襄宜一级公路某段设计道路桥梁毕业论文设计.doc

摘 要本设计为襄宜一级公路某段设计，任务书规定该公路为山岭重丘区一级公路，设计车速为60KM/h，交通增长率为6%，设计年限为15年，道路结构为沥青混凝土路面。经过交通量计算，决定采用四车道。主要设计内容包括：路线设计、平曲线设计、纵断面设计、横断面设计；路基设计、排水设计；路面结构设计。设计过程中在选线上尽量做到线形平顺，并且少占农田。此路线全长2588米，平曲线设3个交点，圆曲线半径分别为500、400、1000米。纵断面设置3个变坡点，两个为凹曲线，一个为凸曲线，竖曲线半径分别为4000、5000、4000米，最小坡度为2%，最大坡度为5%。路面结构设计为沥青混凝土路面（柔性）。整个设计计算了路线的平、纵、横要素,设计了路基、路面等内容,由此圆满完成了襄宜一级公路某段初步设计。关键词：路线 路基 路面 绪 论公路运输是在公路上运送旅客和货物的运输方式，是交通运输系统的组成部分之一。主要承担短途客货运输。现代所用运输工具主要是汽车。因此，公路运输一般即指汽车运输。在地势崎岖、人烟稀少、铁路和水运不发达的边远和经济落后地区，公路为主要运输方式，起着运输干线作用。 与其它运输方式比较，公路运输的特点是机动灵活，适应性强，可实现“门到门”直达运输，在中、短途运输中，运送速度较快，原始投资少，资金周转快，掌握车辆驾驶技术较易，这些都促使着公路运输的快速发展。改革开放以来，我国公路运输业快速发展。从完成的运量和周转量看，公路客运已成为主要的客运方式，公路货运量远远超过其他运输方式，周转量也快速增长，这充分说明公路运输方式在国民经济及社会发展过程中发挥着愈来愈重要的作用。我国公路运输服务方式和经营主体日益呈现多样化的趋势公路运输随着治超的深入以及降低大吨位车辆路桥通行费等政策措施的落实，运价水平回落，货运量将保持较快的增长，运输市场将出现供大于求的局面。我国公路在客运量、货运量、客运周转量等方面均遥遥领先于其他运输方式的总和。根据交通部规划，到2010年，公路总里程要达到210万至230万公里，全面建成五纵七横国道主干线，目前人口在20万以上的城市高速公路连接率将达到90%，高速公路总里程达到5万公里。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、环保、旅游、景观”的协调，为未来的交通基础工程建设持续打下了良好的基础。一、设计说明1.1 设计题目某一级公路的路面结构计算与路基设计1.2 设计资料1.2.1 毕业设计目的毕业设计是本专业最主要的教学环节之一。要求学生综合运用所学基础理论、专业理论和基本数学解析技能，按照任务书的要求，对具体工作进行合理的工程施工图设计，提供完整的设计文件。通过毕业设计掌握道路工程设计的基本原理和方法，提高分析和解决工程问题的能力，培养独立工作能力和组织能力以及认真负责的工作态度。1.2.2 设计任务与内容 完成在指定的起、终点之间（约3公里）的新建公路设计，设计阶段为二阶段施工图设计，要求根据地形图中给出的道路红线范围，按山岭重丘区 一级 公路进行设计，路线起点设计高程与相交道路保持顺畅一致，终点高程确定考虑拟建相交路线高程（可以取与原始地面高程保持一致）。设计文件必须符合现行有关设计标准与规范的规定。1.2.3 自然地理条件及材料供应 该区属亚热带季风性湿润气候，四季分明，年平均气温在13.118摄氏度。雨热同季，全年积温较高，无霜期较长，极端最高气温41.4摄氏度，极端最低气温-5.6摄氏度。年平均降雨1404毫米，年平均雾日50天，平均风速1.75米/秒。本地区地震烈度为度。山坡地段上覆1-3米粘土表层，下为粉砂质泥岩及长石石英砂岩，呈互层状产出；鱼塘底淤泥0.6米，其下25米黏土。碎（砾）石、砂、石灰、粉煤灰等主要材料可通过本地自产满足供应要求。沥青、水泥、矿粉等材料可以外购以满足供应要求。1.2.4 交通资料根据工程可行性研究报告得知近期交通组成与交通量如表一所示，交通量年增长率如表二所示。 表1-1 近期交通组成与交通量 车型交通量（辆/日）车型交通量（辆/日）三菱FR415680江淮HF150840五十铃NPR595G720东风SP9135B580江淮HF140A820五十铃EXR181L870东风M340580 表1-2 交通量年增长率 期限(年)增长率（）156.0查公路工程技术标准得小客车和中型载重汽车折算系数如下： 0=B5 =qyw 表3 表1-3 各汽车代表车型与车辆折算系数 汽车代表车型车辆折算系数小客车1.0中型车1.5大型车2.0拖挂车3.01.2.5 交通量计算N1=（680+720+820+960）1.5+8402.0+（580+870）3.0=10800辆/日 c ?XUb 远景设计年限为15年的年平均昼夜交通量为： ;4$C$r!t N15=N1（1+） =10800（1+6%） =24418辆/日查公路工程技术标准可知NCt sx /C ：四车道一级公路应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量15000-30000辆。故确定设计道路等级为一级，设计行车速度为60km/h，车道数位四车道。路基全宽23m,中央分隔带宽2m，左侧路缘带0.52m，右侧硬路肩2.52m（包含右侧路缘带，宽0.52m），右侧土路肩0.52m，车道3.54m。1.3 路线设计1.3.1 选线原则道路作为一条三维空间的实体，是由路基、路面、桥梁、涵洞、隧道和沿线设施所组成的线性构造物1。选线是在道路规划起终点之间选定一条技术上可行，经济上合理，又能符合使用要求的道路中心线的工作。但影响选线的因素有很多, 这些因素有的互相矛盾, 有的又相互制约, 各因素在不同的场合重要程度也不相同, 不可能一次就找出理想方案来, 所以最有效的方法就是进行反复比选来确定最佳路线。路线方案是路线设计最根本的问题。方案是否合理，不但直接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公路网中是否起到应有作用，即是否满足国家的政治、经济、国防的要求和长远利益。选线工作包括从路线方案选择路线布局到具体定线的全过程。根据路线需要经过1：2000比例的地形图来确定路线方案。综合考虑精心比较，提出安全、经济、合理的路线方案。1.3.2 公路线路走向的基本原则根据设计要求、公路现状,确定公路线路走向的基本原则是:（1） 常州地区公路作为旅游资源开发的主干线,其走向既要符合旅游开发发展总体规划,又要与沿线乡镇规划紧密结合,合理衔接。（2） 避让村镇、干渠及高压干线等,尽可能减少拆迁民房等建筑物。（3） 新建线路选择应尽可能避免和减少破坏现有水利灌溉系统。（4） 坚持技术标准,尽可能缩短行车里程。（5） 宜曲则曲，宜直则直。1.3.3 本路线设计的特点（1） 该路段的设计车速较大，所以平面设计时尽量争取较高的线形指标。（2） 在本设计中，平纵结合合理，做到了“平包竖”。1.3.4 合理考虑路线影响因素 （1） 本设计是修筑一条一级公路,属于高等级公路, 要做到少占和不占农田, 以及服务方便运输又保证安全。（2） 路线要尽量避开重要的电力、电讯设施。（3） 处理好路线与周围环境的关系。（4） 注意土壤水文条件。（5） 尽量靠近建筑材料产地。二、平面设计2.1 平面设计要求平面设计中，圆曲线半径、缓和曲线半径长度的取值必须满足其相应的规定2。在此基础上，应根据设计条件尽量选用较高的技术指标，不应轻易选用指标中的最大（或最小）值，并保持各种线形要素的均衡性、连续性。2.2 圆曲线设计圆曲线半径的确定，必须能够保证汽车以一定的车速安全行驶。选用曲线半径时，应充分注意地质、水文条件，使曲线既能更好地吻合地形，减少工程，又能满足桥梁的要求和隧道、路基等建筑物的设置条件。一般地段曲线半径的选择受地形影响不大，应结合占用农田等情况，尽量采用较大半径的曲线。圆曲线能较好的适应地形的变化，并可获得圆滑的线形,圆曲线在适应地形情况下,应尽量选用较大半径,在确定半径时应注意以下几点：（1） 一般情况宜采用极限最小半径的4-8倍或超高为2%-4%的圆曲线半径；（2） 地形条件受限制时,应采用大于或接近一般最小半径的圆曲线半径；（3） 应同前后先行要素相结合,使之构成连续均衡的曲线线形；（4） 应同纵断面线形相结合,避免小半径曲线与陡坡相重合；（5） 每个弯道半径值的确定,应按技术标准根据实际选用。我国规范中所规定的圆曲线最小半径取值，具体规定见下表4。规范规定圆曲线的最大半径不宜超过10000m；为了保证汽车行驶的舒适性和安全性，平曲线应有足够的长度，圆曲线的长度也宜有3s的行程2。极限最小半径是指按计算行车速度行驶的车辆,能保证其安全行驶的最小半径。它是设计采用的极限值，当路面横坡和横向力系数最大时,可按R=V/127（i）计算出极限最小半径，道路曲线为极限最小半径时,设置最大超高。 一般最小半径对按计算速度行驶的车辆能保证安全和舒适性，它是通常情况下推荐采用的最小半径。它介于极限最小半径与不设超高最小半径之间。不设超高最小半径是指曲线较大，离心力较小,靠轮胎与路面间的摩阻力就足以保证汽车安全稳定行驶采用的最小半径,这时路面可以不设超高。此时对行驶在曲线外侧车道上的车辆,其i值为负值,大小等于路拱横坡。从舒适角度考虑,此时取的值比极限最小半径所采取的值小的多。我国规范中规定不设超高最小半径是取=0.035 , i=-0.015 。因此根据汽车转弯的横向稳定分析： (2-1) 式中：横向力系数；路面横坡，无超高时为路拱横坡。取=0.1，=2%，代入上式(2-1),得R=125m。所以在此段公路设计中根据圆曲线半径的选用原则，拟采用圆曲线半径为R1=500m，R2=400m，R3=1500m。根据汽车转弯的横向稳定分析得出半径R=125m小于所选半径R1=500m,，R2=400m，R3=1500m所以满足汽车转弯时的横向稳定性要求3。 表2-1 圆曲线半径取值表 公路等级高速公路一二三四计算行车速度（km/h）120100806010060804060304020极限最小半径m65040025012540012525060125306015公路等级高速公路一二三四一般最小半径（m）10007004002007002004001002006510030不设超高最小半径（m）路拱2.0%55004000150015004000150025006001500350600150路拱2.0%7500 缓和曲线设计 直线与半径小于不设超高最小半径的圆曲线相连接处，应设置缓和曲线4。本设计中圆曲线半径取R1=500m，R2=400m，小于不设超高最小半径R=1500m（路拱2.0%）,所以需要设置超高，R3=1500m，不需设置超高。由于车辆要在缓和曲线上完成不同曲率的过渡行驶，所以要求缓和曲线有足够的长度。规范中中规定计算行车速度为60km/h的一级公路中缓和曲线最小长度是50m（见表2-2）。表2-2 缓和曲线最小长度公路等级高速公路一二三四计算行车速度（km/h）120100806010060804060304020缓和曲线最小长度（m）1008570508550705035253525缓和曲线的最小长度，一般从以下几个方面考虑：（1） 旅客感觉舒适 (2-2)（2） 超高渐变率适中 (2-3)（3） 行驶时间不过短 (2-4)（4） 视觉条件 (2-5)式中：圆曲线半径（m）； 设计车速(km/h)；旋转轴至行车道（设路缘带时为路缘带）外侧边缘的宽度（m）； 超高坡度与路拱坡度代数差（%）； 超高渐变率，即旋转轴线与行车道外侧边缘线之间的相对坡度，取1/200。因此，根据上式(1),(2),(3),(4)得JD1 转角= 超高4% 交点桩号K0+424.5 R=500m综合以上各项得：Ls(min)=55.56m,取5得整数倍得Ls=60m为使线性连续修条性，最终取Ls=80m。JD2 转角= 超高5% 交点桩号K1+304 R=400m综合以上各项得：Ls(min)=63m,取5得整数倍得Ls=65m为使线性连续修条性，最终取Ls=150m。组合曲线类型及设计图2-1 平曲线要素示意图曲线几何元素的计算公式如下：内移值： (2-6)切线增值： (2-7)切线长： (2-8)曲线长： (2-9)外距： (2-10)切曲差： (2-11)JD1(1)曲线要素计算q=39.991m P=0.533m（2） 计算主点桩号 JD2(1)曲线要素计算q=74.91m P=2.34m（2） 计算主点桩号JD3 转角= 路拱坡度：2% 交点桩号K2+166 R=1500m（1）圆曲线几何要素：（2） 主点桩号计算：三、纵断面设计3.1 纵断面设计要求 纵断面设计的主要内容是根据道路等级、沿线自然条件和构造物控制标高等，确定路线合适的标高、各坡段的总坡度和坡长，并设计竖曲线。基本要求是纵坡均匀平顺，起伏和缓，坡长和竖曲线长短适当，平面和纵面组合设计协调，以及填挖经济、平顺4。具体体现如下：（1） 纵断面设计应满足纵坡和竖曲线的各项规定（最大纵坡、最小纵坡、坡长限制、竖曲线最小半径及长度等）；（2） 为保证车辆能以一定速度安全顺适地行驶，纵坡应具有一定的平顺性，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。连续上坡或下坡路段，应避免设置反坡段。越岭线垭口附近的纵坡应尽量缓一些。变坡点处应尽量设置大半径竖曲线；（3） 设计标高的确定，应结合沿线自然条件如地形、土壤、地质、水文、气候、排水等和各种构造物控制标高等因素综合考虑，视具体情况加以处理，以保证道路的稳定与通畅；（4） 纵断面的设计应与平面线形和周围自然景观相协调，即应考虑人体视觉心理上的要求，按照平竖曲线相协调及半径的均衡，来确定纵断面的设计线；（5） 一般情况下纵断面设计，应考虑填挖平衡，尽量就近移挖做填，以减少借方和弃方，降低造价和节省用地，保证自然环境；（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，交叉处前后的纵坡应平缓一些；（7） 在实地调查基础上，充分考虑通道、农田水利等方面的要求。3.2 纵坡设计3.2.1 最大纵坡最大纵坡是公路纵断面设计的重要指标，在地形起伏较大地区，直接影响路线的长短、使用质量、运输成本及造价。我国规范中中规定：当设计速度为60km/h时，最大纵坡为6%。最大纵坡设计时不可轻易采用，应留有余地。3.2.2 最小纵坡在长路堑、低填设边沟路段以及其它横向排水不通畅的路段，为保证排水要求，防止积水渗入路基而影响其稳定性，均应采用不小于0.3%的纵坡5。当必须设计成平坡或小于0.3%的纵坡时，设边沟路段应作纵向排水设计。当然，像干旱地区，以及横向排水量毫不产生路面积水的路段，如直坡段或半径大于不设超高最小半径的路堤路段的最小纵坡仍应不小于0.3%。在弯道超高渐变段上，当行车道外侧边缘的纵坡与超高附加坡度（即超高渐弯率p）方向相反时，设计最小纵坡不宜小于(p+0.3%)。3.3 坡长的要求3.3.1 最短坡长限制最短坡长的限制主要是从汽车行驶平顺性的要求考虑的。如果坡长过短，使变坡点增多，汽车行驶在连续起伏地段产生的增重与减重的变化频率，导致乘客感觉不舒服，车速越高越感突出。从路容美观、视觉效果、相邻两竖曲线的设置和纵面视距等也要求坡长应有一定最短长度。最短坡长以不小于计算行车速度9s的行程为宜，公路工程技术标准中规定公路最短坡长应按表3-1选用。在平面交叉口、立体交叉的匝道，最短坡长可不受限制。表3-1 最小坡长设计速度（km/h）1201008060403020最小坡长(m)300250200150120100603.3.2 最大坡长限制公路纵坡的大小及其坡长对汽车正常行驶影响很大。纵坡越陡，坡长越长，对行车影响也越大。主要表现在使行车速度显著下降，长时间使用低速档会使发动机发热过分而使效率降低，水箱沸腾，行驶乏力。而下坡时，则因坡度过陡，坡段过长而使刹车频繁，影响行车安全。因此，为保证行驶质量和行车安全，对陡坡的坡长应加以限制。公路不同纵坡的最大坡长规定如表3-2。高速公路和一级公路纵坡及坡长的选用应充分考虑车辆的运行质量要求。缓和坡段的具体位置应结合纵向地形起伏情况，尽量减少填挖工程数量，同时应考虑路线的平面线形要素。在一般情况下，缓和坡段宜设置在平面的直线或较大半径的平曲线上，以充分发挥缓和坡段的作用，提高整条公路的使用质量。表3-2 各级公路纵坡长度限制高速公路一二三四计算行车速度（km/h）120100806010060804060304020纵坡长度（%）39001000110012001000120047008009001000800100090011001000110011001200560070080080070090080090090010006500600600700600700700700800750050060083004009200所以，本设计中坡度及坡长取值，均满足设计规范要求。3.4 竖曲线设计3.4.1 曲线最小半径和最小长度表3-3 公路竖曲线最小半径和最小长度计算行车速度km/m1201008060403020凸形竖曲线半径极限最小值(m)11000650030001400450250100一般最小值(m)17000100045002000700400100凸形竖曲线半径极限最小值(m)4000300020001000450250100一般最小值(m)6000450030001500700400200竖曲线最小长度(m)100857050352520表3-4 视觉要求的最小竖曲线半径计算行车速度(km/h)竖曲线半径(m)计算行车速度(km/h)竖曲线半径(m)凸形凹形凸形凹形120200001200080120008000100160001000060900060003.4.2 竖曲线各要素计算公式图3-1 竖曲线要素示意图各要素计算公式如下： (3-1) (3-2) (3-3) (3-4)式中: 竖曲线长度(m)； 竖曲线半径(m)； 坡差(%)，为“+”时表示凹形竖曲线，为“-”时表示凸形竖曲线； 竖曲线切线长(m)； 计算点至起算点的距离(m)； 竖曲线上任一点竖距(m)； 竖曲线外距(m)。3.5 平纵组合设计图3-2 平曲线与竖曲线的组合因考虑各种因素及平纵曲线的组合。本段一级公路上设计三个竖曲线。竖曲线（1）：変坡点桩号K0+450 R=4000m 変坡点高程63.82m 竖曲线（2）：変坡点桩号K1+250 R=5000m 変坡点高程105.22m 竖曲线（3）：変坡点桩号K2+170 R=4000m 変坡点高程86.82m 竖曲线1：（1） 计算竖曲线要素（2） 计算竖曲线起终点桩号（3） 计算竖曲线上点的高程起点K0+210：K0+316.24：K0+350：K0+400：K0+420.155：K0+450：K0+500：K0+524.07：K0+550：终点K0+590：竖曲线2：(1)计算竖曲线要素(2)计算竖曲线起终点桩号(3)计算竖曲线上点的高程起点K1+75：K1+100：K1+150：K1+165.16：K1+200：K1+250：K1+285.54：K1+300：K1+350：K1+400：K1+405.92：终点K1+425：竖曲线3：(1)计算竖曲线要素(2)计算竖曲线起终点桩号(3)计算竖曲线上点的高程起点K2+50：K2+100：K2+150：K2+165.34：K2+170：K2+200：K2+250：终点K2+290：四、横断面设计4.1 横断面设计方法道路横断面是道路中线上各点的法向切面,其包括行车道、人行道、中央分隔带、路肩、护坡、边沟、路界石等。道路横断面设计应根据交通量、地形、地质、行车速度等进行设计。4.2 横断面组成公路横断面的组成应根据公路等级、设计速度、地形、气候、地质等条件来确定，以保证公路的交通安全、通行能力、路基的强度和稳定性。高速公路的横断面分为整体式和分离式两种。横断面组成主要包括：行车道、中间带（分离式没有）、路肩、边坡、排水设施（边沟、排水沟等）等。根据需要，可能要布置紧急停车带、变速车道、爬坡车道，在边坡上可能有护坡道、碎落台等。4.3 横断面要素的确定横断面要素的确定主要是确定组成公路路幅的各部分的几何尺寸，在实际设计中，一般是根据公路等级和交通量的大小，参考规范中中各级公路路基横断面来确定，同时结合当地交通规划和有关要求进行适当的调整。4.3.1 行车道宽度行车道宽度直接影响道路的通行能力、行车速度、行车安全、工程造价等。行车道宽度必须有能满足错车、超车或并列行驶及车辆与路肩间所必需的余宽。路面宽度主要决定于车道数和每一车道的宽度5。根据规范中规定，当设计车速为60km/h时，车道宽度取3.5m。4.3.2 中间带宽度规范中规定，设计车速为 60km/h时，中央分隔带宽度一般值为3.00m或2.00m，左侧路缘带宽度一般值为0.75m或0.50m，中间带宽度一般值为3.0m或2.0m。4.3.3 路肩宽度路肩由右侧路缘带(高速公路及一级公路设)、硬路肩、土路肩三部分组成。路肩可增加路幅余宽度，供临时停车、错车或堆放养路材料；为填方地段通车后的路基提供宽度损失，有利于诱导驾驶员视线，为护栏等设置提供场地及为公路养护避车提供空间。规范中规定，一级公路中设计车速为60km/h时，右侧硬路肩宽度一般值取2.50m，土路肩宽度一般值取0.50m。4.3.4 路基宽度各级公路的路基宽度一般规定如下表4-1。所以，当采用计算行车速度60km/h，车道数为4时，路基宽度取23m，即路基宽度=2+20.5+43.5m+22.5m+20.5m(中央分隔带+2路缘带+2行车道宽+2 硬路肩宽度+2土路肩宽度)。表4-1 各级公路路基宽度公路等级高速公路、一级公路二、三、四级公路计算行车速度（km/h）12010080608060403020车道数86486464422222或1路基宽度一般值45.034.528.044.033.026.032.024.523.012.010.08.507.506.50（双）4.50（单）最小值42.026.041.024.521.520.010.04.4 横断面其他组成的设计要求 4.4.1 路拱形式及横坡度双车道和较宽的非分离式路面以及直线段上分离式路面上的雨水由路拱横坡排向路基之外。路拱的形式有直线形、抛物线形或者直线与弧线的组合形，但一般采用直线形。路拱坡度一般采用双向坡面，由路中央向两侧倾斜；对于分离式路基且降雨量不大也可采用单向路拱横坡，但在积雪冰冻地区，应设置双向路拱。高速公路、一级公路位于中等强度降雨地区时，路拱坡度宜采用高值；位于严重强度降雨地区时，路拱坡度可是当增大。路拱坡度应根据路面类型和当地自然条件采用。如沥青混凝土路面路拱横坡度宜取1.0%2.0%。4.4.2 路肩横坡度本路段设计中路拱横坡度、硬路肩横坡度取2%，土路肩横坡度取3%,满足设计要求。4.4.3 超高设计规范中规定，一级公路山岭重丘区，当车速为60km/h时，圆曲线半径在340m430m中，超高值可取4%，圆曲线半径在430m570m中，超高值可取5%；本路段设计中，圆曲线半径为R1=500m,超高值取4%，R2=4000m,超高值取5%，R3=1500m，不需超高，满足要求。图4-1 绕中央分隔带边缘旋转4.4.4 加宽汽车在曲线路段上行驶时，靠近曲线内侧后轮行驶的曲线半径最小，靠曲线外侧的前轮行驶的曲线半径最大。为适应汽车在平曲线上行驶时后轮轨迹偏向曲线内侧的需要，平曲线内侧应增加路基路面宽度称为曲线加宽。当平曲线的半径大于125m时，其加宽值甚小，可以不设加宽。所以本设计中不予考虑。五、路基设计5.1 路基设计的一般要求公路路基设计是路面的基础，它承受着本身土体的自重和路面结构的重量，同时还承受着由路面传递下来的行车荷载，所以路基是公路的承重主体。公路路基属于带状结构，随着天然地面的高低起伏，标高不同，路基设计需根据路线平、纵、横设计，精心布置，确定标高，为路面结构提供具有足够宽度的平顺基面。一般路基通常指在良好的地质与水文等条件下，填方高度和挖方高度深度不大的路基。通常认为一般路基可以结合当地的地形、地质情况，直接选用典型断面图或设计规定，不必进行个别论证和验算。本路段中地质条件良好，不需进行特殊路基处理，所以本设计中未予考虑6。5.2 路基的类型与构造由于填挖情况的不同，路基横断面的典型形式，可归纳为路堤、路堑和填挖结合等三种类型。按路堤的填土高度不同，划分为矮路堤、高路堤和一般路堤。填土高度小于1.0m1.5m者，属于矮路堤；填土高度大于18m（土质）或20m（石质）的路堤属于高路堤；填土高度在1.5m18m的范围内的路堤为一般路堤。本设计中，根据填挖高度表知，其路堤形式主要为一般路堤（见图5-1）。图5-1 一般路堤形式5.3 路基的边坡与防护5.3.1 边坡路基边坡坡度应根据当地的土质类型、岩石构造和风化程度、水文条件、填筑材料、边坡高度及施工方法等因素分段确定7。本项目有填方路基，根据以上边坡设计要求中说明，中规定，一般路堤当填筑材料种类为砾石土、粗砂、中砂，且填土高度小于8m时，路基边坡坡度的选用为1:m=1:1.5；填土高度大于8m的路基边坡，8m以下边坡采用1:m=1:1.75。5.3.2 路基防护路基防护是确保道路安全使用，使路基不因地表水流和气候变化而失稳的主要工程措施之一，其重要性因道路技术等级的提高和交通量的急剧增长而日益突出7。坡面防护的措施主要有种草、铺草皮、植树、抹面与捶面等。本设计中边坡坡度为1:m=1:1.5，缓于1:1的边坡防护，适合种草或铺草皮。5.4 路基排水设计5.4.1 边沟边沟横断面一般采用梯形，且边沟设计必须满足以下要求8：(1) 边沟纵坡宜于路线纵坡一致，一般不小于0.5%，特殊情况下允许采用0.3%。当边沟纵坡较大时，应对边沟进行加固。(2) 高速公路、一级公路边沟的深度及底宽不应小于0.40.6m，设置超高路段的边沟应加深，以保持边沟排水通畅。(3) 梯形边沟的内侧边坡，一般为1:1.01:1.5,外侧边坡与挖方边坡一致。边沟的长度，一般地区不宜超过500m，多雨地区不超过300m，三角形边沟不宜超过200m。边沟可采用浆砌片石，浆砌卵石和水泥混凝土预制块防护。砌筑用的砂浆强度，对于高速公路、一级公路采用M7.5和其它等级公路采用M5。边沟出水口附近，水流冲刷比较严重，必须慎重布置和采用相应措施。5.4.2 排水沟梯形排水沟，其内侧边坡为1:1，外侧边坡为1:1，下底宽0.6m，深度为0.6m。以25cm厚的浆砌片砌筑，10号砂浆勾缝，下图为全挖式排水沟示意图：图5-2 排水沟横断面形式示意图 5.5 土石方工程量计算5.5.1 横断面面积计算路基填挖的断面面积，是指断面图中的原地面线与路基设计线所包围的面积，高于地面线者为填，低于地面线者为挖，两者应分别计算。下面采用积距法来计算横断面的面积，计算方法如下8：图5-3 横断面面积计算示意图如图将横断面按单位横宽划分为若干个梯形与三角形条块，每个小条块的近似面积为： (5-1)则横断面的面积为： (5-2)例K0+50的横断面图如下：图5-4 横断面面积计算示意图从图中可以量出各b(m)的宽和h(m)高的值为:按上两式计算填方的面积为：挖方面积为： 其它各断面面积的计算方法和上述一样，详见土石方表。5.5.2 土石方数量的计算常用的土石方数量的计算方法有平均断面法和棱台法两种，本次计算采用平均断面法，计算方法如下8：图5-5 路面体积计算示意图把两相邻断面均为填方或均为挖方且面积大小相近，则可假定两断面之间为一棱柱如上图，其体积的计算公式为： (5-3)式中： V体积，即土石方数量（）；、 分别为两相邻居断面的面积（）； L 相邻断面之间的距离（m）。5.6 挡土墙设计5.6.1 基本资料（1） 墙身构造：拟采用浆砌片石重力式路堤墙，如图5-6所示，墙身高H=10m，填土高度a=5m，填土边坡1:1.5（=），墙背俯斜，倾角=（1:0.33），墙身分段长度10m，初拟强顶宽，墙底宽。（2） 填料：砂土湿密度，计算内摩檫角，填料与墙背的摩檫角。（3） 地基情况：中密碎石土，容许承载力，基地摩檫系数。（4） 墙身材料：5号砂浆砌25号片石，砌体毛体积密度，容许压应力，许切应力表5-65.6.2 计算步骤（1) 车辆荷载换算查表可得：（2） 计算土压力1假设破裂面交于荷载内则（B为路面宽度）假设成立，则破裂面交于荷载内的公式是正确的。土压力作用点：2验算荷载因为验算荷载与计算荷载相同，故。3稳定性验算计算墙身自重（取墙长1m计）A. 抗滑稳定性验算满足要求。B.抗倾覆稳定性验算满足要求。C.基地压力与偏心力矩验算不满足要求。将墙趾加宽成宽0.4m，高0.6m的台阶后再进行验算。满足要求。因为D.墙身应力计算通过上述验算，决定采用新断面尺寸为:强顶宽，墙底宽，墙趾加宽台阶高0.6m，宽0.4m。六、路面设计6.1 预测交通组成表表6-1 预测交通组成表车型前轴重(KN )后轴重（KN）后轴数后轮组组数后轴距交通量（次/日）三菱FR41530511双轮组680五十铃NPR595G23.5441双轮组720江淮HF15045.1101.51双轮组840江淮HF140A18.941.81双轮组820东风KM34024.667.81双轮组960东风SP9135B20.172.62双轮组3580五十铃EXR181L601003双轮组3870设计年限： 15年 车道系数： 0.5 交通量平均年增长率：66.2 轴载分析路面设计一双轮组单荷载100KN为标准轴载。6.2.1 以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力中的累计当量轴次（25130）。6.2.1.1 轴载换算轴载换算采用如下的计算公式：计算结果如表62所示。表6-2 轴载换算结果表车型三菱FR415前轴3016.468023.13后轴511136.34五十铃NPR595G前轴23.516.47208.47后轴441120.25江淮HF150前轴45.116.4840168.32后轴101.511896.20江淮HF140A前轴18.916.48200.37后轴41.81118.45东风KM340前轴24.616.496013.77后轴67.811177.06东风SP9135B前轴20.116.45803.46后轴72.621288.09五十铃EXR181L前轴6016.4870603.47后轴100312610累计4867.386.2.1.2 累计当量轴次根据设计规范，一级公路沥青路面的设计年限为15年，四车道的车道系数是0.4-0.5，取0.5。6.2.2 验算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次（）6.2.2.1 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6-3所示表6-3 轴载换算结果表（半刚性基层层底拉应力）车型三菱FR415后轴51116803.11江淮HF150后轴101.511840946东风KM340后轴67.81196042.87东风SP9135B后轴72.62158089.53五十铃EXR181L前轴60118.5870270.33五十铃EXR181L后轴100318702610累计3961.846.2.2.2 累计当量轴次6.3 结构组合与材料选取计算得设计年限内一个行车道上的标准轴次约为2000万次左右。根据规范推荐结构，并考虑沿途有碎石、粉煤灰和石灰供应，路面结构面层采用沥青混凝土（15cm），基层采用石灰水泥粉煤灰土（25cm），底基层采用石灰碎石土（厚度待定）。规范规定高速公路、一级公路的面层有二层至三层组成。采用三层式沥青面层，查规范可知，表面层采用抗滑表层（4cm），中面层采用中立式密级配沥青混凝土（5cm），下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土（6cm）。6.4 各层材料土基的抗压强的与劈裂强度表6-4 材料强度表层位结构层材料名称厚度（cm）20模量15模量劈裂强度1细粒式沥青混凝土4130020001.42中粒式沥青混凝土51100160013粗粒式沥青混凝土6100012000.84石灰水泥粉煤灰土25140015000.55石灰碎石土？5505500.36土基36366.5 设计指标的确定6.5.1 设计弯沉值设计弯沉值为：6.5.2 各层材料的容许拉应力为细粒式密级配沥青混凝土中粒式密级配沥青混领土粗粒式密级配沥青混凝土石灰水泥粉煤灰土石灰碎石土6.5.3 确定石灰碎石土层厚度查诺漠图：代入下式6.5.4 各验算层底拉应力6.5.4.1查诺漠图，发现拉应力系数已不能从图中查出，表明沥青混凝凝土层底将受压应力（或拉应力很微小）。应视拉应力通过验算。6.5.4.2查诺漠图，发现拉应力系数已不能从图中查出，表明沥青混凝凝土层底将受压应力（或拉应力很微小）。应视拉应力通过验算。6.5.4.3查诺漠图，发现拉应力系数已不能从图中查出，表明沥青混凝凝土层底将受压应力（或拉应力很微小）。应视拉应力通过验算6.5.4.4查诺漠图得：则此方案满足要求。6.5.5 设计资料汇总表6-6设计资料汇