案与一般路段不同，可单独调配[8]。针对本设计填土一部分为上游路段挖弃土，一部分为当地取土。调配方法:填方=本桩利用+填缺挖方=本桩利用+挖余借方=填缺-远运利用废方=挖余-远运利用全线总的调运量复核:挖方+借方=填方+废方根据土石方具体调配原则进行合理调配，具体的调配方案见“附表4：路基土石方数量表”。4路面结构设计4.1确定自然区划和路基潮湿类型及土基回弹模量按照《公路自然区划图》（JTJ003-86）本项目属于V3区，查《柔性路面设计规范》（JTJ014-86）附录六路基临界高度参考值可知Ⅲ3区为粘性土，处于干燥状态，取土的稠度，查《路基路面工程》（JTGD30-2004）表14-9得土基回弹。4.2交通量、轴载分析(1)预测交通量29 2013年表4-1车型比例表（2012年预测结果）车型大型客车小型客车小型货车中型货车大型货车拖挂车及集装箱车型比例（%）15.2224.5412.8716.0817.6913.60表4-2车型资料表车型前轴重KN后轴重KN后轴数轮组轴间距m小型客车8161双2.60小型货车8.3316.671双2.75中型货车22.7069.301双3.95大型客车44.3388.671双5.17大型货车49.00101.601双4.00拖挂车及集装箱92.00184.001四3.50注：路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴。(2)以设计弯沉值为标准验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次①轴载换算轴载换算采用计算公式，计算结果如表4-3：表4-3轴载换算结果表（弯沉）车型（KN）（次/日）大型客车前轴44.3311175550.98后轴88.671117551040.17拖挂车及集装箱前轴92.001117591223.89后轴184.000.38117599484.37大型货车前轴49.00112289102.80后轴101.601122892452.64中型货车前轴22.701120073.17后轴69.30112007407.1314765.15注：轴载小于25KN的轴载作用不计算（红星牌HX621、北京BJ1215均小于25KN）②累计当量轴次29 2013年根据设计规范，高速公路沥青路面设计年限取20年，四车道的车道系数是0.4～0.5，取0.45。累计当量轴次：=.78（次）(3)验算半刚性基层层底拉应力集中的累计当量轴次①轴载换算验算半刚性基层层底拉应力的轴载换算公式为：，计算结果如表所示：表4-4轴载换算结果表（半刚性基层层底拉应力）车型（KN）（次/日）金龙XMQ6110后轴88.67111755670.64汉阳HY958K前轴92.00111759902.75后轴184.000.091175920799.41黄河JN150后轴101.601122892598.94东风EQ140后轴69.30112007106.7625078.5注：轴载小于50KN的轴载作用不计算②累计当量轴次根据设计规范，高速公路沥青路面设计年限取20年，四车道的车道系数是0.4～0.5，取0.45。累计当量轴次：=.9375（次）4.3选择路面结构形式由上面的计算得到设计年限内一个行车道的累计标准轴次约为3000万次。根据规范推荐结构，并考虑到公路沿途有大量粉煤灰、消石灰及中粗砂供应，初步拟定各层厚度、抗弯拉模量、抗回弹模量和极限抗弯拉强度如表所示。29 2013年表4-5各层厚度、抗弯拉模量、抗回弹模量和极限抗弯拉强度表层次材料名称各层厚度（cm）回弹模量弯拉模量极限抗弯拉强度1中粒式沥青混凝土6120015001.52粗粒式沥青混凝土8120015001.53贯入式88004石灰粉煤灰碎砾石13150018000.55石灰土155506土基544.4按容许弯沉计算路面厚度(1)计算容许弯沉：(2)计算石灰粉煤灰碎砾石基层厚度①计算综合修正系数F：②计算理论弯沉系数：③计算基层厚度这是一个六层体系，求算某基层厚度时，须先把所拟定的结构换算成当量三层体系，求出其中层厚度H（如图），然后再求出h4。(连续)E2=800MPaH=10.65cm（连续）E1=1200MPah=14cmE0=37.5MPa(b)当量三层体系E1=1200MPah1=6cmE2=1200MPah2=8cmE3=800MPah3=8cmE4=1500MPah4=20cmE5=550MPah5=15cm土基(a2)实际路面结构E0=54MPa中粒式沥青混凝土h1=6cm粗粒式沥青混凝土h2=8cm沥青贯入式h3=8cm石灰粉煤灰碎石h4=20cm石灰土h5=15cm土基(a1)实际路面结构29 2013年图4-1多层结构当量换算求H：（弯沉等效换算法）由于h1、h2分别为中粒式和粗粒式沥青混凝土，这两层基本上是连续施工，所以可视为连续接触，在本计算中为h=6+8=14cm。，，查诺模图得由，查诺模图得由于由，，查诺模图得求：取4.5验算沥青混凝土面层底面的弯拉应力(1)先把六层体系换算为当量三层体系如前所述，在这里还是把h1和h2加起来作为当量三层体系的上层厚度h,其模量用弯拉摸量，其余各层仍用抗压模量。(2)计算当量三层体系上层底面最大弯拉应力由于第三层是贯入式，但在施工中，其上粗粒式沥青混凝土及时摊铺有困难，按上中层滑动，中下连续体系计算。29 2013年(连续)E2=800MPaH=10.65cm（连续）E1=1500MPah=14cmE0=37.5MPa土基(a)实际路面结构(b)当量三层体系图4-2多层结构当量换算E1=1500MPah1=6cmE2=1500MPah2=8cmE3=800MPah3=8cmE4=1500MPah4=20cmE5=550MPah5=15cmE0=54MPa由，，查诺模图得由，，查诺模图得由，，，查诺模图得(3)计算沥青混凝土面层底面容许弯拉应力，满足要求。4.6验算石灰粉煤灰碎砾石基层底面弯拉应力(1)先把六层体系换算成三层体系。由于第四层是计算层，按前述规定，计算层及计算层以上的层次均采用弯拉模量，各层结构模量如图：E0=54MPaE5=550MPah5=15cmE4=1500MPah4=20cmE3=800MPah3=8cmE2=1500MPah2=8cmE1=1500MPah1=6cm(b)当量三层体系(a)实际路面结构土基E0=54MPa（连续）E1=1500MPah=18cm(连续)E2=800MPaH=h5=15cm29 2013年图4-3多层结构当量换算换算时，第四层厚度和模量不变，把第一、二、三层换算为模量等于E4的当量层再加上第四层本身的厚度成为当量三层体系的上层。(2)计算第四层底面弯拉应力由于以把换算成当量体系，所以计算六层体系第四层底面的弯拉应力在这里就变成计算当量三层体系底面的弯拉应力。由，，查诺模图得由，，，查诺模图得由，，，查诺模图得(3)验算石灰粉煤灰碎砾石基层底面的容许拉应力满足要求上述设计结果满足设计要求。5综合排水设计为了预防在雨季来临时雨水对道路的危害。因此排水设施必不可少。设置的排水设施主要有：边沟、截水沟、涵洞等。路基的强度和稳定性与水的关系十分密切。路基的病害有多种，形成病害的原因亦很多，但水的作用是主要因素之一，因此，路基设计、施工和养护中，必须十分重视路基排水工程。29 2013年路基设计时，必须将影响路基稳定性的地面水排除和拦截在路基用地范围以外，并防止地面漫流、滞积或下渗。对影响路基稳定性的地下水，则应予以隔断、疏干、降低，并引到路基范围以外适当的地点。路基排水设计一般原则：1.排水设计要因地制宜、全面规划、因势利导、综合整治、讲究实效、注意经济，充分利用有利地形和自然水系。2.各种路基排水沟渠的设置，应注意与农田水利相配合，必要时可适当增设涵管或加大涵管孔径，以防农业用水影响路基的稳定性，并做到路基排水有利于农田灌溉。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，地面排水与地下排水相配合，各种排水沟渠的平面布置与竖向布置相配合，做到综合整治，分期修建。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和加固工程。5.路基排水要结合当地水文条件和道路等级等具体情况，注意就地取材，以防为主，既要稳固适用，有必须讲究经济效益。5.1边沟设在挖方路基的路肩外侧或路堤的坡角外侧，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。边沟的纵坡与路线纵坡一致。本设计中，在路堑和矮路堤处设置双面边沟，高路堤处设置单面边沟（在迎水坡），边沟形式采用梯形边沟。边沟的深度及底宽为0.6m。边沟纵坡与路线纵坡一致，以25cm厚的浆砌片石铺筑，边沟纵坡为0.3%，坡长不小于300m，边沟水均应引离路基，排入原有水系中的河流、排水渠及取土坑内。5.1.1边沟的作用边沟是沿路基两侧布置的纵向排水沟。设置于挖方和低填方路段，路面和边坡水会集到边沟内后，通过跌水井或急流槽引到桥涵进出口处通过排水沟引到路堤坡脚以外，排离路基。5.1.2边沟的纵坡边沟的纵坡一般与路线纵坡一致，当路线纵坡为零时，边沟应仍保持0.3%～0.5%的最小纵坡。出口附近的纵坡应根据地形高差和地质情况作特殊设计。5.1.3边沟流量边沟的流量一般不做计算，仅做概略估计，其他排水沟渠的水流一般应避免进入边沟，但当个别的渠流量不大，拟利用一般边沟汇入桥涵时，应计算该段边沟的总流量，必要时应扩大边沟的断面尺寸。为防止边沟水流漫溢或产生冲刷，应尽可能利用当的有力条件，采取相应措施，将边沟水流分段排除于路基范围之外，或引入自然沟渠，以减少边沟的集中流量[9]。29 2013年图5－1挖方路基边沟横断面单位:m图5－2填方路基边沟横断面单位:m5.2截水沟由于本道路处于重丘区，挖、填方较多，所以在挖方路基边坡坡顶以外，或山坡路堤上方的适当地点设置节水沟，用以拦截路基上方流向路基的地面径流，减轻边沟的流水负担，保护挖方边坡和填方坡角不受流水冲刷。截水沟的位置，与绝大多数地面水流方向垂直，以提高截水效能和缩短沟的长度。沟底和沟壁要求平整密实，不泻流，不渗水，必要时予以加固和铺砌。截水沟横断面一般做成梯形。底宽和深度不应小于0.5m，本设计中截水沟边坡1：1，沟底纵坡不小于0.5%，最小不小于0.2%。截水沟断面图见图5—3。按最佳断面法计算水力要素，设计流量取为1.5/，沟底纵坡=0.005，沟渠土质为砂质粘土，设排水沟边坡坡率m=1.5，沟渠粗糙系数n=0.025。1．采用选择法求沟渠的断面尺寸和验算水流速度。（1）按技术规范要求，设沟底宽度b＝0.45m29 2013年（2）当m=1.5时故水流深度h=0.74m（3）计算湿周（4）计算流水断面面积，（5）计算水利半径（6）计算流速，因R=0.41