道路专业毕业设计说明书.pdf

黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 目目目目录录录录 第 1 章 绪论.1 1.1 选题的目的及意义 1 1.2 设计任务及依据1 1.2.1 设计任务.1 1.2.2 设计依据.2 1.3 本公路的功能及建设的意义.2 1.4 路线概况2 1.4.1 沿线自然情况 2 1.4.2 路线设计起终点桩号及坐标. 2 1.5 道路等级确定及采用的主要技术指标3 1.5.1 确定公路等级：3 1.5.2 路线主要技术指标4 第 2 章 路线.5 2.1 路线的布设与选择 5 2.1.1 路线布线的原则5 2.1.2 路线选择方法. 5 2.1.3 路线方案的说明和比较6 2.2 路线平面线形设计 6 2.2.1 曲线计算.7 2.2.2 坐标计算.10 2.3 路线纵断面设计 12 2.3.1 设计原则.12 2.3.2 设计方法.12 2.3.3 竖曲线设计. 12 2.4 路线平纵组合设计 15 2.4.1 平纵组合设计原则15 2.4.2 平、竖曲线应避免的组合 15 2.5 本章小结15 第 3 章 路基路面及排水16 黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 3.1 路基设计.16 3.1.1 路基横断面布置及加宽和超高方案.16 3.1.2 路基横断面形状及尺寸拟定 18 3.1.3 路基横断面面积与路基土石方数量计算方法19 3.1.4 路基处理工程设计19 3.2 路基排水与防护工程.21 3.2.1 路基排水设施及排水系统设计.21 3.2.2 路基防护工程22 3.2.3 挡土墙设计. 24 3.2.4 边坡稳定性验算31 3.3 路面设计.33 3.3.1 沥青路面的设计原则.33 3.3.2 沥青路面的设计内容.33 3.3.3 路面设计基本资料.33 3.3.4 沥青路面设计 33 3.3.5 结构层与组合设计.36 3.3.6 路基回弹模量确定及垫层设计37 3.3.7 路面结构厚度计算.38 3.4 本章小结43 第 4 章 小桥涵设计. 44 4.1 全线采用的涵洞 44 4.2 涵洞设计44 4.2.1 涵洞位置确定44 4.2.2 洞口类型的选择44 4.2.3 涵洞的设计要求.44 4.2.4 涵洞的设计原则.45 4.2.5 涵洞布置45 4.2.6 基底坡度的选择.45 4.2.7 涵洞计算.45 4.3 本章小结48 第 5 章 路线交叉. 49 5.1 全线采用的路线交叉说明.49 黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 5.2 平面交叉设计49 5.2.1 交叉口设计类型49 5.2.2 平面交叉计算49 5.3 本章小结50 第 6 章 环境保护. 52 6.1 公路的环境问题.52 6.2 公路的环保功能.52 6.3 环保设计应遵循的依据和原则53 6.4 设计采取的环保措施53 6.5 公路绿化设计.54 6.6 本章小结54 第 7 章设计概算. 56 7.1 设计概算编制原则和办法.56 7.2 本设计概算的编制过程.57 7.3 本章小结57 结论.58 参考文献.59 致谢.61 黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 第 1 章 绪论 1.1 选题的目的及意义 毕业设计是培养学生综合能力的重要环节。 根据土木工程专业 （公路与城市道路方 向）的培养目标要求及毕业生的主要服务去向开展选题，本次设计公路路线设计方向 的选题为某公路的两阶段初步设计， 在此过程中对公路几何线形设计、 路面工程设计、 路基工程设计、平面交叉设计、公路施工组织与概预算编制的方面的进行深入研究， 独立的拟定设计方案、精心设计，完成合格的设计成果。通过此设计，把所学的知识 加以系统的应用和巩固，使理论与生产实践相结合。这是对大学四年所学专业知识的 总结、深化和提高，对毕业后从事道路工程的设计、施工、管理、维护等技术工作具 有重要的意义。为了更好的适应以后的社会需要，更好的提高我们的专业水平，我系 对毕业生安排了毕业设计。 我所进行的设计为鹤伊公路西林至金山屯段两阶段初步设 计。本设计严格执行现行标准及规范要求，广泛收集相关资料、参考、规范。 1.2 设计任务及依据 1.2.1 设计任务 按给定地形图完成指定起终点位置的一般公路两阶段初步设计。具体内容包括： 公 路等级和主要技术指标的确定，纸上选线和方案比较，路线设计，路基设计，挡土墙 设计，路面设计，小桥涵设计，平面交叉设计，施工组织设计等项目。 本公路设计依据为： 给定的设计任务书、 大比例尺地形图以及交通部颁布的现行公 路标准和规范。 （1）路线设计： 按给定的起终点完成纸上定线，并进行其中 4.9km 路线设计 绘制路线平面图（4.9km） 进行路线纵断面设计（4.9km） （2）路基设计：路基及横断面设计及土石方计算（2.0km） 完成路基排水系统总体设计（全线） （3）路面设计：沥青路面设计 （全线） （4）小桥涵设计：完成一项小桥涵设计 （5）路线平面交叉设计：完成一项路线平面交叉设计 黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 （6）设计概算：利用软件完成设计概算 （7）设计说明书 1.2.2 设计依据 （1）设计任务书 （2）公路工程技术标准jtg b01-2003 （3）公路路线设计规范jtg d02-2006 （4）公路自然区划标准jtj 003-86 （5）公路路基设计规范jtg d30-2004 （6）公路水泥混凝土路面设计规范jtg d40-2002 （7）公路桥涵设计通用规范jtg d60-2004 （8）公路排水设计规范jtg d018-96 1.3 本公路的功能及建设的意义 本设计选题为鹤伊公路西林至金山屯段两阶段初步设计。 本公路是黑龙江省公路网 化建设中的重要组成部分，地处平原重冻区，公路自然区划属2 区，自然地理环境 比较复杂，地形、地质、水文、气候等约束限制条件多，冻胀、翻浆等公路病害频发， 不仅涉及路线设计与结构设计的综合运用，更要顾及技术、经济与环境保护的统筹考 虑，设计难度比较大。本段公路的建设与开通，将进一步完善和优化当地综合运输体 系的功能和作用，特别是对当地社会政治经济等方面的发展产生积极影响，具有重要 意义！ 1.4 路线概况 1.4.1 沿线自然情况 本设计路段为微丘地形， 所经地区的地表多为较厚的腐殖土或落叶覆盖层， 其保温 性良好，下层 0.54.0 米多为风化沙砾、碎石土和砾石土，4.0 米以下为风化岩石路 线位于东经 1262130 1262029，北纬 462128 462616之间。沿线所处自然 区划为2 区。气候：年平均气温 3.5c 降雨量 400mm600mm 冬季主导风 向为西北风 年平均风速 3.5m/s 最大冻深 1.2m。水文情况：地表排水一般，地 下水位埋深大于 3m。沿线公路主要病害：冻胀、翻浆。 1.4.2 路线设计起终点桩号及坐标 起点坐标n-5166800e- 24402400 终点坐标n-5162300e- 24405600 起点桩号k12 + 400 终点桩号k19 + 149 黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 1.5 道路等级确定及采用的主要技术指标 1.5.1 确定公路等级： () 1 0 1 n d nnr =+ （1.1） 式中： d n 远景设计年平均日交通量（日）； 0 n 起始年平均日交通量（辆/日），包括现有交通量和道路建成后从其它道路吸 引过来的交通量； r年平均增长率（%）； n远景设计年限。 初始年交通量，见表 1.1： 表 1.1 初始年交通量 交通量为: 车型 交通量 （辆/日） 折算系数折算后交通量 （辆/日） 小客车203012030 中型车15821.52373 大型车67521350 0 20302373 13505753=+=n 辆/日 115 1 0(1 )5753 (17.0%)14835 =+=+= n d nnr 辆/日 根据标准，年平均日交通量在 500015000 辆之间属于二级公路。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 1.5.2 路线主要技术指标 其设计标准按公路工程技术标准jtg b01-2003 执行。 本设计主要技术标准采用情况2，如表 1.2： 表 1.2 主要技术指标汇总表 指 标 名 称单 位数量 1公路里程km6.749 2设计速度km/h80 3路基宽度m12.0 4行车道宽度m23.5 5硬路肩宽度（全幅）m21.5 6土路肩宽度（全幅）m20.75 7中央分隔带宽度m0 8不设超高最小平曲线半径m2500 9最大纵坡%5 10 00 最小坡长m200 11凸形竖曲线最小半径m3000 12凹形竖曲线最小半径m2000 13竖曲线最小长度m70 14设计洪水频率-1/50 黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 第 2 章 路线 2.1 路线的布设与选择 2.1.1 路线布线的原则 首先要熟悉地形图和所给的原始资料。分析其地貌、高差、河渠、耕地、建筑物等 的分布情况。本设计路段为微丘地形，要依据该地形选线的原则进行布线。该地区选 线的特点是路线需要克服一定的高差，路线的长度和平面位置主要取决于纵坡的安 排，因此在选线中应以路线纵断面为主。 2.1.2 路线选择方法 1 、选线要点 根据给定的起终点，分析其所需的展线长度，选择合适的中间控制点。在路线各种 可能的走向中，初步拟定可行的路线方案（如果有可行的局部路线方案，应进行比较 确定），然后进行纸上定线。 在 1:10000 的小比例尺地形图上在起、终控制点间研究路线的总体布局，找出中间 控制点。根据相邻控制点间的地形、地貌、地质、农田等分布情况，选择地势平缓山 坡顺直的地带，拟定路线各种可行方案。 对于山岭重丘地形，定线时应以纵坡度为主导；对于平原微丘区域（即地形平坦） 地面自然坡度较小，纵坡度不受控制的地带，选线以路线平面线形为主导。最终合理 确定出公路中线的位置（定出交点）。 2、山岭区地形的选线步骤 （1）试坡 定均坡线。在山岭重丘地带，根据等高线间距和所选定的平均纵坡（视路线高差大 小，一般选 4.5%5%之间）按计算得等高线间平均长度 a(a=等高距/平均纵坡)进行试 坡（用分规卡等高线），将各点连成折线，即均坡线。 （2）定导向线 分析这条均坡线对地形、 地物等艰苦工程和不良地质的避让情况。 如有不合理之处， 应选择出须避让的中间控制点，调整平均纵坡，重新试坡。经过调整后得出的折线， 称为导向线。 （3）平面试线 黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 穿直线：按照“照顾多数，保证重点”的原则综合考虑平面线形设计的要求，穿线 交点，初定路线导线（初定出交点）。 敷设曲线： 按照路中线计划通过部位选取且注明各弯道的圆曲线的长度。 平面试线 中要考虑平、纵、横配合，满足线形设计和公路路线设计规范jtg d20-2006 的 规定和要求，综合分析地形、地物等情况，穿出直线并选定曲线半径。 （4）修正导向线 纵断面控制：在平面试线的基础上点绘出粗略纵断面地形线， （可用分规直接在图 纸上量距， 确定地面标高）， 进行初步纵坡设计，并根据纵坡设计情况修正平面线形。 横断面较核：根据初步纵坡设计，计算出路基填挖高度，绘出工程困难地段的路基横 断面图 （如地面横坡陡或工程地质不良地段等） ， 根据路基横断面的情况修平面线形。 （5）定线 经过几次修正后，最终确定出满足公路工程技术标准jtg b01-2003 要求，平 纵线型都比较合适的路线导线（最终定出交点位置）。 2.1.3 路线方案的说明和比较 1、技术指标的比选 （1）路线长度及其延长系数； （2）转角数及转角平均度数； （3）最大与最小平曲线半径及竖曲线半径； （4）最大与最小纵坡。 2、经济指标的比选 （1）路基土石方、桥涵工程及防护与加固工程数量； （2）主要材料数量及工程总造价。 本段路线 1 号方案路线相对较短，与 2 号方案相比降低了路基土石方工程数量； 本 段路线 2 号方案不但增加了路线长度，而因受地质条件的限制，线性较差。路线 1 号 方案较路线 2 号方案线性美观、平纵线形组合得当。在安全、舒适、迅速的前提下， 做到工程量小、造价低。所以选定 1 号方案为新线。 2.2 路线平面线形设计 根据路线几何线形设计要求， 确定路线平面线形各要素及其他们之间的配合； 线形 应与道路所经地带的地形、地物、环境、景观相协调，而且减少工程数量，节省投资。 本路属新建路段，为节约材料，降低造价，提高路基的使用质量，山岭重区应以填挖 平衡的原则设计。根据公路路线设计规范jtj 01195 规定，直线的最大长度应 有所限制，考虑司机的驾驶疲劳问题。直线线形也不宜过短，对于设计速度大于或等 黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 于 80km/h 的公路，最大直线长度为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， 同向曲线之间直线的最小长度(以 m 计)以不小于设计速度(以 km/h 计)的 6 倍为宜； 反 向曲线之间的最小直线长度(以 m 计)以不小于设计速度(以 km/h 计)的 2 倍为宜。 对于 本路段，计算行车速度为 80km/h，同向曲线间最小直线长度不小于 480m；反向曲线 间最小直线长度不小于 160m。根据给定的资料和规范的要求我在这段路的设计 上设了一个特殊平曲线。根据此地区为山岭区，交通等级为重交通，确定计算要素。 2.2.1 曲线计算 全线共设 4 个平曲线。公路路线设计规范jtg d20-2006 规定，二级公路山岭 重丘区不设超高最小半径 2500m，曲线半径小于不设超高最小半径，在直线和圆曲线 相接处，应设置缓和曲线。 1、基本型曲线计算 基本型即为直线回旋线圆曲线回旋线直线的顺序组合。 基本型中的回旋线参数、 圆曲线最小长度都应符合有关规定。 两回旋线参数可以相 等，构成对称基本型；也可以根据地形条件设计成不相等的非对称型平曲线。此设计 根据地形情况以基本型为例进行计算。 为使线形连续协调，宜将回旋线圆曲线回旋线的长度比设计成 1:1:1；当曲线 半径较大，平曲线较长时，也可以将回旋线圆曲线回旋线的长度比设计成 1:2:1 等组合形式。 如果回旋线圆曲线回旋线的长度比按 1:1:1 设计，缓和曲线长度 ls 和圆曲线 半径 r 有下面关系： 1802 =rls （2.1） 如果回旋线圆曲线回旋线的长度比按 1:2:1 设计，缓和曲线长度 ls 和圆曲线 半径 r 有下面关系： 1803 =rls （2.2） 缓和曲线要素的计算公式： / 2 s lr= （2.3） 3 42 268824rlrlp ss = （2.4） 2 3 2402rllq ss = （2.5） 黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 ()()tan2 h tprq=+ （2.6） ()180 hs lrl=+ （2.7） ()()sec2 h erpr=+ （2.8） 2 hhh jtl= （2.9） 式中： p 内移值； e外距； l曲线的长度； t切线长度； j校正值； r圆曲线半径； s l 缓和曲线长。 全部曲线主点里程桩号计算公式如下： h tjdzh= （2.10） s lzhhy+= （2.11） )2( sh llhyyh+= （2.12） s lyhhz+= （2.13） 2 h l hzqz= （2.14） （校核） 2 h j qzjd+= （2.15） 式中：zh第一缓和曲线起点（直缓点） hy第一缓和曲线终点（缓圆点） yh第二缓和曲线起点（圆缓点） hz第二缓和曲线终点（缓直点） qz圆曲线终点（曲中点） jd交点 例如， 对于交点 4， 桩号为 k18+251.388， 已知： =482216.0， 左偏， ls=790m， r=700m 曲线要素计算如下： 黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 200 0.143 22 700 = s l r 2424 33 200200 2.379 24268824 7002688 700 = ss ll p rr 33 22 200200 99.932 22402240 700 = ss ll q r 48.37 ()tan(7002.379)tan99.932415.381 22 。 =+=+= h trpq 48 22 16.0700200790.9646 180180 =+=+= hs lrl 48 22 16.0 ()sec(7002.379)sec70069.964 22 =+=+= h erpr 22 415.381 790.964639.797= hhh jtl 1. 主点里程桩号计算如下： 直缓点：k18251.388415.381k17+836.007=+= h zhjdt 缓圆点：hyzhlk17+836.007200k18+036.007=+=+= s 圆缓点：(2)k18+036.007(790.96462 200)k18+426.972=+=+ = hs yhhyll 缓直点：k18426.972200k18+626.972=+=+= s hzyhl 曲中点： 790.9646 k18+626.972k18+231.489 22 = h l qzhz 交点： 39.797 (k18+231.489k18251.388 22 校核）=+=+=+ h j jdqz 计算缓和曲线要素及里程桩号详见直线、曲线及转角一览表。 2、s 形曲线计算 本设计由于 jd1jd2 之间的距离偏小，jd1 为右偏 jd2 左偏，直线长度很难满足 要求， 同时也为适应地形条件的变化， 所以此处设 s 形曲线。 s 形曲线设计计算如下： 运用纬地软件设计 s 形曲线，系将 s 形曲线看做是两个反向基本型平曲线的组合 对接，首先给定 jd1 的半径及缓和曲线长度：r1 =690, 1s l=270, 2s l=270.切换到交点 2，给定前缓和曲线长度 1s l=280， 2s l=280，交点 2 半径 r2 采用纬地软件的 “与前 交点相接” 反算模式，计算结果为 517.2961。 s 形曲线设计参数满足如下二个条件 黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 l( a1+ a2)/40 r1/r2=1 /31 a1/a2 2 有条件时以小于 1.5 为宜 a= ls r ， 所以 1 270 690431.624=alsr 2 280 517.2961380.582=alsr ， 12 /1.134 ）（3.7） () “ cj jjjj hb ibb ibi=+= （ 3% b i ）（3.8） （4）双坡断面： 0 cxg x hb i x = （3.9） 2 cxj jg b hb ii=+ （3.10） “ cxxj hb i= （3.11） （5）旋转断面： cxx hb i= （3.12） 2 cxj jx b hb ii=+ （3.13） () “ cxj jjxx hb ibb i=+ (i 3 x % )（3.14） “ cxxj hbi= (i 3 x % )（3.15） 式中： ccc hhh 、 、 外侧路肩、路中、内测路肩超高值； j bbb、 、 路面全加宽值、路肩宽度、路面宽度； jcb iii、 、 路肩、路拱、超高横坡度； 黑龙江工程学院本科生毕业设计 18 x计算横断面桩号与超高缓和段起始横断面桩号的差值； 0 x 为双坡阶段的路段长度，按下式计算： 0 g h i xlc i = （3.16） 若双坡阶段的超高渐变率 1 0 0.003 g i b p x = ，则： 0 1 330 g g i b xi b p = （3.17） c l 超高缓和段长度， 一般 c l = s l 。 若此时 1 0 0.003 g i b p x = ， 按下式计算 （ c l s l ） ： 0 330330 bb cgb gg ii lxi bi b ii = （3.18） x b 加宽缓和段上某一点的路面加宽值，可按下式计算： 按正比例过度： bkbx= （3.19） 按二次抛物线过度： ()bkkbx= 43 34 （3.20） 其中： c l x k= x i 旋转阶段某一计算横断面的横坡度，按下式计算： xb c x ii l = （3.21） 若双坡阶段的超高渐变率 1 0 0.003 g i b p x = ，则按下式计算： 0 0 () bg xg c ii iixx lx =+ （3.22） 3.1.2 路基横断面形状及尺寸拟定 1、路基形式 全线为新建公路，路基形式有一般路堤、路堑、半填半挖三种形式。一般路堤路拱 横坡度为 1.5%，土路肩坡度为 3%。填方路堤设置路侧取土坑时，路基边缘与取土坑 之高差大于 6m 时，设置护坡道，宽度为 2m。地面自然横坡度陡于 1：5 时，路堤基 底应挖台阶，台阶宽度不小于 1m，台阶底设 2%向内倾斜的纵坡。挖台阶前应清除草 皮及树根。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 19 2、边坡的确定 路基边坡坡度对路基稳定性十分重要，确定路基边坡坡度是路基设计的重要任务。 其大小取决于边坡的土质，岩石的性质及水文地质条件等自然因素和边坡的高度。 一 般路基的边坡坡度可根据多年实践经验和设计规范推荐的数值采用。 （1）路堤边坡 一般路堤的边坡坡度可根据填料种类和边坡高度按规定坡度选用， 路堤边坡坡度过 高时，单独设计，陡坡上路基填方可采用砌石。 （2） 路堑边坡 土质路堑边坡应根据边坡高度，土的密实程度，地下水和地面水的情况，土的成因 和生成时代等因素选定。岩石路堑边坡，一般根据地质构造与岩石特性对照相似工程 的成功经验选定边坡坡度。 3、路基高度的确定 路基的填挖高度， 是在路线纵断面设计时综合考虑路线纵坡要求， 路基稳定性和工 程经济等因素确定的。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公路沿线具体条件和排水及防护措施确定 路基的最小填土高度。 3.1.3 路基横断面面积与路基土石方数量计算方法 路基填挖的断面积， 是指断面图中原地面线与路基设计线所包为的面积， 高于地面 线者为填，低于地面线者为挖，两者应分别计算。 土石方数量一般采用平均断面法或棱台体积法计算。 若相邻两断面均为填方或挖方且面积大小相近，则可假定两断面之间为一棱柱体， 其面积的计算公式为 12 1 () 2 vaa l=+ （3.23） 式中：v体积，即土石方数量， 3 m ； 12 ,a a 相邻两断面的面积， 2 m ； l相邻两断面之间的距离，m。 3.1.4 路基处理工程设计 1、翻浆地段的处理 （1）冻胀、翻浆产生的原因： 我国北方属季节性冰冻地区， 路基的填土主要是粉质土， 道路产生翻浆的主要原因 如下： 黑龙江工程学院本科生毕业设计 20 地下水位较高。在冬季水分聚集，引起路基冻胀，春融时，路基湿软，形成弹簧 状态。在行车载荷作用下，泥浆被挤压到路面，发生了道路翻浆现象。 地表排水不良。在冬季时，积雪堆积在路肩上，引起了不均衡冻胀。春季雪融化 形成积水不能及时排出，浸泡路肩腐蚀路面，引起路面脱皮，进而引发翻浆。 道路设计时，对当地气候考虑不充分，对通车量及载重量估计不足，从而导致路 面破坏，形成翻浆。 （2）造成土基冻胀与翻浆的条件： 采用粉性土质做路基，构成了冻胀与翻浆的内因；地面排水困难，地下水位高的路 段，为水分积聚提供充足的水源;多雨的秋天，暖和的冬天，骤热的晚春，春融期降 雨，通行过大的交通量或过重的汽车，不及时排除积水，弥补裂缝。 （3）翻浆的预防： 经常使路基表面平整坚实，无坑槽辙沟，路拱及路肩横坡度符合规定标准，路肩上 无坑洼，无堆积物及边沟通畅不存水。及时扫除积雪，使路基表面不存雪，防止雪水 渗入路基。发现路基有翻浆时，可在路肩上每隔 35m 挖一道横沟，沟宽 3040m , 深度可根据路基土层的解冻深度来决定 ,并随着解冻深度逐步向下加深。横沟底面要 作出向外倾斜 4%5%的坡度，两边路肩的横沟要错开挖。开始出现翻浆的路段不太 长时 ,也可以在路面的边缘挖出两道纵沟，宽 25cm，深度随路面厚度而定，然后再 每隔 300400m 挖一道横沟。 （4）翻浆防治措施： 挖渗水坑：在翻浆路段的中心线上，顺路向每隔 46m 挖一个圆坑，其直径 3040cm，坑深要挖到冻土层以下 10cm 左右。以便把融化的冻水引聚到坑内，再加 以掏出。此法适用于土路及粒料路面路段。但要设立交通安全标志。 挖换土：把翻浆路段上的土挖出来，挖到稳定土层，然后把挖出的土摊在路肩晾 干再回填或换铺一层水稳性较佳的土壤。 换铺粒料：在挖除稀泥后填以碎石、碎砖或炉渣等粒料，表面整平后直接通车， 或在下面填一层干土，再铺上粒料，垫平后通车。此法也适用于翻浆严重地段。 掺石灰：在翻浆路段上，撒铺石灰，捣夯，使石灰进入路基里面。此法可用于土 路已经翻浆破坏了的路段。 （5）翻浆的根治 提高路基：根据实际情况加高路基，使路基上部土层远离地下或地表水面。 降低地下水位： 黑龙江工程学院本科生毕业设计 21 1）修有管渗沟。在路基两旁的边沟底上，向下挖一道深沟，比现有的地下水位再 深一些。先在沟底安放 4 周带孔的瓦管，管上填满碎石、碎砖或小砾石，最上层用 20cm 厚的粘土夯实封口，粘土与碎石等粒料之间可铺一层 3cm 厚的草皮，这样地下 水就可经瓦管排走而降低水位。 2）修盲沟。该方法与修渗沟基本相同 ,只是沟底以较大的石块垒起来代替瓦管。 3）修隔温层。在路面下铺一层炉渣、矿渣、碎砖等材料 ,隔温层的厚度一般为 2050cm ,其宽度要比路面每边多 3050cm。 4）修透水隔离层。在路面以下 4555cm 外，用碎石、砾石、碎砖等粗粒料在路基 全宽上铺厚度 715cm，作为透水隔离层。隔离层底面应有 3%4%的横坡度，它的上 下两面均应铺一层厚 12cm 的苔藓、泥炭。草皮、炉渣 ,防止泥土堵塞。与边坡接头 时 ,要用大块碎石或砾石铺进 50cm 宽。同时，要使隔离层面高出边沟至少 25cm。 5）加固路面结构。此法可以加大路面结构层的厚度，提高路面的强度与刚性，扩 大其承载能力。 2、 低洼塔头地的处理 土是一种松散的介质，如果再水中长期浸泡，强度是不会满足要求的。如果路线要 通过这些地段最经济合理的处理方法是换填土层法。 换填土层法是将湿软土部分全部挖除， 换填强度较大的砂、 碎砾石， 灰土或素土等。 砂垫层厚度一般在 0.61.0m 之间。太厚时施工困难，太薄时效果差。砂料以中粗砂 为宜要求级配良好，颗粒不均匀系数不大于 5，含泥量不超过 35%。砂垫层的作用 可以提高承载力，减小沉降量，缩短软弱土层的排水固结时间，防止冻胀、翻浆、 沉 陷等病害，消除膨胀土的胀缩作用。 换填砂垫层的适用条件是：路基高度较小、软土表面无透水性硬壳、软土层较薄或 虽稍厚双排水条件好，当地有砂且运输方便，运距近，施工期限较长。 3.2 路基排水与防护工程 3.2.1 路基排水设施及排水系统设计 1、排水系统的一般规定 （1）路基排水设计应与农田水利建设规划相配合，防止冲毁农田或危害农田水利 设施，当路基占用灌溉沟渠时，应予恢复，并采取必要的防渗措施。公路穿过村镇居 民区时，排水设计应与现有供、排水设施及建设规划相协调。排水困难地段可通过提 高路基或采取降低地下水位、设置隔离层等措施，使路基处于干燥、中湿状态。 （2）路基排水要尽量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，减少排水沟渠的 黑龙江工程学院本科生毕业设计 22 防护与加固工程，减少水对路基的破坏作用，应尽量阻止水进入路基范围。本设计路 段采用的排水系统设备有截水沟、边沟、挖方路段路面两侧设边沟。填方路段地面高 程高的一侧设截水沟。当边沟及截水沟的纵坡小于 3%，采用土质边沟，当纵坡大于 3%时,采用浆砌片石边沟。 （3）本设计路段大部分处在干燥或中湿状态，路基排水基本顺畅，但也出现挖方 及矮路堤，在大部分地区及挖方路段需设置边沟，并且两侧 100m 左右的路段由于是 填方向挖方过渡，填土高度较小，属于矮路堤都必须设置边沟。当排水量大时应进行 流量计算，在小半径曲线设置超高的地段，边沟宜加深。 （4）边沟纵坡应与路线纵坡一致，但本路线全线地面起伏很大，且横断面高差很 大，在许多路段无法满足此项要求。在路基两侧设置边沟，一般情况下挖方路基和填 土高度小于 1m 的路堤应设置边沟，在一些地面横向排水好的路堤也可不设边沟。本 设计的涵洞与路线正交，纵坡度为 2%，涵管直径为 1.5m。 （5）全线横向排水基本良好，路基受地下水影响小，不需全线设置边沟，路线左 侧高，右侧低，右侧需设边沟的地段少一些。纵向排水全部按设置 2m 护坡道的情况 选择，挖方路段选路基边坡坡脚以外 1m。边沟出口必须设在横向排水良好或涵洞的 地段使边沟汇集来的水能顺畅的排向路基范围以外，以保持路基处在干燥或中湿状 态。 2、边沟的设置 路基必须设边沟， 深度设为 60cm， 底宽为 60cm。 全线土质为黑粘土， 植被为草地、 林地，极适宜植物生长，应优先考虑采用草皮植树等植物防护措施。种草时应采用易 成活、生长快，根系发达的多年生草本材植物。本段公路路基断面出现挖方的情况较 多，当沟底纵坡大于 5%时设置梯形浆砌片石边沟。 边沟纵坡应与路线纵坡一致，最小纵坡不小于 0.5%，特殊地段应不小于 0.3%。边 沟长度一般在 200300m 之间，特殊情况边沟长度不应超过 500m，多雨地区不超过 300m。本设计中边沟尺寸采用梯形边沟，设置位置详见路基、路面排水工程数量表， 设置样式详见边沟设计图。 3.2.2 路基防护工程 1、路基防护的目的 路基的修建，改变了岩、土的自然状态，在不利的水温条件下，在车辆荷载的长期 作用下，路基可能会产生各种变形和破坏。保证路基的强度与稳定性，不仅与路基位 置、横断面尺寸、岩土组成等方面密切相关外，路基的防护与加固工程，也是不町缺 少的主要工程技术措施之一。随着公路等级的提高，交通量的急剧增长，防护工程对 防止路基病害、保证路基稳固、改善环境、美化路容、保证公路使用品质、提高经济 黑龙江工程学院本科生毕业设计 23 效益更具有重要的意义。 特别是在强调公路应与自然环境、 人文环境和谐统一的今天， 更加显得重要。在进行路基设计时，应综合考虑以人为本，坚持可持续科学发展观， 以及安全、环保、舒适、和谐的设计理念。 2、路基防护与加固的主要设施 路基防护与加固设施，主要有边坡坡面防护、沿河路堤的冲刷防护与加固、支挡建 筑物。 （1）坡面防护 坡面防护主要是保护易受自然因素影响而强度、 整体稳定性降低导致的路基边坡破 坏。坡面防护还可以达到美化路容、协调自然环境的目的。坡面防护设施仅起到将坡 面封闭隔离的作用，不承受外力作用，所以要求被防护的路基边坡本身是稳定的。 常 用的坡面防护方法有植物防护、砌石防护和坡面处治。前者可视为有“生命”防护， 以土质边坡为主；砌石防护和坡面处治属“无机”防护，以石质边坡为主。一般地， “生命”防护优于“无机”防护。 （2）冲刷防护 冲刷防护主要用于防止水流对路基（如沿河路堤、河滩路堤、水泽区路堤、桥头引 道等）的冲刷与淘刷。冲刷防护包括直接防护和间接防护两种。直接防护类型有植物 防护、铺石、抛石、石笼等，间接防护主要指设置控导与河道整治构造物，如丁坝、 顺坝、防洪堤、拦水坝等，必要时要疏浚、改变河道、以改变水流方向，避免水流的 直接作用。 （3）支挡建筑物 支挡建筑物是用来防止路基变形或支撑路基或山体的位移， 保证路基的稳定。 包括 路基边坡支撑、挡土墙、土（石）垛及其他具有承重作用的构筑物和堤岸支撑（沿河 驳岸、浸水挡土墙）。 3、坡面防护类型 坡面防护是保证路基边坡表面免受降水、日照、风力等自然力的破坏，通过将坡面 封闭或隔离，避免或减缓与大气直接接触，阻止岩土进一步风化，防止地面水流对边 坡的冲刷和淘空，从而提高边坡的稳定性。 （1）植物防护 植物防护适用于坡高不大、比较平缓的土质边坡，是一种简易的防护设施。不同的 植被还可起到诱导交通、防眩、吸尘和隔声的作用，同时美化路容、协调环境。因此， 对于适宜植物生长的土质边坡，宜优先采用植物防护。 （2）种草 黑龙江工程学院本科生毕业设计 24 种草边坡坡度不宜陡于 1：1 的土质边坡，不浸水或短期浸水但地面径流速度不超 过 0.6m/s 的路基边坡可以选择种草防护。 草的品种应适应当地土壤和气候条件， 通常 用易生长，根系发达，茎叶低矮或有匍匐茎的多年生长的草种，也可几种草籽混种。 对不宜种草的边坡，可以先铺 510cm 厚的种植土层，土层与原坡面结合稳固。 （3）铺草皮 铺草皮适用于需要快速绿化、 边坡较陡、 冲刷严重的土质边坡和严重风化的软质岩 石边坡。草皮应选择根系发达、茎矮叶茂、耐旱草种，不宜采用喜水草种，严禁采用 生长在沼泽地的草皮。草皮规格以不过于损坏根系，便于成活及运输而定，一般为 2040cmcm ，厚约 610cm。铺草皮前应将坡面整平，必要时可加 6l0cm 种植土层。 铺草皮铺砌形式可据边坡坡度与水流流速等，选用平铺、水平叠铺、倾斜叠铺和网格 式等方式。铺砌时草皮端应斜切，形成平行四边形，自下而上用竹木小桩将草皮钉在 坡面上，使之稳固。草皮应随挖随铺，注意相互贴紧。 （4）植树 植树主要是在堤岸边的河滩上，用以降低流速，促使泥沙淤积，防止水直接冲刷路 堤。把树栽种成多行并与水流方向斜交，还可起挑水、促进泥沙淤积作用。植树树种 应以根系发达、枝叶茂盛、生长迅速为主。如防冲刷时宜选用杨、柳树或不怕水淹的 灌木。 3.2.3 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。 在公路工程 中，它广泛应用在支撑路堤或路堑边坡，隧道洞口，桥梁两端及河流岸壁等。 1、设置挡土墙的几种情况 路基在遇到下列情况时可考虑修建挡土墙： （1）路基位于陡坡地段或岩石风化的路堑边缘地段； （2）为避免大量挖方及降低边坡高度的路堑地段； （3）可能发生塌方，滑坡的不良地质地段； （4）水流冲刷严重或长期受水浸泡的沿河路基地段； （5）为节约用地，减少拆迁或少占农田的地段； （6）为保护重要建筑物，生态环境或其它特殊需要的地段. 本设计在 k5+670.000k5+770.000 处填方高度相对较大，路基边坡稳定性不足， 所以在此设置重力式挡土墙。 2、重力式挡土墙设计应考虑的主要问题 （1）仰斜式路肩挡土墙是靠墙身自重来维持挡土墙在土压力作用下的稳定的，它 具有形式简单，施工方便，可就地取材，适应性强等特点，因而应用十分广泛。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 25 （2）重力式挡土墙一般多用片(块)石砌筑，在缺乏石料的地区有时也用水泥混凝 土预制块修建，或直接用水泥混凝土浇筑。 （3）根据墙背倾角的不同，重力式挡土墙又可细分为仰斜式、竖直式、衡重式、 俯斜式和凸形等 5 种。 仰斜墙背所受主动土压力最小，故墙身断面较经济；俯斜墙背所受土压力较大， 通 常在地面横坡陡峻时采用，可凭借陡直的墙面以减少墙高；俯斜墙背可做成台阶形， 以增加墙背与填土间的摩擦力，竖直墙背的特点则介于仰斜墙背和俯斜墙背之间； 凸 形折线墙背由仰斜墙背演变而成，主要为减少上部的断面尺寸；衡重墙背在上下墙间 设有衡重台，利用其上填土的重力使全墙重心后移，增加了墙身的稳定。 （4）挡土墙宜采用渗水性强的砂性土、粉煤灰等材料作为墙背填料，当采用粘性 土作填料时，宜掺入适量的碎石。在季节性冻土区，应选择炉渣、碎石、粗砂等非冻 胀性填料，并应分层夯实。 （5）沉降缝、伸缩缝、泄水孔及排水 一般沿墙长 1020m 设置伸缩缝，墙高突变或基底地质、水文情况变化处均应设置 沉降缝，两者可合并设置，缝宽约 2030mm，沿缝的三边填塞沥青麻筋或涂沥青木 板，塞入深度0.2m。根据墙背填料的透水性能及渗水量设置泄水孔和墙背反滤层， 泄水孔孔径宜100mm，且向外倾斜 5%，沿墙高和墙长每隔 23m 上下交错布置； 孔的进水侧设厚度0.3m 的反滤层；最下排泄水孔应高出地面或水面 0.3m；墙背应 设置隔水层，一般做 0.20.3m 厚的粘土隔水层。根据需要，可采用地表排水、填土 外设截水沟、填土表面设隔水层、墙面防水层、排水沟等措施，防止地表水渗入挡土 墙。 （6）对于挡土墙基础埋深的问题,公路路基设计规范(jtg d302004) 5.4.3 条 规定:挡土墙基础置于土质地基时,基础埋深不得小于 1m。当冻结深度小于或等于 1m 时，基底应在冻结线以下不小于 0.25m，并应符合基础最小埋置深度不小于 1m 的要 求；当冻结深度超过 1m 时,基底最小埋深不得小于 1.25m，还应将基底至冻结线以下 0.25m 深度范围的地基土换填为弱冻胀材料。路堑式挡土墙基础顶面应低于路堑边沟 底面不小于 0.5m。 （7）挡土墙宜采用明挖基础。基底建筑在大于 5%纵向斜坡上的挡土墙，基底应 设计为台阶式。 （8）根据实际经验，高度 6m 以上的重力式挡土墙，其经济性、安全性均不如桩 锚体系挡土结构。所以如非特殊情况，高度 6m 以上尽量少采用重力式挡土墙。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 26 （9）设计中墙背填土内摩擦角、土对挡土墙背的摩擦角、地基土对墙基底的摩擦 系数等参数，对墙身截面尺寸影响较大，应根据现场试验或传统资料准确选用。 （10）一般重力式挡土墙的设计需考虑以下五方面问的题：抗滑移稳定性； 抗倾稳定性；墙身的强度；地基的承载力；地基的整体稳定性。其中墙身的强 度一般都能满足要求，不必计算，如有必要，仅验算墙身和基础结合处的强度即可。 （11）重力式挡土墙的设计，一般是先根据墙后填土性质，工程地质情况和砌筑材 料等条件凭经验初步拟定挡土墙截面尺寸, 首先作抗滑移稳定验算, 如不能满足要求, 则改变截面尺寸重新验算, 待满足抗滑移要求后再作其它各种验算，即通常是抗滑移 稳定性决定了挡土墙的截面尺寸。 3、本设计重力式挡土墙截面尺寸拟定以及有关设计参数的采用 本设计采用俯斜式重力式挡土墙，拟定墙面高度 h=5m，墙背坡度 n1=-0.25，墙面 坡度 m=0.25，墙底倾斜坡度 n2=0.25，墙顶宽度 b1=0.94，墙趾宽度 db=0.15m，墙趾 高度 bh=0.5m，基地内倾坡度 2 0.2n= ，路基宽度 0 8.5bm= ，土路基宽度 0.75dm= ， 墙背填土为砂土，填料容重 3 18()kn m= ，填料内摩擦角 35=， 外摩擦角 17.5=，f r =2.31,挡土墙分段长度 1 10lm= 。如图 3.1 所示。 地基情况：砂性土密实，基底容许承载力 0 500kpa= ，地基土的内摩擦系数系 数 0.50= 。墙身材料：墙体圬工为 5 号砂浆，浆砌 25 号片石砌筑，砌体容重 3 23() g kn m= ，砌体极限抗压强度 ra=1600kpa，如图 3.1 所示。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 27 4、墙背主动土压力及其作用点计算 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=5.73m 1 5.7350.50.23 b hhhh= = m 挡墙的基地水平总宽度： b=1.04m （1）挡土墙自重及重心计算 111 23 5 0.94 g ghb= = = 108.1kn/m 21 ()23 0.5 (0.150.94) ghb gbdb= +=+=12.54 kn/m 1 31 1.09 ()23 0.23 22 b gh db ghhb + = = 2.88kn/m 11 11 0.250.94 0.150.5 0.255 2222 bh nb zdbmh=+=+ += 1.37m 1 2 0.251.09 0.5 2222 b h dbm zb + =+=+= 0.61m 31 ()3(0.150.94 1.04)3 b zdbb=+=+= 0.71m 0123 108.1 12.542.88gggg=+=+= 123.52kn/m 黑龙江工程学院本科生毕业设计 28 1122330 ()/ g zz gz gz gg=+=1.28m 车辆荷载作用下的土压力按墙高确定的附加荷载强度进行换算，即： 0 q h = （3.24） 式中： 墙后填土的容重 3 ()ln m ； q附加荷载强度()kpa ，按表 3.1 取值。 表 3.1 附加荷载强度 q 墙高 h(m)q(kpa) 2.020.0 10.010.0 注：h=2.010.0m 时，q 可线性内插确定。 （2）墙后填土以及车辆荷载引起的主动土压力 查表 3.1 得，当 h=5.73m 时，内插求得 q=15.338kpa 由公式（3.22），得： 0 15.338 18 q h = 0.852m 35( 14.04 ) 17.5=+=+ + =38.46 tantan( tantan)(tan) tan38.46( tan35tan38.46 )(tan38.460.25) 0.73 ca c = + = + = =arctg = 36.10 () cos() sin() 36.10.25 cos(36.135 ) sin(36.138.46) 0.16 tgtg k tg + =+ + =+ + = 按墙背高度 h=5.73m 计算， 002 1 222 0.852 1(1)111.30 5.73 hhh k hhh = += += += 黑龙江工程学院本科生毕业设计 29 22 1 18 1.3 0.16 5.73 22 ekk h = 61.46kn/m 土压力的水平分量 ()cos61.46 cos(17.514.04 ) x ee=+ = 52.38kn ()sin32.15 y ee= kn 01 5.73 30.8523 1.30.23