本科某二级公路毕业设计论文 - 图文

CHANGSHA UNIVERSITY

毕业设计（论文）资料

设计（论文）题目： 某二级公路

段初步设计

土木工程

系 部：

专 业： 土木工程

学 生 姓 名：

班 级： 路桥二班 学号 指导教师姓名： 职称 高级工程师

最终评定成绩

二0一三年五月制

目 录

第一部分 设计说明书

一、设计说明书

第二部分 过程管理资料

一、毕业设计（论文）课题任务书 二、本科毕业设计（论文）开题报告 三、本科毕业设计（论文）中期报告 四、毕业设计（论文）指导教师评阅表 五、毕业设计（论文）评阅教师评阅表 六、毕业设计（论文）答辩评审表

20 13届 本科生毕业设计资料

第一部分 设计说明书

摘 要

本设计是根据所提供的资料,该路段的地形、地貌、地质、沿线构造物、水文等自然条件,对原始数据进行分析，再依据《公路工程技术标准》 、《公路路线设计规范》等交通部颁发的相关技术指标,在老师的指导和同学的帮助下完成的。

设计内业详细资料有：路线设计，包括纸上定线、路线平、纵、横设计；路基防护及排水设计，水泥混凝土路面设计；完成一座中桥和三个过水涵的设计，路线平面交叉设计，全线设计路段的初步设计概算；老师指导和要求完成应用计算机绘制工程图。

整个设计计算了路线的平、纵、横要素以及工程概算,设计了路基、路面、平面交叉、桥涵及沿线附属设施等内容,由此圆满完成了湖北恩施K0+0.000-K3+232.000段二级公路的初步设计。

关键词：路线，路基,路面,涵洞，平面交叉，概算

I

ABSTRACT

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，???????????，

II

III

目 录

摘 要 ............................................................................................................. I ABSTRACT .................................................................................................. II 第1章 道路选线 ......................................................................................... 1

1.1 公路等级的确定 ............................................... 1

1.1.1 交通量的资料 ........................................... 1 1.1.2 交通量的计算 ........................................... 2 1.1.3 确定公路等级 ........................................... 2 1.2 道路选线 ..................................................... 3

1.2.1 选线的原则 ............................................. 3 1.2.2 选线的步骤 ............................................. 4 1.3 方案比选 ..................................................... 4

第2章 线形设计 ....................................................................................... 7

2.1 平面设计 ..................................................... 7

2.1.1 概述 ................................................... 7 2.1.2 平曲线设计的原则 ....................................... 7 2.1.3 平面设计的技术标准 ..................................... 7 2.1.4 平曲线要素计算 ......................................... 8 2.2 纵断面设计 .................................................. 11

2.2.1 纵断面设计的步骤 ...................................... 11 2.2.2 竖曲线主要参数 ........................................ 11 2.2.3 竖曲线几何要素计算 .................................... 12 2.3 平、纵线型的组合设计 ........................................ 13

第3章 横断面的设计 ............................................................................... 15

3.1 横断面设计的原则、组成及类型 ................................ 15

3.1.1 横断面设计的原则 ...................................... 15 3.1.2 横断面的组成 .......................................... 15 3.2 路基横断面技术指标 .......................................... 15 3.3 路基横断面超高设计 .......................................... 16

3.3.1 超高值的确定 .......................................... 17

I

3.3.2 超高过渡方式 .......................................... 18 3.3.3 超高过渡段长度 ........................................ 18 3.3.4 横断面超高值计算 ...................................... 19 3.3.5 手算实例 .............................................. 20 3.4 横断面的绘制 ................................................ 21

第4章 路基设计 ....................................................................................... 22

4.1 一般路基设计 ................................................ 22

4.1.1 路基断面形式 .......................................... 22 4.1.2 路基宽度 .............................................. 22 4.1.3 路基高度 .............................................. 23 4.1.4 路基边坡 .............................................. 23 4.2 路基的稳定性分析及设计 ...................................... 24 4.3 路基的防护 .................................................. 24

4.3.1 坡面防护 .............................................. 24 4.4 排水系统的设计 .............................................. 25

4.4.1 边沟 .................................................. 25 4.4.2 排水沟 ................................................ 25 4.4.3 截水沟 ................................................ 26 4.5 挡土墙设计 .................................................. 27

4.5.1 挡土墙的布置 .......................................... 27 4.5.2 挡土墙的埋深 .......................................... 27 4.5.3 沉降缝与伸缩缝的设置 .................................. 27 4.5.4 重力式挡土墙设计 ...................................... 28 4.5.5 重力式挡土墙的计算 .................................... 28 4.5.6 稳定性验算 ............................................ 30 4.5.7 基底应力计算 .......................................... 32 4.5.8 基底合力偏心距 ........................................ 33 4.5.9 地基承载力抗力值 ...................................... 33 4.5.10 截面应力验算 ......................................... 33 4.5.11 挡土墙排水和变形缝设置 ............................... 36 4.6 本章小结 .................................................... 36

第5章 路面设计 ....................................................................................... 37

II

5.1 交通分析 .................................................... 37 5.2 初拟路面结构 ................................................ 38 5.3 接缝设计 .................................................... 43

5.3.1 纵向接缝 .............................................. 43 5.3.2 横缝接缝 .............................................. 44 5.3.3 横向胀缝 .............................................. 44 5.4 混凝土面板配筋设计 .......................................... 45

5.4.1 边缘钢筋 .............................................. 45 5.4.2 角隅钢筋 .............................................. 45

第6章 路基土石方数量计算与调配 ....................................................... 46

6.1 土石方数量计算 .............................................. 46 6.2 路基土石方调配 .............................................. 46

第7章 桥涵设计 ....................................................................................... 47

7.1 桥梁设计 .................................................... 47

7.1.1 桥梁的选型 ............................................ 47 7.1.2 桥梁纵断面的设计和布置 ................................ 47 7.1.3 桥梁横断面的设计和布置 ................................ 48 7.2 全线采用的涵洞 .............................................. 49

7.2.1 洞口类型的选择 ........................................ 49

第8章 平面交叉设计 ............................................................................... 52

8.1 平面交叉设计的基本要求和主要内容 ............................ 52 8.2 平面交叉方案 ................................................ 52

第9章 工程概算 ..................................................................................... 55

9.1 概算的编制依据 .............................................. 55 9.2 路线工程概算项目主要包括的内容 .............................. 55 9.3 工程量的计算 ................................................ 55 9.4 概预算成果 .................................................. 56

结 论 ....................................................................................................... 57 参考文献 ..................................................................................................... 58 附 录 ......................................................................................................... 59 致 谢 ..................................................................................................... 60

III

第1章 道路选线

1.1 公路等级的确定

1.1.1 交通量的资料

根据本设计路线所在地区的交通量调查可知本条道路初期交通量如下表1.1：

表1.1 本路建成初期交通量

汽车车型 东 风EQ140 黄 河JN150 黄 河JN253 尼 桑CK20L 扶 桑FP101 日 野KB222 切 贝 尔D420 日交通量（辆/d） 1017 517 217 217 817 317 417 预计年平均交通量增长率为5％；

为满足经济发展、设计交通量、路网建设和功能等的需求，公路必须分等级建设。原交通部2004年发布的《公路工程技术标准》（JTG B01-2003)，根据适应的交通量及其功能可以把公路按五个等级来划分。

单位时间通过道路某断面的车辆数目就叫交通量，根据表1.1给出的湖北恩施该设计路段的交通量以及《公路工程技术标准》（JTG B01—2003）所规定的车型的分类和车辆的折算系数，并调查当地交通情况的实际情况，调整车型的分类和车辆的折算系数，参照表1.2，进行交通量换算。

表1.2 各汽车代表车型与换算系数

车 型 汽 车 小客车 大客车 小型货车 中型货车

折算系数 1.0 1.5 1.0 1.5 功率和荷载 定额位置≤19座 定额位置＞19座 载质量≤2吨 备 注 包括吊车 机动车 2吨＜载质量≤7吨 1

续上表 大型货车 2.0 3.0 3.0 2吨＜载质量≤14吨 载质量＞14吨 包括半挂车、平板拖车 特大型货车 拖挂车 集装箱车 3.0 1.1.2 交通量的计算

通过表1.1和1.2得各车辆的折算结果，得出表1.3

表1.3 换算交通量

汽车车型 东风 EQ140 黄河 JN150 黄河 JN253 尼桑 CK20L 扶桑 FP101 日野 KB222 切贝尔 D420 日交通量（辆/d） 载重力（KN） 1017 517 217 217 817 317 417 换算交通量合计 50 82.6 100 100 152 80 120 换算系数 1.5 2 2 2 3 2 2 换算交通量 1525.5 1034 434 434 2451 634 834 7346.9 预计年平均交通量增长率为5%。

1.1.3 确定公路等级

计算远景设计年限平均昼夜交通量由公式（1.1）计算

Nd?N0??1?5%??1=14546 （1.1）

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； ?——年平均增长率，取5%； n——远景设计年限，取15年。

则：Nd?7346.9?(1?5%)?1?14546（辆/日），属于二级公路能适应的交通量。

本设计路线在湖北恩施自治州，根据以上算出的平均日交通量和《公路路线设计规范》(JTG D20-2006)中的相关规定，全线按二级公路标准设计，双向二车道，设计行车

2

速度为60km/h，路基宽度8.5m，行车道宽2×3.5m，土路肩宽0.75m，采用整体式路基，设计年限为15年。

1.2 道路选线

道路选线是根据路线的基本走向即路线走廊带和相关的技术标准，选定线位，确定路线中线的过程。根据《公路路线设计规范》(JTG D20-2006)中的有关规定，道路路线控制的主要依据如下：

（1）避免路线出现挖填过大的地段；

（2）减少建筑物的拆迁，尤其是学校和工厂等主要的建筑物； （3）与低等级乡道相交采取平面交叉； （4）避免对当地环境出现较大影响；

（5）尽可能的方便当地居民的出行，尽量靠村不进村； （6）设计中的桥涵应服从路线基本方向。

本设计预选方案中均有一座中桥，没有隧道，且均与原有道路相交，还有经过的村庄，除此以外路线的主要控制点就是山岭的垭口和路线纵坡来决定。

1.2.1 选线的原则

本设计为恩施自治州的新建二级公路，新建的公路在该地区的公路交通网中能起到非常重要的作用，同时更大的效益是它能带动恩施自治州沿线地区的经济社会发展，新建的二级公路将在地区公路网中承担重要作用。因此选线时，要根据该地区的地质条件，地形地貌、水文气象和区域环境等多方面的因素，再依据我们所学的道路选线的原则进行湖北恩施该二级公路K0+000-K3+232段线路的选线工作。

本设计山岭重丘区的选线要点 ：

（一）山岭区选线要点：山岭地区山高谷深、坡陡流急、地形复杂，但山脉水系清晰，这就给山区选线指明了方向，不是顺山沿水、就是横越山岭。

（二）重丘区选线要点:

（1）注意大填大挖对植被和自然景观的影响； （2）注意利用有利条件减少工程量； （3）注意平、纵、横应综合设计；

（4）注意公路线性分割地区会对动植物的繁衍有影响； （5）修建公路的同时，山地的开垦会对水土流失造成一定的影响； （6）注意少占耕地不占良田； 

3

（7）注意对山体的开挖，弃方的堆砌以及爆破作业所带来的潜在的地质隐患的防护措施。

1.2.2 选线的步骤

选线的工作一般可以分三步来进行，具体内容： （一）湖北恩施本设计段路线方案的具体选择

根据本组的集体讨论，最后决定了本组成员的地形图并确定每个人设计段的起始点和重点桩号，我的设计路线段的起点桩号是K0+000.000，终点桩号是K3+232.000。

（二）走向控制资料的选择

在已经选定了路线的基本走向的基础上，按地形、地质、水文、路线带居民区、重要建筑物等原有条件选定出一些细部控制点，如：与拟建道路相交的点，与原有乡村马路相交的点，还有与河流相交的点就构成了路线带，也可以叫路线布局。

（三）具体定线

根据已经选取的路线的控制资料和相关的技术方面的标准，再结合湖北恩施自治州地形的条件，在海地道路软件中选择有利的地形上进行平、纵、横的综合设计，具体定出道路的中线的过程就叫做定线。

从本设计地形图上可以看出本新建道路的前大半地段都可以绕开山岭，从比较平坦的地区经过，但是在后半段开始，就要考虑对村庄的影响，还有就是必须绕开学校和工厂，从山岭区经过的时候要顺着等高线，避免直接从山岭的最高处切过去。同时线路的走向也要考虑跨越河流的方式，为了降低工程量，尽量与河流正交。

1.3 方案比选

湖北恩施这段连接城镇之间的二级公路是属于山岭重丘区，其地质条件较差，地形比较复杂，所以修建的工程量也非常巨大，为了能更好的完成本项目的全部设计工作，并根据该区域经济发展的情况，还有当地的工程费用等多方面因素的考虑，路线要尽量避开深水鱼塘地区，同时也要避免穿过海拔比较高的山体，并减少建筑物的拆迁，依据这些要求，我们作了多路段、多方案比选，现举出两个该路线段比较合理的方案。

两个方案的技术指标如下：

1.4 方案经济指标对比表

主要的技术指标 平曲线

方案一 3.23 方案二 3.27 路线总长（km） 4

续上表 每公里交点数(个) 平曲线最小半径（米） 最大直线长度(米) 平曲线长占线路总长 最大纵坡（%） 最短纵坡长(米) 竖曲线 竖曲线占线路长(%) 每公里纵坡的平均变化数（次） 竖曲线的最小半径值（凸/凹）（m） 竖曲线增长系数 道路平面交叉 平面交叉个数 填土平均高度(m) 路基 填土最大高度(m) 填土最小高度(m) 工程数量 桥涵个数 挖方m3 填方m3 涵洞个数 中桥个数 2.17 250 634.72 34.91% 4.81 249.8 51.589 2.785 3300/2200 1.013 5 2.5 7.4 0.03 70577 50171 3 1 2.45 250 440.16 48.38% 3.27 466.3 13.7 1.84 26000/9000 1.014 5 4.8 13.5 0.08 124442 108018 4 1 方案一：这条路线总长度为3232m。避开了高填深挖的地段，减少了了土石方的量，降低了工程造价，靠近居民区，同时避开了学校和工厂，防止大规模的拆迁，给沿线居民的出行带来了很大的方便，同时也能拉动当地的经济效益，且该方案能够满足各种技术经济指标，符合路线的设计要求。

方案二：该方案的路线总长度为3268m，路线长度相比方案一要短一点。虽然线型相对一方案比较好，但是距离村庄较远，有大范围的填挖方。相比方案一给沿线居民带来的经济效益和交通便利性比较小。

经过综合分析，方案一虽然线路稍微长了一点，占用农田较多，但是避免了大填大挖，并且也没有造成大面积居民区拆迁，从两个方案的工程量的大小和建设难度的对比，以及分别给沿线带来的经济效益来看，方案一的优势要大一些，故推荐方案一。

5

NNN 尼图1.1 方案比选图

6

第2章 线形设计

2.1 平面设计

2.1.1 概述

道路是一条带状的三维空间实体，以其表面的中心线为中线，而路线即道路中线的空间位置。路线在水平面上的投影叫路线的平面，沿中线竖直剖切而展开则路线的纵断面，中线上任一点法向切线是该点的横断面。本设计主选方案采用二维交点设计，路线全长3232m，平面交点个数为5。

2.1.2 平曲线设计的原则

（1）在条件允许的情况下尽量使用大的曲线半径R?10000m；

（2）一般情况下使用极限半径的4～8倍或超高为2～4%的原曲线半径值，即390～1500m为宜；

（3）从现行设计要求方面考虑，曲线长度按最小值5～8倍； （4）地形受限时曲线半径应该尽量大于一般最小半径；

（6）为使线形连续协调宜将回旋线与原曲线长度比例定位1:1:1，当曲线半径较大，平曲线较长时 也可以为1:2:1；

（7）尽量保证全线指标均衡。

2.1.3 平面设计的技术标准

表2.1 二级公路主要技术指标表

设计车速 平曲线 一般最小半径 极限最小半径 缓和曲线最小长度 不设超高的圆曲线最小半径 最大纵坡 凸曲线 凹曲线

60km/h 200m 125m 50m 路拱≤2.0%为1500m；路拱＞2.0%为1900m 6% 2000m 1400m 1500m 一般最小半径 极限最小半径 一般最小半径 7

续上表 极限最小半径 1000m 本设计中5个交点处均采用圆曲线，曲线要素如下表2.2，圆曲线的最小半径为

200m，圆曲线的最大半径为550m，所以全部满足规范要求。

表2.2 曲线要素表

交点桩号 K0+272.85K0+782.96K1+371.09K2+175.29K2+971.97切线长131.99119.3490.751 19.505 156.78圆曲线半径 缓和曲线长度 圆曲线长度 300 250 450 550 250 80 80 60 60 80 98.075 73.102 60.694 38.700 137.734 外距 14.645 13.314 4.413 2.495 26.991 JD1 JD2 JD3 JD6 JD7 2.1.4 平曲线要素计算

图2.1 曲线要素图

马尼拉草就好了嗲马尼拉草就好了嗲马尼拉草就好了嗲马尼拉草就好了嗲马尼拉草就好了嗲马尼

（1）各要素计算公式如下：

8

L2L4SSp??24R2384R3 （2.1） LSL3Sq??2240R2 （2.2）

?0?28.6479LSR （2.3） ?T?(R?p)tg?q2 （2.4）

L?(??2?0)?180R?2LS （2.5）

E?(R?p)sec?2?R （2.6）

D?2T?L （2.7）

Ly?L?2LS式中：T——总切线长?m?；

L——总曲线长?m?；

Es——外距(m)；

（2.8）

D——切曲差(m)； R——主曲线半径?m?；

o ?——路线转角（）；

?缓和曲线终点处的缓和曲线角（o）； ——0

q——缓和曲线切线的增值(m)；

p——主圆曲线内移值（设缓和曲线后）（m）；

Ls——缓和曲线长度(m)； Ly——圆曲线长度(m)。

（2）以JD2为例，已知路线转角??35?5'19''， 圆曲线半径R?250，缓和曲线长

Ls?80m，各要素计算如下：

9

L2L4602804ss内移值：p?????1.065m

24R2384R324?2502384?2503LsL260603s切线增长值：q????8?29.885m 222240R2240?250Ls180?80180????9.17?

2R?2?2503.14?35?5'19\切线长：T??R?p?tan?q??250?1.065?tan?39.727?119.101m

22缓和曲线角：?0?平曲线长：L?R??80?233.025m

180??35?5'19\外距：E??R?p?sec?R??250?1.065?sec?250?13.313m

22切曲差：D?2T?L?2?119.101?233.025?5.177m 圆曲线：Ly?L?2Ls?233.025?2?80?73.025m

180??Ls?250?35?5?19????根据以上算出的曲线要素与表2.2基本相同，且在误差范围之内，所以该桩点无误。 （3）主点桩号计算公式：

ZH?JD?T HY?ZH?LS

YH?HY?LY

HZ?YH?LS

QZ?HZ?L/2 式中：ZH——直缓点桩号

HY——缓圆点桩号 YH——圆缓点桩号 HZ——缓直点桩号

QZ——曲中点桩号

（4）实例：JD2处的桩号为K0+782.964:

ZH?JD2?T? (K0+782.964)?119.101?K0?663.863

HY?ZH?Ls? (K0?663.863)?80?K0?743.863

QZ?ZH?L/2 ?(K0?663.863)?233.025/2?K0?780.376

HZ?ZH?L?(K0+663.863)?233.025?K0?896.888 YH ? HZ-Ls? (K0?896.888)?80? K0?816.888

经校核JD2处桩号无误。详细可见附录7直线及曲线转角表。

10

2.2 纵断面设计

2.2.1 纵断面设计的步骤

（1）拉坡前的准备工作

纵坡设计必须符合《公路工程技术标准》中有关纵坡的各项规定，如各级公路的最大纵坡，按排水要求的最小纵坡等；熟悉有关设计标准和海地软件的应用。

（2）标注控制点的位置

控制点是指路线纵坡设计的高程控制点。本设计线路中有2处原有乡村小道与新建道路平面相交，不作为设计控制点。而另外两处乡村马路(分别在桩号K1+490和K3+050处)，分别与拟建道路和新建道路相交，可作为高程控制点。第三个高程控制点的桩号为K2+304.000，该处是一条66m宽的河流，也是一个高程控制点，故整条路线总共有三个高程控制点。

在山区还应该根据路基挖填平衡选择控制中桩处填挖的工程点，称为“经济点”。 （3）试坡、调整、核对、定坡

试坡主要是在已标出“控制点”和“经济点”的纵断面图上，根据技术标准，选线意图，结合底面起伏情况，本着以“控制点”为依据，照顾多数“经济点”为原则，在这些点之间进行穿插和截弯取直，试定出若干直坡线。

试定纵坡以后，将所定纵坡与选（定）线时考虑的纵坡进行比较，两者应该基本符合。根据调整后的直坡线，选择有控制作用的重点横断面，如高填深挖和重要桥涵等断面，在纵断面图上直接读出对应中桩的挖填高度。经调整无误后即可定坡，定坡是逐段将直坡线的纵坡值，变坡点桩号和高程确定。边坡点一般要调整到10m整桩位上，变坡点的高程是根据纵坡、坡长依次计算确定。

最后在边坡点进行竖曲线的设计。

2.2.2 竖曲线主要参数

《公路工程技术标准》平曲线主要参数的规定，如表2.2。

公路的纵坡不宜大于6%，也不宜小于0.3%，在横向排水不畅的路段或长路堑路段，采用平坡(0%)或小于0.3%的纵坡时，其边沟应作纵向排水设计。

桥上及桥头路线的纵坡设计需要注意的事项： (1)在小桥和涵洞处的纵坡根据路线的纵坡来设计；

(2)桥梁及其引道的平、纵、横技术指标应与路线总体布设相协调，各项技术指标应

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表2.2 竖曲线指标

设计车速（km/h） 最大纵坡（％） 最小纵坡（％） 凸形竖曲线半径（m） 一般值 极限值 凹形竖曲线半径（m） 一般值 极限值 一般值 最小值 60 6 0.3 2000 1400 1500 1000 120 50 竖曲线最小长度（m） 符合路线布设的规定。大桥的纵坡一般小于4％，桥头引道的纵坡一般小于5％，引道紧接桥头部分的线形应与桥上线形相配合。隧道及其洞口两端路线的纵坡：隧道内的纵坡应大于0.3％并小于3％；

(3)高速公路、一级公路的中、短隧道，当条件受限制时，经技术经济论证后最大纵坡可适当加大，但不宜大于4％；

(4)隧道的纵坡宜设置成单向坡；地下水发育的隧道及特长、长隧道宜采用人字坡。 本设计中的详细见附录15纵坡及竖曲线表。从该表中可知本设计最小凹曲线半径为2200，最小凸曲线半径为3300，符合上述规定的竖曲线指标。

2.2.3 竖曲线几何要素计算

LT1T2i2PQEi1

图2.2 竖曲线要素示意图

12

（1）竖曲线要素计算

坡度差：??i2?i1 （2.9） 曲线长：L?R? （2.10）

L切线长：T? （2.11）

2T2外距：E? （2.12）

2R式中：R——竖曲线的半径(m)；

T——切线长(m)； L——竖曲线长(m)； E——外距(m)。 （2） 手算实例

以变坡点3为例计算竖曲线要素来复核：

变坡点3桩号K0+779.954，高程为589.489m，i1??4.806%，i2?2.375%，半径R?2200。

坡度差：??i2?i1?2.375%?(?4.806%)?7.181%为凹形； 曲线长：L?R??2200?7.181%?157.982m；

L157.982切线长：T???78.991m；

22T278.9912??1.418m； 外距：E?2R2?2200计算设计高程：

竖曲线起点桩号=(K0+779.945)－78.991=K0+700.963 竖曲线起点高程=589.489－78.991×(－4.806%)=593.285 竖曲线终点桩号=(K0+779.945)+78.991=K0+858.945 竖曲线终点高程=589.489－78.991×2.375%=587.613

该计算结果与本设计在海地软件中生成的切线长，外距，以及起点和终点的桩号和高程都一致。故符合要求。详细见附录15纵坡及竖曲线表。

2.3 平、纵线型的组合设计

在平纵线形组合中，平曲线与竖曲线应该相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线,即“平包竖”。比如本设计中边坡点桩号为K0+269.963（D1）处的竖曲线半径为7900m，满足

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“平包纵”的组合设计要求。

本设计整个设计路段，平、纵面线形技术指标的大小均衡，使线形在视觉、心理上保持连续协调。平曲线设置往往会出现小半径、长直线等情况，路线中的构造物也使路线坡度起伏，因此平纵面线形的配合就显得十分重要，凸形竖曲线的顶部和凹形竖曲线的底部不宜与反向平曲线的拐点重合。直线段内的纵面线形避免出现驼峰、暗凹、跳跃。

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第3章 横断面的设计

3.1 横断面设计的原则、组成及类型

3.1.1 横断面设计的原则

（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、养护和实用等方面的情况，进行精心设计，既要坚实稳定，又要经济合理；

（2）沿河及受水浸水淹路段，应注意路基不被洪水淹没或冲毁；

（3）路基设计除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以及其他结构物，采用经济有效的病害防治措施；

（4）还应结合路线和路面进行设计。选线时，应尽量绕避一些难以处理的地质不良地段（如本地形图中的池塘）。对于地形陡峭、有高填深挖的边坡，应与移改路线位置及设置防护工程等进行比较，以减少工程数量，确保路基稳定；

（5）当路基设计标高受限制，路基出于潮湿、过湿状态和水温状态不良时，就应采用水稳性好的材料填筑路堤或进行换填并压实，使路面具有一定防冻总厚度，设置隔离层及其他排水设施等；

（6）路基设计还应兼顾当地基本建设及环境保护等的需要。

3.1.2 横断面的组成

公路横断面的组成和各部分的尺寸要根据设计交通量、交通组成、设计速度、地形条件等因素确定。在保证公路通行能力、交通安全与畅通的前提下，尽量做到用地省、投资少，使公路发挥最大的经济效益与社会效益。本设计的山区二级公路为不设分隔带的整体式断面，包括行车道、土路肩。设计时速为60km/h，为双向两车道。适应的交通量范围最大达15000小客车/昼夜。

3.2 路基横断面技术指标

路拱是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。根据《公路沥青路面设计规范》（JTJ014—97）规定，水泥混凝土路面的路拱横坡度1～2% 。在本设计中考虑到地区气候条件采用1.5%的横坡度，土路肩的排水性远低于路面，所以其

15

横坡度取用3%。

(1)行车道宽度：2?3.5m； (2)土路肩宽度：2?0.75m；

(3)路基总宽度：2?3.5?2?0.75?8.5m；

(4)视距保证：①停车视距：75m； ②会车视距：150m；③超车视距：350m； (5)双车道路面加宽值：设计路段采用第3类加宽值，不同圆曲线半径下的路基全加宽值如下表：

表3.1 圆曲线半径下的路基加宽表

圆曲线半径(m) 250～200 200～150 150～100 加宽值(m) 0.8 1.0 1.5 圆曲线半径(m) 100～70 70～50 加宽值(m) 2.0 2.5 （6）不同圆曲线半径的超高值：

表3.2 圆曲线半径与超高

圆曲线半径(m) 600～390 390～270 270～200 200～150 150～120 120～90 90～60 超高值(%) 1 2 3 4 5 6 7 注：当圆曲线半径大于250m时，可以不设加宽；大于600m时，可不设超高。而此设计路线圆曲线半径均大于250m，故横断面不设加宽，计算中只需要计算超高部分。 详细可见附录7直线曲线

及转角表。

3.3 路基横断面超高设计

超高是为了抵消车辆在曲线路段上行驶时所产生的离心力，而将路面做成外侧高于内侧的形式。超高横坡度在圆曲线上应是与圆曲线半径相适应的全超高，而在缓和曲线上则是逐渐变化的超高。因此，从直线上的双向横坡渐变到圆曲线上的单向横坡的路段，

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称作超高缓和段或超高过渡段。

根据《公路工程技术标准》规定，二级公路一般地区圆曲线部分最大超高值不大于8%。且考虑到超高横坡度与路线纵坡组合而成的坡度，即合成坡度，规范规定二级公路丘陵区的最大允许合成坡度不大于10%。

表3.3 各级公路圆曲线最大超高值

公路等级 一般地区（%） 积雪冰冻地区（%） 高速公路、一级公路 8或10 6 二级公路、三级公路、四级公路 8 根据表3.2可知本设计路线的最大超高值不大于3%。

3.3.1 超高值的确定

以JD3为例计算曲线的超高值： 超高横坡的计算公式：

v2ih??? （3.1）

127R式中：i— 超高横坡度；

? — 横向力系数； ?— 行车速度 (km/h)； R— 圆曲线的半径 (m)；

计算ih的值，要先确定?的大小，其主要与圆曲线半径有关，随半径的增大而减小。

?与R的拟合计算公式如表3.4。

表3.4 ?与R关系式

设计速度（km/h） 120 ?与R关系式 54932.498846.5869????0.04165 2RR设计速度（km/h） 40 ?与R关系式 ????600.00004.0000??0.04000 R2R143.52381.4208??0.03789 R2R45.62501.2625??0.04139 R2R100 ??19232.323219.5555??0.03869 R2R7804.232810.7275??0.03804 R2R30 80 ??20 ??

17

续表3.4 60 ??2395.10497.8030??0.03914 R2R 桩号处曲线的超高横坡度计算，已知设计速度v?60km/h，圆曲线半径R?450m,根据《公路工程技术标准》?与R的拟合计算公式得:

2395.10497.8030??0.03914 （3.2） R2R??可得??0.0336。

v2602则圆曲线超高横坡为：ih?????0.0336?0.0294?3%,符合要求。

127R127?4503.3.2 超高过渡方式

本设计路线是新建的二级公路，无中央分隔带，采用绕内边线旋转的超高过渡方式，具体是将外侧行车道绕路基中线旋转，使达到与内侧车道构成单项横坡后，整个断面再绕未加宽前的内侧车道边线旋转，直至超高值。

3.3.3 超高过渡段长度

超高过渡是为了行车的舒适、路容的美观以及排水的通畅，应该在全长范围内设置一定长度的超高过渡段。双车道公路超高过渡段最小长度按公式(3.3)计算：

Lc?B'?i （3.3） p式中：Lc——超高过渡段的最小长度（m）；

B' ——旋转轴到行车道的外侧边缘宽度，当绕内边旋转时，B'?B；当绕中线 旋转时，B'?B/2，B为行车道宽度；

?i——超高坡度与路拱横坡的代数差，当绕内边线旋转时，?i?ih；当绕中线旋 转时，?i?ih?iG，iG为路拱横坡坡度，ih为超高值；

P——超高渐变率，即旋转轴线与行车道外边线之间的相对坡度，由下表3.5可知设计为60km/h时，超高渐变率最大值为1/175；

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表3.5 最大超高渐变率

设计速度（km/h） 120 100 80 60 超高旋转轴位置 中线 1/250 1/225 1/200 1/175 内边线 1/200 1/175 1/150 1/125 设计速度（km/h） 40 30 20 超高旋转轴位置 中线 1/150 1/125 1/100 内边线 1/100 1/75 1/50 由式计算的超高过渡段长度，应取为5m的整倍数，并不小于10m,B'?7m ，B'?i7?0.029??31.668，则?i?0.029，由附录23超高计算表可知p?1/156；则Lc?p1/156Lc?35m。

又因为一般确定缓和曲线长度时，已考虑了超高过渡段所需要的最段长度，故应取超高过渡段Lc与缓和曲线长度Ls相等，若Ls?Lc，当只要超高渐变率p?1/330，仍取

Lc?Ls ，则Lc?60m。

3.3.4 横断面超高值计算

平曲线设超高后，道路中线和内、外侧边线与设计高程之差h，应计算并列于“路基设计表”中，以便于施工，本设计的是一条新建的山区二级公路，超高采用绕内边线旋转。

表3.6 绕内边线旋转超高值计算公式

超高位置 计算公式 说明 x?x0 外缘hc 圆曲线上 中线hc' 内缘hc'' 外缘hcx 过渡段上 中线hcx' x?x0 bJiJ??bJ?B?ih bJiJ?Bih 2计算结果均为与设计高之高差； 临界断面距缓和段起点： bJiJ??bJ?b?ih bJ?iJ?iG????bJiG??bJ?B?ih??x Lcx0?iGLc ihx距离处的加宽bJiJ?Bih 219

BxbJiJ??ih 2Lc bx?xbLc

续上表 过渡段上 x内缘hcx bJiJ??bJ?bx?iG bJiJ??bJ?bx?ih Lc'' 表中：B—— 路面宽度；

bJ——路肩宽度； iG——路拱横坡度； ij—— 路肩横坡度；

ih——超高横坡度（超高值）； Lc——超高缓和段长度；

xo——与路拱同坡度的单向超高点至超高缓和段起点的距离； x——超高缓和段中任一点至起点的距离； hc——路肩外缘最大抬高值； hc?——路中线最大抬高值； hc?? —— 路基内缘最大降低值； hcx——x距离处路基外缘抬高值；

?——x距离处路中线抬高值； hcx?? ——x距离处路基内缘降低值； hcx b——圆曲线加宽值；

bx—— x距离处路基内缘降低值。 以上长度单位均为m。

3.3.5 手算实例

已知在JD3段缓和曲线上，Nj?0.75m，iJ?3%，b?0m，ih?2.9%，iG?1.5%，

Lc?60m。现取桩号K1+371.092处作为手算点，则假设x分别取超高过渡段的起点、

中点、终点，即0m、30m、60m。 （1）圆曲线上：

外缘：hc?bJiJ??bJ?B?ih?0.75?3%??0.75?7??2.9%?0.247m

??bJiJ?中线：hcB7ih?0.75?3%??2.9%?0.124m 22???bJiJ??bJ?b?ih?0.75?3%??0.75?0??2.9%??0.00075m 内缘：hc（2）过渡段上：由表3.5可知：

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x0?iG1.5%x50Lc??60?31.03m，bx?b??0?0m。

Lc100ih2.9%外缘：

hcx?bJ?iJ?iG????bJiG??bJ?B?ih??xLc30 60?0.75??3%?1.5%????0.75?1.5%??0.75?7??2.9%???0.129m??bJiJ?中线：由上可知，x?xo，hcx???bJiJ??bJ?bx?內缘：hcxBx730?ih?0.75?3%???2.9%?0.073m 2Lc260x30ih?0.75?3%??0.75?0??2.9%?0.0116m Lc60详细指标见附录23超高计算表。

3.4 横断面的绘制

道路横断面的布置及几何尺寸，应能满足交通、环境、用地经济、城市面貌等要求，并应保证路基的稳定性。此段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设计表。具体绘制步骤如下：

（1）在计算纸上绘制横断面的地面线；

（2）从“路基设计表”中抄入路基中心填挖高度，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）根据现场调查得出来的“土壤、地质、水文资料”参照“标准横断面”，画出路幅宽度、填或挖的边坡坡线，在需要设置各种支挡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、等的位置和断面形式。 本次设计中横断面图是按照每40m为一个断面来绘制，使用海地CAD自动生成。 详细附录26～35路基横断面图。

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第4章 路基设计

4.1 一般路基设计

一般路基通常指在良好的地质与水文等条件下，填方高度和挖方深度不大的路基。通常可以结合当地的地形、地质情况，直接选用典型断面图或设计规定，不必进行个别论证和验算。

路基设计之前，应做好全面调查研究，充分收集沿线地质、水文、地形、地貌、气象、地震等设计资料。路基设计应根据当地自然条件和工程地质条件，选择适当的路基横断面形式和边坡坡度。

4.1.1 路基断面形式

由于填挖情况不同。路基的横断面形式，可归纳为路堤、路堑和填挖结合三种类型。本路段为山区公路，主要采用填挖结合的形式。尽可能利用非农业用地，少占农田。山坡路基应尽量使填挖平衡，扩大和改善林业用地，保护林区绿地，防止水土流失，维护生态平衡，减少高填深挖，利用植物防护，绿化与美化路基。三种类型的路基详见附录24～25路基标准横断面图。 4.1.2 路基宽度

路基全宽为8.5米，其中行车道2×3.5米，土路肩2×0.75米。行车道的横坡为1.5%，土路肩横坡为3%，土路肩顶面高程与路面中面层顶面齐平。

土路肩行车道行车道土路肩 图4.4 路基宽度示意图

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4.1.3 路基高度

路基填土高度为路基边缘设计标高与原地面标高之差。根据l／100频率的洪水位及二级公路路面所要求的路基干湿类型以及满足路基路面强度来综合确定。考虑到项目区域植被覆盖完整，根据地方政府的意见，结合设计新理念，全线采用低路堤设计方案。

（1）沿河及受水浸淹路段的路基边缘标高，应高出路基1／100频率的计算水位加壅水高、波浪侵袭高和0.5m的安全高度。

（2)根据《公路工程自然区划标准》(JTJ003-86)，恩施自治州处于Ⅳ3东南湿润区，路床处于干燥、中湿状态的临界高度(至地下水位)路基临界高度参考值为H1=1.7～1.9 m，为安全起见，取1.9m.根据地质条件，该区地下水位埋深为5～20 m，所以本地区只需考虑最小填土高度即可。根据规范要求该地区的最小填土高度为0.4～0.7 m，同时，需满足0.5 m设计洪水位的要求，所以最小填土高度取1.2 m。

(3）作用于路基的荷载，有路基的自重和汽车的轮重，荷载使一定深度内的路基土处于应力状态，为使由活载引起的附加应力不影响到地基，而引起的沉降与变形。必须使路基填士高度大于某一数值。这一高度不应小于路基工作区高度，一般以轮重所引起的应力与路基土自重所引起的应力的比值很小时(不超过0.1～0.2)的高度为工作区高度。按SH-380自卸汽车，后轴荷载360kN计算，路基工作区深度为2.9-3.7m(该工作区深度包括路面厚度在内)。

考虑到路基、路面不是均质体，路面的强度主材料的容重均较路基土为大，路面以下工作区的实际深度随路面强度的增加而减少。根据柔性路面当量厚度换算，路面结构折算土质路基厚度为2.86m。考虑本项目路基工作区最小深度要求，建议最小填土高度在0.06m～0.84m。

综合考虑各方面因素，采用路基设计高度一般为1.2m左右。

4.1.4 路基边坡

边坡的高度与边坡的宽度比值即公路路基的边坡坡度，用H表示其中边坡高度，而边坡宽度用来表示，并取H的值为1，如H:b?1:0.5小。

在本设计中采用的边坡为：当路堤高度大于6m的时候，路堤上部坡度设计为1:1，下部坡度也设为1:1;路堑边坡主要和地质情况有关，路堑高度大于3m及3m以下，坡度均设为1:0.5，在坡度变化较大的地方，修建1m的碎落台，既增加了边坡的稳固性，

（路堑边坡）或1:1.5（路堤边坡），

同时边坡土质、岩石性质以及水文地质等条件还有边坡的高度决定了路基边坡坡度的大

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又起到了拦截坠落的小石块的作用。

4.2 路基的稳定性分析及设计

路基边坡稳定性的分析计算方法，有工程地质法、力学分析法和图解法。其力学计算的基本方法是分析失稳滑动体沿滑动面上的抗滑力与下滑力之比K值，当K>1时，边坡稳定；K<1时，边坡不稳定；K=1时，边坡处于极限平衡状态。由于此次设计中缺乏地基土的土质类别、层位、厚度、分布特征和物理力学性能，以及边坡岩土体的风化程度等，无法确定地下水埋深和分布特征，无法获取设计所需的物理力学指标（如重度

?，强度参数c、φ值等），故无法进行路基边坡的稳定性分析。

根据《公路路基设计规范》（JTGD30–2004）、《公路路基设计手册》和当地设计经验进行综合设计。对于边坡高度超过20米的路堤（高路堤）或陡于1：2.5的路堤（陡坡路堤），还有特殊地段和不良地质的路堤，要个别的进行设计，而对有些比较重要的路堤要进行稳定性的监控。在挖方的土质边坡的高度大于20m，还有岩石地质的挖方边坡高度超过30m以及不良地质地段的挖方边坡，应进行个别设计。

4.3 路基的防护

4.3.1 坡面防护

为了减少雨水对路基边坡表面的冲刷，从而降低湿温变化对路基的影响，缓解岩石在受到雨水的侵蚀而发生风化的过程，保护路基边坡的整体稳定性。同时也是对道路起了一定的美化作用，让整条路线看起来更加的美观舒适。

本设计在不同路段的路基断面，采取了不同的边坡防护设施：

（1）本设计路段最大的填土高度为7.386m，填方高度大于6m设置重力式下挡墙，并采用适当的坡面防护，如散播草籽或者铺设草皮的防护方式，不仅美观怡人，而且能防止雨水的冲刷导致的水土流失，保护边坡的整体稳定。

（2）在挖方的路段，当边坡高度小于或等于3m时，采用散播草籽或者铺设草皮的防护方式，当坡高 大于3m时，设置两级边坡，当挖方高度大于5m设置仰斜式上挡墙，从平台到二级边坡均可采用浆砌片石框格防护方式。具体设计见附录44边坡防护设计图。

24

4.4 排水系统的设计

各种排水设施的设计应尽量少占农田，并与水利规划和土地使用相配合进行综合规划，排水口应尽可能引接至天然河沟，以减少桥涵工程，不宜直接注入农田。本设计中路面排水主要采用的是路面坡度排水，取路拱坡度为1.5%，路肩横向坡度为3%，路拱坡度采用双向坡面，由路基中央向两侧倾斜。除了路面排水以外，路线还需设置路基地面排水设施，包括边沟、排水沟和截水沟等设施。

4.4.1 边沟

边沟是用来排除和汇集路基附近以及流向路基地面水的地面排水设施，一般设置在挖方路段路基的路肩和矮路堤坡脚的外侧。由于边沟的排水量不是很大，一般不需要水文和力学计算，只需根据路线的地质和气候条件，选择不同的断面形式。

边沟多与路线平行，其长度不宜过长，沟内水要就近排到附近的自然低洼地带或者小溪、河流中，特殊情况下可以设置涵洞让边沟水从路基中穿过排到另外一边。在比较平坦的路段，边沟的纵坡应大于或等于0.5%，一般情况边沟纵坡与路线纵坡一致。因为本设计路段主要是山区，石方路段比较多，选择矩形边沟的横断面形式，内侧边坡直立，水沟形式采用浆砌片石，根据规范，二级公路的砌筑砂浆强度宜采用M5。

本设计中的矩形边沟底宽为0.6m，砌筑厚度为0.3m，内外坡高均为0.6m。

图4.5 边沟设计图

4.4.2 排水沟

排水沟是用于将路基范围内的各种积水引到指定地点的排水设施，所以其尺寸和断面形式应该根据设计流量来确定，一般设在距路基较远的地方，距离路基坡脚应该大于2m，平面线形应该圆顺，半径不小于10～20m，连续长度不超过500m。为保证水流的顺畅，排水沟纵坡应该合适，不宜过大导致冲刷，也不宜过小导致淤积。一般取

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0.5%～1.0%，不宜小于0.3%，也不宜大于3%，否则就要采取加固措施。

本设计中选用浆砌片石的梯形排水沟，底宽0.6m,内砌厚度0.3m，内外坡高0.6m。

图4.6 排水沟设计图

除此以外在填方路基需要设置排水沟，其作用和挖方段设置的路堤是一样的。本设计采用矩形边沟的横断面形式，内侧边坡直立，水沟形式采用浆砌片石，根据规范，二级公路的砌筑砂浆强度宜采用M5。

本设计中的矩形排水沟底宽为0.6m，砌筑厚度为0.3m，内外坡高均为0.6m。

图4.7 路基排水沟设计

4.4.3 截水沟

截水沟又叫天沟，用来拦截流向路基地面的径流的排水设施，以减少流向边沟的水流量，所以一般设在挖方路段边坡较陡的坡顶外侧，在降雨量较少或者地势较平坦的地段不需要设置截水沟。而在雨量较大，边坡表层土较松软、水土流失严重的地段可设两道或多道截水沟。

在山坡填方段为了保护路堤不受上方水流破坏的影响，需要设置截水沟来拦截山坡水，坡脚和截水沟之间的间距要大于两米，且设置2%的向沟倾斜的横坡。截水沟的一般形式是梯形，也可根据土质条件选择矩形横断面，本设计根据当地的设计流量选用浆砌片石的矩形截水沟。沟底宽度为0.6m,内外坡高一般为0.6m，砌筑厚度均为0.3m，可

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根据实际情况调整外坡高度以减少用地范围。

图4.8 截水沟设计图

4.5 挡土墙设计

4.5.1 挡土墙的布置

挡土墙是用来防止山体滑坡，有时候也会为了减少用地范围和填方量以缩小坡脚的构造物。通常布置在高边坡和土质较差的地段，主要承受的是侧向土压力。

本设计结合恩施自治州的地质条件以及周边环境的考虑，在高路堤地段采用重力式挡土墙，在深路堑地段采用仰斜式挡土墙。

4.5.2 挡土墙的埋深

基础位于横向斜坡地面上时，墙址埋入地面的深度和距地表的水平距离应满足规范的要求，如表4.1。

表4.1 墙趾埋入斜坡地面的最小尺寸

土层类别 较完整的硬质岩石 一般硬质岩石 软质岩石 土质 最小埋深h(m) 0.25 0.60 1.00 ≥1.00 距地表水平距离L (m) 0.25～0.50 0.60～1.50 1.00～2.00 1.50～2.50 根据本设计恩施自治州的地质情况可知，该路段时山岭地区，属于一般硬质地基，依据表4.1将挡土墙的埋深设置为1m。

4.5.3 沉降缝与伸缩缝的设置

在设计中，一般同时设置沉降缝与伸缩缝，每隔10～15m沿路线的方向设置一道，

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兼有两者的作用，缝宽2～3cm，缝内一般可用胶泥来填塞，在填料容易流失、渗水量大或者冻害比较严重的地区，适合用沥青麻筋，也可以是具有弹性的涂以沥青的木板等材料，顺着里面、外面及顶上三方填塞，且填深?0.15m。

4.5.4 重力式挡土墙设计

根据设计要求，高填土路段（少占农田）上须设置挡土墙，比如本设计在K0+700.000左右两侧设计重力式挡土墙。

基本参数：

设此挡土墙为重力式挡土墙，初步设计基底不设仰角。墙顶宽设为1.2m，墙背坡度设为??20?，挡墙的计算高度设为H=7m，基础埋置深度D=1m。路基宽度为8.5m，路肩宽度为1.5m。挡土墙纵向分段长度取L=10m。

墙身采用浆砌块石，采用2.5号砂浆，砌体的单位重??24kN/m3，砌体极限抗压强度为700kpa，极限抗拉强度为120kpa，抗剪强度为80kpa。墙背填土(砂类土)的重度为??17kN/m3，内摩擦角为??36?，墙后填土表面的倾斜角为??34?，地基与墙底的摩擦系数??0.4，墙背与填土间的摩擦角为??18?。砂性土地基fk?400kPa。

初步拟定挡土墙尺寸，如图4.9。

1.500.800.8021°6.26Gθ0.741.502.69 图4.9 挡土墙尺寸示意图

4.5.5 重力式挡土墙的计算

按墙高确定的附加荷载强度进行换算：

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表4.2 附加荷载强度

墙高H(m) ≤2.0 q(kpa) 20.0 墙高H(m) ≥10.0 q(kpa) 10.0 因墙高H?7m，由表所示由线性内插法确定q?13.75kNm2。 由公式：

q h0? (4.1)

r式中：q——附加荷载强度； ?——填土重度； 所以换算均布土层厚度h0?4.5.5.1 主动土压力的计算 （一）破裂角（?）的计算

计算挡土墙压力Ea，首先要确定产生最大土压力的破裂面，求出破裂角?。假设破裂面交于荷载范围内，则有：

q13.75??0.809m。 r17????????21??18??36??75?

根据路堤挡土墙破裂面交于荷载内部时破裂角的计算公式：

tan???tan???B0?cot??tan??tan????? ?A0??? ??tan?co?t?t?a??n?ta?n?t??an75 tan???? t?an7?5? ??tan75??co?t3?6tan21 ?0.436 得到：??23.58?。 （二）验算破裂面 破裂契体长度：

L0?H?tan??tan???7??0.436?0.36??0.53m

车辆荷载分布宽度：

L?Nb??N?1?m?d?2?0.8?1?0.75?3.35m

29

所以L0?L，即破裂面交于荷载范围内，符合假设。

（三）确定挡土墙的截面形心及主动土压力作用点： （1）挡土墙的截面形心：

X?1.527m

Y?2.949m

（2）主动土压力作用点：

11 Zy?H??7?2.33m

33Zx?B?Zytan??4.19?2.33?tan20??3.35m

（3）主动土压力的计算：

11A0??a?H?2h0??a?H???0.8?7?2?0.81???0.8?7??36.730

22B0?11ab??b?d?h0?H?H?2a?2h0?tan?2211??0.8?0.8+?0.8?0.75??0.809-?7??7?2?0.8?2?0.7?tan?20?? 22??12.154

根据路堤挡土墙破裂面交于荷载内部土压力计算公式：

Ea???A0tan??B?0co?s????sin???????

?cos23?.6??17??36.?730?.436?12.154?sin.6?23??75

3?6 =245.150kN

EX?Ea?cos??????245.150?cos?21??18???190.517kN Ey?Easin??????245.150sin?21?18??154.278kN

4.5.6 稳定性验算

4.5.6.1 抗滑稳定性验算

为保证挡土墙抗滑稳定性，应验算在土压力及其他外力作用下，基底摩擦力抵抗挡土墙滑移的能力，在一般的情况下，应满足下式：

30

(0.9G??Q1Ey)??0.9Gtan?0≥?Q1Ex （4.2）

式中?Q1为主动土压力分项系数，当组合为?、?时，?Q1?1.4；当组合为Ⅲ时，?Q1?1.3，常用荷载组合见下表：

表4.3 常用作用（含荷载）组合

组合 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 作用（或荷载）名称 挡土墙结构重力、墙顶上的有效永久荷载、填土重力、填土侧压力及其他永久荷载组合 组合Ⅰ与基本可变荷载相结合 组合Ⅱ与其他可变荷载、偶然荷载相结合 则有：

1 G??A?24?[?(1.5?4.19)?7]?477.72

2(0.9G??Q1Ey)??0.9Gtan?0?(0.9?477.72?1.4?154.278)?0.4?258.375kN/m??Q1Ex?1.4?190.517?266.724kN/m

由上式可知挡土墙不满足抗滑稳定性要求，为增加挡土墙的抗滑稳定性，设置倾斜基底，且设a0?100。

11 G??A?24?[?(1.5?4.19)?7??0.74?4.19]?440.753

22 (0.9G??Q1Ey)??0.9Gtan?0

?(0.9?440.753?1.4?154.278)?0.4?0.9?440.753?tan10? ?312.520kN/m??Q1Ex?1.4?190.517?266.724kN/m 由上式可知挡土墙满足抗滑稳定性要求。 4.5.6.2 抗倾覆稳定性验算

为保证挡土墙抗倾覆稳定性，须验算它抵抗墙身绕墙脚趾向外转动倾覆的能力，在一般的情况下，应满足下式：

0.9GZG??Q1(EyZx?ExZy)?0 （4.3）

31

1.500.800.8021°6.26EyGEaExθ10°0.741.502.694.19 图4.10挡土墙自重及形心计算图示（单位：m）

（1）挡土墙的截面形心：

X?1.538m

Y?3.176m

（2）主动土压力作用点：

Zy?11H?0.74??7?0.74?1.59m 331?.59?t?an20

??4.?19 Zx?B?Zytan截面形心位置：ZG?X?1.538，Zx?3.61，Zy?1.59。 则：0.9GZG??Q1(EyZx?ExZy)

?0.9?440.753?1.538?1.4??154.278?3.62?190.517?1.59??967.88kN/m?0 由上可知挡土墙满足抗倾覆稳定性要求。

4.5.7 基底应力计算

每延米挡土墙的基底平均压应力为：

N1?(G?G??Q1Ey)cos?0??Q1Exsin?0 （4.4）

?31?.2?1.41s10 ??440.75?54.27?8?co?1.?4179?70?9.5.8197N2 ksin10 p?

N1?fak?fk??1?1(b?3)??2?2(h?0.5) （4.5） A32

p?N1779.892fak?fk??1?1(b?3)??2?2(h?0.5 ) ??186.13kP2a?A4.1?91.04.1?3?9?4?.?4?20?0.5?1??1?8? ?400?3 508.26kpa4.5.8 基底合力偏心距

作用于基底的合力偏心距为：

M1.4ME?1.2MG1.4?EyZx?ExZy??1.2G?B/2?ZG??? e? （4.6）

N1N1N1 ?1.4?154.278?3.62?190.578?1.59??1.2???440.753??4.19/2?1.538???779.892

?0.836因填土为砂类土，其地基的合力偏心距应满足e0?B/4?4.19/4?1.047，所以满足要求。

4.5.9 地基承载力抗力值

基应力的设计值应满足地基承载力的抗力值要求，即满足pmax?1.2fak，又e?B/6时不考虑地基拉应力，而压应力重新分布如下：

pmax?2N12?779.892??412.969kPa? 1.2fak?609.912kpa 3C3??4.19/2?0.836? pmin?0 式中：C?B?e2B??e???

2??综上所述，挡土墙满足地基承载力要求。

4.5.10 截面应力验算

为保证墙身具有足够的强度，选取变截面处作控制截面进行验算。现选取变截面以上部分为隔离体，其计算图示如下：

33

图4.11 挡土墙1/2截面处计算图示

根据《公路圬工桥涵设计规范》（JTG D61—2005）的规定，当构件采用分项安全系数的极限状态设计时，荷载效应不利组合的设计值，应小于或等于结构抗力效应的设计值。

1/2墙高以上部分所分担的土压力为：Ea?80.15kpa 水平和垂直分力为：Ex?62.29kpa Ey?50.44kpa 则：ZG?1.121，Zx?2.42，Zy?1.167。 （1） 强度计算 根据下式：

Nj??kARk/?k （4.7）

可知设计轴向力（按每延米墙长计算）：

Nj??0(?GNG??Q1NQ1???Qi?CiNQi)

据题意可知挡土墙无静水压力、动水压力、地震力等引起的轴向力，由可图示计算： A1?0.5?(1.5?2.845)?3.5?7.69m2 G1?7.69?24?184.56kN/m N1?(G?G??Q1Ey)cos?0??Q1Exsin?0

34

??184.56?1.2?1.4?50.44?cos10??1.4?62.29?sin10? ?302.79kN

M?1.2MG?1.4ME?1.4?EyZx?ExZy??1.2G?B/2?ZG?

?1.4??50.44?2.42?62.29?1.167??1.2?184.56??2.845/2?1.121?

?135.89kN/m

由图示计算可知偏心距e0?系数为：

M135.89则轴向力偏心影响??0.448?0.25B?0.71m，

N1302.790.4488e)1?256(0)81?256(2.845?0.771 （4.9） B??k?e0.44821?12()1?12(0)22.845B

按每延米墙长计算：

Nj??0(?GNG??Q1NQ1???Qi?CiNQi) （4.10）

?1.0?(1.2?7.69?24?1.4?50.44)?292.088kN

则有?kARk/?k?0.771?7.69?700/1.92?2161.61kN?Nj，因此挡土墙的1/2截面处的强度满足要求。

（2） 稳定计算

墙身截面强度应满足：Nj??k?kARk/?k，

因为 ?s?2H/B?2?7/4.19?3.34,且查表有?s?0.002； 弯曲平面内的纵向翘曲系数为:

因为H/B?7/4.19?1.671?10为矮墙，对于矮墙可取?k?1，不考虑纵向稳定， 则?k?kARk/?k?1?0.771?7.69?700/1.92?2161.61kN?Nj （满足要求）。 （3） 正截面直接受剪时验算

Qj≤AjRj/?k?fmN1 （4.11） 正截面剪力：Qj?Ex?1?56.986kN 受剪截面面积：Aj?2.845?1?2.845m2

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摩擦系数：fm?0.42

则有：AjRj/?k?fmN1?2.845?862.4/1.92?0.42?302.79?1049.2kN?Qj 因此正截面直接受剪时验算满足要求。

4.5.11 挡土墙排水和变形缝设置

为防止地表水渗入墙背填料或地基，因此设立地面排水沟。采用浆砌片石排水沟，其横断面形式为矩形，底宽0.6m,沟深为0.6m，边坡坡度为1:1，沟底纵坡为1%。

为了迅速排除墙后积水，通常在非干砌的挡土墙身的适当高度处设置2排排水孔。排水孔采用5cm?10cm的方孔，上下交错设置，间距为2m。

为防止因地基不均匀沉陷而引起堵身开裂，根据地基地质条件及墙高、墙身断面的变化情况，设置沉降缝。同时，为了减少圬工砌体因硬化收缩和温度变化作用而产生裂缝，须设置伸缩缝。在此把沉降缝和伸缩缝结合在一起，全高设置，宽度为3cm。

4.6 本章小结

本章主要介绍了路基的设计。通过确定路基高度、边坡、加宽超高设计及排水系统的设计，绘出横断面图。在本章还对挡土墙进行了详细的设计和计算，因为在路基中，路基的排水和防护设计是的重点，它直接关系到道路的一些关键的病害的预防。

36

第5章 路面设计

本设计为新建一条山区二级公路，采用四幅两车道的整体式面板。根据当地的情况及等级要求，我们修建的道路要在规定的使用年限内能承受相应的车辆荷载，从而满足通行要求。本设计采用普通混凝土路面，车道宽为3.5米，土路肩宽设为0.75米，所以路面宽3.5?2?0.75?2?8.5米。通过前面的调查得知，设计车道使用初期标准轴载日作用次数为7347。本路面设计的参数依据是《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40-2002）。

5.1 交通分析

表5.1 可靠度设计标准

公路技术等级 安全等级 设计基准期 目标可靠度（%） 目标可靠指标 变异水平等级 高速公路 一级 30 95 1.64 低 一级公路 二级 30 90 1.28 低～中 二级公路 三级 20 85 1.04 中 三、四级公路 四级 20 80 0.84 中～高

表5.2 混凝土路面临界荷位车辆轮迹横向分布系数

公路等级 高速公路、一级公路、二级公路 二级及二级以下公路 行车道宽＞7m 行车道宽≤7m 纵缝边缘处 0.17～0.22 0.34～0.39 0.54～0.62

表5.3 公路混凝土路面交通分级

交通等级 设计车道标准轴载累计特重 ＞2000 重 100～2000 中等 3～100 轻 ＜3 Ne(?10)20年和三级。由表6.2知，由表5.1知，二级公路的设计基准期和安全等级分别为

临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取0.2，年平均交通量增长率为5%。则设计基准期

37

内设计车道标准荷载累计作用次数为：

Ns[(1?gr)t?1]7347?[(1+0.05)20-1]Ne??365??=?365?0.20

gr0.05（次）?1.0?106（次） ?1.77?107

由表5.3知属于重交通等级。

5.2 初拟路面结构

由表6.1知，安全等级为三的道路对应的变异水平等级为中级。根据二级公路、重交通等级和中级变异水平等级，由表6.4知，初拟普通混凝土面层厚度为0.23m。基层选用水泥稳定粒料基层，厚0.2m。垫层为0.18m石灰粉煤灰土。普通混凝土板的平面尺寸长为4.5m、宽3.5m；纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝，

每幅路面宽4.25m。 路面结构如下图5.1所示：

图6.1 路面结构图

表5.4 水泥混凝土面层厚度的参考范围

交通等级 公路等级 变异水平等级 面层厚度（mm） 交通等级 公路等级 变异水平等级 二级 高 中 高速 低 ≥260 特重 一级 中 ≥250 低 二级 中 高速 低 270～240 重 一级 中 260～230 低 二级 中 ≥240 中等 三、四级 高 250～220 轻 三、四级 中 220～200 高 三、四级 中 ≤220 面层厚度（mm） 240～210 230～200 ≤230

38

表 5.5 混凝土弯拉强度标准值fr

交通等级 水泥混凝土的弯拉强度标准值（MPa） 钢纤维混凝土的弯拉强度标准值（MPa） 特重 5.0 6.0 重 5.0 6.0 中等 4.5 5.5 轻 4.0 5.0 表5.6 水泥混凝土弯拉弹性模量经验参考值

弯拉强度（MPa） 抗压强度（MPa） 弯拉弹性模量（MPa） 弯拉强度（MPa） 抗压强度（MPa） 弯拉弹性模量（MPa） 1.0 5.0 10 3.5 24.2 25 1.5 7.7 15 4.0 19.7 27 2.0 11.0 18 4.5 35.8 29 2.5 14.9 21 5.0 41.8 31 3.0 19.3 23 5.5 48.4 33 表 5.7 稳定粒料基层和土基弯拉强度和抗压回弹模量

项目 水泥稳定粒料 二灰稳定粒料 土基 抗弯拉强度 1.0 1.0 —— 抗压回弹模量（MPa） 1300～1600 1300～1600 30～80 表5.8 垫层和基层材料回弹模量经验参考值

材料类型 中、粗砂 天然砂砾 未筛分碎石 极配碎砾石 （垫层） 极配碎砾石 （基层） 石灰土 石灰粉煤灰土 回弹模量（MPa） 80～100 150～200 180～220 200～250 250～350 200～700 600～900 材料类型 石灰粉煤灰稳定粒料 水泥稳定粒料 沥青碎石（粗粒式， 20?C）沥青混凝土 （粗粒式，20?C） 沥青混凝土 （中粒式，20?C） 多孔隙水泥碎石 （水泥剂量9.5%～11%） 多孔隙沥青碎石（20?C， 沥青含量2.5%～3.5%） 回弹模量（MPa） 1300～1700 1300～1700 600～800 800～1200 1000～1400 1300～1700 600～800 按表5.5和表5.6，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa，相应弯拉弹性模量标准值为31GPa。

按表5.7，路基土回弹模量取50MPa。按表5.8，石灰粉煤灰土垫层回弹模量取

39

800MPa，水泥稳定粒料基层回弹模量取1600MPa。

则有：基层顶面当量回弹模量计算如下：

h12E1?h22E21600?0.22?800?0.182Ex???1241.99Mpah12?h220.22?0.182E1h13h23E2?h1?h2??11?Dx??????12124?E1h1E2h2?22?1

?11600?0.230.183?800?0.2?0.18??11???????12124?1600?0.2800?0.15??4.606MN.m

hx?312DxE/x?31?24.606/1?241.9m9?.22?6???0.354(?0.45)4.007?0.45???Ex???a?6.2?2?11?.51?E???0???99?1241.?11.51???50??0.754?????

?E?b?1?1.44?x??E0??0.55?1241.99??1?1.44???50??0.55

?E?Et?ahxbE0?x??E0?1/3?1241.99??4.007?0.3540.754?50????50?1/3?267.169MPa

普通混凝土面层的相对刚度半径按下式计算为：

r?0.537h3Ec/Et?0.537?0.23331000/267.169?0.602m

其中水泥混凝土弯拉弹性模量 Ec 由上表5.4可查。

（1）荷载疲劳应力

表5.9 综合系数Kc

公路等级 Kc 高速公路 1.30 一级公路 1.25 二级公路 1.20 三、四级公路 1.10

标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为：

6r07.h? ?ps?0.07?20.?077600?..602??20.23 1.073MPa因纵缝为设拉杆平缝，按缝传荷能力的应力折减系数Kr?0.87，考虑设计基准期内荷载应力疲劳作用的疲劳应力系数Kf?Nev??1.77?107?0.057?2.589。

其中?是与混合料性质有关的指数，普通混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土，

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