道路桥梁与渡河工程毕业论文

毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 题 目 南阳至邓州一级公路 A K0 000 K2 800 标段施工图设计 学 院 交通运输工程学院 专 业 道路桥梁与渡河工程 姓 名 王 捷 学 号 072409122 指导老师 张 会 远 完成时间 2013 年 05 月 28 日 摘 要 本设计是对南阳至邓州段山岭重丘区一级公路 K0 000 K2 800 标段进行施 工图设计 设计道路全长 2800 米 设计速度为 80km h 双向四车道 设计的内容 包括平面线设计 纵断面设计 横断面设计 路基及挡土墙设计 路基路面防排 水设计 桥涵设计 路面材料选择配合比设计及结构层厚度的拟定与验算 平面 设计设一个平曲线 纵断面设计设一个竖曲线 路基宽度为 24 5m 最大超高 6 路基路面排水设施有边沟 截水沟 排水沟 桥涵等 桥梁与路基同宽 采 用装配式预应力混凝土连续箱梁桥 设有涵洞两座 分别为钢筋混凝土箱通和钢 筋混凝土圆管涵 路面设计内容包括路面类型的确定和结构厚度设计 本设计路 面采用沥青混凝土路面 设计路面结构为 5 层依次是 4cm 细粒式沥青混凝土 6cm 中粒式沥青混凝土 8cm 粗粒式沥青混凝土 20cm 水泥石灰稳定碎石 20cm 石灰粉煤灰碎石 设计后期用路面结构设计软件验算拟定结构层厚度是否满足要 求 用纬地道路软件进行平 纵 横三维设计生成相应图表 关键词 平 纵 横断面设计 路基设计 桥梁设计 路面结构设计 纬地道路 Abstract The main task of the design is the construction design of Nanyang to Dengzhou section of mountainous and hilly highway K0 000 to 800 tenders the K2 With its design speed of 80km h and two way four lane The length of this road is 2800 m The design includes plane design vertical section design cross section design roadbed and retaining wall design subgrade and pavement selection mix formulation and checking design and structure layer thickness of the waterproof and drainage design culvert design pavement materials Graphic design with a flat curve longitudinal section design with a vertical curve Subgrade width of 24 5m maximum superelevation 6 Subgrade and pavement drainage facilities in a ditch ditches drains and so on The bridge and roadbed width using prefabricated prestressed concrete continuous box girder bridge A culvert two respectively for the reinforced concrete box and reinforced concrete pipe culvert A culvert two respectively for the reinforced concrete box and reinforced concrete pipe culvert Pavement design includes determining thickness and structure design of pavement type the design of pavement with asphalt concrete pavement pavement structure design of 5 layers are fine 4cm asphalt concrete 6cm medium grained asphalt concrete 8cm coarse asphalt concrete cement stabilized gravel 20cm 20cm of lime flyash gravel The design of the pavement structure design software checking out the structural layer thickness meets the requirements Flat vertical horizontal three dimensional design generates the corresponding chart of hintsoftroad software Key words flat vertical cross sectional design the design of embankment bridge design pavement structure design Weft of road 目 录 前前 言言 1 1 1 1 绪论绪论 2 2 1 1 设计资料 2 1 1 1 道路所在地区的气象资料 2 1 1 2 沿线的工程地质及水文地质情况 2 1 1 3 沿线的植被及土壤分布情况 2 1 1 4 道路建筑材料及分布情况 2 1 1 5 交通量资料 2 1 2 设计标准 3 2 2 平 纵 横三维设计平 纵 横三维设计 5 5 2 1 选线 5 2 2 平面线形设计 5 2 2 1 平曲线线形设计一般原则 6 2 2 2 平纵横综合设计 6 2 2 3 路线方案比选 7 2 2 4 平面线形要素组合计算 8 2 2 5 桩号复核与验算 9 2 3 纵断面设计 10 2 3 1 纵断面设计概述 10 2 3 2 纵坡设计 11 2 3 3 平 纵线形组合设计 11 2 3 4 竖曲线 12 2 4 横断面设计 14 2 4 1 横断面组成及其类型 14 2 4 2 横断面设计步骤 16 2 4 3 平曲线加宽设计 17 2 4 4 超高设计 17 2 4 5 超高的计算 19 2 4 6 土石方的计算和调配 19 3 3 路基设计路基设计 2121 3 1 路基设计 21 3 2 路基排水设计 24 3 3 路基防护与加固 24 4 4 挡土墙设计挡土墙设计 2727 4 1 挡土墙的构造 27 4 2 挡土墙的布置 28 4 3 挡土墙土压力计算与稳定性验算 29 5 5 路面结构设计路面结构设计 3232 5 1 基本资料 32 5 2 路面结构层分层 32 5 2 1 面层 33 5 2 2 基层 33 5 2 3 垫层 33 5 3 路面类型的选择 34 5 4 沥青路面设计 34 5 4 1 设计任务 34 5 4 2 设计原则 35 5 4 3 标准轴载及轴载当量换算 35 5 4 4 设计年限累计当量标准轴载数和设计弯沉值 37 5 4 5 初拟路面结构 38 5 4 6 路面材料配合比设计与参数的确定 39 5 4 7 路面结构层厚度确定 40 5 4 8 方案比选 45 5 5 路面排水设计 45 5 5 1 路面表面排水 45 5 5 2 中央分隔带排水 46 5 5 3 路面内部排水 46 5 5 4 边缘排水系统 46 6 6 桥涵方案设计桥涵方案设计 4747 6 1 桥涵设计的基本要求 47 6 2 方案设计 47 6 3 平面布置 48 结束语结束语 4949 致谢致谢 5050 参考文献参考文献 5151 前 言 尉邓线南阳至邓州段一级公路 是河南省一级公路网规划中的一条重要线路 是南阳连接邓州通向湖北的一个高等级公路出口 同时又是服务南水北调中线工 程的一条重要道路 全长 50 4km 双向四车道 设计时速 80km h 建设南邓一级公路 将填补南阳没有一级公路的空白 实现南阳南部高速公 路 一级公路和二级公路的有机结合 对完善我市路网结构 发挥公路网的整体 效益 提高通行能力 具有十分重要的意义 本设计为南阳至邓州一段一级公路 的设计 以此作为我们毕业设计题目有很强的实用性 毕业设计是对大学四年所学专业课知识的总结与应用 是对我们实践能力的 考验 是每个毕业生毕业时期必修的课程 本人通过参考相关规范要求综合四年 所学并在老师的指导下做出此设计 通过本设计能使我们在进行公路施工图设计方面进行一次全面的系统的训练 使我们能综合运用大学所学课程 系统地巩固基本理论和专业知识 培养分析问题 和解决问题的独立工作能力 提高计算 绘图 查阅文献 使用规范手册和编写技 术文件及计算机辅助设计计算等基本技能 掌握公路设计原则 设计方法 步骤 同时 树立正确的设计思想及严谨负责 实事求是 刻苦钻研 勇于创新的作风 具体解决各种级别公路的设计 为今后工作打下良好的基础并能提高我的综合运 用知识的能力同时也有助于以后在工作岗位能很快的适应工作环境 本设计为山岭重丘区一级公路 双向四车道 设计时速为 80km h 平面设计 设一个平曲线 纵断面设计设一个竖曲线 路基宽度为 24 5m 设 6m 高路堑挡 土墙 排水设施有边沟 截水沟 排水沟 涵洞 路面结构面层采用 4cm 细粒式 沥青混凝土 6cm 中粒式沥青混凝土 8cm 粗粒式沥青混凝土 基层采用 20cm 水泥 石灰稳定碎石 垫层设 20cm 级配砂砾 1 绪论 1 1 设计资料 该地区属于山岭重丘区 地形图比例为 1 2000 1 1 1 道路所在地区的气象资料 河南南阳属于我国二级区划区 处于北温带属大陆性气候春季干旱夏热多雨 秋季温和冬季寒冷 年均气温 14 86 年均降水量 578 2 毫米蒸发量 19078 毫米 主导风向为东北风和西北风 南阳主要天气气候为冬季为暴雪 低温 大雾天气 较多 夏季为暴雨秋季连阴雨 1 1 2 沿线的工程地质及水文地质情况 地形多为丘陵和重丘地段 地层岩性主要为冲积卵石层和强弱风化基岩层 卵石层埋深 3 1 4 2 米 具有较强的透水性 强风化片岩 易钻进 该区地下水 埋深一般为 1 50 3 00 米 在平原微丘地貌 山岭重丘地貌区 由于地形较高 基底岩性的含水性和给水性差 大气降水主要以地表径流形式排泄 地下水位相 对较深 在沟底一般为 1 50 2 00 米 沿线山体稳定 无不良地质状况 沿线土 质为黏性土 1 1 3 沿线的植被及土壤分布情况 境内土地大面积已开垦为农田 植被覆盖主要是农作物 山区树木较多 常 绿树种和落叶树组成的混交林 沿线多粘质土 山坡上 1 米以下是碎石土 1 1 4 道路建筑材料及分布情况 沿线可开采碎石 砂砾 并有粉煤灰 矿渣 炉渣 石灰 水泥等材料供应 有小型采石场和石灰厂 水泥 钢材均需外购 沿线可开采碎石 砂砾 并有粉 煤灰 矿渣 炉渣 石灰 水泥等材料供应 1 1 5 交通量资料 近期交通量 车型数量 小汽车3000 黄河 JN1501180 东风 EQ140960 解放 CA10B755 太脱拉 138460 交通增长率 6 4 1 2 设计标准 表 1 1 主要技术指标表 指 标 名 称单 位技 术 指 标 公 路 等 级 4 车道 一级公路 设 计 速 度km h80 行 车 道 宽 度 2 7 50 路 基 宽 度 24 50 桥 面 全 宽 24 50 极 限 最 小 250 一 般 最 小 400 平曲线 半径 不设超高最小 2500 极限最小 3000凸 型 一般最小 4500 极限最小 2000 竖曲线 半径 凹 型 一般最小 3000 极限最小 70凸 型 一般最小 170 极限最小 70 竖曲线 长度 凹 型 一般最小 170 同向曲线间 6V当 V 60km h 时 直线最小长度 反向曲线间 2V 极限值 1 5中央分 隔带宽 一般值 2 极限值 0 25 中 间 带 左侧路 缘带宽 一般值 0 5 极限值 2 5中间带 宽度 一般值 3 0 一般值 0 75土路肩 宽度 极限值 0 75 最 大 纵 坡 6 最 小 纵 坡 0 5 合 成 纵 坡 10 最 大 超 高 6 路基及大 中 小桥 涵 洞 1 100设计洪水频 率 特大桥1 300 桥涵 路基公路 级车辆荷载等 级 路面标准轴载 100kN 2 平 纵 横三维设计 2 1 选线 道路选线的主要内容是结合各种地形条件解决路线的布局和位置问题 所涉 及的线形是路线与自然地形条件之间的关系 选线是在规划道路的起终点之间选 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 期间 注意正确处理建设与其建设项目的关系 正确处理好路线与其他专业的关系 正 确处理设计 施工 运营之间的关系等 为了保证选线和勘测设计质量 降低工 程造价 必须全面考虑 由粗到细 由轮廓到具体 逐步深入 分阶段分步骤地 加以分析比较 进行多方案比选 才能定出最合理的路线来 1 起终点的位置 高速公路和一级公路都以重要城市 港站 码头或大型工矿基地为起迄点或 中间控制点 其具体位置应根据路网规划的路线总方向和城市规划方案综合选定 由于本设计的终点是后一位同学路边设计的起点 所以需考虑后一位同学的地形 情况 因此应该从宏观上把握整个设计的地形地质情况进行比选确定 2 经过沿线城镇的路线布置 高速公路与一级公路与沿线城镇的关系除了公路的性质还要结合城镇发展规 划 其连接方式主要有穿越 绕行或以支线连接 距城镇规划区 2 5km 为宜 最大不要超过 8km 3 选线要点 山岭地区 山高谷深 坡陡流急 地形复杂 主要分为沿河线 越岭线 山 脊线三种选线方式 用平均坡度 争取高度 不无谓地展长路线 为纵坡设计留有余地 一般应从困难地段向平易地段展线 展线地段若无特殊要求 一般不应采用反向坡度 特大桥是路线基本走向的控制点 中小桥和涵洞位置应服从路线走向 但斜 交过大时 50 米时 T 10 米 Lj2 0m 的路段 路床顶面以下 0 60cm 采用 7 石灰土处理层 底部 设 3 土拱 土拱设 30cm5 石灰土处理层 对于路基中部填土的掺灰 又施工建立根 据具体情况 在保证路基压实度的前提下 决定处理的土层及掺灰量 2 路床处理 JTG D30 2004 公路路基设计规范 路床土质应均匀 密实 强度高 上路床压实度达不到要求时 必须采 取晾晒 掺石灰等技术措施 路床顶面横坡应与路拱坡度一致 挖方地段的路床为岩石或土基良好时 可直接利用作为路床 并应整平 碾压密实 地质条件不良或土质松散 渗水 湿软 强度低时 应采取防水 排 水措施或掺石灰处理或换填渗水性土等措施 处理深度可视具体情况确定 填方路基的基底 应视不同情况分别予以处理 基底土密实 地面横坡缓于 1 5 时 路基可直接填筑在天然地面上 地表 有树根草皮或腐殖土土应予以处理深除 路堤基底范围内由于地表水或地下水影响路基稳定时 应采取拦截 引排等 措施 或在路堤底部填筑不易风化的片石 块石或砂 砾等透水性材料 路堤基底为耕地或土质松散时 应在填筑前进行压实 高速公路 一级公路 和二级公路路堤基底的压实度 重型 不应小于 85 路基填土高度小于路床厚 度 80cm 时 基底的压实度不宜小于路床的压实度标准 基底松散土层厚度大 于 30cm 时 应翻挖再回填分层压实 水稻田 湖塘等地段的路基 应视具体情况采取排水 清淤 晾晒 换填 掺灰及其它加固措施进行处理 当为软土地基说 应按特殊路基处理 路基土的掺灰剂量 可根据当地情况实验确定 一般粘质土采用石灰或二灰 处理 粗粒土可以采用 325 号水泥处理 3 特殊路基处理 河塘路基的处理 路基河塘地段 先围堰 进行放水或排水挖除淤泥 然后将原地面开挖成台 阶状 台阶宽 1 0m 内倾 3 并回填 5 灰土至原水面 标高按 1 0m 来控制 路基底部 30cm 采用 5 石灰土处理 路床顶面以下 0 80cm 采用 7 石灰土处理 3 2 路基排水设计 路基地表排水可采用边沟 截水沟 排水沟 跃水井和急流槽 各类地段排 水沟应高出设计水位 0 2m 以上 边沟横断面采用梯形 梯形边沟内侧边坡坡度为 1 1 1 1 5 一级公路的边沟 的深度不应小于 0 6m 边沟纵坡宜与路线纵坡一致并不宜小于 0 5 边沟可采 用浆砌片石 水泥混凝土预制块防护 一级公路当采用 M7 5 的砂浆强度 边沟 长度不宜超过 500m 截水沟横断面可采用梯形 边坡视土质而定 一般采用 1 10 1 1 5 深度及宽度不宜小于 0 5m 沟底纵坡不宜小于 0 5 水流通过陡坡 地段时可设置跌水等或急流槽 应采用浆砌片石或水拧混凝土 预制块砌筑 边 墙应高出设计水位 0 2m 以上 其横断面形式为矩形 槽底应做成粗糙面 厚度 为 0 2 0 4m 混凝土为 0 1 0 3m 跃水的台阶高度可采用 0 3 0 6m 台面坡度应 为 2 3 急流槽以纵坡不宜陡于 1 1 5 急流槽过长时应分段修筑 每段长度 不宜超过 10m 3 3 路基防护与加固 路基防护 查 JTJ013 95 公路路基设计规范 由于岩土筑成的路基直接暴露在大气之中 长期受自然因素的影响 岩土在 水温条件作用下物理力学性质将发生变化 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 为确保路基的强度与稳定性 路基的防护与 加固 是不可缺少的工程技术措施 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是软 地基的加固处治 本设计有高填及深挖路基 沿河浸水路堤 故用到的防护措施 有坡面防护包括植被防护和工程防护 本设计不涉及湿软地基加固问题 1 路基填土高度 H 小于 3m 时 采用草坪网布防护 为防止雨水对土 路肩边缘及护坡道的冲刷 草坪网布被在土路肩上铺入土路肩25cm 在护 坡道上铺到边沟内侧为止 植被防护示意图如下图3 1 图 3 1 三维植被网植草防护示意图 2 路基填土高度 H 大于 3m 时 采用浆砌片石衬砌拱防护 当 m 时 设置单层衬砌拱 当时 设置双层衬砌拱 拱内铺34H 46H 设草坪网布被为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 号混凝土的规 格分为两种 拱柱及护脚采用的长方形预制块 拱圈部分采53050cmcmcm 用的弧形预制块 预制块间用 7 5 号浆砌灌注 浆砌片石衬53065cmcmcm 砌拱防护示意图如下 图 3 2 图 3 2 浆砌片石衬砌拱防护示意图 3 路堑边坡高度小于 6 米的采用草坪网植草防护 大于 6 米的采用挡 土墙加护面防护 图 3 3 干砌片石护面防护示意图 4 路线经过荷塘或河岸地段时 为防止地面水流或河水冲刷 可以采用 干砌片石护面防护 分单层和多层 片石护面 要求坡面稳定 先垫以砂层 然后自下而上平整地铺砌片石 片石应逐块嵌紧且错缝 护面厚度一般不小于 20cm 干砌可勾缝 必要时改用浆砌 护面顶部封闭 以防渗水 干砌片 石护面防护示意图如上图 3 3 本设计含有深挖路基 高度超过 6m 需设置护面墙 护面墙是浆砌片石 的坡面覆盖层 用于封闭各种软质岩层和较破碎的挖方边坡 要求墙面紧贴坡 面 表面砌平 厚度可不一 护面墙石料应符合规格 护面墙除自重外 不承 受其他荷载 亦不承受墙背土压力 其构造与布设如图所示 墙高与厚度及路 堑边坡的关系如下表 3 3 表 3 3 护面墙的厚度 护面墙厚度 m 护面墙高度 m 路堑边坡 顶宽 b底宽 d 21 0 50 400 40 6陡于 1 0 50 400 40 0 10H 6 H 101 0 5 1 0 750 400 40 0 05H 10 H 151 0 75 1 10 400 60 0 05H 4 挡土墙设计 由纵断面设计可知 设计道路最大填土高度为 8m 最大挖方深度为 16m 设 150m 重力式路堤挡土墙和 145m 重力式路堑挡土墙 路堤挡土墙墙背为俯斜 式 路堑挡土墙墙背为仰斜式 这里仅给出路堤挡土墙的计算过程 4 1 挡土墙的构造 本设计采用石砌挡土墙 由墙身 基础 排水设施与伸缩缝等部分构成 1 墙身 墙身由墙面 墙背 墙顶 护栏组成 根据墙背倾斜方向的不同 墙身断面形式可分为仰斜 垂直 俯斜 凸形折 线式和衡重式几种 仰斜墙背所受的土压力最小 垂直墙背次之 因此 仰斜式 的墙身断面较经济 用作路堑挡墙时 墙背与开挖边坡较贴合 所以开挖与回填 量均小 本设计路堤挡土墙采用俯斜式 路堑挡土墙采用仰斜式 墙面采用 1 0 2 外斜较为经济 墙顶宽 0 6m 用大块石砌筑并用砂浆抹平 不设护栏 2 基础 基础设计的主要内容包括基础形式的选择和基础埋置深度的确定 挡土墙采 用浅基础 直接设在天然地基上 埋置深度取决于地质条件 水文情况 冻结深 度 邻近建筑物的基础影响等 为保证挡土墙的稳定 埋置深度应满足以下要求 冻结深度小于或等于 1m 时 基底应在冻结线以下至少 0 25m 并符合基 础最小埋置深度不小于 1m 的要求 当冻结深度超过 1m 时 基底最小埋置深度不小于 1 25m 还应将基底至 冻结线以下 0 25m 深度范围内的地基土换填为弱冻胀材料 受流水冲刷时 应按路基设计洪水频率计算冲刷深度 基底置于局部冲刷 线以下不小于 1m 路堑式挡土墙基础顶面应低于路堑边沟底面 且不小于 0 5m 在风化层不厚的硬质岩石地基上 基地一般应置于基岩表面以下 0 15 0 6m 在软质岩石地基上 基地最小埋置深度不小于 1m 3 排水设施 挡土墙排水的作用在于疏干墙后土体和防止地表水下渗后积水 以免墙后积 水致使墙身承受额外的静水压力 减少季节性冰冻地区填料的冻胀压力 消除粘 性土填料浸水后的膨胀压力 挡土墙的排水措施通常由地面排水和墙身排水两部分组成 地面排水主要是 防止地表水渗入墙后土体或地基 地面排水措施有 1 设置地面排水沟 截引地表水 2 夯实回填土顶面和地表松土 防止雨水和地面水下渗 必要时可设铺砌层 3 路堑挡土墙趾前的边沟应予以铺砌加固 以防边沟水渗入基础 图 4 1 挡土墙排水示意图 墙身排水主要是为了排除墙后积水 通常在墙身的适当高度处布置一排或数 排泄水孔 如图所示 泄水孔的尺寸可视泄水量大小分别采用 5cm 10cm 10cm 10cm 15cm 20cm 的方孔或直径为 5 10cm 的圆孔 本设计采用 10cm 10cm 的 方孔 孔眼间距一般为 2 3m 本设计采用 2 5m 干旱地区可予增大 多雨地区 则可减小 浸水挡土墙则为 1 0 1 5m 孔眼应上下交错设置 最下一排泄水孔的 出水口应高出地面 0 3m 浸水挡土墙则应高出常水位 0 3m 下排泄水孔进水口 的底部 应铺设 0 3m 厚的粘土层 并夯实 以防水分渗入基础 泄水孔的进水 口部分应设置粗粒料反滤层 以防孔道淤塞 干砌挡土墙可不设泄水孔 若墙后填土的透水性不良或可能发生冻胀 应在最低一排泄水孔至墙顶以下 0 5m 的高度范围内 填筑不小于 0 3m 厚的砂砾石或无砂混凝土块板或土工织物等 渗水性材料作排水层 以疏干墙后填土中的水 如图 c d 所示 4 沉降缝与伸缩缝设置 为防止因地基不均匀沉陷而引起墙身开裂 应根据地基地质条件及墙高 墙 身断面的变化情况 设置沉降缝 为了减少圬工砌体因硬化收缩和温度变化作用 产生的裂缝 需设置伸缩缝 4 2 挡土墙的布置 挡土墙的布置 通常在路基横断面和墙趾纵断面上进行 挡土墙的位置的选定 路堑挡土墙大多数设在边沟旁 山坡挡土墙应考虑设在基础可靠处 墙的高 度应保证墙后墙顶以上边坡的稳定 沿河路堤设置挡土墙时 应结合河流情况来布置 注意设墙后仍保持水流顺 畅 不致挤压河道而引起局部冲刷 挡土墙的纵向布置 纵向布置在墙址纵断面图上进行 布置后绘成挡土墙正面图 布置的内容有 1 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 路肩挡土墙端部可嵌入石质路堑中 或采用锥坡与路堤衔接 与桥台连接时 为 了防止墙后回填土从桥台尾端与挡土墙连接处的空隙中溜出 需在台尾与挡土墙 之间设置隔墙及接头墙 路堑挡土墙在隧道洞口应结合隧道洞门 翼墙的设置情 况平顺衔接 与路堑边坡衔接时 一般将墙高逐渐降低至 2m 以下 使边坡坡脚 不致伸人边沟内 有时也可用横向端墙连接 2 按地基 地形及墙身断面变化情况进行分段 确定伸缩缝和沉降缝的位置 3 布置各段挡土墙的基础 墙址地面有纵坡时 挡土墙的基底宜做成不大于 5 的纵坡 但地基为岩石时 为减少开挖 可沿纵向做成台阶 台阶尺寸应随纵 坡大小而定 但其高宽比不宜大于 1 2 4 布置泄水孔的位置 包括数量 间隔和尺寸等 此外 在布置图上应注明各特征断面的桩号 以及墙顶 基础顶面 基底 冲刷 线 冰冻线 常水位或设计洪水位的标高等 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 平面布置 对于个别复杂的挡土墙 如高 长的沿河曲线挡土墙 应作平面布置 绘制 平面图 4 3 挡土墙土压力计算与稳定性验算 1 基本参数 墙面高度 m h1 5 墙背坡度 N 0 25 墙面坡度 M 0 2 墙顶宽度 m b1 1 55 墙趾宽度 m db 0 5 墙趾高度 m dh 0 5 基地内倾坡度 N2 0 2 污工砌体容重 KN m3 r1 23 路堤填土高度 m a 3 路堤填土坡度 M0 1 5 路基宽度 m b0 23 土路基宽度 m d 0 75 填料容重 KN m3 R 18 填料内摩擦角 度 40 外摩擦角 度 17 5 基底摩擦系数 0 35 基底容许承载力 0 KPa 300 挡土墙分段长度 m L1 15 2 计算结果 1 求破裂角 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 6 432m 挡墙的基地水平总宽度 B 4 658m 则 arctg 30 07 验算破裂面是否交于荷载内 堤顶破裂面至墙踵 H a tg 6 04m 荷载内缘至墙踵 b Htg d 5 142m 荷载外缘至墙踵 b Htg d b0 28 142m 故破裂面交于荷载内 与原假设相符 所选用公式正确 则计算图式为 图 4 2 挡土墙计算图示 2 求主动土压力系数 K 和 K1 71 536 00 0 2 2a2 0 056 2 abhbd H Hh tg A Ha Hah 0 579tgtgctgtgtgA cos 0 288 sin Ktgtg 1 0 905 d hm tgtg 3 4 444 batg hm tgtg 4 1 4 2 4 3 4 4 4 5 4 6 4 7 4 8 4 9 3 求主动土压力及作用点位置 4 抗滑稳定性检算 挡土墙体积 V 17 617m 挡土墙自重 G 405 199KN 因为 kc 1 3 则抗滑稳定性验算通过 5 抗倾覆稳定性检算 因为 k0 1 5 则抗倾覆稳定性验算通过 6 基底应力检算 B 4 658m 因为 e B 6 413 1 083hHhhm 304 1 2 22 1 1 1 844 2 hh ha K HHH 2 1 1 198 089 2 EH KKKN cos 168 833EEKN cos 103 608 y EEKN 2 3044 2 1 32 1 255 33 y a Hhh hhHH Zm H K 4 111 xy ZBZ tgm 00 00 cossin 2 831 cos sin c GEf K EG 0 6 455 Gyx X GZE Z K E Zy 2 271 Gyxxy n y GZE ZE Z Zm GE 0 058 2 n B eZm max 6 1 117 335 y GE e KPa BB min 6 1 101 136 y GE e KPa BB 4 10 4 11 4 12 4 13 4 14 4 15 4 16 4 17 4 18 4 19 4 20 4 21 4 22 4 23 因为 max 0 则地基应力验算通过 5 路面结构设计 5 1 基本资料 1 道路所在地区的气象资料 路线经过地区属亚热带山地季风性湿润气候 冬少严寒 夏无酷暑 春迟秋 早 雾多湿重 雨量充沛 四季分明 年平均温度在 7 8 17 4 之间 年日照 1160 1600 小时 常年降雨量 900 1200 毫米 当地多年平均最大冻深为 1 0 米 2 沿线的工程地质及水文地质情况 沿线山体稳定 无不良地质状况 沿线土质为粉质亚粘土 地下水位较深 地表无积水 3 沿线的植被及土壤分布情况 树木较多 沿线多粘质土 山坡上 1 米以下是碎石土 4 道路建筑材料及分布情况 沿线可开采碎石 砂砾 并有粉煤灰 矿渣 炉渣 石灰 水泥等材料供应 有小型采石场和石灰厂 水泥 钢材均需外购 沿线可开采碎石 砂砾 并有粉 煤灰 矿渣 炉渣 石灰 水泥等材料供应 5 交通量资料 近期交通量 车型数量 小汽车3000 黄河 JN1501180 东风 EQ140960 解放 CA10B755 太脱拉 138460 交通增长率 6 4 5 2 路面结构层分层 行车荷载和自然因素对路面的影响 随深度的增加而逐渐减弱 因此对路面 材料的强度 抗变形能力和稳定性的要求也随深的增加而逐渐降低 为了适应这 一特点 路面结构通常是分层铺筑的 按照使用要求受力状况 土基支撑条件和 自然因素程度的不同分成若干层 通常按各个层次功能的不同 划分为三个层次 即面层 基层和垫层 5 2 1 面层 面层是直接行车和大气接触的表面层次 它承受较大的行车载荷的垂直力 水平力和冲击力的作用 同时还受到较大的侵蚀和气温变化的影响 因此 面层 应具备较高的结构强度 抗变形能力 较好的水稳定性和温度稳定性 而且应当 耐磨 不透水 还应具有良好的抗滑性和平整性 路面面层类型较多 查 规范 得路面面层类型的选用应符合规定 见表 5 1 表 5 1 路面面层类型及适用范围 路面类型适用范围 沥青混凝土高速 一级 二级 三级 四级公路 水泥混凝土高速 一级 二级 三级 四级公路 沥青灌入 沥青碎石 沥青表面处治三级 四级公路 砂石路面四级公路 本设计中设计速度为 80km h 的山岭重丘区一级公路 路面等级较高 故本 设计拟采用沥青混凝土路面 5 2 2 基层 基层主要是承受由面层传递来的车辆荷载的垂直力 并将力扩散到下面的垫 层和土基中去 实际上基层是路面结构中的承重层 它应具有足够的强度和刚度 并具有良好的扩应力的能力 基层遭受大气因素的影响虽然比面层小 但是仍然 有可能经受地下水和通过面层渗入雨水的浸蚀 所以基层结构应具有足够的水稳 定性 修筑基层的材料主要有各种结合料 如石灰 水泥或沥青等 稳定土或稳定 碎 砾 石 贫水泥混凝土 天然砂砾 各种碎石或砾石 片石 块石或圆石 各 种工业废渣 如煤渣 粉煤灰 矿渣 石灰渣等 和土 砂 石所组成的混合料 等 本设计拟采用半刚性基层 5 2 3 垫层 垫层介于基层和土层之间 它的功能是改善土基的湿度和温度状况 以保证 面层和基层的强度 刚度和稳定性不受土基水温状况变化所引起的不良影响 另 一方面的功能是将基层传下来的车辆载荷应力加以扩散 以减少土基层的应力和 应变 同时也能阻止路基挤入基层中 影响基层结构的性能 修筑垫层的材料 强度要求不一定高 但水稳定性和隔温性能要好 常用的 垫层材料分为两类 一类由松散粒料如砂 砾石 炉渣等组成的透水性垫层 另 一类是用水泥或石灰稳定土等修筑的稳定类垫层 5 3 路面类型的选择 一级公路路面属于高级路面 所适用的面层类型有水泥混凝土路面和沥青混 凝土路面 水泥混凝土路面特别是配有钢筋的混凝土路面强度高 稳定性和耐久 性好 刚度比沥青混凝土路面大的多 适用于重交通道路 但由于水泥混凝土路 面需要大量的水泥和水 在当地修筑路面时水泥需要外购 且预测年限内的交通 量也不大 沥青路面行车舒适性好 平稳低噪且可再生利用 因此 本设计选用 沥青混凝土路面 5 4 沥青路面设计 本设计根据 沥青路面设计规范 JTG D 2006 采用双圆均布荷载作用 下的路面整体沉降 弯沉 和结构层的层底拉应力作为设计指标 以疲劳效应为 基础 处理轴载标准化转换与轴载多次重复效应 5 4 1 设计任务 沥青路面设计的任务是 确定合理的路面等级 选择适合的路面类型 进行 结构组合设计 路面材料配合比设计及路面结构计算等 为确保路面设计质量 在路面设计之前 应进行专门的外业调查 搜集相关资料 以作为路面设计工作 的依据 在外业调查时需收集的资料有 工程地质和水文地质条件 天然土湿度 和水文资料 气象资料 路面材料产地和供应情况 当地路面使用经验和其他情 况 交通量及交通组成情况 投资情况 施工单位的技术力量 机具设备 劳动 力组成情况 原有路基路面状况等 在掌握了公路沿线的野外调查资料的基础上可按下列程序进行路面的设计工 作 1 根据设计任务书的要求 并综合考虑国家政治 经济 国防 旅游 公路等 级 交通量和交通组成 建设投资和其他方面的要求 确定合理的路面等级和面 层类型 计算在设计年限内换算为标准轴载的单车道的累计当量轴次和路表设计 弯沉值 容许拉应力值 2 确定路基回弹模量值 按路基土组与干湿类型将路基划分为若干路段 每段 长度一般情况下不宜小于 500m 若为大规模机械化施工 不宜小于 1km 确定 各路段土基回弹模量值 3 确定路面材料的回弹模量值 为了保证路面结构的强度与稳定性并充分发挥 各结构层的功能 应考虑当地气候 土质 材料 施工等具体情况 拟定几种可 能的路面结构组合与厚度方案 根据实测或查表确定各结构层路面材料的回弹模 量及设计参数 4 根据设计弯沉值计算路面厚度 对于高速公路 一级公路 二级公路的沥青 混凝土面层和整体性材料基层 底基层应验算其拉应力是否满足容许拉应力的要 求 如不满足要求 应通过调整路面结构层厚度 或变更路面结构组合 或调整 材料配合比以提高极阻抗弯拉强度后再重新计算 对季节性冰冻地区的高级和次 高级路面 还应验算防冻厚度是否符合要求 5 进行技术经济比较 确定采用的路面结构方案 5 4 2 设计原则 为使沥青路面设计先进 经济合理 路面安全适用并与周围环境协调 在设 计工作中应遵循下列原则 1 应根据路面使用要求与当地的自然条件 包括气候 水文 土质等 结合当 地实践经验 按面层耐久 基层坚实 土基稳定的要求进行综合设计 2 应贯彻合理选材 方便施工 利于养护 节约投资的原则 结合当地经验 进行路面结构方案的技术经济比较 选择技术先进 经济合理 强度高稳定性好 便于机械化和工厂化施工的路面结构方案 3 应从技术经济上论证是否有必要分期修建 对分期修建的路面工程 应合 理设计结构层次与厚度 使前期工程能在后期被充分利用 高速公路和一级公路 的路面不宜分期修建 4 应积极采用并推广新技术 新材料 新工艺 新设备 推行机械化施工 对高速公路和一级公路 应采用大型 高效成套的机械设备施工 以确保工程质 量 对软土地区或高填方路基及可能产生较大沉降的路段 宜按分期修建或一次 设计分期实施的原则进行设计 设计时应按远景交通量设计路面结构与厚度 修 筑时可酌情减薄沥青面层厚度 待路基变形趋于稳定后 再根据路面实际情况加 铺沥青面层至设计厚度 待路基变形趋于稳定后 再根据路面实际情况加铺沥青 面层至设计厚度 5 4 3 标准轴载及轴载当量换算 1 标准轴载 我国路面设计以双轮组单轴载 100kN 为标准轴载 以 BZZ 100 表示 如下 表 5 2 表 5 2 标准轴载参数表 标准轴载名称BZZ 100标准轴载名称BZZ 100 标准轴载 P KN 100单轮当量圆直径 d mm 21 30 轮胎接地压强 P Mpa 0 70两轮中心距 cm 1 5d 路面设计采用统一的标准轴载表示 各种车型应按规定的法则做当量换算 得到当量的标准轴载次数 轴载小于 40KN 的特轻轴重对结构的影响可忽略不计 可不纳入当量换算 2 轴载当量换算 以弯沉值和沥青的层底拉应力的设计指标 轴载当量换算如下式 5 1 35 4 1 21 PPnCCN ii k i 式中 N 标准轴载的当量轴次 次 日 ni 各种被换算系数的作用次数 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 0 单轮组为 6 4 四轮组为 0 38 本设计的轴载换算及各车型资料如下表 5 3 属于重交通等级 表 5 3 轴载换算与累计轴载 车 型 名 称 前轴重 kN 后轴重 kN 后轴数轴轮组数后轴距 m 交通量 黄河 JN150 49 00101 601双轮组 1180 东风 EQ140 23 7069 201双轮组 960 解放 CA10B 19 4060 851双轮组 755 太脱拉 138 51 40802双轮组 460 换算方法弯沉及沥青层拉应力指标半刚性层拉应力指标 累计交通 量 1 071247 107次7664277 次 5 4 4 设计年限累计当量标准轴载数和设计弯沉值 1 累计当量轴载计算 5 2 1 11 365 t e r NN r 式中 设计年限内一个车道通过的累计标准当量轴次 e N 设计年限 t 路面营运第一年双向日平均交通量当量轴次 次 日 1 N r 设计年限内交通量平均增长率 与车道数有关的车辆横向分布系数 见下表 5 4 表 5 4 表车道系数表 车道特征车道系数车道特征车道系数 双向单车道1 00双向六车道0 30 0 40 双向两车道0 6 0 7双向八车道0 25 0 35 双向四车道0 40 0 50 2 设计弯沉值 路面结构在经受设计使用期累计通行标准轴载次数后 路面状况优于各级公 路极限状态标准时 所必须具有的路表回弹弯沉值 即设计弯沉值 我国 公 d l 路沥青路面设计规范 规定路面设计弯沉值由下式计算 d l 5 3 0 2 600 decsB lNA A A 式中 设计弯沉值 0 01mm d l 设计年限内一个车道累计当量标准轴载通行次数 e N 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 c A 四级公路为 1 2 面层类型系数 沥青混凝土面层为 1 0 热拌沥青碎石 冷拌沥 s A 青碎石 上拌下贯或贯入式路面 沥青表面处治为 1 1 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 B A 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 则介于 B A 两者之间通过线性内插决定 本设计年限为 15 年 车道系数取 0 50 交通量平均年增长率为 6 4 将以上数据输入路面结构系统设计软件得到设计年限内一个车道上累计当量 抽次和路面设计弯沉值如下 方案一 当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时 路面竣工后第一年日平均当量轴次 2446 设计年限内一个车道上累计当量轴次 10712470 当进行半刚性基层层底拉应力验算时 路面竣工后第一年日平均当量轴次 1750 设计年限内一个车道上累计当量轴次 766427 公路等级为一级公路 公路等级系数为 1 沥青混凝土路面 则面层类型系 数为 1 半刚性基层 则基层类型系数为 1 路面设计交通等级为重交通等级 路面设计弯沉值 23 6 0 01mm 方案二 当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时 路面竣工后第一年日平均当量轴次 2446 设计年限内一个车道上累计当量轴次 10712470 当进行半刚性基层层底拉应力验算时 路面竣工后第一年日平均当量轴次 1750 设计年限内一个车道上累计当量轴次 766427 公路等级为一级公路 公路等级系数为 1 沥青混凝土路面 则面层类型系 数为 1 柔性基层与半刚性基层组合根据工程经验 按内插法确定基层类型系数 为 1 45 路面设计交通等级为重交通等级 路面设计弯沉值 34 2 0 01mm 5 4 5 初拟路面结构 根据本地区的路用材料 结合已有的工程经验与典型结构 本设计拟定两个 结构组合方案 按计算方法分别确定方案一 方案二的路面厚度 根据结构层的 最小施工厚度 材料 水文 交通量以及施工机具的功能等因素 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 8cm 粗粒式沥青混 凝土 水泥稳定碎石基层 20cm 石灰粉煤灰碎石 以水泥稳定碎石基层为设计 层 方案二 4cm 细粒式沥青混凝土 8cm 中粒式沥青混凝土 15cm 密级配沥青 碎石 水泥稳定砂砾 18cm 级配砂砾垫层 以水泥稳定砂砾为设计层 5 4 6 路面材料配合比设计与参数的确定 1 试验材料的确定 半刚性基层所用集料取自沿线料场 结合料沥青选用 A 级 90 号 上面层采 用 SBS 改性沥青 技术指标均符合 公路沥青路面施工技术规范 相关规定 2 路面材料配合比设计 略 3 路面材料抗压回弹模量的确定 沥青材料抗压回弹模量如下表 5 5 表 5 5 沥青材料抗压回弹模量测定与取值 20 抗压回弹模量 MPa 15 抗压回弹模量 MPa 方差EP 26方差EP 26EP 26 材料名称 EP RPa EP p E 代 细粒式沥 青混凝土 19912011589268034419923368 中粒式沥 青混凝土 14251051215217518718012549 粗粒式沥 青混凝土 9785586813206012001440 密集配沥 青碎石 12481161016171515614032027 半刚性材料及其他材料抗压回弹模量如下表 5 6 表 5 6 半刚性材料及其他材料抗压回弹模量测定与参数取值 抗压模量 材料名称 EP方差EP 26EP 26 p E 代 水泥稳碎石318878216244752 水泥石灰砂砾土159125010912091 水泥稳定砂砾261723421483086 级配碎石400 级配砂砾250 4 路面材料劈裂强度的确定 根据设计配合比 选取工程用各种原材料 确定规定温度和龄期的材料劈裂 强度 按照 公路工程沥青及沥青混合料实验规程 与 公路工程无机结合料稳 定材料试验规程 中规定的方法进行测定 结果如下表 5 7 表 5 7 路面材料劈裂强度 材料名称 细粒 式沥 青混 凝土 中粒 式沥 青混 凝土 粗粒 式沥 青混 凝土 密级 配碎 石 水泥 稳定 碎石 水泥 稳定 砂砾 水泥 石灰 砂砾 土 二灰 稳定 沙砾 劈裂强度 MPa 1 21 00 80 60 60 50 40 6 5 4 7 路面结构层厚度确定 1 方案一的