高速公路选线设计-大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文） 69页

目录第一章绪论11.1课题的背景及意义11.2高速公路发展现状21.3工程概况31.4设计依据4第二章平面设计52.1公路等级的确定52.1.1交通量计算52.1.2确定公路等级62.2路线设计原则和方法62.2.1选线原则62.2.2山区选线的步骤和方法72.3地形图分析72.4平面设计82.4.1平面设计原则82.4.2平面要素的确定82.4.3方案比选102.4.4平曲线几何要素计算112.4.5电算确定平曲线要素142.4.6设计向导的设定16第三章纵断面设计193.1纵断面设计的原则19 3.2纵坡设计的要求193.3纵坡设计步骤203.4纵断面设计213.4.1竖曲线主要参数213.4.2拉坡与竖曲线设计223.4.3竖曲线几何要素计算22第四章横断面设计254.1横断面设计原则254.2路基宽度254.3行车道超高值确定264.3.1理论计算公式264.3.2超高值的确定274.4行车视距284.5横断面图的绘制29第五章路面结构设计305.1路面设计的内容和原则305.1.1路面设计内容和方法305.1.2沥青路面结构设计原则305.2沥青路面当量轴载换算315.2.1当量轴载换算公式315.2.2设计年限内累计当量轴次325.3路面方案设计335.3.1基本资料335.3.2交通分析345.3.3初拟结构组合和材料选取35 5.3.4电算确定待设计层厚度365.3.5经济技术比选37第六章挡土墙设计406.1挡土墙布置406.1.1挡土墙位置的选定406.1.2挡土墙的各向布置416.3重力式挡土墙设计426.3.1基本参数426.3.2土压力计算436.4悬臂式挡土墙设计456.4.1基本参数456.4.2土压力计算46结论51致谢52参考文献53附录54 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）第一章绪论1.1课题的背景及意义本设计是在我国交通运输日益发达的大背景之下完成对线路的各方面设计。我国国土面积辽阔，内陆城市居多，因此交通运输的方式中，公路运输和铁路运输占有很大的比重。相对于铁路运输，公路运输主要优点是灵活性强，投资较低，公路建设期短，易于因地制宜，对收到站设施要求不高。可以采取“门到门”运输形式，即从发货者门口直到收货者门口，而不需转运或反复装卸搬运。公路运输也可作为其他运输方式的衔接手段。具体地说，公路运输一般具有以下优点:（1）可以直接把货物从发货处送到收货处，实行门对门一条龙服务。（2）容易装车，适于近距离运输，而且近距离运输费用较低。（3）适应性强，可作为其他运输方式的衔接手段。易于衔接铁路、水路运输以及航空运输，有利于疏通商品，是综合运输体系的重要组成部分，是物资集散的有效工具。公路运输的不足之处是不适宜大批量运输。公路运输的经济半径，一般在200公里以内，因为长距离运输运费相对昂贵。此外，公路运输容易污染环境，发生交通事故。本次课题设计的目的是满足当地交通出行和工厂产品的运输需求，根据交通量需求，综合当地地形复杂、地势险峻，修建高速公路能够很好的满足设计要求。高速公路产生于20世纪30年代西方一些国家，60年代以来世界各国高速公路发展迅速。它是经济发展到一定程度的必然产物。其原因大致有两个方面：第一，高速公路适应工业化和城市化的发展。城市是产业与人口的集聚地，其汽车的增长远比乡村快的多，成为汽车的集聚中心，因此高速公路的建设多从城市的环路，辐射路和交通繁忙路段开始，逐步成为以高速公路为骨干的城市交通。66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）第二，汽车技术的发展，对高速公路建设提出客观要求。目前汽车已成为人类社会必不可少的交通工具，因此需要高速公路等基础设施的配合汽车的轻型化和载重化是两大发展趋势，前者要求速度保障后者要求承载力，而高速公路恰能使二者有机结合。本设计的高速公路的建设，将为当地的交通运输及出行带来极大的便利，有利于缓解现有的交通压力，促进沿线资源优势转化为经济优势，带动贫困地区尽快脱贫致富的需要，使当地的物产资源能够及时有效地输出，对提高沿线地区居民的生活质量。本线路的建设在很大程度上带动了当地旅游业的发展，极大程度开发本地区鸣河河滩，山谷的旅游资源，并且带动餐饮，住宿等一系列旅游服务行业的发展，对促进当地的经济发展有着重大意义。1.2高速公路发展现状目前全世界已有80多个国家和地区拥有高速公路，通车总里程超过了23万公里。国外高速公路比较发达的是美国，美国于1937年开始修筑宾夕法尼亚州收税高速公路，长257公里。目前，美国拥有约10万多公里高速公路，已完成以州际为核心的高速公路网，其总里程约占世界高速公路总里程的一半，连接了所有5万人以上的城镇。美国的高速公路建设，有一套评估、规划立项、投融资以及维护管理的机制，每个项目的认证至少要两年时间。高速公路建设资金投入的比例为州政府19.6%，地方县市77.4%，联邦政府3%，平时维护费用主要由州政府负责。中国地域辽阔，地形地貌差别极大，给高速公路的建设带来很大的挑战性。初期，高速公路的建设从经济发达同时修建难度比较小的地区开始建设，随着国家主干道计划("五纵七横"规划)的逐步而实施，为实现成网的要求，建设重点也向地形复杂的地区转移，长大隧道及高跨、长跨桥梁占的比例也起来越大，同时高速公路的平均造价也大幅度提高。从上世纪九十年代开始，中国进入了公路建设快速发展的时期，尤其是1998年中国实施积极的财政政策以来，中国公路建设投资数量大、开工项目多。1992年，中华人民共和国交通部制定了五纵七横国道主干线规划，计划建设一个省际高速公路体系，它包括12条关键性的交通走廊五纵七横(5条南北走向，7条东西走向)，长达3.5万公里，全部由二级公路以上的高等级公路组成，其中高速2.5万公里。中国政府计划2010年前建成五纵七横高速公路网(其中两纵两横三个重要路段计划在2002年年基本完成)，建成后将贯通首都北京和直辖市及各省(自治区)省会城市，将人口在100万以上的所有特大城市和人口在50万以上大城市中的93%连接起来，使贯通和连接的城市总数超过200个，覆盖的人口约6亿，占全国总人口的50%左右。66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）1984年6月7日，沈大高速公路开工，全长375公里。这条公路在建设初期是按一级汽车专用公路标准实施的。同年12月21日，沪嘉高速公路(上海至嘉定)开工。1987年12月，京津塘高速公路动工，长142.69公里。该路是中国利用世界银行贷款进行国际公开招标建设的第一条高速公路。1988年10月31日，沪嘉高速公路正式通车，成为中国大陆首条建成的高速公路。沪嘉高速公路有四车道，全长20.4公里。1998年全年新增高速公路1741公里，通车总里程达8733公里，居世界第六;在建高速公路总里程达1.26万公里。2001年中国大陆高速公路通车里程达到1.9万公里，跃居世界第二。2003年3月21日，沈大高速公路进行全线封闭改造，这是中国第一条八车道高速公路。当年新修4600公里高速公路，高速公路通车总里程达到2.98万公里。2010年中国高速公路通车里程为74113km(不含港、澳、台地区),比2009年底增长了13.92%。河南省高速通车总里程首次突破5000公里整数大关，已连续5年位居全国高速通车总里程首位。2013年河南高速再创新高，达到5830公里，通达河南的所有省辖市，通车里程连续7年保持全国第一，形成了以郑州为中心，纵贯南北、连接东西、辐射八方的高速公路网络，河南，也成为全国率先实现县县通高速的省份，108个县城，20分钟就可上高速，3小时能通达所有省辖市。同年，全中国高速公路通车总里程达到10.4万公里，超过美国居世界第一。截至目前，据2017年3月份发改委宣布，我国高速公路运营里程达到13万公里，居世界第一。1.3工程概况本设计的公路地处祁东山和霍林山之间，一侧傍水，一侧靠山，为典型的丘陵河谷区，总体地势为西北低，东南高。主要山脊走向呈西北～东南向，最高山峰为霍林山，海拔1753米，最底点位于镇山中部附近的大河湾与鸣河的谷地，海拔1500米，相对高差250多米。因受构造活动和水流侵蚀，地形切割十分剧烈，河谷发育，沟壑纵横。依据成因类型、形态和组成物质三者的不同组合，将本区内发育的地貌单元划分为河流侵蚀堆积河谷平原、侵蚀剥蚀小起伏中山、侵蚀剥蚀大起伏中山三个大地貌单元。根据含水介质及水动力条件将区内分为以下两种种类型：（1）第四系孔隙潜水主要分布在吕吕河、鸣河与兑子沟、后子沟、小松子沟的分流阶地。第四系孔隙水主要赋存于河流漫滩、阶地及斜坡堆积层。含水岩性为砂类土及碎石类土。漫滩及较宽阔的一级阶地因良好的赋存条件，一般富水性强，水质好，地下水位变化大；斜坡堆积层基本不含水，在厚度大地形平坦处可能存在少量上层滞水，但分布非常有限。孔隙潜水主要受大气降水补给，蒸发排泄或排给河水。高阶地和斜坡堆积层因粘性土雨季时常在局部滞流成湿地或渗水成溪流，水量不大也储存不均匀，但却是引起斜坡小型溜塌或浅层滑动的主要因素。66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）（2）碎屑岩裂隙水主要分布基岩中低山区。含水层岩性为石炭、二叠、三叠、侏罗系的砂岩及节理裂隙发育的包括风化裂隙、构造节理及断裂构造带，因受岩性影响分布很不均匀，一般软质岩如泥岩、页岩等多为风化裂隙微含水，硬质岩则为构造裂隙含水，如砂岩等，其含水性也很弱，很少见地下水露头。当地沿线碎石产量丰富，石料质量良好。沿线有多个石灰厂，产量大、质量好。另外，附近发电厂粉煤灰储量极为丰富。工程所需的部分材料可以就地取材，节约工程费用，其他材料如沥青等均需向外采购。本项目区域多为河谷丘陵，山地处树木植被较多，并且有国家级保护动植物，河谷漫滩地段，多为农田梯田和鱼塘。沿线多粘质土，河谷地段为堆积土，山坡1米以下是碎石土。本线路设计考虑了道路对自然条件的影响，尽可能多的避免对农田的破坏，减少对自然景观的破坏。对于施工造成的取土坑、弃土区填方及挖方采用完善的排水系统和必要的防护措施。边坡防护大多数采用植被防护。本线路起点位于大河湾附近，终点至马家。经过河流丘陵地貌，路线所经地形呈西北部略低东南部略高趋势，其间穿过两条河流两条沟渠，道路沿线属于河谷漫滩低丘陵坡地及山间盆地地貌单元。所设计的道路线具体情况如下：主线为双向六车道高速公路标准建设，路幅宽度33.5m，中央分隔带2m，行车道2×12m、路槽深度0.6m，硬路肩2×3m、路槽深度0.3m，土路肩2×0.75m，设计车速为100km/h。路线总长度为4736.996m，起点桩号K0+000.0,终点桩号为K4+736.996。1.4设计依据1.依据资料（1）本公路工程可行性研究报告及勘察设计合同文件。（2）大河湾至马家标段1:2000平面地形图。2.设计标准及主要技术参数参考的主要设计规范如下。（1）公路工程技术标准（JTGB01-2014）（2）公路路线设计规范（JTGD20-2006)（3）路基路面工程66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）（4）沥青路面设计规范(JTGD50-2015)（5）公路路基设计规范(JTGD30-2016)（6）高速公路规划与设计（7）公路环境保护设计规范(JTGB04-2010)（8）公路隧道设计规范（JTGD70/2-2014）（9）公路桥涵设计通用规范(JTGD60-2015)第一章平面设计线路的平面设计是指参照相关规定，结合当地的地形地貌，在公路规划地区范围的起点、行经地点及终点之间，确定一条技术上可行，经济上合理，而又能符合使用要求的平面公路中心线，并计算平面路线中相关的曲线要素。2.1公路等级的确定2.1.1交通量计算交通量是单位时间内通过道路断面的交通流量（即单位时间内通过道路某断面的车辆数目），预测该路竣工后第一年的交通组成如表2-1。66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）表2-1预测交通量车型名称交通量黄河JN1501342东风AS141DL414太湖XQ641301黄海DD690526长征XD160805红岩CQ30290656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表2-2。表2-2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座的客车和载重量≤2t的货车中型车1.5座位>19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的货车由表2-1的交通量和表2-2的折算系数，可以得到初始年交通量。辆/日2.1.2确定公路等级预计通车后公路沿线年交通量平均增长率γ=3%，高速公路设计交通量预测年限为20年。计算公式为66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）（2.1）由公式得辆/日依据《公路工程技术标准JTGB01-2014》可知：高速公路为专供汽车分方向、分车道行驶，全部控制出入的多车道公路。高速公路的年平均日设交通量宜在15000辆小客车以上。综合各个方面考虑，本高速公路设计采用双向6车道，设计速度采用100km/h。2.2路线设计原则和方法选线是根据线路基本走向和技术标准，结合地形、地质条件，考虑安全、环保、土地利用和施工条件，以及经济等因素，通过全面比较，选定路线中线的全过程。这是道路建设的基础工作，面对的是一个十分复杂的自然环境和社会经济条件，需要综合考虑多方面因素。为了保证选线和勘测设计质量，降低工程造价，必须全面考虑，由粗到细，由轮廓到具体，逐步深入，分阶段分步骤分析比较，进行多个设计方案的比选，才能定处合理的路线。2.2.1选线原则（1）应针对路线所经地域的生态环境、地形、地质的特性和差异，按拟定的各控制点由面到带、由带到线、由浅入深、由轮廓到具体，进行比较、优化与论证。同一起、终点的路段内有多个可行的方案时，应对各设计方案进行同等深度的比较。（2）影响选择控制点的因素多且相互关联又相互制约，应根据公路功能和使用任务，全面权衡、分清主次，处理好全局和局部的关系，并注意由于局部难点的突破而引起的关系转换给全局带来的影响。（3）应对路线所经区域、走廊带及其沿线的工程地质和水文地质进行深入调查、勘察，查清其对公路工程的影响程度。遇有滑坡、崩塌、岩堆、泥石流、岩溶、软土、泥沼等不良工程地质的地段应慎重对待，视其对线路的影响程度，分别对绕、避、穿等方案进行论证比选。当必须穿过时，应选择合适的位置，缩小穿越范围，并采取切实可行的工程措施。（4）应充分利用工程建设用地，严格保护农用耕地。66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）（1）国家文物是不可再生的文化资源，路线应尽量避让不可移文物。（2）保护生态环境，并同当地的自然景观相协调。（3）高速公路、具有干线功能的一级公路同作为路线控制点的城镇相衔接时，以接城市环线或以支线连接为宜，并与城市发展规划相协调。（4）路线设计是立体线性设计，在选线时即应考虑平、纵、横面的相互间组合与合理配合。本设计所在区域为山岭—河谷平原地形，在山岭部分要注意限制坡度的影响，要用足坡度，在河谷平原地段坡度限制不大，主要是进行障碍物的绕避。当地自然景观较多，因此要格外注意保护耕田和生态环境，并与城市规划相协调。2.2.2山区选线的步骤和方法本设计所处的地形多为山脉丘陵，一部分河滩，因此选线设计应该按照山区选线的方法进行。山区选线一般按工作内容分三步进行。具体如下：（1）路线方案选择路线方案选择主要是解决起、终点间线路基本走向的问题。（2）路线带选择在路线基本走向选定的基础上，按地形、地质、水文等自然条件选定出一些细部控制点，即构成路线带，也称路线布局。（3）具体定线定线是根据技术标准和路线方案，结合有关条件在有利的路线带内进行平纵横综合设计，具体定出道路中线的工作。2.3地形图分析要想设计出最为合理的线路，充分的前期工作是完成整个工作的基础。正常的工程建设要先进行地形勘测，由于毕业设计采用的地形图已经由设计单位勘测设计完毕，因此需要详细的解读地形图。66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）为了进一步的识读地形图，需要知道每个图层的含义，基本图层注释如下：DMTZ——地貌特征、DLSS——道路设施、ASSIST——骨架线、DLDW——独立地物、KZD——控制点、ZBTZ——植被特征、DGX——等高线、GCD——高程点、GXYZ——管线设施、JJ——境界、JMD——居民地、JZD——界址点、SXSS——水系设施、TK——图廓等等。本设计的地形图在起终点界线范围内，整个地形呈西北至东南走向，右上侧河流水系比较发育，左下侧多为山岭。从左至右分别是祁东山、镇山、南山、霍林山。地形图中部平坦部分为乡镇村落，中部有街鹏村、堂尔上村，并且附近河流繁多，河流周边农用耕地占地面积大。2.4平面设计2.4.1平面设计原则（1）平面线形应与地形、地物和环境相适应，保持线形的连续性和均衡性，并于纵断面设计相协调。（2）平面线形应直捷、流畅，并与地形、地物相适应，宜直则直，宜曲则曲，不片面追求直曲，这是美学、经济和环境保护的要求。（3）为使一条道路上的车辆尽量以均匀速度行驶，应注意各线形要素保持连续均衡，避免出现技术指标的突变。（4）注意与纵断面设计相协调。在平面线形设计中，应考虑纵断面设计的要求，与纵断面线形相协调。（5）平曲线应该有足够的长度。汽车在道路的曲线路段上行驶时，若平曲线长度过短，驾驶员需要急转方向盘，在高速行驶时是不安全的，也会使离心加速度变化率过大，使乘客感到不适；当道路转角很小时，容易产生曲线半径很小的错觉。因此，平曲线应有一定的长度。本设计为山区高速公路选线设计，因此在平面设计中应该充分重视圆曲线的半径选取，跨越河流等地桥位的选取，需要开挖隧道时，隧道洞口的选取等等。66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）2.4.2平面要素的确定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：设计速度大于或等于60km/h时，同向圆曲线之间夹直线最小长度（以m计）以不小于设计速度（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）以不小于设计速度（以km/h计）的2倍为宜。由于本线路设计的平面曲线半径均小于4000m，因此需要设置曲线超高。根据《公路路线设计规范》JTGD20-2006曲线超高相关规定，各级公路圆曲线部分的最大超高值如表2-3。表2-3各级公路圆曲线最大超高值公路等级高速公路、一级公路二级、三级、四级公路一般地区（％）8或108积雪冰冻地区（％）6根据规定本线路设计圆曲线最大超高值取8％，旋转方式为绕中央分隔带边缘旋转，线性渐变方式并且外侧土路肩随行车道一起超高。根据《公路路线设计规范》JTGD20-2006，当二级公路、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。本设计为高速公路，并且最小圆曲线半径为800m，因此不需要曲线加宽设计。对于平曲线的主要参数，根据《公路路线设计规范》JTGD20-200666 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）中相关规定，设计车速为100km/h时的平曲线参数如表2-4。表2-4高速公路主要技术指标[2]设计速度100km/h平曲线最小半径一般值700m最小半径极限值400m缓和曲线最小长度85m不设超高的最小曲线半径路拱≤2％4000m路拱>2％5250m最大超高8％曲线加宽不设置加宽本设计中公路平曲线半径的最小的为800m，缓和曲线最小的长度为200m，最大超高为8%，曲线不设置加宽，经设计向导验证满足要求。2.4.3方案比选（1）设计方案说明本设计共设计了三套方案，详细图形参见附录4方案比选图，其各自特点如下。方案一：起点位于大河湾东北侧，沿坡底跨越鸣河支流，绕过镇山山咀，在街鹏村附近设置转弯曲线。沿平坦河谷地面进入镇山中部，在傍山处转弯以直线段穿越堂尔上乡镇，经过南山山咀到达中点马家。66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）方案二：起点同样位于大河湾东北侧，沿山坡坡底跨越鸣河支流，在镇山山咀处转弯沿傍山线路进入镇山中部，在镇山中部远河谷线设置反向曲线。线路出来沿傍山线路穿过堂尔上乡镇，进入南山山咀并在南山边缘出转弯进入霍林山到达终点马家站。方案三：方案三为远河谷线路，线路起点位于大河湾西南侧，在祁东山东南部位转弯进入镇山西南侧，在镇山中部转弯以直线段穿越堂尔上乡镇边缘进入南山中部。在南山中部转弯进入霍林山到达终点马家。（2）方案评价比选方案一的路线里程短，穿越的地形多为河谷平原，山岭较少，地势比较平坦，可以减少填挖方量，降低工程费用。线路靠近多个村庄，如街鹏村、堂尔上村，方便设置交通收费站。线路的不足之处是占用了大量农田，且穿过了很多户住宅，这将使得青苗补偿费用和住房拆迁费用大大增加，远超过工程费用。而且穿过多条河流，使得桥涵工程量增加。方案二的路线现对于方案一稍向里侧移动了些，线路大部分为傍山线路，避免了大量占用农田，填挖方量也不是很大。线路仅需设置两座桥梁，穿越城镇的部位，住宅较少，可以减少拆迁补偿费用。但是线路在镇山中部的挖方量大，需要设置一条600m的隧道。方案三的路线为远河谷线路，线路多为山岭线路，地形起伏不大，但是地面高程较大，施工不易，工程量较大。三个方案的技术指标比较如表2-5所示。66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）表2-5主要技术指标比较主要比选指标方案一方案二方案三平曲线路线总长（km）4.7214.7374.825平均每公里交点数（个）0.6350.6330.622平曲线最小半径（米/个）1000/21000/21000/2平曲线长占路线总长（%）46.342.548.6直线最大长度（m）1442.9191526.2981327.15竖曲线最短纵坡长（m）201.490336.966462.308平均每公里纵坡变更次数（次）1.9061.4771.658竖曲线增长系数1.009631.002411.0121路基平均填土高度（m）3.2317.2648.628最大填土高度（m）5.4621.4028.27最小填土高度（m）0.250.040.61工程量挖方（立方米）填方（立方米）桥涵（个）12107隧道（个）012综合以上方面考虑，确定最优方案为方案二。其平面图详见附录1路线平面设计图。2.4.4平曲线几何要素计算（1）平面曲线几何要素计算图示如图2-2所示66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）图2-2对称型平面曲线计算图（2）理论计算公式（2.2）（2.3）（2.4）（2.5）（2.6）（2.7）（2.8）66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）（2.9）式中：T-总切线长（m）L-总曲线长（m）E-外矢距（m）D-切曲差（m）R-主曲线半径（m）ɑ—路线转角（°）β0—缓和曲线终点处的缓和曲线角（°）q—缓和曲线切线增值（m）p—设缓和曲线后，主圆曲线的内移植（m）Ls—缓和曲线长度（m）Ly—圆曲线长度（m）（2）计算示例以JD1为例，已知路线转角ɑ=38°49′42.6″，圆曲线半径R=800m，缓和曲线长为220m，各要素计算如下：内移值：切线增长值：缓和曲线角：切线长：平曲线长：66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）外矢距：切曲差：圆曲线长：经校核无误。（1）主点桩号计算公式（2.10）（2.11）（2.12）（2.13）（2.14）（4）计算示例JD1处的桩号为K0+633.718，　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　经校核JD1处桩号无误。其他交点圆曲线要素及桩号详见附录8直曲表。其余桩号见附录9逐桩坐标表。66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）2.4.5电算确定平曲线要素本路线包含三个平面曲线，其平面几何要素如下。平曲线1的几何要素如图2-3所示。图2-3曲线1几何要素平曲线2的几何要素如图2-4所示。66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）图2-4曲线2几何要素平曲线3几何要素如图2-5所示。图2-5曲线3几何要素66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）2.4.6设计向导的设定在完成平面线形设计之后，要进行设计向导的设置，这是完成整个线路平纵横设计的核心步骤，也是检验各个设计阶段所进行的设计是否符合规范、是否合理的重要方法。设计向导的设定如下：（1）路线基本信息如图2-6。图2-6路线基本信息（2）路幅与断面形式如图2-7。66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）图2-7路幅与断面形式其中左侧中分带横坡为0，宽度为1m，高度为0.2m。左侧行车道横坡为2％，宽度为3×4m，路槽深度为0.6m。左侧硬路肩横坡为2％，宽度为3m，路槽深度为0.3m。左侧土路肩横坡为3％，宽度为0.75m，路槽深度为0。右侧各部分数据与左侧相同。（3）填挖方设置如图2-8。66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）图2-8填挖方设置（4）边沟及排水沟设计如图2-9。图2-9边沟及排水沟设置（5）超高加宽设置如图2-10。66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）图2-10超高加宽设置第三章纵断面设计线路的纵断面是指沿线路的中线数值剖切在进行展开得到的平面图，路线的纵断面是一条有起伏的空间线。纵断面图是通过纵断面设计得到的成果，也是道路设计的重要的一部分。将道路的平面图和纵断面图结合起来就能够准确地定位出路线的空间位置。3.1纵断面设计的原则（1）纵断面线形设计应根据设计速度，在适应地形和环境的条件下，对纵坡的大小、长短及前后坡段协调的情况，竖曲线半径及其与平面线形的组合等进行综合全面的研究。通过不断的调整修改，最终设计出平顺、连续的纵断面线形。（2）66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）应满足纵坡及竖曲线的各项规定，以及相关高程控制点和构造物设计对纵断面的要求。（1）平面上直线路段不宜在短距离内出现凹凸起伏频繁的纵断面线形，因为突起的部分容易遮挡视线，凹下去的部分容易形成视野盲区，导致驾驶员产生茫然感，导致视线中断，使线形失去连续性，影响行车安全。（2）长下坡的直线坡段端部不应设计小半径凹形竖曲线，以保证行车安全。（3）连续上坡路段，应符合平均纵坡的规定，并采用运行速度对通行能力与行车安全进行检验。（4）纵断面设计应考虑路面排水的要求。（5）在回头曲线路段，路线纵坡有特殊规定，应先定出回头曲线的部分的纵坡，再从两端接坡。在回头曲线的主曲线内不易设竖曲线。（6）应争取纵向填挖平衡，尽量移挖作填，以节省土石方数量，降低工程造价。本设计线路多为山区线路，在纵断面设计时，要注意用足坡度，适应地形的起伏，减少填挖高度，降低工程费用。还应注意竖曲线半径的选取，除条件困难的情况外，竖曲线半径尽量选取大半径，并保证线路的平顺。3.2纵坡设计的要求（1）设计需满足《公路工程技术标准》中的各项标准。（2）纵坡应具有一定的平顺性，起伏不宜过大和过于频繁。尽量避免采用极限纵坡值，合理安排缓和坡段，不宜连续采用极限长度的陡坡及最短长度的短坡。连续上坡或下坡段，应避免反复设置反坡段。（3）沿线地形、地下管线、水文地质条件、气候和排水等均需综合考虑。（4）应尽量做到填挖平衡，使挖方运作就近路段填方，以减少借方和弃方，降低工程费用和节省用地。（5）纵坡除了要满足最小纵坡要求外，还应满足最小填土高度的要求，以保证路基稳定。（6）对连接段的纵坡，如大、中引桥及隧道两端的接线等，纵坡应缓和，避免产生突变。66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）（1）在实地调查的基础上，充分考虑通道、农田水利等方面的要求。3.3纵坡设计步骤纵断面的设计同平面设计类似，也可以分为手绘拉坡定线和计算机辅助确定。1.手绘确定纵断面线（1）准备工作：在厘米绘图纸上，按照比例标注里程桩号和标高，绘制地面线。里程桩包括：路线起点桩、终点桩、公里桩、百米桩、整桩（50米加桩或20米加桩）、平面线控制桩（如直缓、缓圆、曲中、圆缓、缓直公切点等），桥涵或直线控制桩、断链桩等。（2）标注控制点：如线路起、终点，越岭垭口、重要桥涵、不良地质段的最小填土高度、最大挖深、沿溪线的洪水位、隧道进出口、铁路道口等。（3）试坡：在已经标出“控制点”的纵断面图上，根据规范要求、技术指标及选线的意图，结合地面起伏变化，以控制点为依据，穿插与取直，试定出若干直线坡段。反复比较各种可能的方案，最后定出既符合技术标准，又满足控制点要求，且土石方较省的设计线作为初试定坡线。（4）调整：对照技术标准检查设计的最大纵坡、最小纵坡、坡段长度的限制值是否满足规定，平、纵组合是否合理等，发现问题应及时调整。（5）核对：选择有控制意义的重点横断面，如高填深挖，作为横断面设计图，检查是否出现填挖过大、坡脚落空或过远、挡土墙工程过大等情况，发现问题及时调整。（6）定坡：经调整核对无误后，逐段把直线坡段的坡度值、变坡点桩号和标高确定下来。坡度值要求取到0.1%，变坡点一般要求要调整到10m的整桩号上。（7）设置竖曲线：根据技术标准、平纵组合均衡等确定竖曲线半径，计算竖曲线要素。（8）计算各桩号处的填挖值：根据该桩号处的地面高程和设计高程确定。2.计算机辅助确定计算机确定纵断面线相比于人工手绘纵断面线少了一些工作，但是也有相应的步骤一步步进行。66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）（1）纵断面插值：平面线形设计完之后，会生成相应的平面交点文件，依据平面交点的数据，添加事先建立好的数模组文件进行纵断面插值。（2）生成纵断面图：在纵断面插值完成之后，点击软件设计栏纵断面设计选项，计算显示可以得到纵断面地面线。（3）纵断面优化拟合：根据显示的地面线，平纵组合控制文件及相应的规范软件自动计设计出10个方案，并计算相应的填挖方量，最后综合评价给出最优方案，点击保存最优方案数据。（4）拉坡调整：再次点击纵断面设计中计算显示选项建，界面实时刷新出根据最优方案得到的纵断面设计，根据相关规定，可以实时修改、删减及增加变坡点，修改竖曲线半径等，最终得到既符合技术标准，又满足控制点要求，且填挖均衡的纵断面线形。（5）控制数据输入：根据平面地形，在河流，沟谷、高山及现有设施等出的里程处设计相应的桥梁、涵洞和隧道等，并记录存盘。3.4纵断面设计3.4.1竖曲线主要参数根据《公路工程技术标准》竖曲线主要参数的规定，竖曲线相关指标如表3-1所示：表3-1竖曲线指标[1]设计车速（km/h）100最大纵坡（%）4最小纵坡（%）0.3凸形竖曲线半径（m）一般值10000极限值6500一般值450066 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）凹型竖曲线半径（m）极限值3000竖曲线最小长度（m）853.4.2拉坡与竖曲线设计纵断面拉坡设计的起点桩号K0+000，终点桩号K4+736.966。K0+660为第一个变坡点，高程为1574.134m，为保证填挖均衡，将起点高程拔高，从起点到第一个变坡点纵坡坡度为2.5%，纵坡长度为660m。结合平面地形，在K0+320~K0+350的地段为鸣河的一条水域宽阔的支流，在此设计一条长度30m的简支梁桥，跨径分布为3*10，桥名为鸣河桥。变坡点为缓和坡度差采用凹形竖曲线，曲线半径为20000m，曲线长225.75m。从K0+660至K1+230为一个纵坡，坡段坡度为3.6%，坡段长度为570m。第二个变坡点高程为1594.708m，凸形竖曲线半径为22400m，曲线长412.429m。K1+300~K1+900在平面地形图上为镇山中部，此处地势陡峭，地面高程较高，挖方范围从13m至58m，考虑在此设计一条长度为600m的隧道，单向坡坡度为1.7%。第三个变坡点桩号为K2+080，高程为1609.737m，凸形竖曲线半径15000m，曲线长639.619m。在桩号K2+150和K2+580处分别设有一个涵洞，前者为盖板涵，为低级公路通车行人而设计，后者为达到排水要求设计成圆管涵。第四个变坡点桩号为K2+800，高程1591.767m，凹形竖曲线半径8000m，曲线长473.322m。第三和第四变坡点之间纵坡坡度为-2.5%，坡段长度720m。桩号K3+230处设有一盖板涵，其后K3+510是第五个变坡点，此处为凸形竖曲线，曲线半径20000m，曲线长344.298m。第四、五变坡点之间纵坡坡度3.4%，坡段长度710m。其后坡段坡度为1.7%，坡段长度890m。在桩号K4+040至K4+060处为兑子沟桥，桥梁类型是简支梁桥，跨径分布2*10。最后一个变坡点桩号为K4+400，高程1631.175m，凸形竖曲线半径10000m，曲线长409.216m。其后坡段坡度-2.4%，坡段长度336.966m。本设计的高速公路线路全长4736.996m，全线共设置6个竖曲线，其中4个凸曲线，2个凹曲线。凸曲线的最小半径为15000m，凹曲线最小半径为8000m，最大纵坡坡度为3.4%，最小纵坡坡度为1.7%，最大坡段长度为890m，最小坡段长度336.966m，均满足设计要求。全线共设有3个桥梁，1个隧道，7个涵洞。纵断面总体设计及竖曲线要素详见附录2路线纵断面设计图及附录10竖曲线元素表。66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）3.4.3竖曲线几何要素计算1.竖曲线要素计算图如图3-1所示：ω图3-1竖曲线要素计算图2.竖曲线要素计算公式坡度差：（3.1）曲线长：（3.2）切线长：（3.3）外矢距：（3.4）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）3.计算示例以变坡点3和变坡点4为例计算竖曲线要素。（1）变坡点366 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）桩号K2+080，高程为1609.737m，i1=1.7682%，i2=-2.4959%，半径R=15000m。坡度差：，为凸形。曲线长：切线长：外矢距：计算设计高程竖曲线起点桩号=（K2+080）-319.808=K1+760.192竖曲线起点高程=1609.737-319.808×1.7682%=1604.082m竖曲线终点桩号=（K2+080）+319.808=K2+399.808竖曲线终点高程=1609.737+319.808×（-2.4959%）=1601.755m（2）变坡点4桩号为K2+800，高程为1591.766m，i1=-2.4959%，i2=3.4206%，半径R=8000m。坡度差：，为凹形。曲线长：切线长：外矢距：计算设计高程：竖曲线起点桩号=（K2+800）-236.66=K2+563.34竖曲线起点高程=1591.766-236.66×（-2.4959%）=1597.673m竖曲线终点桩号=（K2+800）+236.66=K3+036.66竖曲线终点高程=1591.766+236.66×（3.4206%）=1599.861m66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）第四章横断面设计道路横断面是指道路中心线上任意一点的法向切面，由横断面设计线和地面线构成。横断面设计线包括行车道、路肩、分隔带、边沟边坡、截水沟与排水沟等。4.1横断面设计原则（1）设计应根据公路等级、行车要求和当地自然条件，并综合考虑施工养护和使用等方面的情况，进行全面设计，实现坚实稳定、经济合理的要求。（2）路基设计除了选择合适的路基横断面形式和边坡坡度等外，还应设置完善的排水设施和必要的防护加固工程及其他结构物。（3）应结合路线和路面进行设计，尽量绕避一些难以处理的不良地质段。对于地形陡峭、有高填深挖的边坡，应进行移改路线位置或设置防护工程的比选，以减少工程数量，保证路基稳定。（4）当路基标高受到限制，路基处于潮湿、过湿状态和水温状况不良时，就应采用水稳性好的材料填筑路堤或进行换土填实，使路面具有一定的防冻总厚度，设置隔离层及其他排水设施等。66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）（1）路基设计还应兼顾当地农田基本建设及环境保护的需要。4.2路基宽度高速公路路基标准横断面分为整体式路基和分离式路基，本设计采用的是整体式路基，由车道、中央分隔带、硬路肩、土路肩等部分组成。根据《公路线路设计规范》JTGD20-2006中所述，整体式路基宽度规定如表4-1。表4-1整体式路基宽度公路等级高速公路设计速度（km/h）12010080车道数86486464路基宽度（m）一般值42.0034.5028.0041.0033.5026.0032.0024.50最小值40.00—25.0038.50—23.50—21.50本设计设计速度100km/h，采用双向六车道，所以路基宽度采用规范中一般值33.50m。其中，单个行车道宽度为4m，大于规范中所要求的3.75m，满足要求。中央分隔带采用一般值2m，硬路肩宽度为3m，土路肩宽度0.75m。根据《公路路线设计规范》JTGD20-2006，当二级公路、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。本设计为高速公路，并且最小圆曲线半径为800m，因此不需要曲线加宽设计。4.3行车道超高值确定4.3.1理论计算公式66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）本此设计的高速公路是设有中央分隔带的。在超高过程中，内外两侧同时从超高过渡段起点开始绕各自的旋转轴旋转，外侧逐渐抬高，内侧逐渐降低，直到YH（或HY）点达到全超高。本公路为整体式路基，路拱为2%，硬路肩为2%，土路肩为3%。超高过渡段仅在回旋线上的某一个区段进行。超高的方式采用绕中央分隔带边缘旋转超高，示意图如图4-1。图4-1绕中央分隔带边缘旋转示意图图中：B—半幅行车道宽度(m)b1—左侧路缘带宽度(m)b2—右侧路缘带宽度(m)iy—超高横坡度iz—路拱横坡度bj1—硬路肩宽度(m)bj2—土路肩宽度(m)计算公式如表4-2所示。表4-2绕中央分隔带边缘旋转超高值计算公式超高位置计算公式X处距离行车道横坡值说明外侧C1.66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）设计高程为中央分隔带外侧边缘D点的高程。1.加宽值bx按加宽计算公式计算。D0内侧C0D表中：B—左侧（或右侧）行车道宽度b1—左侧路缘带宽度b2—右侧路缘带宽度bx—X处距离路基加宽值ih—超高横坡值iG—路拱横坡值X—超高过渡段中任一点至超高过渡起点的距离4.3.2超高值的确定以JD1为例计算曲线超高。超高横坡计算公式：（4.1）式中：ih—超高横坡值（%）μ—横向力系数ν—设计速度（Km/h）R—圆曲线半径（m）桩号处曲线的超高横坡度计算，已知设计速度为ν=100km/h,圆曲线半径R=800m，横向力系数则圆曲线超高横坡为：当ihiG时，取ih=ihmax=5.41%。66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）已知在JD1桩号K0+633.718处，b1=0.5m，B=12m，b2=0.5m，ih=5.41%，Lc=220m，此时x=120m。外侧C：外侧D：内侧C：内侧D：同理可得超高过渡段中的任意一点的横向超高值。4.4行车视距为了行车安全，驾驶人员应能随时看到汽车前面相当远的一段路程，一旦发现前方路面上有障碍物或迎面来车，能及时采取措施，避免发生交通事故，这一必须的最短距离称为行车视距。行车视距是否充分，直接关系到行车的安全与迅速，它是道路使用质量的重要指标之一。停车视距是指驾驶人员发现前方有障碍物前停住所需的最短距离。停车视距由三部分组成，驾驶员反应时间内行驶的距离S1，开始制动汽车到汽车完全停止所行驶距离S2（制动距离），再加安全距离S0（5～10m）。计算公式如下：（4.2）式中：t—驾驶员反应时间，取2.5s；—路面与轮胎之间的纵向摩阻系数，因轮胎、路面、制动等条件不同而异，计算停车视距一般按路面潮湿状态考虑；—行驶速度。当设计速度为120～80km/h时为其85％；当设计速度为60～40km/h时为其90％；设计速度为30～20km/h时为其100％。停车视距计算中驾驶员的视线高为1.2m，障碍物高为0.10m。各级公路每条车道的停车视距规定如表4-3。66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）表4-3停车视距设计速度（km/h）1201008060403020停车视距21016011075403020高速公路为双向分车道行驶，一个行车方向至少有两个车道，会车和超车不存在占用对向车道问题，只要满足停车视距就能保证行车安全，因此，高速公路均采用停车视距。平曲线上的停车视距，是汽车沿着弧形车道行驶的曲线长度。平曲线内侧及中间带设置护栏或其它人工构造物而不能保证视距时，可加宽中间带、路肩或将构造物后移；当挖方边坡妨碍视线时，则应按所需横净距绘制包络线。4.5横断面图的绘制道路横断面图的布置及几何尺寸，应能满足交通、环境、用地经济、城市面貌等要求并能保证路基稳定性。此段线路的路基土石方数量见路基土石方数量计算表。路基设计的主要计算值见路基横设计表。具体绘制步骤如下：（1）在计算纸上绘制横断面地面线。（2）从“路基设计表”中抄入路基中心填挖高度值，对有超高和加宽的曲线路段，还应抄入“左高”“右高”“左宽”“右宽”等数据。（3）根据现场调查出来的“土壤、地质、水文资料”参照“标准横断面”，画出路幅宽度、填或挖边坡坡线，在需要设置各种支挡结构和防护工程的地方画出该工程结构的断面示意图。（4）根据综合排水设计，画出路基边沟、截水沟、排水沟等的位置和断面形式。本设计中横断面图是按照每50m为一个断面绘制，使用纬地CAD自动生成，详见附录3路基横断面设计图。横断面相关数据见附录11路基设计表和附录12土石方计算表。66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）第五章路面结构设计路面结构是直接为行车服务的结构，不仅受各类汽车荷载的作用，而且直接暴露于自然环境中，受到各种自然因素的作用。路面工程的造价丝毫不比结构工程的低，在一些路面工程有特殊要求的的情况，路面工程的造价最高可占公路工程造价的50%以上。因此，路面工程的设计也是至关重要的。5.1路面设计的内容和原则5.1.1路面设计内容和方法沥青路面设计包括交通量实测、分析与预测，材料的选择，混合料配合比设计，设计参数的测试与确定，路面结构组合设计与厚度计算，路面排水系统设计和其他路面工程设计等。并进行路面结构方案技术经济综合比较，提出推荐方案。沥青路面结构设计的方法包括经验法、力学—经验法、典型结构法、优化设计法等。我国目前主要采用的方法是力学—经验法，这是依据力学模型计算结构响应，结合实际进行参数的确定，其特点是理论联系实际，是目前设计方法发展的总趋势。5.1.2沥青路面结构设计原则（1）开展现场资料调查和收集工作，做好交通荷载分析与预测，按照全寿命周期成本的理念进行路面设计。（2）调查掌握沿线路基特点，查明土质、路基干湿类型，在对不良地段处理的基础上，进行路基路面综合设计。（3）遵循因地制宜、合理选材、节约资源的原则，选择技术先进、经济合理、安全可靠、方便施工的路面结构方案。66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）（1）结合当地条件，积极、慎重地推广新技术、新结构、新工艺、新材料，并认真铺筑试验路段，总结经验，不断完善，逐步推广。（2）符合国家环境保护的有关规定，保护相关人员的安全和健康，重视材料的再生利用与废弃料的处理。5.2沥青路面当量轴载换算公路实际行驶的车轮类型千差万别，轴载也各不相同，它们对路面结构的损耗作用也不同，无法分析它们对弯沉增大的总效应，有必要定义一种标准轴载，将其它轴载的作用等效为标准轴载作用。标准轴载一般要求对路面的响应较大、同时又能反映本国的公路运输运营车辆的总体轴载水平，涉及运输经济和路面结构经济性两个方面。我国规范采用单轴双轮组BZZ-100。标准轴载计算参数如表5-1所示。表5-1标准轴载计算参数标准轴载BZZ-100标准轴载BZZ-100标准轴载P（kN）100单轮穿压面当量圆直径d（cm）21.30轮胎接地压强p（MPa）0.70两轮中心距（cm）1.5d5.2.1当量轴载换算公式以弯沉或弯拉应力为指标时，将不同车型、不同级轴载的作用次数换算为与标准轴载100KN相当的轴载作用次数称为当量轴次。（1）当以设计弯沉值及沥青层层底拉应力为设计指标时：（5.1）式中：－标准轴载的当量轴次(次/d)66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）－被换算车型的各级轴载作用次数（次/d）－轴数系数；当单轴时，轴数系数为1；多轴时：当轴间距大于3m时，轴数系数为轴数m；当轴间距小于等于3m时，轴数系数按下式计算：（5.2）－轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1.0，四轮组为0.38。公式适用条件：轴重小于等于130KN,当轴重大于130KN时推荐4.35改为5.0。（1）半刚性材料层底拉应力为设计指标时：（5.3）式中：－标准轴载的当量轴次(次/日)－被换算车型的各级轴载作用次数（次/d）－轴数系数；当单轴时，轴数系数为1；多轴时：当轴间距大于3m时，轴数系数为轴数m；当轴间距小于等于3m时，轴数系数按下式计算：（5.4）－轮组系数，单轮组为18.5，双轮组为1，四轮组为0.09。公式适用条件：轴重小于等于130KN,当轴重大于130KN时8变为9。（2）贫混凝土基层层底拉应力为设计指标的换算公式：（5.5）式中：－标准轴载的当量轴次(次/日)66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）－被换算车型的各级轴载作用次数（次/d）－轴数系数；当单轴时，轴数系数为1；多轴时：当轴间距大于3m时，轴数系数为轴数m；当轴间距小于等于3m时，轴数系数按下式计算：（5.6）－轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1.0，四轮组为0.38。5.2.2设计年限内累计当量轴次高速公路沥青路面的设计年限按照《公路工程技术标准》中相关规定应该不小于15年，本设计的设计年限为20年。考虑车道系数后一个车道上设计年限内的当量轴次总和计算公式如下：（5.7）式中：—设计年限内一个车道的累计当量轴次（次/车道）—设计年限—营运第一年双向日平均当量轴次（次/d）—设计年限内交通量的平均年增长率（%）—车道系数,见表5-2。表5-2车道系数车道特征η车道特征η双向单车道1.0双向六车道0.3-0.4双向两车道0.6-0.7双向八车道0.25-0.3566 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）双向四车道0.4-0.55.3路面方案设计5.3.1基本资料本条高速公路起点大河湾，终点马家，双向六车道。在使用期内交通量的年平均增长率为3%。该路段处于Ⅱ5a区，为粘性土，沿途有大量碎石集料，并有石灰供给。预测该路竣工后第一年的交通组成如表5-3。表5-3交通组成表车型名称前轴重(kN)后轴重(kN)后轴数后轴轮组数后轴距(m)交通量黄河JN15049101.61双轮组01342东风AS141DL2568.31双轮组0414太湖XQ64133671双轮组0301黄海DD690561042双轮组>3526长征XD16042.685.22双轮组<3805红岩CQ30290621192双轮组<36565.3.2交通分析（1）轴载换算（弯沉及沥青层弯拉应力分析时）表5-4轴载换算表66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）车型（KN）（次/日）（次/日）黄河JN150前轴4916.41342385.7后轴101.61113421437.9东风AS141DL前轴2516.44146.37后轴68.31141478.8太湖XQ641前轴3316.430115.5后轴671130152.7黄海DD690前轴5616.4526270.3后轴104215261247.7长征XD160前轴42.616.4805125.8后轴85.22.21805882.3红岩CQ30290前轴6216.4656524.8后轴1192.216563075.88103.67（2）轴载换算（半刚性层弯拉应力分析时）表5-5轴载换算表66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）车型（KN）（次/日）（次/日）黄河JN150前轴49118.5134282.5后轴101.61113421532.7续表5-5东风AS141DL前轴25118.54140.1后轴68.31141419.6太湖XQ641前轴33118.53010.8后轴671130112.2黄海DD690前轴56118.552694.1后轴104215261439.7长征XD160前轴42.6118.580516.2后轴85.231805670.6红岩CQ30290前轴62118.5656265.0后轴119316567914.112047.6（2）累计当量轴次作弯沉计算及沥青层底弯拉应力验算时：66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）作半刚性基层层底弯拉应力验算时：5.3.3初拟结构组合和材料选取本设计线路为高速公路，适合用半刚性基层进行设计，设计年限内一个行车道上的累计标准轴次为3500万次左右。根据规范推荐结构，并考虑到公路沿途有大量碎石且有石灰供应，路面结构面层采用沥青混凝土，基层采用水泥稳定碎石或二灰稳定集料，底基层采用石灰稳定土或级配碎石。各层材料的抗压回弹模量和劈裂强度如下。20℃的抗压回弹模量：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1000MPa，水泥稳定碎石为1500MPa，石灰土550MPa，二灰稳定集料750MPa，级配碎石200Mpa。15℃的值，分别为2000MPa、1800MPa、1200MPa、3550MPa、1480MPa、2400MPa、220MPa。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，石灰土0.225MPa，二灰稳定集料0.22Mpa，级配碎石0.6MPa。该路段处于Ⅱ5a区，为粉质土，稠度为1.0，土基回弹模量为40MPa。本公路为高速公路，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，基层类型系数取1.0。设计弯沉值为：细粒式密级配沥青混凝土：MPa中粒式密级配沥青混凝土：MPa粗粒式密级配沥青混凝土：66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）MPa水泥碎石：MPa石灰稳定土：MPa二灰稳定集料：MPa级配碎石：MPa5.3.4电算确定待设计层厚度方案一弯沉计算材料参数如表5-6。表5-6材料参数汇总材料名称h（cm）20℃模量（MPa）容许拉应力（MPa）细粒式沥青混凝土414000.3397续表5-6中粒式沥青混凝土612000.2912粗粒式沥青混凝土810000.2426水泥稳定碎石2015000.6333石灰土？5500.180666 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）土基—40—通过沥青路面设计程序到石灰土厚度为34.68cm，沥青面层的层底均受压应力，水泥碎石层底的最大拉应力为0.2111MPa，石灰土层底最大拉应力为0.0739MPa。上述设计结果满足指标要求，底基层厚度35cm。方案二弯沉计算材料参数如表5-7。表5-7材料参数汇总材料名称h（cm）20℃模量（MPa）容许拉应力（MPa）细粒式沥青混凝土614000.3397中粒式沥青混凝土1012000.2912二灰稳定集料207500.2463石灰土205500.1806级配碎石？2000.084土基—40—通过沥青路面设计程序得到级配碎石厚度为17.86cm，沥青面层的层底均受压应力，二灰稳定集料层底的最大拉应力为0.2111MPa，石灰土层底最大拉应力为0.0739MPa，级配碎石层底最大拉应力为0.056MPa。上述设计结果满足指标要求，底基层厚度18cm。5.3.5经济技术比选方案一和方案二具体内容如图5-1。66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）图5-1路面方案比选交通条件：轴载超过100kN的交通量达到33.6％；设计年限内累积标准轴载Ne2为1200<1359万次/日/车道<3000，因此属于重交通道路。自然条件：该地区隶属公路自然区划Ⅱ5a区；地基土主要为粘性土和砂砾土粗粒岩，分布广泛；年降雨量适中；夏季最高气温可达36℃，冬季最低气温可达-6℃。工程地质条件：地下水位埋藏较深，为地面下5m左右；路基土处于低湿状态，地基承载力较强。从工程技术方面来看，两个方案都具有可行性，两者差别不大。经济比较如下：表5-8方案一工程造价材料名称厚度/cm价格（元/m3）工程造价（元/m2）细粒式沥青混凝土4951.7538.07中粒式沥青混凝土6936.3056.18粗粒式沥青混凝土8912.4572.99水泥碎石20161.732.3466 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）石灰土357024.50总造价224.10表5-9方案二工程造价材料名称厚度/cm价格（元/m3）工程造价（元/m2）细粒式沥青混凝土6951.7557.12中粒式沥青混凝土10936.3093.63续表5-9二灰稳定集料20150.630.12石灰土207014级配碎石187814.04总造价208.91由上述表格可以看出，方案一与方案二厚度相差无几，但是方案二每平方米造价要比方案一节省15元，两者施工难度相差不大，所以综合考虑确定方案二为路面结构设计最优方案。沥青路面结构设计图详见附录图纸5。66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）第六章挡土墙设计挡土墙是用来支承路基填土或山坡土体，防止填土或土体变形失稳的一种构造物。在路基工程中，挡土墙可以稳定路基和路堑边坡，减少土石方工程量和占地面积，防止流水冲刷路基，并且可以用来整治塌方、滑坡等路基病害。我国目前挡土墙采用的结构形式主要是重力式挡土墙和轻型支挡结构。重力式挡土墙是以挡土墙自身重力来维持挡土墙在土压力作用下的稳定。它是我国目前常用的一种挡土墙。重力式挡土墙可用石砌或混凝土建成，一般都做成简单的梯形。重力式挡土墙，指的是依靠墙身自重抵抗土体侧压力的挡土墙。重力式挡土墙可用块石、片石、混凝土预制块作为砌体，或采用片石混凝土、混凝土进行整体浇筑。半重力式挡土墙可采用混凝土或少筋混凝土浇筑。重力式挡土墙可用石砌或混凝土建成，一般都做成简单的梯形。它的优点是就地取材，施工方便，经济效果好。所以，重力式挡土墙在我国铁路、公路、水利、港湾、矿山等工程中得到广泛的应用。由于重力式挡土墙靠自重维持平衡稳定，因此，体积、重量都大，在软弱地基上修建往往受到承载力的限制。如果墙太高，它耗费材料多，也不经济。当地基较好，挡土墙高度不大，本地又有可用石料时，应当首先选用重力式挡土墙。重力式挡土墙一般不配钢筋或只在局部范围内配以少量的钢筋，墙高在6m以下，地层稳定、开挖土石方时不会危及相邻建筑物安全的地段，其经济效益明显。66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）轻型支挡结构是指改变结构物形状或添加其他土工结构物不完全依靠自重承担土压力的结构形式。主要有悬臂式挡土墙、扶壁式挡土墙、加筋挡土墙、锚杆挡土墙、锚定板挡土墙等。6.1挡土墙布置按照挡土墙的位置不同，挡土墙可以分为路肩挡墙、路堤挡墙、路堑挡墙和山坡挡墙等类型。挡土墙的布置通常在路基断面图上进行。布置前，应仔细核对路基横断图，不满足要求时应及时补测，并测绘墙址处的纵断面图，收集墙址的地址和水文资料。6.1.1挡土墙位置的选定路基在遇到下列情况时可以考虑修建挡土墙：（1）陡坡路段或岩石风化的路堑边坡路段；（2）需要降低路基边坡高度以减少大量填方、挖方的路段；（3）增加不良地质路段边坡稳定，以防止产生滑坡、坍塌等病害；（4）防止沿河路段水流冲刷；（5）桥梁或隧道与路基的连接地段；（6）为节约用地、减少拆迁或少占用农田的地段；（7）保护重要建筑、生态环境或其他需要特殊保护的地段。路堑挡土墙大多设在边沟旁，山坡挡土墙应设在基础比较可靠处，墙的高度应保证墙后墙顶以上边坡的稳定。当路肩墙与路堤墙的墙高或截面圬工数量相近，基础情况相似时，应该优先选用路肩墙，按路基宽度布置挡土墙位置，因为路肩挡土墙可以充分收缩坡脚，大量减少填方和占地。若路堤墙的高度和圬工数量比路肩墙显著降低，而且基础可靠时，宜选用路堤墙，并进行经济比较确定墙的位置。沿河堤设置挡土墙时，应结合河流情况来布置，要注意设墙后不能影响水流的正常流动，不致挤压河道而引起局部冲刷。66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）6.1.2挡土墙的各向布置1.横向布置横向布置，选择在墙高最大处、墙身断面或基础形式有变异处以及其他必要的桩号处的横断面图上进行。根据墙型、墙高及地基与填料的物理力学指标等设计资料，进行挡土墙设计或套用标准图，确定墙身断面、基础形式和埋置深度，布置排水设施等，并绘制挡土墙横断面图。2.纵向布置挡土墙纵向布置在墙址纵断面图上进行，布置后绘成挡土墙正面图。布置的内容有:（1）确定挡土墙的起讫点和墙长，选择挡土墙和路基与其他结构物的衔接方式。路肩挡土墙端部可以嵌入石质路堑中，或采用锥坡与路堤衔接，与桥台连接时，为防止墙后的填土从桥台尾端与挡土墙连接处的空隙中流出，需在台尾与挡土墙之间设置隔墙及接头墙。路堑挡土墙在隧道洞口应结合隧道洞口，翼墙的设置做到平顺衔接。与路堑边坡衔接时，一般将墙高逐渐降至2m以下，使边坡坡脚不致伸入边沟内，有时也可以横向与端墙连接。（2）按地基及地形情况进行分段，确定伸缩缝与沉降缝的位置。（3）布置各段挡土墙的基础。墙址地面有纵坡时，挡土墙的基底宜做成不大于5%的纵坡。但地基为岩石时，为减少开挖，可沿纵向做成台阶，台阶尺寸视纵坡大小而定，但其高宽比不宜大于1:2。（4）布置泄水孔的位置。包括数量、间隔和尺寸等。3.平面布置对于个别复杂的挡土墙，如高、长的沿河曲线挡土墙，除了横、纵向布置外，还应做平面布置，并绘制平面图。在平面图上，应标识挡土墙与线路平面位置的关系，与挡土墙有关的地物、地貌等情况。沿河挡土墙还应标示河道及水流方向，以及其他防护和加固工程等。66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）6.3重力式挡土墙设计6.3.1基本参数本设计任务段K0+700—K0+850中横断面坡度较陡，填挖高度在6m左右，为减少填挖方量，收缩边坡，增强路基稳定性，拟在本段设置重力式路堤挡土墙，其尺寸详见附录挡土墙设计图。墙后填土为砂砾土，容重γ=19KN/m3，内摩擦角φ=37°，填土与墙背间的摩擦角δ=22°。粘性土地基承载力fk=500kPa，地基与墙底的摩擦系数μ=0.4。挡土墙计算简图如图6-1所示。图6-1重力式挡土墙计算简图墙身尺寸数据如下：墙身高:6.0m，墙顶宽:0.64m，面坡倾斜坡度:1:0.25，背坡倾斜坡度:1:0.20，不设扩展墙址台阶，墙底倾斜坡率:0.20:1。物理参数如下：圬工砌体容重为23.00(kN/m3)，圬工之间摩擦系数0.40，地基土摩擦系数0.50，砌体种类为片石砌体，砂浆标号为5，石料强度是30MPa。挡土墙类型为一般挡土墙，墙后填土内摩擦角37°，墙后填土容重为19kN/m366 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文），墙背与墙后填土摩擦角22°，地基土容重为18kN/m3，，修正后地基土容许承载力:500kP。地基土容许承载力提高系数:墙趾值提高系数为1.2，墙踵值提高系数为1.3，平均值提高系数为1.0，墙底摩擦系数为0.4。地基是粘土地基，地基土内摩擦角30°，采用库伦土压力计算方法计算。荷载组合1如下:（1）挡土墙结构重力分项系数=1.0（2）墙顶上的有效永久荷载分项系数=1.0（3）墙顶与第二破裂面间有效荷载分项系数=1.0（4）填土侧压力分项系数=1.0（5）车辆荷载引起的土侧压力分项系数=1.06.3.2土压力计算计算库仑主动土压力（kN），计算高度为8.883(m)，无荷载时的破裂角=27.09°按实际墙背计算得到:第1破裂角：27.09°Ea=324.311，Ex=271.031，Ey=178.101。作用点高度Zy=3.189(m)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=21.393(m2)重量=492.031kN(1)滑动稳定性验算基底摩擦系数=0.4采用倾斜基底增强抗滑动稳定性,计算过程如下:基底倾斜角度=11.31°Wn=482.476(kN)En=227.796(kN)Wt=96.495(kN)Et=230.839(kN)滑移力=134.344(kN)抗滑力=284.109(kN)滑移验算满足:Kc=2.115>1.30066 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）滑动稳定方程验算：滑动稳定方程满足:方程值=182.253(kN)地基土摩擦系数=0.5地基土层水平向:滑移力=271.031(kN)抗滑力=352.622(kN)地基土层水平向:滑移验算满足:Kc2=1.301>1.300(2)倾覆稳定性验算相对于墙趾点，墙身重力的力臂Zw=2.256(m)相对于墙趾点，Ey的力臂Zx=3.779(m)相对于墙趾点，Ex的力臂Zy=2.306(m)验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性倾覆力矩=624.982(kN·m)抗倾覆力矩=1782.946(kN·m)倾覆验算满足:K0=2.853>1.50倾覆稳定方程验算：倾覆稳定方程满足:方程值=935.977(kN·m)(3)地基应力及偏心距验算基础为天然地基，验算墙底偏心距及压应力取倾斜基底的倾斜宽度验算地基承载力和偏心距作用于基础底的总竖向力=710.272(kN)作用于墙趾下点的总弯矩=1157.964(kN·m)基础底面宽度B=4.504(m)偏心距e=0.622(m)基础底面合力作用点距离基础趾点的距离Zn=1.630(m)基底压应力:趾部=288.303踵部=27.084(kPa)最大应力与最小应力之比=288.303/27.084=10.645作用于基底的合力偏心距验算满足:e=0.622<0.167*4.504=0.751(m)66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）墙趾处地基承载力验算满足:压应力=288.303≤600.000(kPa)墙踵处地基承载力验算满足:压应力=27.084≤650.000(kPa)地基平均承载力验算满足:压应力=157.693≤500.000(kPa)(4)基础强度验算基础为天然地基，不作强度验算(5)墙底截面强度验算验算截面以上，墙身截面积=19.520(m2)重量=448.960kN相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂Zw=2.195(m)相对于验算截面外边缘，Ey的力臂Zx=3.779(m)相对于验算截面外边缘，Ex的力臂Zy=2.306(m)法向应力检算:作用于验算截面的总竖向力=627.061(kN)作用于墙趾下点的总弯矩=1033.679(kN·m)相对于验算截面外边缘，合力作用力臂Zn=1.648(m)截面宽度B=4.240(m)偏心距e1=0.472(m)截面上偏心距验算满足:e1=0.472≤0.250·4.240=1.060(m）截面上压应力:面坡=246.578背坡=49.206(kPa)压应力验算满足:计算值=246.578≤800.000(kPa)切向应力检算:剪应力验算满足:计算值=4.766≤80.000(kPa)66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）6.4悬臂式挡土墙设计6.4.1基本参数本设计在任务段K0+900—K0+950处的横断面坡度较陡，填挖高度在11m左右，拟采用悬臂式挡土墙保护边坡稳定。挡土墙详细尺寸见附录挡土墙设计图。墙后填土为砂砾土，容重γ=19KN/m3，内摩擦角φ=37°，填土与墙背间的摩擦角δ=22°。粘性土地基承载力fk=500kPa，地基与墙底的摩擦系数μ=0.4。挡土墙计算简图如图6-2所示。图6-2悬臂式挡土墙计算简图墙身尺寸数据如下：墙身高9.0m，墙顶宽:0.4m，面坡倾斜坡度:1:0.1，背坡倾斜坡度:1:0.2，墙趾悬挑长DL为1.5m，墙趾跟部高DH为0.5m，墙趾端部高DH0为0.4m，墙踵悬挑长DL1为2.5m，墙踵跟部高DH1为0.5m，墙踵端部高DH2为0.5m，不加腋，钢筋合力点到外皮距离为50mm，墙趾埋深为1.5m。66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）物理参数如下：混凝土墙体容重为25(kN/m3)，混凝土强度等级C30，纵筋级别采用HRB335，抗剪腹筋等级为HPB235，裂缝计算钢筋直径为20mm。挡土墙类型为一般挡土墙，墙后填土内摩擦角37°，墙后填土容重为19kN/m3，墙背与墙后填土摩擦角22°，地基土容重为18kN/m3，，修正后地基土容许承载力:500kP。地基土容许承载力提高系数:墙趾值提高系数为1.2，墙踵值提高系数为1.3，平均值提高系数为1.0，墙底摩擦系数为0.4。地基是粘土地基，地基土内摩擦角30°，采用库伦土压力计算方法计算。钢筋混凝土配筋计算依据《混凝土结构设计规范》（GB50010--2002）进行计算。荷载组合2如下：（1）挡土墙结构重力，分项系数=1.0（2）填土重，分项系数=1.0（3）填土侧压力，分项系数=1.0（4）车辆荷载引起的土侧压力，分项系数=1.06.4.2土压力计算计算库仑主动土压力（kN），计算高度为9.0m，无荷载时的破裂角=27.06°按假想墙背计算得到:第1破裂角：27.79°Ea=567.895，x=266.463，Ey=501.500。作用点高度Zy=3.292(m)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存在：第2破裂角=21.084°，第1破裂角=27.63°Ea=508.378，Ex=268.765，Ey=431.524。作用点高度Zy=3.402(m)墙身截面积=17.638(m2)重量=440.938kN66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）整个墙踵上的土重=247.944(kN)重心坐标(2.210,-4.930)(相对于墙面坡上角点)墙趾板上的土重=28.350(kN)相对于趾点力臂=0.738(m))(1)滑动稳定性验算基底摩擦系数=0.4滑移力=268.765(kN)抗滑力=459.502(kN)滑移验算满足:Kc=1.510>1.300滑动稳定方程验算：滑动稳定方程满足:方程值=219.427(kN)(2)倾覆稳定性验算相对于墙趾点，墙身重力的力臂Zw=2.956(m)相对于墙趾点，墙踵上土重的力臂Zw1=4.560(m)相对于墙趾点，墙趾上土重的力臂Zw2=0.738(m)相对于墙趾点，Ey的力臂Zx=5.639(m)相对于墙趾点，Ex的力臂Zy=3.402(m)验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性倾覆力矩=914.213(kN·m)抗倾覆力矩=4888.052(kN·m)倾覆验算满足:K0=5.347>1.500倾覆稳定方程验算：倾覆稳定方程满足:方程值=3482.862(kN·m)(3)地基应力及偏心距验算基础为天然地基，验算墙底偏心距及压应力作用于基础底的总竖向力=1148.756(kN)66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）作用于墙趾下点的总弯矩=3973.839(kN·m)基础底面宽度B=6.950(m)偏心距e=0.016(m)基础底面合力作用点距离基础趾点的距离Zn=3.459(m)基底压应力:趾部=167.535踵部=163.042(kPa)最大应力与最小应力之比=167.535÷163.042=1.028作用于基底的合力偏心距验算满足:e=0.016<0.167×6.950=1.158(m)墙趾处地基承载力验算满足:压应力=167.535≤600.000(kPa)墙踵处地基承载力验算满足:压应力=163.042≤650.000(kPa)地基平均承载力验算满足:压应力=165.289≤500.000(kPa)(4)墙趾板强度计算标准值:作用于基础底的总竖向力=1148.756(kN)作用于墙趾下点的总弯矩=3973.839(kN-m)基础底面宽度B=6.950(m)偏心距e=0.016(m)基础底面合力作用点距离趾点的距离Zn=3.459(m)基础底压应力:趾点=167.535踵点=163.042(kPa)设计值:作用于基础底的总竖向力=1148.756(kN)作用于墙趾下点的总弯矩=3973.839(kN·m)基础底面宽B=6.950(m)偏心距e=0.016(m)基础底面合力作用点距离趾点的距离Zn=3.459(m)基础底压应力:趾点=167.535踵点=163.042(kPa)[趾板根部]66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）截面高度:H"=0.500(m)截面剪力:Q=205.350(kN)截面抗剪验算满足，不需要配抗剪腹筋截面弯矩:M=154.326(kN·m)抗弯受拉筋:As=1175(mm2)截面弯矩:M(标准值)=154.326(kN·m)钢筋应力=335.38(N/mm2)≥fyk=335.00(N/mm2)最大裂缝宽度：δfmax=0.590(mm)。(5)墙踵板强度计算标准值:作用于基础底的总竖向力=1148.756(kN)作用于墙趾下点的总弯矩=3973.839(kN·m)基础底面宽度B=6.950(m)偏心距e=0.016(m)基础底面合力作用点距离趾点的距离Zn=3.459(m)基础底压应力:趾点=167.535踵点=163.042(kPa)设计值:作用于基础底的总竖向力=1148.756(kN)作用于墙趾下点的总弯矩=3973.839(kN-m)基础底面宽度B=6.950(m)偏心距e=0.016(m)基础底面合力作用点距离趾点的距离Zn=3.459(m)基础底压应力:趾点=167.535踵点=163.042(kPa)[踵板根部]截面高度:H"=0.500(m)66 大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）截面剪力:Q=301.093(kN)截面抗剪验算满足，不需要配抗剪腹筋截面弯矩:M=242.957(kN·m)抗弯受拉筋:As=1882(mm2)截面弯矩:M(标准值)=242.957(kN·m)最大裂缝宽度：δfmax=0.575(mm)。(6)立墙截面强度验算距离墙顶2.125(m)处，截面宽度B"=1.038(m)截面剪力Q=21.546(kN)截面弯矩M=15.542(kN·m)截面弯矩M(标准值)=15.542(kN·m)截面抗剪验算满足，不需要配抗剪腹筋抗弯拉筋构造配筋:配筋率Us=0.01%