平顺至林州一级公路施工图设计

摘要本次设计道路位于河南省最北部地区，计算设计年限内的交通量确定本次设计道路等级为一级路，双向四车道，车速为80km/h。本次路线起终点桩号分别为K0+000、K2+529.114，路线总长为2529.114m。本次路线平面设计中共有2个交点，最小圆曲线半径为800m，且两个交点的圆曲线半径比较协调，各项指标均满足规范要求，没有组合型曲线形式，线形较好，行车舒适。纵断面设计中共设有5个变坡点，每个变坡点的竖曲线半径、竖曲线长度、坡长、坡度等指标均满足规范要求。横断面中填方边坡坡度为1:1.5，采用梯形边沟，挖方边坡坡度为1:1，采用矩形边沟，沟的深度和宽度均为0.6m，超高等指标均满足规范要求。由于路线较长，为了满足沿线排水的要求，共设置了1处涵洞。为了跨越河流和池塘共设计了2座桥梁。路面设计中采用了沥青混凝土路面，采用最新的规范进行结构层的设计和验算。在排水设计中，对排水沟的尺寸进行拟定，并计算了该排水沟的泄洪能力。关键词：一级公路；平面设计；纵断面设计；横断面设计；路基路面设计；路基排水设计AbstractThedesignroadislocatedinthenorthernmostareaofHenanProvince.Accordingtothetrafficvolumewithinthedesignperiod,itisdeterminedthatthedesignroadgradeisclassIRoad,two-wayfourlane,andthevehiclespeedis80km/h.ThestartingandendingstakenumbersofthisrouteareK0+000andK2+529.114respectively,withatotallengthof2529.114m.Therearetwointersectionsintherouteplanedesign,theminimumradiusofthecircularcurveis800m,andtheradiusofthecircularcurveofthetwointersectionsisrelativelyharmonious,allindicatorsmeettherequirementsofthespecification,thereisnocombinedcurveform,thealignmentisgood,andthedrivingiscomfortable.Thereare5gradechangepointsintheverticalsectiondesign,andtheverticalcurveradius,verticalcurvelength,slopelength,slopeandotherindicatorsofeachgradechangepointmeettherequirementsofthespecification.Inthecrosssection,theslopeoffillingslopeis1:1.5,trapezoidsideditchisused,theslopeofexcavationslopeis1:1,andrectangularsideditchisused.Thedepthandwidthoftheditchareboth0.6m,andthesuperhighindexesmeettherequirementsofthespecification.Duetothelongroute,inordertomeettherequirementsofdrainagealongtheline,atotalof1culvertisset.Twobridgeshavebeendesignedtocrossriversandponds.Theasphaltconcretepavementisadoptedinthepavementdesign,andthelatestspecificationsareadoptedforthedesignandcheckingcalculationofthestructurallayer.Inthedrainagedesign,thesizeofthedrainageditchisdetermined,andtheflooddischargecapacityofthedrainageditchiscalculated.Keywords:ClassIHighway;planedesign;profiledesign;crosssectiondesign;pavementdesign;Subgradedrainagedesign目录第一章绪论 21.1设计基本资料 21.1.1水文地质条件 21.1.2交通资料 31.2道路等级确定 32平面设计 42.1平面设计原则 42.2平面设计参数 52.3道路方案比选 52.3.1路线方案的拟定 52.3.2比选内容 72.3.3方案综合评价 82.4平面线形设计 92.4.1交点坐标计算 92.4.2方位角及转角计算 102.4.3设缓和曲线的平曲线要素计算 11第三章纵断面设计 153.1纵断面设计原则 153.2纵坡设计基本步骤 153.3纵坡设计参数 163.4拉坡及坡度设计 173.5竖曲线要素计算 173.6竖曲线逐桩高程表 193.6.1竖曲线上任意点设计高程计算 203.6.2直线上任意点设计高程计算 203.6.3计算过程 21第四章横断面设计 234.1横断面设计原则 234.2横断面组成 234.3横断面路拱设计 244.4横断面超高加宽设计 244.1加宽设计 244.2超高设计 244.3超高值的计算 264.5合成坡度验算 274.6路基土石方计算 284.6.1路基土石方数量计算 284.6.2土石方数量计算过程 284.6.3路基土石方调配 29第五章路面设计 305.1设计依据 305.2沥青路面结构设计 305.2.1结构层设计 305.2.2交通量计算 305.2.3路面结构设计与验算 32第六章路基排水设计及边坡防护 356.1路基排水设计 356.1.1边沟设计 356.2.2截水沟设计 356.3.3排水沟设计 366.3.4桥涵设计 366.2排水沟设计验算 376.2.1计算汇水面积和径流系数 376.4.2计算汇流历时 386.4.3计算降雨强度 396.4.4计算设计径流量 396.4.5检验流量 396.4.6冲淤检验 406.3边坡防护设计 40参考文献 42第一章绪论1.1设计基本资料1.1.1水文地质条件1、地理位置、地形、地貌和植被：该地区位于河南省最北部、太行山脉东麓，处于河南、山西、河北三省交汇处。该路线所经地区地形为微丘。山地、丘陵占86%。地势西北高东南低。平顺至林州一级公路主要位于东部温润季冻地区。具体详见所给地形图（每人一张地形图，地形图比例为1：2000）。2、气象水文：降水量季节分配不均匀，年际变化大，夏秋为丰水期，冬春为枯水期。年降水量672.1mm。昼夜温差大，林州年平均气温12.8℃，，最热月（7月）平均温度25.8℃，最冷月（1月）平均温度-2.5℃。3、区域地质条件：该路线经过地区大部是东部温润季冻区，林州大部广泛分布着石灰岩，多裂隙、溶洞，致使地表水极易散失。在有隔水层的地方，地下水埋藏较深。该地区属于半湿润地区，境内的河流属于雨水补给类型，水位变化深受降水的季节变化和年际变化的影响。4、筑路材料供应情况：该路段多丘陵山地，料场丰富，石料砂石灰储量丰富，可以就地取材。沿线水量充沛，满足工程用水。1.1.2交通资料经调查，本路建成初期每昼夜双向混合交通组成如表1.1：表1.1交通组成及交通量汽车型号（辆/日）黄河QD3512500小汽车3500解放CA10B2600黄河JN1052100东风EQ1401800依土兹TD501750预计年平均交通量增长率为8%。预测道路年限：道路使用年限按20年；路面设计年限按15年。1.2道路等级确定根据《公路工程技术标准》(JTGB01-2015)，确定公路等级的各种汽车代表车型和车辆折算系数规定如表1.2[1]。表1.2汽车折算系数汽车代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～≤20t的货车汽车列车3.0载质量＞20t的货车交通量资料与汽车折算系数如表1.3。表1.3交通量资料与汽车折算系数车型黄河QD351小汽车解放CA10B黄河JN105东风EQ140依土兹TD50交通量(辆/日)250035002600210018001750折算系数1.51.01.52.01.52.0交通量计算：（2-1）式中Nd—远景设计年平均日交通量，辆/日；N0—起始年平均日交通量，辆/日；γ—年平均增长率，%；n—远景设计年限。此道路设计年限为20年，预测交通量增长率为8%，则有：N0=3500×1+（2500+2600+1800）×1.5+（2100+1750）×2.0=18850（辆/日）（辆/日）因为：15000（辆/日）<结合公路路线设计规范》（JTGD20—2017），又该道路位于平原微丘地区，因此本次道路等级可以选取一级公路，车速为80Km/h，采用双向四车道。2平面设计2.1平面设计原则平面线形主要由直线、圆曲线、缓和曲线三种线形组合而成的。有平面线形的三要素可以得到很多种平面线形的组合形式。对道路平面线形设计，主要有基本型、S形、C形、卵形、凸形、复合型和回头型曲线等。在设计的时候还要注意缓和曲线长度的确定除了满足最小外还要考虑超高加宽的要求，所选择的缓和曲线长度还应大于或等于超高缓和段和加宽缓和段的长度要求。线形中的直线段长度不宜过长。受地形条件或其他特殊情况而采用长直线时，应结合沿线具体情况采取相应的技术措施。两圆曲线之间以直线连接时，夹直线的长度不宜过短，规范中有以下规定：设计速度不小于60km/h时，同向圆曲线之间夹直线最小长度（以m计）以大于或等于设计速度（以km/h计）的6倍为宜;反向圆曲线间的夹直线最小长度（以m计）以大于或等于设计速度（以km/h计）的2倍为宜。2.2平面设计参数本设计道路为山岭地区主线一级公路，设计车速为80km/h，其主要技术指标如表2.1：表2.1道路技术指标规范标准一级公路设计速度（km/h）80路基宽度（m）一般值12最小值10车道宽度（m）3.75路肩宽度（m）侧硬路肩一般值1.50最小值1.00土路肩一般值0.75最小值0.75圆曲线最小半径（m）一般值400极限值（Imax=6%）270停车视距（m）110会车视距（m）≥220超车视距（m）5502.3道路方案比选2.3.1路线方案的拟定根据提供的地形图，认真自己分析地形图中的地物、地貌及地势变化情况，在掌握了地形图的特征以后，初步拟定两条路线，两条道路的对比图如图2.1所示：图2.1路线方案对比图结合图2.1列出两条道路的平面参数选取情况：1、方案一该路线起点为K0+000，终点为K2+529.114，路线总长度为2529.114，一共有六处交叉位置，在K0+046、K0+216、K0+333、K0+523、K0+831、K2+529六处经过已有道路，除第四处为农村土路宽度2m、其他五处均为水泥路宽度3m；在K0+530处经过一道宽度为2m的沟渠，K0+670~K0+710经过一处池塘，沿线其他位置还经过一些池塘，K1+064~K1+077处经过1条河流，河流宽度为10m。该路线一共设置了两个交点，其平曲线设计参数为：JD1的桩号为K0+897.544，圆曲线半径为800m，大于规范中的圆曲线一般值400m，且为圆曲线一般值的2倍，线形顺畅；缓和曲线长度为150m，大于规范中的缓和曲线最小值70m；圆曲长度为293.546m，缓和曲线、圆曲线、缓和曲线三者的比例为1:1.957:1，在1:1:1~1:2:1之间，并且接近1:2:1，线形协调性较好；平曲线长度为593.546m，大于规范中的平曲线一般值400m；前直线段长度为594.599m，与JD2形成反向曲线，且后直线段长度为221.004，大于反向曲线间直线段长度2v=2×80=160m，满足规范要求。JD2的桩号为K1+790.741，圆曲线半径为800m，大于规范中的圆曲线一般值400m，且等于圆曲线一般值的2倍，线形顺畅；缓和曲线长度为185m，大于规范中的缓和曲线最小值70m；圆曲长度为368.758m，缓和曲线、圆曲线、缓和曲线三者的比例为1:1.993:1，在1:1:1~1:2:1之间，并且接近1:2:1，线形协调性较好；平曲线长度为738.758m，大于规范中的平曲线一般值400m；前直线段长度为221.004m，后直线段长度为381.207m，其后接终点。由上述二个交点圆曲线的半径可知，相邻交点间半径、缓和曲线长度的比值为1:1，线形变化平缓，较为协调，利于行车，平曲线总长为1332.304m，占总路线的比重为52.68%。2、方案二该路线起点为K0+000，终点为K2+657.859，路线总长度为2657.859，一共有六个交叉位置，分别为K0+045、K0+220、K0+344、K0+578、K0+525、K2+657，其被交路除第四处为农村土路宽度2m、其他五处均为水泥路宽度3m；在K0+584处经过一道宽度为2m的沟渠，K0+670~K0+710经过一处池塘，K1+130~K1+140处经过1条河流，河流宽度为10m，沿线经过较多的池塘。该路线一共设置了两个交点，其平曲线设计参数为：JD1的桩号为K0+829.377，圆曲线半径为450m，大于规范中的圆曲线一般值400m；缓和曲线长度为165m，大于规范中的缓和曲线最小值70m；圆曲长度为316.721m，缓和曲线、圆曲线、缓和曲线三者的比例为1:1.920:1，在1:1:1~1:2:1之间，且接近1:2:1，线形协调性较好；平曲线长度为646.721m，大于规范中的平曲线一般值400m；前直线段长度为478.634m，与JD2形成反向曲线，且后直线段长度为186.1009m，大于反向曲线间直线段长度2v=2×80=160m，满足规范要求。JD2的桩号为K1+633.244，圆曲线半径为45m，大于规范中的圆曲线一般值400m；缓和曲线长度为150m，大于规范中的缓和曲线最小值70m；圆曲长度为299.824m，缓和曲线、圆曲线、缓和曲线三者的比例为1:1.999:1，在1:1:1~1:2:1之间，接近1:2:1，线形协调性较好；平曲线长度为599.824m，大于规范中的平曲线一般值400m；前直线段长度为186.1009m，后直线段长度为746.579m，其后接终点。由两个交点半径可知，相邻交点间半径、缓和曲线长度的比值均在1:2的范围，线形变化平缓，较为协调，平曲线总长为1246.545m，占总路线的比重为46.9%。2.3.2比选内容根据2.3.1中方案一和方案二的参数选取情况并结合地形图进行对比分析，将两个方案的各项详细参数，如表2.2：表2.2方案指标参数表项目单位方案1方案2路线起点/K0+000K0+000路线终点/K2+529.114K2+657.859路线长度Km2529.1142657.859平曲线最小半径M800450平曲线交点个数个22平曲线总长度m1332.3041246.545平曲线占路线比重%52.6846.9最大直线长度m594.599746.579涵洞个数处11中心桩号/K0+530K0+584结构形式/钢筋砼盖板涵钢筋砼盖板涵桥梁个数处22里程分布/（1）K0+670~K0+710；（2）K1+064~K1+077；（1）K1+129~K1+142；（2）K1+662~K1+697；长度m（2）40；（3）13；（1）13；（2）35平交位置个数个66中心桩号/（1）K0+046；（2）K0+216；（3）K0+333；（4）K0+523；（5）K0+831；（6）K2+529（1）K0+045；（2）K0+220；（3）K0+344；（4）K0+578；（5）K0+525；（6）K2+6572.3.3方案综合评价1、方案一优缺点（1）优点：①该路线桥梁总跨径较方案二短128.745m，可以节约工程造价，更加经济。②该方案较方案二经过的池塘数量较少，大大减少了填埋池塘的工程量，可以减少成本，降低工程造价。③该方案圆曲线半径均为规范中一般值的2倍，线形协调，具有较高的行车舒适性。（2）缺点：在K1+780处穿过了房屋建筑，增加了赔偿拆迁的费用，增加了成本。2、方案二优缺点（1）优点：该方案较方案一没有穿越房屋建筑，可以减少赔偿拆迁的费用，在这个方面可以优于方案一。（2）缺点：①该路线桥梁总跨径较方案一长128.745m，增加了道路投资的总成本。②该方案较方案一经过的池塘数量较多，大大增加了填埋池塘的工程量，不利于节约成本。③该方案圆曲线半径最大值为450m，较方案一而言，线形稍差，不如方案一的行车舒适性好。3、比选结果通过对比可以看出，方案一路线较短，占用耕地较少，穿过的池塘数量较少，线型较好，有利于行车。经综合考虑，选定方案一作为最终的设计方案。2.4平面线形设计2.4.1交点坐标计算以JD1的计算为例，任取JD1处前直线上两点的坐标，本次计算取K0+560、K0+580的坐标，即（610054.6789，458636.0433）和（610055.7891，458656.0125），任取JD1处后直线上两点的坐标，本次计算取K1+200、K1+220，即（609922.7982，459249.4978）和（609913.2291，459267.06），假设JD1的坐标为（x，y），则计算过程如下：则JD1的坐标为（610073.4159，458973.0674）。按照此方法可算出其他交点坐标和起终点坐标，具体计算过程不再展示。2.4.2方位角及转角计算利用CAD标注功能查询起终点、各交点的坐标，查询结果如下：JD0（610023.5933，458076.9067）；JD1（610073.4159，458973.0674）JD2（609640.1557，459768.2347）；下面计算JD0和JD1的方位角，以验证纬地计算的正确性。具体计算过程如下：起点QD与JD1之间：坐标增量：交点间距：象限角：因为>0，>0，故方位角JD1与JD2之间：坐标增量：交点间距：象限角：因为<0，>0，故方位角转角：经过计算复核，其平面设计图中的转角及方位角与计算结果一致，各个交点结果详见表2.3。表2.3转角及方位角计算表交点号交点坐标转角值直线长度及方向N(X)E(Y)直线段长(m)交点间距(m)计算方位角JD0610023.5933458076.907594.599897.54486°49′04.4″JD1610073.4159458973.06731°45′59.827″(Y)221.004905.542118°35′04.2″JD2609640.1557459768.23539°39′36″(Z)381.207762.878°55′28.2″JD3609786.6914460516.8272.4.3设缓和曲线的平曲线要素计算（1）计算简图图2.2平曲线要素计算图（2）计算公式（2-1）（2-2）（2-3）（2-4）（2-5）（2-6）（2-7）式中LS—缓和曲线的长度，m；p—曲线半径内移值，m；q—ZH与ZY点的距离，m；R—圆曲线半径，m；T—圆曲线切线长，m；L—圆曲线曲线长，m；E—圆曲线外距，m；J—校正数，m；α—转角，º。（3）平曲线要素计算过程1.JD1的计算过程①缓和曲线长度确定本次设计取圆曲线的半径为800m，缓和曲线长度取150m，缓和曲线应满足的条件：缓和曲线的取值必须大于（1）、（2）值的最大值，且大于技术标准中规定的最小长度值，同时取值还应在条件（3）的取值范围内，本次设计取缓和曲线的长度150m，满足条件的要求。②平曲线要素计算以JD1为例，桩号为K0+897.544，已知路线转角=31°45′59.827″(Y)，圆曲线半径R=800m，缓和曲线长为150m，各要素计算如下：内移值：切线增长值：切线长：平曲线长：圆曲线长：外矢距：切曲差：经校核无误。③主点桩号计算公式（2-8）（2-9）（2-10）（2-11）（2-12）④计算示例以JD1为例，桩号为K0+897.544，已知路线转角=31°45′59.8″(Y)，圆曲线半径R=800m，缓和曲线长为150m。经校核JD1处桩号无误，各个交点的计算结果详见表2.4和2.5：表2.4平曲线要素计算表交点号交点桩号曲线要素值(m)半径缓和曲线长度缓和曲线参数切线长度曲线长度外距JD0K0+000JD1K0+897.544800150346.41302.945593.545732.97JD2K1+790.741800185384.708381.592738.758152.32JD3K2+529.114表2.5平曲线桩号计算表交点号曲线主点桩号ZHHYQZYHZHJD1K0+594.599K0+744.599K0+891.372K1+038.145K1+188.145JD2K1+409.149K1+594.149K1+778.528K1+962.907K2+147.907

第三章纵断面设计3.1纵断面设计原则本次路线的纵断面设计要考虑到以下原则：1、从整体上，纵断面的填挖要平衡，尽量做到以挖作填，这样可以减小工程量，降低经济成本，并减小施工难度。2、纵坡的变化频率尽可能地小，已达到行车的平顺性和舒适性。3、在竖曲线要素设置上，对于坡度的设置，尽可能地避免使用极限纵坡值（本次二级道路车速80km/h，路线最大纵坡为5%），注意3公里的连续上下坡要满足平均坡度的要求，另外，当与平曲线要素配合时，要注意到平曲线最大超高值的选取，以满足合成坡度的要求，一定要满足最小的0.3%纵坡，以满足纵向排水；对于坡长的设置，必须满足规范中的最小坡长（本次二级道路车速80km/h，路线最小坡长为200m），对于最大坡长，主要注意其对应的坡度限制，即不同的坡度对应不同的最大坡长要求；对于竖曲线半径及竖曲线长度的设置，无论凹曲线、还是凸曲线尽量满足最小半径的一般值，条件不允许时可以采用极限值，竖曲线长度也是尽量满足一般值，条件不允许时可以采用极限值。（5）要满足相邻变坡点之间的直线段长度大于3s的行程，本次设计车速为80km/h，因此3s的行程为80÷3.6×3=66.67m。（6）在设置纵断面时要注意满足平包竖的原则，即竖曲线的起终点要全部位于整体平曲线中，不允许既位于直线段又位于平曲线中。（7）注意路线上的控制点要求，例如：铁路、已有等级公路要满足规范中的净空要求。（8）注意桥涵等构造物的设置，当遇到河流、深沟峡谷时要设置桥梁，在山谷、沟坎处、低洼处设置涵洞，并注意涵洞的埋土深度等要求。3.2纵坡设计基本步骤①提取地面线：利用CAD软件，在地形图上量取每个桩号所对应的地面标高，利用桩号和标高组建坐标点，依次相连绘制出地面线。或者根据地形图上的高程点和等高线建立数模文件，纬地根据高程点和等高线的高程信息自动插值读取出道路已有桩号的高程信息。②标注纵断面控制点：在地面线上标出平曲线要素点、桥梁隧道、已有道路、铁路等的控制标高。③试坡：运用纬地设计软件上的纵断面设计功能，绘制出原始地面线，根据地面线的起伏变化情况初步拟定变坡点的位置。④调坡：根据规范对于竖曲线要素的要求，同时综合考虑填挖平衡、平包竖的原则，设置各个参数的取值大小，初步拟定纵断面设计线，在纬地中纵断面设计界面中可以根据凸曲线还是凹曲线设置半径的大小，然后点击试算，根据计算出来的其他指标参数进一步调整半径的大小，直到各个指标均满足规范要求，并且合理。⑤确定纵坡线：对于每个参数的设置对应规范再进一步核对，如果核对无误后即可确定最终的纵断面设计线，进行路基设计计算，存储纵断面的设计高程。3.3纵坡设计参数根据《公路路线设计规范》JTGD20—2017中竖曲线主要参数的规定，设计车速80km/h时，竖曲线相关指标如表3.1所示：表3.1竖曲线指标序号项目单位主要技术指标1最大纵坡%52最小纵坡%0.33最大合成坡度%9.04停车视距m1105竖曲线凸曲线最小长度m70最小半径一般值m4500极限值m3000凹曲线最小长度m70最小半径一般值m3000极限值m20006平曲线最大超高值%87最大坡长i=3%m1100mi=4%900mi=5%700mi=6%500m8最小坡长m2003.4拉坡及坡度设计本次路线的纵断面设计图如图3.1所示：图3.1纵断面设计线本设计的一级公路线路全长2529.114m，全线共设5个竖曲线，有3个凸曲线，其桩号分别为K0+330、K1+300、K2+260；2个凹曲线，其桩号分别为K0+890、K1+790。凸曲线的最小半径为2000m，大于规范中的凸曲线半径的一般值4500m；且大于视距所需要的最小半径值12000m；凹曲线的最小半径为50000m，大于规范中的凹曲线半径的一般值3000m；且大于视距所需要的最小半径值10000m；最大纵坡坡度为-0.541%，小于规范中的最小纵坡坡度5%；最小纵坡坡度为-0.31%，大于规范中纵向排水的纵向坡度0.3%；竖曲线最小长度为174.133m，大于规范中的竖曲线一般值170m；最小坡长为269.114m，大于规范中的最小坡长200m；最小直坡段长为149.902m，大于变坡点间3s的直线段长度66.67m，均满足规范要求。由图3.1可知，变坡点2处的竖曲线与交点1处的平曲线重合；变坡点4处的竖曲线与交点2处的平曲线重合。每个变坡点的起点位于对应的交点的前缓和曲线内，竖曲线终点位于对应的交点的后缓和曲线内，满足平包竖的要求。3.5竖曲线要素计算1、竖曲线计算简图如图3.2所示：图3.2纵断面竖曲线计算简图2、竖曲线要素计算公式如下：（3-1）（3-2）（3-3）（3-4）（3-5）式中i1，i2—相邻两坡段纵坡坡度，%；L—竖曲线长度，m；ω—变坡点处前后两纵坡线的坡度差，%；R—竖曲线半径，m；E—竖曲线外距，m；T—竖曲线切线长，m；h—竖曲线任一点竖距，m。3.计算示例以变坡点1的计算为例：桩号K0+330设计高程为4.016m，i1=0.35%，i2=-0.31%，半径R=40000m。坡度差：，为凸形。曲线长：切线长：外矢距：竖曲线起点桩号=变坡点桩号-T=K0+330-132.000=K0+198.000竖曲线起点高程=变坡点高程-T×i1=4.016-132.000×0.0035=3.554m竖曲线终点桩号=变坡点桩号+T=K0+330+132.000=K0+462.000竖曲线终点高程=变坡点高程+T×i2=4.016+132.000×(-0.0031)=3.607m经校核变坡点计算无误，最终纵断面设计结果见表3.2。表3.2竖曲线设计要素变坡点桩号竖曲线纵坡（％）坡长标高（m）半径R（m）切线长T（m）外距E（m）+-（m）0K0+0002.8610.353301K0+3304.016400001320.2178-0.315602K0+8902.2850000162.5610.2640.3404103K1+3003.6753000097.5370.159-0.314904K1+7902.156700002240.35840.334705K2+2603.7072000087.0660.190-0.541269.1146K2+529.1142.2523.6竖曲线逐桩高程表竖曲线要素计算简图如图3.3：图3.3竖曲线要素计算示意图3.6.1竖曲线上任意点设计高程计算①计算任意点切线高程（3-6）式中：H1为竖曲线上任意点切线高程，m；Ho为变坡点1的高程；i为起点~变坡点间直线纵坡度，%；x为竖曲线上任一点到起点的距离，其他参数同图3-2。②计算设计高程（3-7）（3-8）式中：H为竖曲线上任意点设计高程，m；±为当凸形竖曲线时取“-”，凹形竖曲线时取“+”；y为竖曲线上任一点的竖距，x为竖曲线上任一点到起点的距离。3.6.2直线上任意点设计高程计算①变坡点前直线任一点高程（3-9）式中：—直线上任意点至变坡点的距离；Ho为变坡点高程；为变坡点前直线的坡度。②变坡点后直线任一点高程（3-10）式中：—直线上任意点至变坡点的距离；Ho为变坡点高程；为变坡点后直线的坡度。3.6.3计算过程以桩号K0+160（在变坡点前直线上）、K0+260（在上半支上）、K0+400（在下半支上）、K0+500（在变坡点后直线上）为例，其高程计算过程如下：（1）K0+160高程计算：已知变坡点桩号为K0+330，变坡点高程HO为4.016m，i1=0.35%。（2）K0+260高程计算：已知竖曲线起点桩号为K0+198.000，变坡点高程HO为4.016m，i1=0.35%，T=132.000m。（3）K0+400高程计算：已知竖曲线起点桩号为K0+198.000，变坡点高程HO为4.016m，i1=0.35%，T=132.000m。（4）K0+500高程计算：已知变坡点桩号为K0+330变坡点高程HO为4.016m，i2=-0.31%。纵断面上直线内逐桩点及竖曲线上逐桩点的高程计算同上，不再一一列举，现展示前500m的计算结果，详见表3.4。表3.4逐桩高程计算表桩号地面高程(ｍ)设计高程(ｍ)填挖高度(ｍ)填挖K0+0002.862.860.00K0+0202.802.930.14K0+0402.793.000.22K0+0602.883.070.20K0+0802.973.140.17K0+1003.063.210.15K0+1203.083.280.20K0+1403.053.350.31K0+1603.013.420.41K0+1802.983.490.51K0+2002.953.560.61K0+2202.963.620.67K0+2402.983.680.70K0+2602.993.720.73K0+2803.003.760.76K0+3002.913.780.87K0+3202.873.790.93K0+3402.843.800.96K0+3602.873.790.92K0+3802.903.780.88K0+4002.923.750.83K0+4202.953.710.77K0+4402.993.670.68K0+4602.883.610.74K0+4802.763.550.79K0+5002.703.490.79第四章横断面设计4.1横断面设计原则（1）明确一级公路的横断面组成部分，即行车道宽度、硬路肩宽度、土路肩宽度、路槽厚度、中央分隔带。（2）分别确定横断面填方边坡坡度、填方边沟形式及尺寸；挖方边坡坡度，碎落台尺寸、排水沟形式及尺寸、截水沟形式及尺寸。（3）根据路线圆曲线半径的取值确定超高值的大小、是否进行加宽并采用几类加宽。（4）等填挖边坡较大时，确定是否采用二级台阶还是采用挡土墙等支挡工程。4.2横断面组成根据《公路路线设计规范》(JTGD20-2017)规定，高级公路横断面路基主要由“土路肩+硬路肩+行车道+中间带+行车道硬路肩+土路肩”组成，其中，车道宽度、路肩宽及左侧路缘带宽度取值要求见表4.1和表4.2[3、14]。表4.1车道宽度设计速度（km/h）1201008060403020车道宽度（m）3.753.753.753.53.53.253.00表4.2右侧路肩宽度设计速度（km/h）一级公路一级公路一级公路三级公路四级公路1201008010080608060403020右侧硬路肩宽度（m）一般值3或3.53.02.53.02.52.51.50.75———最小值3.02.51.52.51.50.750.25土路肩宽度（m）一般值0.750.750.750.750.750.50.750.750.750.500.25（双车道）0.5（单车道）最小值0.750.750.750.750.750.50.750.5表4.3左侧路缘带宽度设计速度（km/h）1201008060左侧路缘带宽度（m）一般值0.750.753.53.5最小值0.500.500.500.50综合各方面因素，本设计速度为80km/h，采用双向四车道，确定行车道宽度为3.75m、硬路肩宽度2.5m、土路肩宽度0.75m，行车道8m，其中左侧路缘带宽度为0.5m，中央分隔带宽度为2m，路基全宽24.5m。横断面组成见图4.1图4.1横断面组成4.3横断面路拱设计路拱坡度的确定对路基排水有重要的意义。路面类型不同，那么路拱坡度也不同。从规范可以知道，沥青路面横坡宜选取1.0～2.0%，考虑到本设计公路所属的地区的降雨量，路面的排水状况以及施工的难易程度、行车安全和舒适性的问题，最终确定把路拱横坡选取为2.0%，硬路肩的横坡与行车道相同。土路肩的横坡比行车道坡度大1~2%，定为3%，路拱形式采用直线型路拱。4.4横断面超高加宽设计4.4.1加宽设计根据《公路路线设计规范》JTGD20-2017，当一级公路、三级公路、四级公路的圆曲线半径小于或等于250m时，应设置曲线加宽。本设计为一级公路，最小圆曲线半径为800m，因此不需要曲线加宽设计。4.4.2超高设计本次设计速度为80km/h，行车道路拱横坡为2%，相关表4.4中不设超高的最小半径为2500m。表4.4不设超高最小半径设计速度（km/h）1201008060403020不设超高最小半径（m）路拱≤2%5500400025001500600350150路拱>2%7500525033501900600450200而本次设计中JD1和JD2的圆曲线半径均为800m，因此JD1、JD2平曲线应设置超高。（1）超高值的选取根据工程所在地区的气象观测记录，该地区最热月（7月）平均温度25.8℃，最冷月（1月）平均温度-2.5℃，属于一般情况，设计速度80km/h，本次设计中需要计算超高的平曲线半径为800m，故确定超高值为4%。（2）超高过渡方式的选取根据规范规定，超高方式为绕中央分隔带的边线旋转。旋转方式见图4.2：图4.2旋转方式图（2）超高缓和段长度计算双车道公路超高缓和段长度计算公式如下：（4-1）式中：为超高缓和段长度，m；B为旋转轴至行车道（设路缘带时为路缘带）外侧边缘的宽度，m；为超高坡度与旋转轴外侧路拱的代数和，%，当绕边轴旋转时，=，当绕中轴旋转时，；p为超高渐变率。以JD1为例，本次设计的缓和曲线长度为80m，计算双车道公路超高缓和段长度，其计算过程如下：根据规范规定，设计速度80km/h，绕中央分隔带边轴旋转时，p=1/200，本次设计半径为800m，，B=0.5+3.75×2+2.5+0.75=11.25m，故：而本次设计的缓和曲线长度为150m，大于计算值135m，因此满足规范的要求。4.4.3超高值的计算1、超高图示根据规范进行超高的设置，计算所用参数含义如图4.2所示。图4.2超高值计算所用参数示意图2、超高值计算公式根据规范中可知，超高值的计算公式如表4.5所示：表4.5超高值计算公式超高位置计算公式备注圆曲线外缘1、设计结果均为与设计高之高差，设计高的位置为路基外侧边缘；2、临界断面距超高缓和段起点为；3、加宽值bx按加宽计算公式计算。中线内缘过渡段外缘中线内缘式中：B-行车道宽度（m）；-路肩宽度（m）；-圆曲线加宽值（m）；-x距离处的路基加宽值（m）-超高横坡度（m）；-路拱横坡度（m）；-路肩横坡度（m）；-与路拱同坡度的单向超高点至超高缓和段起点的距离（m）；x-超高缓和段中任意点至超高缓和段起点的距离（m）。根据上述计算公式，可以计算平曲线上任意一点的超高值。具体超高计算结果见表《路面超高加宽表》。4.5合成坡度验算合成坡度是指道路纵坡和横坡的矢量和，计算式如下：（4-2）1、平曲线交点1与变坡点2重合，需要计算合成坡度，平曲线交点1处超高值为2%，变坡点1处最大纵坡为0.34%，则合成坡度为：2、平曲线交点2与变坡点4重合，需要计算合成坡度，平曲线交点2处超高值为2%，变坡点4处最大纵坡为0.33%，则合成坡度为：经过上述的验算，均满足规范要求。4.6路基土石方计算4.6.1路基土石方数量计算（1）横断面面积计算横断面图中原地面线与路基设计线所围面积即为路基填挖的断面积，高于地面线部分为填方，低于地面线部分为挖方，填挖方应分开计算。面积计算方法为积距法：（4-1）式中：b—被划分的梯形或三角形的宽（m）；H—被划分的梯形或三角形的高（m）；F—被划分的梯形或三角形的面积（m）。（2）土石方数量计算计算公式：（4-2）式中：V—体积，即相邻土石方数量（）；—分别为相邻两断面的面积（）；L—相邻断面之间的距离（）。4.6.2土石方数量计算过程选取特殊点周围以及直线任选一到两个点计算（1）K0+000至K0+020挖方：填方：总计：（2）K0+110至K0+112.243（ZH点）挖方：填方：总计：土石方数量计算如上，不一一列举，现展示前500m的土石方数量，汇总成表4.6：表4.6土石方数量计算表4.6.3路基土石方调配路基土石方的调配分为两部分，即填方的土来自何方，而挖方的弃土又丢向何方。本次路基土石方调配采用土石方调配软件进行，调配时要导入纬地数据，然后查看终点桩号是否与路线的终点桩号一致，若不一致，需要手动改动。然后设置土石方调配的比例系数，调运距离等参数，开始使用软件进行调配，调配时需要注意保证挖填平衡，挖出的土石方在经济合理的调运条件下用于填方，减少工程造价，环保经济。填方土源：附近挖方利用，挖方去向：调往附近填方。

第五章路面设计5.1设计依据依据《公路自然区划标准》，一级公路K0+000-K2+529.114段，位于河南省最北部的安阳市属中国公路自然区划的Ⅱ5区。本段设计采用双向四车道，交通量年增长率为8%，对于沥青路面，设计年限为15年。设计轴载为100kN。5.2沥青路面结构设计5.2.1结构层设计本次道路设计方案和材料参数如表5.1所示：表5.1设计方案和材料参数材料名称厚度（mm）模量（MPa）泊松比弯拉强度（MPa）沥青混合料车辙试验永久变形量（mm）细粒式沥青混凝土40110000.251.0中粒式沥青混凝土60100000.251.5粗粒式沥青混凝土80100000.251.41.5水泥稳定碎石？75000.25级配碎石1802500.35新建路基600.45.2.2交通量计算新建沥青路面设计年限为15年。方向系数为0.5。交通量年平均增长率为8%。单向车道数为2的车道系数：0.75。设计车道的年平均日货车交通量计算如下：（4-1）式中：—设计车道的年平均日货车交通量；QUOTEAADTT—2轴6轮及以上车辆的双向年平均日交通量；QUOTEDDF—方向系数；QUOTELDF—车道系数。 设计年限内设计车道累计交通量Q按下式确定：QUOTEQ=365Q11+γt−1式中：γ—设计年限内交通量年平均增长率；t—设计使用年限或设计基准期。初始年设计车道大型客车和货车年平均日交通量（辆/日）4031设计使用年限内设计车道累计大型客车和货车交通量（辆）3.994931×107沥青路面交通荷载等级划分见表4.3。表4.3沥青路面设计交通荷载分级设计交通荷载等级极重特重重中等轻设计使用年限内设计车道累计大型客车和货车交通量（QUOTE×106辆）≥50.050.0~19.019.0~8.08.0~4.0<4.0根据表4.3中交通等级划分可知，本次路面设计交通荷载等级为特重交通荷载等级。公路TTC分类标准见表5.4。表4.4公路TTC分类标准（%）TTC分类整体式货车比例半挂式货车比例TTC1<40>50TTC2<40<50TTC340-70>20TTC440-70<20TTC5>70--本设计中整体式货车比例为75%>70%范围内，半挂车所占比重为0%，所以TTC分类为TTC5，其具体参数见表5.4：表5.4TTC5车辆类型分布系数（%）车辆类型2类3类4类5类6类7类8类9类10类11类满载比例9.942.514.8022.72.02.33.22.50.2当验算沥青混合料层疲劳开裂时：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为7.701998×107当验算无机结合料稳定层疲劳开裂时: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为5.669053×108当验算沥青混合料层永久变形量时:通车至首次针对车辙维修的期限内设计车道上的当量设计轴载累计作用次数为7.701998×107当验算路基顶面竖向压应变时: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为1.174511×1075.2.3路面结构设计与验算本次道路设计采用的路面结构层数、设计轴载等路面基本参数如表5.1：表5.1路面基本参数路面结构的层数5设计轴载100kN路面设计层层位5设计层起始厚度100mm结构层材料选用及厚度如表5.2所示，其中得四层水泥稳定碎石为验算结构层。表5.2路面结构层参数材料名称厚度（mm）模量（MPa）泊松比弯拉强度（MPa）沥青混合料车辙试验永久变形量（mm）细粒式沥青混凝土40110000.251.0中粒式沥青混凝土60100000.251.5粗粒式沥青混凝土80100000.251.41.5水泥稳定碎石？75000.25级配碎石1802500.35新建路基600.4第4层无机结合料稳定层疲劳开裂验算设计层厚度H(4)=520mm季节性冻土地区调整系数KA=0.8温度调整系数KT2=1.309现场综合修正系数KC=-1.402第4层层底拉应力σ=0.127MPa第4层无机结合料稳定层疲劳开裂寿命NF2=5.747172×109轴次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NZB2=5.669053×108轴次第4层无机结合料稳定层疲劳开裂验算已满足设计要求。沥青面层低温开裂指数验算路面所在地区低温设计温度TSJ=-10℃表面层沥青弯曲梁流变试验蠕变劲度ST=120MPa沥青结合料类材料层厚度HA=180mm路基类型参数BLJ=2沥青面层低温开裂指数CI=-1.0条沥青面层容许低温开裂指数CIR=3条沥青面层低温开裂指数值满足规范要求。沥青混合料层永久变形量验算沥青混合料层永久变形等效温TPEF=24℃通车至首次针对车辙维修的期限内设计车道上的当量设计轴载累计作用次数NZB3=7.701998×107轴次沥青混合料层永久变形验算分层数N=6第1分层沥青混合料永久变形量RAI(1)=1.24mm第2分层沥青混合料永久变形量RAI(2)=2.22mm第3分层沥青混合料永久变形量RAI(3)=3.3mm第4分层沥青混合料永久变形量RAI(4)=2.38mm第5分层沥青混合料永久变形量RAI(5)=1.44mm第6分层沥青混合料永久变形量RAI(6)=1.8mm沥青混合料层永久变形量RA=12.38mm沥青混合料层容许永久变形量RAR=15mm沥青混合料层永久变形量满足规范要求。第1层沥青混合料车辙试验动稳定度技术要求为9365次/mm第2层沥青混合料车辙试验动稳定度技术要求为5139次/mm第3层沥青混合料车辙试验动稳定度技术要求为5139次/mm路面结构最小防冻厚度500mm验算结果表明，路面结构总厚度满足防冻要求。计算设计路面结构的验收弯沉值：干湿循环或冻融循环条件下路基土模量折减系数KAT=0.8路基顶面验收弯沉值LG=213.4(0.01mm)路表验收弯沉值LA=18(0.01mm)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40mm中粒式沥青混凝土60mm粗粒式沥青混凝土80mm水泥稳定碎石520mm级配碎石180mm新建路基第六章路基排水设计及边坡防护6.1路基排水设计6.1.1边沟设计查《公路路基设计规范》得边沟横断面一般采用矩形。本次道路采用梯形边沟，且底宽为0.6m，深0.6m，，采用M7.5号水泥浆砌片石，边沟尺寸图如图6.1所示。图6.1边沟细部尺寸图6.2.2截水沟设计截水沟的规划设计包括天沟和截水沟，本次设计主要考虑坡脚位置的截水沟设计，根据照图纸规范要求，应在坡脚2m以外的地方设置坡脚的截水沟，并使地形图和地质条件相结合顺着等高线合理布置截水沟，在一般情况下，梯形断面沟壁坡度取1:1。截水沟尺寸图如图6.2所示。图6.2截水沟细部尺寸图6.3.3排水沟设计当水沟、路基里面有大量积水时，要采取抽排方式，排至市水管网，或者天然河流内，沟设计成梯形，防止坡塌落造成堵塞，根据排水量的多少，设置沟的大小和深度。边坡要进行护坡工作，土层厚度1：1.0～1：1.5；水沟的沟底纵坡应不小于0.5%，在特殊的情况下容许至0.2%。排水沟尺寸图如图6.3所示。图6.3排水沟细部尺寸图排水沟要直线挖设，在转角时其拐角半径不宜小于10-20m，其长度根据实际需求来确定，长度最好控制在500m以内。6.3.4桥涵设计1、桥梁本设计标段内需要跨越一处池塘和一处河流，因此设计了2座桥梁。本次设计中桥梁结构类型为预应力砼简支箱梁和钢筋混凝土简支空心板[1、12]，本设计中的2座桥梁的具体桩号和跨径如表6.1所示：表6.1桥梁设置一览表序号桥梁位置跨径分布（m）总长（m）桥型起始桩号终止桩号1K1+640K1+7101-4040预应力混凝土简支箱梁2K1+800K1+8701-1313钢