交通土建毕业设计（论文）-湘潭至湘乡二级公路改建综合设计【全套图纸】 .pdf

湖南长沙理工大学毕业设计 湖南湘潭至湘乡二级公路改建综合设计（k39+000k40+300） i 湘潭至湘乡二级公路改建综合设计湘潭至湘乡二级公路改建综合设计 （k39+000k40+300） 摘摘 要要：本设计为湘潭至湘乡的二级公路改建的综合设计。设计部分的公路路线桩号是 k39+000k40+300，全长 1.3km，设计车速 60km/h。 本设计包括路线的纵断面、横断面、边坡防护与加固、排水系统、涵洞、水泥混凝 土路面设计、沥青混凝土路面设计、路基土石方和水泥混凝土路面预算。纵断面设计是 根据道路等级、沿线自然条件和构造物控制标高等，确定路线合适的标高、各坡段的纵 坡度和坡长，并设计竖曲线。在横断面的设计中，确定横断面组成及各种要素，绘制横 断面图。根据边坡的高度来进行不同形式的边坡防护和加固。排水系统根据纵断面走向 来确定流水方向，并设置涵洞。路面设计包括水泥混凝土路面设计和沥青混凝土路面设 计，主要是确定各结构层所用材料和厚度。本设计的预算只包括路基土石方和水泥混凝 土路面工程的预算。 通过这次设计不但了解建设公路的各个步骤，锻炼了自己解决工程实际问题的能 力，而且对所学专业知识起到了巩固和灵活运用的作用。 关键词：关键词：二级公路 路基 路面 路面概预算 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 湖南长沙理工大学毕业设计 湖南湘潭至湘乡二级公路改建综合设计（k39+000k40+300） ii 湖南长沙理工大学毕业设计 湖南湘潭至湘乡二级公路改建综合设计（k39+000k40+300） 1 iii the secondary road sreconstruction integrated design of xiangtan to xiangxiang in hunan （k39+000k40+300） abstract: this design is a secondary highway rebuilding xiangtan to hunan assembly design. design is part of the highway route pile number k39 + 000 k40 + 300, the total length of 1.3 km, the design speed of 60 km/h. this design including the profile of the route, cross- sectional, slope protection and reinforcement, culverts and drainage system, design of cement concrete pavement, asphalt concrete pavement design, the earth work and the budget of the cement concrete pavement. along the profile is designed according to road grade and elevation of natural conditions and the construction control, etc., determine the route suitable elevation and slope section of longitudinal slope and slope length, and vertical curve design. in the design of cross section, determine the cross section composition and various elements, map cross section. according to the height of the slope for different forms of side slope protection and reinforcement. drainage system according to the profile to determine the flow direction, and set the culvert. pavement design including the design of cement concrete pavement and asphalt concrete pavement design, main is to determine the material and the thickness of the layers. this design budget only includes earth work and cement concrete pavement project budget. through this design not only understand the various steps of construction road, exercise their ability to solve practical engineering problems, and have played a professional knowledge to consolidate and flexibly apply. key words: the secondary roads pavement roadbed the road budget 湖南长沙理工大学毕业设计 湖南湘潭至湘乡二级公路改建综合设计（k39+000k40+300） 1 第一章 工程概况 1.1 沿线自然地理概述 湘潭至湘乡公路东起湘潭县易俗河镇凤凰路与 g107 交汇处， 往西经湘潭县河口镇、 杨嘉桥镇、石潭镇和湘乡市东郊乡后到达终点湘乡市，路线全长 48.620441 公里。全线 采用二级公路标准，设计速度 60km/h，全线桥涵设计荷载公路- ii 级，本段主要工程内 容包括路基、路面、涵洞、排水、防护。 地质状况：湘潭县位于湖南省中部偏东，湘江下游西岸，处于长江中游平原与江南 丘陵的交错地带，西靠雪峰古陆北东缘，东滨湘江，涟、涓两水自西南向东北贯穿其境， 地貌轮廓为西北、西南、东南三面山，中部和东北部低，向东北湘江开口的倾斜盆地。 最高为西南的昌山，海拔 755.1 米，最低为湘江沿岸原九华乡的万家塘，海拔 33.2 米， 相对高差为 721.9 米，地势比降为 0.1%，造成平原、岗地、丘陵、山地四种地貌俱备， 其中以平原、岗地为主。湘乡地属华南湘赣丘陵区，处于湘中丘陵向湘江河谷平原的过 渡带，为雪峰山东北余脉和越城岭北端余脉所夹持，西部和南部较高峻，东部和北部较 平缓，最高点是褒忠山的三尖峰(又名白沙井山)，海拔 807 米，最低处于涟水境内的新 研文佳滩附近，海拔 41 米，地势比降从西向东为 19。造成平原、岗地、丘陵、山地 四种地貌俱备，其中以平原、岗地为主。 气候状况：该路段属亚热带季风湿润气候区，冬暖夏凉，四季分明，雨量充足，历 年最大日降雨是为 1750.2mm（1973） ，年平均降雨量 14001450mm 之间，应加强路基 两侧排水，冲沟特别是具较大汇水面地段应设计抗冲刷挡墙，桥涵应满足排洪需要。 地震情况：根据国家质量技术监督局 2001 年 2 月 2 日发布的中国地震参数区划 图 （gb183062001） ，本项目区域地震动峰加速度值为 0.05g，地震动反应谱物征周期 为 0.35s，地震基本烈度为 vi 度区，新构造运动对公路工程影响小。 1.2 主要设计数据 1 公路等级：二级公路 2 设计速度：60km/h 3 路基宽度：双向双车道，宽 10m 4 采用的路面方案：水泥混凝土路面，设计年限 20 年 沥青混凝土路面，设计年限 12 年。 5 道路的使用性质和交通量： 方案一、水泥混凝土路面段基准期内设计车道标准轴载的作用次数 en 为： 湖南长沙理工大学毕业设计 湖南湘潭至湘乡二级公路改建综合设计（k39+000k40+300） 2 2360000，属于重交通等级； 方案二、沥青混凝土路面段基准期内设计车道标准轴载的作用次数 en 为： 1538294.33，属于轻交通等级； 6.路线设计起始点及设计高程： 起点桩号：k39+000 设计高程：60.70m 终点桩号：k40+300 设计高程：65.57m 湖南长沙理工大学毕业设计 湖南湘潭至湘乡二级公路改建综合设计（k39+000k40+300） 3 第二章 路线设计 2.1 平面线形说明 本段设计有 4 个平曲线，交点是 jd104,jd105,jd106,jd107，转角分别为 150 51，413537，191953，571727。圆曲线中点分别在 k39+224.242， k39+463.439， k39+751.583， k40+074.150 处， 其中圆曲线半径分别为 500m， 180m， 400m， 130m，切线长、圆曲线长和缓和曲线长分别为：jd104：96m、71m、60m；jd105：99m、 71m、60m；jd106：98m、75m、60m；jd107：102m，70m、60m。 2.2 纵断面设计 纵断面反映了路线纵坡的的变化、路中线位置地面的起伏、设计线与原地面线的高 差的等情况，它与路线平面、公路横断面结合起来，可以完整的表达出路线作为空间曲 线的立体线形效果。 纵断面设计主要包括纵坡和竖曲线的设计。在纵断面设计中，首先绘制路线经由地 带的纵断面地面线，依据平面选线确定的控制点及其高程、填挖平衡经济点及与周围景 观的协调，综合考虑平、纵、横三方面试定坡度线，在用横断面图检查、调整，确定纵 坡值，确定竖曲线半径，计算设计高程及填挖高度。 根据道路的等级（二级公路） 、沿线自然条件和构造物控制标高，确定路线合适的 标高、各坡段的纵坡度和坡长，并设计竖曲线。 2.2.1 纵断面设计原则 有以下四条： 纵面线形应与地形相适应，线形设计应平顺、圆滑、视觉连续，保证行驶安全。 纵坡均匀平顺、起伏和缓、坡长和竖曲线长短适当、以及填挖平衡。 平面与纵断面组合设计应满足: 视觉上自然地引导驾驶员的视线，并保持视觉的连续性。 2.2.2 纵断面设计参数 最大纵坡为 1.627%； 竖曲线半径：凸形曲线，半径为 5000m； 表 2.1 竖曲线要素表 编号 桩号 设计高程(m) 半径(m) 直坡长(m) 切线长 t(m) 外距 e(m) 1 k39+750 72.9 5000 1528.76 73.98 0.55 湖南长沙理工大学毕业设计 湖南湘潭至湘乡二级公路改建综合设计（k39+000k40+300） 4 结合以上标准，对路段进行实际设计，共有一个变坡点，在 k39+750 处，两侧纵坡 分别为：1.627%、-1.333%。具体参数如表 2.1 所示。 2.2.3 竖曲线设计 图 2.1 竖曲线要素示意图 设计标高计算公式 坡线标高=变坡点标高+ xi (2- 1) 或坡线标高=变坡点标高- xi (2- 2) 式中：x计算点到变坡点的距离,m； i坡线的纵坡，%；升坡段取正，降坡段取负。 竖曲线要素的计算公式： l=r (2- 3) t=l/2 (2- 4) 2 2 t e r = (2- 5) 式中： r竖曲线半径，m； l竖曲线的曲线长，m； t竖曲线的切线长，m； e竖曲线的外距，m； e a o b v tt l i1i2 p x y 湖南长沙理工大学毕业设计 湖南湘潭至湘乡二级公路改建综合设计（k39+000k40+300） 5 两相邻纵坡的代数差，以小数计； h竖曲线上任意点到切线的纵距； x竖曲线上任意点与竖曲线始点的水平距离，m。 竖曲线要素的计算： 变坡点 1 桩号为 k39+750，高程为 72.90m，i1=1.626%，i2=-1.333%，竖曲线半 径 r=5000m。 各变坡点竖曲线要素计算过程如下： 21 1.333% 1.626%2.959%iiv =- =-=-，为凸形。 曲线长： 5000 2.959%147.95lrmv=? 切线长： 147.95 73.98 222 lr tm v = 外 距： 22 73.98 0.55 22 5000 t em r = 变坡点 k39+750 竖曲线起点桩号 = k39+750-73.98 =k39+676.02 竖曲线终点桩号 = k39+750+73.98 =k39+823.98 2.2.4 纵断面图绘制 纵断面上的设计标高采用路基边缘标高，按设计资料给定的中桩高度及对应的里程 桩号，点绘出路线纵断面地面线。按照上述原则和计算结果，进行纵坡及竖曲线设计。 在图上标明坡度和坡长，竖曲线位置及要素，涵洞位置、类型、水准点位置。 在图框栏里标出直线、平曲线的平面形式，标明平曲线起终点，曲中点。 该路段无超高仅需要标注出路拱横坡度，方法为:向前进的方向右侧倾斜的路拱坡 度为正，向左倾斜为负。完成上述工作后，在图上标明地质概况、地面高程、设计高程、 里程桩号等。 2.3 横断面设计 公路是一带状结构物，垂直于路中心线方向上剖面叫横断面，这个剖面的图形叫横 断面图，它反映了路基的形状和尺寸，横断面设计应满足如下要求： 横断面设计应符合公路建设的基本原则和现行公路路线设计规范 jtg d202006 规定的具体要求。设计前要充分了解工程地质和水文等自然条件，并确定公路等级、行 车要求、自然条件结合施工方法，做出正确合理的设计。 设计时要兼顾当地基本建设的需要，尽可能与之间配合，不能任意减、并农田排灌 沟渠，当灌溉沟渠必须沿路基通过时，如流量较小，纵坡适宜，可考虑与路基边沟合并， 湖南长沙理工大学毕业设计 湖南湘潭至湘乡二级公路改建综合设计（k39+000k40+300） 6 但边沟断面应适当加大。 路基穿过耕地时，为了节约用地，如当地石料方便，可修建石砌边坡，或修筑直立 的加筋土挡墙。 地面水和地下水严重影响路基的强度和稳定性，须采取拦截或迅速排至路基外的措 施。设计排水设施时，应保证水流排泄畅通，并结合附近农田灌溉，综合考虑进行设计。 2.3.1 横断面设计原则 设计应根据公路等级、行车要求和当地自然条件，并综合考虑施工、养护和使用等 方面的情况，进行精心设计，既要坚实稳定，又要经济合理。 路基设计除选择合适的路基横断面形式和边坡坡度外，还应设置完善的排水设施和 必要的防护加固工程以及其他结构物，采用经济有效的病害防治措施。还应结合路线和 路面进行设计。选线时，应尽量绕避一些难以处理的地质不良地。沿河及受到水浸水淹 的路段，应注意路基不被洪水淹没或冲毁。 当路基设计标高受限制，路基处于潮湿、过湿状态和水温状况不良时，就应采用水 稳性好的材料填筑路堤或进行压实，使路面具有一定防冻总厚度，设置隔离层及其他排 水设施等。 路基设计还应兼顾当地农田基本建设及环境保护等的需要。 2.3.2 公路横断面的组成 公路横断面的组成是行车道、硬路肩和土路肩； 2.3.3 路基横断面各项技术指标 2.3.3.1 查规范，得各项技术指标 路基宽度：设计年限 20 年，公路等级为二级，车道数为双车道。二级公路车速为 60km/h,双车道的路基宽度一般值为 10m,取设计车道宽度为 3.50m，得总车道宽度为 3.5027.0m， 路拱坡度：沥青混凝土及水泥混凝土路拱坡度均为 12%，故取路拱坡度为 2%；路 拱坡度采用双向坡面，由路中央向两侧倾斜。 路基边坡坡度：当 h8m（h边坡高度）时，路堤边坡超过 8 米的部分按 1:1.75 设计，路 堑边坡超过 8 米的部分按 1：0.75 设计。 边沟设计：边沟横断面采用矩形，底宽为 0.6m，深 0.6m，内侧边坡坡度为 1：1。 2.3.3.2 横断面设计步骤 根据外业横断面测量资料点绘横断地面线。 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、 湖南长沙理工大学毕业设计 湖南湘潭至湘乡二级公路改建综合设计（k39+000k40+300） 7 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。 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。 绘横断面设计线，设计线应包括路基边沟、边坡、截水沟、护坡道、碎落台等， 在弯道上的断面还应示出超高、加宽等。 计算横断面面积（含填、挖方面积） ，并填于图上。 2.4 土石方计算与调配 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。 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,本段的土方调配采用此法。(方法步骤如下) 2.4.2.1 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。 2.4.2.2 横向调运 即计算本桩利用、填缺、挖余填入土方栏。 2.4.2.3 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。计算运距。调配的运距是指平均运距，就是调运挖方中心 到填方中心的距离。 2.4.2.4 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 湖南长沙理工大学毕业设计 湖南湘潭至湘乡二级公路改建综合设计（k39+000k40+300） 8 2.4.2.5 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。 经过计算， 本段填方总计 48319.4 3 m ， 本桩利用总计 48319.4 3 m ， 挖方 59616.4 3 m 。 从而易知利用完厚还剩 11297 3 m 。 本段线路的最后部分设计段(k40+080k40+300)有很 大面积的弃方 12534 3 m 。经验算，符合上述公式。 湖南长沙理工大学毕业设计 湖南湘潭至湘乡二级公路改建综合设计（k39+000k40+300） 9 第三章 排水设计和边坡防护设计 3.1 排水设计 路基排水的目的就是把路基工作区内的土基含水量降低到一定的范围内。当侵入路 基的水分过多，便会危害路基，使土基含水量过大，引起路基强度降低，边坡坍塌，基 身沉陷或滑动，影响道路的使用功能。路基排水设计是路基设计中必不可少的项目和内 容，必须重视路基排水设计，保持路基常年处于干燥或中湿状态，确保路基具有足够的 强度和稳定性。 3.1.1 路基排水设计 3.1.1.1 边沟设计 设置在挖方路基的路肩外侧或低路堤的坡郊外侧，多与路中线平行，用以汇集和排 除路基范围内和流向路基的少量地面水。平坦地面填方路段的路旁取土坑，常与路基排 水设计综合考虑，使之起到边沟的排水作用。 沟设置在挖方路基路肩外侧及低填方路基坡脚外侧，与路中线平行的路肩外缘均应 设置的纵向人工沟渠，称之为边沟。其主要功能是汇集和排除路基范围内和流向路基的 少量地面水，以保证路基稳定。 边沟排水量不大，一般不需要进行水文水力计算，依沿线具体条件，直接选用标准 横断面即可。边沟由于紧靠路基，通常不允许其他排水沟渠的水流进入，亦不能与其他 人工沟渠合并使用。 边沟不宜过长，应尽量使沟内水流就近排至路旁自然水沟或低洼地带，必要时增设 涵洞，将边沟水引入路基另一侧排出。边沟的纵坡（出水口附近除外）一般与路线纵坡 一致。平坡路段，边沟仍应保持 0.3%0.5%的最小纵坡。 边沟的纵坡一般与路线的纵坡一致。边沟的横断面形式采用矩形，矩形边沟的沟底 为 0.6m，高 0.6m，边沟采用浆砌片石，砌筑用的砂浆强度采用 m7.5。 3.1.1.2 排水沟设计 排水沟主要用于排除来自边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。排水沟的断面形式采用矩形，本段设计底宽为 0.6m，高 0.6m。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。考虑到少占农田，本路段路基护坡道设为 1m，坡 度为 3%。 3.1.2 路面排水设计 湖南长沙理工大学毕业设计 湖南湘潭至湘乡二级公路改建综合设计（k39+000k40+300） 10 3.1.2.1.确定路拱坡度 路拱坡度的确定， 应以路面排水和保证行车安全、 平稳为原则。 结合当地实际情况， 确定路面类型为水泥混凝土路面，查阅相关水文资料，最后确定路拱横坡度为 2%。 3.1.2.2.路拱形式的确定 路拱的基本形式有直线形、屋顶线形和抛物线形三种。综合考虑本设计采用直线型 路拱，即采用双向坡面，即路拱两侧是倾斜直线，拱顶在路面的中心线上。这种路拱形 式有利于机械化施工，如行车后路面稍有沉陷，雨水亦可排出比较符合设计、施工和养 护的要求。 3.1.2.3 路肩横向坡度 路肩一般应设置向路基外侧倾斜的横向坡度，为能迅速排出路面上的降水，路肩横 向坡度一般应比路面横坡大 1%2%，本设计采用土路肩坡度为 3.0%。路肩坡度的方向 均向路肩外侧倾斜，以免路肩上的雨水流入行车道。 3.2 边坡防护设计 路基防护措施根据地质、地貌、水文、填挖高度等情况确定。 本设计内，最大挖深 15.5m,而最大填土高度仅为 5.8m，边坡的防护与加固措施主 要采用喷播草籽植草以及骨架护坡的形式。具体措施如下： 1.一般地段若路基填方 h4m 地段一般采用菱形骨架内植草或铺草皮防护。 3.挖方边坡高度 h6 米地段采用拱形骨架内植草。 湖南长沙理工大学毕业设计 湖南湘潭至湘乡二级公路改建综合设计（k39+000k40+300） 11 第四章 涵洞设计 4.1 涵洞设计说明 4.1.1 涵洞洞口加固与防护设计 涵洞损毁大部分是由于进出口处理不当所致，并且出水口引起的问题较进水口多。 因此，必须做好涵洞进出口沟床的加固处理与防护，以保证涵洞的安全与行车畅通。 纵坡小于 10%的顺直河沟上，涵洞顺河沟纵坡设置，进水洞口一般在翼墙间采用干 石铺砌加固。 洞出水口处的流速，一般都大于河沟的天然流速当流速大于土壤允许不冲刷流速 时，可使出水口处的沟床产生不利的局部冲刷。因此，对涵洞出口沟床进行加固防护， 不仅有利于涵洞下游沟床自身的稳定和防护，而且可以曾大流速，减小孔径，降低工程 造价。当河沟纵坡小于 15%，设置缓坡涵洞时出水口可采用延长铺砌，加深截水墙的处 理方法，以抵抗水流冲刷和稳定河床。 4.2 涵洞设计算例 4.2.1 涵洞设计流量 本路段涵洞选用盖板涵。以 k39+710 处盖板涵进行计算。根据路线平面图得：汇 水面积 s=0.06km。地貌为丘陵，流域土壤吸水类型：。设计洪水频率 1/50，汇流 时间 30min。 根据公路涵洞设计细则 ，采用径流形成法，计算公式如下： 43 52 () p qhzf= （4- 1） 式中： p q 规定频率的设计流量； 地貌系数，查表取 0.1； h径流宽度，查表取 28mm； z被植被或坑洼滞留的径流厚度，查表取 10mm； f汇水面积； 洪峰传播的流量折减系数，查表取 1； r汇水区不均匀量的折减系数，由于汇水区得长度宽度均小于 5km，故 不予考虑，取=1； 小水库调节作用影响洪峰流量的折减系数，本地区没有水库，所以 取 1； 湖南长沙理工大学毕业设计 湖南湘潭至湘乡二级公路改建综合设计（k39+000k40+300） 12 计算可得 qp=0.09（40-10）1.50.060.8 =1.56m/s 4.2.2 涵洞断面计算 根据确定的路基设计标高以及上游允许积水程度，推算出涵前允许最大水深 h=1 m。 由公式算出所需涵洞净宽， 33 22 1.56 0.99 1.581h1.581 1 q b = (m) （4- 2） 选一高度为 1.5m，净跨径为 1.5m 的钢筋混凝土盖板涵，此时实际的涵前水深为： 22 33 1.56 ()()1.00 1.581b1.581 0.99 q h = (m) （4- 3） 进水口水深： 0.870.87 1.000.87 m)hh=（ （4- 4） 盖板涵净空高度 6 h ，则涵洞净高 d h 5 6 h = 6 0.87 5 =1.04(m) 所以 1.51.5m 涵洞满足排洪要求。 湖南长沙理工大学毕业设计 湖南湘潭至湘乡二级公路改建综合设计（k39+000k40+300） 13 第五章 路基稳定性分析 路基边坡的稳定性涉及岩土性质与构造、边坡高度与坡度、工程质量与经济等多种 因素。一般情况下，对于边坡不高的路基，例如不超过 8 米的土质路基、不超过 12 米 的石质路基边坡，可按一般路基设计，采用规定的坡度值，不做稳定性验算。地质与水 文条件复杂、高填深挖或特殊需要的路基，应进行边坡稳定性的分析验算，据此选定合 理的边坡坡度及相应的工程技术措施。 路基边坡稳定性的力学计算基本方法是分析失稳滑动体沿滑动面上的下滑力t与抗 滑力 r，按静力平衡原理，取两者之比为稳定系数 k。 路堑边坡稳定性验算: 一般来说土具有一定的黏结力，因此边坡滑动面多呈现曲面，通常假定为圆弧滑动 面。按圆弧滑动面条分法验算最高路堑的边坡稳定性。 已知 k39+620 路堑边坡: 内摩擦角 28 = o ， 黏聚力 c=25kpa， 重度 3 19/kn m=填土， 边坡坡度为 1:0.5，h=15.5m。 f k1 2k 3k k4 5k o2 3o 4o 5o 1o 29 40 图 5.1 4.5h 法确定圆心位置图 当圆心 o1 在 f 点时，将滑动土体分成 1.81 米宽的土条，土条数据见表 5-1； 湖南长沙理工大学毕业设计 湖南湘潭至湘乡二级公路改建综合设计（k39+000k40+300） 14 表 5-1 图条数据表 编号 中心高度 （m) 条宽（m） 条重 wi kn/m 1(） wisini wicosi 1 0.84 1.81 58.71 8.98 9.16 57.15 2 2.51 1.81 173.85 13.24 39.82 169.23 3 4.09 1.81 283.48 17.8 86.66 269.91 4 5.59 1.81 387.41 22.47 147.91 385.00 5 6.5 1.81 447.64 27.31 205.38 397.74 6 5.97 1.81 414.01 32.37 221.65 349.68 7 5.32 1.81 369.74 37.74 226.31 292.39 8 4.21 1.81 292.22 43.54 201.30 211.83 9 2.73 1.81 189.62 49.98 145.24 121.94 10 0.97 1.81 67.26 54.47 54.74 39.09 合计 1338.17 2293.96 因为： ni+clf k ti = （5-1） tan280.53 o f = l=22.97m ni=2293.96 ti=1338.17 c=20 所以： k1=1.30 在直线 af 上将圆心 o1移动到 o2,o3,04,05.通过上述计算方法得 k2,k3,k4,k5. 其中 k2=1.29，k3=1.26,k4=1.28,k5=1.31 通过这 5 个点数值可绘制 k 值曲线如上图，k3可看作 k 值的最小值 kmin=1.281.25, 所以路堑边坡稳定。 湖南长沙理工大学毕业设计 湖南湘潭至湘乡二级公路改建综合设计（k39+000k40+300） 15 第六章 挡土墙设计 6.1 挡土墙设计说明 把防止路基或山体因重力作用而坍塌，主要起支撑作用的支挡结构物称为加固工 程。本设计中的加固工程主要采用重力式挡土墙的形式。 挡土墙是用来支撑天然边坡或人工填土边坡以保持土体的稳定的建筑物。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。 本设计为二级公路，路基宽 10m，根据该路段的原地面横坡、地质及材料来源情况， 拟在该路段设置挡土墙以保证其路基稳定。 6.2 挡土墙的布置 6.2.1 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： 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。 按地基及地形情况进行分段，确定伸缩缝与沉降缝的位置。本设计段挡土墙由于较 短，考虑以 10 米为一段，伸缩沉降缝为 23cm。 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。 本段挡土墙底部纵坡同路线纵坡为 0.91%。 布置泻水孔的位置，包括数量、间隔和尺寸等。本路段泄水孔采用 5cm 的圆孔排水 管，呈三角形分布，相互间距为 23m，泄水孔须设在常水位 30cm 以上。 6.2.2 挡土墙的横向布置 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。 6.2.3 平面布置 对于个别复杂的挡土墙，应作平面布置，绘制平面图，本段无此项布置。 6.2.4 挡土墙的基础埋置深度 对于土质地区，基础埋置深度应符合下列要求： 无冲刷时，应在天然地面以下至少 1m； 湖南长沙理工大学毕业设计 湖南湘潭至湘乡二级公路改建综合设计（k39+000k40+300） 16 有冲刷时，应在冲刷线以下至少 1m； 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。 本设计段挡土墙埋置深度为 1.8 米，因为此段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，在下面的设计计算中可以看到。 6.2.5 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；设置墙身泄水孔，排除墙后水。本段设计 采用设置墙身泄水孔，在上面已做介绍，不再赘述。 浆砌片石墙身应在墙前地面以上设一排泄水孔。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。 6.2.6 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，需设 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 1015m 设置一 道，兼具两者的作用，缝宽 23cm，本段取 10m 一段。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。 6.3 挡土墙设计计算 6.3.1 基本资料 计算路段为 k39+000k40+300 1、填料为砂性土，其密度 3 19/kn m=填土，计算内摩擦角28 = o ，填料与墙背 间的摩擦角 =15 o ； 2、 地基为粘性土，其容许承载力 =450kpa，基底摩擦系数 =0.60。 3、墙身材料：砌体容重 3 23/kn m=砌体；地基承载力应力标准值 3 450/kfkn m= 湖南长沙理工大学毕业设计 湖南湘潭至湘乡二级公路改建综合设计（k39+000k40+300） 17 4、拟设墙 4.77 高米，埋深 1 米，填土高度 2 米，填土边坡 1：1.5。挡土墙后坡 度 1:0.25，每 10 米一段。 图 6.1 挡土墙设计图 6.2.2 主动土压力计算 6.2.2.1 车辆荷载换算 当m2时， a kpq 0 . 20=；当mh10时， a kpq10= 由直线内插法得：h=7.59m 时， () 7.592 10202012.5 102 a qkp =+= （6-1） 换算均布土层厚度： 0 12.5 0.66 19 q hm r = （6-2） 6.2.2.2 主动土压力计算（假设破裂面交于荷载中部） （1）破裂角 挡墙的总高度：h=4.77m 挡墙的基地水平总宽度：b=1.33m 由 14 ,28 ,15= = 湖南长沙理工大学毕业设计 湖南湘潭至湘乡二级公路改建综合设计（k39+000k40+300） 18 得： 28141529=+=+ = （6-3） 00 1 (2)()52.29 2 aahhah=+= （6-4） 000 11 ()(22)tan 22 11 2 33.75 0.667.59 12.91 tan( 14 ) 22 17.68 babbd hh hah=+ = + = （6-5） 0 ()() 0 29(2829 )(290.428) 0.9 b tgtgctgtgtg a tgctgtgtg = + = + = （6-6） 所以： 42.61 = 验核破裂面位置： 堤顶破裂面至墙踵： (h+a)tg=8.631m （6-7） 荷载内缘至墙踵： b-htg+d=5.64m （6-8） 荷载外缘至墙踵： b-htg+d+b0=14.14m （6-9） 由于破裂面至墙锺的距离大于荷载内缘至墙锺的距离并且小于荷载外缘至墙锺的距离， 所以破裂面交于路基荷载中部的假设成立。并且直线形仰斜墙背，且墙背倾角较小， 不会出现第二破裂面。 （2）主动土压力系数 和 1 cos() (tantan)0.235 sin() k + =+= + （6-10） 3 3 228 28- 1 1.731 4 b atgtg h tgtgg m ttg = + （6-11） 1 0.75 15 1 2 - 14 .1 d h tgtgtgtg m = + （6-12） 413 4.74hhhhm= （6-13） 304 1 2 22 1(11.5 2 8) hh ha k hhh = += （6-14） （3）求主动土压力 a 及土压力的作用点 2 1 202.2 1 4 2 a eknh kk= （6-15） 202.21cos()kn m xa ee=+= （6-16） sin()kn3.5m3 ya ee=+= （6-17） tan4.11 xy zbzm= （6-18） 湖南长沙理工大学毕业设计 湖南湘潭至湘乡二级公路改建综合设计（k39+000k40+300） 19 2 3044 2 1 ()(32) 33 2.77 y a hhh hhh z h m h k + =+ = （6-19） 6.2.3 稳定性验算 6.2.3.1 挡土墙抗滑稳定性验算 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。即： 10201012 1.1(tan)tan(1.1)tanpp qyxqqyqxq geeeugeee+ （6- 20） 式中：g-挡土墙自重 17.2723434.66gvkn= （6- 21） ex,ey墙背主动土压力的水平与垂直分力 ep墙背前被动土压力的水平分力，ep 为 0 u基底摩擦系数，取 0.6 0 基底倾斜角 1q 主动土压力分项系数，取 1.4 不等式左边为： 不等式右边为： 12 1.4 152.650.5283.09p qxq eeep= （6- 22） 由上述计算结果得： 10201012 1.1(tan)tan(1.1)tanpp qyxqqyqxq geeeugeee+ 成立，因此该挡墙抗滑稳定性满足要求。 6.2.3.2 抗倾覆稳定性验算 要使挡墙抗倾覆满足要求即满足： 12 0.8()0 gqyxxyq gze ze zepzp+ （6- 23) gz 为墙身、基础及其上的土重合力重心到墙趾的水平距离； 用 cad 求的 gz 为 2.48。 将数据带入算出得: 1 1x2 0.8()52.29 0 gqyxyq gze ze zepzp+= 满足要求。 102010 1.1(tan)tan(1.1)tan416.75p qyxqqy geeeuge+= 湖南长沙理工大学毕业设计 湖南湘潭至湘乡二级公路改建综合设计（k39+000k40+300） 20 6.2.4 基底应力及偏心距验算 6.2.4.1 基础底面的压应力 作用于基底的合力偏心距 e 为： 2 b ec= 其中： 1.21 gyxxy y gzezez c ge + = + (6- 24) e=0.496b/6=0.57 max 6 (1)238.48 y y ge e p bb + =+= (6- 25) min 6 (1)16.63 y y ge e p bb + = （6- 26) 6.2.4.2 基底合力偏心距 荷载组合为：挡土墙结构自重、土重、土侧压力、汽车荷载引起的土侧压力相组 合。查表可知，黏土地基的合力偏心距须有 5 o b e ，由以上计算可知是满足的。 6.2.4.3 地基承载力抗力值 须满足 p1.2f 式中 p基底平均压应力（kpa） ； 1010 ()cossin gqyqx gewe n p ab + = （6-27） 166.92= a基础底面每延米的面积，即基础宽度，b1.0（） ； n每延米作用于基底的总竖向设计值（kn） ； f地基承载力抗力值（kpa） ； 1122 (3)(0.5)461.9 k ffkbkh=+= （6-28） 式中 kf 地基承载应力标准值； 12kk， 承载力修正系数； 1r基底下持力层上土的天然容重 3 kn m（/） ； 2r 基础地面以下各土层的加权平均容重 3 kn m（/） ； b基础底面宽度小于 3m 时取 3m，大于 6m 时取 6m； h基础底面的埋置深度(m)。 湖南长沙理工大学毕业设计 湖南湘潭至湘乡二级公路改建综合设计（k39+000k40+300） 21 显然，p=166.921.2f=554.28 所以满足地基承载力的要求。 湖南长沙理工大学毕业设计 湖南湘潭至湘乡二级公路改建综合设计（k39+000k40+300） 22 第七章 水泥混凝土路面设计 7.1 设计资料 根据我国的公路自然区划标准 （jtj013- 86） ，本项目在区。现拟改建一条二级 公路， 双向 2 车道， 设计基准期为 20 年， 安全等级为二级。 交通量年平均增长率为 5.5%， 车道系数 0.35，路基土为低液限粘性土，路床顶距地下水位平均 2m，路面宽度为 10m， 其中，单向行车道宽 23.75m，硬路肩 0.75m，土路肩宽 0.75m 7.2 交通分析 由资料知设计车道使用初期标准轴载日作用次数为530 sn =。使用年限内的累计标 准轴次为： () 6 20 53010.0551 (1)1 n3653650.35 0.055 2.361 10 t n gs r e gr + + = =次 （7-1） 查规范可知，属重交通荷载等级。 式中： en 标准轴载累计当量作用次数； t设计基准期，为 20 年； r g 交通年增长率，为 5.5%； 临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，按表取 0.35； 7.3 方案一设计 7.3.1 初拟路面结构 施工变异水平取中等级，初拟普通混凝土面层厚度为 0.24m ，水泥稳定矿渣基层