安徽地区铜陵至池州c1标段高速公路施工组织设计 77页

目录前言11初始资料21.1自然条件21.2路线状况21.3公路建设与周围环境及自然环境的协调发展21.4道路设计标准21.5道路等级确定32选线和定线62.1影响公路路线设计的因素62.2道路选线的原则62.3选线的步骤和方法62.3.1路线方案选择72.3.2路线带选择72.3.3具体定线72.4具体的选线82.4.1影响本设计路线方案选择的因素82.4.2方案拟定82.4.3方案比选83道路平面设计103.1平面线形设计的基本要求103.1.1汽车行驶轨迹10 3.1.2平面线形要素103.1.3缓和曲线123.2平面线形设计的原则143.3平曲线要素的组合类型153.4行车视距173.4.1停车视距173.4.2会车视距183.4.3错车视距183.4.4超车视距183.4.5对视距的要求183.5本设计平面线形的具体设计过程183.5.1平曲线要素的设置183.5.2几何要素计算193.5.3路线转角、交点间距、曲线要素及中点桩计算203.5.4直线上中桩坐标计算213.5.5单曲线内中桩坐标计算（设缓和曲线单曲线）213.6道路平面图的绘制234道路纵断面设计244.1纵坡设计的原则244.2纵断面设计的步骤和方法254.3纵断面技术标准的确定264.3.1最大纵坡26 4.3.2最小纵坡264.3.3坡长限制264.3.4平均纵坡264.3.5合成坡度274.4竖曲线的设计274.4.1竖曲线设计的原则274.4.2竖曲线要素的确定294.5纵断面的设计304.6纵断面的绘制325道路横断面设计345.1路基横断面尺寸确定345.1.1路幅及行车道宽的确345.1.2加宽值的确定345.1.3路肩的确定345.1.4中间带的确定355.1.5路拱和超高的确定355.2边沟、截水沟及排水设计415.2.1边沟设计425.2.2截水沟设计425.3路基土石方数量计算及调配425.3.1横断面面积计算425.3.2土石方数量计算43 5.3.3路基土石方调配435.3.4计价土石方数量446路基设计456.1路基的功能和要求456.2路基的病害与变形456.3路基设计的主要内容476.4路基设计的一般要求486.5路基的类型与设计486.5.1路基断面形式486.5.2路基高度486.5.3边坡坡度486.5.4路基填土与压实496.5.5土坑与弃土堆506.6路基防护与加固516.6.1公路水毁防治516.6.2地基加固536.6.3挡土墙设计536.7路基的排水536.7.1路基排水目的和要求536.7.2路基排水设施547路面结构设计567.1路面类型及结构56 7.1.1路面类型567.1.2路面结构577.1.3新建路面结构设计的步骤577.2沥青路面的主要损坏形式577.3路面设计达到的要求587.4沥青路面的设计计算587.4.1确定自然区划和路基潮湿类型及土基回弹模量597.4.2交通量分析597.4.3选择路面结构型式617.4.4按容许弯沉计算路面厚度627.4.5验算沥青混凝土面层层底拉应力647.4.6验算水泥稳定砂砾层层底拉应力648排水设计668.1排水类型668.2路基排水668.2.1路基排水的设计与一般规定668.2.2地表排水设施668.2.3路基的地下排水678.2.4路基排水的综合设计688.3路面排水688.3.1分散漫流式路表排水688.3.2中央分割带排水69 8.3.3路面内部排水699总结70参考文献72附表 辽宁工程技术大学毕业设计前言本设计题目是安徽地区铜陵至池州C1标段高速公路施工图设计，此地段属于平原微丘地形，总里程为2953.770米。毕业设计是教学计划中最后一个重要的教学环节，是培养学生综合应用所学的道路交通基础理论、基本知识和基本技能，进行道路交通工程设计或科学研究的综合训练，是面前各个教学环节的继续、深化和拓宽，是学生综合素质和工程实践能力培养的重要阶段，其目的是学生成为交通工程师所必须的综合训练，有利于向工作岗位过渡。依据交通土建专业毕业设计大纲的要求，对实习资料进行整理、分析，并加以认真的思考，听取指导教师的意见编制而成的。在设计中参阅了《道路勘测设计》、《公路路线设计规范》、《路基路面工程》、《公路工程技术标准》等专业文献。本设计内容包括路线方案的选线及定线、道路平面设计、道路纵断面设计、道路横断面设计、路基路面设计、排水及附属设施设计、概预算、施工组织设计、英语翻译等内容。本公路设计中比较认真的完成了各个阶段的设计和编制，力争使所完成的设计做到技术上合理先进、费用上经济合理、施工过程安全可靠。圆满的完成大学四年的最后一项任务。71 辽宁工程技术大学毕业设计1初始资料本设计是交通土建专业毕业设计，设计任务是铜陵至池州C1标段高速公路施工图设计，主要内容包括：路线方案的选线及定线、道路平面设计、道路纵断面设计、道路横断面设计、路基路面设计、排水及附属设施设计、概预算、施工组织设计、英语翻译等内容。本设计初始资料有地形图一幅，比例1：2000。地形、气候等设计资料按有关资料查询得到。具体内容如下：本设计地形图主要为平原微丘地区，整个设计应遵循平原微丘地区高速公路的技术标准。1.1自然条件[1]本设计路线沿线为安徽地区长江流域地处亚热湿润气候高速公路路段之一，公路自然规划为Ⅳ3区，主要为平原微丘地形。道路沿线基本位于平原地区。本设计沿线的土质良好，无不良地质现象，地质稳定。本设计所在地区属于亚热湿润气候，由于地形和气候影响，境内降雨集中，年际年内变化大，池塘较多，在设计中应该根据这种差异和变化，对路基、路面和排水做出相应的设计。1.2路线状况本设计高速公路的起点为K0+000.000，终点为K2+953.770，总里程为2953.770米。路线设计起点位于地形图左侧，终点位于地形图右面中间部位。沿线地势较为平坦，中间有较为高点的小山丘及其他池塘。1.3公路建设与周围环境及自然环境的协调发展道路平面线形的选择和布置要合理，选一条技术可行，经济上合理，又能符合使用要求的线路。在定线的过程中，应尽力避开人口密集区，避免大挖大填，降低填土高度，减少占地宽度和植被的破坏，避免占用高产田，注意同农田基本建设相配合。1.4道路设计标准[1]现依据《规范》将高速公路的设计指标列出如下：设计车速：120（km/h）；年平均日交通量：19539（辆/日）；圆曲线极限最小半径：650（m）；圆曲线一般最小半径：1000（m）；71 辽宁工程技术大学毕业设计缓和曲线最小长度：100（m）；平曲线最小长度：200（m）；同向曲线最小长度：≥6v=720m；反向曲线最小长度：≥2v=240m；公路直线段最大长度：2400m；公路直线段最小长度：720m；凸形竖曲线极限最小半径：11000m；凸形竖曲线一般最小半径：17000m；凹形竖曲线极限最小半径：4000m；凹形竖曲线一般最小半径：6000m；竖曲线最小长度：100m；竖曲线一般长度：250m；公路最短坡长：300m；公路最大坡长：900m；公路最大纵坡：3%；公路最小纵坡：0.5%；圆曲线部分最大超高：10%（一般地区）；6%（积雪冰冻地区）；平曲线采用的超高方式：绕中央分隔带边缘旋转。1.5道路等级确定经调查该地区近期交通量资料如表1-1：71 辽宁工程技术大学毕业设计表1-1交通量资料Tab1-1trafficinformation车型总重/KN后轴重/KN后轴数次/日折算系数解放CA10B80.2560.8518952.0黄河JN150150.60101.6013503.0日野KB222154.50104.3012203.0黄河JN360270.002*110.02203.0东风EQ14092.9069.20110252.0跃进NJ13045.5038.3013521.5查《公路工程技术标准》得小客车和中型载重汽车折算系数如表1-2：表1-2汽车折算系数Tab1-2autoconversioncoefficient汽车代表车型车辆折算系数小客车1.0中型车1.5大型车2.0托挂车3.0设计年限内交通量的平均年增长率：7.9%道路必经点：无要求设计交通量：（2.1）式中：——远景设计年平均日交通量（辆/日）——起始年平均日交通量（辆/日）——年平均增长率——远景设计年限设计年限内交通量的平均年增长率为7.8%，远景设计年限为20年的年平均昼夜交通量为：71 辽宁工程技术大学毕业设计查《公路工程技术标准》可知公路根据功能和适应的交通量分为以下等级：高速公路为供汽车分向﹑分车道行驶，并可根据需要控制出入的多车道公路。四车道高速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25000—550000辆；六车道高速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45000—80000辆；各级公路设计交通量的预测应符合下列规定1）高速公路和具干线功能的一级公路的设计交通量应按20年预测；具集散功能的一级公路、以及二三级公路的设计交通量应按15年预测；四级公路可根据实际情况确定。2）设计交通量预测的起算年应为该项目可行性研究报告中的计划通车年。3）设计交通量的预测应充分考虑走廊带范围内远期社会经济的发展和综合运输体系的影响。故根据《标准》，应建四车道高速公路，为主要供汽车行驶的公路。71 辽宁工程技术大学毕业设计2选线和定线选线是在道路规划路线起、终点之间选定一条技术上可行，经济上合理，又能符合使用要求的道路中心线的工作。它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。为达到此目的，我选线时做到由粗到细，由轮廓到具体，逐步深入，分阶段分步骤地加以分析比较，定出了我认为最合理的路线来。2.1影响公路路线设计的因素[2]城镇或乡村；公路的功能；公路等级；新建或改建路段；设计车辆流量；交通量以及重型车辆在交通流中的比例；法规要求：如规划界限或历史文物；超车许可；适宜的交叉口位置及其形式；地形和地质状况，特别是山丘、高地下水位或不良地质等情况；避绕从经济角度考虑，不宜坼迁的物体或设施；排水要求；尽可能达到土方填挖工程的调配平衡；其它环境及景观要求。2.2道路选线的原则本设计是高速公路，所以在各个方面我都比较注意。路线设计应在保证行车安全、舒适、迅速的前提下，作到工程量小，造价低，营运费用省，效益好，并有利于施工和养护。在工程量增加不大时，应尽量采用较高的技术指标，不要轻易采用极限指标，也不应不顾及工程量的大小，而片面追求高指标。本设计选线时，我注意了同农田水利基本建设相配合，做到了少占田地，并尽量不占高产田，经济作物田或穿过经济园林等。本设计在路线走向方面，基于考虑绕过一些险地，所以占了部分苹果园。本设计的地形图上，没有名胜、风景、古迹地区的道路，所以不用考虑此因素。选线时应对工程地质和水文地质进行深入的勘测调查和了解。对严重的不良地段，如滑坡、崩塌、泥石流、岩溶、泥沼等地段和沙漠及多年冻土等特殊地区，应慎重对待，一般情况下应该设法绕避，当必须穿过时应选择合适的位置，缩小穿越范围，并采取必要的工程措施。本路段的地理位置是东北地区的重冻地区，所以基本上只涉及冬季冻结的问题，并且在地形图上看到，有些地方的堤坝需要慎重考虑。2.3选线的步骤和方法在道路规划路线起、终点之间选定一条技术上可行，经济上合理，又符合使用要求的道路中心线的工作，即是所谓的“选线”[2]。本设计必须71 辽宁工程技术大学毕业设计在这众多的方案中选出一条符合设计要求，经济合理的最优方案。因为影响选线的因素很多，这些因素有的互相矛盾，有的相互制约，各因素在不同场合的重要程度也不相同，不可能一次就找出最理想方案来。最有效的做法是通过分阶段，由粗到细反复比选来求最佳解。本设计选线按工作内容分三步进行。2.3.1路线方案选择[2]结合本设计来说，路线方案选择主要是解决起、终点间路线基本走向问题。在比例尺1：2000的地形图上，从较大面积范围内找出各种可能的方案，收集各种可能方案的有关资料，确定数条有进一步比较价值的方案。通过多方案的比选，得出了一个最佳方案来。本次设计平原区路段，因地形限制不大，布线应在基本符合路线走向的前提下，着重考虑政治、经济因素，正确处理对地理、地质的避让与趋势，找出一条理想的路线。2.3.2路线带选择[2]在路线基本方向选定的基础上，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。只有在地形简单，方案明确的路段，路线布局才可以现场直接选定。因为此次设计我缺乏实地经验，也没有物质条件，所以路线布局只能在1：2000的平面图上进行选线、定线。2.3.3具体定线经过上述两步的工作，路线雏形能明显勾画出来。定线就是根据技术标准和路线方案，结合有关条件在有利的定线带内进行平、纵、横综合设计，具体定出道路中线的工作。本设计中影响定线的主要因素：沿线地形、地质、水文、气象等的自然条件；要求的路线技术等级与实际可能达到的技术标准及其对路线使用的任务、性质、路线长度、筑路材料来源、施工条件以及工程量、三材（钢筋、木材、水泥）用量、造价、工期、劳动力情况。纸上定线应该既符合该级路的几何标准，又能充分适应当地地形，避开了尽可能多的障碍物。其具体操作方法有两种：a直线型法[3]b曲线型法[3]本设计采用直线型的方法，利用导向线各点的可活动性，按照“照顾多数、注重重点”的原则，掌握与高速公路相应的几何标准，先用直线尺试穿出与较大地形相适应的一系列直线，然后用适当的曲线把相邻直线连接起来，因地制宜地选择合适的线路走向。71 辽宁工程技术大学毕业设计2.4具体的选线本次设计中，在地形图上起、终两点为指导教师规定的固定控制点，所谓固定控制点，是指无论设计选线采用何种方案，都必须通过的点。本次设计的地形从图纸上表现为以平原微丘为主。所以我在本次选线设计中，主要考虑道路对平原微丘和居民区的处理，对耕地的占有及利用问题，线形如何展开以及线形的美观流畅、经济、工期的长短等诸多因素。2.4.1影响本设计路线方案选择的因素1)村庄；2)高速公路的标准；3)乡村道路；4)水塘；5)排水要求；6)高压线；7)堤坝；8)地势的起伏。2.4.2方案拟定本次设计是高速公路，我选择了两种方案：方案一：从K0+000.00出发，在K0+060.923处右转，经过一条高压线，一条河流，一条碎石路和一个村庄，直线段在地势陡的地段选择垭口通过，后经过一个村庄和一条碎石路，在K1+857.977处右转，再经过一条碎石路和一条河流，直至终点。全线共过四个水塘，路线全长2953.770米。方案二：从K0+000.000出发，在K0+409.667处右转，经过一条河流，一条高压线，一条碎石路，直线段在地势较陡的地段在上上通过，后经过一个村庄，一条碎石路，在K1+863.696处左转，再经过一条碎石路，一条河流，直至终点。全线共过三个水塘，路线全长2825.501米。2.4.3方案比选方案一：路线稍长，途中经过两个村庄，且转角不大，路线选择尽量选择垭口处减少填挖方工作量，整体的地势比较平坦，如图2-1。71 辽宁工程技术大学毕业设计图2-1方案一Fig2-1optionone方案二：路线稍短，线性比较美观。但途中经过山顶，填挖方比较大，又破坏了自然植被，造成施工不便，经过高压线和河流时角度过大，如图2-2。图2-2方案一Fig2-2optionII综合考虑，选择方案一。71 辽宁工程技术大学毕业设计3道路平面设计本设计路线全长2953.770米，设了两个平曲线。平面设计指的是根据汽车行驶的性能，结合当地的地形条件，按照道路设计规范在平面上布置出一条通顺、舒畅的线形来。3.1平面线形设计的基本要求3.1.1汽车行驶轨迹[3]道路平面线形设计中主要考察的是汽车行驶轨迹。只有当平面线形与这个轨迹相符合或相近时，才能保证行车的顺适和安全。行驶中的汽车，其行驶汇集在几何性质上有以下特征：1)各轨迹是连续的和圆滑的，即在任何一点上不出现错头和破折；2)其曲率是连续的，即轨迹上任何一点不出现两个曲率的值；3)其曲率变化是连续的，即轨迹上任何一点不出现两个曲率变化率的值。3.1.2平面线形要素1.直线一般要素[3]直线，即曲率为零，在直线道路上行驶的汽车受力简单，方向明确，驾驶操作容易，给人以短捷，直达的良好印象且在测设中也比较简单。基于直线的这些优点，在各种线形工程中都被广泛使用，但过长直线的设置也受一定条件的限制，譬如，司机长时间处于直线的行驶状态，身体会疲乏，精神会放松下来甚至注意力会不集中，而导致车祸或其他。本设计的高速公路路段直线的最大长度限制在20V=2400m内。设置长直线时应注意下列事项：1)在长直线上纵坡不宜过大，因长直线再加下陡坡行驶更容易导致高速度；2)长直线与大半径凹形竖曲线组合为宜，这样可以使生硬的直线得到一些缓和；本设计从平面的唯一一个转弯处进入后面的长直线段，就设了一个大半径30000m的凹形竖曲线。3)道路两侧地形过于空旷时，宜采取植不同树种或设置一定建筑物、雕塑、广告牌等设施，以改善单调的景观；本设计后半段的地形就是较空旷，所以我建议用后者。由于在高速公路两侧植树种，也许会有人出没，而且也许会影响视线，基于不安全的考虑，所以不采取前者。71 辽宁工程技术大学毕业设计4)直线或长下坡尽头的平曲线，除曲线半径，超高，视距等必须符合规定外，还必须采取设置标志，增加路面抗滑能力等安全设施。由于本设计平面内只有一个转弯，所以不涉及到该点。2.直线的最小长度[3]在考虑了线形的连续和优美，《规范》规定了在平面线形设计中直线的最小长度如下：同向曲线间的直线最小长度以不小于6V为宜；反向曲线间的直线最小长度以不小于2V为宜。由于本设计只设了一个转弯处，所以不用考虑此问题。圆曲线的曲率为常数，它具有与地形相适应、可循性好、线形美观、易于测设等优点，使用十分普遍。3.曲线的几何要素如图3-1：图3-1曲线几何要素Fig3-1Thegeometryelementofcurve（3-1）（3-2）（3-3）（3-4）71 辽宁工程技术大学毕业设计式中：T——切线长（米）；L——曲线长（米）；E——外距（米）；J——校正数或称超距（米）；R——圆曲线半径（米）；——转角（度）。4.圆曲线半径[3]根据汽车行驶在曲线上力的平衡得：=m式中：V——行驶速度（km/h）；——横向力系数；——超高横坡度。5.半径的限制《规范》在考虑了具体要求并结合我国的具体情况规定了高速公路最小、最大以及极限半径的大小：一般最小半径：1000米[1]；极限最小半径：650米[1]；圆曲线的最大半径不宜超过10000米[1]。3.1.3缓和曲线[3]缓和曲线的曲率为变数，它是设置在直线与圆曲线之间或半径相差较大的两个转向相同的圆曲线之间的一种曲率连续变化的曲线。1.缓和曲线的作用[3]a曲率连续变化，便于车辆遵循；b离心加速度逐渐变化，旅客感觉舒适；c超高横坡度逐渐变化，行车更加平稳；d与圆曲线配合得当，增加线形美观；71 辽宁工程技术大学毕业设计e作为缓和曲线的曲线形式很多，在本设计中我已把回旋线作为缓和曲线。2.回旋线的基本公式为[7]（3-6）式中：r——回旋线上某点的曲率半径（米）；l——回旋线上某点到原点的曲线长（米）；A——回旋线的参数。3.回旋线的几何要素[3]任意点处的曲率半径：（3-7）点的回旋线长：（3-8）点的曲率圆的内移值：（3-9）点的曲率圆圆心M点的坐标：（3-10）长切线长：（3-11）短切线长：（3-12）点的弦长：（3-13）点的弦偏角：（3-14）回旋线上的任意一点的切线方向与X轴的夹角：（3-15）4.缓和曲线的长度由于车辆要在缓和曲线上完成不同曲率的过度行驶71 辽宁工程技术大学毕业设计，所以要求缓和曲线有足够的长度，以使司机能从容地打方向盘，乘客感觉舒适，线形美观流畅，圆曲线上的超高和加宽的过渡也能在缓和曲线内完成。所以，应规定缓和曲线的最小长度。缓和曲线的最小长度可以从以下几方面考虑：a旅客感觉舒适b超高渐变率适中[3]（3-16）式中：B——旋转轴至行车道外侧边缘的宽度；——超高坡度与路拱坡度代数差；——超高渐变率。c行驶时间不太短＝==100m式中：——汽车行驶速度在考虑了上述影响缓和曲线长度的各项因素，《公路工程技术标准》规定了高速公路的缓和曲线的最小长度为：100米。5.有缓和曲线的道路平曲线几何要素[3]道路平面线形三要素的基本组成是：直线—回旋线—圆曲线—回旋线—直线，其几何要素的计算公式如下：（3-17）（3-18）（3-19）（3-20）（3-21）（3-22）（3-23）式中符号见图3-1。71 辽宁工程技术大学毕业设计3.2平面线形设计的原则[3]1)平面线形应直捷、连续、顺适，并与地形地物相适应，与周围环境相协调；2)行驶力学上的要求是基本的，视觉和心理上的要求对高速公路应尽量满足；3)保持平面线形的均衡与连贯；a长直线尽头不能接以小半径曲线；b高、低标准之间要有过渡。4)应避免连续急弯的线形；5)平曲线有足够的长度。（本设计的平曲线长为543.801m＞200m）3.3平曲线要素的组合类型[3]1)基本型从现行的协调性来看易将回旋线：圆曲线：回旋线设长度计成1：1：1。本设计中采用基本型的平曲线如图3-2：图3-2基本型回旋线Fig3-2Thebasictypedreturningline2)S型两个反向圆曲线用回旋线连接的组合。两个相邻回旋线参数一般相等，当采用不同的参数时，两参数之比应小于2.0，有条件时以小于1.5为宜。此外，在S型曲线上，两个反向回旋线之间不设直线，是行驶力学上所希望的，不得已插入直线时，必须尽量地短，其短直线的长度或重合段的长度应符合下式：（3-24）71 辽宁工程技术大学毕业设计式中：—反向回旋间短直线或重合段的长度（米）；—回旋线参数。如图3-3：图3-3S型回旋线Fig3-3TheStypedreturningline3)卵型用一个回旋线连接两个同向圆曲线的组合。其上的回旋线参数A不应小于该级公路关于回旋线最小参数的规定，同时宜在下列界限之内：（3-25）式中：A—回旋线参数；—小圆半径（）。如图3-4：图3-4卵型回旋线Fig3-4Theeggtypedreturningline71 辽宁工程技术大学毕业设计4)凸型在两个同向回旋线间不插入圆曲线而径相衔接的组合。如图3-5：图3-5凸型回旋线Fig3-5Theraisedtypedreturningline5)复合型两个以上同向回旋线间在曲率相等处相互连接的形式。此中回旋线除了受地形和其它特殊限制的地方外一般很少使用，多出现在互通式立体交叉的匝道线形设计中。6)C型同向曲线的两回旋线在曲率为零处径相衔接。其连接处的曲率为0，相当于两基本型的同向曲线中间直线长度为0，对行车和线形都带来一些不利影响，所以C型曲线只有在特殊地形条件下方可采用。3.4行车视距行车视距是为了保证行车安全，驾驶人员能随时看到汽车前面相当远的一段路程，一旦发现前方路面有障碍物或迎面来车，能及时采取措施，避免相撞的最短距离。行车视距有以下几种类型：3.4.1停车视距[1]它是指汽车行驶时，自驾驶人员看到前方障碍物前安全停车需要的最短距离。它又分为反应距离和制动距离两部分：反应距离：=制动距离：71 辽宁工程技术大学毕业设计所以停车视距为：=83.33+132.08=215.41本设计的停车视距为215.41m＞210m[3]，根据《道路勘测设计》的标准。3.4.2会车视距[3]它是指在同一条车道上两对向汽车相遇，从相互发现时起，至同时采取制动措施使车安全停止所需要的最短距离。3.4.3错车视距[3]它是指在没有明确划分车道线的双车道道路上，两对向行驶的汽车相遇，发现后采取减速避让措施安全错车所需的最短距离。3.4.4超车视距[1][3]它是指在双车道公路上，后车超越前车时，从开始驶离原车道之处起，至可见逆行车道并能超车后安全驶回原车道所需的最短距离。超车视距的全程可分为四个阶段：加速行驶距离：（3-26）超车汽车在对向车道上行驶的距离：（3-27）超车完了时，超车汽车与对向汽车之间安全距离：～100m超车汽车从开始加速到超车完了时对向汽车的行驶距离：（3-28）所以超车视距：（3-29）3.4.5对视距的要求[3]各级公路首先保证的是停车视距的要求，在此基础上再尽量满足其他视距的要求，标准中规定了高速公路对停车视距的要求：210m。工程特殊困难或其它条件限制的地段。可采用停车视距，但必须采取分道行驶措施。停车视距计算中，眼高1.2m，物高0.1m。3.5本设计平面线形的具体设计过程3.5.1平曲线要素的设置71 辽宁工程技术大学毕业设计本设计在指导教师给定的两个控制点的基础上，结合实际图纸上的地形情况，初步定出线形的大致走向。整个线形在中间设置一个转点，转点处坐标及圆曲线半径，缓和曲线的长度在曲线转角表中列出。3.5.2几何要素计算JD1的计算过程如下，计算结果见直线—曲线—转角表。ZH点的里程：=517.294-456.371=60.923mHY点的里程：=60.923+150=210.923mYH点的里程：=60.923+888.082-150=799.005mHZ点的里程：=60.923+888.082=949.005mJD2的计算过程如下，计算结果见直线—曲线—转角表。ZH点的里程：=2391.855-533.878=1857.977m71 辽宁工程技术大学毕业设计HY点的里程：=1857.977+200=2057.977mYH点的里程：=1857.977+1022.038-200=2689.787mHZ点的里程：=1857.977+1022.038=2889.787m3.5.3路线转角、交点间距、曲线要素及中点桩计算设起点坐标为，第个交点坐标为=1，2，3…n，则坐标增量：（3-30）交点间距：（3-31）象限角：（3-32）计算方位角A：﹥0，﹥0﹥0，﹤0﹤0，﹤0﹤0，﹥0转角：，当﹥0时，路线右偏；﹤0时，路线左偏。下面是交点的计算过程，其结果见直线—曲线—转角表。1)起点（786.000，80.000），交点1（1078.000，507.000）交点间距：=517.294m象限角：=55.634计算方位角：∵﹥0，﹥0∴=55.6342)交点1（1078.000，507.000），交点2（1049.000，2406.000）；交点间距：=1899.221m71 辽宁工程技术大学毕业设计象限角：89.125计算方位角：∵﹥0，﹤0∴=90.875所以，交点转角：﹥0，路线右偏。3）交点2（1049.000，2406.000），终点（660.000，2860.000）；交点间距：=597.860m象限角：49.409计算方位角：∵﹥0，﹤0∴=130.591所以，交点转角：﹥0，路线右偏。3.5.4直线上中桩坐标计算设交点坐标为，交点相邻直线方位角分别为和。则，ZH点坐标：（3-33）（3-34）HZ（或YZ）点坐标：（3-35）（3-36）设直线加桩里程为L，ZH、HZ表示曲线起、终点里程，则前直线上任意点坐标（L≦ZH），（3-37）（3-38）71 辽宁工程技术大学毕业设计右直线上任意点坐标（L﹥HZ）（3-39）（3-40）3.5.5单曲线内中桩坐标计算（设缓和曲线单曲线）曲线上任意点的切线横距：（3-41）式中：——缓和曲线上任意点至ZH（或HZ）点的曲线长1)第一缓和曲线（ZH～HY）任意点坐标（3-42）（3-43）2)圆曲线内任意点坐标a由HY～YH时：（3-44）（3-45）式中：——缓和曲线上任意点至HY点的曲线长；——缓和曲线长度；——点坐标。b由YH～HY时：（3-46）71 辽宁工程技术大学毕业设计（3-47）式中：——缓和曲线上任意点至YH点的曲线长。3)第二缓和曲线（HZ～YH）内任意点坐标（3-48）（3-49）式中：——第二缓和曲线上任意点至HZ点的曲线长。4)方向角计算a　缓和曲线上坐标方向角：，=1，2（3-50）是转角符号（第一缓和曲线右偏为“+”左偏为“－”；第二缓和曲线右偏为“－”左偏为“+”）式中：——缓和曲线上任意点至ZH（或HZ）点的曲线长；——缓和曲线长度。b　圆曲线上坐标方向角：，=1，2（3-51）转角符号（右偏为“+”；左偏为“－”）具体中桩计算见逐桩坐标表。3.6道路平面图的绘制图纸用透明纸描绘，常用比例1：2000，带状路线两侧各100～200米范围内勾绘等高线。71 辽宁工程技术大学毕业设计4道路纵断面设计公路路线在平面上不可能从起点至终点是一条直线，在纵断面上也不可能从起点至终点是一水平线，而是有起伏的空间线。所谓纵断面，即沿道路中线刨切然后展开。由于自然因素以及经济性的要求，路线纵断面总是一条有起伏的空间线[7]。纵断面上有两条主要的线，一条是地面线；一条是设计线。纵断面设计的主要任务是根据汽车的动力特性、道路等级、当地的自然地理条件以及工程经济性等，研究起伏空间线几何构成的大小及长度，以便达到行车安全速度、运输经济合理和乘客感觉舒适的目的。4.1纵坡设计的原则纵坡设计必须满足《公路工程技术标准》的各项规定。本设计依据一般原则，对下面几点进行了考虑：为保证车辆能以一定的速度安全顺适的行驶，纵坡应具有一定的平顺性，起伏不宜过大或过于频繁。尽量避免采用极限纵坡值，合理安排缓和坡段，应该避免设置反坡段，越岭线垭口附近的纵坡应尽量缓和些[3]。1)纵坡设计应对沿线地质、地下管线、地质、水文、气候和排水等综合考虑，视具体情况处理，以保证道路的稳定与通畅；2)一般情况下纵坡设计应考虑填挖平衡，尽量使挖方运作就近路段填方，以减少借方和废方，降低造价和节省用地；本设计中只在中间段靠前的地方填方量稍大，其他地段比较平缓，将其他路段的土运往此处，或者就近取土。其中经过途中乡村道路通过涵洞在本设计中的高速公路下方穿过，还有两处乡村河流，也是修建涵洞从高速公路下部通过。1)平原微丘区地下水埋藏较浅，或池塘、湖泊分布较广纵坡除应满足最小纵坡要求外，还应满足最小填土高度要求，保证路基稳定；2)对连接段纵坡，如大、中桥引道及隧道两端接线等，纵坡应缓和，避免产生突变。交叉处前后的纵坡应平缓些；3)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；4)应通过视觉分析、经济比较、与周围环境相协调等因素进行道路平纵组合设计，主要注意以下几点[3]：a平曲线应与竖曲线相重合，且平曲线要稍长于竖曲线，最好使竖曲线的起点与终点都在平曲线的两个缓和段内，这就是所谓的“平包竖”；71 辽宁工程技术大学毕业设计本设计中充分考虑了这一点，在各项标准都符合的前提下平曲线与竖曲线相重合为“平包竖”。b平曲线应与竖曲线大小保持均衡，不要在长的平曲线内设置多个竖曲线；本设计在长平曲线内只设了一个大半径的行竖曲线。c暗弯与凸形竖曲线组合、明弯与凹形竖曲线组合是合理的，悦目的；d避免凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部与反向平曲线的拐点重合，小半径竖曲线不要与缓和曲线重叠；e设计时应充分考虑与周围环境的协调。4.2纵断面设计的步骤和方法[3]1)准备工作：纵坡设计之前我在“坐标绘图纸”上，按比例标注里程桩号和标高，点绘地面线，填写有关内容。同时收集和熟悉了必要的设计资料，并领会设计意图和要求。2)标注控制点：控制点是指影响纵坡设计标高的控制点。比如此路线的起点、终点、重要桥涵、地质不良地段的最小填土高度、最大挖深、沿溪线的最高设计洪水位、平面交叉和立体交叉点、城镇规划控制标高以及受其他因素限制路线必须通过的标高控制点等。3)试坡：我在已标出的控制点的基础上，根据经济指标、选线意图、结合地面的起伏变化，在这些点位间进行穿插与取直，试定若干直线段，对于各种可能的坡度方案进行了比较，最后定出了既符合技术标准，又满足控制点的要求，且土石方较省的设计线作为初定坡度线，延长就可以确定变坡点的初步位置。4)调整：我将选定的坡度与《公路工程技术标准》进行对照，检查设计的最大纵坡、最小纵坡、坡长限制等是否符合要求，平、纵组合是否适合，以及与路线交叉、涵洞等处的纵坡安排是否合理，若有问题则要进行调整，调整方法不外乎是对坡度线平抬、平降、延伸、缩短或改变坡度值。5)核对：选择有控制意义的重点横断面，如最大填挖高度处，检查是否填挖过大、横断面坡度线是否与地面线相交、桥梁过高或过低涵洞过长等情况，若有问题应及时调整纵坡。6)定坡：调整核对无误后，定出变坡点的里程（一般要为10的整倍数），然后逐段将直线坡段的坡度值、变坡点的桩号和标高等确定下来，相邻变坡点的里程之差为坡长。变坡点标高是由纵坡度和坡长依次推算而得的。7)设置竖曲线：拉坡时已经考虑了平、71 辽宁工程技术大学毕业设计纵组合等问题，可以根据《公路工程技术标准》、《道路设计资料集》、《道路勘测设计》等资料确定竖曲线半径，计算竖曲线要素值。4.3纵断面技术标准的确定4.3.1最大纵坡最大纵坡是指纵坡设计时各级道路允许采用的最大坡度值，它是道路纵断面设计的重要控制指标。我国《公路工程技术标准》中规定高速公路的最大纵坡为3%。高速公路受地形条件或其他特殊情况限制时，经技术经济论证合理，最大纵坡可增加1%。在非机动车交通比例较大的路段，为照顾其交通要求可根据具体情况将纵坡适当放缓：平原微丘区一般不大于2%～3%[1]。本设计的最大纵坡为1.800%＜2%。4.3.2最小纵坡在长路堑、低填以及其他横向排水不通畅地段，为保证排水要求，防止积水渗入路基而影响其稳定性，均应设置不小于0.3%[1]的最小纵坡，一般情况下以不小于0.5%[1]为宜。当必须设计平均纵坡或纵坡小于0.3%[1]时，边沟应作纵向排水设计。在弯道超高横坡渐变段上，为使行车道外侧边缘不出现反坡，设计最小纵坡不宜小于超高允许渐变率。本设计的最小纵坡为0.667%＞0.5%。4.3.3坡长限制1）最短坡长限制最短坡长的限制主要是从汽车行驶的平顺的要求考虑的，如果坡长过短，使变坡点增多，汽车行驶在连续起伏地段产生的增重与减重的变化频繁，导致乘客感觉不舒适，车速越高越突出，《公路工程技术标准》和《道路设计资料集》规定，高速公路的最短坡长为：平原微丘——300m[1]2）最大坡长限制道路纵坡的大小及其对汽车正常行驶影响很大。纵坡越陡，坡长越长，对行车影响也越大，所谓最大坡长限制是指控制汽车在坡道上行驶，当车速下降到最低容许速度时所行驶的距离。《规范》规定，高速公路最大坡长为：由于本设计的各坡度都小于不限长度的最大纵坡2.4%，所以不设最大坡长。4.3.4平均纵坡71 辽宁工程技术大学毕业设计平均纵坡是指一定长度的路段纵向所克服的高差与路线长度之比，是为了合理运用最大纵坡，坡长及缓和坡长的规定，以保证车辆安全顺利地行驶的限制性指标。4.3.5合成坡度合成坡度是指由路线纵坡与弯道超高横坡度或路拱横披组合而成的坡度，其方向为流水线方向。合成坡度的计算公式[3]为：（4-1）式中：——合成坡度（%）；——路线设计纵坡坡度（%）；——超高横坡度或路拱横坡度（%）。对于最大允许合成坡度，《公路工程技术标准》中考虑了汽车的行驶特性和实际排水的要求，规定了最大允许合成坡度为：平原微丘——10.0%[1]三处合成坡度分别为：﹤10.0%﹤10.0%4.4竖曲线的设计纵断面上两个坡段的转折处，为了便于行车用一段曲线来缓和，称为竖曲线。竖曲线的形式可采用抛物线或圆曲线，二者几乎没有差别，但在设计和计算上，抛物线比圆曲线更为方便，所以我在设计中采用抛物线。4.4.1竖曲线设计的原则1)要满足竖曲线最小半径和最小长度的要求本设计中凸形竖曲线半径30000米大于极限最小半径11000米，长度641.334米大于最小长度100米；凹形竖曲线半径26000米大于一般最小半径6000米，长度640.590米大于最小长度100米。2)考虑平、纵组合的设计原则[7]a在视觉上能自然地引导驾驶员的视线，并保持视觉的连续性；b能保持平、纵线形的技术指标大小的均衡；71 辽宁工程技术大学毕业设计c选择组合得当的合成坡度，以利于路面排水和行车安全；d注意到了与道路周围环境的配合。3)考虑平曲线与竖曲线的组合[3]a平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线；本设计考虑到坡长限制和坡度限制的因素，平、竖曲线没有相互重合。b平曲线与竖曲线大小应保持均衡；本设计的平曲线长度为888.082m、1022.038m，竖曲线长度分别为：641.334m、640.590m，保持平衡。c暗、明弯与凸、凹竖曲线[7]暗弯与凸形竖曲线及明弯与凹形竖曲线的组合是合理的、悦目的；由于本设计中地势比较平坦，道路周围没有高的地势，所以不涉及到明、暗弯的问题。d平、竖曲线应避免的组合[3]要避免是凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部与反向平曲线的拐点相重合，设计中没有反向平曲线；小半径竖曲线不与缓和曲线相重合，本设计中没有小半径竖曲线；计算行车速度≥40km/h的道路，应该避免在凸形竖曲线顶部或凹形竖曲线底部插入小半径的平曲线，这种组合是使平曲线与竖曲线对应，最好使竖曲线的起终点分别方在平曲线的两个缓和线内，即所谓的“平包竖”，本设计不涉及这些。1)直线与纵断面的组合[3]只要路线有起有伏，就不要采用长直线，最好使平面路线随纵坡的变化略加转折，并把平、竖曲线合理的组合，但要避免驾驶员一眼能看到路线方向转折两次以上或纵坡起伏三次以上。平面的长直线与纵面的直坡线配合，对双车道道路超车方便，在平坦地区与地形相适应，但行车单调乏味，易疲劳。直线上一次变坡是很好的平纵组合，从美学观点讲以包括一个凸形竖曲线为好，而包括一个凹形竖曲线次之；直线中短距离内二次以上变坡会形成反复凸凹的“驼峰”和“凹陷”，看上去线形有起伏，就不用采用长直线。2)平、纵线形组合与景观的协调配合[3]a应在道路规划、选线、设计、施工全过程中重视景观要求；b尽量少破坏沿线自然景观，避免深挖高填；本设计地形图中，道路附近没有自然景观，填挖量也很小。c应提供视野的多样性，力求与周围的风景自然的融为一体；d不得已时，可采用修整、植草皮、种树等措施加以补救；71 辽宁工程技术大学毕业设计e应进行综合绿化处理，避免形式和内容上的单一化，将绿化视作引导视线、点缀风景以及改造环境的一种技术措施进行专门设计。高速公路易采用此点。4.4.2竖曲线要素的确定1)竖曲线要素的计算公式[3]竖曲线长度L或竖曲线半径R：L=R或R=（4-2）竖曲线切线长T：（4-3）竖曲线上任意一点竖距h：（4-4）竖曲线外距E：或（4-5）上述式中：——坡差（%）；——竖曲线长度（m）；——竖曲线半径（m）。图4-1竖曲线要素图Fig4-1Theelementofverticalcurve71 辽宁工程技术大学毕业设计2)竖曲线的最小半径[3]在本次纵断面的设计中，下面三个主要限制因素决定着竖曲线的最小半径或最小长度的设计。a考虑到缓和冲击时的最小半径：m或（4-6）b考虑到时间行程不过短的最小长度：=c满足视距的要求：汽车行驶在凸形竖曲线上，如果半径太小，会阻挡司机的视线。为了行车的安全，对凸形竖曲线的最小半径或最小长度加以限制。《公路工程技术标准》规定了竖曲线的最小半径的一般值、极限值和最小长度如表4-1：本设计采用的计算行车速度为120km/h。表4-1纵断面技术参数Tab4-1Thetechnologicalparameteroflengthwisesection设计速度/km/h120凸形竖曲线半径，m一般值17000极限值11000凹形竖曲线半径，m一般值6000极限值4000竖曲线最小长度，m1004.5纵断面的设计本设计地形主要以平原微丘为主，考虑了设计道路等级，实际地形和沿线自然条件及构造物控制标高等因素后，确定出了路线合适的标高，各坡段的纵坡坡度和坡长，并设置了一个凸形竖曲线和一个凹形竖曲线。变坡点(K0+650.000)的竖曲线要素计算如下：71 辽宁工程技术大学毕业设计R=26000m1)计算竖曲线要素ω=—=故为凹形。曲线长：m切线长：m外距：m2)计算设计高程竖曲线起点桩号=K0+500.000－320.898=K0+179.102竖曲线起点高程=23.000+320.898×0.01800=28.776m竖曲线终点桩号=K0+500.000+320.898=K0+820.898竖曲线终点高程=23.000+320.898×0.00668=25.145m桩号K0+200.000处：横距：（K0+200.000）－（K0+179.102）=20.898m竖距：m切线高程=23.000+（320.667－20.898）×0.018=28.400m设计高程=28.400+0.008=28.408m桩号K0+700.000处：横距：=（K0+820.898）－（K0+700.000）=120.898m竖距：m切线高程=23.000+（320.898－120.898）×0.00668=24.336m设计高程=24.336+0.282=24.618m变坡点(K2+375.000)的竖曲线要素计算如下：R=30000m1)计算竖曲线要素71 辽宁工程技术大学毕业设计ω=—=故为凸形。曲线长：m切线长：m外距：m2)计算设计高程竖曲线起点桩号=K2+370.000－339.920=K2+30.080竖曲线起点高程=35.500－339.920×0.00668=33.228m竖曲线终点桩号=K2+370.000+339.920=K2+709.920竖曲线终点高程=35.500－339.920×0.01456=30.551m桩号K2+100.000处：横距：（K2+100.000）－（K2+30.080）=69.920m竖距：m切线高程=35.500－（339.920－69.920）×0.00668=33.696m设计高程=33.696－0.077=33.619m桩号K2+700.000处：横距：=（K2+709.920）－（K2+700.000）=9.920m竖距：m切线高程=35.500－（339.920－9.920）×0.01456=30.695m设计高程=30.695－0.002=30.693m4.6纵断面的绘制纵断面图是路线纵断面设计的成果，也是公路设计文件的主要内容之一，它和平面图结合起来，就能反映出路线在空间的位置。纵断面图我按直角坐标法绘制的，以纵坐标表示垂直高程，以横坐标表示水平距离。为了更明显显示出地面起伏状况，通常用纵坐标比例比横坐标大十倍。我用的比例尺：水平方向为1:2000，垂直方向上则为1：200。71 辽宁工程技术大学毕业设计按设计要求，纵断面图的上半部应示出高程、地面线、设计线、竖曲线及其要素，注出桥涵位置、结构类型和孔径；水准点的编桩号和长短链关系，以及跨越河流的洪水位、影响路基高度的沿线河流洪水位、地下水位等；图的下半部分地质土壤、坡度与距离、设计标高、地面标高、里程桩号、直线及平曲线等栏目，若上半部未示出个桩号的施工标高时，应在下半部增设施工标高栏。71 辽宁工程技术大学毕业设计5道路横断面设计道路的横断面，是指中线上各点的法向切面，它是由横断面设计线和地面线所构成的，其中横断面设计线包括行车道、路肩、分割带、边沟边坡、截水沟、护坡道以及取土坑、弃土堆、环境保护等设施。5.1路基横断面尺寸确定[7]为满足汽车行人以及其它车辆在公路上正常运行要求，路基须有一定宽度。本设计为高速公路路基宽为28m，车道宽度为3.75m，硬路肩宽为3.5m，土路肩宽为0.75m，中间带宽为4.5m，如图5-1：图5-1标准横断面图Fig5-1Thestandardhorizontalsection5.1.1路幅及行车道宽的确定[1]本设计路段为平原微丘，远景交通量为19539辆/昼夜，根据《规范》规定并结合实际情况取道路等级为高速公路，路幅定为整体式双幅四车道，中间采用分割带分开。根据《规范》可以查得平原微丘地区高速公路行车道宽度为3.75m。5.1.2加宽值的确定[3]当汽车行驶在曲线上，各轮迹半径不同，其中以后轮轨迹半径最小，且偏向曲线内侧，故曲线内侧应增加路面宽度，以确保曲线上行车的顺适与安全。《规范》规定：对于R＞250m的圆曲线，由于加宽值甚小，可以不加宽。本设计中最小圆曲线半径为1200m＞250m，因此本设计不采用加宽。5.1.3路肩的确定本设计路段为平原微丘地区高速公路，需要设置路肩。本设计参照我国《公路工程技术标准》的有关规定，选择的路肩宽度为硬路肩宽度71 辽宁工程技术大学毕业设计3.5m[1]，土路肩0.75m[1]。硬路肩的坡度为2%[1]，土路肩的坡度为3%[1]。在填方路段，为使路肩能汇集路面积水，需在路肩边缘设置路缘石。为了便于排水，可在路基边缘设置高出路面10cm～20cm[1],宽为10cm～15cm[1]的路缘石。5.1.4中间带的确定[4]中间带是由两条左侧路缘带与中央分隔带组成。中间带的宽度越宽其作用越明显，但是对于我国宝贵的土地资源，采用较宽的中间带是很浪费的，《标准》规定的数值也随公路等级、地形条件变化而有所不同，根据实际情况，我在设计采用中央分隔带的宽度为3m，中央分隔带两侧路缘带的宽度为0.75m。在分隔带与路面之间设置路缘石，起导向、连接和便于排水的作用，高度不宜太高（≤20cm），因为太高会使高速行驶的汽车一旦驶入将产生飞跃甚至翻车的危险，所以高速公路因为排水必须设置路缘石时，应使用光滑的斜式或曲线式的，高度不宜小于12cm。5.1.5路拱和超高的确定1)路拱为了利于路面横向排水，将路面做成由中央向两侧倾斜的拱形，称路拱。《规范》规定：路面类型为沥青混凝土路面时路拱横坡度取1.0%～2.0%，本设计取2.0%，以利于横向排水。2)超高及作用当汽车在曲线路段上行驶时，将会产生一个离心力的作用，危及汽车的安全稳定性。为抵消离心力的作用，在曲线段上将路面做成外侧高于内侧的单向横坡的形式，这就是曲线上的超高。超高横坡在圆曲线上是与圆曲线半径相适宜功能的全超高。在缓和曲线上逐渐变化的超高，是从双向坡度过渡到单向坡度的路段。a超高率的计算[6]=9.4%根据《规范》可以确定平原微丘地区高速公路的最大超高为10%[1]，最小超高为该道路所采用的路拱坡度之值。超高过大会使慢行的车辆产生向曲线内侧滑移的可能性，最小超高应满足道路排水性的要求。b超高的过渡方式有中间带的道路，超高的过渡有三种方法：71 辽宁工程技术大学毕业设计绕中间带中心旋转；绕中央分割带边缘旋转；绕各自行车道中线旋转。本设计路段为新建工程采用绕中央分割带边缘旋转，行车道内侧不降低，有利于路基纵向排水。如图5-2：图5-2有中央分隔带道路超高的过渡方式Fig.5-2Thewayhowtotransitthefreeboardintheroadthathasmedialdividerc曲线上超高缓和段长度的确定在确定缓和曲线最小长度时，已经考虑了超高缓和段所需要的最短长度，所以在一般情况下，超高缓和段与缓和曲线长度相等。但因照顾线形的协调性，则超高的过渡可仅在回旋线的某一区段内进行。从有利于排除路面降水考虑，路段的超高渐变率不得小于1/250。结合上述情况并参考有关设计实例，本设计在各缓和段采用缓和曲线的长度为150m，200m。d横断面上超高值的计算[7]绕中间带的中心线旋转超高值计算公式：圆曲线上：外缘：（5-1）中线：（5-2）内缘：（5-3）过渡段上：外缘：（5-4）中线：（5-5）内缘：，（5-6）71 辽宁工程技术大学毕业设计>，-（5-7）备注：1)计算结果均为与设计高之差2)临界断面距缓和段起点（R=1400m）3)距离处的加宽值=0式中：———路面宽度（28－0.752=26.5m）；———路肩宽度（0.75m）；———路拱（包含硬路肩）坡度（2.0%）；———土路肩坡度（3.0%）；———超高横坡度（6.0%）；———（缓和曲线长度）（150m，200m）；———x距离处路基外缘抬高值；———x距离处路中线抬高值；———x距离处路基内缘降低值；———与路拱同坡度的单向超高点至超高缓和段起点的距离；———超高缓和段中任一点至起点的距离；———路肩外缘最大抬高值；———路中线最大抬高值；———路基内缘最大降低值;各平曲线处的超高值计算1.交点1：，查表取，超高缓和段外侧71 辽宁工程技术大学毕业设计取验证超高渐变率：，符合要求；圆曲线上的超高为外缘：中线：=内缘：=超高缓和段起点为：K0＋60.923外缘：中线：内缘：=K0+75.000处外缘：71 辽宁工程技术大学毕业设计中线：内缘：=超高缓和段终点为：K0+949.005处外缘：中线：内缘：=K0+900.000处外缘：中线：内缘：同理可算得超高缓和段内其他各点桩号的超高值2.交点2：，查表取，超高缓和段外侧取71 辽宁工程技术大学毕业设计验证超高渐变率：，符合要求；圆曲线上的超高为外缘：中线：=内缘：=超高缓和段起点为：K1＋857.977外缘：中线：m内缘：=K1+850.000处外缘：中线：71 辽宁工程技术大学毕业设计内缘：=超高缓和段终点为：K2+889.787处外缘：中线：内缘：=K2+800.000处外缘：中线：内缘：同理可算得超高缓和段内其他各点桩号的超高值5.2边沟、截水沟及排水设计[5]为保证路基和路面的稳定，防止路面积水影响行车安全，需要设置完善的排水设计，以排除路基、路面范围内的地表水和地下水。在本设计中，该地区地下水位低，地下水对路基的影响很小，因此，主要考虑的是地表排水。路基的地表排水需要采用边沟、截水沟等设施。71 辽宁工程技术大学毕业设计5.2.1边沟设计在本设计中，因为地质情况良好，土质较密实，边沟的断面形式采用梯形，底宽和深度为0.8米；结合本路段的具体情况，内侧边坡采用1：1.5，外侧边坡根据地质情况确定，在挖方段与挖方边坡一致。5.2.2截水沟设计当路基挖方上侧山坡汇水面积较大时，应设截水沟。截水沟的设计应能保证迅速排除地面水，沟底纵坡一般不小于0.5%，以免水流停滞。对土质地段的截水沟，必要时应采用加固措施，以免水流冲刷或渗流，致使山坡上过湿，引起坍塌。若因地形限制，截水沟绕行，工程艰巨，附近又无出水口时，可分段考虑，中部以急流槽衔接。1)截水沟的断面形式a截水沟的形式采用梯形，底宽为0.8米，深度为0.8米，边坡坡度视土质而定；b截水沟沟壁最底边缘开挖深度不能满足断面设计要求时，可在沟壁较低一侧培筑土梗，土梗顶宽1～2米，背水面坡1：1.5，迎水面坡采用1：1，如果土梗基底横坡度陡于1：5时，沿地面须挖0.5米～1.0米宽的台阶。2)截水沟离开路基的距离a截水沟离开挖方路基坡顶的距离，视土质而定，以不影响边坡稳定为原则。根据本路段土质条件，距离均为5米。截水沟挖出来的土在截水沟之下侧做成土台，台顶筑成2%倾向截水沟的横坡。土台坡脚离路基边坡顶有适当距离；b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，修成向截水沟倾斜2%的土台；c截水沟的出入水口要尽量利用地形，将截水沟中的水流排到截水沟所在山坡一侧的自然沟中，以免在山坡上任其自流，造成冲刷。5.3路基土石方数量计算及调配[3]5.3.1横断面面积计算采用坐标法计算道路的横断面面积，计算公式如下：（5-10）71 辽宁工程技术大学毕业设计式中：xi，yi——横断面上点的坐标。5.3.2土石方数量计算采用棱台计算方法，即假定两断面间为一棱台体，其计算公式为：（5-11）式中：V——体积，即土石方数量(m3)；F1，F2——分别为相邻两断面的面积(m2)；L——相邻断面之间的距离(m)；，其中F1>F2。注：上述方法计算的土石方体积中，是包含了路面的体积的。5.3.3路基土石方调配1)土石方调配原则a半填半挖断面中，应首先考虑在本路段内移挖作填进行横向平衡，然后再作纵向调配，以减少总的运输量；b石方调配应考虑桥涵位置对施工运输的影响，一般大沟不作跨越调运，同时尚应注意施工的可能与方便，尽可能避免和减少上坡运土；c为使调配合理，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，用以分析工程用土是调运还是外借；d土方调配“移挖作填”固然要考虑经济运距问题，但这不是唯一的指标，还要综合考虑弃方或借方占地，赔偿青苗损失及对农业生产影响等。有时移挖作填虽然运距超出一些，运输费用可能稍高一些，但如能少占地，少影响农业生产，这样，对整体来说也未必是不经济的；e不同的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；f土方调配对于借土和弃土应事先同地方商量，妥善处理。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。土石方调配后，应按下式进行复核检查:横向调运+纵向调运+借方=填方（5-12）71 辽宁工程技术大学毕业设计横向调运+纵向调运+弃方=挖方（5-13）挖方+借方=填方+弃方（5-14）2)关于调配计算的几个问题a经济运距当纵向调运距离过长时，运价超过了在填方附近借土所需的费用时，移挖作填就不如在路堤附近就地借土经济。经济运距：（5-15）式中：B———借土单价（元/m3）；T———远运运费单价（元/m3·km）；L免——免费运距（km）。b平均运距土方调配的运距，是指从挖方体积的重心到填方体积的重心之间的距离。为简化计算起见，这个距离可简单地按挖方断面间距中心至填方断面间距中心的距离计算，称平均运距。在纵向调配时，当其平均运距超过定额规定的免费运距时，应按其超运运距计算土石方运量。c运量土石方运量为平均运距与土石方调配数量的乘积。3)土石方的调配方法土石方调配方法有多种，如累计曲线法、调配图法、土石方计算表调配法等，其优点是方法简便、调配清晰、精度较高，一般大沟不做跨越调运。同时应注意施工的可能与方便，尽可能避免和减少上坡运土。5.3.4计价土石方数量在土石方调配中,所有挖方无论是“弃”或“调”,都予以计价。但对填方则不然,要根据用土来源来决定是否计价。如果是路外借土,当然要计价;若是移挖作填调配利用,则不应再计价，否则形成双重计价，则：计价土石方数量=挖方数量+借方数量（5-16）一般工程上所说的土石方总量，实际是指计价土石方数量。一条公路的土石方总量，一般包括路基工程，排水工程，临时工程,小桥涵工程，短隧道等项目的土石方数量。71 辽宁工程技术大学毕业设计6路基设计改革开放以来，我国国民经济发展迅速，国家不断增加对基础设施建设的投资，特别是前年年初江泽民同志提出“西部大开发”战略，将加大投入力度。交通设施建设在西部尤为重要，路基作为公路、铁路、机场场道的基础，对其影响最大。据调查统计，公路、铁路自然灾害大部分发生在路基上。路基和地表岩土广泛接触受到地层构造、岩土性质、地下水和地形气候的影响。为此，路基工程设计必须符合地质与岩土的实际情况，才能保证安全与经济。修建完工后发生意外变形、坍塌、滑坡，既要抢修通车又要根本整治，养护工作十分繁重。路基是道路基本组成部分，它们共同承受行车荷载和自然因素的作用，具有距离长，与大自然接触面广的特点。路基结构的稳定坚固，直接关系到道路的正常使用与服务质量。路基的构造，除路基基身外，还应采取必要的排水、防护与加固等工程措施。路基是一种露天的线型工程，行车荷载、自然因素和材料性质又变化不定，损坏状况则错综复杂，这就增加了设计与修建工作的难度。因此，在设计之前，我应做好全面的调查研究，充分收集沿线地质、水文、地形、地貌、气象、地震等设计资料，并在此基础上进行设计。6.1路基的功能和要求[3]道路主要是路基和路面组成。路基是在地表按照道路路线位置和一定技术要求开挖或堆填而成的岩土结构物。路面是在路基顶面行车部分用各种坚硬材料铺设的层状结构物。有了路基路面，车辆才能沿着预定的路线，通畅、快速、安全、舒适、经济的运行。6.2路基的病害与变形[5]考虑沿线的工程地质特征，其主要的路基病害与变形主要有：1)剥落与溜方路基边坡的表面因为风化易松碎同母体分离，在重力作用下呈碎状脱落下来，称为剥落；土质坡面易被地表径流冲蚀成“鸡爪”状水沟，粘土质边坡的表层土被水饱和或迅速融化而沿坡面下溜，称为溜方。2)路基边坡的坍塌路基边坡的土体发生推移或塌落的现象称为坍塌（也称为堆塌或塌方）。边坡坡度太陡、路基排水不良、坡脚受水流冲淘等因素都能使坡体在重力的作用下失去平衡而坍塌。3)路基沉落71 辽宁工程技术大学毕业设计图6-1剥落与溜方Fig6-1Thescalingandthegliding在稻田及软土地基上填筑高等级公路的路堤时，由于土的压缩性大和抗剪强度的不足，地基和路堤本身会出现滑动，使路堤下沉而两边地基出现隆起现象，不利于路基。图6-2边坡坍塌图6-3路堤沉落Fig6-2TheslumpingofsideslopeFig6-3Thesettlementofembankmentinsoftsoil4)路基沉陷路基土质松软和压实不足，在水、自重和行车的作用下，基身会逐渐压实，使路基表面发生沉陷，其沉陷程度与压实程度和填土高度有关。5)冻胀与翻浆在季节性冰冻地区，冬季因为负温度的坡差影响，路基内的水分会发生重分布而积聚在上部，这些过量的水冻结后体积膨胀，使路基隆起和路面开裂，发生冻胀；春天来临，路基上的土首先化冻，因为水分过多而逐渐软化，在行车作用下泥浆会沿路面裂缝冒出，形成翻浆。冻胀与翻浆现象多发生在水文条件不良、土质较差、气候条件不利和重交通的路段上。71 辽宁工程技术大学毕业设计图6-4路堤沉陷Fig6-4Thesettlementoftheembankment图6-5路基冻胀与翻浆Fig6-5Theswellingandtheturnofplasminroadbed6.3路基设计的主要内容[5]路基设计应根据道路使用要求，参照有关规范和经验，考虑技术和经济条件，结合当地实际地质条件进行选定合理的结构方案，绘出设计图纸，作为施工的依据。路基设计一般包括四个方面：路基基身设计、路基防护、路基加固、路基排水。具体说明如下：1)线设计确定的路基填挖高度和顶部宽度，结合沿线的岩土情况，确定路基基身的横断面形状和边坡坡度；2)沿线地面水流和地下水埋藏情况，进行道路排水的布置以及地面和地下排水结构的设计；3)据当地水文、地质、地形及筑路材料等情况，采用边坡坡面防护、沿河路基堤岸防护、路基支挡及软弱地层加固等措施，并进行相应的设计。6.4路基设计的一般要求[5]1)路基设计应符合公路建设的基本原则和《公路工程技术标准》（JTG71 辽宁工程技术大学毕业设计B01—2003）规定的具体要求；2)路基设计应兼顾与当地农田基本建设的需要；3)沿路线的路基设计，应注意路基不被洪水淹没或冲毁；4)必须穿过耕种地区的路基，必要时，可进行边坡加固或修建矮墙；5)横坡陡于1:1.5的坡地上的填方路基，在填筑前，需将地面挖成梯台，台阶宽度不小于12m，以防路基滑动而影响其稳定性；6)山坡上半挖半填路基，若原地面横坡较陡，填方坡脚伸出很远，施工困难，可修筑护肩路堤，以避免边坡伸出，否则，可在填方坡脚修筑护脚以增强边坡的稳定性。6.5路基的类型与设计[5]6.5.1路基断面形式本设计的断面形式也包括填方路基、挖方路基和半填半挖路基，并设置边沟、截水沟等排水设施，加固路基稳定性。6.5.2路基高度路基高度指路堤的填筑高度和路堑的开挖深度，是路基设计标高和地面标高之差，它常分为中心高度和边坡高度。由于本路段处于Ⅳ3区，路基属于中湿状态，最小填土高度为0.4～0.7m[9]。6.5.3边坡坡度公路路基的边坡坡度可用边坡高度H和边坡宽度b之比值表示，并取H=1，即用1：n（路堑）或1：m（路堤）表示坡率，称为边坡坡率。由于本设计路段的土质为粘性土，故在全路段中内侧边坡采用1：1.5，外侧边坡采用1：1。具体如图6-6：71 辽宁工程技术大学毕业设计图6-6边坡坡度Fig6-6Thefallinggradientofthesideslope6.5.4路基填土与压实1)路基填料的选择标准：路基应尽量采用当地良好的土石材料填筑，并按规定的要求进行压实，以保证结构的稳定性和控制变形量。在选择填料时，一方面要考虑材料的来源和经济性，另外一方面也要考虑填料的选择是否合适。本设计路段沿线多粘土，在保证充分压实和良好排水设计的条件下，粘土可以作为填土材料。为节约投资和少占耕地和良田采取利用附近路堑或附属工程（如排水沟渠等）的弃土方作为填土材料，特别要注意不要出现水土流失现象，危及沿线自然生态环境。沿线工业厂矿供应的粉煤灰、冶金矿渣等工业废料也可作为填土的材料使用。2)路基压实要求为保证路基的强度和稳定性，使路面有一个必要的稳固土基，在填筑土质路堤时，应将填土分层压实。a路面水下约1.0～1.2m湿度内的路堤上层由于承受车荷载的作用较大，要求尽可能接近最大压实度，1.0～1.2m深度以下的路堤填土，压实度适当降低；b高度不大于1.0m的路堤，其中上层与下层如不为水所浸没，可采用较低土层的压实度。但对于浸水路堤的下层，则同上层一样，要求接近最大压实密度；由于设计中存在大于1.0m的路堤但是没有浸水路堤，其压实方式如上。具体施工时应对填土的密实度和含水量进行现场控制。3)路基填土应遵循的规则：a不同性质的土要分层填筑，不得混杂乱填（但可掺和使用），以免形成水囊和滑动面；b71 辽宁工程技术大学毕业设计各类土层的安排，应考虑路基工作条件。凡是不因潮湿及融冻而变更体积的土宜填筑在路堤的上层，使路面有一个稳定的基础，如果下层经常受到水的侵蚀，则宜采用透水性好的土填筑；c透水性小的土填筑在下层时，其顶面宜做成2%的双向横坡，以保证上层透水性土有排水出路，另外，透水性大的土不宜被透水性小的土封闭；d当上下两部分的土的颗粒直径相差较大时（例如上部为粘性土，下部为石块），其间应加设由砂石材料构成的反滤层，以防止细颗粒土挤入石块空隙间而引起路堤沉陷；e相邻两段路堤用不同类型的土填筑，力求采用斜面连接，以免交接产生不明显的均匀变形。为了减少路堤沉陷，便于及时铺筑路面，路基具有一定的压实度，现行规范规定高速公路的路堤路槽底面以下0～80cm和零填路基路堑的底面以下0～30cm范围内的压实度应大于95%，特殊地区可减少2%～3%。检验压实度时可采用12～15t压路机最后两遍碾压时表面下沉量不得超过规定值，作为合格标准。根据《公路路基设计规范》路基压实度要求如表6-1：表6-1路基压实度Tab6-1Thelimitofcompactionforroadbed填挖类别路基一下深度/cm压实度/%（重型压实）填方路堤上路床0～30≥95下路床30～80≥95上路堤80～150≥93下路堤150以下≥90零填及路堑0～30≥956.5.5土坑与弃土堆本设计中填方较多存在取土问题，因此应与当地政府联系协商确定取土的范围和深度，取土应统一规划。取土坑应设纵、横向坡度以利排水。取土坑边坡坡度不陡于1：1，靠近路基一侧不陡于1：1.5，地面横坡陡于1：10时，路侧取土坑应设在路基上方一侧，取土坑与路基应保持一定的距离以保证路基稳定。6.6路基防护与加固[9]6.6.1公路水毁防治71 辽宁工程技术大学毕业设计公路水毁主要有四种类型：路基沉陷、路基坍塌、桥涵破坏、防护与加固工程损坏。　　1)路基沉陷　　形成路基沉陷的原因有：　　a填料选择不当，填筑方法不合理，压实不足；　　b路基结构组合不合理；　　c路基排水措施不当，使路面、边沟形成积水；　　d受洪水顶冲路段缺少必要的排水和防护措施。　　2)路基坍塌　　形成坍塌的原因有：　　a缺乏合理的排水措施；　　b路基边坡土质松软，坡度过陡；　　c缺乏必要的挡土墙或护坡等防护措施；　　d山体地质条件差，岩石风化严重。　　3)桥涵破坏　形成桥涵破坏的原因有：　　a涵洞位置不当，孔径偏小；　　b涵洞进口处理不当。　　4)防护与加固工程损坏　　形成防护与加固工程损坏的原因有：　　a防护与加固工程所处地基软弱或基础设置不深；　　b挡土墙自身排水不畅；　　c驳岸位置选择不合理，挤压河道，引起局部冲刷。针对以上四种比较普遍的水毁类型，我们采取了以下不同方法的防治：　　1)路基沉陷的防治　　a在软弱地基上修建公路时，应特别注意对路基进行加固，可采用换土法、掺石灰法、石灰桩法等多种加固方法，使路基达到足够的强度，满足设计要求；　　b在进行路基设计时，切不可用透水性不同的土无序填筑路基，应采用良好的砂性土等填筑路基，当需用透水性不同的土填筑路基时，应将透水性强的土填筑路基下层，透水性不强的土填筑路基上层；　　c沿河路堤，河滩路和桥头引道等长期浸水路基，要设置堤岸、护坡等防护措施；　　d路基边沟纵坡应不小于0.5%，单向排水长度不宜超过500米71 辽宁工程技术大学毕业设计，应分段设排水沟、涵洞将水引出路基，以免积聚在边沟内，影响路基稳定。　　2)路基坍塌的防治　　a路基坍塌多见于山区公路，因此在公路选线时应避免走地质水文不良地段，尽量采用台口式路基以减少路基外侧填方；　　b路堑必须设置边沟，对于较长的路堑必须设置合适的纵坡，当纵坡较大，且有冲刷可能时，应加固加深或改用跌水与急流槽等设施。3)桥涵破坏的防治　　a对于山区沿溪线公路，一般应对每隔300米设置一道涵洞，通常设置在凹凸曲线底部和纵坡陡缓变坡处。穿越村庄路段，为排除村庄地面汇水也应设涵。涵洞应设置直径不小于100厘米的钢筋混凝土管涵或墙身高不小于100厘米的钢筋混凝土盖板涵或石拱涵。因为对于山区公路，涵洞不仅排水而且输沙，如果孔径太小，泥沙及杂物堵塞涵洞后，人工难以进入清淤，使涵洞排水功能减弱，一旦山洪暴发，涵洞极易被冲毁；　　b涵洞进水口处应浆砌一段片石铺底，当涵前河沟纵坡较大时，应建急流槽或跌水等构造物以减缓流速。　　4)防护与加固工程损坏的防治　　a防护与加固工程所在地段为软弱的基时，要采用换土或用砂砾、碎石、灰土进行填筑；　　b防护与加固工程基础埋深，对于无冲刷地基，应在天然地基以下至少1米，对于有冲刷地基，应在冲刷线下至少1米；　　c挡土墙应设置排水设施，以疏干墙后填料中的水分，防止墙后积水致使墙身受额外的静水压力，减少委节性冰浇地区填料的冻胀压力，清除粘土填料浸水后的膨胀压力；　　d路堑挡土墙后地面应做好排水处理，设置排水沟，必要时夯实地表松土以减少雨水和地面水下渗。而墙趾前的边沟则应予以铺砌加固，以防边沟水渗入基础；　　e浆砌块(片)石墙身，泄水孔尺寸可分为5×10，10×10，15×20厘米或直径为5～10厘米的圆孔，视泄水量大小而定。泄水孔的间距，一般为2～3米。上下排泄水孔宜错开布置，下排泄水也的出口应高出地面，若为路堑墙，出水口应高出边沟水位0.3米，若为浸水挡土墙，则应设于常水位以上0.3米；　　f沿河路堤设置挡墙时，应结合河流情况布置，注意设墙后仍要保持水流顺畅，不致挤压河道，引起局部冲刷。71 辽宁工程技术大学毕业设计6.6.2地基加固对于软弱地基的加固处理也是一项较重要的课题，对于软弱地基的加固处理方法较多，大致可分为：换填材料、排水固结、挤压密实、胶结硬化、调整结构等类型。6.6.3挡土墙设计在路基设计中，挡土墙有着它独特的作用，它是支挡路基填土或山坡坡体的墙式结构物。它具有阻挡墙后土体下滑，保护路基和收缩边坡等功能。在路基工程中，挡土墙常用来克制地形或地物的限制和干扰，减少土石方、拆迁和占地的数量，防止填土挤束河床和水流冲掏岸坡，整治坡体滑坍等病害。6.7路基的排水[5]6.7.1路基排水目的和要求进行路基排水设计的目的就是将影响路基强度及稳定性的地下水及地面水及时排出公路范围。路基排水设施主要由排水垫层、边沟、排水沟、截水沟、盲沟、渗沟、涵洞等组成，并与原有沟渠、河流等相连。设计应遵循塘路分家、路田分家的原则，使高速公路排水系统自成体系。路基地面排水主要是通过全线贯通的边沟来进行的，本设计采用0.8m×0.8m的梯形边沟，边坡1:1，以25cm厚的7.5号浆砌片石铺砌，边沟纵坡一般不小于0.3%，坡长小于300m，边沟水均应引离路基，排入原有水系中的河流、排水渠及取土坑内，但不排入鱼塘内，当边沟与涵洞、通道发生交叉时，一般将边沟水直接排入涵洞，或在灌溉涵、通道处让路基边沟向两侧排走或设边沟倒虹吸涵通过。　　在挖方地段，还应设置0.8m×0.8m的梯形平台截水沟，并在坡顶外侧设0.8m×0.8m的矩形地面截水沟，以排除坡面水。截水沟均以25cm厚的7.5号浆砌片石铺砌。为保证路基的稳固，应及时将可能危害路基的地面水和地下水排出路基范围之外。路基排水，特别是地面排水，是一项经济有效的防治病害的技术措施。路基排水设计包括整个排水系统的规划和具体排水结构的设计。6.7.2路基排水设施1)地面排水沟渠，是指排除地面水的设施，一般包括边沟、截水沟、排水沟、跌水与急流槽等；71 辽宁工程技术大学毕业设计边沟：设置在挖方或低填方地段的路肩外侧和坡脚处，多与路中线平行，用以汇集并排除降落在路面、路肩和路基边坡上的少量水，从而减轻路基路面的浸湿程度。a边沟断面形式：采用梯形，底宽设为0.8m，两侧边坡坡度设为1:1.5和1：1；b边沟出水口：每隔50m设置一出水口，将积水排出，另外，在距河道较近时将水引入河道；c平曲线都分有超高，也同时考虑内外侧边沟排水，形式同上。截水沟：又称天沟，设置在路基的上侧山坡上，用以拦截和排除流向路基的地表径流，防止其冲刷和浸湿挖方边坡和填方坡脚，还可减少边沟的排水量。截水沟断面形式采用梯形，底宽为0.8m，靠路基侧边坡坡度为1:1.5，外侧视情况而定，另外，对于挖方路基边坡至分水流的距离短，且土质好，坡度缓，植被茂密的路段，不设置截水沟。排水沟：用来引路出路基附近低洼处积水的人工沟渠。基断面形式设为梯形，宽度0.8m，深0.8m，其两侧坡度采用1:1。2)地下排水沟管，是指处治地下水的设施，有明沟、暗沟、渗沟等；明沟，设置在路基的上方或两侧，以拦截、引排或降低浅层地下水，并可兼起截排地面水的作用。考虑到冻结会影响水流，在寒冷地区不宜采用。暗沟，埋设在地面下，用来引排泉水或地下集中水，一般采用石快或混凝土砌筑。渗沟，系以沟内填以透明性大的材料，用来拦截地下水含水层中的水流，降低地下水位，疏干及引排坡体内的地下水。3)泄水结构物，是穿越路基而宣泄水流的设施，如桥梁、涵洞、渗水路堤和过水路面等；4)蓄水结构物，有阻水堤和蓄水池等。主要用于将山坡的地面水或截水沟和边沟内汇集的水，拦截在一定的地点，任其蒸发或下渗。在有些地段由于无法排水除地面水，再加上东北日照较强，故设置积水池，形式采用矩形，深1.5m，用于排水。此外，当原有地面沟渠蜿蜒曲折或邻近多条水道同道路相交时，为改善水流状况，防止冲毁路基，可以采用导流坝、人工渠道等河道整治设施。71 辽宁工程技术大学毕业设计7路面结构设计路面设计是公路设计的重要组成部分，路面的好坏直接影响着道路的使用寿命，因此，道路的路面设计十分重要。我们要结合工程的实际情况，以质量第一为目标来搞好路面设计，以确保路面工程质量，同时降低工程造价[3]。本设计是设计车速为120Km/h的高速公路，因此路面等级选用高级路面。高级路面的特点是强度高、刚度大、稳定性好、使用寿命长，能适应较繁重的交通量，路面平整、无尘埃，能保证高速行车，养护费用少，运输成本低；但其初期建设投资高，需要用质量高的材料来修筑。7.1路面类型及结构7.1.1路面类型[5]路面按照面层所用材料的不同，可分为沥青混凝土路面、水泥混凝土路面、块料路面和粒料路面。一般高等级公路均采用沥青混凝土路面，本设计路段是平原微丘区高速公路，因此采用沥青混凝土路面。在工程设计中，从路面结构的力学特性和设计方法的相似性出发，将路面划分为柔性路面、刚性路面、和半刚性路面三类。因为高速公路的技术指标高，所以本设计采用半刚性路面。高速公路的路面类型可选用“沥青路面”。沥青面层的材料组成有：沥青材料和矿料。1）沥青材料：沥青路面所用的沥青材料有：石油沥青、煤沥青、液体石油沥青和沥青乳液等；2）矿料：沥青路面所用矿料有碎石、筛选砾石、轧制砾石、砂和矿料等。碎石是由各种坚硬岩石轧制而成，筛选砾石不是由天然砾石筛选而得，轧制砾石系由天然砾石轧制并经筛选而得，砂包括天然砂和人工砂两种。天然砂包括河砂、山砂和海砂等，最大粒径一般小于2mm；人工砂是从轧制岩石筛选而得，其最大粒径一般小于5mm。图7-1结构断面图Fig7-1Thesectionofstructureinroadsurface71 辽宁工程技术大学毕业设计7.1.2路面结构[5]路面结构可分为面层、基层、垫层。1)面层面层是直接承受行车荷载作用和大气降水与温度变化影响的路面结构层次，应具有足够的结构强度、良好的温度稳定性、耐磨、抗滑、平整和不透水。面层由一层或数层组成，其顶面可加铺磨耗层，其底面有时增设联结层。2)基层基层主要起承重作用，应具有足够的强度。基层有时设两层，分别称为上基层和底基层。3)垫层在路基土质较差，水温状况不良时，宜在基层之下设置垫层，起排水、隔水、防冻、防污或扩散荷载压力等作用。7.1.3新建路面结构设计的步骤[3]1)根据任务书的要求，确定路面等级和类型，计算设计年限内一个车道的累计当量轴次和计算弯沉值；2)按路基土类与干湿类型，将路基划分为若干路段(在一般情况下路段长度不宜小于500米,若为大规模机械化施工，不宜小于1千米)，确定各路段土基回弹模量值；3)根据已有经验和规范推荐的路面结构，拟订几种可能的路面结构组合和厚度方案，根据选用的材料进行配合比实验及测定各结构层材料的抗压回弹模量、抗拉强度，确定各结构层材料设计参数；4)根据实际弯沉值计算路面厚度。对高速公路，一级公路沥青混凝土面层和半刚性基层材料的基层、底基层，应验算拉应力是否满足容许拉应力的要求。如不满足要求，或调整路面结构层厚度，或变更路面结构组合，或调整材料配合比，提高材料极限抗拉强度，再重新计算。7.2沥青路面的主要损坏形式[5]路面在使用过程中，由于行车和自然因素的反复作用，其使用能不断恶化，路面结构逐渐出现破坏，并最终导致不再能负担交通的状态。由于荷载、环境、材料组成、结构层次组合、施工和养护等条件的变异，路面损坏的形态是多种多样、错综复杂的。沥青路面的主要损坏模式的分类：1）沉陷是路面在车轮荷载作用下，其表面产生的较大凹陷变形，有时凹陷两侧伴有隆起现象。当路面结构的变形能力不能适应这样大的变形量，便产生以纵向为主的裂缝并逐渐发展为网裂（或龟裂）。71 辽宁工程技术大学毕业设计引起沉陷的主要原因是路基水文条件很差而过于湿软，不能承受通过路面传给路基的轮载应力，便产生较大的竖直变形，并导致路面的沉陷和开裂。2）车辙是路面在车轮荷载重复作用下，沿着纵向产生的带状凹陷，也常伴有以纵向为主的裂缝。出现车辙的主要原因是：在行车荷载多次重复作用下，路基和路面各层次永久变形的逐步积累。即使路基和路面具有足够的刚度，每次行车荷载作用下产生的永久变形量极小，但多次重复作用。3）发生疲劳开裂的主要原因是：在车轮荷载的反复作用下，沥青结构层底面产生的拉应力（或拉应变）超过了材料的疲劳强度，底面便发生开裂，并逐渐扩散到路面，由水硬性结合料稳定而形成的整体性基层也会产生疲劳开裂，甚至导致面层破坏。低温缩裂和反射裂缝虽然也是开裂，但是其基本变形是沿着路面纵向一定的距离出现的间隔性横向裂缝。这些横向裂缝在水分的作用下，会促使面层疲劳开裂，在其周围发展成为网状裂缝。产生低温缩裂的主要原因是：在低温（通常为负温）时，当气温下降速率较大，沥青类路面材料因急剧收缩受阻，产生较大的拉应力，如果拉应力超过抗拉强度，面层就会拉裂，而路面纵向尺度远大于横向，即纵向裂缝大于横向，所以出现间隔性横向裂缝。7.3路面设计达到的要求[5]路面设计的任务在与提供经济的路面结构，它在预定的设计期内能按照要求的可靠度承受行车荷载和环境因素的作用。而不同等级的公路对路面的使用品质具有不同的要求，主要表现在一定的技术法规，结合工程的实际情况，以质量第一为目标来搞好设计，以确保路面工程质量，同时降低工程造价。一般来说，路面设计应达到下列要求：1)应满足公路等级在设计年限内允许通过预测交通量要求的路面整体刚度，即路面应具有一定的承载力和抗疲劳能力；2)公路是暴露在大自然的带状工程结构物，长期经受日晒、雨雪、酷热、严寒、冻融等的考验，因此，路面设计应使路面在变化多样的条件下，保持一定的稳定性，这就是路面应具有耐久性；3)在设计年限里，经过一定的维修养护，应使路面具有与公路等级相适应的服务水平。7.4沥青路面的设计计算本设计为平原微丘区高速公路，路面宽为26.5m71 辽宁工程技术大学毕业设计，中间设分隔带，双向四车道。根据交通资料和实地调查，得到平均日交通量为19539辆/日，交通量年平均增长率=7.9%，路面设计年限为20年。沿线土质主要为粘性土，地下水距地表2.0m。7.4.1确定自然区划和路基潮湿类型及土基回弹模量根据当地水文资料地下水位：1.5m，该路段处于Ⅳ3区，土质为粉质塑性粘土，查表《路基临界高度参考值》得：H1=1.7~1.9m，H2=1.2~1.3m。查表《各自然区划土基干湿分界稠度》得：=0.96，=0.89.内插的=0.925。因此该路即属于湿干型路基。7.4.2交通量分析[5]如表7-1：表7-1预测交通量组成表Tab.7-1Thetableofforecastedtraffic车　型前轴重后轴重后轴数后轴轮组数后轴距交通量，次／日解放CA10B19.4060.851双轮组－895黄河JN15049.00101.601双轮组－350日野KB22250.20104.301双轮组－220跃进NJ13015.3038.301双轮组－352东风EQ14023.7069.201双轮组－1025黄河JN36050.002*110.002双轮组－20轴载分析1)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a　轴载换算轴载换算采用以下的计算公式：（7-1）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/日）；——标准轴载，（100KN）；——被换算车型的轴载，（KN）；71 辽宁工程技术大学毕业设计——轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1，四轮组为0.38；——轴数系数，当轴间距大于3m时，应按单独的一个轴载计算，此时轴数系数为m,当轴间距小于3m时，按双轴或多轴计算，轴数=1+1.2(m-1)，m为轴数。计算结果如表7-2：表7-2轴载换算结果表Tab7-2Axleresultstable车型Pi/KNCCn解放CA10B后轴60.8511895103.12黄河JN150前轴49.001135015.72后轴101.6011350375.02日野KB222前轴50.201122010.98后轴104.3011220264.22东风EQ140后轴69.20111025206.61黄河JN360前轴50.0011200.98后轴2*110.002.212066.61合计1043.26注：轴载小于40KN的轴载作用不计；b　累计当量轴次：根据设计规范知，高速公路沥青路面的设计年限为20年。四车道车道系数=0.45，年平均增长率=7.9%。N=N==7755240次式中：t——设计年限（20年）；——路面竣工后第一年路面全宽内的日平均当量轴次（次/日）；——设计年限内一个车道上的累计当量轴次（次）；71 辽宁工程技术大学毕业设计——设计年限内交通量平均年增长率（7.9%）；——车道系数，四车道时取0.4至0.5，本设计取0.45。　　2)验算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次　　a　轴载换算验算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次公式为：＝（7-2）计算结果如表7-3：表7-3轴载换算结果表Tab7-3Axleresultstable车型Pi/KNnC解放CA10B后轴60.851189516.82黄河JN150后轴101.6011350397.39日野KB222前轴50.20112200.93后轴104.3011300308.10黄河JN360前轴50.0011200.08后轴2*110.002.212094.32东风EQ140后轴69.2011102553.90合计N=871.54b　累计当量轴次：次7.4.3选择路面结构型式根据交通量（32000辆/日），路基潮湿类型（中湿），材料供应条件[3][5][8]拟订路面结构方案如图7-2：71 辽宁工程技术大学毕业设计各层厚度、抗压回弹模量、弯拉模量和极限抗弯拉强度如表7-4：图7-2路面结构示意图Fig7-2Thediagramofthestructureinroadsurface表7-4路面结构强度Tab7-4Thestructuralstrengthofroadsurface层次材料名称厚度hicm抗压回弹模量Ep，MPa抗弯拉模量Esi，MPa极限抗弯拉强度Sl，MPa1中粒式沥青混凝土8120016001.52沥青碎石980018001.03水泥稳定砂砾计算50028000.54天然砂砾202002005土路基40407.4.4按容许弯沉计算路面厚度1)计算容许弯沉值式中：——路面容许弯沉值；——公路等级系数（高速公路取1.0）；——面层类型系数（沥青混凝土取1.0）；71 辽宁工程技术大学毕业设计——基层类型系数，对半刚性基层、底基层总厚度等于或大于20cm时为1.0。2)计算水泥稳定砂砾基层厚度a计算综合修正系数F式中：——计算容许弯沉值（＝）；——土基回弹模量（）；——车轮接地压强（=0.7）；——单轮传压当量圆半径（=10.65）。b计算理论弯沉系数==c计算基层厚度将五层体系简化成上层为沥青混凝土，中层为沥青碎石，底层为土基的三层体系。由=，==0.667，，查《路基路面工程》图14-4诺谟图得：=6.50，查图得：k1=1.34。由于，由k2=0.446，，查图得：。故，H=6.250×10.65=66.593cm。代入当量厚度计算公式求：根据公式：（7-3）71 辽宁工程技术大学毕业设计得：cm取，∴采用水泥稳定砂砾57cm。7.4.5验算沥青混凝土面层层底拉应力仿照上面先把五层体系换算成三层体系，此时第一层用弯拉模量，其余各层仍用抗压模量。抗拉强度结构系数：容许拉应力：（MPa）由，==1.125，，得：=故，。查《路基路面工程》图8-13，发现拉应力系数已不能从图中查到，表明沥青混凝土层底将受压应力（或拉应力很微小），应视为拉应力验算通过。7.4.6验算水泥稳定砂砾层层底拉应力抗拉强度结构系数：容许拉应力：水泥稳定类材料，为龄期90d的劈裂强度=0.35（MPa）由于水泥稳定砂砾层下有天然砂砾层，故天然砂砾层作为中层，以上作为上层。71 辽宁工程技术大学毕业设计=，==0.400，，，查图8-13得：=0.12，=1.12，=0.74（MPa）﹤（MPa）所以，水泥稳定砂砾层层底拉应力验算通过。71 辽宁工程技术大学毕业设计8排水设计8.1排水类型[7]路基地面排水：指公路用地范围内除地面排水外的表面排水，包括坡面排水和由相邻地带或交叉道路流入路界内的地表水的排除等。路基地下排水：指拦截、旁引、排除地下含水层的水分、降低地下水位或者疏干坡体内的地下水。路面排水：指路面和路肩范围内的表面水排除等。路面结构内部排水：指排除或疏干通过裂缝，接缝或面层空隙下渗到路面结构(面层、基层和垫层)内部，或者由地下水或道路两侧滞水浸入路面结构内部的水分。其它防水排水：主要指路面防水、桥面、支挡构造物及通道桥涵等构造物的排水。8.2路基排水[7]8.2.1路基排水的设计与一般规定1)各种路基排水沟渠的设置和联结应尽量不占或少占农田，并与当地的农田水利基本建设相结合，必要时可适当加大涵管孔径或增设涵管以利于农田的灌溉；2)设计前，必须要进行调查研究，以使排水系统的规划和设计做到正确合理；3)排水设计要因地制宜，经济实用；4)排水沟的出水口应尽可能引接天然河沟，以减少桥涵工程，不应直接使水流入农田，损害农业生产；5)排水构造物的设计，应贯彻因地制宜，就地取材的原则，要能迅速有效地排除路基“有效水”，以免影响路基的强度和稳定性，保障公路运输畅通。8.2.2地表排水设施1)边沟：边沟是设置在挖方路基的路肩外侧或低路堤的坡脚外侧，用以汇集和排除路基范围内和流向路基的少量地面水。边沟的断面形式采用梯形，底宽和深度不小于0.4m，本设计取0.8m。由于土质为Ⅳ3区粘性土，内侧边坡采用1:1.5，外侧边坡为1:1。每500m内设置边坡出水口，路堑边沟水沿出口的边坡引向路基的范围以外，边沟水流向桥涵进水口时，为避免边沟流水冲刷，在桥头翼墙或挡土墙之后墙，设置急流槽或跌水，将水引入河道。在通过村镇路段处的边沟，在其边沟的顶面加带槽孔的混凝土盖板，以防边沟堵塞，也有利于行人。边沟的流量不予计算，假设本设计中所设边沟的流量均大于实际流量。71 辽宁工程技术大学毕业设计2)截水沟：亦称天沟，设在挖方路基变坡坡顶以外或山坡路堤上方的适当地点，用以拦截路基上方流向路基的地面径流，减轻边沟的水流负担，保护挖方边坡或填方边坡脚不受流水冲刷。截水沟沟底最小纵坡为0.3%~0.5%，也不宜超过3%，本设计为1%。截水沟断面形式采用梯形，底宽0.8m，深度0.8m。由于此路段处于Ⅳ2区粘性土，雨量不大，因此边坡坡度内侧取用1:1.5，外侧取用1:1。本设计的土层为一般土层，因此截水沟离开路基坡顶的距离，取，在截水沟一侧的土台台顶应筑成2%倾向截水沟的横坡。3)排水沟：又叫泄水沟，用来引出路基附近低洼处积水的人工沟渠。在平丘区，当原有的沟渠蜿蜒曲折，并且影响路基稳定时，可用于改善沟渠路线；有时，为了减少涵洞数量，也可用于合并沟渠。边沟、截水沟、取土坑或路基附近的积水，匀可用排水沟排至桥涵或路基以外的洼地或天然河流。排水沟一般为梯形断面，其大小应根据流量确定，深度和宽度一般不小于0.5米。土质边坡约为1：1~1：1.5，排水沟的纵坡通过水力计算择优选用，纵坡过大，易于对排水沟产生冲刷，纵坡过小又会形成淤积，一般取0.3%~0.8%之间，但不得小于0.12%。排水沟的长度宜短不宜长，通常在500米以内。本设计设置排水沟：深度和宽度取0.8米，边坡为1：1.5，纵坡0.3%。在山岭区作用是把水排到天然流水沟。并于涵洞结合使用。在农田区则为引水作用，把路基路面的水一直引到农田区外，与边沟结合使用。4)跌水与急流槽：是路基地面排水的特殊形式，一般设置于需要高差而距离较短或坡度较陡的地段。5)倒虹吸和渡水槽：当水流需要横跨路基,而又受设计标高的限制时，可以采用管道或沟槽从路基底部通过或上部架空跨越，前者为倒虹吸，后者为渡水槽。6)在将雨量不大，晴天较多，气候干燥，排水困难地段，可利用沿线的集中取土坑或专门开挖的凹坑修建蒸发池，以汇集路界地表水，并通过蒸发池和渗漏使之消散。8.2.3路基的地下排水地下排水设施主要以渗流方式汇集水流，并就近排出路基范围以外，常用的有明沟、暗沟、渗井等，但施工要求比较高，且较难养护。明沟：对路基及边坡土体中的上层滞水或埋藏很浅的潜水，可设置兼排地面水的明沟。明沟通常有梯形断面和矩形槽式断面。梯形断面一般适用于地下水很浅深度仅在1米到2米71 辽宁工程技术大学毕业设计之内，或水沟通过的地层稳定且能够进行较深明挖的地方。矩形槽式断面则用于地下水埋藏较深，或地质不良、水沟边坡容易发生滑塌的地方，其深度可达3米左右。明沟的用处很广，施工简便，养护容易，造价低廉，是排除浅层地下水的较好措施。暗沟：暗沟是设在地面以下引排集中水流的沟渠，无排水和汇水的作用，当路基遇有个别泉眼，泉水外涌，路线不能绕行时，为将泉水引至填方坡角以外或挖方边沟加以排除，可在泉眼与出水口之间开挖沟槽，修建暗沟或暗管。暗沟造价一般高于明沟，一旦发生淤塞，疏通费事，有时甚至需要开挖重建，因此在选用暗沟时，一般必须与明沟方案进行比较，择优选用。渗沟：采用渗透的方式将地下水汇集于沟内，并通过沟底通道将水排到指定地点，这种设施统称为渗沟。渗沟具有疏干表层土体，增加坡面稳定性，截断及引排地下水，降低地下水位，防止底下细颗粒土壤被冲移的作用。在路基中，浅埋的在2~3米以内，深埋时可达6米以上。8.2.4路基排水的综合设计高速公路路基路面的排水应进行综合设计，使各种排水设施形成一个功能齐全，排水能力强的完整排水系统。有些路段，对路基的排水系统应进行整体的规划、综合设计。照顾农田水利规划是路基排水综合设计的一项重要原则。在综合设计中，对于地面水的排除可以利用边沟、截水沟等排水措施，将流向路基的山坡水和路基表面水分段截流，引入自然沟谷、荒地、取土坑或低洼处，排除路基范围之外，自然沟谷及沟渠与涵洞等排水设施，既密切配合又各自分工，充分发挥其效用，使排水顺畅，避免对路基的冲刷，又不致造成淤积而危害路基。8.3路面排水[7]本设计为高速公路，路面排水由路表排水和中央分割带排水两部分组成。在一般设计中，路表排水设施有路拱及路肩横坡、拦水带、三角形积水槽、泄水口和急流槽组成；中央分割带排水设施由纵向排水沟(明沟、暗沟)、渗沟、集水井、横向排水管组成。本设计中的具体内容如下：8.3.1分散漫流式路表排水分散漫流式路表排水，主要是依靠路面及路肩的横坡及时将降水排出路面。本设计硬路肩的横坡为2%，土路肩为3%。71 辽宁工程技术大学毕业设计8.3.2中央分割带排水超高一侧的路面水以及中央分割带内的表面水，均通过中央分割带的排水系统来实现排水。1)本设计中央分割带采用凸型直线，路基上的中央分割带表面用现浇混凝土作封面，其铺面采用两面外倾的横坡，坡度与路面横坡相同，即2%，将降落在分割带的表面水排向两侧行车道，流入路面表面排水设施。2)超高中央分割带地段，其下半幅路的路面表面水自分割带起流向路肩排出，而上半幅路面的表面水均需流向分割带旁集中。沿分割带旁集中的水流，在本设计中采取过水明槽的方式予以排除。明槽用水泥混凝土筑成，底宽50cm，槽形的高与分割带的高相同，每20m设一道，明槽出入口槽底标高与紧靠分割带的路缘石处标高相同。具体形式如图8-1：图8-1排水示意图Fig8-1Thediagramofdrainingoffwater8.3.3路面内部排水为了保持路面基层和路基的干燥状态，可设置良好的路面内部排水系统。常用的路面内部排水系统的透水性基层可用多孔水泥碎石、沥青稳定碎石，贫水混凝土等。71 辽宁工程技术大学毕业设计9总结本设计在路线的选择上，选出了一条与经济合理的的路线方案；通过平面和纵断面设计，形成了“平包竖”组合、空间结构合理、起伏平缓、线形流畅的路线；横断面设计在路线超高段形成了平缓的超高及超高过渡，路幅布置合理；路基能满足承载能力和稳定性要求，选择了合适的边坡和路基填料；路面设计形成了强度、刚度和抗滑性满足要求的五层结构。在公路的排水设计中，设计了路基排水的边沟、截水沟、排水沟等，形成了路面横向排水的路拱横坡和纵向排水的中央分隔带排水设施，使排水及时有效。总之，本设计基本能够满足设计要求。当然，还存在很多不足之处。一是对设计资料掌握不全面，有很多地方采用估算。二是没有对其中涵洞部分进行设计，由于本人知识的欠缺，只是说明其位置，未加设计模式。这些在我以后的设计中会逐渐完善。71 辽宁工程技术大学毕业设计致谢本设计是在指导老师宋宇老师及其他老师的细心指导下完成的，从设计选题到设计结尾，无不凝聚着老师的心血和汗水。借此机会我也向四年来教育、关心、帮助过我，对我的学业进步和人生发展付出辛勤劳动的各位老师表示最衷心的感谢和最真诚的祝福。通过本次设计，我不仅复习了大学四年里学过的专业知识，而且把这些理论知识系统地联系起来，另外还学到了许多新的、前沿的知识，为将来的工作打下了坚实的基础。在毕业实习的基础下搞此次毕业设计，我受益非浅，同时也为今后的学习打下了坚实的基础。同时，在设计中，同学之间团结合作，互相帮助，使我深深感受到了团队的力量，在此，也向在设计中给过我无私帮助的各位同学表示感谢。因时间仓促，以及本人水平有限，错误和不足之处在所难免，望各位老师不吝赐教，提出批评指正，以便在以后的工作和学习过程中能够再接再厉，不断进步。71 辽宁工程技术大学毕业设计参考文献[1]JTGB01-2003公路工程技术标准[2]张志清,杨林,朱照宏,(等).道路勘测设计[M].第1版.北京:科学出版社,2005.[3]邓学钧.路基路面工程[M].第2版.北京:人民交通出版社,2005.[4]徐家钰,郭忠印.土木工程专业毕业设计指南道路工程分册[M].第1版.北京:中国水利水电出版社,2000.[5]张起森.公路施工组织及概预算[M].第1版.北京:人民交通出版社,1998.[6]姚祖康.公路设计手册路面[M].第2版.北京:人民交通出版社,2000.[7]孙家驷.道路设计资料集第3册[M].第1版.北京:人民交通出版社,2001.[8]孙家驷，李松青.道路设计资料集第4册[M].第1版.北京:人民交通出版社,2002.[9]JTGD50-2004沥青路面设计规范[10]段兵延.土木工程专业英语.第1版.武汉:武汉工业大学出版社,2000[11]AntoinoNanni.CuringofRollerCompactedConcrete:strengthDevelopment[J].AAPT,Volume114,NO.61988.[12]MatthysLevyandMarioSalvadori,WhyBuildingsFallDown,NewYork:W.W.Norton,199271