设计说明书 - 潘鑫.doc

装订线毕业设计（论文）报告纸摘 要本设计为陕西东阳至大荔的新建公路的综合设计，根据给定的交通量及其服务水平和性质，确定该公路等级为一级。在此基础上，通过分析沿线自然条件与主要技术指标，对可能的方案进行比选，确定最合理的设计方案，进而对最佳方案进行详细设计，内容包括：路线的平曲线、竖曲线、横断面设计，路基路面设计以及排水和桥涵设计。本公路设计速度为80km/h,路线全长6499米，路基宽24.5米。全线有5个平曲线,2个竖曲线, 4道涵洞，3座桥梁。关键词：交通量，一级公路，自然条件，技术标准，路基，路面，平曲线，竖曲线，排水, 桥涵前言大学四年的学习基本结束了，我对本专业知识也有了一定的认识和掌握。毕业设计是学校对毕业生的一次大考核，是学校考查学生对专业知识的掌握和综合运用的能力。这次我的毕业设计项目为“陕西东阳至大荔新建一级公路综合设计”。路段位于陕西关中平原地区，沿途河流、平原、果园相交错，地形较为复杂。路线受地形，地物限制较严，路线走向比较明确。除个别地区进行局部的方案比选，其他大部分地区只在细节上进行了小的修改。根据交通量、地形，本设计确定为：平原微丘区一级公路，设计速度为80km/h。路线全程长6499.017m，共有5个平曲线和2个竖曲线。毕业设计现已基本完成。通过本次毕业设计，我对公路工程各学科之间的联系更加了解，而且也熟悉了道路设计时所应用的各种软件，我想这将会对我以后的工作有很大的帮助。目 录第一章：概述 1.1：建设该公路的意义 41.2：沿线自然地理特征 41.3：道路等级和主要技术指标的论证和确定 5 第二章：路线设计 2.1：路线方案确定 7 2.2：路线平面设计 8 2.3：路线纵断面设计 11第三章：路基设计 3.1：路基横断面设计 153.2：路基路面排水设计 17第四章：路面设计4.1：路面结构类型选择 204.2：沥青混凝土路面设计 20第五章：桥涵布置 5.1：小桥涵设计原则 25 5.2：桥涵位置的选择 25 5.3：涵洞型式选择 25 5.4：桥涵跨径的确定 25 5.5：涵洞进出口的防护和加固 26第六章：环境保护 6.1：公路绿化工程 266.2：防止水、土污染和流失 27第七章：致谢28附 录：主要参考文献第一章 概述1.1建设该公路的意义陕西省西安市位于中国大陆腹地黄河流域中部的关中盆地，东经1074010949和北纬33393445之间。东以零河和灞源山地为界，与华县、渭南市、商州市、洛南县相接；西以太白山地及青化黄土台塬为界，与眉县、太白县接壤；南至北秦岭主脊，与佛坪县、宁陕县、柞水县分界；北跨渭河，与咸阳市市区和杨凌区、三原、泾阳、兴平、武功等县相邻。西安地处陕西省关中平原偏南地区，北部为冲积平原，南部为剥蚀山地。大体地势是东南高，西北与西南低，呈一簸箕状。秦岭山脉横旦于西安以南，山脊海拔20002800米，是我国地理上北方与南方的重要分界。市境最高点位于周至县西南的太白山,海拔3767.2米,市境最低海拔345米.平原占总面积的43.7%。因此便利的交通对其旅游资源的开发和经济的发展至关重要。陕西东阳至大荔新建一级公路的修建，将加促进东阳地区交通，并能带动沿线村镇的经济和农业发展，有助于把本地区的资源优势转化为经济优势。1.2沿线自然地理特征1.2.1气候特点东阳县属于暖温带半湿润的季风气候区，雨量适中，四季分明。1月份最冷，平均气温-0.51.3；7月份最热，平均气温26.426.9；年平均气温13.6。极端最高气温45.2,极端最低气温-20.6。1.2.2降水量年降水量平均为507.7毫米719.8毫米。年降水日数96.6天。年平均湿度为69.6%。年平均降雪日为13.8天。六至九月为雨季，十一月至来年三月为干季，四至五月和十月为干湿过渡季节。1.3道路等级和主要技术指针的论证和确定 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带状构造物。公路的路线位置受社会经济、自然地理和技术条件等因素的制约。我们设计的任务就是在调查研究、掌握大量材料的基础上，设计出一条有一定技术标准、满足行车要求、工程费用最省的路线。1.3.1道路等级的确定 道路等级的确定应根据公路网的规划，从全局出发，按照公路的使用任务、功能和远景交通量综合确定。1.3.2交通量计算及公路等级的选用设计路线为陕西东阳至大荔，位于关中平原地区，为平原微丘区。经调查该地区近期交通量资料如下：表41 交通量资料车型数量车辆折算系数小汽车28001.0解放CA10B16001.5东风EQ14015001.5黄河JN15012002.0 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：表42 汽车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托挂车3.0交通增长率：=4.0%道路必经点：无要求交通量计算：N1=2800+（1600+1500）1.5+12002.0=9850辆/日远景设计年限为15年的年平均昼夜交通量为：N15= N1（1+）=9850（1+4.0%）=17057辆/日15000辆/日 查公路工程技术标准可知，一级公路的设计年限为15年。一级公路一般能适应各种车辆折合成小客车的远景设计年限年平均日交通量为1500030000辆（四车道）或2500055000辆（六车道）。1.3.3确定道路等级 根据标准规定四车道一级公路年平均日交通量为1500030000辆，故该设计公路的等级定为平原微丘区一级公路。1.3.4 行车速度 本设计为平原微丘区一级公路，但受到地形、地物的影响，设计行车速度宜采用80km/h。1.3.5 主要技术指标根据公路工程技术标准，平原微丘区一级公路各项指标为：指标名称单位指标名称单位计算行车速度80km/h行车道宽3.75m车道数4路面一般宽度24.5m路面最小宽度21.5m硬路肩宽2.5m土路肩宽0.75m中央分隔带宽2m停车视距110m纵坡长度限制(3%)1100m平曲线极限最小半径250m平曲线一般最小半径400m缓和曲线最小长度70m不设超高最小半径2500m最大纵坡5%最小坡长200m竖曲线极限最小半径3000m（凸）竖曲线一般最小半径4500m（凸）2000m（凹）3000m（凹）竖曲线最小长度70m超高横坡度最大值8%第二章 路线设计2.1路线方案确定根据设计要求、公路现状,确定公路线路走向的基本原则是:1）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.2）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.3）坚持技术标准,尽可能缩短行车里程.根据以上原则,进行方案比选.在本路线设计中，路线起点至位于平原区，路线所经地区地势一直比较平缓，便于展线。路线的起始段上，并没有什么困难，只是沿河流方向进行展现就可以了。当路线到了2900m处必须跨河，因此在此处设置一座桥梁跨河。由于河流的河道是S型的，位置处于在周围山地之间，此时路线已经不便展开，路线或是沿河流与山地之间通过（如备选方案），或是继续设置桥梁，由于陡峻的山岭影响，会造成很大的挖方量，而且也会增加路线的长度，同时跨河后路线也较为平坦，所以我选择设置桥梁进行跨河。此时路线位于河流右侧（沿路线方向），而终点位于河流左侧，所以需要第三次跨河，但由于此处地形比较狭窄，如直接跨河会造成桥梁斜交交角过小，所以我在此设置了S型曲线，以增大交角。由于地形限制，路线走向基本确定，仅在途中的具体设置会有分别，对细节进行了比选，最终确定出了一条合理的路线。2.2路线平面设计现代道路平面线形是由直线、圆曲线和缓和曲线构成的。平面线形设计就是从线形的角度去研究三个要素的选用和相互间的组合问题。2.2.1直线1）直线的最大长度：景色单调的地点最好控制在20V以内。所以一般取20V。2）直线的最小长度： （1）同向曲线间 根据规范规定：当设计速度 60km/h时，同向曲线间直线的最小长度以不小于6倍的设计速度为宜。否则，容易形成“断背曲线”。（2）反向曲线 规范规定：当设计速度60km/h时，反向曲线间的最小长度以不小于两倍的设计速度。 在设计中最长直线为JD2JD3间的直线：1439.205m。小于20V=1600m。所以满足要求。2.2 2圆曲线圆曲线半径及其长度:由汽车行驶在曲线上的力的平衡式，得 R=V2/127(+ih)。用摩阻系数h代替u值来计算平曲线的最小半径。根据不同的h值，对于不同等级公路规定了极限最小半径、一般最小半径和不设超高的最小半径。见下表：技术指标平原微丘区一级公路一般最小半径 400极限最小半径 250不设超高最小半径路拱2500路拱3350圆曲线的最大半径选用圆曲线半径时，在地形条件允许的条件下，应尽量采用大半径曲线，使行车舒适，但半径过大，对施工和测设不利，所以圆曲线半径不可大于10000米。圆曲线半径的选用在设计公路平面线形时，根据沿线地形情况，已经尽量避免了设置极限最小半径，设置曲线最小半径为一般最小半径400米。 平曲线的最小长度公路的平曲线一般情况下应具有设置缓和曲线（或超高，加宽缓和段）和一段圆曲线的长度；平曲线的最小长度一般不应小于2倍的缓和曲线的长度。由缓和曲线和圆曲线组成的平曲线，其平曲线的长度不应短于9s的行驶距离，由缓和曲线组成的平曲线要求其长度不短于6s的行驶距离。平曲线内圆曲线的长度一般不应短于车辆在3s内的行驶距离。平曲线的最小长度：323.705m平曲线中圆曲线的最小长度取：143.705m2.2.3缓和曲线缓和曲线是设置在直线与圆曲线间或半径相差较大的两个同向的圆曲线间一种曲率连续变化的曲线。1）基本公式 l=A22）缓和曲线的最小长度：缓和曲线的最小长度一般应满足以下几方面：（1）离心加速度变化率不过大;（2）控制超高附加纵坡不过陡;（3）控制行驶时间不过短;（4）符合视觉要求;因此，规范规定缓和曲线的最小长度见下表：设计速度（km/h）1201008060403020缓和曲线最小长度（m）一般值13012010080504025最小值1008570604030203）缓和曲线的省略（1）直线和圆曲线间，当圆曲线半径大于或等于“不设超高的最小半径”时。（2）半径不同的同向圆曲线间，当小圆半径大于或等于“不设超高的最小半径”时。设计中因地形的限制，半径均小于“不设超高的最小半径”。所以5个圆曲线处均设置了缓和曲线。缓和曲线在满足线形要求的前提下尽量的放长。2.2.4平曲线最小长度 （见表）设计速度（km/h）1201008060403020一般值（m）1000850700500350250200最小值（m）200170140100705040 本设计设计速度采用80km/h，对应最小值为140m。设计中平曲线的最小长度均大于140m,满足要求。2.2.5 平面线形要素组合类型1）基本型：平面线形按直线回旋线圆曲线回旋线直线组合。设计中最好使回旋线、圆曲线、回旋线的长度之比为：1：1：11：2：1，并注意满足几何条件：2。设计中，除前三个交点，其它各交点都设成基本型，经调整，各段曲线均满足上述要求。2） S型： 两个反向曲线用两段反向回旋线连接的组合形式。基本要求有：相邻两个回旋线参数A1和A2值最好相等。不同时，A1与A2之比应小于2.0，最好小于1.5。当连接处接入短直线时其长度应符合 LA1+A2/40 m。设计中，前三个交点因受地形的限制比较严格，若不设S型，则各交点间直线段长度满足不了6V。因此，前三个交点间均设成S型，经反复调整和验算，三段S型曲线均满足上述要求。3） 卵型、凸型、复合型、C型 由于设计中不需要设置，所以不加讨论。2.2.6行车视距行车视距是否充分，直接关系着行车的安全与速度，它是公路使用质量的重要指针之一。行车视距可分为：停车视距、会车视距、超车视距。规范规定，对于该一级公路，只用考虑停车视距，停车视距St取110 m。会车视距与超车视距都不用考虑。2.2.7平面视距的保证汽车在弯道上行驶时，弯道内侧行车视线可能被树木、建筑物、路堑边坡或其它障碍物所遮挡，因此，在路线设计时必须检查平曲线上的视线是否能得到保证，如有遮挡时，则必须清除视距区段内侧适当横净距内的障碍物。当视野内有稀疏的成行树木，单棵树木或灌木，对视线的妨碍不大并可引导行车或能构成行车空间时，则可予以保留。2.3路线纵断面设计 由于自然因素的影响以及经济性要求，路线纵断面总是一条有起伏的间线。纵断面设计的任务就是根据汽车的动力特性、道路等级、当地的自然地理条件以及工程经济性等，研究并拟定起伏空间线几何构成的大小及长度以 便达到行车安全迅速、运输经济合理及乘客感觉舒适的目的。在平原区路段，综合考虑了地下水、地表积水的影响，以及设置涵洞的要求，拉坡时，一般保证填土高度在1m以上，以保证路基稳定，但一些地方考虑到工程量不太大以及填挖均衡，出现一些矮路堤。纵坡的大小与坡段的长度反映了公路的起伏程度,直接影响公路的服务水平，行车质量和运营成本，也关系到工程是否经济、适用，因此设计中必须对纵坡、坡长及其相互组合进行合理安排。2.3.1纵坡1）最大纵坡： 汽车沿纵坡向上行驶时，升坡阻力及其它阻力增加,必然导致行车速度降低。一般坡度越大，车速降低越大，这样在较长的陡坡上，将出现发动机水箱开锅 、气阻、熄火等现象，导致行车条件恶化，汽车沿陡坡下行时，司机频繁刹车，制动次数增加，制动容易升温发热导致失效，驾驶员心里紧张、操作频繁，容易引起交通事故。尤其当遇到冰滑、泥泞道路条件时将更加严重。因而，应对最大纵坡进行限制。最大纵坡值应从汽车的爬坡能力、汽车在纵坡段上行驶的安全、公路等级、自然条件等方面综合考虑，规范对一级公路最大纵坡规定如下：设计速度（km/h）1201008060403020最大纵坡值3456789 在设计中按规定，设计速度为80km/h，最大纵坡为5。由于路线所经地段为平原微丘区，2个竖曲线中最大纵坡为0.4673%。2）最小纵坡：在挖方路段，设置边沟的低填方路段和其它横向排水不畅的路段，为了保证排水，防止水渗入路基而影响路基稳定性，应设置不小于0.3%的纵坡。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。3）平均纵坡：平均纵坡是衡量纵断面线形设计质量的一个重要指针。为了合理运用最大纵坡、缓和坡段及坡长，应控制路线总长度内的平均纵坡，规范仅对二，三，四级公路作出规定，一级公路不予考虑。i平均=h/L （52）式中 i平均平均纵坡h相对高差L路线长度2.3.2坡长1）最小坡长：如果坡长过短,变坡点增多，容易造成行车起伏频繁，影响公路的服务水平，减小公路的使用寿命。为提高公路的平顺性，应减少纵坡上的转折点；两凸形竖曲线变坡点间的间距应满足行车视距的要求，同时也应保证在换档行驶时司机有足够的反应时间和换檔时间，通常汽车以计算行车速度行驶9s的行程可满足行车舒适和插入竖曲线的要求。坡长过小，纵向起伏变化频繁，使车辆行驶颠簸频繁。标准规定了各级公路的最小坡长，见表：设计速度（km/h）1201008060403020最小坡长一般值40035025020016013080最小值30025020015012010060 本设计由于考虑避免大填大挖以及合理平纵结合的要求，纵坡长度普遍设计的较小，但基本上满足规范的要求。2）最大坡长汽车沿长距离的陡坡上坡时，因需长时间低挡行驶，易引起发动机效率降低。下坡时，由于频繁刹车将缩短制动系统的使用寿命，影响行车安全。一般汽车的爬坡能力以末速度约降低至设计车速的一半考虑，对坡度的最大坡长应加以限。在此基础上，标准规定了最大纵坡，见表：设计速度（km/h）1201008060403020纵坡坡度（%）39001000110012004700800900100011001100120056007008009009001000650060070070080075005006008300300400920030010200设计中由于考虑到全线路线均较平坦，纵坡设计均为0.3%左右，所以不用考虑最大坡长的限制。 2.3.3竖曲线的最小半径和长度竖曲线的最小半径和长度决定的三个因素： 缓和冲击。 时间行程不过短。长度过短，汽车倏忽而过，使驾驶员产生坡很急的错觉。因此，汽车在竖曲线上的行程时间不宜过短，最短应满足3s行程。 满足视距要求1）凹形竖曲线最小半径：对凹形竖曲线最小半径的确定主要考虑：限制离心力不过大、汽车在跨线桥下行车视距的保证和夜间行车视距的保证和夜间行车前灯照射范围内的视距保证等三个方面。规范规定设计速度80km/h的一级公路凹形竖曲线按Rmin=2000m的要求设计。设计中设置的凹曲线仅有一处,半径为45000m。2）凸形竖曲线最小半径：确定凸形竖曲线最小半径主要考虑保证汽车行驶视距和汽车能够安全行驶通过曲线段。通常当汽车行驶在凸形竖曲线变坡点附近时，由于变坡角的影响在司机的视线范围内将产生盲区。此时司机的视距与变坡角的大小及视线高度有密切关系。当变坡角较小时，不设竖曲线也能保证视距，但变坡角较大时，必须设竖曲线以满足行车视距的要求。规范规定设计速度80km/h的一级公路凸形竖曲线按Rmin=3000m的要求设计。设计中设置的凸曲线也仅有一处,半径为50000m。3）合成坡度在有平曲线的坡道上，最大坡度既不是纵坡方向，也不是横坡方向，而是两者组合成的流水线方向。将合成坡度控制在一定范围之内，目的是尽可能避免急弯和陡坡的不利组合，防止因合成坡度过大而引起的横向滑移和行车危险，保证车辆在弯道上安全而顺适的运行。在设有超高的平曲线上，超高与纵坡的合成坡度值不得超过10.5%。当路线的平面和纵坡设计基本完成后，应检查合成坡度I。如果超过最大允许合成坡度时，可减小纵坡或加大平曲线半径以减小横坡，或者两方面同时减小。2.3.4平、纵线形组合1） 基本要求：.当平曲线与竖曲线组合时，竖曲线应包含在平曲线之内，且平曲线应稍长于竖曲线。.要保持竖曲线与平曲线间的大小均衡：当平曲线半径如果不大于1000m时，竖曲线半径为平曲线半径的1020倍，便可达到线形均衡。.当平曲线缓而长、纵断面坡差较小时，可不要求平、竖曲线一一对应，平曲线中可包含多个竖曲线或竖曲线略长于平曲线。.要选择适当的合成坡度。2.） 应避免的组合 避免竖曲线的顶、底部插入小半径的平曲线。.避免将小半径的平曲线起、讫点设在或接近竖曲线的顶部或底部。.避免使竖曲线顶、底部与反向平曲线的拐点重合。.避免出现驼峰、暗凹、跳跃、断背、折曲等使驾驶员视线中断的线形。.避免在长直线上设置陡坡或曲线长度短、半径小的凹形竖曲线。避免急弯与陡坡的不利结合。.应避免小半径竖曲线与缓和曲线的重合。 第三章 路基设计3.1路基横断面设计道路横断面是指中在线各点沿法线方向的垂直剖面。它是由横断面设计线和地面线组成。路基设计的基本要求：路基应根据其使用要求和自然条件(包括地质、水文和材料情况等)并结合施工方法进行设计，既要有足够的强度和稳定性，又要经济合理。影响路基强度和稳定性的地面水和地下水，必须采取将其拦截或排出路基以外。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。修筑路基取土坑和弃土堆时，应尽量将取土坑、弃土堆平整成可耕地和减少弃土侵占耕地，防止水土流失和淤塞河道，通过特殊地质、水文条件下的路基，应做好调查研究，并结合当地实际经验，进行个别设计。一级公路的路基横断面包括行车道、路肩以及爬坡车道等组成部分。一级公路，4车道，设计速度为80km/h时，路基宽度为24.5m。为了迅速排除路面和路肩上的积水，将路面和路肩作成一定横坡的斜面。直线路段路面横断面形式为中间高，两边低，呈双向倾斜，称为路拱。小半径曲线上为了抵消离心力，路面作成向弯道内侧倾斜的单一横坡，称为超高。3.1.1行车道宽度确定：公路路基宽度为行车道与路肩宽度之和。当设有中间带、变速车道、爬坡车道、紧急停车带时，尚应包括这些部分的宽度。根据规范，该设计中行车道宽度定为：7.5m。3.1.2路肩宽度行车道外缘至路基边缘之间的带状部分称为路肩。分为硬路肩、土路肩。硬路肩是指进行了铺装的路肩，它可以承受汽车荷载作用力，在混合交通公路上便于非机动车、行人通行。土路肩是指不加铺装的土路肩，它起保护路面、路基的作用，并提供侧向余宽。设计速度80km/h的一级公路路肩宽度的确定如下表：一般值最小值右侧硬路肩宽度（m）2.51.5土路肩宽度(m)0.750.5按上表，设计中取硬路肩宽度为：2.5m，土路肩宽度为0.75 m。3.1.3路拱横坡 路拱横坡对于排水有利但对行车不利。为此，对路拱的大小采用及形状是设计应兼顾两方面的影响。其采用值见表：路面类型路拱坡度（）沥青混凝土、水泥混凝土1.02.0其它黑色路面、整齐石块1.52.5半整齐石块 、不整齐石块2.03.0碎、砾石等砾料路面2.53.5低级路面3.04.0 设计时，采用2%的路拱横坡。3.1.4平曲线加宽 对于R250m的圆曲线，由于其加宽值甚小，可以不加宽。本设计中5个平曲线其圆曲线半径均大于250m，故不需要对平曲线进行加宽设计。3.1.5超高设计1.）超高渐变率的计算。由汽车在曲线上行驶是力的平衡方程式，可得ih+=V2/(127R)式中右边是汽车在曲线上产生的离心加速度。代入相应的V、R可求得。ih 、 分别为路面超高和横向力系数。2.）超高过渡方式 由于设计为一级公路,有中间分隔带.其超高过渡方式有3种:a.绕中间带的中心线旋转。b.绕中央分隔带边缘旋转。 c.绕各自行车道中线旋转。本设计选择绕中央分隔带边缘旋转。3）超高过渡段长度 超高的过渡是在超高过渡段的全长范围内进行的.双车道的最小超高过渡段长度按公式: LC=Bi/P 。式中：L最小超高渐变率-； B旋转轴至行车道外侧边缘的宽度；i超高坡度与路拱的代数差；P超高渐变率，即旋转轴与行车道（设路缘带时为路缘带）外侧边缘线之间的相对坡度标准规定的最大超高渐变率如下表：设计速度(km/h)超高旋转轴位置设计速度(km/h)超高旋转轴位置中线边线中线边线1201/2501/200401/1501/1001001/2251/175301/1251/75801/2001/150201/1001/50601/1751/1253.1.6路基高度路基高度有中心高度和边坡高度之分。中心高度是指路基中心线处设计标高与原地面标高之差。边坡高度是指填方坡脚或挖方坡顶与路基边缘的相对高差。路基高度的设计，应使路肩边缘高出路基两侧地面积水高度，同时要考虑的地下水毛细水和冰冻的作用,不致影响路基的强度和稳定性。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堤的最小填土高度。若路基高度低于按地下水位或地面积水位计算的临界高度，可视为矮路堤。使用边坡高度值作为划分高矮深浅的依据。填土高度小于1.01.5m，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1.51.8m范围内的为正常路堤。大于20m的路堑为深路堑。路基设计标高,新建公路的路基设计标高为路基边缘标高，在设置超高，加宽地段，则为设置超高，加宽前的路基边缘标高；改建公路的路基设计标高可与新建公路相同，也可采用路中线标高。设有中央分隔带的高速公路，一级公路，其路基设计标高为中央分隔带的外侧边缘标高。3.2路基排水设计 路基的强度与稳定性同水的关系十分密切，水的作用是导致路基病害的主要因素之一，因此，路基设计、施工和养护中，必须重视路基排水工程。地面水对路基产生冲刷和渗透，冲刷可能导致路基整体稳定性受损害，形成水毁现象。渗入路基土体的水分，使土体过湿而降低路基强度。路基设计时，必须考虑将影响路基稳定性的地面水，排除和拦截于路基用地范围以外，并防止地面水浸流、滞积或下渗。对于影响路基稳定性的地下水，则应予以隔断、疏干、降低，并引至路基范围以外的适当地点。3.2.1路基排水设计的一般原则1) 排水设计要因地制宜，全面规划，综合治理，讲究实效，注意经济，并充分利用地形和自然水系。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，及时疏散，就近分流；2）路基排水沟渠的设置，应注意与农田水利相结合；3）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，不轻易合并自然沟溪和改变水流性质，尽量选择有利地质条件布设人工沟渠；4）路基排水要结合当地水文条件，就地取材，以防为主。3.2.2常用的路基地面排水设备包括边沟、截水沟、排水沟等，必要时亦有渡槽、倒虹吸及蓄水池等。这些排水设备，分别设在路基的不同部位，各自的主要功能、布置要求或构造形式，均有所差异。3.2.3边沟设置在挖方路基的路肩外侧或低路堤的坡脚外侧，多与路中线平行，用以汇集和排除路基范围内或流向路基的少量地面水。边沟的排水量不大，一般根据沿线具体条件，选用标准横断面形式。边沟不宜过长，尽量使沟内水流就近排至路旁自然水沟和低洼地带。土质或软弱石质边沟，一般都用梯形，其底宽与深度约0.40.6m，内侧边坡一般为1：1，外侧边坡通常与挖方边坡一致。3.2.4截水沟一般设置在挖方路基边坡坡顶以外，或山坡路堤上方的适当地点，用以拦截路基上方流向路基的地面径流，减轻边沟的水流负担，保护挖方边坡和填方坡脚不受流水冲刷。截水沟的横断面形式，一般为梯形，沟的边坡坡度因岩土条件而定，沟底宽度和沟深不应小于0.5m。截水沟的位置，应尽量与绝大多数地面水流方向垂直，以提高截水效能和缩短沟的长度。但由于该设计并未设置截水沟，所以此处不过多陈述。3.2.5排水沟其主要用途在于引水，将路基范围内各种水源的水流，引至路基范围以外的指定地点。当路线受到多段沟渠或水道影响时，为保护路基不受水害，可以设置排水沟或改移管道，以调节水流，整治水道。排水沟的横断面形式，一般采用梯形，用于边沟、截水沟及取土坑出水口的排水沟，不需特殊计算，底宽与深度均不应小于0.5m，土沟的边坡坡度约为1：11：1.5。排水的位置应离路基尽可能远一些，据路基坡脚不宜小于2m，连续长度不超过500m。在实际工程中，由于自然条件、路线布置及其其它人为因素不同，情况往往比较复杂，需要进行路基排水的综合设计，以提高排水效果，发挥各类排水设备的优点，降低工程费用。排水综合设计中，流向路基的地面水和地下水，需在路基范围以外的地点，设置截水沟与排水沟进行拦截，引离指定地点。路基排水一般向低洼一侧排除，必须横跨路基时应利用桥涵。对于沟槽不明显的漫流，应加以调节，尽量汇集成沟，导流排除，注意因势利导，不可轻易改变流向。为提高截流效果，减少工程量，地面沟渠宜大体沿等高线布置，尽可能使沟渠垂直与流水方向，且力求短捷。各种排水设备，必须地基稳固，并具有适当纵坡，以控制与保持适当的流速。沟底沟壁必要时予以加固，不能溢水和渗水，防止损害路基和引起水土流失。在本设计中，为方便施工，在满足排水的前提下，将边沟，排水沟，截水沟设计成了尺寸大体一致的形式。其中挖方路段的边沟，外侧坡度设成了与挖方边坡一致的坡度1:1。如下图所示：3.2.6 路基的强度与稳定性同水的关系十分密切，水的作用是导致路基病害的主要因素之一，因此，路基设计、施工和养护中，必须重视路基排水工程。路基排水一般是疏散为主，结合农田水利建设。个别复杂地段需作特殊处理，排水考虑先重点后一般，先地下后地面。3.2.7 地面水对路基产生冲刷和渗透，冲刷可能导致路基整体稳定性受损害，形成水毁现象。渗入路基土体的水分，使土体过湿而降低路基强度。路基设计时，必须考虑将影响路基稳定性的地面水，排除和拦截于路基用地范围以外，并防止地面水浸流、滞积或下渗。对于影响路基稳定性的地下水，则应予以隔断、疏干、降低，并引至路基范围以外的适当地点。为保持路基填方边坡坡脚的稳定，排水沟的位置应离路基尽可能远一些，据路基坡脚不宜小于2m，连续长度不超过500m。第四章 路面设计路面直接承受行驶车辆的作用，是道路工程的重要组成部分，通常都根据车辆行驶的需要，选用优质材料建成。路基作为路面结构的基础应具有足够的强度和稳定性。以回弹模量作为评价路基强度与稳定性的力学指标。坚固的路基，不仅是路面强度与稳定性的重要保证，而且能为延长路面使用寿命创造有利条件，所以路基路面的综合设计至为重要。为确保路基的强度与稳定性，使路基在外界因素作用下，不致产生不允许的变形，在路基的整体结构中还必须包括各项附属设施，其中有路基排水、路基防护与加固以及与路基工程直接相关的设施，如弃土堆、取土坑、护坡道、碎落台、堆料坪及错车道等。 4.1路面结构类型选择4.1.1新建沥青混凝土路面设计理论和方法沥青混凝土路面设计采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性连续体系理论，以设计弯沉值为路面整体刚度的设计指针，计算路面结构厚度。对一级公路的沥青面层和半刚性材料的基层、底基层应进行层底拉应力的验算。4.1.2 新建水泥混凝土路面设计理论和方法水泥混凝土路面设计根据弹性地基板理论，应用有限元法求算弹性地基上有限尺寸矩形薄板在汽车和温度梯度作用下的内力。 4.1.3 路面结构推荐水泥混凝土路面虽然有强度高稳定性好耐久性好，养护费用少经济效益高，有利于夜间行车等优点，但是由于南宁地区以发展旅游业为主，若采用水泥混凝土路面，水泥和水的需要量大，工程造价高；路面接缝不但增加施工和养护的复杂性，而且容易引起行车跳动，影响乘客的舒适性；另外，开放交通迟，修复困难等诸多缺点。鉴于以上各种原因，本设计选用沥青混凝土路面。4.2沥青混凝土路面设计4.2.1轴载分析路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载。以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次应用HPDS路面设计程序得以下结果： 轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算车型名称前轴重(kN)后轴重(kN)后轴数后轴轮组数交通量解放CA10B19.460.851双轮组 1600东风EQ14023.769.21双轮组1500黄河JN15049101.61双轮组1200设计年限 15 车道系数 0.4 交通量平均年增长率 4.0 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 : 2144 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 6267864 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 : 1546 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 4519644公路等级 一级公路公路等级系数 1 面层类型系数 1 基层类型系数 1 路面设计弯沉值 : 26.2 (0.01mm)层位 结 构 层 材 料 名 称 劈裂强度(MPa) 容许拉应力(MPa) 1 细粒式沥青混凝土 1.4 .5 2 中粒式沥青混凝土 1 .36 3 粗粒式沥青混凝土 .8 .26 4 水泥稳定碎石 .5 .26 5 级配碎石中湿地基上的路面结构厚度计算新建路面结构厚度计算 公 路 等 级 : 一级公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 25.47 (0.01mm) 路面设计层层位 : 5 设计层最小厚度 : 15 (cm)层位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa) (20)抗压模量(MPa) (15)容许应力(MPa)1细粒式沥青混凝土314002000.52中粒式沥青混凝土412001800.363粗粒式沥青混凝土610001200.264水泥稳定碎石?15001500.265级配碎石302502506土基45 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 26.2 (0.01mm) H( 4 )= 25 cm LS= 26.3 (0.01mm) H( 4 )= 30 cm LS= 23.2 (0.01mm) H( 4 )= 25.2 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 : H( 4 )= 25.2 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 25.2 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 25.2 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 25.2 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 4 )= 25.2 cm(仅考虑弯沉) H( 4 )= 25.2 cm(同时考虑弯沉和拉应力) 验算路面防冻厚度 : 路面最小防冻厚度 60 cm 验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 . 通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的修改, 最后得到路面结构设计结果如下: - 细粒式沥青混凝土 3 cm - 中粒式沥青混凝土 4 cm - 粗粒式沥青混凝土 6 cm - 水泥稳定碎石 26 cm - 级配碎石 30 cm - 土基竣工验收弯沉值和层底拉应力计算 公 路 等 级 : 一级公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100层位 结构层材料名称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) 抗压模量(MPa) 计算信息 (20) (15) 1 细粒式沥青混凝土 3 1400 2000 计算应力 2 中粒式沥青混凝土 4 1200 1800 计算应力 3 粗粒式沥青混凝土 6 1000 1200 计算应力4 水泥稳定碎石