开题报告-广西隆林至百色高速公路路基路面综合设计

毕业设计(论文)开题报告题目： 广西隆林至百色高速公路K172+700K173+900段路基路面综合设计 课 题 类 别： 设计 R 论文学 生 姓 名： 学 号： 班 级： 道土05-04班专业（全称）： 土木工程（道路方向）指 导 教 师： 2009 年 3 月一、本课题设计（研究）的目的：隆林至百色高速公路是国家“7918”高速公路网规划中汕头至昆明高速公路的广西境内路段，也是广西“4纵6横”高速公路网规划中贺州至隆林公路的重要组成部分。公路全长177公里，总投资101.4亿元。项目建成后，将连接起在建的南宁至百色高速公路，形成贯穿东西的横向通道，成为广西与云南、贵州两省联系最便捷的公路通道，该项目的实施对于完善全国和广西高速公路网，加快广西和百色革命老区的经济发展具有非常重要的意义。本设计以广西隆林至百色高速公路设计为依托，结合K172+700K173+900段开展路基路面综合设计,内容涉及路线设计、路基设计、路基防护工程、支挡工程设计、路面工程设计、专题研究、编制计算机应用程序英文摘要与专业英语文献翻译。其中路基设计中涉及膨胀土的不良地质，路基防护与加固需采取一些特殊的措施。通过设计达到以下目的：首先是熟悉高速公路路基路面，防护工程，排水工程，桥梁涵洞工程等的基本设计与施工方法；深入了解软土，膨胀土的处理方法；其次是能够掌握公路勘测设计各阶段的设计内容，并掌握设计过程中设计原始资料的采集方法与内容，掌握路面设计参数的测定、选用及计算；基本掌握公路勘测设计的程序和方法，熟悉AutoCAD，纬地等工程实用软件及计算机数据处理和文字编辑系统，提高自己专业英语文献翻译的能力，达到熟练从事公路专业工作的能力。再次是针对要解决的问题，学习和熟悉如何搜集国内、外资料，了解国内外的现状和水平，吸取先进的设计内容和国内外有关设计、施工的优点，知识，去解决实际工程问题。二、设计（研究）现状和发展趋势（文献综述）：1988年上海至嘉定高速公路建成通车，结束了我国大陆没有高速公路的历史，1990年，被誉为“神州第一路”的沈大高速公路全线建成通车，标志着我国高速公路发展进入了一个新的时代，1993年京津塘高速公路的建成，使我国拥有了第一条利用世界银行贷款建设的、跨省市的高速公路。新世纪我国公路总量继续增长，到2010年，新建高速公路2.4万公里，全国高速公路总里程将达到6.5万公里，高速公路总里程稳居世界第二，届时东部地区基本形成高速公路网，长江三角洲、珠江三角洲和京津冀地区形成较完善的城际高速公路网，国家高速公路网骨架基本形成，回顾历史，我国的高速公路虽然总里程在持续增长，但因起步比较晚，在设计，施工等方面仍存在许多不足，新建的高速公路维修频繁，质量得不到保证；展望未来，高速公路发展将更倾向于新设计，新理论，新材料。2.1公路设计技术的发展现状与趋势1、路基路基作为路面结构的基础应具有足够的强度和稳定性，我国较早就确定以回弹模量作为评价路基强度与稳定性的力学指标，并形成了成套的室内外试验标准方法和仪器。为了在施工中以物理量指标控制工程量从而保证达到规定的强度指标，广泛开展了不同土种的最佳含水量和最大密实度相关关系的研究，并且形成统一以重型击实实验法作为基本控制标准2。为了提高路基的强度和稳定性，根据不同类别土壤的特性，研究了粒料加固、石灰加固、水泥加固、专用水泥固化剂等行之有效的技术措施。在多年冻土地区、膨胀土地区、沙漠地区、黄土地区、盐渍土地区等特殊地区，通过研究采用各种有效技术修建公路路基取得十分宝贵的经验3。2、路面柔性路面设计理论与方法半个世纪以来，中国道路科技工作者通过广泛的调查研究和理论探索，形成了符合中国实际的柔性路面设计理论与方法体系。它吸取了世界上各种流派的学术思想，以及各个国家设计方法的优点，在力学理论基础方面，建立了弹性力学多层结构承受多个圆形荷载的分析系统及相应的计算机程序；提出了能控制路面结构主要性能的设计指标、标准、测试仪器与方法；建立了切实可行的设计计算方法系统。近年来，在路面功能设计、可靠度设计等方面的研究取得了明显的进展，将不断地充实到现有的系统中去4。刚性路面设计理论与方法20世纪70年起，我国道路科技工作者对刚性路面设计进行了较系统而具有相当规模的研究。在力学基础理论方面，运用解析法及有限元法建立了弹性力学层状结构，弹性地基板体结构模型，形成了整套分析计算方法与计算机程序；建立了以弹性力学为基础，以混凝土弯拉应力为设计控制指标，综合考虑荷载应力与温度应力作用并应用可靠度分析的设计体系与方法；对钢纤维混凝土路面、连续配筋混凝土路面、碾压混凝土路面、复合结构混凝土路面等新型路面结构开展系统研究并取得了一批实用性研究成果5。半刚性路面结构设计理论与方法利用石灰、水泥、工业废料等无机结合料修建半刚性路面始于20世纪60年代，40多年间，对半刚性路面的强度发展规律、强度机理、路面性质等进行了广泛的研究。由于这种路面结构具有很多优势，目前已被广泛用于高等级公路与城市道路，成为一种主要的结构形式。目前对它的长期使用性能和变形规律等问题正在作深入的观察和研究。此外对于面层结构的半刚性技术途径也正在研究之中5。国外先进技术与先进材料的引进我国在建高速公路已开始推广美国高性能（SUPERPAVE）沥青路面，苏嘉杭高速公路率先在全线沥青路面三层结构上使用这一技术。这种路面结构形式出现时间相对较短，国外、国内经验相对缺乏6。总的表现为：设计理论的精确化、科学化；计算机的广泛应用；建筑材料的发展；设计可持续性的工程。、路基路面排水路基排水的任务，就是将路基范围内的土基湿度降低到一定的限度以内，保持路基常年处于干燥状态，确保路基及路面具有足够的强度与稳定性，常用的路基地面排水设备，包括边沟、截水沟、排水沟、跌水与急流糙等，地下排水设备有盲沟、渗沟、渗水隧道和渗井等；路面排水的主要任务是迅速把降落在路面和路肩表面的降水排走，以免造成路面积水而影响行车安全，它包括路面表面排水，中央分隔带排水与路面内部排水。总之，路基路面排水的目的是防止和减少水对路基路面产生的危害，使结构处于一种相对比较干燥的工作状态，路基路面排水遵循的一般原则是：.排水设施要因地制宜、全面规划、合理布局、综合治理、讲究实效、注意经济，并充分利用有利地形和自然水系。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，做到及时疏散，就近分流。.各种路基排水沟渠的设置，应注意与农田水利相配合，必要时可适当地增设涵管或加大涵管孔径，以防农业用水影响路基稳定。路基边沟一般不应用作农田灌溉渠道，两者必须合并使用时，边沟的断面应加大，并予以加固，以防水流危害路基。.设计前必须进行调查研究，查明水源与地质条件，重点路段要进行排水系统的全面规划，考虑路基排水与涵洞布置相配合，地下排水与地面排水相配合，各种排水沟渠的平面布置与竖向布置相配合，做到路基路面综合设计和分期修建。对于排水困难和地质不良的路段，还应与路基防护加固相配合，并进行特殊设计。.路基排水要结合当地水文条件和道路等级等具体情况，注意就地取材，以防为主，既要稳固适用，又必须讲究经济效益。.为了减少水对路面的破坏作用，应尽量阻止水进人路面结构，并提供良好的排水措施，以便迅速排除路面结构内的水，亦可建筑具有能承受荷载和雨水共同作用的路面结构。三、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（研究手段）：3.1本设计路线概况设计路段为广西隆林至百色高速公路13标段，路线起于百色市右江区永乐乡泽屯村附近，起点桩号为K165+800，与12标段终点K165+800对接。路线在泽屯村拐向南设置泽屯隧道穿越山峰后，沿V形谷地布线，经右江区四塘镇六洋村、四塘镇华侨农场十区，在华侨农场十区附近跨越南昆铁路及G324国道，终点位于四塘镇外域村附近，终点桩号为K177+900.808。13标段终点是隆林至百色高速公路项目的建设终点，通过设置四塘半定向互通式立交与在建的南宁至百色高速公路连接。13标段路线全长12.100808公里。其中，在泽屯隧道出口附近YK168+150左侧设置泽屯隧道管理所，在终点四塘镇外域村附近，对应主线ZK176+300ZK176+501.327路段设置四塘互通式立交与国道（G324）连接。3.2沿线自然地理特征3.2.1地形地貌本标段地处百色盆地西北端及其北缘，总体地势北高南低。地貌类型主要有剥蚀低山、剥蚀堆积丘陵及侵蚀堆积河流阶地三类。K165+800K172+400段为剥蚀低山地貌，峰顶标高420590m，谷地标高一般为165230m，切深150340m，沟谷多呈“V”型，自然斜坡坡角2560。 路线总体走向南北，主要沿沟谷岸坡展线，局部横跨山脊，边坡规模较大，局部需设高架桥及隧道。第四系残坡积土较发育，地表植被茂盛，多为树林、灌木杂草和坡地经济作物，山间沟谷部位多积水成塘，或被开垦为水田。K172+400K175+880段为剥蚀堆积丘陵地貌，地势不高，地形起伏不大，标高一般在130270m间，相对高差一般小于60m，自然斜坡坡角一般小于30 ，地形条件较好，易于展线。第四系土层较厚，地表多为耕地或水田。K175+880终点段为河流阶地地貌，沿线第四系冲积层较为发育，一般为330m，具有二元结构，上部为粘土，下部为砂、砾石，地表多为旱地及水田。3.2.2地层岩性项目区位于右江褶断带与南岭纬向构造带西段之交汇部位，为华力西印支旋回大型凹陷沉积区。沿线出露基岩主要为三叠系中统碎屑岩、泥质岩及下第三系泥质岩，第四系覆盖层普遍较发育。本标段地处百色第三系构造盆地西北端及其北缘，褶皱主要有右江复式向斜及百色构造盆地，断层主要有北西向的右江断裂带及一南北向断层。K165+800K172+400段展布于右江复式向斜核部及南翼，路线远离右江断裂带，受区域构造影响不大。ZK168+900ZK169+820段基本平行南北向平行正断层展布，东西两盘为均为中厚巨厚层状砂岩夹粉砂岩，节理较发育，岩体多呈块裂结构，近断层部位常发育派生剪性小断层，与主断层呈锐角斜交。第四纪全新世以后，本区地壳运动处于余动期，地壳缓慢上升，北西向的右江大断裂仍有微弱活动，表现为低烈度地震频繁，南北向断层无活动迹象。路线偏离右江断裂带较远，受构造影响不大，沿线区域地质稳定性较好，适宜公路工程建设。沿线的不良地质主要为软土，特殊性岩土主要为下第三系泥岩。软土：沿线软土主要分布于山间沟谷、河流堆积阶地等低洼地带的水塘、水田和沼泽处，本合同段内累计长度约2.7km。由于地下水位较高，常年积水或排水不畅，形成饱和粘性土，或有机质沉积，形成流塑淤泥或软塑淤泥质粘土，厚度一般为0.73.0m。由于冲沉积的成因及长期受地表、地下水作用，软土结构疏松，孔隙比大，含水量高，压缩性强，强度低，路基填筑后极易形成沉降或不均匀沉降过大，导致路基发生剪切、滑动破坏等现象，施工图设计对其进行处理。第三系泥岩：下第三系泥岩及其风化残坡积物，普遍具有弱中等膨胀性，局部具强膨胀性，且多为高液限粘土。该类岩土主要分布于ZK172+770ZK176+080段。本标段统计下第三系泥岩及其风化物土样106件，自由膨胀率为20%88%，其中24件为弱膨胀性，60件为中等膨胀性；胀缩总率2.410.9%；74液限大于50%； CBR值为1.0%3.1%。膨胀性岩土的主要问题为挖方边坡稳定性差、挖方土料不宜直接作为路基填料等。3.3设计标准本路段按四车道高速公路标准建设，采用全部控制出入，主要技术指标采用如下：设计速度：100公里/小时；路基宽度：26.0米 ；汽车荷载等级：公路级；设计洪水频率：特大桥 1/300，大、中、小桥及涵洞及路基为1/100。其他技术标准按公路工程技术标准（JTG B012003）等交通部部颁标准执行3.4设计内容1.路基设计（1）纵断面设计图（2）路基标准横断面图和典型断面图（3）路基一般设计图（4）路基排水设计包括路基横向排水、纵向排水及地下排水设计等，并绘制排水结构设计图。结构图应包括边沟、截水沟、排水沟、边坡急流槽和一般急流槽等地面排水设施和地下排水设施。（5）土石方数量的计算与调配2.路基防护工程根据设计路段的路基稳定情况，对于填挖较大的路基边坡及需要的路段进行防护工程设计。绘制防护工程设计图。3.支挡工程设计图根据路基的填挖情况，确定挡土墙的形式，并拟定尺寸，进行挡土墙设计。绘制挡土墙设计图（本路段内所有挡土墙设计图），并计算工程数量。4.路面工程设计（1）路面横断面设计绘制路面横断面布置图。（2）沥青路面结构设计拟定三种路面结构设计方案。绘制沥青路面结构设计图。按2007年颁布的新规范，采用专用计算程序进行路面结构计算与分析。（3）水泥混凝土路面结构设计拟定三种路面结构设计方案。绘制水泥混凝土路面结构设计图。（4）路面结构技术方案比选根据沿线所给的土质，考虑路基的干湿类型，对于沥青路面和水泥路面，要求根据土质和干湿类型设计多种路面结构，通过方案比选，选择一种合理的路面结构组合方案。（5）水泥混凝土路面中构造物横穿路面的结构设计。绘制结构设计图。（6）水泥混凝土路面中布强钢筋设计和接缝结构设计。绘制结构设计图。（7）路面排水设计根据路面结构设计情况进行路表排水设计和路面内部排水设计。5.文献翻译与计算机程序的编制根据指导老师的要求，完成文献的翻译工作。要求中文3000以上并根据设计的内容，编写计算机应用程序，并结合本段的实际情况，进行验证。6.桥梁与涵洞设计根据任务书的要求，完成一座大（中）型桥梁的布置设计。根据本路段的实际地形情况，完成一种以上的涵洞设计（包括结构设计图和工程数量表）。3.5设计重点、难点及采取的解决原则：1.不良地质与特殊路基设计 在本设计中，不良地质现象主要表现为膨胀土与山间软土。（1）设计原则 对规模较大的不良地质在选线时应根据地质勘探资料进行绕避，对于不能绕避的不良地质，贯彻“预处治”理念，预先采取适宜的空洞填充，地下水疏导、截排，滑坡体卸载、支挡，以及边坡加固、锚固等措施对不良地质进行处治，然后再进行路基、桥涵施工。（2）处治措施 膨胀土路基沿线膨胀土分布较广，属于第三系泥岩及其风化残坡积物，普遍具有弱中等膨胀性，局部具强膨胀性，且多为高液限粘土，膨胀土因其吸水显著膨胀软化，失水收缩开裂且反复变形等与正常固结粘土不相同的工程性质，挖方边坡稳定性差、挖方土料不宜直接作为路基填料，对公路工程产生的病害主要有滑坡，坍塌，溜坍，路面变形与开裂等，在设计时主要采用下述方法加以防治：1、强膨胀土稳定性差, 不应作为路填料; 中等膨胀土宜经过加工、改良处理后可作为填料; 弱膨胀土可根据当地气候、水文情况及道路等级加以应用, 对于直接使用中、弱膨胀土填筑路堤时, 应及时对边坡及顶部进行防护。2、填高不足 1 米的路堤, 必须挖去地表 3060 公分的膨胀土,换填非膨胀土, 并按规定压实。地表为潮湿土时, 必须挖去湿软土层换填碎、砾石土、砂砾或挖方坚硬岩石碎渣, 或将土翻开掺石灰稳定并按规定压实。3、使用膨胀土作填料时, 为增加其稳定性, 采用石灰处治, 石灰剂量范围 10%12%, 要求掺灰处理后的膨胀土, 其胀缩总率接近零为佳。4、路堤两边边坡部分及路堤顶面要用非膨胀土作封层, 必要时须铺一层土工布, 从而形成包心填方。5、高速、一级公路的路堑路床应超挖 3050 公分并立即用粒料或非膨胀土分层回填或用改性土回填, 按规定压实, 其他各级公路可用膨胀土掺石灰处理。路堑边坡不要一次挖到设计线, 沿边坡予留厚度 3050cm一层, 待路堑挖完后, 再削去予留部分, 并以浆砌花格网护坡封闭。6、路堤与路堑分界处, 即填挖交界处, 两者土内的含水量不一定相同, 原有的密实度也不尽相同, 压实时应使其压实得均匀.紧密, 避免发生不均匀沉陷。因此, 填挖交界处 2 米范围内的挖方地基表面上的土应挖成台阶, 翻松, 并检查其含水量是否与填土含水量相近, 同时采用适宜的压实机具, 将其压实到规定的压实度。7、施工时应避开雨季作业, 加强现场排水。路基开挖后各道工序要紧密衔接, 连续施工, 时间不宜间隔太久。路堤.路堑边坡按设计修整后, 应立即浆砌护墙.护坡, 防止雨水直接侵蚀。8、膨胀土地区路床的强度及压实标准应严格遵守软弱地基沿线软土主要分布于山间沟谷、河流堆积阶地等低洼地带的水塘、水田和沼泽处，属常年积水或排水不畅，形成饱和粘性土，或有机质沉积，形成流塑淤泥或软塑淤泥质粘土，结构疏松，孔隙比大，含水量高，压缩性强，强度低，路基填筑后极易形成沉降或不均匀沉降过大，导致路基发生剪切、滑动破坏等现象，一般容许承载力在80150Kpa左右，厚度一般未超过3m。设计均采用换填碎石进行处理。半填半挖路基对于半填半挖路基，为了减小路基纵向、横向的不均匀沉降，挖方路基在路槽下超挖80cm后再以优质填料回填；当填挖高差4m或处于陡坎时，在路面底80cm下连续铺设多层高强聚酯土工格栅。路基纵向填挖交界处超挖处理渐变长度不得小于10.0m。对于填方路基部分，当地面坡度陡于1：5时，其基底采取挖台阶措施，台阶宽度不小于1.0m，并在台阶底部挖成向内倾斜24%的反坡。为减小地下水对路基的破坏，在填挖交界处设置横向渗沟，并与挖方路段纵向渗沟连接共同排除地下水；当填方段10m范围内高差大于4m时，除作上述处理外，还应作加筋处理即铺设多层高强聚酯土工格栅。陡坡路堤地面自然横坡陡于15的路堤段，设计中结合地形、地质条件、边坡高度等进行综合考虑，路基填筑前将基底挖成台阶，台阶做成向内倾斜2%4%的反坡，并进行路堤稳定性分析；因地制宜设置路基下挡墙等支挡构造物及加设高强聚酯土工格栅。2.路基路面排水设计在满足排水要求、利于养护的条件下，路基排水工程尽量做到宽、浅、隐、绿，外形美观流畅，提高行车安全和景观效果。排水方案根据沿线地形、地质、水文、气象等条件以及桥涵和路面超高设置等情况经综合考虑后确定。采取地表及地下排水相结合，边坡、路肩、中央分隔带及坡脚坡顶排水相结合的综合排水系统，尤其是加强地下水的处理，确保公路排水畅通、结构稳定、行车安全。路基排水(1)路基排水设施由边沟、排水沟、截水沟、急流槽及边坡平台排水沟等构成，排水设施纵向贯通并引入涵洞内。切方边坡较高，地表坡面水汇流较大、较集中路段设置截水沟，用急流槽将水引入排水沟或边沟中，以免被雨水冲刷坡面，引起塌方。路基边沟：在路堤坡脚护坡道外侧设置梯形排水边沟。为了弱化边沟与环境不协调的特征，在护坡道处植草、种树起美化和遮盖作用。对于地形平坦、纵坡平缓的低填路段，为了使边沟与原地面舒缓自然衔接，采用浅碟式边沟。路堑边沟：挖方段采用矩形边沟加盖板，并结合汇水面积、地形地质条件，采用不同的边沟断面型式。对于浅挖路段，采用浅碟式边沟，克服沿路基边缘设置规则深排水沟所带来的行车不安全隐患，同时形成流畅优美的视觉效果。截水沟：针对不同的地形地质条件，采用不同的截水沟断面型式。对于地形平坦地段采用梯形，地形较陡地段为减少占地和对自然环境的破坏，采用矩形截水沟。为了克服圬工砌护截水沟的不良视觉效果，在截水沟边植草、种树起美化和遮盖作用。超高段排水：由于本项目超高路段较多且连续，考虑中央分隔带采用植物防眩既可以美化路容景观，也能降低工程造价，因此超高路段的路面排水是在中央分隔带宽度范围内的超高一侧设加盖板矩形排水沟。陡坡或深沟跌水：为避免陡坡或深沟地段的排水沟或边沟出口下游的桥涵构造物、自然水道或农田受到冲刷，设置急流管、集水井、消力井等跌水设施。沿线地下水位不高，地质勘探结果未发现地下水对路基稳定产生影响的出水点。施工开挖后如发现有可能危及路基稳定的地下水，应采用引流或设暗沟、渗沟降低水位等措施，将水迅速排出路基以外。路面排水：(1)超高排水非超高段及超高段内侧路面水由横坡漫流至土路肩，通过设置的边沟、急流槽、排水沟将水集中排除，避免路面水冲刷坡面。超高路段外侧路面水通过超高横坡汇入左侧路缘带内的纵向排水沟内，通过集水井、横向排水管、急流槽连接至排水沟排除，一般地段纵向排水沟沟底纵坡同路线纵坡。(2)中央分隔排水中央分隔带下部设20cm40cm级配碎石纵向排水盲沟， 并铺设80软式透水管，间隔50m设集水槽及横向11（内径）聚乙烯HDPE双壁波纹管将水排出路基；挖方路段的下渗水经级配碎石垫层和边沟内侧的渗沟排除。中央分隔带内基层外露部分采用2cm水泥砂浆+PE防渗土工布封闭，防止雨水渗入路基。(3)路肩排水填方路段路肩边部防渗采用纵向级配碎石渗沟汇集路面渗水，将水排除；挖方路段路肩边部防渗采用纵向级配碎石渗沟汇集路面渗水，间隔5m设横向5排水管，将水引入边沟中。四、设计（研究）进度计划：1、第三周：明确设计任务，熟悉设计资料，收集设计参考书，做好设计准备工作，撰写开题报告。并开始着手计算机应用程序编制、英文文献翻译。2、第四周第六周：进行路线纵断面、路基横断面设计及土石方数量的计算与调配。3、第七周第八周：进行特殊路基设计和路基排水设计。4、第九周一第十周：进行路基防护工程与支挡工程设计。5、第十一周：公路涵洞设计。6、第十二周一第十四周：路面工程设计（包括沥青路面与水泥混凝土路面设计）、路面（含基层）排水设计。7、第十五周第十六周：编写英文摘要，毕业设计文件装订，毕业设计答辩准备。8、第十七周：毕业设计答辩。五、参考文献：1 张雨化主编. 道路勘测设计M. 北京: 人民交通出版社, 2002年3月2 姚祖康， 道路路基和路面工程， 上海：同济大学出版社， 1994