一级公路设计沥青路面论文23425.doc

i 摘 要 本设计是某平原微丘区一级公路施工图设计，路线全长 4047.21m，设计行车速度 为 80km/h，采用双向六车道整体式路基，路基宽度为 32m，行车道宽度为 11.75m，硬 路肩宽度为 2.5m，土路肩宽度为 0.75m。 主要设计内容有：选线定线、路线方案比选；平面线形设计，包括平曲线设计、 里程桩号与坐标计算等；纵断面设计，包括纵坡设计、竖曲线设计、平纵组合设计等； 横断面设计，选取有代表性的三公里路段进行横断面类型设计、超高设计、行车视距 验算、土石方数量计算等；路基路面设计，包括路基形式选用，边坡稳定性验算，边 坡防护，路面结构设计等； 排水设计；桥涵设计等。 关键词：一级公路；设计；沥青路面 ii abstract this design is about one first class roads working drawing design in plain and rolling terrain. the rout length of the road is 4047.21 meters. the design speed limit is 80 kilometers per hour. the roadbed width is 32 meters, which form is integral two-way six lanes subgrade, and which is made up of carriageways with width of 11.75 meters, hard shoulder with width of 2.5 meters, road shoulder with width of 0.75 meter. the main design elements include: graphic design, including alignment alignment, line scheme comparison, horizontal curve design, the mileage calculation stake and coordinates; longitudinal design, including the longitudinal design, vertical curve design, level design, vertical combination; cross-sectional design, select a representative cross section forms three kilometers to the design, high design, traffic sight checking, earthwork quantity calculation; pavement design, including the selection of foundation form, checking the stability of slope, slope protection, pavement design; drainage design; bridge design. key words: first class road; design; asphalt pavement iii 目 录 第一章 绪论 .1 1.1 公路工程设计发展现状及意义 1 1.2 公路工程设计发展趋势 1 1.2.1 公路工程设计发展趋势 1 1.2.2 我国公路工程设计发展趋势 1 1.3 国内外研究综述 1 第二章 工程概况 .3 2.1 沿线自然地理特征 3 2.2 公路等级及主要技术指标 4 2.2.1 道路等级确定 .4 2.2.2 主要技术指标 .5 第三章 公路路线选线及比选 .7 3.1 道路选线一般原则 7 3.2 选线的步骤和方法 7 3.3 影响路线方案选择的主要因素 8 3.4 平原区路线选线要点 8 3.5 路线方案比选 9 第四章 路线设计 10 4.1 路线平面设计 .10 4.1.1 平面线形设计要点 10 4.1.2 平面要素组合类型 11 4.1.3 平面线形要素组合计算 .12 4.2 路线纵断面设计 .14 4.2.1 纵坡设计要求 15 4.2.2 纵坡设计的步骤 16 4.2.3 竖曲线设计 17 4.3 路线横断面设计 .18 4.3.1 横断面设计原则 18 4.3.2 各项技术指标 19 iv 4.3.3 土石方计算 22 4.3.4 路基土石方调配 22 第五章 路基路面设计 26 5.1 路基设计概述 .26 5.1.1 横断面布置 27 5.1.2 路基的类型与构造 27 5.1.3 边坡设计 .28 5.1.4 路基边坡防护设计 28 5.2 沥青路面结构设计 .28 5.2.1 设计原则 .28 5.2.2 设计步骤 .29 5.2.3 设计依据 .29 5.2.4 方案一结构厚度计算 .30 5.2.5 方案二结构厚度计算 .35 5.2.6 路面方案比选 37 第六章 排水设计 38 6.1 排水的目的与意义 .38 6.2 路基路面排水设计一般原则 .38 6.3 排水设计步骤 .38 6.4 沟渠设计 .39 6.4.1 边沟设计 .39 6.4.2 排水沟 .40 第七章 桥梁设计 41 7.1 概述 .41 7.2 桥涵设计的一般规定 .41 7.3 连续梁桥受力的特点 .41 7.4 预应力混凝土连续梁桥在我国的发展 .42 7.5 行车道板的内力计算 .42 第八章 专题：挡土墙设计 45 8.1 概述 .45 v 8.2 挡土墙的设计原则 .45 8.3 挡土墙设置一般规定 .46 8.4 挡土墙的布置 .46 8.5 沉降逢与伸缩缝 .47 8.6 挡土墙设计验算 .47 第九章 工程预算 53 9.1 概、预算的作用 .53 9.2 概预算编制原则及依据 .53 9.3 概、预算的编制步骤 .55 参考文献 .59 致 谢 60 vi 河南理工大学本科毕业设计 第一章 绪论 1 第一章 绪论 1.1 公路工程设计发展现状及意义 二十一世纪，人类已经步入了信息时代，人们的出行机会明显增多，这无疑要求 社会的交通基础设施更加完善，更加快捷，更加舒适。 随着科技的突飞猛进，无论发达国家还是发展中国家都投入了大量资金进行基础 设施建设，公路已成为一个国家生产力是否发达的重要标志，也是一个国家综合国力 的重要组成部分。改革开放以来，尽管我国公路建设取得了巨大成就，但由于公路交 通基础设施薄弱，各地发展不平衡。与发达国家相比尚有较大差距，不能适应国民经 济和社会发展的需。高等级公路车速高，通行能力大，行车道较多，而高等级公路设 有中央分隔带，采用立体交叉，控制出入，同时具有较为完善的案例防护设施，因此， 今后一段时期内，提高我国的公路工程设计的等级具有重要的意义。 1.2 公路工程设计发展趋势 1.2.1 公路工程设计发展趋势 公路设计应从使用者的视觉、心理出发研究公路的功能、美观及经济的一致性， 同时应综合考虑。 通视：要求路线各组成部分的空间位置配合协调，使司乘人员感到线形流畅、清 晰、行驶舒适安全。 导向：建立一个区域性的视觉系统，使司机在视觉所及的范围内，能预见到公路 方向和路况的变化，并能及时采取安全的行驶措施。 协调：使公路线形及沿线设施与沿途空间景观环境相协调。 绿化：利用绿化来补充和改善沿线景观。 1.2.2 我国公路工程设计发展趋势 我国公路设计发展趋势应在绿色环保方面应有新的技术突破，要特别注重道路工 程建设与沿线周边的“生态、旅游、景观”的协调，为未来的交通基础工程建设持续 发展，打下良好的基础。 1.3 国内外研究综述 公路货物运输是现代运输主要方式之一，同时，也是构成陆上货物运输的两个基 本运输方式之一。它在整个运输领域中占有重要的地位，并发挥着愈来愈重要的作用。 目前，全世界机动车总数已达4亿多辆，全世界现代交通网中，公路线长占23，约达 河南理工大学本科毕业设计 第一章 绪论 2 2千万公里，公路运输所完成的货物运输量占整个货物运输量的80左右，货物周转量 占10。在一些工业发达国家，公路运输的货物运输量、周转量在各种运输方式中都 名列前茅，公路运输已成为一个不可缺少的重要组成部分。 公路运输是一种机动灵活、简捷方便的运输方式，在短途货物集散运转上，它比 铁路、航空运输具有更大的优越性，尤其在实现“门到门”的运输中，其重要性更为 显著。 改革开放以来，我国的国民经济有了迅速的发展，公路基础设施建设日新月异， 伴随着公路网技术水平的提高、汽车工业的不断进步，公路货物运输在综合运输体系 中占有越来越重要的地位。公路货物运输无论在运输量绝对水平或在全社会货物运输 中所占比重均有较大幅度的提高。伴随着商品经济的日益活跃，区域间经济交往和货 物交流的日趋频繁和道路条件的改善，货物运输平均运距也有所提高。 公路货运市场也发生了巨大的变化，改革开放打破了计划经济时期国有运输企业 在运输市场中一统天下的局面，市场主体多元化日趋明显；为了满足国民经济对公路 运输新需求，公路货物运输生产方式和经营内容不断扩展，包括传统的整车运输、零 担运输以及集装箱、大件笨重货物、危险品货物运输等不断发展和完善，快件运输、 社会性储运服务等也暂露头角；运输市场的多元化和运力的快速发展，使得为车货双 方提供配载、货运代理和货运信息的货运服务业应运而生；公路运输市场调控和管理 体系已初步建立。存在的主要问题但是也应看到，我国公路货运由于历史原因，从运 输组织形式到经营管理水平，与国外发达国家相比，甚至与国内其它运输方式相比仍 有一定的差距。虽然自改革开放以来，一些高效的运输生产组织方式，如零担和集装 箱运输等，为改变公路货物运输行业长期以来滞后于国民经济发展的现状起到了积极 的作用，但是由于客观条件和公路运输管理体制等主管原因的制约，汽车货物运输的 机动灵活、运达速度高的优势仍一直未真正彻底体现出来。通过对我国公路货运业的 现状分析，影响我国公路货运发展的诸多因素依然存在。 就公路运输业而言，欧美、日本等经济发达国家的公路运输结构体系，经历了网 络扩张、扩大能力、到快捷、高效的发展过程。早在第二次世界大战以后，道路运输 首先在几个发达国家迅速地发展起来。我国公路建设方面成就十分显著。国家在基础 建设资金的大规模连续投入之后,公路基础设施显著改善, 公路路网也更加合理。2007年 完成了公路投资6489.91亿元, 其中高速公路5.39万公里、一级公路5.01万公里、二级公 路27.64万公里、三级公路36.39万公里、四级公路179.10万公里、等外公路104.83万公 里。全年新、改建农村公路42.3万公里总里程达313.44万公里。乡镇通公路率达98.54, 河南理工大学本科毕业设计 第一章 绪论 3 村通公路率达88.15。基本上形成了以高速公路为主体的国道主干线。 河南理工大学本科毕业设计 第二章 工程概况 4 第二章 工程概况 2.1 沿线自然地理特征 无锡地区地处上海、南京、苏州三大城市之间。位于太湖北岸。无锡市历为苏南 镇江以东三角州平原内主要工业基地和经济中心之一。路线经地区为无锡市辖地区， 属公路自然区划的 1区长江下游平原湿润区。本段工程为无锡至常熟一级公路(第一 标段) 设计，道路等级为一级公路，设计车速为v=80km/h，设计车道为双向六车道。 （1）气候特点 路线所经地区，属全国道路气候分区巨日区，不冰冻、中湿区。区内湿热度高， 温暖湿润。最高月平均地温达3035，一月份平均气温在316左右，七月份 平均气温2430之间，属亚热带气候。 （2）降水量及地下水 路线所经地区，年降水量多，年降水量10001400mm之间，常年为1200mm左右。 潮湿系数一般为1.01.5，最高月潮湿系数2.53.5。雨型主要为春雨和梅雨，且梅雨 期较长，该地区属中国暴雨分区第四区，地下水埋深一般为1.5米，丘陵地区为2米左右。 （3）地形与地貌 该地区地处沿江、滨海的地理位置，具有以平原为主，兼有低山丘陵的地形特点， 地貌类型：内型为冲积平原和湿润丘陵低山。在地形和气候的综合影响下，本区河川 密布、湖泊成群，且终年有水。河流内水量充沛，季节变化不大，泥沙含量小，陆地 水面约占总土地面积的8左右。 （4）地质与土质 在平原地区，地表上层覆盖较厚一般15米左右；在地面自然横坡大于15的丘陵 低山地带，上层覆盖厚度一般为10米左右。该地区水稻田分布广泛，土质属红粘性土 及砖红粘性土，属高液限粘性土，呈中密状态。本地区岩石埋藏较深，开采不易，一 般砂石料缺乏。按施工难易程度分，土质25为松土，75为普通土，丘陵地带埋藏 较深的岩石主要是石灰岩和花岗岩，为坚石，强度3 时，采用浆砌片石衬砌防护。当 3 h 4 时，设置mm 单层衬砌拱；当 4 h 6 时，设置双层衬砌拱，拱内铺设草坪网布被以保证路面水 或坡面水不冲刷护坡道，相应于衬砌拱拱柱部分的护坡道也做铺砌，并设置 20 号混凝 土预制块至边沟内侧。20 号混凝土预制块的规格分为两种，拱柱及护脚采用 5cm30cm50cm的长方体预制块，拱圈部分采用 5cm30cm65cm的弧形预制块，预 制块间用 7.5 号砌浆灌注。 5.2 沥青路面结构设计 根据本地区的路用材料，结合已有工程经验与典型结构，拟定了两个结构组合方 案。初步确定路面结构组合与各层厚度如下： 方案一： 4cm 细粒式沥青混凝土+6cm 中粒式沥青混凝土+5cm 粗粒式乳化沥青碎石+25cm 水泥稳定砾石+ ？水泥石灰砂砾土+15cm 天然砂砾，以水泥石灰砂砾土为设计层。 方案二： 4cm 细粒式沥青混凝土+6cm 中粒式沥青混凝土+5cm 粗粒式沥青碎石+？水泥稳定 碎石基层+20cm 级配碎石 +15cm 天然砂砾，以水泥稳定碎石基层为设计层。 5.2.1 设计原则 河南理工大学本科毕业设计 第五章 路基路面设计 31 （1）路面设计应认真做好现场资料收集，查明路基干湿类型。 （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。 5.2.2 设计步骤 （1）根据设计任务书的要求，进行交通量分析，确定路面等级、计算设计年限内 一个车道的累计当量轴次和设计弯沉。 （2）按路基土类的干湿类型，确定各路段土基回弹模量值。 （3）拟定几种可能的路面结构组合与厚度方案，根据选用的材料进行配合比实验， 测定各结构层的抗压回弹模量、抗拉强度，确定各结构层材料设计参数。 （4）根据设计弯沉值计算路面厚度。对沥青路面混凝土面层和基层、底基层，应 验算拉应力是否满足容许拉应力的要求，如不满足要求，或调整路面结构层厚度，或 变更路面结构组合，或调整材料配合比、提高极限抗拉强度，再重新计算。进行技术 经济比较，确定采用的路面结构方案。 5.2.3 设计依据 （1）路面类型：沥青混凝土路面 （2）执行规范：公路路线设计规范 （jtg d20-2006） 人民交通出版社 公路路基设计规范 （jtg d30-2004） 人民交通出版社 公路沥青路面设计规范 （jtg d50-2006）人民交通出版社 （3）设计年限为 15 年，设计速度为 80km/h，双向六车道。 （4）预测交通量增长率 8% 。 （5）地处1，气温条件为平均气温 30 摄氏度至 35 摄氏度。 （6）标准轴载计算参数见表 5-1。 表 5-1 标准轴载计算参数 标准轴载 bzz100 标准轴载 bzz100 标准轴载 p/kn 100 单轮传压面当量圆直径 d/(cm) 21.3 轮胎接地压力 p/mpa 0.7 两轮中心距（ cm) 1.5d 河南理工大学本科毕业设计 第五章 路基路面设计 32 （7）预测交通量组成见表 5-2。 表 5-2 预测交通量组成 汽车车型 前轴重（kn） 后轴重（kn） 后轴数（kn） 后轴轮组 数 后轴距（cm） 交通量（辆/日） 奔驰 lpk709 22.00 44.00 1 双 0 1500 江淮 hf150 45.10 101.50 1 双 0 660 东风 eq155 25.70 70.10 2 双 2 730 江淮 hk6911 28.30 69.30 1 双 0 640 黄海 dd690 56.00 104.00 2 双 4 820 东风 sp9135 20.20 72.30 2 双 4 810 5.2.4 方案一结构厚度计算 路面设计以双轮组单轴载 100kn 为标准轴载。 （1）当以设计弯沉为指标及验算沥青层层底拉应力时： 各级轴载换算按公式 5-1 计算(小于 25kn 的轴载不计)，计算结果如表 5-3 所列。 （5- 4.3512kiipncn 1） 式中：n标准轴载的当量轴次（次/d） ； ni被换算车辆的各级轴载作用次数（次 /d） ； p标准轴载； pi被换算车辆的各级轴载（kn） ； c1被换算车辆的轴数系数，当轴间距大于 3m 时，按单独的一个轴载计算， 当轴间距小于 3m 时，按双轴或多轴计算，轴数系数 ，1.2(1)cm m 为轴数。 c2被换算车辆的轮组系数，双轮组为 1.0，单轮组为 6.4，四轮组为 0.38； k被换算车辆的类型数。 设计年限内一个车道上的累计当量轴次： （5-2）13651nrnte 得： 次715 04.0.29%836n 式中： 设计年限内一个车道上的累计当量轴次（次/车道） ；e 河南理工大学本科毕业设计 第五章 路基路面设计 33 t 设计年限（年） ； 路面竣工后第一年双向日平均标准轴载的当量轴次（次/日） ；1n 车道系数，参照规范 ，无分隔带的双车道 0.60.7,取 0.65； 设计年限内交通量年平均增长率。 表 5-3 轴载换算结果汇总表（以设计弯沉为标准时） 车型 /knip1c2/(次/d)in4.3512()/dipcn次 前轴 22.00 1 6.4 1500 13.24 奔驰 lpk709 后轴 44.00 1 1 1500 42.18 前轴 45.10 1 6.4 660 132.25 江淮 hf150 后轴 101.50 1 1 660 704.16 前轴 25.70 1 6.4 730 12.67 东风 eq155 后轴 70.10 2.2 1 730 342.47 前轴 28.30 1 6.4 640 16.89 江淮 hk6911 后轴 69.30 1 1 640 129.83 前轴 56.00 1 6.4 820 421.32 黄海 dd690 后轴 104.00 1 1 820 972.54 前轴 20.20 1 6.4 810 4.93东风 sp9135 后轴 72.30 1 1 810 197.58 合计 4.352kiipncn 2990.06 （2）当以半刚性材料层的拉应力为指标时，各级轴载均应按公式（5-3）换算成标准 轴载 p 的当量作用次数 （小于 50kn 的轴载不计）： （ 5- 812kiipn 3） 式中： 标准轴载的当量轴次（次/日） ；n 设计第一年被换算车型的各级轴载作用次数（次/日） ；in 被换算车型的各级轴载（kn） ；ip 轴数系数， ，m轴数；1c）（ 121c 轮组系数，单轴组为 18.5，双轮组为 1.0，四轮组为 0.09。2 轴载换算结果见表 5-4。 表 5-4 轴载换算结果汇总表（半刚性层底拉应力验算） 车型 /knip1c2 /(次/d)in 821pnci 奔驰 lpk709 前轴 22.00 1 18.5 1500 0.15 河南理工大学本科毕业设计 第五章 路基路面设计 34 后轴 44.00 1 1 1500 2.11 表 5-4 续 车型 /knip1c2 /(次/d)in 821pnci 前轴 45.10 1 18.5 660 20.9 江淮 hf150 后轴 101.50 1 1 660 743.49 前轴 25.70 1 18.5 730 0.26 东风 eq155 后轴 70.10 2.2 1 730 93.65 前轴 28.30 1 18.5 640 0.49 江淮 hk6911 后轴 69.30 1 1 640 34.04 前轴 56.00 1 18.5 820 146.72 黄海 dd690 后轴 104.00 1 1 820 1122.23 前轴 20.20 1 18.5 810 0.04 东风 sp9135 后轴 72.30 1 1 810 60.48 合计 82pnci 2224.56 设计年限内一个车道上的累计当量轴次： （5-4）13651nrnte 得： 次715 0.45.2%836n （3）路面组合结构设计 表 5-5 沥青混合材料设计参数 抗压模量 e（mpa ） 材料名称 20 15 劈裂强度 15 （ mpa） 备注 密集配 12001600 18002200 1.21.6 ac-10,ac-13细粒式沥青混 凝土 开级配 7001000 10001400 0.61.0 ogfc 沥青马蹄脂碎石 12001600 16002000 1.41.9 sma 中粒式沥青混凝土 10001400 16002000 0.81.2 ac-16,ac-20 密集配粗粒式沥青混凝土 8001200 10001400 0.60.8 ac-25 密集配 10001400 12001600 0.61.0 atb-25,atb-35 沥青碎石基层 半开级配 600800 am-25,am-40 沥青贯入式 400600 河南理工大学本科毕业设计 第五章 路基路面设计 35 公路等级为平原微丘区一级公路，交通等级为重交通，交通量年平均增长率为 8%，设计年限 15 年，取土基回弹模量为 40mpa。路面结构层材料设计参数见表 5-5。 路面设计弯沉值是表征路面整体刚度大小的指标，是路面厚度计算的主要依据。 路面设计弯沉值应根据公路等级、在设计年限内累计标准当量轴次、面层和基层类型 按下式计算确定： （5-64.211064.602.72. bscedanl 5） 式中： 路面设计弯沉值（0.01mm） ；dl 设计年限内一个车道上的累计当量轴次；e 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ca 公路为 1.2； 面层类型系数，沥青混凝土面层为 1.0；热拌沥青碎石、乳化沥青碎石、s 上拌下惯或贯入式路面为 1.1；沥青表面处治为 1.2；中、低级路面为 1.3； 基层类型系数，对半刚性基层、底基层总厚度大于或等于 20cm 时为 1.0；若面层ba 与半刚性基层结构时可取 1.0；柔性基层、底基层为 1.6，当柔性基层厚度大于 15cm、底基层为半刚性下卧层时可取 1.6。 现拟定沥青路面结构如下表： 表 5-6 拟定路面结构 层位 结构层材料名称 厚度 （cm） 抗压模量 e （mpa） 劈裂强度 sp （mpa） 1 细粒式沥青混凝土 4 1400 1.4 2 中粒式沥青混凝土 6 1200 1 3 粗粒式乳化沥青碎石 5 900 4 水泥稳定砾石 25 1500 0.6 5 水泥石灰砂砾土 待定 550 0.25 6 天然砂砾 15 150 7 土基 36 （4）各层材料容许层底拉应力 通过大量路面实验，表明承受一次加载断裂的极限弯拉应力与受多次加载后达到 同样断裂所施加疲劳应力之间的比值与加载次数存在如下相关关系： （5-sprk 河南理工大学本科毕业设计 第五章 路基路面设计 36 6） 式中： 沥青混凝土或半刚性材料的极限劈裂强度（mpa） ；sp 路面结构材料的容许拉应力；r 抗拉强度结构系数，根据结构层材料不同，按以下公式计算 值。sk sk 对沥青混凝土层的抗拉强度结构系数，按下式计算： （5-cesank/09.2. 7） 对无机结合稳定集料类的抗拉强度结构系数，按下式计算： （5-cesak/35.0 1. 8） 对无机结合料稳定细粒土类的抗拉强度结构系数，按下式计算： （5-cesank/45.01. 9） 细粒式沥青混凝土： 48.31/064.19.0/09. 2.72. cesank)(48.31mpaspr 中粒式沥青混凝土: 48.31/064.19.0/09. 2.72. cesa)(48.31pakspr 水泥稳定砾石: 18.2/1064.5.0/5.0.71. cesan)(28.6mpaspr 水泥石灰砂砾土： 8.21/064.15.0/45.0.71. cesak )(98.2paspr （5）确定路面厚度 通过计算机软件计算算得水泥石灰砂砾土层厚度为 29cm。各结构层的层底拉应力 河南理工大学本科毕业设计 第五章 路基路面设计 37 均小于相应各结构层的容许值，设计结果满足设计要求。最后得到路面结构设计结果 如下： - 细粒式沥青混凝土 4 cm - 中粒式沥青混凝土 6 cm - 粗粒式乳化沥青碎石 5 cm - 水泥稳定砾石 25 cm - 水泥石灰砂砾土 29 cm - 天然砂砾 15 cm - 土基 5.2.5 方案二结构厚度计算 （1）路面组合结构设计 公路等级为平原微丘区一级公路，设计车速为 80km/h，交通等级为重交通，交通 量年平均增长率为 8%，设计年限 15 年，取土基回弹模量为 36mpa。 现拟定沥青路面结构如下表： 表 5-9 拟定路面结构 层位 结构层材料名称 厚度 （cm） 抗压模量 e （mpa） 劈裂强度 sp （mpa） 1 细粒式沥青混凝土 4 1400 1.4 2 中粒式沥青混凝土 6 1200 1 3 粗粒式沥青碎石 5 900 4 水泥稳定碎石基层 待定 1500 0.6 5 级配碎石 20 550 6 天然砂砾 15 150 7 土基 36 路面设计弯沉值是表征路面整体刚度大小的指标，是路面厚度计算的主要依据。 路面设计弯沉值应根据公路等级、在设计年限内累计标准当量轴次、面层和基层类型 按下式计算确定： 64.211064.602.72. bscedanl 式中： 路面设计弯沉值（0.01mm） ； 设计年限内一个车道上的累计当量轴次；e 河南理工大学本科毕业设计 第五章 路基路面设计 38 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ca 级公路为 1.2； 面层类型系数，沥青混凝土面层为 1.0；热拌沥青碎石、乳化沥青碎石、s 上拌下惯或贯入式路面为 1.1；沥青表面处治为 1.2；中、低级路面为 1.3； 基层类型系数，对半刚性基层、底基层总厚度大于或等于 20cm 时为 1.0；若面ba 层与半刚性基层结构时可取 1.0；柔性基层、底基层为 1.6，当柔性基层厚度大于 15cm、底基层为 半刚性下卧层时可取 1.6。 （2）各层材料容许层底拉应力 通过大量路面实验，表明承受一次加载断裂的极限弯拉应力与受多次加载后达到 同样断裂所施加疲劳应力之间的比值与加载次数存在如下相关关系： sprk 式中： 沥青混凝土或半刚性材料的极限劈裂强度（mpa） ；sp 路面结构材料的容许拉应力；r 抗拉强度结构系数，根据结构层材料不同，按以下公式计算 值。sk sk 对沥青混凝土层的抗拉强度结构系数，按下式计算： cesank/09.2. 对无机结合稳定集料类的抗拉强度结构系数，按下式计算： ces/35. 1.0 细粒式沥青混凝土： 48.3/64.9./09. 2.072. cesank)(.48.31mpaspr 中粒式沥青混凝土: 48.31/064.19.0/09. 2.72. cesank)(.48.31paspr 水泥稳定碎石: 18.2/1064.5.0/5.0.71. cesank 河南理工大学本科毕业设计 第五章 路基路面设计 39 )(28.01.6mpakspr （3）确定路面厚度 通过计算机软件计算算得水泥稳定碎石层厚度为 31cm。各结构层的层底拉应力均 小于相应各结构层的容许值，设计结果满足设计要求。最后得到路面结构设计结果如 下: - 细粒式沥青混凝土 4 cm - 中粒式沥青混凝土 6 cm - 粗粒式沥青碎石 5 cm - 水泥稳定碎石 31 cm - 级配碎石 20 cm - 天然砂砾 15 cm - 土基 5.2.6 路面方案比选 （1）根据以上两种路面设计结果，路面结构层次的拟定见表 5-10 所示 表 5-10 路面层结构拟定 方案一 方案二 材料名称 各层厚度（） 材料名称 各层厚度（） 细粒式沥青混凝土 4 细粒式沥青混凝土 4 中粒式沥青混凝土 6 中粒式沥青混凝土 6 粗粒式乳化沥青碎石 5 粗粒式沥青碎石 5 水泥稳定砾石 25 水泥稳定碎石基层 31 水泥石灰砂砾土 28 级配碎石 20 （2）路面结构类型比选方案与论证： 从经济上比较两种方案，虽然方案一中总厚度大于方案二，但是方案一中水泥稳 河南理工大学本科毕业设计 第五章 路基路面设计 40 定砾石和水泥石灰砂砾土的铺筑成本低，所以方案一的造价低于方案二。 因此，从路面承受重交通、造价、使用性能、使用年限、日常养护及养护费用等 角度，应优先选用方案一沥青混凝土路面。 河南理工大学本科毕业设计 第六章 排水设计 41 第六章 排水设计 6.1 排水的目的与意义 路基路面的强度与稳定性同水的关系十分密切。路基路面的病害有多种，形成病 害的因素也很多，但水的作用是主要因素之一，因此路基路面设计、施工和养护中， 必须十分重视路基路面排水工程。 路基排水的任务，就是将路基范围内的土基湿度降低到一定的限度以内，保持路 基常年处于干燥状态，确保路基及路面具有足够的强度与稳定性。 路基设计时，必须考虑将影响路基稳定性的地面水，排除和拦截与路基用地范围 以外，并防止地面水漫流、滞积或下渗。对于影响路基稳定性的地下水，则应应予以 隔断、疏干和降低，并引导至路基范围以外的适当地点。 6.2 路基路面排水设计一般原则 （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，必要时可适当的增设 涵管或加大涵管孔径，以防农业用水影响路基稳定。路基边沟一般应用作农田灌溉渠 道，两者必须合并使用时，边沟的断面应加大，并予以加固，以防水流危害路基。 （3）设计前查明水源和地质条件，重点路段要进行排水系统的全面规划，考虑排 水与桥涵布置相配合，地下与地面排水相配合，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 并自然沟渠和改变水流性质，尽量选择有利地质条件布设人工沟渠，对于土质松软和 纵坡较陡地段的排水沟渠，应注意必要的防护与加固。 （5）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，既要稳固使用，又必须讲究经济效益。 （6）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水，也可建筑具有能承受荷载和雨水共同作用 的路面结构。 6.3 排水设计步骤 河南理工大学本科毕业设计 第六章 排水设计 42 (1)在 路 线 平 面 图 上 绘 出 必 要 的 路 堑 坡 顶 线 和 路 堤 坡 脚 线 ， 标 明 路 侧 弃 土 堆 和 取 土 坑 的 位 置 等 。 (2)在 路 基 的 上 侧 山 坡 上 可 设 置 截 水 沟 等 拦 截 地 表 径 流 。 为 提 高 截 流 效 果 ， 截 水 沟 宜 大 体 沿 等 高 线 布 置 ， 与 地 面 水 流 方 向 接 近 垂 直 。 路 堑 上 侧 有 弃 土 堆 时 ， 弃 土 堆 应 连 续 而 不 中 断 ， 并 在 其 上 方 设 置 截 水 沟 。 (3)路 基 两 侧 按 需 要 设 置 边 沟 或 利 用 取 土 坑 ， 必 要 时 采 用 路 肩 排 水 系 统 和 中 央 分 隔 带 排 水 系 统 ， 汇 集 并 排 除 道 路 表 面 的 水 。 (4)根 据 沿 线 地 下 水 的 情 况 ， 设 置 必 要 的 地 下 排 水 设 施 。 (5)将 拦 截 或 汇 集 的 水 流 ， 用 排 水 沟 管 引 排 到 指 定 的 低 地 、 河 沟 或 桥 涵 等 处 。 排 水 沟 应 力 求 短 捷 、 远 离 路 基 ， 与 其 他 水 沟 的 联 接 应 顺 畅 。 (6)选 定 桥 涵 的 位 置 ， 使 这 些 沟 管 同 桥 涵 连 成 一 个 完 整 的 排 水 系 统 。 对 穿 过 路 基 的 河 沟 ， 二 般 均 应 设 桥 涵 ， 不 要 轻 易 改 沟 并 涵 。 考 虑 到 路 基 排 水 或 农 田 排 灌 的 需 要 ， 也 可 增 设 涵 洞 。 6.4 沟渠设计 查公路路基设计规范(jtg d132004) 可得边沟横断面一般采用梯形，梯形边 沟内侧边坡为 1：0.51：1.5，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 0.6 ，深 0.6 ，内侧边坡坡度为 1：1，外m 侧边坡坡度为 1：1.5。 6.4.1 边沟设计 图 6-1 边沟截面形式 设置在挖方路基的外侧以及填土高度较低的路堤坡脚外侧的纵向人工沟渠，称之 为边沟。其主要功能在于汇集和排出路基范围内和流向路基的少量地面水。 河南理工大学本科毕业设计 第六章 排水设计 43 边沟的排水量不大时，一般不需要进行水文、水利计算。依据沿线具体条件，选 定标准横断面形式，边沟紧靠路基，通常不允许其他排水沟渠的水汇入，也不能与其 他人工沟渠和并使用。 （1）边沟的断面形式 常用的有梯形、矩形、三角形和流线型等几种形式。一般情况，土质边坡宜采用 梯形；石质边沟宜采用矩形，以减少沟顶宽度； 易于积雪或积沙路段，边沟宜采用流线型，单个采用机械化施工、且用地条件许 可时宜采用三角形。国防公路，为了利用车辆横越边沟，宜采用三角形边沟。 结合本设计的情况，采用用梯形边沟，边沟采用浆砌片石防护。 （2）边沟的纵坡和长度 为了保证边沟能迅速地排水，边沟纵坡一般与路线纵坡一致（出水口附近除外） ， 平坡路段，边沟宜保持不小于 0.5%的纵坡。在工程困难地段宜不得小于 0.3%，但边沟 口间距宜缩短。在边沟出水口附近以及排水困难路段，如回头曲线和路基超高较大的 平曲线等处，边沟应进行特殊设计。 为防止边沟水流漫溢或冲刷，通常规定单向排水长度每 300500 米即应设排水沟， 将水引至低洼处，必要时添设涵洞，将水引入路基另一侧。 6.4.2 排水沟 图 6-2 排水沟截面形式 排水沟主要用于排除来自边沟，截水沟或其它水源的水流，并将其引至路基范围 以外的指定地点。排水沟的断面形式一般为梯形，底宽不应小于 0.5m，深度按流量确 定，但不宜小于 0.5m。边坡坡度视土质而定，一般土层可用 1：1.5。沟底纵坡以 1%3%为宜，纵坡大于 3%，需进行加固，大于 7%时，应设置跌水或急流槽。排水 沟的长度应根据实际需要确定，通常宜在 500m 以内。排水沟距路基的距离一般不小于 河南理工大学本科毕业设计 第六章 排水设计 44 34m。 河南理工大学本科毕业设计 第七章 桥梁设计 45 第七章 桥梁设计 7.1 概述 预应力混凝土连续梁桥以结构受力性能好、变形小、伸缩缝少、行车平顺舒适、 造型简洁美观、养护工程量小、抗震能力强等而成为最富有竞争力的主要桥型之一。 随着预应力技术的发展和不断完善，尤其是悬臂、顶推等先进施工方法的出现， 更使预应力混凝土连续梁桥如虎添翼而活跃在整个桥梁工程领域。无论是城市桥梁、 高架道路、山区高架栈桥，还是跨越江河湖滨的大桥，预应力混凝土连续梁桥都以它 独特的魅力，而取代其他桥型成为优胜方案。 从国内外已建成的钢桥、钢筋混凝土及预应力混凝土连续梁桥的修建总数来看， 预应力混凝土连续梁桥已远远超过半数，充分表现出预应力混凝土连续梁桥的强大生 命。 本次设计的桥为 t 梁翼板连续梁桥，桥面铺装为 8cm 沥青混凝土和 9cm 厚的 c30 混凝土垫层。 7.2 桥涵设计的一般规定 （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）桥梁设计应遵循安全、适用、经济、美观和有利环保的原则,并考虑因地制宜 便于施工、就地取材和养护等因素。 （4）桥涵的设置应结合农田基本建设、考虑排灌的需要。 （5）上跨高速公路、一级公路的桥梁应与自然环境和景观相协调。 （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。 7.3 连续梁桥受力的特点 连续梁内力的分布比同等跨度的简支梁要合理。连续梁和简支梁绝对正负弯矩差 两者相等，但由于连续梁支座处存在负弯矩，这使得连续梁跨中最大正弯矩比简支梁 小得多，跨中最大挠度仅为同等跨度简支梁的 40%左右。因此，不论从刚度方面还是 从强度方面来说，连续梁都可以采用比简支梁要小的跨中梁高，而支点负弯矩还可以 通过调整跨径之比来适当降低。 预应力混凝土连续梁的主要缺点是预应力钢筋的布置难于发挥预加力的优点。在 河南理工大学本科毕业设计 第七章 桥梁设计 46 梁的大部分截面内既有正弯矩，也有负弯矩，这就迫使预应力合力的偏心靠近截面形 心轴，从而降低了预加力的作用，并且还影响到梁的极限承载能力。 连续梁等超静定结构，由于构件的变形受到约束，则在梁体内部产生二次力矩， 如预应力的次内力，混凝土的收缩徐变次内力，温度次内力，支座沉降次内力等。因 此在设计预应力混凝土连续梁桥时要考虑这些因素的影响。 7.4 预应力混凝土连续梁桥在我国的发展 我国修建预应力混凝土连续体系梁桥最早在铁路部门，1996 年在成昆线用悬臂拼 装法建成国内第一座预应力混凝土铰接连续梁桥旧庄河桥，跨度(24+48+24)m。第 一座预应力混凝土连续梁桥是 1975 年建成的北京枢纽东北环线通惠河桥，跨度 (26.7+40.7+26.7)m。1979 年 9 月建成兰州黄河桥(47+370+47)m 为悬臂浇筑的分离式 双室箱梁桥，进一步推动了预应力混凝土连续梁的修建和发展。此后，相继建成湖北 沙洋汉江公路桥，云南怒江桥，台州灵江桥等一大批特大跨公路连续梁桥。目前我国 最大跨度的预应力混凝土连续梁桥为江苏南京第二长江大桥的北汊桥，主跨 165m。另 外，预应力混凝土连续梁桥在铁路部门也得到了广泛的运用，兴建了大批大跨径连续 梁桥。 7.5 行车道板的内力计算 桥梁纵断面见图 7-1 图 7-1 桥纵断面图 桥梁横断面见图 7-2 河南理工大学本科毕业设计 第七章 桥梁设计 47 图 7-2 桥横断面图 （一）恒载及其内力 (1)每延米板上的恒载 g： 沥青混凝土面层 ：0.081.023=1.84kn/m1 c30 混凝土垫层 ：0.091.024=2.16kn/m2 t 梁翼板自重 ：3gmkn/75.20.148.0 合计：g=6.75kn/m (2)每米宽板条的恒载内力 弯矩 （7-1）201glma 得： mknmag7.5 剪力 （7-2）0lgqa 得 kqag78. （二）车辆荷载产生的内力 将后轮作用于铰缝轴线