二级公路工程计算书论文

'二级公路工程计算书毕业论文绪论龙山茨岩塘至永顺灵溪镇二级公路设计对于湖南省湘西土家族苗族自治州境内的经济民生有着重要作用。选择这段二级公路设计对我们的学习和以后的工作有着现实意义。改革开放以来，国家把交通作为国民经济发展的战略重点之一，为公路交通事业快速发展提供了机遇。这一阶段的工作方针是统筹规划、条块结合、分层负责、联合建设，统筹渠道是国家投资、地方筹资、社会融资、引进外资。1978年以来，是我国公路事业发展最快、建设规模最大、最具活力的时期。期间我国10~20年的时间走过了发达国家一般需要30~40年走完的路程，我国公路建设实现了跨越式发展，取得了举世瞩目的成就。尽管我国公路建设取得了巨大成就，但由于公路交通建设基础设施薄弱，各地发展不平衡，与发达国家相比有较大差距，还不能适应国民经济和社会发展的需要。存在的主要问题：一是数量少，按国土面积计算的公路网密度仍然很低，只相当于印度的1/5，美国的1/7，日本的1/30；二是质量差、标准低，在通车里程中，大部分为等级较低的三、四级公路，还有达不到技术标准的“等外路”。因此在今后相当长的时期内，加快新建公路和低等级公路的改键，将是我国公路建设的主要任务。本次二级公路设计主要任务包括：根据道路技术等级和道路技术标准，计算确定相关参数；在进行技术经济分析论证的基础上，选定路线设计方案；绘制路线平面、纵横断面设计图；路基路面设计，绘制路基路面结构图。1路线设计资料论证1.1设计基本资料1.1.1交通量根据本路段OD调查和各交通观测站资料分析，2011年平均日交通量组成如表1.1所示，年平均增长率为6%。表1.1交通组成40 车型相当型号交通量（单位：辆/日）小型货车跃进NJ131900中型货车解放CA390490大型货车黄河JN162640拖挂车东风XQD5170TGC300大中型客车解放CA154001.1.2沿线自然地理特征本工程位于湖南省湘西土家族苗族自治州境内，属于亚热带大陆性湿润季风气候区，气候温和，雨量充沛；受季风、地形等的影响，降水的年际、年内变化较大。该地区多年平均降雨量约为1297毫米，降水集中期分布在4-6月。气候四季分明，夏季湿润多雨，冬季干冷少雨。多年平均气温16.1℃。年平均最热月(七月)平均气温为26.5℃，年平均最冷月(一月)平均气温为5℃。拟建公路所在区域雨量充沛、土壤质地多为壤土，肥力较高，蓄水性强，十分适宜林木生长，土壤适宜种性广，因此植被广阔，类型多样。区内地质条件较好，基本不影响路线选择。区内建材工业水平较发达，可满足本项目实施对成品建材的大量需求。材料质量符合项目要求。1.2道路类型、等级的确定和技术标准论证1.2.1道路类型及等级论证根据《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）规定：双车道二级公路一般能满足各种汽车折合成小客车的年平均日交通量5000~15000辆。交通预测年限为15年。计算起始年平均日交通量：ADT=900×1.0+490×1.5+640×2.0+300×3.0+400×2.0=4615(pcu/d)(1.1)设计交通量：AADT=4615×（1+6%）（15-1）=10434.07（pcu/d）(1.2)所以，双车道二级公路满足设计要求。1.2.2道路技术标准论证1.2.2.1设计速度论证根据《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）[2]，由于作为城乡结合部混合交通量大的集散公路时，其设计速度宜选用60km/h。40 1.2.2.2平面线形标准论证按照《公路路线设计规范》（JTGD20-2006）[3]确定平面线形标准，主要包括各种曲线线形、半径、长度以及直线长度、超高等规定的取值范围。①直线长度《公路路线设计规范》（JTGD20-2006）规定：设计速度不小于60km/h的公路，最大直线长度以汽车按设计速度行驶70s左右的距离控制；一般直线路段的最大长度（以m计）应控制在设计速度（以km/h计）的20倍为宜；另外，同向曲线间的最小直线长度以不小于行车速度（以km/h计）的6倍为宜，反向曲线间的最小直线长度以不小于行车速度（以km/h计）的2倍为宜。该二级公路的设计速度为60km/h，所以最大直线长度为60×70/3.6=1167m，同向曲线间的最小直线长度为6×60=360m，反向曲线间的最小直线长度为2×60=120m。②曲线线形曲线要素的组合类型主要采用基本型，即直线——缓和曲线——圆曲线——缓和曲线——直线的顺序组合。缓和曲线、圆曲线、缓和曲线的长度之比宜为：1:1:1~1:2:1，同时还应满足基本型曲线的几何条件：2β＜α。③曲线的半径和长度《公路路线设计规范》（JTGD20-2006）规定：当设计速度为60km/h时，圆曲线的一般最小半径为200m，极限最小半径为125m（超高i=8%时）,不设超高的最小半径为1500m（路拱≤2%时）和1900m（路拱＞2%时）；当直线与最小半径小于1000m的圆曲线相连接时，应设置缓和曲线，缓和曲线的长度一般最小长度为80m，极限最小值为60m。选用圆曲线半径时，在与地形等条件相适应的前提下，应尽可能采用大的半径，但曲线最大半径不宜超过10000m。④超高和加宽的规定取值范围根据《公路路线设计规范》（JTGD20-2006）规定：在设计速度为60km/h时，当曲线半径小于不设超高圆曲线的最小半径1500m（路拱≤2%）和1900m（路拱＞2%）时，应在圆曲线上设超高。规范规定：当圆曲线半径小于250m时，需要设置加宽。1.2.2.3竖曲线要素标准论证①坡度及坡长纵坡有最大纵坡和最小纵坡。确定最大纵坡时，要综合考虑汽车的动力特性、道路等级和自然条件等各方面的因素。《标准》规定：在设计速度为60km/h时，最大纵坡为6%。同时最小纵坡也有一定的限制，在挖方路段、设置边沟的低填方路段和其他横向排水不畅的路段，均应采用不小于0.3%的纵坡，一般情况下以不小于0.5%为宜。当受到地形条件的限制，必须设小于0.3%的纵坡时，其边沟应做横向排水设计。《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）规定：最小坡长为200m，不同纵坡的最大坡长也有限制。如下表1.240 表1.2最大坡长表纵坡（%）3456最大坡长（m）12001000800600②竖曲线半径及长度凸形竖曲线的一般最小半径为2000m,极限最小半径为1400m；凹形竖曲线的一般最小半径为1500m,极限最小半径为1000m。竖曲线的最小长度的一般值为120m，极限值为50m,竖曲线半径一般取大于一般最小半径为宜。③视距长度为了保证行车安全，司机应能随时看到前方一定距离的公路及其障碍物，以便及时刹车或绕过。汽车在这段时间里沿公路的行驶距离为安全距离，即行车视距。四车道一级公路在设计速度为60km/h时，视距长度为75m。1.2.2.4净空高度论证考虑到大型设备运输的发展、路面积雪和路面铺装在养护中的加厚等因素，规定高速路和一级、二级公路的净高为5.0m，一条公路应该采用同一的最小净高。1.2.2.5车辆荷载论证《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）规定：根据二级公路的桥涵结构采用公路—Ⅱ级汽车荷载。汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成。车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。桥梁结构的整体计算采用车道荷载；桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙压力等的计算采用车辆荷载。车道荷载和车辆荷载的作用不能叠加。其主要技术指标规定如表1.3：表1.3车辆荷载主要技术指标项目车辆重力标准值前轴重力标准值中轴重力标准值后轴重力标准值轴距轮距前轮着地宽度及长度中、后轮着地宽度及长度车辆外形尺寸（长×宽）单位kNkNkNkNmmmmm技术指标550302×1202×1403+1.4+7+1.41.80.3×0.20.6×0.215×2.51.3路线方案布置及方案比选的论证路线是道路的骨架，它的优劣影响道路功能的发挥和在路网中的作用。路线设计除受自然条件影响外，尚受诸多社会因素的制约。选线要综合考虑多种因素，妥善处理好各方面的关系。40 路线方案比选是对有比较价值的路线方案进行技术指标、工程造价、自然环境、社会环境等重要影响因素进行同等深度的技术经济论证及效益分析，通过调查、分析、比较、选择，提出合理的推荐方案。方案比选可按照上述技术、经济、效益等的计算比较，确定推荐的路线方案。2路线线形设计2.1路线平面线形设计曲线几何元素计算公式如下：p=Ls224R-Ls42384R3（m）(2.1)q=Ls2-Ls3240R2（m）(2.2)β0=Ls2R1800π（∘）(2.3)T=（R+p）tanα2+q（m）(2.4)L=Rαπ1800+Ls（m）(2.5)E=（R+p）secα2-R（m）(2.6)D=2T-L（m）(2.7)式中：Ls——缓和曲线长度(m)；R——圆曲线半径(m)；α——转角(∘)。2.1.1方案一平曲线设计计算方案一采用手算，路线设计除了起终点（起点桩号：K0+000，终点桩号：K3+328.864）外有两个交点，即JD1和JD2，下表为平曲线设置表。表2.1平曲线设置表（方案一）序号交点桩号转角值半径缓和曲线长度JD1K1+080.246左9。27"47"2000120JD2K2+333.636左18。52"56"1500200计算示例（以JD1为例）2.1.1.1要素计算p=Ls224R-Ls42384R3=120^224x2000-120^42384x20003=0.29999（m）q=Ls2-Ls3240R2=1202-120^3240x20002=59.9982（m）40 β0=Ls2R1800π=1202x200018003.14=1.7197（∘）T=（R+p）tanα2+q=（2000+0.29999）tan9027"47"2+59.9982=225.561（m）L=Rαπ1800+Ls=2000×9027"47"π1800+120=450.323（m）E=（R+p）secα2-R=（2000+0.29999）sec9027"47"2-2000=7.140（m）D=2T-L=2×225.561-450.323=0.799（m）2.1.1.2计算曲线五个主点里程桩号直缓点：ZH=JD1-T=K1+080.246-225.561=K0+854.685缓圆点：HY=ZH+LS=K0+854.685+120=K0+974.685缓直点：HZ=HY+L-LS=K0+974.685+450.323-120=K1+305.008圆缓点：YH=HZ-LS=K1+305.008-120=K1+185.008曲中点：QZ=YH-(L/2-LS)=K1+185.008-105.162=K1+079.846交点1：JD1=QZ+D/2=K1+079.846+0.400=K1+080.246同理JD2的计算如下：平曲线要素：T=349.600，L=694.337，E=21.723，D=4.863。曲线五个主点里程桩号直缓点：ZH=JD2-T=K2+333.636-349.600=K1+984.036缓圆点：HY=ZH+LS=K1+984.036+200=K2+184.036缓直点：HZ=HY+L-LS=K2+184.036+694.337-200=K2+678.373圆缓点：YH=HZ-LS=K2+678.373-200=K2+478.373曲中点：QZ=YH-(L/2-LS)=K2+478.373-147.169=K2+331.204交点2：JD2=QZ+D/2=K2+331.204+2.432=K2+333.636上述验证无误，终点桩号为：JD2+1000.091-4.864=K3+328.864。根据此计算过程，将计算结果填入“直线、曲线及转角一览表”。2.1.2方案二平曲线设计计算方案二运用纬地软件设计，在地形图上执行主线平面设计命令，设计定点，然后采用“已知S1+R+S2”模式进行实时修改，最后保存确定平面文件。根据平面文件得到平曲线设置表：表2.2平曲线设置表（方案二）序号交点桩号转角值半径缓和曲线长度JD1K1+117.159左12。4"32"1000100JD2K2+239.478左22。54"5"50010040 输出表格命令，输出“直线、曲线及转角一览表”。2.2路线纵断面设计2.2.1二级公路纵断面设计的总原则纵断面的设计标准规定如下：(1)二级公路的最大坡度为6%，长路堑以及横向排水不畅的路段采用不小于0.3%的纵坡，当采用平坡（0%）或小于0.5%的纵坡时路基边沟应作纵向排水设计。(2)二级公路最小坡长为150m。(3)坡长限制：纵坡坡度≥3%，最大坡长不大于1200m。纵坡坡度≥4%，最大坡长不大于1000m。纵坡坡度≥5%，最大坡长不大于800m。(4)满足视觉需要最小竖曲线半径：凸形竖曲线为4000、8000m，凹形竖曲线为6000m。(5)竖曲线半径一般最小值2000，凹形竖曲线半径一般最小值1500m。(6)竖曲线最小长度为50m。(7)最大合成坡度9.5%，最小合成坡度为0.5%，平均纵坡不宜大于5.5%。2.2.2方案一的纵断面的设计计算2.2.2.1计算竖曲线要素如图1.1所示，i1和i2分别为两相邻两纵坡坡度，ω=i2-i1，ω为“+”时，表示凹形竖曲线；ω为“-”时，表示凸形竖曲线。图1.1竖曲线要素示意图竖曲线长度L或竖曲线半径R：L=Rω或R=Lω(2.8)竖曲线切线长：T=L2=Rω2(2.9)竖曲线任意一点的竖距：h=x22R(2.10)竖曲线外距：40 E=T22R或E=Rω28=Lω8=Tω4(2.11)①变坡点1：桩号：K1+060，高程：7.081，ω=-0.51%-0.50%=-1.01%，凸型，R=30000；K1+060处竖曲线要素计算：L=Rω=30000×1.01%=303mT=L/2=303/2=151.5mE=T2/2R=151.5×151.5/(2×30000)=0.38m竖曲线的起点桩号：K1+060-151.5=K0+908.5；终点桩号：K1+060+151.5=K1+211.5。②变坡点2：桩号：K2+370，高程：0.358，ω=0.52%-(-0.51%)=1.03%，凹型，R=40000；K2+370处竖曲线要素计算：L=Rω=40000×1.03%=412mT=L/2=412/2=206mE=T2/2R=206×206/(2×40000)=0.53m竖曲线的起点桩号：K2+370-206=K2+164；终点桩号：K2+370+206=K2+576。2.2.2.2设计高程的计算①变坡点1：竖曲线起点K0+908.5处设计高程：7.081-151.5×0.50%=6.324mK0+920处：横距x=920-908.5=11.5m竖距h=/2R=11.5×11.5/(2×30000)=0.0022m切线高程：6.324+11.5×0.5%=6.382m设计高程：6.382-0.0022=6.380K0+940～K1+200处设计高程的计算方法同K0+920处，其结果如表2.3竖曲线终点K1+211.5处设计高程：7.081-151.5×0.51%=6.308m表2.3变坡点1处竖曲线计算表桩号横距x(m)竖距h(m) 切线高程(m) 设计高程(m)K0+908.5（起点）006.3246.324K0+92011.50.0026.3826.380K0+94031.50.0176.4826.465K0+96051.50.0446.5826.537K0+98071.50.0856.6826.596K1+00091.50.1406.7826.642K1+020111.50.2076.8826.674K1+040131.50.2886.9826.69340 K1+060（中点）151.50.3837.0816.698K1+080131.50.2886.9796.690K1+100111.50.2076.8776.669K1+12091.50.1406.7756.635K1+14071.50.0856.6736.587K1+16051.50.0446.5716.526K1+18031.50.0176.4696.452K1+20011.50.0026.3676.364K1+211.5（终点）006.3086.308②变坡点2：竖曲线起点K2+164处设计高程：0.358+206×0.51%=1.409mK2+170处：横距x=2170-2164=6m竖距h=/2R=6×6/（2×40000）=0.00045m切线高程：1.409-6×0.51%=1.3784m设计高程：1.3784+0.00045=1.379K2+190～K2+570处设计高程的计算方法同K2+170处，其结果如表2.4竖曲线终点K2+576处设计高程：0.358+206×0.52%=1.429m表2.4变坡点2处竖曲线计算表桩号横距x(m)竖距h(m)切线高程(m)设计高程(m)K2+164（起点）001.4091.409K2+17060.0001.3781.379K2+190260.0081.2761.285K2+210460.0261.1741.201K2+230660.0541.0721.127K2+250860.0920.9701.063K2+2701060.1400.8681.009K2+2901260.1980.7660.965K2+3101460.2660.6640.931K2+3301660.3440.5620.907K2+3501860.4320.4600.893K2+370（中点）2060.5300.3580.888K2+3901860.4320.4620.89440 K2+4101660.3440.5660.910K2+4301460.2660.6700.936K2+4501260.1980.7740.972K2+4701060.1400.8781.018K2+490860.0920.9821.074K2+510660.0541.0861.140K2+530460.0261.1901.216K2+550260.0081.2941.302K2+57060.0001.3981.398K2+576（终点）001.4291.4292.2.3方案二的纵断面的设计计算结合以上原则，运用纬地软件对路段进行纵断面设计。首先编写好地面线文件，然后拉坡设计，确定竖曲线半径及其他要素。本路段最大纵坡坡度为0.64%，最小纵坡坡度为-0.52%。本路段共设2个变坡点。如下表2.5：由方案一的高程计算，同理可得方案二的设计高程见表2.6和表2.7。表2.5竖曲线要素表序号桩号标高(m)凸曲线半径(m)凹曲线半径(m)切线长(m)外距(m)起点桩号终点桩号0K0+0006.011K1+1100.23425000144.9950.420K0+965.005K1+254.9952K2+2407.4611000061.1320.187K2+178.868K2+301.1323K3+3500.989表2.6变坡点1处竖曲线计算表桩号横距x(m)竖距h(m)切线高程(m)设计高程(m)K0+965.005(起点)000.9880.988K0+9704.9950.0000.9620.963K0+99024.9950.0120.8580.871K1+01044.9950.0400.7540.795K1+03064.9950.0840.6500.735K1+05084.9950.1440.5460.691K1+070104.9950.2200.4420.663K1+090124.9950.3120.3380.651K1+110（中点）144.9950.4200.2340.654K1+130124.9950.3120.3610.67440 K1+150104.9950.2200.4890.710K1+17084.9950.1440.6170.762K1+19064.9950.0840.7450.830K1+21044.9950.0400.8730.914K1+23024.9950.0121.0011.014K1+2504.9950.0001.1291.130K1+254.995(终点)001.1611.161表2.7变坡点2处竖曲线计算表桩号横距x(m)竖距h(m)切线高程(m)设计高程(m)K2+178.868(起点)007.0707.070K2+1801.1320.0007.0777.077K2+20021.1320.0227.2057.228K2+22041.1320.0857.3337.418K2+240（中点）61.1320.1877.4617.648K2+26041.1320.0857.3447.428K2+28021.1320.0227.2287.250K2+3001.1320.0007.1127.112K2+301.132(终点)007.1057.1052.3平纵横组合设计从获得良好行车条件的目的出发，协调平、纵、横三方面的线形使之成为连续圆滑、顺适美观的空间曲线，满足驾驶员和乘客视觉和心理上的要求，并有良好的排水条件。《公路路线设计规范》（JTGD20-2006）中关于平面线形配合规定：设计速度大于或等于60km/h的公路，必须注意平纵面的合理组合，尽量做到线形连续、指标均衡、视觉良好、景观协调、安全舒适。由于本设计的设计速度为60km/h，平纵组合设计应遵循一下原则：1.平曲线与竖曲线宜相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线。竖曲线的起、终点宜分别设在平曲线的，两个缓和曲线内，其中任一点都不要设在缓和曲线以外的直线上或圆曲线内。2.要保持平曲线与竖曲线大小均衡，使得线形顺滑优美，行车舒适安全。平、竖曲线半径的均衡研究认为：竖曲线半径约为平曲线半径的10~20倍。3.选择组合得当的合成坡度，以利于行车安全和路面排水。4.对设有缓和曲线的平曲线，加宽过渡段应采用与缓和曲线相同的长度；超高过渡段布置在缓和曲线上，两者长度宜相同或根据需要使缓和曲线较长，在圆曲线上是全超高。2.4路线方案比选40 路线方案是路线设计中最根本的问题。方案是否合理，不但关系到公路本身的工程投资和运输效率，更重要的是影响到路线在路线网中是否起到应有的作用，即是否满足国家的政治、经济、国防的要求和长远利益。2.4.1主要比选指标路线方案比选是对有比较价值的路线方案进行技术指标、工程造价、自然环境、社会环境等重要影响因素进行同等深度的技术经济论证及效益分析，通过调查、分析、比较、选择，提出合理的推荐方案。方案比选可按下述指标进行。(1)技术指标：包括路线长度、圆曲线最小半径及个数、最大纵坡及长度、交叉个数及回头曲线个数等。(2)经济指标：包括土石方、排水及防护工程、路面、桥梁及隧道、涵洞、通道、征地及拆迁等工程数量和工程造价指标等。(3)经济效益及社会效益分析。按照上述技术、经济、效益等的计算比较，确定推荐的路线方案。2.4.2比选方案的技术指标(1)方案一：见下表2.8表2.8方案一技术指标表指标名称路线总长平均每公里交点个数平曲线最小半径平曲线长及占线路总长直线最大长度最大纵坡最短坡长竖曲线长及占路线总长平均每公里纵坡变坡次数竖曲线最小半径凸型凹形单位Km个mm/%m%mm/%次m/个m/个数量3.3290.60115001144.66/34.39854.6850.52960715/21.480.60130000/140000/1(2)方案二：见下表2.9表2.9方案二技术指标表路线总长直线最大长度最大纵坡最短纵坡竖曲线长及占路线总长竖曲线最小半径40 指标名称平均每公里交点个数平曲线最小半径平曲线长及占线路总长平均每公里纵坡变坡次数凸型凹形单位Km个mm/%m%mm/%次m/个m/个数量3.3451.012500610.67/18.26961.3490.641110412.255/12.320.59810000/个25000/个2.4.3方案比选意见从以上各方案主要指标的总结中可以看到：两个方案均能满足使用任务和性质要求，线形均较顺畅，穿越地区相同，总里程相差不大。但结合两方案的平面图和纵断面图来看：方案一平面线形稍好于方案二，沿途结构物较多，工程造价相应增大，并且给施工带来较大难度。方案二在占用农田方面略多于方案一，且方案二相对于方案一填挖比较大。从对环境影响的角度分析，显然方案二的高填深挖对环境的破坏更大。现将两方案的各项比较因素列表2.10如下：表2.10方案比较表比选项目平面线形竖曲线形平竖结合地形起伏填挖结合沿线结构物占用农田环境影响施工难易方案一较优较优较优较优较优——较优较优——方案二——————————较优————较优综合来看，方案一要优于方案二，故本设计选择方案一为推荐方案。2.5横断面设计2.5.1路基横断面形状设计本段设计公路等级属二级公路（平原微丘区），采用二级路基标准横断面型式，路面宽度10m。行车道为2×3.5m，左硬路肩宽1m，左土路肩宽0.5m，右硬路肩宽1m，右土路肩宽0.5m。路拱及硬路肩横坡为2%，土路肩横坡为3%。填方路基边坡采用1:1.5，挖方路基边坡采用1:0.5，边坡高度为6m，左右设置矩形边沟高0.6m、宽0.6m。运用纬地设计软件进行横断面设计绘图，输出路基横断面设计图和路基标准横断面图，以及输出路基土石方数量表和路基设计表。2.5.2路基超高加宽设计本路段设计速度为60km/h，平曲线最小半径为1500m，路拱横坡为2%，所以可以不用进行超高设计。由于平曲线最小半径1500m>250m，所以不需要加宽设计。40 3路基设计挡土墙是用来支撑天然边坡或人工边坡以保持土体稳定的建筑物。按照墙的形式，挡土墙可以分为重力式挡土墙，加筋挡土墙。锚定式挡土墙，薄壁式挡土墙等形式。本设计采用重力式挡土墙。3.1挡土墙设计资料1.浆砌片石重力式路堤墙，填土边坡1:1.5，墙背仰斜，坡度1：0.15~1：0.35。2.公路等级二级，车辆荷载等级为公路－II级，挡土墙荷载效应组合采用荷载组合I、II。3.墙背填土容重γ＝17.8kN／m3，计算内摩擦角Φ＝42°,填土与墙背间的内摩擦角δ＝Φ/2=21°。4.地基为砂类土，容许承载力[σ]=810kPa，基底摩擦系数μ＝0.43。5.墙身材料采用5号砂浆砌30号片石，砌体=22kN/m3，砌体容许压应力为kPa，容许剪应力[]=100kPa，容许拉应力[]=60kPa。3.2确定计算参数设计挡墙高度H=4m，墙上填土高度a=2m，填土边坡坡度为1:1.5,墙背仰斜,坡度1:0.25。填土内摩擦角：，填土与墙背间的摩擦角;墙背与竖直平面的夹角。墙背填土容重17.8kN/m3，地基土容重：17.7kN/m3。挡土墙尺寸具体见图3.1。图3.1挡土墙尺寸40 3.3车辆荷载换算3.3.1试算不计车辆荷载作用时破裂棱体宽度(1)假定破裂面交于荷载内侧不计车辆荷载作用；计算棱体参数、：；则：计算车辆荷载作用时破裂棱体宽度值B：由于路肩宽度d=1.5m>B=0.29m，所以可以确定破裂面交与荷载内侧。(2)计算主动土压力及其作用位置最大主动土压力：Ea=γA0tanθ-B0cosθ+φsinθ+ψ=17.8×18×0.715-7×cos33.69°+42°sin33.69°+48.964°=26.04kN土压力的水平和垂直分力为：Ex=Eacosα+δ=26.04×cos-14.036°+21°=25.85kNEy=Easinα+δ=26.04×sin-14.036°+21°40 =3.16kN主动土压力系数及作用位置：作用位置：3.3.2抗滑稳定性验算为保证挡土墙抗滑稳定性，应验算在土压力及其他外力作用下，基底摩阻力抵抗挡土墙滑移的能力。在一般情况下：(3.1)式中：──挡土墙自重；，──墙背主动土压力的水平与垂直分力；──基底倾斜角(°)；──基底摩擦系数，此处根据已知资料，；──主动土压力分项系数，当组合为Ⅰ、Ⅱ时，=1.4；当组合为Ⅲ时，=。0.9G+γQ1Eyμ+0.9Gtanα0=0.9×91.3+1.4×3.16×0.43+0.9×91.3×0=37.24kN≥γQ1Ex=1.4×25.85=36.19kN因此，该挡土墙抗滑稳定性满足要求。40 3.3.3抗倾覆稳定性验算为保证挡土墙抗倾覆稳定性，需验算它抵抗墙身绕墙趾向外转动倾覆的能力，(3.2)式中：──墙身、基础及其上的土重合力重心到墙趾的水平距离(m)；──土压力垂直分力作用点到墙趾的水平距离(m)；──土压力水平分力作用点到墙趾的垂直距离(m)。ZG1=0.5ld-0.5lh×0.25=0.5×0.3-0.5×0.5×0.25=0.09mZG2=0.5b1+0.5H×0.25=0.5×1+0.5×4×0.25=1.0mG1=V1γα=0.3×0.5×22=3.3kN/mG2=V2γα=1×4×22=88kN/mZG=G1ZG1+G2ZG2G=3.3×0.09+88×1.091.3=0.9673.3.4基底应力及合力偏心距验算为了保证挡土墙基底应力不超过地基承载力，应进行基底应力验算；同时，为了避免挡土墙不均匀沉陷，控制作用于挡土墙基底的合力偏心距。(1)基础底面的压应力①轴心荷载作用时(3.3)式中：──基底平均压应力(kPa)；──基础底面每延米的面积，即基础宽度，B1.0()；──每延米作用于基底的总竖向力设计值(kN)；(3.4)其中：──墙背主动土压力（含附加荷载引起）的垂直分力(kN)；──墙背主动土压力（含附加荷载引起）的水平分力(kN)；──低水位浮力(kN)（指常年淹没水位）。②偏心荷载作用时40 作用于基底的合力偏心距e为(3.5)式中：──作用于基底形心的弯矩，可按下表采用。作用于基底的合力偏心距e为：(3.6)其中：B=1+0.3=1.3mC=GZG+EyZx-ExZyG+Ey=91.3×0.967+3.16×0.64-25.85×1.3991.3+3.16=0.576m则pmax=G+EyB1+6eB=91.3+3.161.31+6×0.071.3=96.14kPa<σ=810kPa所以基础底面的压应力满足要求。(2)基底合力偏心距基底合力偏心距应满足表的要求表3.1各地基条件下的合力偏心距地基条件合力偏心距地基条件合力偏心距非岩石地基e0≤B/6软土、松砂、一般黏土e0≤B/6较差的岩石地基e0≤B/5紧密细砂、黏土e0≤B/5坚密的岩石地基e0≤B/4中密砂、砾石、中砂e0≤B/4由以上计算可知，基底合力偏心距满足要求。(3)地基承载力抗力值①当轴向荷载作用时(3.7)式中：──基底平均压应力；──地基承载力抗力值(kpa)。②当偏心荷载作用时40 (3.8)p=NA=GγG+γQ1Ey-Wcosα0+γQ1Exsinα0B=91.3×1.2+1.4×3.16-0cos0+1.4×0.64×sin01.3=87.68kPa≤1.2f=1.2×810=972kPa所以满足地基承载力要求。3.3.5墙身截面强度验算为了保证墙身具有足够的强度，应根据经验选择1~2个控制断面进行验算，如墙身底部、1∕2墙高处、上下墙（凸形及衡重式墙）交界处。此处选择二分之一墙高处进行验算(1)强度计算(3.9)按每延米墙长计算：(3.10)式中：──设计轴向力(kN)；──重要性系数，取为1.0；、──恒载（自重及襟边以上土重）引起的轴向力(kN)和相应的分项系数；──主动土压力引起的轴向力(kN)；──主动土压力引起的轴向力的分项系数；NG=1×4×22=88kNNQ1=3.16kNNj=1.0×1.2×88+1.4×3.16=110.024kN──抗力分项系数，取为2.31；──材料极限抗压强度(kpa),RK=1275kPa；──挡土墙构件的计算截面积(m2)，A=1；──轴向力偏心影响系数。40 αK=1-256e0B81+12e0B2=1-2560.071.381+120.071.32=0.966Nj=110.024kN≤αKARKγK=0.966×1×12752.31=533.18kN故强度满足要求。(2)稳定计算(3.11)式中：、、、意义同式(3.10)；──弯曲平面内的纵向翘曲系数，按下式计算：(3.12)──2H/B，H为墙有效高度，B为墙的宽度(m)；一般情况下挡土墙尺寸不受稳定控制，但应判断是细高墙或是矮墙。当H/B小于10时为矮墙，其余则为细高墙。对于矮墙可取=1，即不考虑纵向稳定。此处H/B=4/1=4<10,故=1Nj=110.024kN≤ψKαKARKγK=1×0.966×1×12752.31=533.18kN故稳定满足要求。同理，选择墙身底部进行验算，经验算强度与稳定均满足要求。故所设计的挡土墙满足要求。3.3.6挡土墙的伸缩缝与沉降缝设计伸缩缝与沉降缝结合在一起，统称为变形缝。沿墙长每10米设置变形缝，变形缝全高设置，其宽度取为0.02米。3.3.7挡土墙的排水设施设计在墙身上沿墙高和墙长设置排水孔，其为10cm×20cm的方孔，具有向墙外倾斜的坡度，间距取为2.5米，泄水孔的进水侧设反滤层，厚度为0.4米，在最下排泄水孔的底部设置隔水层。3.4路基防护与加固合理的路基设计，应在路基位置、横断面尺寸、岩土组成等方面综合考虑。为确保40 路基的强度与稳定性，路基的防护与加固，也是不可缺少的工程技术措施。随着公路等级的提高，为维护正常的交通运输，减少公路病害，确保行车安全，保持公路与自然环境协调，路基的防护与加固更具有重要意义。路基防护与加固设施，主要有边坡坡面防护、沿河路堤防护与加固以及湿软地基的加固处治。3.4.1坡面防护边坡防护主要是保护路基边坡表面免受雨水冲刷，减缓温差及温度变化的影响，防止和延缓软弱岩土表面的风化、破碎、剥蚀演变过程，从而保护路基边坡的整体稳定性，在一定程度还可兼顾路基美观和协调自然环境。坡面防护设施不承受外力作用，要求坡面岩土整体稳定牢固。简易防护的边坡高度与坡度不宜过大，土质边坡坡度一般不陡与1:1~1:1.5。地面水的径流速度以不超过2.0m/s为宜，水亦不宜集中汇流。雨水集中或汇水面积较大时，应有排水设施相配合。常用的坡面防护设施有植物防护和工程防护。3.4.1.1植物防护植物防护可以美化路容、协调环境，调节边坡的湿度，起到固结和稳定边坡的作用。它对于坡高不大，边坡比较平缓的土质坡面是一种简易有效的防护措施。主要有种草、铺草皮和植树。种草适用于冲刷轻微，边坡高度较小，坡度缓于1：1的边坡防护。选用的草籽应注意当地的土壤和气候条件，通常应以容易成长、根部发达、叶茎较矮、枝叶茂密的多年生草种为宜。不宜种草的坡面，可以铺5~10cm厚的种植土层，土层与原坡面结合稳固。当坡面冲刷比较严重，边坡较陡，应根据具体情况来铺草皮。植树主要用在堤岸边的河滩上，用来降低流速，促使泥沙淤积，防止直接冲刷路堤。树木的品种和种植位置及宽度，应根据防护要求，流水速度等因素，参见有关手册、结合当地经验而定。3.4.1.2工程防护当不宜植物防护或考虑就地取材，采用沙石、水泥、石灰等矿质材料时，坡面防护是常用的防护形式。它主要有砂浆抹面、勾缝喷刷以及石砌防护或护面墙。这些防护形式各自适合一定得条件。抹面防护适用于石质挖方坡面，岩石表面风化，但比较完善，尚未剥落，如页岩、泥沙岩、千枚岩的新坡面。对此应及时给以封面，以预防风化成害。操作前，应清理坡面风化层、浮土和松动碎块，填坑补洞，洒水润湿。抹面后，应拍浆、抹平和养生。喷浆施工简单，效果较好，适应于易风化而坡面不平整的岩石挖方边坡，厚度一般为5-10cm，喷浆的水泥用量很大，比较重大的工程选用。喷浆前后的处治与抹面相同。对于比较坚硬的岩石坡面，为防止水渗入缝隙成害，视缝隙深浅与大小，分别予以灌浆、勾缝或嵌补登。这些方法可以局部处治、综合使用，并与放缓边坡登方法予以比较，力求实用和经济。40 3.4.2冲刷防护冲刷防护主要对沿河滨海路堤、河滩路堤及水泽区路堤，亦包括桥头引道，以及路基边旁路堤等的防护。此类堤岸常年或季节性浸水，受流水冲刷、拍击和淘洗，造成路基浸湿、坡脚淘空，或水位骤降时路基内细料流失，致使路基失稳，边坡崩塌。所以，堤岸的冲刷防护与加固，主要针对水流的破坏作用而设，起防水盒加固堤岸双重功效。堤岸防护与加固措施有直接和间接两种。堤岸防护直接措施，包括植物防护、石砌防护和抛石与石笼防护，以及必要时设置的支档结构物。其中植物防护与石砌，与坡面防护所述基本类同，当水流速度达到或超过5m/s时，则改用石笼防护，也可就地取材。抛石防护，类似在坡脚处设置护脚，不受气候条件限制，路基沉实以前均可施工，季节性浸水或长期浸水均可用。间接防护措施主要是建造结构物，如丁坝、拦水坝等。必要时进行疏浚河床、改变河道，目的是改变流水方向，避免或缓和水流对路基的直接破环作用。3.4.3软土地基加固在软土地基上填筑路堤有可能出现失稳，或者沉降量和沉降速度不能满足要求等情况时需要对软土地基进行适当的加固处理，以增强其稳定性、减少沉降量或加速沉降。软土地基的处理方法有很多，各种方法具有不同的特点，可得到不同的效果，因此适应于不同的目的。软土地基处理的目的可分为两大类，沉降处理和失稳处理。沉降处理包括加速固结沉降和缩小总沉降两个方面，前者可采用加载预压、竖向排水和挤实砂桩等方法，后者则可采用挤实砂桩、石灰桩、换填好土等方法。稳定处理可以采用换填土、反压护道、挤实砂桩、石灰桩等措施增加抗滑阻力。处理方法有时单独使用，而一般情况下是几种方法组合使用，以发挥各种方法的特长，取得良好的处理效果。4路面设计4.1水泥混凝土路面设计（方案一）4.1.1路面交通等级公路混凝土路面设计基准期参考值见下表表4.1设计基准期参考值公路技术等级设计基准期（年）公路技术等级设计基准期（年）高速公路30二级公路20一级公路30三、四级公路20本路段设计基准期是20年。40 4.1.1.1标准轴载及轴载当量换算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。不同轴-轮型和轴载的作用次数，应按式(4.1)换算为标准轴载的作用次数。(4.1)式中:Ns——100KN的单轴-双轮组标准轴载的作用次数；Pi——单轴-单轮、单轴-双轮组、双轴-双轮组或三轴-双轮组轴型级轴载的总重(kN)；n——轴型和轴载级位数；——各类轴型级轴载的作用次数；——轴-轮型系数。单轴-双轮组：=1.0(4.2)单轴-单轮组：=2.22×103Pi-0.43(4.3)双轴-双轮组：=1.07×10-5Pi-0.22(4.4)三轴-双轮组：=2.24×10-8Pi-0.22(4.5)轴载当量换算见下表：表4.2轴载当量换算轴数总重Pi(kN)各级作用次数轴-轮型系数标准轴载的作用次数Ns跃进NJ131后轴138.29001.01.85×10^-4解放CA390后轴170.154901.01.69黄河JN162前轴159.506401.00.16后轴1115.06401.05988.88东风XQD5170TGC后轴275.20×23003.55×10^-60.73解放CA15后轴170.384001.01.45总计5992.9140 注：前轴重小于40kN不计。4.1.1.2交通调查与轴载分析设计基准期内混凝土面板临界荷位处所承受的标准轴载累计当量作用次数Ne，可以通过下式计算确定Ne=Ns×[1+grt-1]gr×365η(4.6)式中：Ne——标准轴载累计当量作用次数；t——设计基准期（年）；gr——交通量年平均增长率；η——临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，按表4.3选用。表4.3混凝土路面临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数公路等级纵缝边缘处高速公路、一级公路、收费站0.17~0.22二级及二级以下公路行车道宽>7m0.34~0.390.54~0.62行车道宽≤7m二级公路的设计基准期为t=20年，临界荷载位处的车辆轨迹横向分布系数取0.54，交通量年平均增长率为6%。设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为：Ne=5992.91×1+6%20-16%×365×0.54=4345×104由下表可知此段交通等级为特重交通表4.4公路混凝土路面交通分级交通等级特重重中等轻设计车道标准轴载累计作用次数Ne(×104)>2000100~20003~100<34.1.2路面结构组合设计我国水泥混凝土路面安可靠度方法进行设计，不同等级公路的路面结构设计安全等级及相应的设计基准期、可靠度指标和目标可靠度见表4.5表4.5可靠度设计标准公路技术等级安全等级设计基准期（年）目标可靠度(%)目标可靠指标变异水平等级二级公路三级20851.04中混凝土面层板的厚度决定于公路和交通等级，普通混凝土、钢筋混凝土、碾压混凝土或连续配筋混凝土面层板所需的厚度可参考表4.640 表4.6水泥混凝土面层厚度的参考范围交通等级特重公路等级高速一级二级变异水平等级低中低中面层厚度(mm)≥260≥250≥240初步确定水泥混凝土路面面层厚度为240mm，碾压混凝土基层160mm，底基层采用水泥稳定粒料（水泥用量5%），厚180mm，垫层为150mm低剂量无机结合料稳定土。水泥混凝土面层板的平面尺寸长为4m，宽为3.5m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。碾压混凝土不设纵缝，横缝设假缝，间距（板长）4m。4.1.3路面材料参数确定根据规范查表可得路面材料的参数，数据统计填入下表4.7弯拉强度标准值(Mpa)相应弯拉弹性模量标准值(Gpa)回弹模量(Mpa)普通混凝土面层5.031——碾压混凝土基层4.027——水泥稳定粒料基层————1300低剂量无机结合料稳定土垫层————600路基土————40表4.7路面材料参数新建公路的基层顶面当量回弹模量值：Et=ahxbE0ExE0134.7Ex=h12E1+h22E2h12+h224.8hx=12DxEx13(4.9)Dx=E1h13+E2h2312+h1+h2241E1h1+1E2h2-1(4.10)a=6.221-1.51ExE0-0.45(4.11)40 b=1-1.44ExE0-0.55(4.12)式中：E0——路床顶面的回弹模量(Mpa)；Ex——基层和底基层或垫层的当量回弹模量(Mpa)；E1、E2——基层和底基层或垫层的回弹模量(Mpa)；hx——基层和底基层或垫层的当量厚度(m)；Dx——基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度(MN·m)；h1、h2——基层和底基层或垫层的厚度(m)；a、b——与ExE0有关的回归系数。按式(4.9)~(4.12)计算底基层顶面当量回弹模量如下：Ex=h12E1+h22E2h12+h22=1300×0.182+600×0.1520.182+0.152=1013MpaDx=E1h13+E2h2312+h1+h2241E1h1+1E2h2-1=1300×0.18312+600×0.15312+0.18+0.152411300×0.18+1600×0.15-1=2.57(MN·m)hx=12DxEx13=12×2.57103113=0.312ma=6.221-1.51ExE0-0.45=6.22×1-1.51×103140-0.45=4.044b=1-1.44ExE0-0.55=1-1.44×103140-0.55=0.759Et=ahxbE0ExE013=4.044×0.3120.759×40×10314013=197Mpa4.1.4荷载疲劳应力普通混凝土面层与碾压混凝土基层组成分离式复合式面层。双层板的临界荷位处仍为板的纵向边缘中部，标准轴载Ps在临界荷位处产生的上层和下层混凝土板的荷载疲劳应力σpr1和σpr2分别由(4.13)~(4.14)计算确定：σpr1=Kr·Kf·Kcσps1(4.13)σpr2=Kr·Kf·Kcσps2(4.14)式中：Kr、Kf、Kc——应力折减系数，荷载疲劳应力系数和综合系数，确定方法与单层混凝土板相同；σps1、σps2——结合式或分离式双层板上层板和下层板的弯拉应力（Mpa），40 可有(4.15)~(4.16)计算确定。σps1=0.077rg0.60Ec20.5h02+hx2Ku6Dg(4.15)σps2=0.077rg0.60Ec20.5h02+hx2Ku6Dg(4.16)式中：Ec1、Ec2——双层板混凝土上层和下层板的弯拉弹性模量(Mpa)；h01、h02——双层板混凝土板上层和下层板的厚度(m)；hx1、hx2——上、下层板中性面至结合式双层板中性面的距离(m)，或有下式(4.17)~(4.18)计算；hx1=Ec2h02h01+h022Ec1h01+Ec2h02(4.17)hx1=Ec1h01h01+h022Ec1h01+Ec2h02(4.18)Ku——层间结合系数，分离式Ku=0，结合式Ku=1；Dg——双层混凝土板的截面总刚度(MN·m)，按(4.19)计算确定。Dg=Ec1h01312+Ec2h02312+h01+h02241Ec1h01+1Ec2h02-1Ku(4.19)rg——双层混凝土板的相对刚度半径(m)，按式(4.20)计算确定。rg=1.23DgEt13(4.20)此时Ku=0，hx=0复合式混凝土面层的截面总刚度为：Dg=Ec1h01312+Ec2h02312+h01+h02241Ec1h01+1Ec2h02-1Ku=31000×0.24312+27000×0.16312+0=44.928MN·m复合式混凝土面层的相对刚度半径为：rg=1.23DgEt13=1.23×44.92819713=0.751m标准轴载在普通混凝土面层临界荷位处产生的荷载应力计算为：σps1=0.077rg0.60Ec10.5h01+hx1Ku6Dg=0.077×0.7510.6×31000×0.2412×44.928=0.895Mpaσps2=0.077rg0.60Ec20.5h02+hx2Ku6Dg40 =0.077×0.7510.6×27000×0.1612×44.928=0.520Mpa普通混凝土面层，因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数Kr=0.87；碾压混凝土基层不设纵缝，不考虑接缝传荷能力的应力折减系数Kr。水泥混凝土面层，考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数Kf=Nev=5992.91×1040.057=2.775；碾压混凝土基层，考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数Kf=Nev=5992.91×1040.065=3.203。根据公路等级，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数Kc=1.20。普通混凝土面层的荷载疲劳应力计算为σpr1=Kr·Kf·Kcσps1=0.87×2.775×1.20×0.895=2.593Mpa碾压混凝土面层的荷载疲劳应力计算为σpr2=Kr·Kf·Kcσps2=1.0×3.203×1.20×0.520=1.999Mpa4.1.5温度疲劳应力加铺混凝土双层结构板的温度疲劳应力原则上按下式计算确定：σtr=Kcσtm(4.21)式中：σtr——临界荷位处的温度疲劳应力(Mpa)；σtm——最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力(Mpa)。对于双层板，应分别计算上、下两层板各自的温度疲劳应力。从实际应力分析结果看，分离式双层板仅需计算上层板的温度疲劳应力σtr1。温度疲劳应力系数Kc的确定方法与单层板Kt相同。Kt=frσtmaσtmfrc-b(4.22)σtm1=αcEc1h01Tg2Bx1(4.23)Bx1=ξ1Bx(4.24)ξ1=Cx0.32-0.81lnh01Ec1h02Ec2+2.5h01h02(4.25)式中：Kt——考虑温度应力累计疲劳作用的疲劳应力系数；a、b、c——回归系数，按所在地区的公路自然区划查表4.8；表4.8回归系数a、b和c系数公路自然区划ⅡⅢⅣⅤⅥⅦa0.8280.8550.8410.8710.8370.834b0.0410.0410.0580.0710.0380.05240 c1.3231.3551.3231.2871.3821.270σtm1——分离式双层混凝土板上层的最大温度翘曲应力(Mpa)；αc——混凝土的温度线膨胀系数(1/℃)，通常可取为1x10-5/℃；Tg——最大温度梯度；Bx1——分离式双层混凝土板的温度应力系数；Bx——综合温度翘曲应力和内应力作用的温度应力系数；Cx——混凝土板的温度翘曲应力系数。其他符号意义同前。本设计路段所在的自然分区为Ⅳ5，最大温度梯度取92(℃/m)。普通混凝土面层板长4m，l/rg=4/0.751=5.33,根据规范查下图可知普通混凝土面层h01=0.24m，Bx=0.53，Cx=0.98。图4.1温度应力系数Bx最大温度梯度时普通混凝土上层板的温度翘曲应力计算为：ξ1=Cx0.32-0.81lnh01Ec1h02Ec2+2.5h01h02=0.980.32-0.81×ln0.24×310000.16×27000+2.5×0.240.16=1.02Bx1=ξ1Bx=1.02×0.53=0.54σtm1=αcEc1h01Tg2Bx1=1×10-5×31000×0.24×922×0.54=1.8（Mpa）查表可知回归系数a=0.841，b=0.058，c=1.323，普通混凝土面层的温度疲劳应力系数Kt为：40 Kt=frσtm1aσtm1frc-b=5.01.8×0.841×1.85.01.323-0.058=0.444因此，温度疲劳应力为：σtr=Kcσtm=Ktσtm1=0.444×1.8=0.82Mpa分离式复合式路面中碾压混凝土基层的温度翘曲应力可忽略不计。路面板的综合疲劳应力应满足以目标可靠度为依据的极限平衡方程式，即γrσpr+σtr≤fr(4.26)二级公路的安全等级为三级，目标可靠度为85%，相应的变异水平等级为中。据此查表可知可靠度系数γr=1.13。普通混凝土面层：γrσpr+σtr=1.13×2.593+0.82=3.86Mpa≤fr=5.0Mpa碾压混凝土基层：γrσpr+σtr=1.13×1.999+0=2.26Mpa≤fr=4.0Mpa因而，拟定的由厚度0.24m的普通混凝土上面层和厚度0.16m的碾压混凝土基层组成的分离式复合式路面，可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。4.2沥青混凝土路面设计（方案二）4.2.1路面交通等级4.2.1.1标准轴载及轴载当量换算我国路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载。当以弯沉值和沥青层的层底拉应力为设计指标时，按下式完成轴载当量换算N=i=1KC1·C2niPiP4.35(4.27)式中：N——标准轴载的当量轴次（次/日）；ni——各种被换算车辆的作用次数（次/日）；P——标准轴载（kN）；Pi——各种被换算车型的轴载（kN）；C1——轴载系数；C2——轮组系数，双轮组为1，单轮组为6.4，四轮组为0.38。当轴间距大于3m时，按单独的一个轴计算，此时轴数系数为1；当轴间距小于3m时，双轴或多轴的轴数系数按下式计算：C1=1+1.2m-1(4.28)式中：m——轴数。本路段通过的车辆轴载当量换算见下表4.9。表4.9轴载当量换算40 轴数系数C1轮组系数C2轴数总重Pi（kN）各级作用次数ni标准轴载的作用次数N解放CA390后轴11170.15490104.8黄河JN162前轴11159.5064066.9后轴111115.06401175.5东风XQD5170TGC后轴11275.20×23001770.7解放CA15后轴11170.3840086.8总计——————————3204.7注：轴载小于40kN忽略不计。4.2.1.2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Ne按下式计算：Ne=1+rt-1×365r·N1·η(4.29)式中：Ne——设计年限内一个车道通过的累计标准当量轴次（次）；t——设计年限（年），二级公路设计年限为12年；N1——路面营运第一年双向日平均当量轴次（次/日）；r——设计年限内交通量平均增长率（%），r=6%；η——与车道数有关的车辆横向分布系数，简称车道系数。双向两车道的车道系数取0.70；设计年限累计当量标准轴载数为：Ne=1+rt-1×365r·N1·η=1+6%12-1×3656%·3204.7·0.7=1.38×1074.2.1.3交通等级分析沥青路面交通等级见下表由下表可知，本设计路面属于重交通。表4.10沥青路面交通等级交通等级BZZ-100累计标准轴次Ne（次/车道）大客车及中型以上各种货车交通量Nn（辆/d/车道）40 轻交通<3×106<600中等交通3×106~1.2×107600~1500重交通1.2×107~2.5×1071500~3000特重交通>2.5×107>30004.2.2沥青路面结构组合设计二级公路一般采用双层式沥青面层，即上面层和下面层。初步拟定4cm细粒式密级配沥青混凝土和8cm中粒式密级配沥青混凝土作为上下面层；30cm水泥稳定碎石的基层，以及底基层采用石灰土。4.2.3路面各层材料参数确定根据《公路沥青路面设计规范》，得到各层材料的抗压模量和辟裂强度。各值均取规范给定范围的中值，该地质自然划分Ⅳ5且土基为中湿状态的砂类土。结果列入表4.11即设计资料汇总表。表4.11材料参数设计资料汇总表材料名称厚度（cm）抗压回弹模量（Mpa）劈裂强度（Mpa）20℃15℃细粒式密级配沥青混凝土4140020001.4中粒式密级配沥青混凝土8120018001.0水泥稳定碎石30150015000.6石灰土待定5505500.2土基——31————4.2.3.1设计指标与极限标准路面设计弯沉值由下式计算：ld=600×Ne-0.2AcAsAB(4.30)式中：ld——设计弯沉值(0.01mm)；Ne——设计年限内一个车道累计当量标准轴载通行次数；Ac——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；As——面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0，热拌沥青碎石、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；AB——路面结构类型系数，刚性基层、半刚性基层沥青路面为1.0，柔性基层沥青路面为1.6。若基层由半刚性材料层与柔性材料层组合而成，则AB介于两者之间通过线性内插决定。40 沥青面层和基层层底拉应力作为沥青路面结构设计的第二项设计控制指标有如下公式：σspσR=Ks(4.31)式中：σsp——路面结构材料的极限抗拉强度（Mpa），由实验室按标准试验方法测得；σR——路面结构材料的容许拉应力，即该材料能承受设计年限Ne次加载的疲劳弯拉应力（Mpa）Ks——抗拉强度结构系数。根据结构层材料不同，按以下公式计算Ks值。Ks=0.09Ne0.22Ac沥青混凝土面层(4.32)Ks=0.35Ne0.11Ac无机结合料稳定集料(4.33)Ks=0.45Ne0.11Ac无机结合料稳定细粒土(4.34)Ks=0.25Ne0.05Ac贫混凝土(4.35)①设计弯沉值ld=600×Ne-0.2AcAsAB=600×1.38×107-0.2×1.1×1.0×1.0=24.64（0.01mm）②各验算层材料的容许拉应力细粒式密级配沥青混凝土Ks=0.09Ne0.22Ac=0.09×1.38×1070.221.1=3.05σR=σspKs=1.43.05=0.459Mpa中粒式密级配沥青混凝土Ks=0.09Ne0.22Ac=0.09×1.38×1070.221.1=3.05σR=σspKs=1.03.05=0.328Mpa水泥稳定碎石Ks=0.35Ne0.11Ac=0.35×1.38×1070.111.1=1.94σR=σspKs=0.61.94=0.309Mpa石灰土Ks=0.45Ne0.11Ac=0.45×1.38×1070.111.1=2.50σR=σspKs=0.22.50=0.08Mpa4.2.4石灰土层厚度的确定(1)将路面结构换算为三层结构体系，如图4.2所示h=4cmE1=1400MpaH=？E2=1200Mpa土基E0=31Mpa图4.2三层体系表面弯沉系数等效换算示意图40 (2)求弯沉综合修正系数：取ls=ld=24.64（0.01mm）F=1.63ls2000δ0.38E0p0.36(4.36)式中：F——弯沉综合修正系数；ls——路表弯沉（0.01mm）；p、δ——标准车轴载轮胎接地压力（Mpa）和当量圆半径（cm），p=0.70Mpa，δ=10.65cm；按式(4.36)可得：F=1.63ls2000δ0.38E0p0.36=1.6324.642000×10.650.38310.700.36=0.4885(3)计算实际弯沉系数和理论弯沉系数αc=lsE12000pδF(4.37)式中：αc——理论弯沉系数；E1——结构层回弹模量；所以αc=24.64×14002000×0.70×10.65×0.4885=4.736(4)按设计弯沉值计算石灰土层厚度hδ=0.38E2E1=0.86E0E2=0.026查三层体系表面弯沉系数诺谟图得到：K1=1.55,α=6.2K2=αcαK1=4.746.2×1.55=0.493查三层体系表面弯沉系数诺谟图得：H/δ=4.8则=4.8×10.65=51.12cm石灰土层厚度：H=h2+i=34hi2.4EiE2=8+30×2.415001200+h4×2.45501200=51.12解得h4=14.1cm，可取h4=15.0cm。4.2.5按容许拉应力验算设计层厚度40 验算层底拉应力时根据多层弹性理论，层间接触条件为完全连续体系，以双圆荷载作用下为验算条件。(1)验算细粒式密级配沥青混凝土层底拉应力上面层厚度h=4cm中面层厚度：由，E2E1=0.86将路面结构换算为三层体系，如图4.3所示：h=4cmE1=1400MPaH=?cmE2=1200MPa土基E0=31MPa图4.3上面层底面弯拉应力等效换算示意图E0E2=0.026，H/δ=52.7/10.65=4.95查三层体系上层底面拉应力系数诺谟图可知<0，所以σ=pm1m2σ<0，验算满足要求。(2)验算中粒式密级配沥青混凝土层底拉应力将路面结构换算为三层体系，如图4.4所示：h=？cmE1=1200MPaH=？cmE2=1500MPa土基E0=31MPa图4.4下面层底面弯拉应力等效换算示意图上面层厚度中面层厚度由,E2E1=15001200=1.25E0E2=311500=0.02,H/δ=34.92/10.65=3.28查三层体系中层底面拉应力系数诺谟图可知σ1=0.31，n1=1.22,n2=1.02,所以σ=pm1m2σ=0.7×1.22×1.02×0.31=0.270Mpa<0.328Mpa所以层底拉应力小于容许拉应力，验算满足要求。(3)验算基层层底拉应力将路面结构换算为三层体系，如图4.5所示：h=？cmE1=1500MPaH=15cmE2=550MPa40 土基E0=31MPa图4.5基层底面弯拉应力等效换算示意图上面层厚度中面层厚度由,E2E1=5501500=0.37E0E2=31550=0.056,H/δ=15/10.65=1.41查三层体系中层底面拉应力系数诺谟图可知σ1=0.10，n1=1.24,n2=0.31，所以σ=pn1n2σ=0.7×1.24×0.31×0.10=0.027Mpa<0.305Mpa所以上层底面不存在拉应力，显然层底拉应力小于容许拉应力，验算满足要求。(4)验算底基层层底拉应力同基层层底拉应力验算，验算结果：层底拉应力小于容许拉应力，验算满足要求。4.2.6路表实际弯沉值计算重新计算得H=52.7cm，h/=0.376，H/=4.95，E2/E1=0.857，E0/E2=0.026查三层体系表面弯沉系数诺谟图得到：K1=1.56，α=6.3，K2=0.45αc=αK1K2=6.3×1.56×0.45=4.42Ls=2000pδE1αcF=2000×0.7×10.651400×4.42×0.4885=23.000.01mm