道路工程设计方法

1、一 选线选线是公路设计的重要环节之一 , 选线的质量直接关系到公 路的造价及今后使用的适用性 , 安全性 , 可靠性和寿命 . 也是一个 综合判断选择的过程 , 既要考虑地形 ,地质条件的变化 , 又要均衡 路线本身平 , 纵, 横三方面的相互影响和制约 . 自然条件对路线的 影响因素也很多 ,主要考虑 :地形,地质,气候,水文等.所以在平 面图上选择线路都要考虑上述的条件 ,因为是沿溪线 , 路线伴随 着一条季节性流水的河流 , 也要把这条因素考虑进去 . 选择好的 路线以确保公路的安全和自然环境良好 , 因此采用比选的原则进 行路线的选择 .此路段是沿溪线和越岭线 , 其主要特点是由于沿溪

2、线沿河流 布线,平纵线形较好 , 在河边一般都有台地可以利用 ,加之河床的 纵坡一般比路线的纵坡小 , 所以路线的平纵线形均能满足设计要 求, 平面受纵面的制约较小 , 沿溪线海拔低 ,气候条件较好 , 对施 工,养护,营运有利 ,而且沿溪线傍山临河 ,砂石等原材料比较丰 富, 施工用水容易解决 . 在路线布线时 , 要结合地形克服不利影响 , 发 挥沿溪线的优势 , 使公路更好的为社会服务 .二 . 定线公路定线根据公路等级 ,要求和条件在纸上定线 .步骤如下 :1. 拟定线路走向 在 1:5000 的地形图上 , 根据路线的起终 点和中间控制点 , 仔细分析控制点间的地形 , 地质及地物

3、情况,选择地势平缓 ,山坡顺直 ,河谷开阔及有利于回头展 线的地点等 , 拟定路线各种可能的走向 , 完成路线的总体 布局.2. 放坡试线 要考虑坡度 , 坡长及点的布控进行多次的试定 比较, 最终选择出一条合适的路线 .三. 平面设计因为地形比较平缓，所以只设有圆曲线进行设计.根据 规定选择半径.平曲线要素表交点号(JD)交点桩号偏角(a )半径(R)切线长(T)曲线长(L)外距(E)左右1K0+425200183.7335.3238.162K1+166.62600260.78491.9954.223K1+852.860084.32167.555.904K2+661.03110105.241

4、89.3525.685K2+880.1480135.63208.7952.026K3+388.3320456.86614.26237.79四.纵断面设计路线选定以后，量出平面图中路中心线穿过每一等高线的桩号 及高程,绘制纵断面图，点绘地面线，进行纵坡设计.五.横断面设计三级公路设计车速为 40km/h,路肩宽度为 0.75m,路面宽度为 7.5m,则路基宽度为9.0m.六.路面设计(后有附书)七.路基设计(后有附书)八.涵洞设计(后有附书)九.技术标准按照规范要求(书中规范)来设计路线，采用技术标准如下：1公路等级：三级公路；2计算行车速度：40 公里/小时3路基宽度：路基宽 9.0 米4路面

5、宽度：路面宽度 2*3.75 米十.路线孙李沟至西岔路线全长 4535 米，起讫桩号为 K0+00 至终点桩号 K4+535.00。按照最小坡长为 120 米为设计标准进行设计。公路用地范围内排水沟外 5 米，按挖方段是上方山坡汇水情况设有截水沟。十一.参考资料: VV 工程测量 十二规范附表公路竖曲线最小长度和最小半径设计车速（km/h）凸形竖曲线半径/m凹形竖曲线半径/m竖曲线最小长度/m一般值极限值一般值极限值4070045070045035从视觉观点所需的竖曲线最小半径计算行车速度/（ km*h-1）凸形竖曲线半径/m凹形竖曲线半径/m4030002000沥青混合料设计参数材料名称沥青

6、针入度抗压模量 Ei（MPa）劈裂强度15C(MPa)20r15C细粒式密集配沥青混 凝土 9012001600180022001.2 1.6SMA 9012001600120015001.4 1.9中粒式密级配沥青混 凝土 9010001400160020000.8 1.2中粒式开级配沥青混 凝土 908001200120016000.6 1.0粗粒式密级配沥青混 凝土i=i+oi79+ex冲场009 乙 Z+EM乙疗9090K099Z9+O1路面设计一概述三级公路设计车速为 40km/h,路肩宽度为 0.75m,路面宽度 为 7.5m,则路基宽度为 9.0m.路堤边坡坡度为 1:1.5,路

7、堑边 坡坡度为 1:1.确定路基的干湿类型:由于本地区属于辽河平原冻融交替副区（II2a）,得知:Hi=3.4-3.8;Hz=2.6-3.0;H=1.9-22K0+600 为沿溪段，地下水位线为 2.2m.路基的平均填土高度为 0 .79m,则H=0.79-0.6+2.2=2.39.所以 HfevHvH 则路基干湿类型为潮湿.K0+600-K4+115 为越岭线，地下水位为 3.2m。路基的填 土高度为 1.22m,则 H=1.22-0.6+3.2=3.82m，所以 H Hi 则路基 干湿类型为干燥。二路面设计计算:此段公路为双向双车道的三级公路.路面设计使用年限为 10 年, 交通量平均增长

8、率为4%此段公路位于自然区划 II2a,粉性土，沿溪线地下水位高度为 2.2m.沿溪线平均填高为 0.79m,越岭线的平均填土高度为 1.22m,平均最大冻深为 1.4m.试进行该路面结构设计.1.轴载计算根据交通量和经济的因素,预测该路竣工后第一年的交通组成如下表：预测交通组成路面结构设计以双轮单轴 BZZ-100 为标准轴载，分两种情况计算 累计当量轴次:1）以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时，计算结果 如下表:车型前轴重（KN） 后轴重（KN） 后轴数后轴轮组数交通量（次/d）黄河 JN15049.00101.601双轮组800解放 CA10B20.2560.901双轮组1200

9、日野 KB11147.55100.001双轮组400东风 EQ15526.5056.702双轮组1000注:轴载小于 25KN 的轴载作用不计.由规范可知:三级公路沥青路面的设计年限为10 年，车道系数为0.5.因此累计当量轴次为:Ne=（1+r）t-1Ni 365/r=2399709（次）.2）验算半刚性基层层底拉应力时，计算结果如下表车型Pi(KN)1C1C2次/d)GC2ni(Pi/P)8(次/d)黄河JN150后轴101.6011800908.30解 CA10B后轴60.9011120022.70日 KB111后轴100.0011400400.00东 EQ155后轴56.7031100

10、032.10k111ON=瓦C1C2ni(Pi/P)i=11363.10注:轴载小于 50KN 的轴载作用不计由规范可知:三级公路沥青路面的设计年限为10 年，车道系数为0.5.因此累计当量轴次为:Ne=（1+r）t-1Ni /r=2986708（次）.2. 确定路基回弹模量值 吕自然区划 II2a,粉性土，沿溪线路槽距地下水位的高度 H=0.79-0. 6+2.2=2.39m( kO+OOO-k0+600)越岭段.k0+600-k4+115 路槽距 地下水位的高度H=3.2+1.22-0.6=3.82m,查表知，Hi=3.4-3.8;H2=2.6-3.0;H3=1.9-22 所以(k0+00

11、0-k0+600)H3HHi 则路基干湿类型为干燥。沿溪线路基平均稠度击c%c2.则取才c查表得知，=0.81E)=19.35MPa 越岭线路基平均稠度 厂芒.飞C2.则取仁=1 则查表得 E=26MPa.3. 路面结构层类型的选择方案一(沿溪段的路面设计)各结构层材料的选择层次结构层名称抗压模量(20C)抗压模量(15C)劈裂强度6(MPa厚度(cm)1沥青贯入式50050032石灰土8% (粒料占 60%以上)4004000.2?3级配碎石300300154天然砂砾20020030计算设计弯沉值根据路面材料及路面等级选择.查表知:AC=1.2,AS=1.1,Ab=1.0.则 ld=600*

12、 A A* A)*Ne-2=41.82(0.01mm).按弯沉指标求石灰土碎石层厚度 h2综合修正系数 FF=1.63(ls/2000、).38(Eo/P)36=0.5; Ls=ld=IF=2p .F/Ei；按路表弯沉值进行等效换算h2=?E2=400MPah1=3cmE1=500MPah3=15cmE3=300MPah2=?E2=400MPah4=30cmE4=200MPaE0=19.35MPaE5=E0=19.35MPa现在已知：P=0.7MPa,=10.65cm,h1=4cm,E1=500MPa.L=2potc/E1.ac =akk.由 hr =3/10.65=0.282 和 H/E1=

13、400/500=0.8,查表知,:=7.1由 h/、=3/10.65=0.282 和 E/E2=19.35/400=0.0048 查表知，k1=1.02因为 ac=ak1k2.所以 kzPc/a*k1=0.381.反查 H/k2=0.381,E/E2=0.048, h/、=0.282,则 H/ =6.H=6*10.65=63.90cmfh2=28.12cm,取石灰土 h2=28cm.(4)验算沥青层层底拉应力(一)验算沥青混合料层层底拉应力容许拉应力hi=3cm层.E1=500MPa将第二层到第四层换为中因为劈裂强度不存在，所以底面容许拉应力为0MPa.按等效上层底面弯拉应力抗压模量(20C)

14、抗压模量(15C)h2=?E2=400MPah1=3cmE1=500MPah3=15cmE3=300MPah2=?E2=400MPah4=30cmE4=200MPaEo=19.35MPaE5=Eo=19.35MPa现在已知：P=0.7MPa,=10.65cm,hi=4cm,Ei=500MPa.L=2pac/E1. ot c = akik2 .由 h/=3/10.65=0.282 和 Ez/Ei=400/500=0.8,查表知,:=7.1由 h/ :=3/10.65=0.282 和 E/E2=19.35/400=0.0048 查表知，k1=1.02因为acFkk.所以 kzC/a*k1=0.38

15、1.反查 H/k2=0.381,E/E2=0.048, h/、=0.282,则 HA =6.H=6*10.65=63.90cmfh2=28.12cm,取石灰土 h2=28cm.(4)验算沥青层层底拉应力(一)验算沥青混合料层层底拉应力1容许拉应力因为劈裂强度不存在，所以底面容许拉应力为 0MPa.2按等效上层底面弯拉应力抗压模量(20C)抗压模量(15C)hi=3cmEi=500MPaEi=500MP将第-层到第四层换为中层.h2=28cmE2=400MPaE2=400MPah=hi=3cmEi=500MPah3=15cmE3=300MPaE3=300MPaH=?E2=400MPah4=30c

16、mE4=200MPaE4=200MPaEo19.35MPaE5=Eo=19.35MPa现在已知:P=0.7MPa,=10.65cm,hi=3cm,Ei=500MPa,H=52.78cm,E=400MPa, Eo=19.35 MPa.求1p 12.口仁二口kik?由 h/、=/10.65=0.282 和 Ez/E1=400/500=0.8 查表知,:0由0知是压应力，则验算通过.(二)验算石灰土碎石层层底弯拉应力1容许弯拉应力二R二 丁SR/KS，二SR=0.2MPa.Ks=0.045Ne0.ii/Ac=0.045*29867080.11/1.2=1.93.-R=0.2/1.93=0.104MP

17、a.2等效换算上层底面弯拉应力抗压模量(20C)抗压模量(15C)h1=3cmE1=500MPaE1=500MP将第一层到第三层换为上层.h4=30cmE4=200MPaE4=200MPaE0=19.35MPaE5=E0=19.35MPa现在已知:P=0.7MPa,=10.65cm,h1=3cm,E1=500MPa,H=52.78cm,E=400MPa,E0=19.35 MPa.求12= P12.仁k?由 hr =/10.65=0.282 和 E?/E1=400/500=0.8 查表知,:0由 10知是压应力，则验算通过.(二)验算石灰土碎石层层底弯拉应力容许弯拉应力二R= 丁SR/KS，二s

18、R=.2MPa.Ks=O.O45Neo.ii/Ac=O.O45*29867O8Q.11/1.2=1.93.匚 R=0.2/1.93=0.104MPa.等效换算上层底面弯拉应力抗压模量(20C)抗压模量(15C)hi=3cmE1=500MPaE1=500MP将第-层到第三层换为上层.h2=28cmE2=400MPaE2=400MPah=?E3=300MPah3=15cm E3=300MPaE3=300MPa H=h4=30cE4h4=30cmE4=200MPaE4=200MPa200MPaE0=19.35MPa现在已知:P=0.7MPa,=10.65cm,h=64.6cm,E4=200MPa,H

19、=30cm,E=300MPa, Eo=19.35 MPa. 求34二p 34.：34二：kik?由 h/、=48.5/10.65=4.55 和 E/E3=200/300=0.67,查表知，=0.09.由 h/；=4.55 和 曰/E3=0.67, E/E4=19.35/200=0.097,查表知,k i=1.28.由 H/、=30/10.65=2.82,E0/E4=0.097,和 E4/E3=0.67,查表知,k2=0.71.34二 p：-34=0.7*0.09*1.28*0.71=0.0560.104(验算合格)(5)检验路面厚度路面厚度 H=3+28+15+30=76cm 最大冻深 1.4

20、m,则公路潮湿类型最小防冻厚度为 607076cm 符合要求.2.越岭段路面设计：各结构层材料的选择层次结构层名称抗压模量(20C)抗压模量(15C)劈裂强度右(MPa厚度(cm)1沥青贯入式5005003E5=E0=19.35MPa2石灰土8% (粒料占 60%以上)4004000.2?3级配碎石30030015(4)验算沥青层层底拉应力(一)验算沥青混合料层层底拉应力1容许拉应力因为劈裂强度不存在，所以底面容许拉应力为 OMPa.2按等效上层底面弯拉应力抗压模量(20C)抗压模量(15C)h1=3cmE1=500MPaE1=500MP将第-层到第四层换为中层 .h2=24cmE2=400M

21、PaE2=400MPah=h1=3cmEi=500MPah3=15cmE3=300MPaE3=300MPaH=? E2=400MPah4=30cmE4=200MPaE4=200MPaE0=26MPaE5=E)=26MPa现在已知:P=0.7MPa,=10.65cm,hi=3cm,Ei=500MPa,H=48.79cm,E=400MPa,I I IEO=26MPa.求 12= pa12. o12 =kik2由 h/、=/10.65=0.282 和 R/E1=400/500=0.8 查表知,:0由0知是压应力，则验算通过.(二)验算石灰土碎石层层底弯拉应力1容许弯拉应力crR= erSR/ KS，

22、口SR=0.2MPa.Ks=0.045Ne.ii/Ac=0.045*2986708 ”1/1.2=1.93.二R=0.2/1.93=0.104MPa.2等效换算上层底面弯拉应力抗压模量(20C)抗压模量(15C)h1=3cmE1=500MPaE1=500MP将第-层到第三层换为上层.h2=24cmE2=400MPaE2=400MPah=?E3=300MPah3=15cmE3=300MPaE3=300MPaH=h4=30cmE4=200MPah4=30cmE4=200MPaE4=200MPaE0=26MPa&=&=26MPa现在已知:P=0.7MPa,=10.65cm,h=44.

23、20cm,E4=200MPa,H=30cm,E=300MPa, Eo=26MPa. 求34二P：34.：34二:.kf由 h/、=44.20/10.65=4.15 和 E/E3=200/300=0.67,查表知，：=0.09.由 h/ :=4.15 和 E4/E3=0.67, E/E4=26/200=0.13 查表知,k 1=1.15由 H/ :=30/10.65=2.82,E0/E4=0.13,和 曰圧3=0.67,查表知,k2 =0.75.34二 p：-34=0.7*0.09*1.15*0.75=0.050.104（ 验算合格）（5）检验路面厚度路面厚度 H=3+24+15+30=72cm

24、 最大冻深 1.4m,则公路潮湿类型最小防冻厚度为 607072cm,符合要求方案二：（沿溪线段路面设计）各结构层材料的选择层次结构层名称抗压模量(20C)抗压模量(15C)劈裂强度5(MPa厚度(cm)1沥青碎石混合料80080042石灰土碎石粒料占 60%上)(7007000.2?3级配碎石300300154天然砂砾20020020计算设计弯沉值根据路面材料及路面等级选择.查表知:AC=1.2,AS=1.1,Ab=1.0.则 ld=600* AAS*Ab*Ne-0.2=41.82(0.01mm).按弯沉指标求石灰土碎石层厚度h21综合修正系数 FF=1.63(ls/2000、).38(EO

25、/P)0.36=0.5; Ls=ld=IF=2p；FC/EI；:-C=2.752按路表弯沉值进行等效换算h1=4cmE1=800MPa将第二层到第四层换为中层.h2=?E2=700MPah1=4cmE1=800MPah3=15cmE3=300MPah2=?E2=700MPah4=20cm曰=200MPaEo=19.35MPaE5=Eo=19.35MPa现在已知：P=0.7MPa, & =10.65cm,h1=4cm,E1=800MPa,E=700MPa,Eo=19.35MPa.L=2p aC/E1.ac=Gk1k2.由 h/ =4/10.65=0.376 和 E2/E1=700/800

26、=0.875,查表知,:=5.2.由 h/、=4/10.65=0.376 和 E/E2=19.35/700=0.0276,查表知,ki=1.6因为 ac=kik2.所以 kzPc/Jki=0.539.反查 H/k2=0.539,EO/E2=O.OO.O276,h/、=0.376,则 H/、=4.2H=4.2*10.65=44.73cm f2=22.3cm,取石灰土 h2=23cm.(4)验算沥青层层底拉应力(一)验算沥青贯入式层层底拉应力1容许拉应力因为劈裂强度不存在，所以底面容许拉应力为 0MPa.2按等效上层底面弯拉应力抗压模量(20C)抗压模量(15C)h1=4cmE1=800MPaE1

27、=700MP将第-层到第四层换为中层.h2=23cmE2=700MPaE2=700MPah=h1=4cmE1=800MPah3=15cmE3=300MPaE3=300MPaH=?E2=700MPah4=20cmE4=200MPaE4=200MPaEo=19.35MPaE5=E)=19.35MPa0现在已知：P=0.7MPa,=10.65cm,hi=4cm,Ei=800MPa,H=33.82cm,E=700MPa, Eo=19.35.求12二p 12-：12二:kik2由 hr =4/10.65=0.376 和 R/E1=700/800=0.875,查表知,:0由T2 ” 0 知是压应力，则验算

28、通过.(二)验算石灰土层层底弯拉应力容许弯拉应力R二SR/KS，二SR=0.3MPa ;KS=0.35Ne0.11/AC=1.5二R=0.3/1.5=0.2MPa.等效换算上层底面弯拉应力抗压模量(20C)抗压模量(15C)h1=4cmE1=800MPaE1=800MP将第-层到第三层换为上层.h2=23cm E2=700MPaE3=300MPah3=15cm E3=300MPaE2=700MPah=?E3=300MPa H=h4=20cmE4P a h4=20cmE4=200MPaE4=200MPaEo=19.35MPaE5=Eo=19.35MPa现在已知:P=0.7MPa,=10.65cm

29、,h=48.54cm,E4=200MPa,H=20cm,E=300MPa, Eo=19.35 MPa.求334. 3 kik2由 h/、=48.54/10.65=4.55 和 EVE3=200/300=0.67,查表知，=0.07.由 h/ :=4.55 和 曰/E3=0.67, E0/E4=19.35/200=0.097,查表知，k i=1.28.由 H/ :. =20/10.65=1.88,&/E4=0.097,和 E4/E3=0.67,查表知,k2=1.26.34二 -340.7*0.07*1.28*1.28=0.0.1560.2(验算合格)(5)检验路面厚度路面厚度 H=4+2

30、3+15+20=62cm 最大冻深 1.4m,则公路潮湿类型最小防冻厚度为 607062cm 符合要求.2.越岭线段路面设计：各结构层材料的选择层次根结构层名称抗压模量(20C)抗压模量(15C)劈裂强度5(MPa厚度(cm)据 路 1 面沥青碎石混合料80080042材料及败石灰土碎石粒料占 60%上)(7007000.2?面 3级配碎石30030015级 4天然砂砾20020020计算设计弯沉值查表知:AC=1.2,AS=1.1,Ab=1.0.贝 U ld=600* A A* Ab*Ne-02 =41.82(0.01mm).按弯沉指标求石灰土碎石层厚度h21综合修正系数 FF=1.63(l

31、s/2000)O.38(EO/P)36=0.55;Ls=ld=lF=2p -FC/E1;:C吃752按路表弯沉值进行等效换算h1=4cmE1=800MPa将第二层到第四层换为中层.h2=?E2=700MPah1=4cmE1=800MPah3=15cmE3=300MPah2=?E2=700MPah4=20cmE4=200MPaE0=26MPa&=E)=26MPa现在已知：P=0.7MPa, =io.65cm,hi=4cm,Ei=8OOMPa,E=7OOMPa, Eo=26MPa.L=2paC/E1.ac = akik2.由 h/=4/10.65=0.376 和 Ez/E1=700/800

32、=0.875,查表知,:-=5.2.由 h/ :=4/10.65=0.376 和 E/E2=26/700=0.037, 查表知,k1=1.2因为 dcFkk.所以 k2=Ofc/jk1=0.644.反查 H/k2=0.644,E/E2=0.037, h/、=0.376,则 HA =4.4H=4.4*10.65=46.68cm f2=24.46m,取石灰土 h2=25cm.(4)验算沥青层层底拉应力(一)验算沥青贯入式层层底拉应力1容许拉应力因为劈裂强度不存在，所以底面容许拉应力为 0MPa.2按等效上层底面弯拉应力抗压模量(20C)抗压模量(15C)h1=4cmE1=800MPaE1=700M

33、P将第-层到第四层换为中层.h2=23cmE2=700MPaE2=700MPah=h1=4cmE1=800MPah3=15cmE3=300MPaE3=300MPaH=? E2=700MPaE5=E)=26MPa现在已知：P=0.7MPa,=10.65cm,hi=4cm,Ei=800MPa,H=35.82cm,E=700MPa,I IIE0=26MPa求12= Pa12.a12 =a & k?由 h/=4/10.65=0.376 和 Ez/E1=700/800=0.875,查表知,:34二P34.。34 =akik2由 h/=51/10.65=4.79 和 EVE3=200/300=0.67,查表知，