设计说明书终稿

长 安 大 学

Changan University

二○一一届专科毕业设计

题 目： 广西某一级公路设计

院 系

长安大学继续教育学院

班 级 0915 学 号 26 姓 名 张三 指 导 教 师 朱玉美 所 属 站 点 江苏省交通技师学院

二○一一年十二月

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摘 要

本设计为广西省境内新建公路某段的初步设计。根据设计要求公路的交通量统计和计算数据及其使用任务和性质，公路等级确定为一级公路。广西省地处中国东部、黄河下游，路线所经地形为山地丘陵区。结合当地自然状况及规范规定，进行线路平面设计、纵断面设计、路基设计以及横断面设计。设计最终资料包括平纵横、路基设计及土石方设计图表。本线全线总长1821.241m。有1个平曲线、4个竖曲线、设计车速100km/h，路基宽度12m。本设计中主要运用了纬地5.88公路选线设计软件进行相应各项的设计。 关键词：路线设计，路基路面 ，排水，土石方

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Abstract

The design is a preliminary design of certain partial of a new way which located in Guangxi province. According to the statistical and calculated date about the traffic of the designing way, the level for the road is determined highway. Guangxi province located in east China and Yellow River downstream. Route through the hilly area. Combined with the local natural condition and the rules and regulations, do plane design, longitudinal design, roadbed design and cross-sectional design. The eventually design material including plane, longitudinal, cross-sectional, roadbed designing charts and earthwork designing charts. A total length of the route is 1821.241 meters. There are 1 horizontal curve and 4 vertical curve in the route. The lane design at 100 Km per hour, and the width of subgrade is 12 meters. The main software used in the design following: Hint CAD 5.88 to highway route design software. Key Words: linear design, subgrade, pavement, drainage, earthwork designing

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目 录

第一章 设计任务 ....................................................................................................... 1 1.1工程概况 ............................................................................................................... 1 1.2 设计依据及主要设计标准 .................................................................................. 1 第二章 沿线自然条件 ............................................................................................... 2 2.1 水文地质条件 ...................................................................................................... 2 2.1.1 气候 ........................................................................................................... 2 2.1.2 降水量及地下水埋深 ............................................................................... 2 2.2 交通量预测 .......................................................................................................... 2 2.3 方案的确定比选 .................................................................................................. 4 2.3.1 选线原则 ................................................................................................... 4 2.3.2 方案比选 ................................................................................................... 5 第三章 平曲线设计 ................................................................................................... 7 3.1曲线要素计算 ....................................................................................................... 7 3.1.1 转角的确定 ............................................................................................... 7 3.1.2 圆曲线、缓和曲线长度的确定 ............................................................... 7 3.1.3 具体曲线要素计算 ................................................................................... 9 3.1.4 主点桩号的确定 ..................................................................................... 10 3.2 超高与加宽设计 ................................................................................................ 11 3.2.1平曲线上的加宽 ...................................................................................... 11 3.2.2 超高计算 ................................................................................................. 11 第四章 纵断面设计 ................................................................................................. 14 4.1 纵断面线形设计的一般原则与要求 ................................................................ 14 4.2 纵坡及坡长设计 ................................................................................................ 15 4.2.1 最大纵坡 ................................................................................................. 15 4.2.2 最小纵坡 ................................................................................................. 15 4.2.3 坡长限制 ................................................................................................. 15 4.2.4 合成坡度 ................................................................................................. 17 4.3 道路平纵线形组合设计 .................................................................................... 17

4.3.1 平、纵组合的设计原则 ......................................................................... 17 4.3.2 平、竖组合的设计原则 ......................................................................... 18 4.3.3 相邻竖曲线的衔接 ................................................................................. 18

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4.4竖曲线 ................................................................................................................. 18 4.4.1竖曲线设计限制因素 .............................................................................. 19 4.4.2 竖曲线要素计算 ..................................................................................... 20 第五章 横断面设计 ................................................................................................. 22 5.1 横断面设计的基本要求 .................................................................................... 22 5.2 道路横断面组成 ................................................................................................ 22 5.2.1 车道宽度的确定 ..................................................................................... 23 5.2.2 中间带宽度的确定 ................................................................................. 23 5.2.3 硬路肩 ..................................................................................................... 24 5.2.4 路缘带 ..................................................................................................... 25 5.2.5 土路肩 ..................................................................................................... 25 5.3 路基土石方计算与调配 .................................................................................... 26 5.3.1 基本公式 ................................................................................................. 26 5.3.2 调配的原则 ............................................................................................. 27 5.3.3 土石方调配要求 ..................................................................................... 27 5.3.4 调配方法 ................................................................................................. 28 第六章 路基设计 ..................................................................................................... 30 6.1 路基设计的一般要求 ........................................................................................ 30 6.2 路基的基本构造与设计 .................................................................................... 31 6.2.1 路基宽度的确定 ..................................................................................... 31 6.2.2 路基高度 ................................................................................................. 32 6.2.3 路基边坡坡度 ......................................................................................... 33 6.3 路基附属设施 .................................................................................................... 35 6.3.1 取土坑与弃土堆 ..................................................................................... 35 6.3.2 护坡道与碎落台 ..................................................................................... 36 第七章 路面设计 ..................................................................................................... 37 7.1 路面的功能和对路面的要求 ............................................................................ 37 7.2 路面结构层次划分 ............................................................................................ 38 7.3 路面类型选择 .................................................................................................... 40 7.4路面结构设计 ..................................................................................................... 41

7.4.1 轴载分析 ................................................................................................. 42 7.4.2 结构组合与材料选取 ............................................................................. 45 7.4.3 拟定路面结构组合方案 ......................................................................... 46

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7.5 具体计算 ............................................................................................................ 46

7.5.1 计算容许弯沉值LR ............................................................................... 46 7.5.2 计算容许弯拉应力 ................................................................................. 47 7.5.2 按容许弯拉应力计算路面厚度 ............................................................. 48 第八章 路基路面排水设计 ..................................................................................... 50 8.1 路基路面排水设计的一般原则 ........................................................................ 50 8.2 路基排水设计 .................................................................................................... 51 8.2.1边沟 .......................................................................................................... 51 8.2.2截水沟 ...................................................................................................... 52 8.2.3 排水沟 ..................................................................................................... 52 8.2.4 暗沟 ......................................................................................................... 53 8.3 路面排水设计 .................................................................................................... 53 8.3.1 中央分隔带排水 ..................................................................................... 54 设计总结及致谢 ....................................................................................................... 56 参考文献 ................................................................................................................... 59

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第一章 设计任务

1.1工程概况

⑴ 本道路为路桥系学生毕业设计，道路全长1821.241米，道路等级为一级公路，设计时速为100km/h。本次设计有助于毕业生进一步了解道路设计的步骤及各设计要素，增强动手能力及逻辑思维能力，使其对公路有更加深刻的认识和研究。

⑵ 本路段起点K0＋000为所给地形图坐标（58.6，300），终点K1＋821.241为（1849.8，264），全长1.821241公里。

1.2设计依据及主要设计标准

⑴ 指导老师的相关要求。

⑵ 学校提供的1：2000现状地形图。 ⑶ 地形为丘陵区。 ⑷ 相关道路的设计资料。 ⑸ 初步设计评审意见。

⑹ 道路等级：该道路为一级公路，设计时速为100km/h，采用双向四车道设计。

⑺ 荷载标准：路面结构计算荷载：路面设计以BZZ-100为标准轴载。 ⑻ 路面基层：路面基层设计为水泥稳定碎石基层。 ⑼ 交通量调查，起始年交通组成及数量如下：

小汽车 ： 1000辆/日

解放AC15 ： 800 辆/日 东风; 600辆/日 黄河JN162： 400辆/日 长征： 200辆/日

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第二章 沿线自然条件

2.1 水文地质条件

2.1.1 气候

广西省气候类型多样,冬短夏长,年均温在16℃～23℃之间,以均温来衡量,北部夏季长达4个月～5个月,冬季仅两个月左右;南部从5月到10月均为夏季,冬季不到两个月,沿海地区几乎没有冬季。雨、热资源丰富,且两热同季。

2.1.2降水量及地下水埋深

广西是全国降水量比较多的地区之一,大部分地区年平均降水量为1.200毫米至2000毫米,时空分布差异大3个多雨中心分别位于东兴、昭平和永福附近。各中心附近的年平均降水量都在1900毫米以上,其中东兴高达2822.7毫米。以百色为中心的右江河谷及其上游的隆林、西林河以宁明为中心的明江、左江河谷至宁一带,为少雨地带,年平均降水量在1200毫米以下。其余地区在1200毫米至1900毫米之间。由于年、季降水变化较大,常有旱涝灾害发生,干旱年平均3年2遇。光能资源广西太阳辐射较强,唯日照相对偏少。

2.2 交通量预测

随着改革开放的进一步深入国民经济发展水平将持续增长，基础设施的配套和路网的建设必将促进区域经济的快速发展，从而导致交通运输的发展和交通量的增加。公路建设是直接影响交通量发展的主要因素之一。道路或桥梁经改建后路况良好，交通量必然随之增加，从而将带动经济建设的飞速发展，也将带动文化的繁荣和其他行业的快速发展。

根据调查该地区近期交通量组成如表2.1：

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表2.1 交通量

小汽车型 车 交通量（日/辆） 1000 CA15 800

600 解放东风 JN162 400 200 黄河长征 根据当地的交通量调查，结合近期日交通量，则远景年的设计平均日交通量如公式（2.1）所示：

式中：

Nd?N0(1?r)n?1 （2.1）

NdN0——设计年平均日交通量（辆/日）；

——年平均日交通量（辆/日），包括现有交通量和道路修建后从其

他道路吸引过来的交通量（辆/日）；

r——交通量年平均增长率； n——设计年限。

交通量折算以小客车为标准的折算系数，折算如下:

小汽车： 1000辆/日×1.0=1000辆/日 解放CA15： 800辆/日×2.0=1600辆/日 东风： 600辆/日×2.0=1200辆/日 黄河JN162： 400辆/日×2.0=800辆/日 长征： 200辆/日×2.0=400辆/日 则N0=1000+1600+1200+800+400=5000辆/日 所以 远景年平均日交通量为

n?1N?N(1?7%)d0

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20?1?(1?7%) =5000

=18083辆/日

2.3 方案的确定比选

2.3.1 选线原则

该地区为丘陵地带，其线形应充分利用地形，处理平纵线形的组合。平面线形不应迁就微小地形，而造成线形曲折，也不宜采用长直线和小偏角，但也不应当为避免长直线而随意转弯。另外，广西某段一级公路沿线应使线形趋于平顺，这样有利于行车安全。纵面线形应合理确定路基高度，纵坡不应频繁起伏，也不能过于平缓。线形设计应成为在保证行车安全、舒适、高效率的前提下，使工程量小， 造价低，营运费用省，效益好，并有利于施工和养护。

该一级公路选线时考虑了以下原则:

(1) 在选线时应运用个各种手段对路线方案做深入细致的研究，在多方面论证比选的基础上，选定最佳路线方案。

(2) 农田对公路选线的影响

选线应该同农田基本建设相结合，做到少占地，并尽量避免占用高产田、经济作物田和经济林园（如橡胶林、茶林、果园）等。

路线布置要尽可能考虑为农业服务，布线时要注意与农村公路和机耕道的连接，以及与土地规划相结合，较多靠近一些居民点，并考虑地方交通工具的行驶。

(3) 环境对选线的影响

选线应重视环境保护，注意由于公路修筑以及汽车运行所产生的各方面的影响和污染问题，具体应注意以下几个方面：

① 路线对自然景观与资源可能产生的影响；

② 路线对城镇布局、行政区划、农业耕作区、水利排灌体系等现有设施的造成分割而产生的影响；

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③ 对自然环境、自然资源的影响和污染的防治措施及对策实施的可能性。

2.3.2 方案比选

影响路线方案选择的因素是多方面的，各种因素又是相互影响和相互联系的。路线在满足使用任务和性质要求的前提下，应综合考虑自然条件、技术标准和技术指标、工程投资、施工期限和施工设备等因素，通过多方案的比选，精心选择，提出合理的推荐方案。选线时应综合考虑以下因素：

(1) 路线在政治、经济、国防上的意义，国家或地方建设对路线使用任务、性质的要求，改革开发、综合利用等重要方针的体现。

(2) 路线在铁路、公路、航道、空运等交通网系的作用，与沿线工矿、城镇等规划的关系，以及与沿线农田水利等建设的配合及用地情况。

(3) 沿线地形、地质、水文、气象等自然条件的影响；要求的技术等级与实际可能达到的技术标准及其对路线的使用任务、性质的影响；路线长度、筑路材料来源、施工条件以及工程量、造价、劳动力等情况及其对运营、施工、养护等方面的影响。

(4) 其他如与沿线旅游景点、历史文物、风景名胜的联系等。 根据当地公路现状及地形条件和地方政府要求确定出该公路走向的基本原则：

① 尽量选择沿山脚控制路线纵度不很大，减少填挖方量； ② 尽量减少房屋拆迁和对附近幼林水稻的砍伐破坏； ③ 尽可能避免和减少破坏现有水利设施和灌溉系统；

根据以上原则，对多条路线进行利弊分析，比较分析结果，推荐优选此方案。

方案:

路线总长约1821.241m，整个路线只需设置一条平曲线，另外，修建本条高速公路对广西发展建设促进该地区的经济发展具有十分重要的作用。 此外，该方案路线相对较短，又由于地势较平坦填挖量相对很小，减

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少了造价；又路线曲线段较少，为施工带来了方便。与其他方案比较而言：工程量少、填挖方数量少、路基支挡结构物少、路线平直、纵坡平缓有利于行车、造价要低得多。

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第三章 平曲线设计

道路平面曲线型设计是根据汽车行使的力学性质和行使轨迹要求，合理地确定各线形要素的几何参数，保持线形的连续性和均衡性，避免采用长直线，并注意使线形和地形、地物、环境和景观等的协调。

3.1曲线要素计算

3.1.1 转角的确定

转角值用量测的方法在地形图上直接量出。可得平曲线的转角分别为 22°43′21.9″。

3.1.2圆曲线、缓和曲线长度的确定

（1）圆曲线长度的确定

利用汽车行驶在曲线上的平衡条件得圆曲线半径计算公式如（3.1）所示：

V2 R?127(??ih) （3.1）

式中：V—行车速度(Km/h)； ?—横向力系数，取0.06； ih—超高横坡，取6％；

由此得圆曲线半径为：

V21002R???656.168127(??ih)127?(0.06?0.06)

考虑到汽车行驶在曲线上的稳定性及当地地形条件并结合《公路路线设计规范》（JTG D20——2006）（下文均以规范统称）规定的圆曲线半径最小值，对于圆曲线半径取700m。 （2）缓和曲线长度的确定

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缓和曲线是道路平曲线形要素之一，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。《公路工程技术标准》（JTG B10——2003）（下文均以规范统称）规定，除四级公路可不设缓和曲线外，其余各级公路都应设置缓和曲线。其作用主要有以下几个方面：

(1) 曲率连续变化，便于车辆遵循； (2) 离心加速度逐渐变化，旅客感觉舒适； (3) 超高横坡逐渐变化，行车更加平稳； (4) 与圆曲线配合得当，增加线形美观。

由于车辆要在缓和曲线上完成不同曲率的过渡行驶，所以要求缓和曲线要有足够的长度，以使司机从容地打方向盘， 旅客感觉舒适， 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，并可从以下几方面考虑：

(1) 旅客感觉舒适

有旅客感觉舒适得出的缓和曲线最小长度计算公式如（3. 2）所示：

Ls(min)V3?0.036 （3.2）

R由此得出缓和曲线最小长度为：

Ls?min?V31003?0.036?0.036??51(m)R700

(2) 行驶时间不能过短

一般认为汽车在缓和曲线上的行驶时间至少应有3s，于是：

Ls(min)?V100??83.333(m)1.21.2

根据以上计算结果，取缓和曲线段长度为85 m。

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3.1.3 具体曲线要素计算

αβββα图3.1 曲线要素计算图

有缓和曲线的道路平曲线几何要素及计算公式为[8]:

LLsq?s??42.4952240R2

Lp?s?0.43024R

23??Ls180.?3?28?43??2R?

a?q?384.1182 R?2Ls?720.301

T?(R?P)tgL?(a?2?0)?180

L??(a?2?0)?180R?550.301

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aE?(R?P)sec?R?79.3002

J?2T?L?47.935

式中：

θ —— 切线转向角（o）； R —— 曲线半径(m)； Ls—— 缓和曲线长(m)； T —— 切线长(m)； E —— 外距(m)；

L —— 曲线全长（包括缓和曲线）(m)； J —— 校正值(m)； q—— 切线增长值(m)； β0—— 缓和曲线角（°）；

3.1.4 主点桩号的确定

起点桩号：K0+000 JD交点1桩号：K0+680.000

ZH点桩号=JD里程—切线长T=K0+502.696 HY点桩号=ZH点里程+缓和曲线长Ls =K0+587.696 QZ点桩号=HZ点里程—曲线长的一半=K0+684.001 YH点桩号=HY点里程+圆曲线长=K0+780.307 HZ点桩号=HY点里程—缓和曲线长Ls =K0+865.307 终点桩号：K1+821.241

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3.2 超高与加宽设计

3.2.1平曲线上的加宽

汽车行驶在曲线上，各轮轨迹半径不同，其中以内轮轨迹半径为最小，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。对于半径大于250m的圆曲线，由于其加宽值甚小，可以不加宽。本设计中平曲线的半径都远远大于此值，故不用加宽设计。

3.2.2 超高计算

为了抵消车辆在曲线路段上时所产生的离心力，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。合理的设置超高，可以全部或部分抵消离心力，提高汽车在曲线上行驶的稳定性和舒适性。当汽车等速行驶时，圆曲线上产生的离心力是常数，而在回旋线上行驶则因回旋曲率是变化的，其离心力也是变化的。因此，超高横坡度在圆曲线上应该是圆曲线半径相适应的全超高，在缓和曲线上应是逐渐变化的超高。这段从直线上的双向横坡渐变到圆曲线上的单向横坡的路段，称作超高缓和段或超高过渡段。另外，根据规范沥青混凝土路面一般采用的路供坡度为1%~2%。山东某段高速公路设计采用的路拱坡度为2%。路肩坡度一般要比路供大1%~2%，以利于排水，该公路设计路肩坡度为4%。

该段公路超高横坡度大于路拱坡度，有中央分隔带。其超高过渡有三种方式：

(1) 绕中间带的中心线旋转

先将外侧行车道绕中间带的中心旋转，待达到与内侧行车道构成单向横坡后，整个断面一同绕中心线旋转，直至超高横坡度值。此时中央分隔带呈倾斜状。

(2) 绕中央分隔带边缘旋转

将两侧行车道分别统中央分隔带边缘旋转，使之各自成为独立的单向

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超高断面，此时中央分隔带维持原水平状态。 (3) 绕各自行车道中线旋转

将两侧行车道分别统各自的中心线旋转，使之各自成为独立的单向超高断面，此时中央分隔带两边缘分别升高与降低而成为倾斜断面。 根据以上三种超高过渡方式的适应情况，山东高速公路采用绕中央分隔带边缘旋转的方式过渡，其计算公式如表3.1所示：

表3.1 绕中央分隔带边缘旋转超高值计算公式

X距离处行车道横超高位置 计算公式 坡度值 1 计算结果为与设计备注 外 侧 C D C (b1?B?b2)ix 0 0 iG?ihix?x?iG Lc高之差。 2 设计高程为中央分隔带外侧边缘的高程。 3 加宽值bx按加宽计内 侧 D ?(b1?bx?B?b2)ix ih?iGix?x?iG Lc算公式计算。 4 当x?L时为圆曲c线上的超高值。 注：C点是车道的路基边缘处

式中：B——左侧（或右侧）行车道宽度(m)； b1——左侧路缘带宽度(m)； b2——右侧路缘带宽度(m)；

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bx——距离处路基加宽值(m)；

ih——超高横坡度； iG——路拱横坡度；

x——超高缓和段中任意一点至超高缓和段起点的距离(m)。

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第四章 纵断面设计

沿着道路中线竖直剖切然后展开即为路线纵断面。由于自然因素的影响以及经济性要求，路线纵断面总是一条有起伏的空间线。纵断面设计的主要任务就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，以便达到行车迅速安全、运输经济合理及乘客感觉舒适的目的。纵断面设计线是由直线和竖曲线组成的。直线有上坡和下坡，是用高差和水平长度表示的。直线的坡度和长度影响着汽车的行驶速度和运输经济以及行车的安全，它们的一些临界值的确定和必要的限制，是以通行的汽车类型和行驶性能来决定的。

在直线的坡度转折处为平顺过渡要设置竖曲线，按坡度转折形式的不同，竖曲线有凹有凸，其大小用半径和水平长度表示。

4.1 纵断面线形设计的一般原则与要求

广西省一级公路纵断面在设计时需考虑以下的设计原则: (1) 纵坡设计必须满足《标准》的各项规定。

(2) 纵断面线形应与地形相适应，设计成视觉连续，平顺而圆滑的线形，避免在短距离内出现平凡起伏。

(3) 应避免能看见近处和远处而看不见中间凹处之线形。

(4) 较长的连续上坡路段，宜将最陡的纵坡放在坡段下部，接近坡顶的纵坡宜适当放缓。

(5) 相邻纵坡之代数差小时，应尽量采用大的竖曲线半径。

(6) 为保证车辆能以能以一定安全顺适地行驶，纵坡应有一定平顺性，起伏不宜过大。应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夹最短长度的缓坡。连续上坡和下坡路段，应避免设置反坡段

(7) 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，已减少借方和废方，降低造价和节省用地。

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(8) 在实地调查基础上，充分考虑通道农田水利等方面的要求。

4.2 纵坡及坡长设计 4.2.1 最大纵坡

最大纵坡是指在纵坡设计时各级公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，在地形起伏较大地区，直接影响路线的长短、使用质量、运输成本及造价。

各级公路允许的最大纵坡是根据汽车的动力特性、道路等级、自然条件以及工程、运营经济等因素，通过综合分析，全面考虑，合理确定的。公路最大纵坡的规定[1] [3] [8]见表4.1：

表4.1 公路最大纵坡

设计车速（Km/h） 最大纵坡（%） 120 3 100 4 80 5 60 6 40 7 30 8 20 9 4.2.2 最小纵坡

为使道路上行车快速、安全和通畅，希望道路纵坡设计的小一些为好。但是，在长路堑、低填以及其它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%的最小纵坡，一般情况下以不小于0.5%为宜。

当必须设计水平坡<0%>或纵坡小于0.3%时，边沟排水设计与纵坡设计一起综合考虑,其边沟应作纵向排水设计。

本设计中采用纵坡为0.4%。

4.2.3 坡长限制

（1）最小坡长限制

最短坡长的限制主要是从汽车行驶平顺性的要求考虑的。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，车速越高越感觉突出。从路容美观、相邻两竖

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曲线的设置和纵面视距等也要求坡长应有一定最短长度。

《标准》规定，各级公路最小坡长应按表（4.2）选用[8]：

表4.2 各级公路最小坡长

设计车速（Km/h） 最小坡长（m） 120 300 100 250 80 200 60 150 40 120 30 100 20 60 (2) 最大坡长限制

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。道路纵坡的大小及其坡长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。主要表现在：使行车速度显着下降，甚至要换较低排挡克服坡度阻力易使水箱“开锅”，导致汽车爬坡无力，甚至熄火；下坡行驶制动次数频繁，易使制动器发热而失效，甚至造成车祸。

要从理论上确切计算由希望速度到允许速度的最大坡长是困难的，必须结合试验调查。

资料综合研究后确定。《规范》[3] [8]规定最大坡长如表（4.3）所示：

表4.3 不同纵坡的最大坡长取值表

设计车速Km/h） 纵 坡 坡 度 （%） 3 4 5 6 7 8 9 10 120 900 700 — — — — — — 100 1000 800 600 — — — — — 80 1100 900 700 500 — — — — 60 1200 1000 800 600 — — — — 40 — 1100 900 700 500 300 — — 30 — 1100 900 700 500 300 200 — 20 — 1200 1000 800 600 400 300 200 16

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4.2.4 合成坡度

合成坡度是指在设有超高的平曲线上，路线纵坡与超高横坡所组成的坡

度。计算公式[8]如4.1。 式中： IH—合成坡度；

ih—超高坡度或路面横坡（%）； iz—纵坡坡度（%）。

表4.4 各级公路的合成坡度

设计车速（Km/h） 最小坡长（m） 120 10.0 100 10.0 80 10.5 60 10.0 40 10.0 30 10.0 20 10.0 2IH=ih?iz2 （4.1）

各纵公路的最小合成坡度不宜小于0.5%。在超高过渡变化处，合成坡度不应设计为0.5%，当合成坡度小于0.5%时，则应采取综合排水措施，保证路面排水畅通。为了保证线形的平顺和尽量减少填挖方量。

以上组合的最大合成坡度均小于10.0%，所以，该路线的纵坡、路拱横坡、超高设计满足要求，设计合理。

4.3道路平纵线形组合设计

平纵线形组合设计是指在满足汽车运动学和力学要求前提下，研究如何满足视觉和心理方面的连续、舒适，与周围环境的协调和良好的排水条件。

4.3.1 平、纵组合的设计原则

（1）在视觉上应能自然地引导驾驶员的视线，并保持视觉的连续性； （2）注意保持平、纵线形的技术指标大小均衡，不要悬殊太大，使线形在视觉上、心理上保持协调；

（3）选择组合得当的合成坡度，以利于路面排水和行车安全；

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（4）注意与道路周围环境的配合。

平面与纵坡组合时，应注意长坡下端避免设置小半径平曲线，较长的平面直线上也不宜设大坡，并应选择能够得到适当合成坡度的线形组合。应避免急变与陡坡相重合的线形，以利安全。

平、纵线形的组合必须是在与路线所经地区的环境充分配合的基础上进行的，否则即使线形符合组合的有关规定，亦不是良好的设计。所以时时处处都应注意与公路周围环境的配合与协调。

4.3.2 平、竖组合的设计原则

（1）平曲线（包括圆曲线和缓和曲线）与竖曲线两者应相互重合，这是平、竖最好的组合，且平曲线应比竖曲线长（俗称“平包竖”）；

（2）V?40Km/h的公路，凸形竖曲线的顶部和凹形竖曲线的底部，不得插入小半径平曲线；凸形竖曲线的顶部和凹形竖曲线的底部，不得与反向平曲线的拐点重合；

（3）平曲线与竖曲线的半径大小选用适当，使其组合达到视觉上的良好效果。

4.3.3 相邻竖曲线的衔接

相邻两个同向凸形竖曲线或凹形竖曲线，特别是同向凹形竖曲线之间，如直坡段不长应合并为单曲线或复曲线，避免出现断背曲线，这样要求对行车是有利的。

相邻反向竖曲线之间，为使增重与减重间和缓过渡，中间最好插入一段直坡段。若两竖曲线半径接近极限值时，这段直坡段至少应为计算行车速度的3s行程，当半径较大时，亦可直接连接。 纵断面设计图见附图纵断面图所示。

4.4竖曲线

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

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竖曲线。各级公路在纵坡变更处均应设置竖曲线。

4.4.1竖曲线设计限制因素

在纵断面设计中，竖曲线设计要受众多的因素限制，其中有三个限制因素决定着竖曲线的最小半径和最小长度。 ① 缓和冲击

汽车行驶在竖曲线上时，产生径向离心力。这个力在凹形竖曲线上是增重，在凸形竖曲线上是减重。着个增重与减重达到，某个程度时，旅客就有不舒适的感觉，同时对汽车的悬挂系统也有不利的影响，所以确定竖曲线半径时，对离心加速度要加以控制。竖曲线最小半径计算如（4.2）所示：

RminV2 (相当于离心加速度为0.278m/s2) （4.2） ?3.6在本设计中计算所得的最小半径为4000m

② 时间行程不宜过短

汽车从直坡道行驶到竖曲线上，尽管竖曲线半径较大，如其长度过短，旅客会感到不舒适。因此，应限制汽车在竖曲线上行驶的时间不宜过短。最答应满足3s行程，即计算如（4.3）所示：

Lmin?VVt? （4.3） 3.61.2在本设计中计算所得的最小长度为100m。 ③ 满足视距的要求

汽车行驶在凸形竖曲线上，如果半径过小会阻挡司机的视线。为了行车安全，对凸形竖曲线的最小半径和最小长度应加以限制。

当汽车行驶在凹形竖曲线上时，也同样存在视距问题。对地形起伏较大的地区的道路，在夜间行驶时，若竖曲线半径过小，前灯照射距离近，影响行车速度和安全；在高速公路及城市道路上有许多跨线桥、门式交通

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标志及广告宣传牌等，如果它们正好处在凹形竖曲线上方时，也会影响驾驶员的视线。

总之，无论是凸形竖曲线还是凹形竖曲线都要受到上述三种因素的控制。需要明确的是哪种限制因素为最不利的情况，它才是有效控制因素。竖曲线最小长度和最小半径见表4.5：

表4.5 竖曲线最小半径、最小长度及采用值一览表

停车 竖曲线 编号 1（凹形） 100 2（凸形） 210 11000 17000 车速 视距 （km/h） 极限最 一般最 竖曲线 半径 长度 （m） 小半径 小半径 最小长度 （m） （m） 4000 6000 100 1500 498 0 0 《标准》规定 采用值 4.4.2 竖曲线要素计算

取xoy坐标系如下图所示，设变坡点相邻两纵坡坡度分别为i1和i2，其中上坡时为“正”、下坡时为“负”，它们的代数差用?表示，即?=i2-i1，当?为“正”时，表示凹形竖曲线，当?为“负”时，表示凸形竖曲线。

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图3.2 竖曲线要素示意图

(1) 竖曲线诸要素计算公式

① 竖曲线长度L或竖曲线半径R：

L?R?=408.161或R?L=182024.1714 （4.4）

② 竖曲线切线长T： T?L2?R?2=204.0805 ③ 竖曲线上任一点竖距h：

x2h?2R ④ 竖曲线外距E：

T2E?2R=0.1144 (2) 各竖曲线诸要素如附图竖曲线

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? 4.5） 4.6）

4.7）

（ （ （长安大学2011届专科毕业设计

第五章 横断面设计

道路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、分隔带、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 横断面设计的基本要求

公路横断面的组成及各部分的尺寸要根据设计交通量和交通组成以及设计车速地形等因素确定。

广西一级公路横断面在设计时做到了尽量使道路横断面布置及几何尺寸满足交通环境、用地经济、城市面貌等要求。路基是支撑路面，形成连续行车道的带状土、石结构物。它既要承受路面传来的车辆荷载，又要承受大自然因素的作用。因此,广西一级公路路基横断面设计时考虑了以下基本要求：

（1）路基的结构设计应根据使用要求和当地自然条件（包括地质、水文和材情况），并结合施工条件进行设计。在设计前应充分收集沿线地质、水文、地形、气象等资料，在山岭重丘区要特别注意地形和地质条件的影响。选择适当的路基断面形式，边坡坡度及防治病害的措施。在重丘区应注意最小填土高度，并设置必要的排水设施。既应有足够的强度和稳定性，又要经济合理。

（2）路基的断面形式和尺寸应根据道路的等级、设计标准和设计任务书的规定以及道路的使用要求，结合具体条件确定。

（3）路基设计应兼顾当地农田基本建设的需要，在取土、弃土，取土坑位置、排水设计等方面与农田改土、农田水利、灌溉沟渠等相配合，尽量减少废土占地，防止水土流水和淤塞河道。

5.2 道路横断面组成

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

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计车速、地形条件等因素确定，在保证必要的通行能力和交通安全与畅通的前提下，尽量做到用地省、投资少，使道路发挥其最大的经济效益与社会效益。

高等级公路如高速公路、一级公路，通常是将上、下行车辆分开，分隔的方式有两种：一种是用分隔带分隔的整体式断面，另一种是将上、下行车道放在不同的平面上加以分隔的分离式断面。其中整体式断面包括行车道、中间带、路肩、路缘带以及紧急停车带、爬坡车道等组成部分。

5.2.1 车道宽度的确定

车道是指分配给单一纵列车辆行驶的那部分行车道，是公路最基本元素，车道宽度是公路横断面的基本特征。车道宽度应符合表5.1规定：

表5.1 车道宽度

设计速度 （km/h） 车道宽度 （m） 3.75 3.75 3.75 3.50 3.50 3.25 （单车道时为3.50） 120 100 80 60 40 30 20 3.00 5.2.2 中间带宽度的确定

中间带由两条左侧路缘带和中央分隔带组成，高速公路、一级公路整体式断面必须设置中间带。中央分隔带是分隔高速公路或一级公路上对向行车道的地带。整体式断面中间带宽度设计见表5.2。

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表5.2 中间带宽度

公路等级 设计车速（km/h） 一般值 中央分隔带宽度 最小值 一般值 左侧路缘带宽度 最小值 一般值 中间带宽 最小值 采用值 3.0 2.5 2.0 3 2.0 2.0 2.0 0.5 4.5 0.5 3.5 0.25 2.5 0.25 2.5 0.25 3.0 0.25 2.5 2.0 0.75 1.5 0.75 — 0.5 — 0.5 1.5 0.5 — 0.5 120 3.0 高速公路 100 2.0 80 1.5 60 1.5 一级公路 100 2.0 60 1.5 中央分隔带可以设计成凹型或凸型，前者用于宽度大于4.5m的中间带，后者用于宽度小于4.5m中间带。中央分隔带的表面处理可采用植草皮或采用全面封闭。

本设计中中央分隔带选择凸型，宽度为3.0m。分隔带表面采用植草皮的形式硬化。

5.2.3 硬路肩

硬路肩是与行车道相邻的道路组成部分，其表面全部封面，供临时停车和紧急情况使用，同时为路面提供横向支撑。

硬路肩应有足够的宽度，保证其功能的充分发挥，但是过宽的路肩将使驾驶员把路肩当作外加的行车道使用。

不管宽度如何，路肩应该连续，除非驾驶员能够从任意一点离开行车道，否则路肩的作用将得不到充分发挥。当无法提供连续式的路肩时，较窄的路肩或间断式路肩仍然比不设路肩的情况要好一些。当高速公路、一级公路的右侧硬路肩宽度小于2.50m时，应设置紧急停车带，紧急停车带，宽度应为2.50m，有效长度不应小于30m，间距不宜大于500m。

路肩应设置适当的横坡以利于排水，但横坡的坡度应尽量小一些，使

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之不影响车辆的适当占用路肩。对于全铺式路肩，采用与相邻路面相同的横坡有利于施工。在这种情况下，路肩的超高渐变与路面相同，旋转宽度应包括路肩全宽。

5.2.4路缘带

路缘带是硬路肩或中间带的一部分，其主要功能是诱导视线、支撑路面以及提供侧向余宽。

高速公路和一级公路应在右侧硬路肩宽度内设置0.5m宽的右侧路缘带；在中央分隔带的两侧设置0.25~0.75m宽的左侧路缘带，它属于中间带的一部分。

5.2.5土路肩

土路肩是指紧邻硬路肩或者紧邻没有硬路肩的车道的道路组成部分。

表5.3 横断面组成部分名参数设计表 组成部分名称 中 央 分 隔 带 行 车 道 左 侧 路 缘 带 硬 路 肩 右 侧 路 缘 带 土 路 肩 横 坡 2%（m） 宽 度 宽 度 宽 度 宽 度 宽 度 宽 度 具 体 尺 寸 3.00（m） 3.75（m） 0.75（m） 3.00（m） 0.75（m） 0.75（m） 高速公路和一级公路必须设硬路肩，其土路肩一般为0.75m宽。二级和三级公路没有硬路肩，其土路肩宽度一般为0.75m，当设计车速为120km/h时硬路肩宽度应为3m。靠近村庄和城镇或者混合交通很严重的二级、三级和四级公路路段，路肩应该加固，以便路肩功能完全发挥。

为保证排水充分，土路肩的横坡一般应比路面或硬路肩的横坡大。封

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面的土路肩横坡为3%，砾石土路肩为5%，土表或草皮土路肩为6%。

根据横断面各组成部分的设计要点和规范要求，横断面具体设计指标详见表5.3所示：标准横断面见附图标准横断面图所示。

5.3路基土石方计算与调配

路基土石方工程是公路工程的主体工程之一。在公路工程量中占有很大比重。土石方工程数量又是公路方案评价和比选的主要技术经济指标之一。土石方计算与调配的主要任务是计算路基土石方工程数量，合理进行土石方调配，并计算土石方的远量，为编制公路概预算、公路施工组织、施工计量提供依据。

5.3.1 基本公式

路基土石方计算工作量较大，加之路基是填挖变化的不规则性，要精确计算土石方体积是十分困难的，在工程上通常采用近似计算。

(1) 平均断面法

假定两相邻断面间为一棱柱体，按平均断面法计算，其公式为：

?) （5.1） V ? ( A 1 A 2 ?L2式中：A1,A2—两相邻断面的断面面积；

L—两相邻断面的间距，即两相邻断面的桩号差 (2) 积距法

路基横断面面积为不规则的几何图形，计算方法有积距法、几何图形法、坐标法、方格法等多种方法。本设计采用积距法，积距法的原理是：按单位宽度b，把断面积切割成若干梯形与三角形条块，则每一小块面积为其平均高度hi与b的乘积。

总面积为：

F1?bh1,F2?bh......Fn?,bhn （5.2） 226

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F?bh1?bh2?......?bhn?b ?h （5.3）

ii?1n5.3.2 调配的原则

(1) 在半填半挖断面中，应首先考虑在本段内移挖作填进行横向平衡，然后再做纵向调配，以减少总的运输量；

(2) 路基填方如需路外借方，应结合地形、农田灌溉等情况选择借方地点；

(3) 综合考虑施工方法、运输条件、施工机械化程度和地形情况选用合理的经济运距；

(4) 在在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；

(5) 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，用于分析工程用土量是调运还是外借；

(6) 土方调配移挖作填固然要考虑经济运距的问题，但这不是唯一的因素，还要考虑弃方或借方占地，及对农业的影响。

5.3.3土石方调配要求

土石方调配是指路基挖方合理移用于填筑路堤以及适当的布置取土坑及弃土堆的土石方调配和运量计算的工作。

① 土石方调配应按先横向后纵向的次序进行。横向调配是指将本桩的多余的挖方纵向运至其他桩号填筑或将其他桩号的多余土石方运至本桩不足的填方进行填筑。

② 纵向调运的最远距离一般不小于经济运距。路基填方的土石来源，一是路上的纵向调运，二是就近在路基外借土。一般情况下，运距较近时纵向调运比较经济，但是，如果调运的距离较长，以至于运价超过了在附近借方的费用时，纵向移挖就不如借方经济了。按费用经济计算的纵向调运的最大限度叫经济运距。计算公式为5.4:

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Lj?BT?Lm (5.4)

式中:B—借方单价(元/m3)；

T—远运运费单价（元/m3．Km）

Lm—免费运距(km)。

在调配时，应综合考虑不同的施工方法、运输条件、施工机械化等情况，选择合理的经济运距。

③ 土石方调配的方向应考虑桥涵位置和路线纵坡对施工的影响。一般情况下不越深沟和少做上坡调运。

④ 借方弃方应与借土还田、整地建田相结合。尽量少占田地，减少对农业的影响。对于借土弃土应事先与当地商量。

⑤ 不同性质的土石应分别调配，调配时可以以石代土，但不能以土代石，以保证路基填方的质量。

5.3.4调配方法

土石方调配方法有多种，如累积曲线法、调配图法、表格调配法等。由于表格调配法不需要单独绘图，直接在土石方表上调配，具有方法简便、调配清晰的优点，是目前广泛采用的方法。

在土石方数量计算复核完毕后即可调配，但必须明确填挖情况、桥涵位置、纵坡、附近地形和施工方法，作到调配时心中有数。

首先进行横向调配，满足本桩号利用的需要，然后计算挖余和填缺的数量。

根据挖余和填缺的分布情况，可以大致看出调运的方向和数量，结合纵坡的情况和经济运距对利用方进行纵向调配，而后填方若有不足或挖余未尽利用，再选用废方或借土的合适地点，确定借方或废方数量。调配的结果示于土石方数量表上，并可按下式复核：

横向调运+纵向调运+借方＝填方

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横向调运+纵向调运+弃方＝挖方 挖方+借方＝填方+弃方 最后算得计价土石方数量，即：

计价土石方数量＝挖方数量+借方数量

本设计土石方数量如附图土方计算表所示。

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第六章 路基设计

路基是按照路线位置和一定技术要求修筑的带状构造物是路面的基础承受者，路面传递的行车荷载，它贯穿公路全线与桥梁隧道项链构成公路主体。在工程地质和水文地质条件良好的地段修筑的一般路基设计包括以下内容:

（1）确定路基类型； （2）路基宽度的确定； （3）路基高度的确定； （4）路基边坡坡度的选择； （5）路基压实标准的选择； （6）附属设施设计。

6.1 路基设计的一般要求

广西一级公路路基除横断面尺寸要符合设计标准外，还应满足下列基本要求：

(1) 具有足够的整体稳定性

路基是直接在地面上填筑或挖去一部分地面建成的。路基建成后，改变了原地面的天然平衡状态。在工程地质不良地区，修建路基则可能加剧原地面的不平衡状态；开挖路堑使两侧边坡土体失去支撑力，可能导致边坡坍塌或滑坡；天然坡面特别是陡坡面上的路堤，可能因自重而下滑。对于上述种种情况，都必须因地制宜地采取一定措施来保证路基的整体稳定性。

(2) 具有足够的强度

公路上的行车荷载，通过路面传递给路基，对其产生一定的压力，路基自重及路面的重量也给予路基和地基一定压力。这些压力都可使路基产生一定的变形，使路面变形而遭到破坏，直接影响路面的使用品质。因此，要求路基应具有足够的强度，以保证外力作用下，不致产生超容许范围的

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变形。

(3) 具有足够的水稳定性

路基在地面水和地下水的作用下，其强度将显著的降低。特别是在季节性冰冻地区，由于水温状况的变化，路基将发生周期性冻融作用，使路基强度急剧下降。因此，对路基不仅要求其具有足够的强度，而且还应保证在最不利的水温状况下，强度不至于显著的降低，以使路面处于正常稳定状态，也即要求路基具有足够的水温稳定性。

6.2路基的基本构造与设计

通常根据公路路线设计确定的路基标高与天然地面标高是不同的，路基设计标高低于天然地面标高时，需进行挖掘；路基设计标高高于天然地面标高时，需进行填筑。由于填挖情况的不同路基横断面的典型形式，可归纳为路堤、路堑和填挖结合等三种类型。路堤是指全部用岩土填筑而成的路基，路堑是指全部在天然地面开挖而的路基，此两者是路基的基本类型。当天然地面横坡大，且路基较宽，需要一侧开挖而另一侧填筑时，为填挖结合路基，也称为半填半挖路基。

6.2.1 路基宽度的确定

路基宽度为行车道路面及其两侧路肩宽度之和。技术等级高的公路，设有中间带、路缘石、变速车道、爬坡车道、紧急停车带等，均应包括在路基宽度范围内。路基占用土地，是公路通过农田或用地受限制地区时的突出问题，建路占地必需综合规划，讲究经济效益，农业与交通相互促进。公路建设应尽可能利用非农业用地，少占农田，并尽量使填挖平衡，减少高填深挖，利用植物防护，绿化与美化路基，防止水土流失，维护生态平衡。

《规范》规定的高等级公路路基宽度如表6.1所示：

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表6.1 高等级公路路基宽度

公路等级 设计速度（Km/h） 车道数 路基宽度 一般值 最小值 采用值 8 45.0 42.0 120 6 34.5 — 4 28.0 26.0 8 44.0 41.0 高速公路、一级公路 100 6 33.5 — 26 4 26.0 24.5 6 32.0 — 80 4 60 4 24.5 23.0 21.5 20.0 注：“一般值”为正常情况下的采用值；“最小值”为条件受限制时可采用。

根据《规范》规定，并结合考虑该公路的等级及修建条件，决定按设计速度100Km/h的双向四车道路基宽度一般值取用（26m）。

6.2.2 路基高度

路基高度是指路堤的填筑高度加上路面结构厚度或路堑的开挖深度，它是道路中桩原地面与路基设计标高的相差值，称为路基填挖高度或施工高度。路基的填挖高度是在路线纵断面设计时，综合考虑路线纵坡要求、路基稳定性和工程经济等因素确定的。从路基的强度和稳定性要求出发，路基上部土层应处于干燥或中湿状态，路基高度应根据临界高度并结合公路沿线具体条件和排水及防护措施确定路基的最小填土高度。路基最小填土高度见表6.2所示：

表6.2 土质路基最小填土高度

路 基 土 组 成 最小填土高(m) 砂 类 土 0.3~0.5 粉 质 土 0.5~0.8 粘 质 土 0.4~0.7 沿河及受水浸淹的路基，其高度应根据技术标准所规定的设计洪水频率，求得设计水位，再加0.5m的余量。《公路路基设计规范》（JTG D30——97）（下文均以规范统称）规定的路基设计洪水频率见表6.3所示：

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表6.3 路基设计洪水频率

公路等级 设计洪水频率 高速公路 1/100 一级 1/100 二级 1/50 三级 1/25 四级 视具体情况而定 6.2.3 路基边坡坡度

路基边坡坡度对路基稳定性十分重要，确定路基边坡坡度是路基设计的重要任务。公路路基的边坡坡度，可用边坡高度H与边坡宽度b之比值表示，并取H=1，通常用1：n（路堑）或1：m（路堤）表示其坡率，称为边坡坡率。

路基边坡坡度的大小，取决于边坡的土质、岩石的性质及水文地质条件等自然因素和边坡的高度。在较陡或填挖较大的路段，边坡稳定不仅影响到土石方工程量和施工难易，而且是路基整体稳定性的关键。因此，确定边坡坡度对于路基稳定性和工程的经济合理性至关重要。 （1）路堤边坡坡度

一般路堤边坡坡度可根据填料种类和边坡高度按表6.4所列的坡度选用：

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表6.4 路堤边坡坡度表

边坡最大边坡坡度 填料种类 高度 全部高度 上部高度 下部高度 全部高度 上部高度 下部高度 粘质土、粉质土、 砂类土 砂、砾 卵石土、20 碎石土 不宜风化20 的块石 8 12 —— 01:01.3 01:01.5 12 8 —— 01:01.5 1.:1.75 12 —— —— 01:01.5 —— —— 20 8 12 —— 01:01.5 01:01.8 由于公路沿线有大量天然石料及路堑开挖的废石方，可供维护路堤边坡之用，又考虑到长远利益，尽量少占农田，边坡亦可用片石护坡，其中片石护坡的边坡坡度为1:0.5。 （2）路堑边坡

土质(包括粗粒土)路堑边坡，应根据边坡高度、土的密实程度、地下水和地面水的情况、土的成因及生成时代等因素，参照表6.5选定:

表6.5 土质挖方边坡坡度表

边 坡 高 度 密 实 程 度 <20 胶结 密实 中密 较松 1:0.3~1:05 1:0.5~1:0.75 1:0.75~1:1.25 1:1.0~1:1.5 20~30 1:05~1:0.75 1:0.75~1:1.0 1:1.0~1:1.5 1:1.5~1:1.75 该地区土质在密实程度上属中密，故挖方边坡坡度取：1：0.8。

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