长沙理工大学-巴达高速公路路基路面工程综合设计-蔡俊麟

长沙理工大学毕业设计PAGE43摘要本次设计为巴达高速公路路基路面工程综合设计。主要设计内容包括：(1)路线设计：平曲线设计、纵断面设计、横断面设计。(2)路基设计：排水设计、涵洞设计。(3)路面结构设计。此公路全长317公里，公路等级为高速公路，设计年限为15年，设计车速为80km/h，单车道宽度为3.75米，路基宽度为24.5米，有中央分隔带，双向四车道。在本设计中主要完成的任务有以下几个方面:首先进行了路线方案的比选，在两条线路中选出了线形好，造价低的路线，然后确定路线等级及其技术标准，在平面线形设计中，确定3个交点，其中平曲线的最大半径为1400米，最小半径为600米。竖曲线共有7个变坡点。纵断面上最大坡度为5.0%。在确定路中线各点高程后，进行路线纵断面设计。纵断面设计主要根据路线的排水要求和最大、最小纵坡和坡长要求进行拉坡设计和竖曲线要素计算。最后，根据路基排水设计、路线超高计算绘制横断面图。由横断面设计计算出各段土石方的填挖数量，对各段进行土石方调配。整个公路线形美观，行车舒适。关键词：纵断面;横断面;路基;桥梁AbstractThedesignfortheBaDashighroaddesign.Themaindesignelementsinclude:(1)linedesign:thedesignofhorizontalcurve,verticalalignmentdesign,cross-sectionaldesign.(2)theroadbedDesign:drainagedesign,culvertdesign.(3)DesignofPavementStructures.Thisroadis3.1kminlength,highwayratingofthesecondaryroads,thedesignlifeof15years,andadesignspeedof80km/h,bicyclepaths,awidthof3.75meters,aroadbedwidthof24.5meters,thecentralmedian,four-lanefour-way.

Inthisdesign,mainlytocompletethetaskinthefollowingareas:

Firstlineprogram,agoodlinear,lowcostrouteselectedtwolines,andthendeterminetheroutehierarchyanditstechnicalstandards,andinhorizontalalignmentdesigntodeterminethethreeintersection,includingflatcurveofthemaximumradius1400m,theminimumradiusof600meters.Verticalcurvefromsevenpointofgradientchange.Themaximumgradientontheverticalsectionof5.0%.Indeterminingtheroadcenterlinepointelevation,routeProfileDesign.Longitudinaldesignismainlybasedontherequirementsofthepull-slopedesignandverticalcurveelementstocalculatetherouteofdrainagerequirementsandthemaximum,minimumlongitudinalslopeandslopelength.Finally,accordingtotheroadbeddrainagedesign,ultraroutecalculationtodrawcross-sectionaldiagram.Calculatethenumberofparagraphsearthworkexcavationandfillingbythecross-sectionaldesign,earthworkallocationforeachparagraph.Linearappearanceoftheentireroad,andridecomfort.

Keywords:verticalsection;cross-section;roadbed;bridge巴达高速公路路基路面工程综合设计第一章前言1.1公路建设的意义1.1.1概况湖南位于江南，属于长江中游地区，东临江西，西接重庆、贵州，南毗广东、广西，北与湖北相连，湖南幅员辽阔，是我国东南腹地。因全省大部分地处洞庭湖以南而得名，因省内最大河流湘江流贯全境而简称“湘”，因自古广植木芙蓉而有“芙蓉国”之称。湖南历史悠久、人文荟萃、名人辈出，“惟楚有才，于斯为盛”。湖南物产富饶，素有“湖广熟，天下足”之誉，是著名的“鱼米之乡”。全省辖14个地州市、122个县（市、区）。湖南是中西部经济发展最活跃的省区之一，尤其文化产业走在全国的前列。土地面积21.18万平方公里，占全国国土面积的2.2%,在各省市区面积中居第10位。1.2气候特点湖南为大陆性亚热带季风湿润气候，气候具有三个特点：第一、光、热、水资源丰富，三者的高值又基本同步。第二，气候年内变化较大。冬寒冷而夏酷热，春温多变，秋温陡降，春夏多雨，秋冬干旱。气候的年际变化也较大。第三，气候垂直变化最明显的地带为三面环山的山地。尤以湘西与湘南山地更为显著。湖南年日照时数为1300-1800小时，湖南热量丰富。年气温高，年平均温度在15-18℃之间。湖南冬季处在冬季风控制下，而东南西三面环山，向北敞开的地貌特性，有利于冷空气的长驱直入，故一月平均温度多在4-7℃之间，湖南无霜期长达260-310天，大部分地区都在280-300天之间。年平均降水量在1200-1700毫米之间，雨量充沛，为我国雨水较多的省区之一。1.2.2降水量及地下水湖南省河网密布，流长5公里以上的河流5341条，总长度9万公里，其中流域面积在55000平方公里以上的大河11117条。省内除少数属珠江水系和赣江水系外，主要为湘、资、沅、澧四水及其支流，顺着地势由南向北汇入洞庭湖、长江，形成一个比较完整的洞庭湖水系。湘江是湖南最大的河流，也是长江七大支流之一；洞庭湖是全省最大的湖泊，跨湘、鄂两省。全省天然水资源总量为中国南方9省之冠。1.2.3地形与地貌拟建公路位于大围山附近洞庭湖平原位于湖南省东北部。范围东起岳阳、汨罗，西到临澧、常德、桃源，南至益阳、乔口、湘阴，北接湖北荆江以南。面积12690平方公里(湖南省境内)。海拔30—50米。系洞庭湖长期淤积、湖底出露而成的湖积冲积平原。洞庭湖平原与湖北省中南部的江汉平原合称两湖平原。其是全国三大平原之一的长江中下游平原的重要组成部分。全省以山地、丘陵为主，山地面积1084.9万公顷，占全省总面积的51．22%；丘陵面积326.27万公顷，占15.40%；岗地面积293.8万公顷，占13.87%；平原面积277.9万公顷，占13.12%；水面135.33万公顷，占6.39%。第二章平面设计资料2.1选线2.1.1山岭重丘区选线原则山岭区是地面高度变化大的地区，有时有轻微的波状起伏和倾斜。虽然地势比较平坦，路线纵坡及曲线半径等几何因素比较容易达到较高的技术标准，但往往由于受当地自然条件和地物的障碍，选线是应考虑多方面的因素。山岭区地形对路线的限制大，路线的基本线形应是短捷顺直。为了增进路容的美观，需要把路线的平，纵面配合好。在坡度转折处设置适当的竖曲线也是必要的。重丘区选线原则上与山区基本相同，但应更多注意利用地形，协调平，纵线形的组合。既不宜过分迁就微小地形，造成纵面不必要的起伏，也不宜过分追求直线，造成工程量不必要的增加。2.1.2以平面为主安排路线因受纵坡限制不大，布线时应在基本符合路线走向的前提下，深入调查研究沿线自然环境，正确处理好地物、地质的避让与趋就，选择一条短捷顺直的路线方案。选线时，首先在起终点及中间必须经过的工厂、农场及风景区作为主要控制点，了解农田优劣及建筑群、水电设施、跨河桥位等地物的分布，确定避让方法。2.1.3线形与技术标准山岭区区选线要求路线方向直捷，线形舒顺，可能采用较高标准。两个小控制点之间以两点直线连接的路线是最理想的，当路线必须转折时，相邻曲线间应尽量有较长的直线，以便曲线之间有充足的过渡时间，但不能片面的追求长直线，平曲线尽量采用大半径，小偏角，从而保证线形的平顺。路线纵坡不应频繁起伏，也不宜过于平缓而造成排水不良。山岭区路基一般以低路堤为主，但必须做好排水设计，以确保路基的稳定和坚固，同时还应考虑纵坡和排灌渠位及其高度的配合。2.1.4处理好与农业的关系山岭区农田成片，渠道纵横交错，路线布设时要注意与农业发展的关系，与农田灌溉、水利设施建设相结合，从支援农业出发，布线应处理好以下问题：做到尽量少占或不占高产田。全面分析比较，使路线既不片面求直而占用大量良田，也不片面强调不占用良田而使路线弯曲较多，造成行车条件恶化。路线布设应紧密与农田水利建设相配合。当路线靠近河边低洼的村庄或田地通过时，应争取靠河岸布线，利用公路的防护措施兼保护农田之用。2.1.5路线与城镇的联系山岭区有较多的城镇、村庄、工业区及其他公用设施，布线时应结合工路性质正确处理穿越与避绕、拆迁和保留的关系高等级公路应做到“靠村不进村，利民不扰民”；一般公路应经地方同意可穿越城镇，但应有足够的路基宽和行车视距，以保证行人、行车的安全。路线应尽量避开重要的电力、电讯设施。2.1.6路线与桥涵的配合中小桥涵的位置应服从路线走向，大桥位置原则上应服从路线基本走向，一般作为路线走向的控制点，在满足桥头接线的要求下，桥路综合考虑。当路线填高较大时，（h〉10m）,则应进行高路堤与高架桥的费用比较，有时高架桥的工程费用稍高一些，但能永久地节省土地资源，高架桥也是合算的。2.1.7注意土壤水文条件山岭区的土壤水文条件较差，特别是河网湖区，地势低平，地下水位高，使路基稳定性差，因此应尽可能沿接近分水岭的地势较高处布线。当路线遇到面积较大的湖塘，泥沼和洼地时，一般应绕避；如需要穿越时，应选择最窄最浅和基底坡面较平缓的地方通过，并采取有效措施，保证路基的确定。2.1.8充分利用旧路新建公路应尽可能利用旧路，但要注意从公路的远期发展考虑，根据该路在路网中的地位和作用，严格按照技术标准的要求对旧路进行改造，不能利用的可恢复成为耕田或改为通行农业机械的道路。2.路基取土不能乱挖乱取、破坏农田，造成路基两边积水。取土应进行全面规划，采用大面积集中取土的方法。山岭区一般不缺乏砂石建筑材料，路线可能靠近建筑材料产地，减少了施工、养护、材料运输等费用。2.1.10山岭区公路选线依据山岭区公路选线的依据主要有交通部颁发的规范，实测和预测交通量，地形图，地方政府以及建设单位下发的文件，会议纪要，设计任务书等，它们是路线设计不可缺少的资料。2.2山岭区选线设计2.2.1公路等级的确定根据规范《公路工程技术标准》JTGB01-2003：高速公路：一般能适应按各种汽车折合成小客车的年平均日交通量25000辆以上。一级公路：一般能适应按各种汽车折合成小客车的年平均日交通量15000-55000辆。二级公路：一般能适应按各种汽车折合成小客车的年平均日交通量5000-15000辆。三级公路：一般能适应按各种汽车（包括摩托车）折合成中型载重汽车的远景设计年限的年平均昼夜交通量为1000-4000辆以上的公路。四级公路：一般能适应按各种汽车（包括摩托车）折合成中型载重汽车的远景设计年限的年平均昼夜交通量双车道1500辆以下，单车道200辆以下。具体车辆折算系数如下表:表2-1车辆折算系数表车型车辆折算系数说明小客车1.0≤19座的客车和载质量≤2t的货车中型车1.5＞19座的客车和载质量＞2t～7t的货车大型车2.0载质量＞7t～≤14t的货车拖挂车3.0载质量＞14t的货车2.2.2山岭区公路的主要技术指标表2-3技术指标表[1]设计车速80km/h平曲线一般最小半径400m极限最小半径250m缓和曲线最小长度70m不设超高的圆曲线最小半径路拱≤2.0％2500m路拱＞2.0％3350m曲线最小坡长200m最大纵坡5%凸曲线一般最小半径4500m极限最小半径3000m凹曲线一般最小半径3000m极限最小半径2000m竖曲线最小长度100m同向曲线间的最小长度480m反向曲线间的最小长度160m2.2.3带有缓和曲线的平曲线计算公式=1\*GB2⑴有缓和曲线的圆曲线要素计算公式在简单的圆曲线和直线连接的两端，分别插入一段回旋曲线，即构成带缓和曲线的平曲线。其要素计算公式如下：2-12-22-32-42-52-62-72-8式中:——总切线长（m）；——总曲线长（m）；——外距(m）；——校正数（m）；——主曲线半径（m）；——路线转角；——缓和曲线终点处的缓和曲线角；——缓和曲线切线增值（m）；——设缓和曲线后，主圆曲线的内移值（m）；——缓和曲线长度（m）；——圆曲线长度（m）。=2\*GB2⑵主点桩号计算ZH（桩号）=JD（桩号）-THY（桩号）=ZH（桩号）+LsYH（桩号）=HY（桩号）+LyHZ（桩号）=YH（桩号）+LsQZ（桩号）=HZ（桩号）-L/2JD（桩号）=QZ（桩号）+J/2第三章纵断面设计计算3.1纵断面设计方法与原则纵断面反映了路线纵坡的变化、路中线位置地面的起伏,设计线与原地面的高差的等情况，它与路线平面、公路横断面结合起来，可以完整的表达出路线作为空间曲线的三维立体线形效果。纵断面设计主要包括纵坡和竖曲线的设计。在纵断面设计中，首先绘制路线经由地带的纵断面地面线，依据平面选线确定的控制点、道路里程桩号及其高程、填挖平衡经济点及与周围景观的协调，综合考虑平、纵、横三方面试定坡度线，再用横断面图检查、调整，确定纵坡值，确定竖曲线半径，计算设计高程及填挖高度。该路地处山岭区，土地资源宝贵，本项纵断面设计采用小纵坡，微起伏与该区域农田相结合，尽量降低路堤高度，路线纵断面按百年一遇，设计洪水位的要求和确保路基处于干燥和中湿状态，所需的最小填筑高度来控制标高线形设计上避免出现断背曲线，反向竖曲线之间直线长度不足3秒行程的则加大竖曲线半径，使竖曲线首尾相接。此外，所选用的半径还满足行车视距的要求，另外，竖曲线的纵坡最小采用0.3%以保证排水要求。山岭重丘区高速公路纵断面设计相关技术指标：最大纵坡：3%最小纵坡：0.3%最大容许合成坡度：10.0%最小坡长：400m竖曲线最小半径：凸曲线一般最小半径：17000m凹曲线一般最小半径：6000m各级公路的最大纵坡及坡长长度限制不易轻易采用，而应有适当的余地。为了有利于路面排水和边沟排水，一般情况下，以采用不小于0.3%纵坡为宜。坡长限制主要是控制一般纵坡的最小坡长。高速公路，当连续陡坡由几个不同坡度的坡段组合而成时，应对纵坡长度受限制的路段采用平均坡度法进行验算。3.2平纵线形的协调线形组合设计是在平面设计和纵断面设计基本确定的基础上对平纵线形进行调整组合，使其满足视觉连续，心里感觉舒适，使道路与周围环境景观的协调，并考虑到排水的要求，成为连续、圆滑、顺适、美观的空间曲线。当计算行车速度≥80km/h时，对路线进行线形组合设计尤为重要。平纵线形配合的基本原则应能在视觉上自然诱导司机的视线，并保证视觉的连续性；平纵线形技术指标应大小均衡，使线形在视觉上、心理上保持协调；选择组合适当的合成坡度，以利于路面排水和行车安全；平曲线应和竖曲线重合，且平曲线应比竖曲线长，应符合“平包纵”的原则；坡度的控制应与线形组合设计相结合，有条件的，一般最大合成坡度不小于10%，应避免急弯与陡坡相重合的线形；线形应避免的组合。3.3竖曲线计算3.3.1简述公路路线总长3117.404米，全线共设7个竖曲线，其中4个凸曲线，3个凹曲线。3.3.2竖曲线要素的计算公式竖曲线要素的计算公式汇总如下：3-13-23-33-4式中R——竖曲线半径，m；T——切线长，m；L——竖曲线长，m；E——外矢距，m；l——竖曲线上任意一点到曲线起点或终点的水平距离，l∈[0,T],m；y——竖曲线上与相对应的点到坡度线的高差，m，也称为修正值或竖距。3.3.3竖曲线设计⑴变坡点1:K68+800.012已知：i4=-1.587%，i5=-4.999%，则：ω=i5-i4=-4.999%+1.587%=-0.0341<0设置凹曲线，设半径R=3000m，曲线要素计算如下：具体数值详见《竖曲表》。第四章路线横断面设计公路是具有一定宽度的带状结构物，垂直于路中心线方向上的剖面叫横断面，这个剖面的图形叫横断面图，它反映了路基的形状和尺寸，横断面设计应满足如下要求：横断面设计应符合公路建设的基本原则和现行《规范》规定的具体要求。设计前要充分了解工程地质和水文等自然条件，并更具公路等级、行车要求、自然条件结合施工方法，做出正确合理的设计。设计时要兼顾当地基本建设的需要，尽可能与其配合，不能任意减、并农田排灌沟渠，当灌溉沟渠必须沿路基通过时，如流量较小，纵坡适宜，可考虑与路基边沟合并，但边沟断面应适当加大。路基穿过耕地时，为了节约用地，如当地石料方便，可修建石砌边坡，或修筑直立的加筋土挡墙。地面水和地下水严重影响路基的强度和稳定性，须采取拦截或迅速排至路基外的措施。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，综合考虑进行设计。4.1横断面的组成公路横断面的组成和各部分的尺寸要根据设计交通量、交通组成、设计车速、地形条件等因素确定。在保证必要的通行能力和交通安全与畅通的前提下，尽量做到用地省、投资少，使道路发挥其最大的经济效益与社会效益。公路横断面由行车道、路肩、中间带、边沟、边坡、截水沟以及护坡道等部分组成。4.2路基的类型通常根据公路路线设计确定的路基标高与天然地面标高是不同的，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、路堑和填挖结合三种类型。4.2.1路堤路堤是指全部用岩土填筑而成的路基。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1.0-1.5m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1.5-18m范围内的路堤为一般路堤。矮路堤常在平坦地区取土困难时选用。平坦地区地势低，水文条件较差，易受地面水和地下水的影响。设计时应注意满足最小填土高度的要求。力求不低于规定的临界高度，使路堤处于干燥或中湿状态。路基两侧均应设边沟。高路堤的填方数量大，占地多，为使路基稳定和横断面经济合理，需要进行个别设计，高路堤和浸水路堤的边坡可采用上陡下缓的折线形式。为防止水流的侵蚀和冲刷坡面，高路堤和浸水路堤的边坡，须采取适当的坡面防护和加固措施。4.2.2路堑路堑是指全部在天然地面开挖而成的路基。挖方边坡可根据高度和岩土层情况设置成直线或折线。挖方边坡的坡脚应设置边沟，以汇集和排除路基范围内的地表径流。路堑的上方应设置截水沟，以拦截和排除流向路基的地表径流。挖方路基处土层地下水文状况不良时，可能导致路面的破坏，所以对路堑以下的天然地基，要人工压实至规定的压实程度。必要时应翻挖，重新分层填筑、换土或进行加固处理，采取加铺隔离层，设置必要的排水设施。4.2.3半填半挖路基位于山坡的路基，通常取路中心的标高接近原地面的标高，以便减少土石方数量，保持土石方数量横向平衡，形成半填半挖路基。若处理得当，路基稳定可靠，是比较经济的断面形式。上述三类典型横断面形式，各具特色，分别在一定条件下使用。由于地形、地质、水文等自然条件差异很大，且路基位置、横断面尺寸及要求等，亦应服从于路线，路面及沿线结构物的要求，所以路基横断面类型的选择，必需因地制宜，综合设计。4.3横断面设计综述在巴达高速公路路基路面工程综合设计的横断面设计中，全线填挖结合。遵循利用经济适用的原则。4.4横坡的确定4.4.1路拱坡度.根据规范，为有利于路面的排水，路面应设置一定的横向坡度，对于不同路面规定不同范围的横坡限制：水泥混凝土路面：1.0-2.0%沥青混凝土路面：1.0-2.0%4.4.2路肩坡度直线路段的硬路肩一般应设置向外倾斜的横坡度，其坡度值可与车道横坡度相同；对全铺式硬路肩，曲线内、外侧硬路肩横坡度的方向及其横坡度：当曲线超高≤5%时，应与相邻的车道相同；当曲线超高＞5%时，横坡度不大于5%。对平坡区段或直线向曲线过渡段的硬路肩，采用与邻近车道相同的横坡度进行过渡，并控制硬路肩横坡度过渡的纵向渐变率小于1/150，大于1/330之间。当硬路肩的宽度≥2.25m时，应设置向外倾斜的横坡。曲线外侧的路肩横坡方向及其坡度值见表4-1：表4-1横坡方向及其坡度值行车道超高值（%）2、3、4、56、78、9、10曲线外侧路肩横坡方向向外侧倾斜向内侧倾斜向内侧倾斜曲线外侧路肩坡度值（%）-2-1与行车道行坡相同4.4.3超高及超高缓和段=1\*GB2⑴超高为迅速排除路面水，一般把公路路面修筑成具有一定横向坡度的路拱形式，这样在圆曲线路段的弯道上，当汽车沿着双向横坡的外侧车道行驶时，由于车重的平行路面分力与离心力的平行路面分力的方向相同，且均指向曲线外侧，将影响行车的横向稳定。圆曲线半径愈小，对汽车行驶的横向稳定影响愈大，故在弯道设计中，为了能像在路面内侧车道行驶时那样用车重的平行路面分力抵消一部分横向力，以保证行车的横向稳定，可将外侧车道升高，构成与内侧车道倾斜方向相同具有一定横向坡度的单坡横断面，这样的设置称为超高，其单坡横断面的横方向坡度叫做超高横坡度，简称超高度iy。《规范》规定：超高横坡度按公路等级、设计速度、圆曲线半径、路面类型、自然条件和车辆组成等情况确定。高速公路、一级公路的超高横坡度不超过10%，其他各级公路不超过8%。且圆曲线部分最小超高应与直线部分的正常路拱横坡度一致。=2\*GB2⑵超高缓和段从直线上的路拱双坡断面到圆曲线上具有超高横坡度的单坡断面，由一个逐渐变化的过渡路段，这一逐渐变化的过渡路段称为超高缓和段，高速公路的超高缓和段利用缓和曲线段。=1\*GB3①超高过渡方式所设计的高速公路，采用绕路中线旋转的方式，以这样的方式，先将外车道绕路中线旋转，待达到与内侧车道构成单向横坡后，整个断面绕中线旋转，直至超高横坡度。=2\*GB3②超高缓和段长度为了行车的舒适性和排水的需求，对超高缓和段必须加以控制，超高缓和段长度按下是进行计算：4-1式中：——旋转轴至行车道（设路缘带为路缘带）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，即旋转轴与行车道（设路缘带时为路缘带）外侧边缘线之间相对升降的比率。超高缓和段长度按上式计算结果，应取为5m的倍数，并不小于10m的长度。4.4.4加宽汽车在平曲线上行驶时，因为每一车轮沿着各自独立的轨迹运动，汽车在弯道上占据的宽度比直线段大，为保证汽车在弯道上行驶与直线上行驶具有同样的富余宽度，圆曲线路段的路面必须加宽。《规范》规定：平曲线半径小于250m时，应在曲线内侧加宽，当半径大于250m时，由于加宽值较小，且行车道已具有一定富余宽度，故可不设加宽。加宽宽度可由平曲线半径范围确定由《规范》：知公路平曲线加宽值：平曲线半径200～250m加宽0.8m150～200m加宽1.0m100～150m加宽1.5m70～100m加宽2.0m50～70m加宽2.5m为了使路面由直线上的正常宽度过度到曲线设置了加宽的宽度，需设置加宽缓和段。加宽过度的设置根据道路性质和等级可采用不同的方法:=1\*GB2⑴比例过度4-2——任意点距缓和段起点的距离——加宽缓和段长——圆曲线上的全加宽=2\*GB2⑵高次抛物线过度=3\*GB2⑶回旋线过度=4\*GB2⑷插入二次抛物线过度本设计采用的是第一种方法，比例过度法。4.5土石方数量计算与土石方调4.5.1横断面面积的计算为计算路基土石方数量需先求得横断面面积，当地面不规则时，常采用的方法有积距法和几何图形法。横断面面积计算时应注意的问题：填方面积和挖方面积应分开计算。填方面积中填石、加固边坡、填土等也应分开计算。如基底是淤泥需换土时，先算出挖出淤泥的面积，再计算换土填方面积，即统一面积计算两次。同理，挖方台阶的面积也应计算两次。大、中桥起终点之间的土石方数量，不计入路基土石方工程数量内。4.5.2路基土石方工程数量的计算各中桩的横断面面积求出后，即可进行土石方工程数量计算。常采用平均断面法计算。假定相邻两横断面间为一横断面积为两端断面积平均值的棱柱体，其高是横断面的间距。4-3在《路基土石方数量计算表》中进行计算。4.5.3土石方调配计算路基土石方工程数量后，还应进行土石方的调配，以便确定填土用土的来源，挖方弃土的去向，以及计价土石方的数量和运量。通过调配，合理的解决各路段土石方数量的平衡和利用问题，使路堑挖出土方，在经济合理的调运条件下移挖作填，达到填方有所取，挖方有所用。=1\*GB2⑴调配原则在半填半挖断面中，应首先考虑本路段内移挖作填，进行横向平衡，然后再作纵向调运，以减少总的运量。调配时应考虑到桥涵位置对施工运输的影响，一般大沟不能跨沟调运，同时应注意施工的可能和方便，尽可能避免和减少上坡运土。为使土石方调配合理，必须根据地形情况和施工条件，选用适当的运输方式，确定合理的经济运距，以分析工程用土是调运还是外借。土方调用配“移挖作填”，除考虑经济运距，还要综合考虑弃土或借土占地、赔偿青苗损失以及对农业生产的影响问题。土方和石方应根据工程需要分别进行调配，以保证路基稳定和人工构造物的材料供应。位于山坡上的回头曲线路段，要优先考虑上、下线的调运。借土应结合地形、农田规划等选择借土地点，并综合考虑借土还田，整地造田等措施；弃土应不占或少占耕地，在可能的条件下宜将土平整为耕地，防止乱弃乱堆，或堵塞河流，损害农田。=2\*GB2⑵调配方法本次设计土石方量调配采用土石方计算表调配法，调配结果见《路基土石方数量计算表》。具体步骤为弄清各桩号间路基填方、挖方情况并先横向平衡，明确本方利用方、欠方以及可用作远运方等的数量。在作纵向调配前，应根据施工方法及可能采用的运输方式，定出合理的经济运距。根据欠方和可远运的分布情况，结合路线纵坡和自然条件，本着技术经济和支农的原则，具体拟定调配方案，方法是逐桩、逐段将毗邻路段可作远运方就近纵向调配到欠方段内，加以利用，并把具体调运方向和数量用箭头注明在纵向利用调配栏中。经过纵向调配，如果仍有欠方或可作远运方，应确定借土或弃土地点，将其数量和远运距离分别填注到借方或废方栏内。土石方调配后的复核检查：横向调运方+纵向调运方+借方=填方；挖方+借方=填方+弃方；在《路基土石方数量计算表》中进行调配。路基设计基本成果见《路基设计表》第五章路基路面排水设计路基路面的强度与稳定性同水的关系十分密切。路基路面的病害有多种，形成病害的因素也很多，但水的作用是主要因素之一，因此路基路面设计、施工和养护中，必须十分重视路基路面排水工程。为排出路基、路面内的地面水和地表水，保证路面和路基的稳定，防止路面积水影响行车安全，应设置完善的排水设施。本设计为高速公路，路基路面排水应综合设计使各种排水设施形成一个功能齐全，排水性能强的完整排水系统。5.1路基路面排水的一般原则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，必要时可适当的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。设计前查明水源和地质条件，重点路段要进行排水系统的全面规划，考虑排水与桥涵布置相配合，地下与地面排水相配合，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，不轻易合并自然沟渠和改变水流性质，尽量选择有利地质条件布设人工沟渠，对于土质松软和纵坡较陡地段的排水沟渠，应注意必要的防护与加固。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，既要稳固使用，又必须讲究经济效益。为了减少水对路面的破坏作用，应尽量阻止水进入路面结构，并提供良好的排水措施，以便迅速排除路面结构内的水，也可建筑具有能承受荷载和雨水共同作用的路面结构。5.2路面排水设施5.2.1边沟设置在挖方路基的外侧以及填土高度较低的路堤坡脚外侧的纵向人工沟渠，称之为边沟。其主要功能在于汇集和排出路基范围内和流向路基的少量地面水。边沟的排水量不大时，一般不需要进行水文、水利计算。依据沿线具体条件，选定标准横断面形式，边沟紧靠路基，通常不允许其他排水沟渠的水汇入，也不能与其他人工沟渠和并使用。平坦地面填方路段的路旁取土坑，常与路基排水设计综合考虑，使之起到表沟的排水作用。=1\*GB2⑴边沟的断面形式常用的有梯形、矩形、三角形和流线型等几种形式。一般情况，土质边坡宜采用梯形；石质边沟宜采用矩形，以减少沟顶宽度；易于积雪或积沙路段，边沟宜采用流线型，单个采用机械化施工、且用地条件许可时宜采用三角形。国防公路，为了利用车辆横越边沟，宜采用三角形边沟。本设计采用用梯形边沟，边沟采用浆砌片石防护。=2\*GB2⑵边沟的断面尺寸《公路排水设计规范》规定高速公路的边沟的深度不得小于0.4米，本设计中的边沟深度采用0.6米。本段设计采用边沟的边坡为内侧1：1.5，外侧边坡坡度与挖方边坡坡度相同。边沟采用浆砌片石，砌筑用的砂浆强度采用M7.5。=3\*GB2⑶边沟的纵坡和长度为了保证边沟能迅速地排水，边沟纵坡一般与路线纵坡一致（出水口附近除外），平坡路段，边沟宜保持不小于0.5%的纵坡。在工程困难地段宜不得小于0.3%，但边沟口间距宜缩短。在边沟出水口附近以及排水困难路段，如回头曲线和路基超高较大的平曲线等处，边沟应进行特殊设计。为防止边沟水流漫溢或冲刷，通常规定单向排水长度每300～500米即应设排水沟，将水引至低洼处，必要时添设涵洞，将水引入路基另一侧。=4\*GB2⑷边沟的出水口边沟水流流向路堤坡脚处，纵坡一般较陡。当边沟底到填土坡脚高差过大时，应结合地形和地质条件采取下列措施：设置排水沟将路堑边沟沿出水口处的山坡引向路基范围以外，不直接冲刷填方路基。自边沟与填方毗邻处设跌水或急流槽，将水流直接引到填方坡脚之外，以免冲刷，影响路基稳定性。当边沟水流流向桥涵进水口时，为避免边沟流水冲刷，应作如下处理：在涵洞进口处设置窨井，或根据地形需要，在进口前设置急流槽与跌水等构造物。当边沟水流向桥涵进水口时，为避免冲刷，应在涵洞进水口前或桥头翼前设置急流槽或跌水构造物将水引走。5.2.2截水沟截水沟，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，用以拦截并排除路基上方流向路基的地面径流。当山坡填方路段可能遭到上方流水的破坏时，必须设置截水沟以拦截山坡水流保护路堤。降水量较少或坡面坚硬及边坡较低以致影响不大时的地段可以不设截水沟。反之则必须设两道或多道截水沟。=1\*GB2⑴截水沟的断面形式截水沟的断面形式一般为梯形，本设计边坡采用1：1.5，宽度采用0.8米，深度0.6米。截水沟的位置应尽量与地面水流方向垂直，以提高截水效能和缩短沟的长度。截水沟应保持水流通畅，必要时配以急流槽或涵洞等泄水结构物将水流引入指定地点。截水沟水流不应引入边沟，长度以200—500m为宜。=2\*GB2⑵截水沟离开路基的距离截水沟离开挖方路基的距离应视土质而定，以不影响边坡稳定性为原则。对于一般土层，距离d≥5米，地质不良地段，酌情增大。对于有软弱地段，其距离因挖方边坡高度H而异，一般为d≥5+H米，但应不小于10米，截水沟挖出的土，可在截水沟之下侧做成土台。台顶应筑成2%倾向截水沟的横坡，土台坡脚离路基挖方坡顶应有适当距离。山坡路堤上方的截水沟，离开路堤坡脚至少2米，并用开挖截水沟的土在路堤与截水沟之间，修成倾斜2%的土台。=3\*GB2⑶截水沟的出水口截水沟内的水流一般应避免排入边沟。通常应尽量利用地形，将截水沟中的水流排入截水沟所在山坡一侧的自然沟中，或直接引到桥涵进口处，以免在山坡上任其自流，造成冲刷。截水沟的出水口，应与其它排水设施平顺地衔接，必要时宜设跌水或急流槽。5.2.3排水沟排水沟主要用于排除来自边沟，截水沟或其它水源的水流，并将其引至路基范围以外的指定地点。排水沟的断面形式一般为梯形，底宽不应小于0.5m，深度按流量确定，但不宜小于0.5m。边坡坡度视土质而定，一般土层可用1：1.5。沟底纵坡以1%～3%为宜，纵坡大于3%，需进行加固，大于7%时，应设置跌水或急流槽。排水沟的长度应根据实际需要确定，通常宜在500m以内。排水沟的位置，可根据当地需要并结合当地地形等条件定，离路基应尽可能远，平面上应力求直捷，排水沟距路基的距离一般不小于3～4m。5.2.4急流槽急流槽用于陡坡地段，沟底纵坡可达45°。采用浆砌片石砌筑，并加以相应的防护加固。急流槽造价较高。。第六章路面设计路面是一种层状结构，根据不同路基状况和交通量，常将路面分为面层、基层、垫层。本设计为巴达高速公路路基路面工程综合设计，由于此地区地处亚热带温暖湿润季风气候，属公路自然区划Ⅳ区，公路路面的确定有如下步骤：6.1路面等级的确定公路上往往有不同类型的车辆行驶，其时速和所占面积不相同，计算交通量时，除分类统计外，有时折换成一种类型进行统计，根据规范(汽车专用路)：高速公路：一般能适应按各种汽车折合成小客车的年平均昼夜交通量25000辆以上。一级公路：四车道一级公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量15000～30000辆。二级公路：双车道二级公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量5000～15000辆。各种车型折算系数见表6-1。表6-1车种换算系数车型小客车换算系数中型载重汽车换算系数小客车1.00.5中型载重汽车2.01.0带挂车的载重汽车、大平板车3.01.5大型小型载重汽车、大客车2.01.06.2路面类型的选定6.2.1路面等级与类型路面等级，面层类型应于公路等级，交通量相适应。路面等级，面层类型的选择应根据公路等级与使用要求，设计年限内标准轴载的累计当量轴次，筑路材料和施工机械设备等因素按下确定：路面类型的选择；公路等级；路面等级；面层类型；设计年限；累计轴次；对有特殊使用要求的公路，其路面等级与面层类型的选择可根据实际情况选用。6.2.2路面分类从路面力学特性出发，一般将路面分为以下三种结构类型：1、柔性路面它主要包括用各种基层(水泥砼除外)和各类沥青面层。碎石面层或块石面层结构，但柔性路面刚度小，变形大，路面结构本身抗拉强度较低。2、刚性路面主要指用水泥砼作面层或基层的路面结构，水泥砼的强度高，特别是它的抗弯拉强度，较其他各种路面材料要求高得多，刚性较大，面层摩擦力大。3、半刚性路面用石灰或水泥砼稳定土或处治碎石，以及用各种含水硬性结合料的工业废渣修筑成的基层，在前期具有柔性路面的力学性质，当环境适宜时其强度会随着时间的推移而不断增大。柔性路面设计表6-2预测交通组成序号车型名称前轴重(kN)后轴重(kN)后轴数后轴轮组数后轴距交通量1三湘CK664020.537.51双轮组12602衡山HS66330701双轮组8003北京BJ13013.5527.21双轮组19004解放CA14124.568.61双轮组9805东风EQ14023.769.21双轮组8506黄河JN16259.51151双轮组5207东风CS93824702双轮组>3150轴载分析路面设计以双轮组轴载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。轴载换算轴载换算采用如下的公式：(6-1)累计当量轴次根据设计规范，高速公路沥青路面的设计年限取15年，四车道的车道系数取0.45；交通量平均年增长率γ=7%。累计当量轴次：次验算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次轴载换算验算半刚性基层层底拉应力的轴载换算公式为：(6-2)参数取值同上，设计年限是15年，车道系数取0.45。1、累计当量轴次次2、结构组合与材料选取由上面的计算得到设计年限内一个行车道上的累计标准轴次约为850万次左右。根据现规范推荐结构，路面结构层采用沥青混凝土15cm，基层采用水泥稳定碎石待定，底基层采用水泥碎石土25cm。规范规定高速公路的面层有高级路面和次高级路面两种等级类型。由于设计年限内一个车道上的累计标准轴次约为850万次左右，查规范表路面类型选择，采用沥青混凝土路面。查规范中的第四节沥青路面的4.2高级路面中的表“沥青混合料类型选择(方孔筛)”，采用密级配沥青混凝土取15cm。3、各级材料的抗压模量与劈裂强度查表得到各层材料的抗压模量和劈裂强度。抗压模量取20℃的模量，各值均取规范给定范围的中值，因此得到20℃的抗压模量：细粒式密级配沥青混凝土为1400Mpa，中粒式密级配沥青混凝土为1200Mpa，粗粒式密级配沥青混凝土为900Mpa，水泥稳定碎石1500Mpa，水泥砂砾为550Mpa。各层材料的劈裂强度：细粒式密级配沥青混凝土为1.4Mpa，中粒式密级配沥青混凝土为1.0Mpa，粗粒式密级配沥青混凝土为0.8Mpa，水泥稳定碎石为0.5Mpa，水泥碎石土为0.54、土基回弹模量的确定该路段处于Ⅳ区，查表14-9自然自然区各土组土基回弹模量参考值(Mpa)”查得土基回弹模量为45.0Mpa。5、设计指标的确定对于高速公路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并结合结构层底拉应力验算。设计弯沉值路面设计弯沉值根据公式计算。该公路为高速公路，公路等级系数取1.0，面层是沥青混凝土，面层类型系数取1.0，半刚性基层，底基层总厚度大于20cm设计弯沉值为：各层材料的的容许底层拉应力细粒式密级配沥青混凝土：中粒式密级配沥青混凝土：粗粒式密级配沥青混凝土：水泥稳定碎石：水泥碎石土：6、设计资料总结设计弯沉值为：设计弯沉值为24.9(0.01mm)，相关设计资料汇总如表6-5所示：表6-5设计资料汇总表(中湿)材料名称h(cm)20℃模量（Mpa容许拉应力（Mpa）细粒式沥青混凝土414000.34中粒式沥青混凝土512000.24粗粒式沥青混凝土69000.18水泥稳定碎石2815000.23水泥碎石土?5500.18土基－45－确定底基层石灰土的厚度：综合修正系数：——路面实测弯沉值P,δ——分别为车型的轮胎接地压强和当量圆半径：P＝0.7(Mpa)，=10.65=0.503理论弯沉系数：d——单轮传压面当量圆直径d=21.30由==0.8571，=；查三层体系表面弯沉系数诺谟图得：α＝6.60；=，=；查三层体系表面弯沉系数诺谟图得：=1.30；则查三层体系表面弯沉系数诺谟图得：=4.83H=4.83×10.65=51.44取H=52=36.8cm1、按设计弯沉值计算设计层厚度：Ld=24.9(0.01mm)h4=20cmLs=25.3(0.01mmh4=25cmLs=23.4(0.01mmh5=21cm(仅考虑弯沉)2、按容许拉应力验算设计层厚度：H(5)=21cm(第1层底面拉应力验算满足要求)H(5)=21cm(第2层底面拉应力验算满足要求)H(5)=21cm(第3层底面拉应力验算满足要求)H(5)=21cm(第4层底面拉应力验算满足要求)H(5)=21cm(第5层底面拉应力验算满足要求)路面设计层厚度:H(5)=21cm(仅考虑弯沉)H(5)=21cm(同时考虑弯沉和拉应力).表6-6设计资料汇总表（中湿）材料名称h(cm)20℃模量（Mpa容许拉应力（Mpa）细粒式沥青混凝土414000.34中粒式沥青混凝土512000.24粗粒式沥青混凝土69000.18水泥稳定碎石2815000.23水泥碎石土375500.18土基－45－2.刚性路面设计=3152.27高速公路设计基准期为15年，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取0.39，交通年增长率为7％，=1.1×次属于中等交通（2）初拟路面结构根据自然条件地质条件，粉质中液限粘土。相应的安全等级为四级的变异水平等级为中级。根据高速公路，重交通等级和中级变异水平等级，查表，初拟普通水泥混凝土面层厚度0.24m，水泥稳定粒料基层0.16m，底基层选用水泥稳定砂砾（水泥用量5％）0.18m，垫层为0.15m的水泥石灰综合稳定土。普通水泥混凝土面层板的平面尺寸长为5m、宽为4.25m；纵缝为设传力杆的胀缝。横缝设缩缝。（3）路面材料参数确定按表，取普通水泥混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa，相应的弯拉弹性模量标准值为31GPa；水泥稳定粒料弯拉强度标准值为4.0MPa，相应的弯拉弹性模量标准值为27GPa。查表得路基回弹模量取30MPa。查表得水泥石灰综合稳定土垫层回弹模量取600MPa，水泥稳定砂砾基层回弹模量取1300MPa。计算基层顶面当量回弹模量如下：（4）计算荷载疲劳应力普通混凝土面层与水泥稳定粒料基层组成分离式复合式面层。此时。复合式混凝土面层的截面总刚度，计算为：复合式混凝土面层的相对刚度半径计算式为:=标准轴载在普通混凝土面层临界荷位处产生的荷载应力计算式为：普通混凝土面层，因纵缝为设拉杆平缝，—考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为设拉杆的平缝：=0.87~0.92，纵缝为不设拉杆平缝或自由边界：=1.0，纵缝为设拉杆的企口缝：=0.76~0.84接缝传荷能力的应力折减系数；碾压混凝土基层不设纵缝，不考虑接缝传荷能力的应力折减系数。水泥混凝土面层，考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数；碾压混凝土基层，考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数。—考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数，按公路等级查表15—13确定。—偏载、动载影响系数，由表知公路普通混凝土面层的荷载疲劳应力计算为：水泥稳定粒料基层的荷载疲劳应力计算为：（5）温度疲劳应力—最大温度梯度，由表、最大温度梯度取88—与和h有关的系数，，由图可查混凝土板厚h=0.24

m时，，最大温度梯度时普通混凝土上面层的翘曲应力（MPa）：—混凝土线膨胀系数—最大温度梯度，由表、最大温度梯度取88—混凝土抗弹性模量（MPa）取31000Mpa温度疲劳应力系数：—水泥混凝土弯拉强度的标准值（MPa）取5Mpa为回归系数，由表知，普通混凝土面层的温度疲劳应力系数，计算式为：所以温度疲劳应力为分离式复合式路面中碾压混凝土基层的温度翘曲应力可忽略不计。查表，相应于安全等级的变异水平等级为中级，目标可靠度为80%，再根据查得的目标可靠度和变异水平等级，查表，确定可靠度系数普通混凝土面层：水泥稳定粒料基层：若满足上式，则初估板厚作为混凝土设计板厚。否则，重新假定板厚，再进行计算，直到满足上式为止，所以选普通混凝土面层厚度（0.24m）和碾压混凝土基层厚度（0.16m）组成的分离式复合式路面，可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用，初拟路面结构合格。第七章挡土墙稳定性验算挡土墙的设计方法有容许应力法和极限状态法两种。容许应力法是将结构材料视为理想的弹性体，在荷载的作用下产生的应力和变形不超过规定的容许值。极限状态法是根据结构在荷载作用下上午工作特征，在容许应力法基础上发展形成的一种设计方法。这种方法不在采用均匀弹性体的假定，而是承认结构在临近破坏时处于弹性工作阶段，以结构物在各种荷载组合情况下均不得达到其极限状态为前提，同时具有足够的安全储备。7.1挡土墙的破坏形式及稳定性要求重力式挡土墙的破坏形式及原因如下。1、由于基础滑动而造成的破坏；2、由于绕墙趾转动所引起的倾覆；3、因基础产生过大的不均匀沉陷而引起的墙身倾斜；4、因墙身材料强度不足而产生的墙身剪切破坏；5、沿通过墙踵的某一滑动圆弧的浅层剪切破坏和沿基底下某一深度的滑弧的深层剪切破坏。为避免挡土墙发生上述破坏，保证其有足够的整体稳定性和强度，设计挡土墙时，一般均应验算沿基底的滑动稳定性，绕墙趾转动的倾覆稳定性，基底应力和偏心距，以及墙身的强度，如地基有软弱下卧层存在，还需验算沿基底下某一可能的滑动面滑动的稳定性。表7-1挡土墙验算项目及控制指标要求项目指标1、不产生墙身沿基底的滑动破坏滑动稳定性(1)荷载组合ⅠⅡⅢⅣ时：Kc≥1.3(2)荷载组合Ⅴ时：Kc≥1.22、不产生墙身绕墙趾倾覆倾覆稳定性(1)荷载组合Ⅰ时：K0≥1.5(2)荷载组合ⅡⅢⅣ时：K0≥1.3(3)荷载组合Ⅴ时：K0≥1.23、地基不出现过大的沉陷基底应力基底最大压应力小于地基容许承载力σmax≤[σ0]4、不出现基底不均匀沉陷引起的墙身倾斜偏心距作用于基底合力偏心距e荷载组合ⅡⅢⅣ时：非岩石地基e0≤B/6；岩石地基e0≤(1.2~1.6)B/65、墙身不产生开裂破坏墙身断面强度按最大容许压、剪应力≤[σa]、[τ]7.2挡土墙稳定性验算7.2.1抗滑稳定性验算为了保证挡土墙的抗滑稳定性，应检算在土压力及其他外力作用下，基底摩阻力抵抗挡土墙滑移的能力，用抗滑移稳定系数Kc表示，即抗滑力与滑动力之比；如图7-1所示：(7-1)图7-1(尺寸单位：cm)式中：G——挡土墙自重(KN/m)；Ex、Ey——墙背主动土压力的水平与垂直分力(KN/m)；f——基底摩阻系数，可通过现场试验确定。无实验资料时，可参照表7-2的经验数据,本设计取f=0.30；[Kc]——容许抗滑稳定系数。M7.5浆砌片石的重力密度γ=23KN/m3；填土的重力密度γ=17.0~18.0KN/m3；挡土墙的重力为：式中：Ω——挡土墙截面面积(m2)；——挡土墙重力密度(KN/m3)；墙背主动土压力计算：由式7-2；(7-2)式中：——当c=0时的土压力；(7-3)G——棱体ABDEFIL的自重；(7-4)其中：式中：为裂缝深度；c——填料的单位黏聚力（Kpa或KN/m）将G的表达式代入得：(7-5)是由于黏聚力的作用而减小的土压力；(7-6)破裂角的计算公式：其中：(7-7)式中：γ——墙后填土的单位体积重力(KN/m3)；φ——填土的内摩擦角(°)；δ——墙背与填土间的摩擦角(°)；β——墙后填土表面的倾斜角(°)；α——墙背倾斜角(°)，俯斜墙背α为“+”，仰斜墙背α为“-”；H——挡土墙高度(m)；Ka——主动土压力系数。计算得出θ角为43°；ψ=φ+δ–α=76°；墙背主动土压力土压力的水平与垂直分力为：,;(7-8)；；则抗滑稳定性验算:满足要求；7.2.2抗倾覆稳定性验算为了保证挡土墙的抗倾覆稳定性，必须验算它抵抗墙身绕墙趾向外转动倾覆的能力，