湖南怀化至通道高速公路K22+000~K25+000路段设计

I1.确定道路等级根据任务书所给交通量，预测使用初期2019年年平均日交通量见表1.1，预测年平均增长率为6.70%。表1.1预测使用初期2019年年平均日交通量车型汽车代表车型交通量小客车SH-130小客车2020大客车SH-141中型车335跃进牌NJ-130中型车1345东风牌EQ-140中型车840黄河牌JN-150大型车758日野KB222大型车235太脱拉138拖拉车170《公路工程技术标准》（JTGB01－2014）规定：交通量换算采用小客车为标准车型。各汽车代表车型及车辆折算系数规定如下表1.2。拖拉机交通量换算应符合下列规定：表1.2各汽车代表车型及车辆折算系数汽车代表车型车辆折算系数说明小客车1.0座位≤19座的客车和载质量≤2t的货车中型车1.5座位>19座的客车和2t<载质量≤7t的货车大型车2.57t<载质量≤20t的货车汽车列车4.0载质量>20t的货车注：拖拉机每辆折算为4辆小客车。折算为小客车后的年平均日交通量为：2020+（335+1345+840）×1.5+（758+235）×2.5+170×4=8962.5（pcu/d）设计交通量是指拟建道路到预测年限时所能达到的年平均日交通量，其值根据历年交通观测资料预测求得，多按年平均增长率计算确定[3]。AADT－设计交通量（辆/日）；ADT－起始年平均日交通量（辆/日）；r－年平均增长率（%）；n－预测年限（年）；本设计中若采用高速公路，根据规范要求高速公路的设计年限为20年，则设计交通量为:根据《公路工程技术标准》（JTGB01－2014）规定，当公路的设计交通量超过15000辆小客车/日时，可以选择高速公路和一级公路，本设计交通量为30729辆/日，本设计采用高速公路。对于多车道公路，运用设计小时交通量可确定车道数，通过准确的计算可取得良好的经济效益，公式如下[3]：AADT－规划年度的年平均日交通量（辆/d）；－每一车道设计通行能力（辆/h）；K－设计小时交通量系数（%）；－方向不均匀系数（%）；根据《公路工程技术标准》（JTGB01－2014），我们可得到设计小时交通量系数查表得K为8.5%，方向不均匀系数为60%，高速公路的设计服务水平为三级，高速公路一条车道设计服务水平下的最大服务交通量为1600pcu/（h·ln）。高速公路路段的设计通行能力按下式计算[4]：－每一车道设计通行能力（辆/h）；－设计服务水平的最大服务交通量；－交通组成修正系数，按下式计算：－车型i的交通量占总交通量的百分比；－路侧干扰修正系数，高速公路取1.0；－车型i的车辆折算系数，按规范表上选取；－驾驶人总体特征修正系数，通过调查确定，一般为0.95-1.00。本设计中所涉及到的具体相关数据如下：表1.3基本数据汇总表车型代表车型交通量DHV换算后DHV小客车SH-130小客车2020171.70588.70大客车SH-141中型车2520214.20734.421.51101.6342.18%跃进牌NJ-130东风牌EQ-140黄河牌JN-150大型车99384.41289.402.5723.5027.70%日野KB222太脱拉138拖拉车17014.4549.544198.167.59%=1600×0.539×0.98×1=929.824（辆/h）n=2×30731/929.824×0.6×0.085=3.37综上所述，本设计中采用4车道的高速公路。2.主要技术指标高速公路是专供汽车分向、分车道行驶并应全部控制出入的多车道公路。根据相应规范确定道路等级为双向4车道的高速公路，项目处于山地丘陵区，根据沿线地形地貌、交通量以及相关规范，本设计中高速公路设计速度采用100Km/h，路基宽度为26m，行车道宽度为3.75m，主要技术标准汇总于下表。表1.4主要技术标准汇总表项目单位设计值公路等级高速公路设计速度km/h100路基宽度m26直线长度最小值m同向600反向200圆曲线的最小半径m极限400一般700缓和曲线最小长度m85平曲线长度m一般500最小170最大纵坡%4.0坡长m一般350最小250最大坡长m3%10004%800停车视距最小值m160竖曲线最小长度m85（一般210）凸形竖曲线最小半径m6500（一般10000）凹形竖曲线最小半径m3000（一般4500）路基设计洪水频率1/100最大超高渐变率1/2251.4设计概况本工程设计为湖南怀化至通道高速公路K22+000~K25+000路段设计，全长3000m，道路为设计速度为100km/h的双向四车道的高速公路，主要完成了方案比选、平面线形设计、纵断面设计、横断面设计、边坡稳定性验算和挡土墙设计与验算、排水沟验算、桥梁涵洞的布置、路面结构设计以及工程预算。结合地形地质地貌多方面考虑进行选线，利用纬地确定平面线形，初拟两个可行方案，进行方案比选后确定最终方案为方案二；根据规范要求进行纵坡设计，本路段设置3段纵曲线，并对竖曲线要素进行计算；在适当位置布置挡墙和桥梁涵洞，确定路面横断面图满足要求，对横净距进行检查，保证视距要求，并在路基土石方表格上进行土石方调配；借助理正软件进行边坡稳定性分析和挡土墙设计及验算，得到边坡均满足安全稳定系数且挡墙也满足要求，同时在深挖路段设置截水沟，适当位置设计排水沟，并对排水沟进行了详细设计，满足排水要求；借助好路网进行沥青路面设计，在干燥、中湿和潮湿两种情况下进行方案比选，共设计了四个方案，在不同情况下选择最优方案；最后参照交通运输部发布的2018年新规范手算了工程造价部分。设计方案比选本设计中拟修建一条从怀化市到通道县的公路，在本路段起终点内选择以下两条路线方案，如图2.1：图2.1比选方案表2.1两种方案主要技术指标比较比较项目方案一方案二路线长度3km3km线形基本型曲线S曲线交点数目23占用农田情况较多较少平曲线最小半径610486.552安全评价安全安全构造物两座桥梁一座桥梁路基土石方挖方：691116；填方：424735挖方：540682；填方：755832征地拆迁较多房屋拆迁无房屋拆迁方案特点线形普通，后半部分路线较平整，但路线中间产生较大的高差，有两座桥梁，造价较高，且占用耕地较多，路线不够合理线形合理流畅，无较大土石方开挖，无拆迁沿线居民房屋，占用农田较少，有一座桥梁，造价较少，总体路线走势平坦，路线相对合理方案比较参考方案推荐方案2.3平面设计平曲线计算图2.2平面曲线计算图上图为按回旋线敷设缓和曲线的基本图式，其几何元素的计算公式如下：切线增长值：内移值：缓和曲线角：切线长：平面线长：外距：切曲差：本设计利用纬地作图，共设三个交点，以第3个平面曲线JD3K23+917.569为例计算：拟定半径R=1330m，查规范知缓和曲线的最小长度为85m，要尽量满足缓和曲线：圆曲线：缓和曲线=1：1：1，故缓和曲线长度155m，查直曲表知转角值为，则有：切线增长值：内移值：缓和曲线角：切线长：平面线长：外距：切曲差：其中，缓和曲线应满足：旅客感觉舒适：行驶时间不过短：缓和曲线参数满足要求：主要里程桩号计算：ZH：JD-T=（K23+917.569）-233.711=K23+683.858HY：ZH+（K23+683.858）+155=K23+838.858QZ：ZH+L/2=（K23+683.858）+465.8411/2=K23+916.778YH：HZ-（K24+149.699）-155=K23+994.699HZ：ZH+L=（K23+683.858）+465.8411=K24+149.699同理可得到JD1和JD2的各几何要素和主要里程桩号。2.4纵断面设计纵断面设计的主要任务是综合考虑工程的技术要求和经济性等诸多因素，合理确定坡度、坡长和竖曲线半径，并进行纵断面和平面的组合设计，以便达到行车安全、环保、快速、经济合理及乘客感觉舒适的目的[2]。（3）竖曲线设计纵断面上两个坡段的转折处，为了行车安全、舒适并满足视距需要，常用一段曲线缓和，这条曲线称为竖曲线，一般采用二次抛物线作为竖曲线。本设计中共设计两个竖曲线。（4）竖曲线计算图2.3竖曲线计算图上图为按二次抛物线敷设缓和曲线的基本图式，取xoy坐标系，以竖曲线起点为原点，横坐标为路线里程长度，纵坐标为竖向高程，设边坡点相邻两直坡段坡度分别为，其几何元素的计算公式如下：变坡角：曲线长：切线长：外距：竖距：切线高程：设计高程：①计算竖曲线要素，以第2个竖曲线为例，即变坡点K23+940，，，凸形竖曲线半径一般值为10000，在满足平包竖的条件下，半径越大越好，故半径取，则有：变坡角：曲线长：切线长：外距：其他竖曲线同理计算。②计算设计高程，变坡点K23+940，高程为454.57m，起点为K23+823，则起点高程=454.5685+1.44%×117=456.25m横距：竖距：切线高程：设计高程：其他变坡点竖曲线高程计算同理，竖曲线竖距计算如下表所示。表2.2竖曲线竖距计算表桩号X（m）高程修正y=切线高程（m）设计高程（m）K23+82300456.25456.25K23+840170.0096456.01456.00K23+860370.0456455.72455.67K23+880570.1083455.43455.32K23+900770.1976455.14454.95K23+920970.3136454.86454.54K23+9401170.4563454.57454.11K23+9601370.6256454.28453.65K23+9801570.8216453.99453.17K24+0001771.0443453.70452.66K24+0201971.2936453.42452.12K24+0402171.5696453.13451.56K24+0572341.8252452.88451.06竖曲线详细见《竖曲线表》与《路基设计表》。2.5横断面设计1.横断面组成及其设计高速公路横断面由车道、中间带、硬路肩、土路肩等部分组成，横断面设计只限于两侧路肩外缘之间各组成部分的宽度和横向坡度等问题。本路段设计中采用高速公路，设计速度为100km/h，路基宽度为26m，其中中央分隔带2m，行车道3.75m，硬路肩3m，土路肩0.75m，断面图如下：图2.4横断面结构（尺寸单位m）2.加宽设计当平曲线半径小于等于250m时，需进行加宽，本高速公路的平曲线半径均大于250m，故不进行加宽设计。超高设计设计超高是为抵消车辆在平曲线路段上行驶时所产生的离心力，将路面做成外侧高内侧低的单向横坡形式。本高速公路的超高过度采用绕中央分隔带边线的旋转方式。计算公式见表2.3。表2.3平曲线超高计算公式超高位置计算公式x距离处行车道横坡值备注外侧C1、计算结果为与设计高之差；2、设计高程为中央分隔带外侧边缘的高程。D0内侧C0D1）超高确定超高值的计算公式为:，计算得各曲线的超高值如下表所示：表2.4各平曲线超高设置曲线交点曲线半径超高坡度K22+634.3236805%K23+173.844486.5526%K23+917.56913303%2）超高计算以交点K23+917.569处平曲线为例计算。a.计算要素超高旋转轴位于中央分隔带边线处，当设计车速为100km/h时，查表知最大超高渐变率为1/175,则超高过渡段长度为：虽然，但，故取。b.超高计算桩号K23+800处平曲线超高计算：外侧：内侧：同理可计算其他点的超高值，具体计算结果见《路基设计表》和《路基超高加宽表》。c.视距检查①弯道2视距检查：已知半径，缓和曲线长度曲线转角，查直曲表知平曲线长圆曲线长度，可计算视线横净距，视距，故有，这种情况下横净距公式如下：其中：—曲线内侧视点轨迹线的半径，；—道路中线缓和曲线全长所对应的回旋角，；—视线所对应的圆心角。代入数据计算：则横净距：综上所述：，不满足视距要求，需要进行障碍物清除，即向外切割，切割宽度为。②弯道1视距检查：已知半径，缓和曲线长度曲线转角，查直曲表知平曲线长圆曲线长度，可计算视线横净距，停车视距为160m，视距，故，计算公式及过程同弯道2：则横净距：综上所述：，不满足视距要求，需要进行障碍物清除，即向外切割，切割宽度为。③弯道3视距检查：已知半径，缓和曲线长度曲线转角，查直曲表知平曲线长圆曲线长度，可计算视线横净距，视距，故有，计算公式及过程同弯道1：则横净距：综上所述：，不满足视距要求，需要进行障碍物清除，即向外切割，切割宽度为。2.6土石方调配1.土石方计算平均断面法：若相邻两端面均为填方或挖方且面积大小相近，假定断面之间为一棱柱体，体积计算公式为：—体积，即土石方数量；—分别为相邻两断面的面积；—相邻断面之间的距离。若相差甚大，则与棱台更为接近，计算公式为：式中：，其中。本设计中由纬地直接出土方计算表。土石方调配后，应按下式复核检查:横向调运+纵向调运+借方=填方横向调运+纵向调运+弃方=挖方挖方+借方=填方+弃方本设计中具体土石方调配结果见土方计算表。3.2路基边坡设计1、一般路堤边坡坡度本设计利用纬地进行设计，路堤边坡在深度<6m时（从上往下），边坡坡度为1：1.5，深度>6m且<12m时，边坡坡度为1：1.75，深度>12m时，边坡坡度为1：2，中间均设置1.5m宽的碎落台。2、路堑边坡坡度本设计采用纬地进行设计，路堑边坡在高度<6m时（从下往上），边坡坡度为1：2，高度>6m且<12m时，边坡坡度为1：1.33，深度>12m时，边坡坡度为1：1，中间均设置1.5m宽的碎落台。3边坡稳定性分析土质边坡稳定性分析的各种方法，按滑动面特征，分为直线、折线和曲线三大类。路堤稳定性分析,包括路堤堤身的稳定性路堤和地基的整体稳定性、路堤沿斜坡地基或软弱层带滑动的稳定性等内容,而路堑稳定性分析主要针对路堑边坡[1]。路基边坡稳定力学计算的基本方法是分析失稳滑动体沿滑动面上的下滑力T与抗滑力R,按静力平衡原理,取两者之比值为稳定系数K,即:K=1时，表示下滑力与抗滑力相等，边坡处于极限平衡状态；K<1时，边坡不稳定；K>1时，边坡稳定。路堤进行稳定性分析时应考虑的三种情况：①正常工况：路基投入运营后经常性或持续时间长的工况。②非正常工况Ⅰ：路基处于暴雨或连续降雨状态下的工况。③非正常工况Ⅱ：路基遭遇地震等荷载作用的工况。路堤稳定性计算分析得到的稳定安全系数，根据规范要求，应满足的稳定安全系数如下表所示：表3.1稳定性安全系数表工况正常工况非正常工况Ⅰ非正常工况Ⅱ稳定安全系数1.451.351.15本设计中计算参数的选用：路基土的天然重度取18kN/m3，含水量取28%，孔隙比为0.75，粘聚力取25kPa，内摩擦角取19.06°，浸水后粘聚力取12.5kPa，内摩擦角取降低3度值为16.06°。高填路堤边坡稳定性分析：荷载当量高度的计算计算时要将行车荷载换算成相当于路基岩土层的荷载当量厚度，算入滑动体的重力中去。换算时可按荷载的最不利布置条件,取单位长度路段，计算式如下[6]:式中：—行车荷载换算高度（m）；—前后轮最大轴距，标准车辆荷载为12.8m；—一辆重车的重力，标准车辆荷载为550kN；—并列车辆数，双车道N=2，单车道N=1；—路基填料的重度（）；—荷载横向分布宽度（m），表示如下：其中：—后轮轮距，取1.8m；—相邻两辆车后轮的中心间距，取1.3m；—轮胎着地宽度，取0.6m。本高速公路为双向四车道，一侧为双车道有N=2，故一侧荷载横向分布宽度5.5m，行车道荷载为，行车道荷载换算高度。危险圆弧滑动面圆心位置的确定条分法确定破裂面圆心所在位置采用4.5H法。在路基坡脚处引垂线向下，长度为，在以此点向右引水平线截取长度为4.5H的一点，由边坡坡度查的，分别作两角交于一点，如下图所示：图3.14.5H法确定圆心位置图示c、稳定性分析本设计中采用简化Bishop法进行分析计算，稳定安全系数K按下式计算：式中：—第i土条重力（kN）；—第i土条底滑面的倾角（°）；—第i土条垂直方向外力（kN）；—第i土条宽度（m）；—第i土条滑弧所在土层的粘聚力和内摩擦角，依据滑弧所在位置，取相应土层的粘聚力和内摩擦角；—系数，由下式计算：本设计中均利用理正进行电算，其中条分法的土条宽度为1m，搜索时圆心步长为1m，搜索时半径步长为0.5m，具体计算结果见下述。本路段最大路堤高为22.83m，桩号为K22+780。对K22+780处左边坡进行稳定性分析：①正常工况：最不利滑动面滑动圆心为（8.881，38.846），滑动半径为39.848，此时总的下滑力为1954.895kN，总的抗滑力为3005.729kN，则滑动安全系数为1.537>1.45，故边坡稳定性满足要求。②非正常工况Ⅱ：最不利滑动面滑动圆心为（8.961，39.366），滑动半径为40.373，此时总的下滑力为2086.509kN，总的抗滑力为3012.117kN，则滑动安全系数为1.443>1.15，故边坡稳定性满足要求。（2）陡坡路堤边坡稳定性分析：本设计中均利用理正进行电算，剩余下滑力计算目标为计算剩余下滑力，安全系数的使用方法为扩大自重下滑力，具体计算结果见下述。本路段最大陡坡路堤桩号为K22+740。对K22+740处左边坡进行稳定性分析：①正常工况：剩余下滑力计算时的安全系数为1.45，故边坡稳定性满足要求。②非正常工况Ⅱ：设地震烈度为7度，水平地震系数为0.1，地震作用综合系数0.25，地震作用重要性系数1，地震力作用位置质心处，水平加速度分布类型为矩形，故剩余下滑力计算时的安全系数为1.35>1.15，故边坡稳定性满足要求。3.3挡土墙设计1、挡土墙结构布置（1）纵向布置纵向布置在纵断面图上进行。（3）平面布置在平面图上，应标示挡土墙与路线平面位置关系，与挡土墙有关的地物、地貌等情况。挡土墙基本情况如下表3.1所示表3.2挡土墙情况汇总起终点桩号挡墙形式挡墙高度（m）墙背仰角（）墙底倾角（）基础埋深（m）墙顶宽度（m）墙底宽度（m）K22+320-K22+380路堑挡土墙47311.310.81.8K22+400-K22+410路堑挡土墙47311.310.81.8K22+540-K22+553路堑挡土墙47311.310.81.8K22+660-K22+680路堑挡土墙47311.310.81.8K22+110-K22+120重力式路堤墙8.5640125.6K22+180-K22+190重力式路堤墙12760139K22+190-K22+200重力式路堤墙4.5640113K22+260-K22+280重力式路堤墙11.5640137.5K22+390-K22+400重力式路肩墙8.5640125.6K22+460-K22+480重力式路堤墙11.5640137.5K22+720-K22+730重力式路堤墙4.56401132、路堤挡土墙计算及验算取桩号K22+180处重力式挡墙为例计算。图3.2计算图示A、设计资料本项目为高速公路重力式路堤墙。墙身尺寸：墙身高12m，墙顶宽3m，面坡和背坡倾斜坡度均为1：0.25；设置防滑凸榫，其中，尺寸BT1=0.915m，BT=1.621m，HT=0.652m，防滑凸榫被动土压力修正系数为1，容许弯曲拉应力为0.5MPa，容许剪应力为0.99MPa；地面横坡角度为2°，填土对横坡面的摩擦角为10°，挡墙分段长度为15m。墙身材料：采用浆砌片石，砌体容重23KN/m³，圬工之间摩擦系数0.4，地基土摩擦系数0.5，墙身砌体容许压应力800kPa，墙身砌体容许弯曲拉应力110kPa，墙身砌体容许剪应力80kPa，材料抗压极限强度2.5MPa，材料抗力分项系数2.31，系数=0.002。a、组合系数：11.挡土墙结构重力分项系数=1.0002.墙顶有效永久荷载分项系数=1.0003.墙顶与第二破裂面间有效荷载分项系数=1.0004.填土侧压力分项系数=1.0005.车辆荷载引起土侧压力分项系数=1.0006.地震作用力分项系数=1.000b、土压力计算计算高度为12m处的库仑主动土压力，无荷载时的破裂角=48.312°，按实际墙背计算得到:第1破裂角为49.104°，=1522.659kN，=1215.469kN，=917.128kN，作用点高度=4.404m。因为俯斜墙背，需判断第二破裂面是否存在，计算后发现第二破裂面不存在，墙身截面积=73.057㎡，重量=1680.302kN，全墙地震力=71.413kN，作用点距墙顶高度=7.077m。滑动稳定性验算基底摩擦系数=0.5，采用防滑凸榫增强抗滑动稳定性,计算过程如下：基础底面宽度B=9m，墙身重力的力臂=4.46m，的力臂=7.899m，的力臂=4.404m，作用于基础底的总竖向力=2597.430kN，作用于墙趾下点的总弯矩=9033.688kN/m，基础底面合力作用点距离墙趾点的距离=3.478m；基础底压应力：墙趾=485.251kPa，凸榫前沿=445.256kPa，墙踵=91.955kPa，凸榫前沿被动土压应力=916.465kPa凸榫抗弯强度验算：弯曲拉应力=444.804<=500kPa凸榫抗剪强度验算：剪应力=368.622<=990kPa滑移力=1286.882kN，抗滑力=1683.261kN滑移验算满足：Kc=1.308>1.300滑动稳定方程验算：方程值=86.741kN>0.0（二）倾覆稳定性验算相对于墙趾点，墙身重力的力臂=4.46m，相对于墙趾点，的力臂=7.899m，相对于墙趾点，的力臂=4.404m验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性：倾覆力矩=5704.618kN/m，抗倾覆力矩=14738.306kN/m倾覆验算满足：K0=2.584>1.300倾覆稳定方程验算：倾覆稳定方程满足：方程值=7534.901kN/m>0.0（三）地基应力及偏心距验算基础类型为天然地基，验算墙底偏心距及压应力，作用于基础底的总竖向力=2597.43kN，作用于墙趾下点的总弯矩=9033.688kN/m；基础底面宽度B=9m，偏心距e=1.022m，基础底面合力作用点距离基础趾点的距离=3.478m；基底压应力：趾部=485.251kPa，踵部=91.955kPa，最大应力与最小应力之比=485.251/91.955=5.277。合力偏心距验算：e=1.022<=0.2*9=1.8m墙趾处地基承载力验算：压应力=485.251<=750kPa墙踵处地基承载力验算：压应力=91.955<=812.5kPa地基平均承载力验算：压应力=288.603<=625kPa（四）基础强度验算基础为天然地基，不作强度验算。（五）墙底截面强度验算验算截面以上地震力=70.38kN，作用点距墙顶高度=7m，验算截面以上，墙身截面积=72㎡，重量=1656kN，相对于验算截面外边缘，墙身重力力臂=4.5m，相对于验算截面外边缘，的力臂=7.899m，相对于验算截面外边缘，的力臂=4.404m。c、容许应力法法向应力检：作用于验算截面的总竖向力=2573.128kN，作用于墙趾下点的总弯矩=8991.415kN/m，相对于验算截面外边缘，合力作用力臂=3.494m，截面宽度B=9m，偏心距e1=1.006m。截面上偏心距验算满足：e1=1.006<=0.3*9=2.7m截面上压应力：面坡=477.582kPa，背坡=94.225kPa压应力验算满足：计算值=477.582<=1200kPa切向应力检算：剪应力验算满足：计算值=28.511<=120kPad、极限状态法重要性系数=1.05，验算截面上的轴向力组合设计值=2573.128kN，轴心力偏心影响系数=0.87，挡墙构件的计算截面每沿米面积A=9㎡，材料抗压极限强度=2500kPa，圬工构件或材料的抗力分项系数=2.31，偏心受压构件在弯曲平面内的纵向弯曲系数=1计算强度时：强度验算满足：计算值=2701.784<=8471.019kN计算稳定时：稳定验算满足：计算值=2701.784<=8471.019kNC、第二种情况：组合2a、组合系数：1挡土墙结构重力分项系数=1.200，其他分项系数同组合1。b、土压力计算计算高度为12m处的库仑主动土压力，无荷载时的破裂角=48.312°，按实际墙背计算得到：第1破裂角为49.104°，=1522.659kN，=1215.469kN，=917.128kN，作用点高度=4.404m。第二破裂面不存在，墙身截面积=73.057㎡，重量=1680.302kN，全墙地震力=71.413kN，作用点距墙顶高度=7.077m。（一）滑动稳定性验算基底摩擦系数=0.5，采用防滑凸榫增强抗滑动稳定性,计算过程如下:基础底面宽度B=9m，墙身重力的力臂=4.46m，的力臂=7.899m，的力臂=4.404m，作用于基础底的总竖向力=2597.43kN，作用于墙趾下点的总弯矩=9033.688kN/m，基础底面合力作用点距离墙趾点的距离=3.478m；基础底压应力：墙趾=485.251kPa，凸榫前沿=445.256kPa，墙踵=91.955kPa，凸榫前沿被动土压应力=916.465kPa凸榫抗弯强度验算：弯曲拉应力=444.804<=500kPa凸榫抗剪强度验算：剪应力=368.622<=990kPa滑移力=1286.882kN，抗滑力=1683.261kN滑移验算满足：Kc=1.308>1.300滑动稳定方程验算：滑动稳定方程满足：方程值=79.6kN>0.0（二）倾覆稳定性验算相对于墙趾点，墙身重力的力臂=4.46m，相对于墙趾点，的力臂=7.899m，相对于墙趾点，的力臂=4.404m验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性：倾覆力矩=5704.618kN/m，抗倾覆力矩=14738.306kN/m倾覆验算满足：K0=2.584>1.300倾覆稳定方程验算：倾覆稳定方程满足：方程值=7499.745kN/m>0.0（三）地基应力及偏心距验算基础类型为天然地基，验算墙底偏心距及压应力，作用于基础底的总竖向力=2597.43kN，作用于墙趾下点的总弯矩=9033.688kN/m；B=9m，e=1.022m，=3.478m；基底压应力：趾部=485.251kPa，踵部=91.955kPa，最大应力与最小应力之比=485.251/91.955=5.277。作用于基底的合力偏心距验算：e=1.022<=0.2*9=1.8m墙趾处地基承载力验算：压应力=485.251<=750kPa墙踵处地基承载力验算：压应力=91.955<=812.5kPa地基平均承载力验算：压应力=288.603<=625kPa（四）基础强度验算基础为天然地基，不作强度验算。（五）墙底截面强度验算验算截面以上地震力=70.38kN，作用点距墙顶高度=7m，验算截面以上，墙身截面积=72㎡，重量=1656kN，相对于验算截面外边缘，墙身重力力臂=4.5m，相对于验算截面外边缘，的力臂=7.899m，相对于验算截面外边缘，的力臂=4.404m。c、容许应力法法向应力检：作用于验算截面的总竖向力=2573.128kN，作用于墙趾下点的总弯矩=8991.415kN/m，相对于验算截面外边缘，合力作用力臂=3.494m，截面宽度B=9m，偏心距e1=1.006m。截面上偏心距验算满足：e1=1.006<=0.3*9=2.7m截面上压应力：面坡=477.582kPa，背坡=94.225kPa压应力验算满足：计算值=477.582<=1200kPa切向应力检算：剪应力验算满足：计算值=28.511<=120kPad、极限状态法重要性系数=1.05，验算截面上的轴向力组合设计值=2904.328kN，轴心力偏心影响系数=0.87，挡墙构件的计算截面每沿米面积A=9㎡，材料抗压极限强度=2500kPa，圬工构件或材料的抗力分项系数=2.31，偏心受压构件在弯曲平面内的纵向弯曲系数=1计算强度时：强度验算满足：计算值=3049.544<=8471.019kN计算稳定时：稳定验算满足：计算值=3049.544<=8471.019kND、第三种情况：组合3a、组合系数：0.8各项分项系数均为1。b、土压力计算计算高度为12m处的库仑主动土压力，无荷载时的破裂角=48.312°，按实际墙背计算得到：第1破裂角为49.104°，=1522.659kN，=1215.469kN，=917.128kN，作用点高度=4.404m。计算后第二破裂面不存在，墙身截面积=73.057㎡，重量=1680.302kN，全墙地震力=71.413kN，作用点距墙顶高度=7.077m。（一）滑动稳定性验算基底摩擦系数=0.5，采用防滑凸榫增强抗滑动稳定性,计算过程如下:基础底面宽度B=9m，墙身重力的力臂=4.46m，的力臂=7.899m，的力臂=4.404m，作用于基础底的总竖向力=2597.43kN，作用于墙趾下点的总弯矩=9033.688kN/m，基础底面合力作用点距离墙趾点的距离=3.478m；基础底压应力：墙趾=485.251kPa，凸榫前沿=445.256kPa，墙踵=91.955kPa，凸榫前沿被动土压应力=916.465kPa凸榫抗弯强度验算：弯曲拉应力=444.804<=500kPa凸榫抗剪强度验算：剪应力=368.622<=990kPa滑移力=1286.882kN，抗滑力=1683.261kN滑移验算满足：Kc=1.308>1.300滑动稳定方程验算：滑动稳定方程满足：方程值=86.741kN>0.0（二）倾覆稳定性验算相对于墙趾点，墙身重力的力臂=4.46m，相对于墙趾点，的力臂=7.899m，相对于墙趾点，的力臂=4.404m验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性：倾覆力矩=5704.618kN/m，抗倾覆力矩=14738.306kN/m倾覆验算满足：K0=2.584>1.300倾覆稳定方程验算：倾覆稳定方程满足：方程值=7534.901kN/m>0.0（三）地基应力及偏心距验算基础类型为天然地基，验算墙底偏心距及压应力，作用于基础底的总竖向力=2597.43kN，作用于墙趾下点的总弯矩=9033.688kN/m；基础底面宽度B=9m，偏心距e=1.022m，基础底面合力作用点距离基础趾点的距离=3.478m；基底压应力：趾部=485.251kPa，踵部=91.955kPa，最大应力与最小应力之比=485.251/91.955=5.277。作用于基底的合力偏心距验算：e=1.022<=0.2*9=1.8m墙趾处地基承载力验算：压应力=485.251<=750kPa墙踵处地基承载力验算：压应力=91.955<=812.5kPa地基平均承载力验算：压应力=288.603<=625kPa（四）基础强度验算基础为天然地基，不作强度验算。（五）墙底截面强度验算验算截面以上地震力=70.38kN，作用点距墙顶高度=7m，验算截面以上，墙身截面积=72㎡，重量=1656kN，相对于验算截面外边缘，墙身重力力臂=4.5m，相对于验算截面外边缘，的力臂=7.899m，相对于验算截面外边缘，的力臂=4.404m。c、容许应力法作用于验算截面的总竖向力=2573.128kN，作用于墙趾下点的总弯矩=8991.415kN/m，相对于验算截面外边缘，合力作用力臂=3.494m，截面宽度B=9m，偏心距e1=1.006m。截面上偏心距验算满足：e1=1.006<=0.3*9=2.7m截面上压应力：面坡=477.582kPa，背坡=94.225kPa压应力验算满足：计算值=477.582<=1200kPa切向应力检算：剪应力验算满足：计算值=28.511<=120kPad、极限状态法重要性系数=1.05，验算截面上的轴向力组合设计值=2058.502kN，轴心力偏心影响系数=0.87，挡墙构件的计算截面每沿米面积A=9㎡，材料抗压极限强度=2500kPa，圬工构件或材料的抗力分项系数=2.31，偏心受压构件在弯曲平面内的纵向弯曲系数=1计算强度时：强度验算满足：计算值=2161.427<=8471.019kN计算稳定时：稳定验算满足：计算值=2161.427<=8471.019kNE、各组合最不利结果（一）滑移验算安全系数最不利为：组合1(组合1)抗滑力=1683.261kN，滑移力=1286.882kN滑移验算满足：Kc=1.308>1.3滑动稳定方程验算最不利为：组合2(组合2)滑动稳定方程满足：方程值=79.6kN>0.0(二)倾覆验算安全系数最不利：组合1(组合1)抗倾覆力矩=14738.306kN/M，倾覆力矩=5704.618kN/m倾覆验算满足：K0=2.584>1.3倾覆稳定方程验算最不利为：组合2(组合2)倾覆稳定方程满足：方程值=7499.745kN/m>0.0(三)地基验算合力偏心距验算最不利为：组合1(组合1)作用于基底的合力偏心距验算:e=1.022<=0.2*9=1.8m墙趾处地基承载力验算最不利为：组合1(组合1)墙趾处地基承载力验算：压应力=485.251<=750kPa墙踵处地基承载力验算最不利为：组合1(组合1)墙踵处地基承载力验算：压应力=91.955<=812.5kPa地基平均承载力验算最不利为：组合1(组合1)地基平均承载力验算：压应力=288.603<=625kPa(四)基础验算不做强度计算。(五)墙底截面强度验算容许应力法：截面上偏心距验算最不利为：组合1(组合1)截面上偏心距验算满足：e1=1.006<=0.3*9=2.7m压应力验算最不利为：组合1(组合1)压应力验算满足：计算值=477.582<=1200kPa拉应力验算最不利为：组合1(组合1)拉应力验算满足：计算值=0.000<=165kPa剪应力验算最不利为：组合1(组合1)剪应力验算满足：计算值=28.511<=120kPa极限状态法：强度验算最不利为：组合2(组合2)强度验算满足：计算值=3049.544<=8471.019kN稳定验算最不利为：组合2(组合2)稳定验算满足：计算值=3049.544<=8471.019kN3.4路基排水设计2、边沟、排水沟布置（1）边沟布置表3.3边沟布置表桩号布置位置桩号布置位置K22+320左侧K22+340左侧K22+360左侧K22+380左侧K22+400左侧K22+660左侧K22+680左侧（2）排水沟布置表3.4排水沟布置桩号布置位置桩号布置位置K22+040-K22+060左侧K22+080-K22+100两侧K22+120左侧K22+140-K22+160右侧K22+180-K22+220左侧K22+280左侧K22+460-K22+500左侧K22+600-K22+620两侧K22+631.060左侧K22+700-K22+709.438右侧K22+740右侧K22+760-K22+800两侧K22+820右侧K22+940左侧K22+960-K23+000两侧K23+080-K23+120右侧K23+200-K23+220左侧K23+280左侧K23+360-K23+380左侧K23+540-K23+560右侧K23+640左侧K23+700右侧K23+720-K23+740两侧K23+760-K23+800左侧K23+820-K23+840两侧K23+900左侧K23+916.778-K23+920两侧K23+994.699-K24+020右侧K24+040-K24+120两侧K24+180-K24+200左侧K24+260右侧K24+280-K24+460两侧K24+480-K24+500左侧K24+640右侧K24+660-K24+820两侧K24+840左侧K24+860-K24+880两侧K24+900左侧3、排水沟设计以排水沟为例，本路段中k24+280-k24+460排水沟最长且右侧汇流面积最大。（1）汇流面积计算路面及路肩面积右侧边坡及碎落台面积计算，将每20米作为一段分别看做梯形，求得面积如下表格所示。表3.5面积计算桩号坡面流长度m面积桩号坡面流长度m面积k24+2807.5683k24+38045.6771915.001k24+30012.7155202.838k24+40046.2976919.747k24+32017.5453302.608k24+42038.3459846.435k24+34046.2098637.551k24+44034.6198729.657k24+36045.823920.328k24+46032.3341669.539右侧边坡及碎落台面积即为：总面积为（2）确定径流系数查规范表9.1.8可知，沥青混凝土路面及路肩径流系数，压实粗粒土坡面，由于汇水区域内有两种类型的地表，应分别为每种类型选取径流系数后，按相应的面积大小取加权平均值。故有（3）计算汇流历时①本路段设计是双向四车道，故需要按照以下公式计算坡面汇流历时。—坡面汇流历时（min）；—坡面流长度（m）；—坡面流坡度；—地表粗度系数，按地表情况查表确定。查规范表9.1.4可知：沥青路面及路肩地表粗度系数为0.013，光滑的压实土地面为0.1。路面横坡为2%，由于坡面有不同的台阶且坡度不同，等效坡度为1：1.91，即为53%，右侧路面及路肩宽度为路基宽度一半，即13m，边坡平均长度为32.714m。路面及路肩汇流历时：边坡汇流历时：按相应的面积大小取加权平均值得：②排水沟内汇流历时可通过计算，式中，沟内平均流速v可按规范中公式计算。—沟壁粗糙系数，可按规范中表查取；—水力半径（m），，为过水断面湿周；I—水力坡度，无旁侧入流的明沟可采用沟的底坡。本设计采用浆砌片石沟壁，查规范中表9.2.3可知粗糙系数为0.025，采用梯形断面，高度和深度均为0.6m，边坡坡度为1：1，沟底纵坡为1%，如下图所示。图1排水沟示意图假设本设计中过水高度为0.4m，留出0.2m安全高度，则有过水面积：水力半径：故平均流速为：排水沟内汇流历时为：综上所述，总汇流历时为（4）降雨强度计算本设计地处湖南，路界内边坡重现期为15年，查表9.1.7-1知重现期转换系数；公路所在地区的60min转换系数由图查得为0.45，降雨历时由上述总汇流历时确定为4.54min，确定降雨历时采用10min，查表9.1.7-2得降雨历时转换系数；标准降雨强度查图为2.5。故有：（5）设计径流量计算路界内排水沟所需排泄的设计径流量可按规范中下式计算确定。—设计径流量（）；—设计重现期和降雨历时内的平均降雨强度（）；—径流系数；—汇水面积（）。代入数据可得：（6）断面检验与流速检验由设计径流量可知本设计中所需要的断面尺寸为：本设计中过水断面面积为0.4，大于上述所需要面积，故满足要求。上述计算可知本设计流速为1.5。由规范可知明沟的最小允许流速为0.4，满足要求；浆砌片石的最大允许流速为3，满足要求。综上所述，本设计中排水沟采用底宽0.6m，高0.6m的梯形形状，边坡坡度为1：1，沟底纵坡为1%，采用浆砌片石3.5构造物设计1、概述在道路必要的地方需要进行构造物设计，包括桥梁设计和涵洞设计。在高差很大的地方可以设计桥梁，避免高填，可以减少造价，在道路设计高程高于一些已经存在的河道时可以设计涵洞，避免破坏环境。2、桥梁设计表3.6桥梁设计表桩号角度跨径结构形式桥面标高(m)K23+390-K23+54081°3*50m连续梁桥461.293、涵洞通道设计表3.7涵洞设计表桩号角度跨径结构形式涵底标高(m)K22+110.449774*3通道432.77K22+775.681614*3盖板涵（涵洞+通道）438.40K22+980.490804*3通道444.31K23+201.993654*3通道454.69K24+383.974364*3通道422.79K24+763.38448Φ2圆管涵414.24第4章路面结构设计4.1概述路面是在路基上用各种材料（包括混合材料）分层修筑以直接供车辆行驶的一种层状结构物。为保证公路与城市道路最大限度地满足车辆运行的要求，保持设计车速、增强安全性和舒适性，降低运输成本和延长道路使用年限，路面需要满足强度、刚度和稳定性、表面平整度、路面抗滑性、耐久性等要求[1]。4.2沥青混凝土路面结构设计1、确定路面结构设计使用年限根据《公路沥青路面设计规范》表3.0.2的规定，新建沥青路面结构设计使用年限应根据公路等级、经济、交通荷载等级等因素综合确定，高速公路的设计使用年限为15年。2、确定设计交通荷载等级（1）确定车辆类型车辆类型应按照《公路沥青路面设计规范》表A.1.2所列轴型组合分为11类，本设计所用到的车型共有4类，如下表所示。表4.1车辆类型车辆名称交通量车型编号不同车型交通量之和小客车SH-13020201类2020大客车SH-1413352类335跃进牌NJ-13013453类3178东风牌EQ-1408403类黄河牌JN-1507583类日野KB2222353类太脱拉1381707类170（2）确定车辆类型分布系数为便于统计，将规范中表A.1.2中2类-11类车统称为大型客车和货车，并将某一车型数量占2类-11类车辆总数的百分比称为车辆类型分布系数，整体货车和半挂车占2类-11类车辆总数的百分比称为货车类型分布系数TTC。本设计采用沥青路面，车辆类型分布系数按水平三确定，即根据交通历史数据或经验数据按规范表A.2.6-1确定公路TTC分类，采用表A.2.6-2规定车辆类型分布系数。本设计中2类、3类、7类交通量之和：整体式货车为表A.1.2中3类-6类车，故整体式货车交通量为3178辆/昼夜，占比为：；半挂式货车为表A.1.2中7类-10类车，故半挂式货车交通量为170辆/昼夜，占比为：。查规范中表A.2.6-1确定公路TTC分类为TTC5，根据表A.2.6-2查得TTC5中2类车车辆类型分布系数为9.9%，3类车车辆类型分布系数为42.3%，7类车车辆类型分布系数为2.0%。（3）车辆当量设计轴载换算本设计中采用水平三，按照规范中式A.3.1-5确定各类车辆当量轴载换算系数，式中非满载车和满载车的比例和当量设计轴载换算系数取表A.3.1-2和A.3.1-3所列全国经验值[7]。—m类车辆中非满载车的当量设计轴载换算系数；—m类车辆中满载车的当量设计轴载换算系数；—m类车辆中非满载车所占的百分比；—m类车辆中满载车所占的百分比。查规范可得具体数据如下所示：表4.2车辆当量设计轴载换算表车型沥青混合料层层底拉应变、沥青混合料层永久变形量2类0.81.13类04.10.777类062.78无机结合料稳定层层底拉应力2类0.850.50.1535.55.753类0314.232.597类0553.0171.36路基顶面竖向压应变2类0.80.9453类05.60.927类011.74.84（4）初始年设计车道日平均当量轴次根据《公路沥青路面设计规范》第A.3节确定的车辆当量设计轴载换算系数，按式A.4.1确定初始年设计车道日平均当量轴次[7]。—2轴6轮及以上车辆的双向年平均日交通量（辆/d)；—方向系数；—车道系数；—车辆类型编号；—m类车辆类型分布系数；—m类车辆的当量设计轴载换算系数。本设计中方向系数按照规范在0.5-0.6范围内取，2轴6轮及以上车辆的双向年平均日交通量辆/d，车道系数按水平三确定，按表A.2.5中单向两车道高速公路取。根据上面确定的车辆当量设计轴载换算系数以及车辆类型分布系数可得：表4.3车辆当量设计轴载换算系数以及车辆类型分布系数表m×沥青混合料层层底拉应变、沥青混合料层永久变形量2类9.9%1.10.10890.49023类42.3%0.770.32577类2.0%2.780.0556无机结合料稳定层层底拉应力2类9.9%5.750.569317.78213类42.3%32.5913.78567类2.0%171.363.4272路基顶面竖向压应变2类9.9%0.9450.09360.57963类42.3%0.920.38927类2.0%4.840.0968沥青混合料层层底拉应变、沥青混合料层永久变形量：无机结合料稳定层层底拉应力：路基顶面竖向压应变：（5）当量设计轴载累计作用次数根据初始年设计车道日平均当量轴次、设计使用年限等，按《公路沥青路面设计规范》中式A.4.2计算设计车道上的当量设计轴载累计作用次数。—设计使用年限内设计车道上的当量设计轴载累计作用次数（次）；t—设计使用年限（年）；—设计使用年限内交通量的年平均增长率；—初始年设计车道日平均当量轴次（次／d）。本设计中高速公路设计使用年限为15年，设计使用年限内交通量的年平均增长率为6.70%，初始年设计车道日平均当量轴次上面已经求出，计算可得当量设计轴载累计作用次数。以沥青混合料层层底拉应变、沥青混合料层永久变形量作为设计指标：以无机结合料稳定层层底拉应力作为设计指标：以路基顶面竖向压应变作为设计指标：（6）确定交通荷载等级沥青路面结构所承受的交通荷载等级分类是按照设计使用年限内设计车道累计大型客车和货车交通量进行分类的。—设计车道的年平均日货车交通量；—设计年限内设计车道累计大型客车和货车交通量。代入数据得：查《公路沥青路面设计规范》表3.0.4知，属于重交通等级。3、路基回弹模量的计算本设计中所给土基回弹模量是用D=30cm刚性承载板测得弯沉值（已考虑泊松比），数据如下表所示：表4.4各级荷载下的弯沉值P(MPa)0.000.250.30（0.01mm）10224183125160根据课本知，确定标准状态下路基动态回弹模量时，可以根据实际可能出现的最大压应力级位，或可能出现的最大弯沉范围，在曲线上选取合适的量值按下式计算。—标准状态下路基动态回弹模量（MPa）；—各级荷载的单位压力（MPa）和对应的实际回弹弯沉（mm）（）；—承载板直径（mm）。本设计中只取前四个值进行计算，代入数据得：新建公路路基回弹模量设计值应按《公路路基设计规范》式3.2.5-1确定，并应满足式3.2.5-2的要求[7]。—平衡湿度状态下路基回弹模量设计值（MPa）；—路面结构设计的路基回弹模最要求值（MPa），由规范知重交通等级路基顶面回弹模量值不得小于50MPa；—路基因弹模量湿度调整系数；—干湿循环或冻融循环条件下路基土模最折减系数，通过试验确定，初步设计时，非冰冻地区可根据土质类型、失水率确定，折减系数可取0.7-0.95，本设计中取0.95。本设计路线为湖南怀化至通道的一段公路，位于湖南西部偏南，故路基所在自然区划为，查《公路路基设计规范》表C.0.3-1知其TMI范围为12.0-88.3，路基土为低液限黏土，查规范表D.0.2得其干燥、中湿条件下回弹模量湿度调整系数约为0.81；潮湿情况下路基回弹模量湿度调整系数查表D.0.1取0.71。干燥、中湿：潮湿：4、干燥、中湿条件下沥青路面设计A、方案A（1）初拟路面结构查《公路沥青路面施工技术规范》[8]知我国大部分地区宜用针入度50级或70级的沥青，只有在很少寒冷地区适用于90级沥青，110级沥青适用于中轻交通的公路上，故根据所给设计资料，本设计采用70号道路石油沥青面层，70号道路石油沥青AC-13上面层模量为10010MPa，AC-20中面层模量为11010MPa，AC-25下面层模量为12010MPa；基层采用水泥稳定级配碎石，其抗压回弹模量为18010MPa，在进行结构验算时，其弹性模量应乘以结构层模量调整系数0.5为9005MPa[7]；底基层采用级配碎石，其抗压回弹模量为401MPa。根据规范表5.6.1，路基泊松比取0.40，级配碎石底基层取0.35，沥青混合料面层和水泥稳定碎石基层取0.25。初拟路面结构如下表所示：表4.5初拟路面结构结构层编号层位材料类型厚度(mm)模量(MPa)泊松比1上面层70号道路石油沥青AC-1340100100.252中面层70号道路石油沥青AC-2060110100.253下面层70号道路石油沥青AC-2580120100.254基层水泥稳定碎石30090050.255底基层级配碎石1504010.356土基580.40（2）路面结构验算本设计方案中为无机结合料稳定类基层和粒料类底基层，其设计指标查《公路沥青路面设计规范》表6.2.1为无机结合料稳定层层底拉应力和沥青混合料层永久变形量，湖南不属于季节性冻土地区，故不需要进行沥青面层低温开裂验算和防冻厚度验算，故验算指标为无机结合料层疲劳开裂验算、沥青混合料层永久变形验算和沥青混合料贯入强度验算[7]。a、无机结合料层疲劳开裂验算无机结合料稳定层的疲劳开裂寿命应根据路面结构分析得到的各无机结合料稳定层层底拉应力，按式B.2.1-1计算。—无机结合料稳定层的疲劳开裂寿命（轴次）；—季节性冻士地区调整系数，按表B.1.1确定，取1；—温度调整系数，根据规范附录G确定；—无机结合料稳定类材料的弯拉强度（MPa），本设计中取值为1.8MPa；—疲劳试验回归参数，查表B.2.1-2取a=13.24，b=12.52；—无机结合料稳定层的层底拉应力（MPa），根据弹性层状体系理论计算；—目标可靠指标，根据公路等级按表3.0.1取值为1.65；—现场综合修正系数。根据《公路沥青路面设计规范》附录G，在计算温度调整系数前，需要将由不同材料组成的沥青面层和基层换算成当量沥青面层和当量基层，其换算公式如下：—当量层厚度（mm）和模量（MPa），下标i=a为沥青面层，i=b为基层。面层：基层：不同气温状况下基准路面结构的损坏，转换成标准温度（20℃）条件下基准路面结构的等效损坏，得到基准路面结构温度调整系数。部分地区各类路面结构设计指标的基准结构温度调整系数，可参照规范表G.1.2取用，路面结构的温度调整系数可根据下式计算：—基准路面结构温度调整系数；—与面层、基层厚度和模量有关的函数,按下式计算：—面层与基层当量模量之比；—面层与基层当量厚度之比。由上述计算可知：面层与基层当量模量之比，面层与基层当量厚度之比，则有：根据工程所在地区，本设计按照相近地区湘西系数值取用，基准路面结构温度调整系数为1.39，路面结构的温度调整系数为：现场综合修正系数按下式确定：—参数，查表B.2.1-2得；—分别为沥青混合料层和计算点以上无机结合料稳定层厚度。本设计中沥青混合料层厚度为180mm，计算点以上无机结合料稳定层厚度为300mm，则现场综合修正系数为：根据弹性层状体系理论，利用软件计算得到无机结合料层层底拉应力为0.266MPa，故有无机结合料稳定层的疲劳开裂寿命：无机结合料层疲劳开裂的当量设计轴载累计作用次数为258,277,581，其疲劳寿命大于累计作用次数，故满足要求。b、沥青混合料层永久变形验算根据标准条件下的车辙试验，得到各层沥青混合料的车辙试验永久变形量，按《公路沥青路面设计规范》式B.3.2-1计算各分层的永久变形量和沥青混合料层总的永久变形量[7]。—沥青混合料层永久变形量（mm）；—第i分层永久变形量（mm）；—分层数；—沥青混合料层永久变形等效温度（℃），根据本规范附录G确定为；—设计使用年限内或通车至首次针对车辙维修的期限内，设计车道上当量设计轴载累计作用次数，按本规范附录A计算；—第i分层厚度（mm）；—车辙试验试件的厚度（mm）；—第i分层沥青混合料车辙试验永久变形量（mm）；—综合修正系数，按下式计算[7]：—沥青混合料层第i分层深度（mm），第一分层取为15mm，其他分层为路表距分层中点的深度；—沥青混合料层厚度（mm），大于200mm时，取200mm。—沥青混合料层第i分层顶面竖向压应力（MPa）。由《公路沥青路面设计规范》中式（G.2.1）计算可得到沥青混合料层永久变形等效温度[7]。—沥青混合料层等效温度（℃）；—基准等效温度，按所在地查表G.1.2取用；—沥青混合料层厚度（mm）。本设计路线为湖南怀化至通道的一段公路，位于湖南西部偏南，以湘西为准，根据表G.1.2，基准等效温度为22.4℃，则沥青混合料层永久变形等效温度。根据规范B.3.1规定的分层方法，将沥青混合料层分为7个分层，层厚分别为10mm、15mm、15mm、20mm、20mm、20mm、80mm，设计使用年限内设计车道上当量设计轴载累计作用次数按照附录A计算为7119950轴次；车辙试验试件的厚度取50mm，上面层沥青混合料车辙试验永久变形量为1mm，中面层沥青混合料车辙试验永久变形量为1.5mm,下面层沥青混合料车辙试验永久变形量为2m；本设计中沥青混合料层厚度=40+60+80=180mm，则：各分层综合修正系数：利用弹性层状体系理论，用计算机分别计算设计荷载作用下各分层顶部的竖向压应力，各分层厚度（）和顶部的竖向压应力（）均汇总于表4.6所示。各分层永久变形量计算如下：各层永久变形累加得到沥青混合料层总永久变形量：所有数据汇总如下：表4.6沥青层永久变形计算结果分层编号分层厚度（mm）竖向压力(MPa)修正系数（）永久变形（mm）110.00.703.800.21215.00.704.570.39315.00.697.110.59420.00.677.361.15520.00.626.220.85620.00.554.740.52780.00.471.940.85总计4.56累加得到沥青混合料层总永久变形量，根据表3.0.6-1，沥青层容许永久变形为15mm，故拟定的路面结构满足要求。c、沥青混合料贯入强度验算无机结合料稳定类基层沥青路面的沥青混合料贯人强度，宜满足《公路沥青路面设计规范》中式5.5.8-1的要求[7]。—沥青混合料层容许永久变形量（mm），根据公路等级按表3.0.6-1确定为15mm；—设计使用年限内或通车至首次针对车辙维修的期限内，月平均气温大于0℃的月份，设计车道当量设计轴载累计作用次数；—设计气温（℃），为所在地区月平均气温大于0℃的各月份气温平均值；—路面结构系数，按下式计算：—沥青混合料层的厚度（mm）；—无机结合料稳定层厚度（mm）；—无机结合料稳定层模量（MPa）；—各沥青混合料层的综合贯人强度，按下式计算：—第i层沥青混合料的贯入强度（MPa），根据《公路沥青路面设计规范》附录F所列方法试验确定，普通沥青混合料一般为0.4-0.7MPa，改性沥青混合料一般为0.7-1.2MPa，本设计均取0.6MPa；—沥青混合料层的层数；—第i层沥青混合料的权重，为第i层厚度中点剪应力与各层厚度中点剪应力之和的比值。沥青混合料层为3层时，自上而下，、和分别取0.35、0.42和0.23。由上式计算得各沥青混合料层的综合贯人强度本设计中沥青混合料层的厚度为180mm，无机结合料稳定层厚度为300mm，无机结合料稳定层模量为18010MPa，故路面结构系数为：设计使用年限内月平均气温大于0℃的月份为12个月，设计车道当量设计轴载累计作用次数为7119950轴次，所在地区月平均气温大于0℃的各月份气温平均值为16.9℃，故有综上所述无机结合料稳定类基层沥青路面的沥青混合料贯人强度满足要求。（3）路基顶面和路表验收弯沉值路基顶面验收弯沉值应按《公路沥青路面设计规范》B.7.1计算[7]。—路基顶面验收弯沉值（0.01mm）；—落锤式弯沉仪承载板施加荷载（MPa）；—落锤式弯沉仪承载板半径（mm）；—平衡湿度状态下路基顶面回弹模量；采用落锤式弯沉仪进行路基验收，落锤式弯沉仪荷载为50kN，荷载盘半径为r=150mm，则落锤式弯沉仪承载板施加荷载；路基标准状态下回弹模量取76MPa,回弹模量湿度调整系数Ks取0.81,则平衡湿度状态下的回弹模量为62MPa，故有：计算得到路基顶面验收弯沉值为302.3（0.01mm）。采用拟定的路面结构以及各层结构模量值，路基顶面回弹模量采用平衡湿度状态下的回弹模型乘以模量调整系数为31MPa，根据弹性层状体系理论利用软件计算得到路表验收弯沉值为30.1（0.01mm）。（4）结果汇总各项验算结果汇总如下表所示：表4.7分析结果汇总验算内容计算值对比值是否满足无机结合料层疲劳开裂验算1,266,053,519258,277,581是沥青混合料层永久变形验算4.5615是沥青混合料贯入强度验算0.600.48是由上表可知，所选路面结构和材料能满足各项验算内容的要求。B、方案B（1）初拟路面结构本方案中基层采用二灰稳定级配碎石，其抗压回弹模量为14010MPa，在进行结构验算时，其弹性模量应乘以结构层模量调整系数0.5为7005MPa；其余材料均同方案A。初拟路面结构如下表所示：表4.8初拟路面结构结构层编号层位材料类型厚度(mm)模量(MPa)泊松比1上面层70号道路石油沥青AC-1340100100.252中面层70号道路石油沥青AC-2060110100.253下面层70号道路石油沥青AC-2580120100.254基层二灰稳定碎石30070050.355底基层级配碎石1504010.356土基580.40（2）路面结构验算本设计方案中为无机结合料稳定类基层和粒料类底基层，验算指标同上为无机结合料层疲劳开裂验算、沥青混合料层永久变形验算和沥青混合料贯入强度验算。a、无机结合料层疲劳开裂验算由于面层材料和厚度均没有变化，故面层：基层：由上述计算可知：面层与基层当量模量之比，面层与基层当量厚度之比，则与面层、基层厚度和模量有关的函数：路面结构的温度调整系数为：本设计中沥青混合料层厚度为180mm，计算点以上无机结合料稳定层厚度为300mm，参数查表B.2.1-2得，现场综合修正系数同上为：根据弹性层状体系理论，利用软件计算得到无机结合料层层底拉应力为0.217MPa，无机结合料稳定类材料的弯拉强度本设计中取值为1.2MPa，疲劳试验回归参数查表B.2.1-2取a=13.24，b=12.52，目标可靠指标根据公路等级按表3.0.1取值为1.65，故有无机结合料稳定层的疲劳开裂寿命：无机结合料层疲劳开裂的当量设计轴载累计作用次数为258,277,581，其疲劳寿命大于累计作用次数，故满足要求。b、沥青混合料层永久变形验算由于沥青层并未发生变化，故混合料层永久变形量验算同方案A，所有数据汇总如下：表4.9沥青层永久变形计算结果分层编号分层厚度（mm）竖向压力(MPa)修正系数（）永久变形（mm）110.00.703.800.21215.00.704.570.39315.00.697.110.59420.00.677.361.15520.00.626.220.85620.00.554.740.52780.00.471.940.85总计4.56累加得到沥青混合料层总永久变形量，根据表3.0.6-1，沥青层容许永久变形为15mm，拟定的路面结构满足要求。c、沥青混合料贯入强度验算沥青混合料的贯入强度均取为0.6MPa，3层沥青混合料层自上而下，权重、和分别取0.35、0.42和0.23。各沥青混合料层的综合贯人强度为：本设计中沥青混合料层的厚度为180mm，无机结合料稳定层厚度为300mm，无机结合料稳定层模量为14010MPa，故路面结构系数为：设计使用年限内月平均气温大于0℃的月份为12个月，设计车道当量设计轴载累计作用次数为7119950轴次，沥青混合料层容许永久变形量为15mm，所在地区月平均气温大于0℃的各月份气温平均值为16.9℃，则有：综上所述无机结合料稳定类基层沥青路面的沥青混合料贯人强度满足要求。（3）路基顶面和路表验收弯沉值根据附录B.7节，确定路基顶面和路表验收弯沉值时，采用落锤式弯沉仪，荷载盘半径为150mm，荷载为50kN，则落锤式弯沉仪承载板施加荷载，故有：计算得到路基顶面验收弯沉值为302.3（0.01mm）。采用拟定的路面结构以及各层结构模量值，路基顶面回弹模量采用平衡湿度状态下的回弹模型乘以模量调整系数为31MPa，根据弹性层状体系理论利用软件计算得到路表验收弯沉值为30.6（0.01mm）。（4）结果汇总各项验算结果汇总如下表所示：表4.10分析结果汇总验算内容计算值对比值是否满足无机结合料层疲劳开裂验算476,007,325258,277,581是沥青混合料层永久变形验算4.5615是沥青混合料贯入强度验算0.600.48是由上表可知，所选路面结构和材料能满足各项验算内容的要求。C、方案比较在干燥、中湿条件下，方案A中基层采用水泥稳定碎石，方案B中基层采用二灰稳定碎石，厚度相同，其他所有材料及厚度均相同，均能满足各项验算内容，但二灰稳定碎石基层造价少于水泥稳定级配碎石基层，且沿线地方材料有碎石、砾石、砂、石灰、粉煤灰等，其他沥青、水泥、矿粉等需外购，故采用方案B更加合理。5、潮湿条件下沥青路面设计当路基处于潮湿状态时，路基回弹模量发生变化。A、方案C（1）初拟路面结构本方案中基层采用二灰稳定级配碎石，其抗压回弹模量为14010MPa，在进行结构验算时，其弹性模量应乘以结构层模量调整系数0.5为7005MPa；由于沿线地方材料有碎石、砾石、砂、石灰、粉煤灰等，其他沥青、水泥、矿粉等需外购，潮湿状态下垫层采用天然砂砾，其抗压回弹模量为181MPa，其余材料均同方案A。初拟路面结构如下表所示：表4.11初拟路面结构结构层编号层位材料类型厚度(mm)模量(MPa)泊松比1上面层70号道路石油沥青AC-1340100100.252中面层70号道路石油沥青AC-2060110100.253下面层70号道路石油沥青AC-2580120100.254基层二灰稳定碎石30070050.355底基层级配碎石1504010.356功能层天然砂砾1501810.307土基510.40（2）路面结构验算本设计方案中为无机结合料稳定类基层和粒料类底基层，验算指标同上为无机结合料层疲劳开裂验算、沥青混合料层永久变形验算和沥青混合料贯入强度验算。a、无机结合料层疲劳开裂验算由于面层、基层没有变化，故面层与基层当量模量之比，面层与基层当量厚度之比，则与面层、基层厚度和模量有关的函数，路面结构的温度调整系数为：本设计中沥青混合料层厚度为180mm，计算点以上无机结合料稳定层厚度为300mm，参数查表B.2.1-2得，现场综合修正系数同上为：根据弹性层状体系理论，利用软件计算得到无机结合料层层底拉应力为0.222MPa，无机结合料稳定类材料的弯拉强度本设计中取值为1.2MPa，其中疲劳试验回归参数查表B.2.1-2取a=13.24，b=12.52，目标可靠指标根据公路等级按表3.0.1取值为1.65，故有无机结合料稳定层的疲劳开裂寿命：无机结合料层疲劳开裂的当量设计轴载累计作用次数为258,277,581，其疲劳寿命大于累计作用次数，故满足要求。b、沥青混合料层永久变形验算由于沥青层并未发生变化，故混合料层永久变形量验算同方案A，各层永久变形累加得到沥青混合料层总永久变形量，根据《公路沥青路面设计规范》表3.0.6-1，沥青层容许永久变形为15mm，拟定的路面结构满足要求。c、沥青混合料贯入强度验算由于沥青层并未发生变化，各沥青混合料层的综合贯人强度同上述方案为路面结构系数，设计使用年限内月平均气温大于0℃的月份为12个月，设计车道当量设计轴载累计作用次数为7119950轴次，沥青混合料层容许永久变形量为15mm，所在地区月平均气温大于0℃的各月份气温平均值为16.9℃，则有：综上所述无机结合料稳定类基层沥青路面的沥青混合料贯人强度满足要求。（3）路基顶面和路表验收弯沉值根据《公路沥青路面设计规范》附录B.7节，确定路基顶面和路表验收弯沉值时，采用落锤式弯沉仪，荷载盘半径为150mm，荷载为50kN，则落锤式弯沉仪承载板施加荷载；路基标准状态下回弹模量取76MPa,回弹模量湿度调整系数Ks取0.71,则平衡湿度状态下的回弹模量为54MPa故有：计算得到路基顶面验收弯沉值为345.8（0.01mm）。采用拟定的路面结构以及各层结构模量值，路基顶面回弹模量采用平衡湿度状态下的回弹模型乘以模量调整系数为27MPa，根据弹性层状体系理论利用软件计算得到路表验收弯沉值为33.2（0.01mm）。（4）结果汇总各项验算结果汇总如下表所示：表4.12分析结果汇总验算内容计算值对比值是否满足无机结合料层疲劳开裂验算422,130,730258,277,581是沥青混合料层永久变形验算4.