土木工程毕业论文

黑龙江工程学院本科生毕业设计

第1章 绪 论

1.1 选题的目的及意义

本次的嘉（荫）萝（北）公路太平沟至跃进段两阶段初步设计位于嘉荫和萝北之间，嘉荫县位于黑龙江省东北部，小兴安岭北麓，隔黑龙江与俄罗斯与远东隔江相望。边境线长249公里，被国务院批准为国际客货运输口岸、江海联运港口和对外国人开放地区。萝北位于黑龙江省东北部，是亚洲最大的石墨矿床，林木种类繁多，也是我省的口岸城市，对俄贸易繁荣，萝北自然生态景观独特，有名山旅游经济开发区、龙江三峡国家森林公园、望云峰滑雪场等名胜，随着当地经济的飞速发展，和旅游事业的兴旺，原来的公路已经远远不能要求，这两个城市都是重要的边境城市，在很多方面都有广阔的交流空间。一直以来，，随着当地经济的飞速发展，和旅游事业的兴旺，原来的公路已经远远不能要求，因此，经过有关部门的研究，决定在此两地间修建一条公路，促进两个城市之间的资源流通，信息共享，共同发展，减小地区经济差异。根据两个城市的经济发展水平，以及沿线自然地形条件，远景交通量，公路建成后所承担的主要任务，拟修建二级公路，此公路的开通，对公路沿线的居民的出行及交通运输和大力发展当地的旅游事业，起着非常重要的作用，有利于当地的经济发展。

我国幅员辽阔，公路对我们生活意义非常重要。该路的修建可以提高沿线附近城镇的经济发展，拉动区域间的经济和文化交流。这条路修好之后一定会非常有利于两地之间的发展以及沿线城镇的发展！本次设计是在老师的具体指导下完成嘉（荫）萝（北）公路太平沟至跃进段两阶段初步设计任务，以达到对所学专业知识的巩固、深化与综合应用，使理论与实践相结合，全面提升自己的综合能力和素质。要求掌握路线设计、路基设计、路面设计、路线交叉设计、小桥涵设计以及工程概算设计等有关理论和具体设计方法，并能够运用计算机独立完成全部设计图表。为毕业后适应生产单位的实际工作需要打下坚实的基础。

1.2 设计任务及设计依据

1.2.1 设计任务

依据地形图完成给定路线的初步设计，包括：路线设计、路基设计、路面设计、小桥涵设计、路线平面交叉设计、应用计算机绘制工程图。 1.2.2 设计依据

设计本路的主要依据是沿线的自然情况和公路规范。本道路工程属于一般公路

1

黑龙江工程学院本科生毕业设计

建设，具体设计资料如下：

地形图，比例尺1：10000；等高距为10米；施工条件：两侧都可以取土，尽量采用机械施工，地形为山岭重丘区，按照中华人民共和国交通部颁布《公路工程技术标准》[2]《公路路线设计规范》[3]进行设计；设计年限为20年。

1.3 本公路的使用任务功能及建设意义

本公路主要用于连通嘉荫和萝北两个省内主要边境城市，以及沿线的小镇，带动该地区的经济发展。作为与俄罗斯远东经济交流的窗口，急需发展更完备的基础设施。所以建这条公路可以直接带动两地经济及文化的快速发展，对推动两地的发展能起到非常积极的作用。该公路位于我国的最东北部，对国防建设也有很积极的作用。可以保证人民的安居乐业。

1.4 路线概况

本路线设计为二级公路，设计速度为60km/h，路线位于山岭重丘区，所以道路比较曲折，曲线比较多，本次设计的路线共有9个交点，根据交点处的特殊地形分别设置了不同的平曲线，其中包括四个特殊的曲线，一个卵形，两个S形，一个非对称。为了使公路排水通畅，免受水的危害，该路线上设置了十个涵洞，沿线还设了边沟，截水沟和排水沟及渗沟。

查《公路自然区划标准》[1]路线位于黑龙江省北部地区，属于山岭重丘区，地表植被为人工林和次生林，地势起伏较大。公路自然区划为Ⅰ2区，属寒温带大陆性季风气候区，冬季受极地大陆气团控制，严寒干燥。年平均气温1.5℃，历年极端最高气温37.7℃，极端最低气温-34.5℃，多年平均最大冻深0.8—2.5m。地貌类型为温润重丘，低山为主，其次为冲击平原和沼泽，地表切割深度大部为200—500cm，土质为粉质中液限粘土主要自然灾害为雪害，冻胀，翻浆，水毁。年降水量600—1200mm.整个设计所处路段位于山岭重丘区，地表排水畅通，不会形成长期地表积水。地下水位也较低，大多路段的路基不受地下水影响。

1.5 公路等级的确定及主要采用技术标准

1.5.1 确定公路等级：

Nd?N0(1?r)n?1 (1.1)

Nd—远景设计年平均日交通量（辆/日）；

—起始年平均日交通量（辆/日），包括现有交通量和道路建成后从其它道

N0路吸引过来的交通量；

r—年平均增长率（%）；

2

黑龙江工程学院本科生毕业设计

n—远景设计年限

交通量年平均增长率为7.2%，一般能适应各种车辆折合成小客车的年平均昼夜交量

N0?小型车+1.5?中型车+2.0?大型车＝3153Nd?3153(1?7.2%)15?1，=8284，

交通量在5000～15000之间，所以所选路段为二级公路。

该道路为二级公路，设计速度为60Km/h，采用普通水泥混凝土路面，设计基准期为20年，安全等级为三级，目标可靠度85%，目标可靠指标1.04，变异水平为中级，一般能适应各种车辆折合成小客车的年平均昼夜交通量为8284辆/日，在5000～15000之间，交通量年平均增长率为7.2%。 1.5.2 采用的技术标准

表1.1 技术指标选取表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 1111径 指 标 名 称 公路里程 计算行车速度 路基宽度 行车道宽度 硬路肩宽度（全幅） 土路肩宽度（全幅） 中央分隔带宽度 不设超高最小平曲线半最大纵坡 最小坡长 凸形竖曲线最小半径 凹形竖曲线最小半径 竖曲线最小长度 设计洪水频率 单 位 Km Km/h m m m m m m % m m m m — （含名山支线） 7.34 60 10.0 2×3.5 2×0.75 2×0.75 0 1500 6 150 3000 3000 90 1/50

4 3

黑龙江工程学院本科生毕业设计

第2章 路 线

2.1 路线方案的说明和比较

2.1.1 路线方案说明

本路线总长7.34公里，地形比较复杂，道路比较崎岖，设置的平曲线较多，而且由于地形比较复杂，所以特殊地区采用了一般最小半径。由于路线所处地区处于山岭重丘区，很多地方容易汇水，所以设计了良好的排水设施，共10个涵洞，沿线都设计了边沟，截水沟和排水沟。由于某些路段地质条件不好，所以需要对特殊地基需要进行处理，常见的有基底处理，清草皮，砍挖树根，自然横坡较陡时地面需要挖台阶，湿软地基处理，路基加宽填筑，防护与加固工程等。 2.1.2 路线方案的比选

如有路线局部方案，应分别进行定线设计，经论证比较定出推荐方案，路线方案比较选择主要考虑下列因素，路线长度；平.纵面线形指标的高低及配合情况；占地面积；工程数量（路基土石工程数量，桥梁涵洞）等。

对路线方案作深入、细致的研究，在多方案论证、比选的基础上，选定最优方案。本段路起讫点已定（N=5277830，E=22437000，高程为360米），终点（N=5277700，E=22442550，高程为450），经分析比较，确定两个方案，即方案一，方案二。方案一是沿河线，沿线高程一直增加，途中没有遇到垭口，所以从头到尾都是从低到高得走向。线路虽然比较平缓，但是线性过于普通无法满足特殊线性设计要求，临河一侧受洪水威胁大，需做防护工程。方案二是走一段谷地然后沿山腰经过垭口，再进入谷底平坦地带，全程高程呈先升高后降低再升高，可取到较好的线形和最优的设计，满足特殊线形设计要求，又方案一线路长于方案二，所以选择方案二。

2.2 路线平面线形设计

2.2.1 定线的原则和方法

1、一般原则

(1)道路平面位置应按照道路总体规划道路网布设。

(2)道路平面线形设计应与地形、地质、水文等结合，并综合考虑公路的平面、纵断面、横断面三者间关系，做到平面顺适、纵断面均衡、横断面合理。

(3)路线设计必须贯彻执行加强环境保护和合理利用土地资源的基本国策，在确定路基、路面、桥梁、隧道、交叉、交通工程及沿线设施等人工构造物的结构形式、布设位置、取弃土场、征用土地等设计中，应减少因修建公路给沿线生态带来

4

黑龙江工程学院本科生毕业设计

的影响，并结合绿化或采取相应工程措施，协调、改善人工构造物与沿线自然景观间的配合，提高公路环境质量。

(4)平面线形必须与地形、地物、环境、景观等相协调，同时应注意线形的连续与均衡性，并同纵断面相互配合。

根据?公路路线设计规范?[3]（JTG D20—2006）规定，应满足直线最小长度的规定，其最小长度为：当计算行车速度≥60km/h时，同向曲线间最小直线长度不小于行车速度的6倍为宜；反向曲线间最小直线长度不小于行车速度的2倍为宜。对于本路段，计算行车速度为60km/h，同向曲线间最小直线长度不小于360m；反向曲线间最小直线长度不小于120m。

2、定线的方法

根据给定的起终点，分析其航空（直线）距离和所需的展线长度，选择合适的中间控制点。在路线各种可能的走向中，初步拟定可行的路线方案，（如果有可行的局部路线方案，应进行比较确定），然后进行纸上定线。

(1)在1：10000的小比例尺地形图上在起，终控制点间研究路线的总体布局，找出中间控制点。根据相邻控制点间的地形、地貌、地质、农田等分布情况，选择地势平缓山坡顺直的地带，拟定路线各种可行方案。

对于山岭重丘地形，定线时应以纵坡度为主导；对于平原微丘区域（即地形平坦）地面自然坡度较小，纵坡度不受控制的地带，选线以路线平面线形为主导。最终合理确定出公路中线的位置（定出交点）。

(2)山岭区地形的选线步骤 a 试坡

由《道路勘测设计》[10]198定导向线。在山岭重丘地带，根据等高线间距和所选定的平均纵坡（视路线高差大小，一般选5%～5.5%之间）按计算得等高线间平均长度a(a=等高距/平均纵坡)

a?h/i平均 (2.1)

式中：

a—相邻等高线间平距

i平均—山岭重丘区二级公路平均纵坡为5%

h—地形图上的等高距为10m

所以，a=10/0.05=20m，在1：10000的地形图上，a=2cm。 将各点连成折线，即均坡线。 b 定导向线

5

黑龙江工程学院本科生毕业设计

分析这条均坡线对地形、地物等艰苦工程和不良地质的避让情况。如有不合理之处，应选择出须避让的中间控制点，调整平均纵坡，重新试坡。经过调整后得出的折线，称为导向线。

c 平面试线

穿直线：按照“照顾多数，保证重点”的原则综合考虑平面线形设计的要求，穿线交点，初定路线导线（初定出交点）。

敷设曲线：按照路中线计划通过部位选取且注明各弯道的圆曲线的长度。平面试线中要考虑平、纵、横配合，满足线形设计和《公路路线设计规范》[3]的规定和要求，综合分析地形、地物等情况，穿出直线并选定曲线半径。

d 修正导向线

纵断面控制：在平面试线的基础上点绘出粗略纵断面地形线，（可用分规直接在图纸上量距，确定地面标高），进行初步纵坡设计，并根据纵坡设计情况修正平面线形。横断面较核：根据初步纵坡设计，计算出路基填挖高度，绘出工程困难地段的路基横断面图（如地面横坡陡或工程地质不良地段等），根据路基横断面的情

e 定线

经过几次修正后，最终确定出满足《公路路线设计规范》[3]要求，平纵线型都比较合适的路线导线（最终定出交点位置）。

根据?公路路线设计规范?[3]规定，二级公路山岭重丘区最大纵坡为6%，最小坡长限制为150m，最大坡长视其具体坡度而定。二级公路山岭重丘区最大容许合成坡度为9%。当陡坡于与小半径平曲线重迭时，在条件允许的情况下，宜采用较小的合成坡度，特别是在冬季路面有积雪结冰的地区，其合成坡度必须小于8%。为保证路面排水迅速，各级公路的最小合成坡度不宜小于0.5%，在超高过渡的变化处，合成坡度不应设计为零。任意连续3000m路段范围内的平均纵坡不宜大于5.5%。

根据以上规定，结合路线起讫点，桥涵等控制点的高程，兼顾平、纵线形的协调和经济进行拉坡。

(3) 确定各平曲线半径及缓和曲线长度

圆曲线能够较好地适应地形的变化，并可以获得圆滑的线形，在与地形、地物等条件相适应的前提下，宜尽可能采用较大曲线半径，以优化线形和改善行车条件,确定圆曲线半径时，应注意以下几点。

a 在条件许可时，争取选用不设超高的圆曲线半径。

b 在一般情况下，宜采用极限最小半径的4至6倍或超高横坡度为2%至4%的

况修平面线形。

6

黑龙江工程学院本科生毕业设计

圆曲线半径。

c 当地形条件受到限制时，曲线半径应尽量大于或接近于一般最小半径。 d 在自然条件特殊困难或受其他条件严格限制而不得已时，方可采用圆曲线的极限最小半径。

e 圆曲线的最大半径不宜超过10000m。

缓和曲线的作用是：曲率逐渐变化，便于驾驶操作；离心加速度逐渐变化，消除了离心力突变；为设置超高和加宽提供过度段；与圆曲线配合得当，美化线形。缓和曲线一般采用回旋线。

(4)基本型曲线计算

由《道路勘测设计》[10]70中公式，平曲线各要素曲线主点桩号以确定平曲线各要素以计算例如对于交点(JD7K75+094.532) ?=94.4301，Ls=150m，R=300m.

图2.1 基本型

曲线内移值p

4L2Lsp?s?=3.125m (2.2) 324R2384R切线增值q

q?Ls?75m (2.3) 2切线长Th

7

黑龙江工程学院本科生毕业设计

Th?(R?p)tg?/2?q=404.167m (2.4)

曲线总长Lh

Lh??R?/180?Ls=645.685m (2.5)

外距Eh

Eh?(R?p)sec?/2?R=147.477m (2.6)

校正值Jh

Jh?2Th?Lh=162.649m (2.7)

计算出个主点里程桩号 主点里程桩号计算

ZH?JD?Th?K75?094.532?404.167?K74?690.365HY?ZH?Ls?K74?690.365?150?K74?840.365 (2.8)

(2.9)

(2.10)

YH?HY?(Lh?2Ls)?K74?840.365?346.685?K75?186.05HZ?YH?Ls?K75?186.05?150?K76?336.05 (2.11)

(2.12)

QZ?HZ?Lh/2?K76?336.05?322.8425?K76?13.2075JD?QZ?Jh/2?k76?13.2075?81.3245?k75?094.532 (2.13)

校正后的交点应与原来的交点相符 (5)坐标计算

完成路线平面设计以后，按照要求及时绘制各种图纸和表格，填写《直线曲线及转角表》，《逐桩坐标表》。导线坐标按导线测量的方法，首先计算各交点坐标，依次推算各直线点坐标，曲线坐标按曲线坐标公式计算，由《道路勘测设计》[9]170

坐标公式如下：

图2.2 中桩坐标计算示意图

8

黑龙江工程学院本科生毕业设计

设交点坐标为JD(XJ，TJ)，交点相邻方位角分别为A1和A2，则： ZH(或ZY)点坐标：

XZH?XJ?Tcos(A1?180)YZH?YJ?Tsin(A1?180) (2.14)

(2.15)

HZ(或YZ)点坐标：

XZH?XJ?TcosA2YZH?YJ?TsinA2 (2.16)

(2.17)

设直线上加桩里程为L，ZH、HZ表示曲线起、终点里程，则前直线上任一点坐标(L≤ZH)

X?XJ?(T?ZH?L)cos(A1?180) (2.18) Y?YJ?(T?ZH?L)sin(A1?180) (2.19)

后直线上任点坐标：

X?XJ?(T?ZH?L)cosA2Y?YJ?(T?ZH?L)sinA2 (2.20)

(2.21)

单曲线内中桩坐标计算： 曲线上任意点的切线横距：

x?l?l540R2Ls2l9l13???? (2.22) 44663456RLs599040RLs式中：l—缓和曲线上任意点至ZH或HZ的曲线长。 第一缓和曲线上任意点坐标：

X?XZHY?YZH?30l2??30l2?x/cos???LR??cos??A1???RLs?s???30l2??30l2?x/cos???LR??sin??A1???RLs?s????? (2.23) ???? (2.24) ?圆曲线上任意点坐标： 由HY~YH时：

X?XHY?2Rsin(90(l?Ls)?90l?)cos?A1?180???R?R??? (2.25) 90(l?Ls)?90l?)sin?A1?180???R?R??? (2.26)

Y?YHY?2Rsin( 9

黑龙江工程学院本科生毕业设计

由YH—HY时：

90(l?Ls)?90l?X?XYH?2Rsin()cos?A2?180???R?R??? (2.27) Y?YYH?2Rsin(90(l?Ls)?90l?)sin?A2?180???R?R??? (2.28)

???? (2.29) ???? (2.30)

第二缓和曲线上任意点坐标：

X?XHZ?30l2??30l2?x/cos???LR??cos??A2?180???RLs?s???30l2??30l2?x/cos???LR??sin??A2?180???RLs?s??Y?YHZ(6) 弯道视距的检查

对于曲线内侧受建筑物树木路堑边坡等限制较严的弯道应进行视距检查，对于需要进行工程处理来保持视距的弯道绘出视距包络图。 2.2.2定线具体过程

1、定均坡线

用2cm的长度在图纸上卡线，然后将各个点连接成折线。本设计中卡出了两条路线，即两种方案。

2、初定导向线

按照“照顾多数，保证重点”的原则综合考虑平面线形设计的要求，穿线交点，初定路线导线（初定出交点）。方案一共交出了9个交点。

3、粗略设计

大略先设计一下各个交点处应该设计的平曲线的半径。下面以方案一为例，具体说明一下这个过程。本设计的方案一中：

交点1处半径采用一般最小半径200m，主要是考虑到交点2与交点3是一个S型曲线，所以交点1与交点2之间要保持2倍速度的距离即120m，所以采用了一般最小半径。

交点2与交点3形成S型曲线，交点2与交点3形成S型曲线可以使线路很好的跨越河流。

交点4做非对称基本型，与前后两交点较远，只考虑与水沟的距离，所以选用300米的半径。

交点5和交点6之间距离较近，又距离前后交点很远，有交点5转角较小，适宜

10

黑龙江工程学院本科生毕业设计

做较大半径曲线，所以交点5与交点6可以做成卵形曲线。

交点7在平坦的谷地，做成一般基本型曲线。

交点8和交点9处在谷底，等高线比较稀疏，而且地形比较开阔，所以设计成S型曲线，有利与跨河。

4、点绘纵断面

将设计好的路线粗略点绘在纵断面图上（直线五十米一个桩曲线二十五米一个桩），然后按照要求进行拉坡设计，检查出大填大挖的地方然后在平面图上进行修正，方法是将路线抬高一个等高线或降低一个等高线。

经矢量化后从新精确点绘地面线，同时将涵洞的设计考虑了进去，发现K72+825处有一跨水沟处需要设涵，为设涵采用了6%的极限坡度，为保持线性垭口处采用了2.15%的坡度，垭口处进行了大挖。 2.2.3 特殊线形设计方法

在特殊的地段，由于地形比较复杂，需要设计一些特殊的线形，比如卵形，S形，非对称形等等，具体设置哪种线形需要根据具体地形具体情况来定，下面就逐一列举一些本设计中出现的特殊线形。

1、卵型曲线

两个不同半径的的圆曲线，当半径相差较大时，按设计规范要求，应在两 曲线之间加入一段缓和曲线以使曲率渐变。这样在圆曲线两端和中间均设缓和曲线的时构成卵型曲线。

由《道路勘测设计》[10]68卵型曲线使用条件：

R2?A?R22 (2.31) 0.2?

R2?0.8R1 (2.32)

0.003?D?0.03R2 (2.33)

11

黑龙江工程学院本科生毕业设计

图2.3 卵型曲线

例如本设计中JD5，JD6构成卵型

交点桩号为K73+821.474，偏角为右23°09′57″ 交点桩号为K74+188.216，偏角为右62°38′26″ 设R1?R2

拟取R1?700m Ls1=150 m(与后曲线相接)

L2p1?s1=1.339m

24R1q1?Ls1=75m 2L1?(R2?P09?57?/2)=143.746m (2.34) 1)tan?1/2?(700?1.339)tan(23?　由L1~2=366.74m

L2?L1~2?L1=366.74-143.746=222.994m (2.35)

L2?(R2?P2)tan?2/2?(R2?1402/24?R2)tan(62?39'26''/2)?222.994 (2.36)

20.608R2?222.994R2?570.463?0

(2.37)

R2?363.896m L2p2?s2?2.574m

24R1q2?

Ls2=75m 212

黑龙江工程学院本科生毕业设计

D?p2?p1?1.235m (2.38)

D/R2?0.00339在0.003~0.03之间，满足要求。

RF?R1R2?759.158m (2.39)

R2?R1AF?424DR3?337.457m (2.40)

R2/2?AF?R2，满足要求。

LF?24DR?150m (2.41)

LY1??1R1?/180?LS1/2?LF/2?132.881m (2.42) LY2??2R2?/180?LS2/2?LF/2?247.961m (2.43) Th1?(R1?p1)tan?1/2?q1?218.746=218.746m (2.44) Th2?(R2?p2)tan(?2/2)?q2=298.174m (2.45) Lh?Ls1?LY1?LY?LY2?Ls2=830.842m (2.46) Eh1?(R1?P1)Sec?1/2?R1?15.919m (2.47) Eh2?(R2?P2)Sec?2/2?R2?65.138m (2.48) Jh?Th1?Th2?L1~2?Lh?52.818m (2.49)

2、S型曲线

两个反向圆曲线用回旋线连接的组合，两个曲线间插的距离不宜太长，两个圆的半径差别也不能太大，小圆半径与大圆半径之比应在1～1/3之间。S型曲线一般设计在反向圆曲线间所夹的直线长度无法满足规范要求时。

13

黑龙江工程学院本科生毕业设计

图2.4 S型曲线

例如JD8，JD9组成S型

交点桩号为K76+100.567，偏角为左44°09′07″ 交点桩号为K76+654.099，偏角为右47°17′48″ 交点间距L=572.713m R2=400m Ls2 =200m

(1)设计曲线2的半径和缓和曲线长度

p2?L2s2/24R1?1.042m

q2?LS2/2q2=100m

?(2/2)?q2=263.24m Th2?(R2?p2)tanTh1?L?Th2?309.473m

拟R1=500 m

R1/R2=400/500=0.8在1到1/3之间

3q1?Ls1/2?L3500 s1/240R1=Ls1/2-Ls1/240×

2p1?L2500 s1/24R1?Ls2/24×

Th1?(R1?p1)tan(?1/2)?q1?(500?Ls2/24?500)tan(47?17?48?)?Ls1/2?L3s1/240?500 由上两式解得取整Ls1 =170m

(2)验算曲线1的缓和曲线长度

14

黑龙江工程学院本科生毕业设计

分别按离心加速度的变化率、驾驶员的操作及反应时间、超高渐变率及视觉条件等进行验算，可知Ls1=170m均满足要求（演算过程略）。

(3)S型平曲线使用条件验算

A2=( R2Ls2 ) 1/2=(400×200) 1/2=282.843 (2.50) A1=( R1 Ls1 ) 1/2=(500×170) 1/2=291.548 (2.51)

A1/A2=291.548/282.843=1.03<1.5，满足要求。

q1?Ls1/2?170/2=85m

p1?L2s1/24R1?1702/(24?500)=2.408m

?( Th1?(R1?p1)tan1/2)?q1=（500+2.408）tan(47°17′48″/2) + 85=305m

?L?L?Th1?Th2?4.473?(A1?A2)/40=14.36m

各项验算满足要求。

因此，R1?500m和Ls1?170m是符合要求的一组解。若想使?L?0，即两曲线首尾相接（HZ1?HZ2），可根据缓和曲线长度的增减约为切线长度增减的1/2的关系，令

Ls2?170?2?4.473?178.946m

则两曲线径相连接。 3、非对称型平曲线

在公路平曲线设计中，一般情况下圆曲线两端的缓和曲线长度相等，但由于地形条件的限制或线形设计的需要，圆曲线两端的缓和曲线也可以长度不相等，称为非对称型平曲线。

15

黑龙江工程学院本科生毕业设计

图2.5 非对称型曲线

例如本设计JD4构成非对称型：

交点桩号为K72+794.492，偏角为左95°10′38″ R=300，Ls1?55m，Ls2?70m。

?0.42m24Rls1q1??27.5m2ls22p2?q2?0.681m24Rlq2?s2?35m2

1p1?ls2?1?ls12Rls2?180???90ls1?R=5°15′17″ (2.52) 90ls2?R=6°41′16″ (2.53)

?2?2R?180?过圆心O分别做两切线平行线OD和OE。

Th1?q1?AD?DCTh2?q2?BE?EC (2.54)

根据几何关系得：

16

黑龙江工程学院本科生毕业设计

DC?(R?p2)/sin?? (2.55) CE?(R?p1)/sinTh1?356.64m,Th2?363.894m

Lh?(???1??2)?R/180?Ls1?Ls2?560.595m (2.56) Jh?Th1?Th2?Lh?(356.64?363.894)?560.595?159.939m (2.57)

本设计中交点4处采用了非对称型平曲线 2.2.4 路线布设中遇到的主要问题和处理措施

由于本路线位于山岭重丘区，其特征是宽脊低岭，山岭连绵，分水岭多，垭口不高，常存在路路可通的情况。丘陵区选线，一般按地形大势来确定它的走线，合理的方案往往不是最直最短的路线。因为丘陵区路线平、纵、横三方面制约较严，短路线会造成高填深切，工程量大，占田过多，破坏自然景观和生态平衡。但也不是随地形变化而变化，不填不切过分曲折起伏频繁的路线，从而使行车条件恶化，达不到公路使用性质和任务的要求。

在本设计中遇到的主要问题是，特殊线形的布设，特别是S型曲线和卵型曲线半径的取值。满足线形的限制条件。必须反复调整。过河沟时为跨河可采用特殊线形，所以在线路的开始和结束的谷地采用了S型曲线。

2.3 纵断面设计

2.3.1 纵断面设计的原则和方法

1、纵断面设计的原则

(1)纵坡设计必须满足《公路路线设计规范》[3]中的各项规定。

(2)为保证汽车能在一定的车速安全的行驶，纵坡应具有一定的平顺性，起伏不宜过大和过于频繁。丘陵区地形的纵坡应避免过分迁就地形而起伏大。山区的越岭线应避免采用极限纵坡，缓和坡段应自然的配合地形设置，在连续采用极限长度的陡坡之间，不宜插入最短的缓和坡段，以争取较均匀的纵坡。

(3)纵坡设计时，应对沿线的地形、地质、水文、气候等自然条件综合考虑，根据不同的具体情况妥善处理，以保证公路的通畅和稳定。

(4)纵坡设计应考虑填挖平衡，并尽量利用挖方运作就近路段填方，以降低工程造价.

2、纵断面设计的方法

(1)点绘地面线

根据各里程桩号及对应的地面高程，横向比例尺为1:2000，纵向1:200，点绘路线纵断面图的地面线。

17

黑龙江工程学院本科生毕业设计

(2)拉坡调坡定坡

确定设计高程时，应根据技术标准规定公路的最大纵坡、限制坡长、纵坡折减、合成坡等，并结合路线起点、桥隧、交叉口、越岭线垭口、沿溪线水位等控制点和经济点的高程，确定出公路路线纵断面设计线。该设计线必须满足技术标准，又尽 可能照顾平、纵在线形的协调。同时还是最经济的设计。 (3)确定纵坡度变坡点的位置

高程纵断面设计线不宜太碎，应保证最小坡长要求，变坡点高程精确到小数点后三位，中桩精度小数点后三位。坡度值为0.00%。

(4)纵断面图的详细设计

选取各变坡点处竖曲线半径：计算各竖曲线要素。根据设计资料绘制出路线中桩点的地面线，并写出纵断面设计图的地质土壤情况，地面标高里程桩号，桥涵位置，孔径，结构类型；水准点的高程和位置坡度，填挖高度，与公路交叉的位置。纵坡设计应考虑汽车的性能。有利于安全、提高车速、减少大气污染。应当避免出现小于0.3%的不利于排水的纵坡度。

(5)平竖曲线的组合

《公路路线设计规范》[3]规定计算行车速度≥60Km/h的公路，必须注重平、纵线形的合理组合。不仅应满足汽车运动学和力学的要求，而且应充分考虑驾驶者在视觉和心理方面的要求。

基本要求如下：

a 平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线，即“平包纵”。 b 合成坡度的控制应与线形组合设计相结合。有条件时，一般最大合成坡度不宜大于8%，冰雪严寒地区不宜大于6%，最小合成坡度不小于0.5%。

c 计算行车速度≥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。

d 直线段内不能插入短的竖曲线。 e 小半径竖曲线不宜与缓和曲线相互重迭。

f 避免在长直线上设置陡坡及曲线长度短、半径小的凹形竖曲线。

全线设计基本满足平、纵配合的要求.在平曲线处，满足“平包纵”的要求。 (6)设计竖曲线

在纵坡变更处设竖曲线，竖曲线采用抛物线形式。

由《公路路线设计规范》[3]查的主要技术经济指标。《公路路线设计规范》[3]规定，级公路山岭重丘区凸形竖曲线最小半径为2000m。极限最小半径为1400m；凹

18

黑龙江工程学院本科生毕业设计

形竖曲线最小半径为1500m，极限最小半径为1000m。竖曲线最小长度为50m。

竖曲线设计完成之后，应计算其竖曲线要素，具体数值见路线纵断面图。现将计算公式摘录如下所示：

L?R? (2.58)

??i2?i1 (2.59) T?L/R?R?/2 (2.60)

E?T2/2R (2.61)

式中：

R—竖曲线半径；m T—竖曲线切线长；m E—外距；m

i2—前段坡线坡度 i1—后段坡线坡度

当??0时为凹型竖曲线；??0时为凸型竖曲线。 例：i1?0.91%i2?5%

变坡点桩号 变坡点高程 R L T E

K70+700 376 5000 204.5 102.25 1.05 竖曲线起点高程=变坡点高程?T

注：起点位于上坡段取负；起点位于下坡段取正

切线高程=竖曲线起点高程?ix 设计高程=切线高程?h 填挖高度=设计点高程-地面高程 注：凹型竖曲线取正；凸型竖曲线取负；

x—计算点到竖曲线起点距离

i—坡线的中纵坡度；上坡取正；下坡取负； h—竖曲线上任意点的距离 2.3.2 纵断面设计的具体过程

K70+000.00～K70+700.00之间，K70+000地面高成为360m，K70+700处地面高成为370m，平均纵坡为1.43％，设计中采用0.91％的坡。

K70+700.00～K71+500.00之间，地面线的平均纵坡是5.13％，设计中采用5.00%的坡。

19

黑龙江工程学院本科生毕业设计

K71+500.00～K72+400.00之间，由于前800m采用了较大的纵坡，所以这900m设置缓和坡段，地面线的平均纵坡是3.48%，设计中采用3.00%的坡。

K72+400.00～K73+000.00之间，地面线的平均纵坡为6.13％，但在K72+825处有一涵洞，为了满足涵洞的填土要求，在这600m设置6.00%的纵坡。

K73+000.00～K73+820.00之间，由于前一段采用6.00%的极限纵坡，所以要接一缓和坡段，此段经过垭口所以可以进行大挖，所以在此820m采用-2.15%的纵坡。

K73+820.00～K74+500.00之间，地面线比较陡，为了尽量减少填挖方，此680m采用-5.47％的坡度。

K74+500.00～K75+000.00之间，前一个坡为5.47%，所以此500m采用-2.80%的坡。

K75+000.00～K76+100.00之间，谷地比较平坦，所以在此600m范围内采用1.44%的纵坡。

K76+100.00～K77+341.51之间，地势比较平坦，此路段内采用2.18％的纵坡。 在各个变坡点处设置合理的竖曲线，计算出竖曲线的各个要素。在设计竖曲线的时候主要考虑填挖方的问题以及与相邻变坡点处竖曲线的衔接问题。 2.3.3 纵断面设计中遇到的主要问题及解决方法

纵断面设计中遇到的主要问题是地面线坡度太陡，必须采用极限纵坡。平纵组合不易满足，但对本设计而言，由于设计速度为60Km/h，处于一个临界状态，而且，本段路线的地形比较复杂，而且是属于山岭重丘区，在本设计中，采用的极限纵坡比较多，这就导致在陡坡后要接缓和段，所以在垭口处采用了大挖，设置了-2.15%缓坡使纵断面合理。

20

黑龙江工程学院本科生毕业设计

2.4 本章小结

通过认真了解和学习规范和书本知识，结合公路CAD线形辅助设计软件和纬地5.83版软件完成平纵面的设计。本路线处于山岭重丘区，地形比较复杂崎岖，路线也比较复杂曲折。作为线形组的成员，在平面设计这块考虑的东西最多，既要考虑平曲线之间的衔接问题还要设计出自己有自己特色的卵型曲线和S型曲线。纵断面设计方面，虽然我的设计速度为60Km/h，理应考虑平纵组合的问题。

公路的平面线形，由于其位置受社会经济，自然地理和技术条件等因素的制约，公路从起点到终点在平面上不可能是一条直线，而是由多段直线和曲线段组合而成。既要保证汽车在公路上能安全，顺适的行驶，还要使得线形与地形地物地貌结合好。

公路的纵断面设计受地形，地物，地质，水文等自然因素的影响以及满足经济性的要求，公路路线在纵断面上不可能是一条水平线，而是一条起伏的空间曲线。纵断面设计的主要任务就是根据汽车的动力性能，公路的等级和性质，当地的自然地理条件以及工程经济等，来研究这条空间路线的纵坡大小及其长度，这是公路设计的重要内容之一，而且将之间影响到行车的安全和迅速，工程造价，运营费用和乘客的舒适程度。

21

黑龙江工程学院本科生毕业设计

第3章 路基路面及排水

路基是公路的重要组成部分，它是按照路线位置和一定技术要求修筑的带状构造物，承受由路面传来的荷载，必须具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性，中期设计在公路设计中占有重要的地位。

3.1 路基设计

3.1.1 路基横断面布置及加宽超高方案

1、路基横断面布置

由于路基填挖情况不同，路基横断面的典型形式可以归纳为路堤，路堑和半填半挖等三种类型。路堤是指原地面上全部用土填筑而成的路基；路堑在原地面上开挖而成的路基，当天然地面横坡度较大、且路基较宽时，需要另一侧开挖另一侧填筑时，为填挖结合路基。在丘陵或山区公路上，填挖结合是路基横断面的主要形式。

路基的附属设施有取土坑，弃土堆，护坡道，碎落台，堆料坪及错车道等，这些设施是路基设计的组成部分，为了确保路基的强度，稳定性，和行车安全，正确合理地设置是十分重要的。

2、加宽方案

根据规范要求，当半径小于等于250m时，为了保证车的安全，曲线段上的正常宽度应做适当的加宽，半径大于250m时不加宽。一般在弯道内侧圆曲线范围内设置全加宽。

加宽的过分三种：按比例加宽，高等级公路加宽缓和段，回旋线过渡，插入二次抛物线过渡。本设计采用按比例加宽方式。

公式如下：

bx?Lx?b/LjLj?Lc?Ls (3.1)

(3.2)

式中：

bx—加宽缓和段任意一点的加宽值m；

b—圆曲线全加宽值；m

LxLj—加宽缓和段任意一点到缓和段起点的距离；m —加宽缓和段长度；m

3、超高方案

22

黑龙江工程学院本科生毕业设计

二级公路，当平曲线半径小于1500m时为让汽车在曲线上行驶时能够获得一个指向曲线圆心的横向分力，以克服离心力对行车的影响应设置超高。

(1) 本设计中超高的设置方法采用的是绕未加宽的内侧车道边缘旋转的方法，超高的形成过程包括提肩阶段、双坡阶段和旋转阶段。

其计算例如下： 圆曲线上

h外?bjij?(bj?B)ihh中?bjij?B/2ih

过度段上

h外?Xhc/Ls(3.3)(3.4)h内?bjij?bjih (3.5)

(3.6)

h中?bjij?B/2iG(X?X0)或?bjij?(B/2)Xhc/Lh(X?X0) (3.7)

式中：

h内?bjij?bjiG(X?X0)或?bjij?bjXhc/Ls(X?X0) (3.8)

a—路肩宽度 B—路面宽度

Ij—路肩横坡 —路拱横坡 —超高横坡

IGIh(2) 超高设计图的绘制

a按比例绘制一条水平基线，代表中心线，并认为基线路面横披是为零。 b绘制两侧路面边缘线，路边缘线离开基线的距离，代表横披度的大小。 c标注路面路肩横披度，向前进方向右侧斜的路拱横向坡度为正，向左倾斜为负。

3.1.2 路基横断面形状及尺寸拟定

1、路基的横断面形状有三种，全填，全挖和半填半挖。

2、根据《公路工程技术标准》[2]JTGB01-2003 规定二级公路，山岭区的有关技术标准

23

黑龙江工程学院本科生毕业设计

表3.1 技术标准[2]

路基宽度（m） 路基边坡坡度 1：1.5 1：1.75 路面宽度 (m) 8.5 边沟坡度 1：1 1：1.5 路肩宽度(m) 10 0.75 3、路基高度的确定

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。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告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。

3.1.3 路基横断面面积及路基土石方的计算方法

1、横断面面积

路基填挖的断面积，是指断面图中原地面线和路基设计线所包围的面积。高于地面线者为填，低于地面线者为挖，两者应分开算。常用的方法有以下几种：

(1)积距法 (2)坐标法 (3)块分法

2、路基土石方的计算方法

填挖面积的计算方法包括积距法、几何图形法、混合法、求积仪法。 土石方数量一般可采用平均断面法。

V?1(A1?A2)L (3.9) 2式中：

V—体积，即土石方数量，m3 A1，A2—相邻两断面的面积，m2

L—相邻两断面之间的距离，m

在平面图上，分别量出路线左右各25m范围内的地面线高程，将横断面的地面线资料输入公路线形CAD辅助设计软件，路基土石方数量可由软件直接出来。 3.1.4 路基处理工程设计

1、基底处理

路线中的某些路段，由于地势较低或位于谷底，由于总受水的浸湿，不能满足

24

黑龙江工程学院本科生毕业设计

路基强度和稳定性的要求，所以必须将其清除掉，然后换填成天然沙砾。

本设计中K73+000～K73+433.24段，由于垭口处挖深很大，所以需要处理。清理基层20cm，回填天然沙砾。

2、挖台阶处理

路线设计中当自然横坡较陡时，需要在地面挖台阶，以保证路基的稳定性。 本设计中K72+400～K73+000段，需要挖台阶台阶长2.0m高0.46m。 3.1.5 路基防护工程设计

由岩土所筑成的路基，大面积地暴露于空间，长期受自然因素的侵蚀，岩土在不利水温条件作用下，物理、力学性质将发生变化。浸水后湿度增大，土的强度降低；岩性差的岩体，在水温变化下，加剧风化，等等，总之岩土的性质发生了变化，不能满足路基强度和稳定性的要求，所以必须做好路基防护工程设计。

路基防护工程分路基防护和加固两种类型，主要有边坡坡面防护，沿河路堤河岸冲刷防护与加固以及湿软地基的加固处治。常用的方法有坡面防护，圬工防护。

本设计中主要用了路堑边坡草皮防护和路堤边坡网格防护。 3.1.6 路基路面排水设施及排水系统设计

1、排水系统的设计原则

(1)摸清水源，全面规划，因势利导，综合治理。 (2)保护生态环境，与农田水利相配合。 (3)排水设施应经济使用。 (4)防重于治，防治结合。 2、排水设施及加固

路基排水设施主要有边沟，截水沟，排水沟，跌水于急流槽，渡槽和倒虹吸等。常用的有边沟，截水沟和排水沟。

边沟一般设置在挖方路基的路肩外侧或矮路堤的坡脚外侧，多于路中线平行，用于汇集和排除路面、边坡范围内以及流向路基的水。在路基两侧设置边沟，一般情况下挖方路基和填土高度小于1.0m的路堤应设置边沟，边沟采用梯形，边沟的底宽为0.6m， 深度为0.6m，内侧边坡采用1:1.5，外侧边坡为1：1.0。边沟最大纵坡为3.0%，最小纵坡为0.3%。在一些地线横向排水好的路堤也可不设边沟。纸上定线在地形图上示出排水沟渠的平面位置。涵洞与路正交，纵坡度为3%，涵管直径为1.50m或1.0m。

截水沟设置在距路堑坡顶外缘或路堤坡脚外缘的一定距离（规范规定距路堑坡顶外缘不小于5m，距路堤坡脚外缘不小于2m）。当山坡填方路段可能遭到上方流

25

黑龙江工程学院本科生毕业设计

水的破坏时，必须设置截水沟以拦截山坡水流保护路堤。降水量较少或坡面坚硬及边坡较低以致影响不大时的地段可以不设截水沟。反之则必须设两道或多道截水沟。

边沟和截水沟的可以是土质的也可以是浆砌片石的。当路线的纵坡大于3％时，需要进行排水设施的加固。

在本设计中K70+700～K71+500.00为5%的纵坡，K72+400~K73+000为6%的纵坡，K73+820~K74+500为5.47%的纵坡。所以在此范围内均需要做成石砌边沟和截水沟，为了保护路基的稳定性，在此路段内全部用石砌边沟。其余地段纵坡都小于3％，所以均采用土质边沟和截水沟。

3、排水系统设计

本设计的路线中沿线共设置了10个涵洞，而且沿线均设置了边沟，截水沟和排水沟、渗沟。排水沟将边沟和截水沟以及流向路基的水排走，涵洞让流向路线的水顺利通过，不会对路基造成危害。

路基路面的强度和稳定性同水的关系十分密切，路基路面的病害有多种，形成病害的因素也很多，但水的作用是主要因素之一。因此在路基路面设计中、施工和养护中，必须十分重视路基路面的排水设施。

由于K73+075~K73+375挖深过大（最深处达15m）且坡度过缓（2.15%），所以要设置渗沟，纵向渗沟主要作用是路线所经地段遇到潜水、层间水、路堑顶部出现地下水，或地下水水位较高，影响路基或路堑边坡稳定，应修建渗沟将水排除。

［14］316由《公路路基施工要点与质量控制》地下水量较大应采用管式渗沟，管式

渗沟适用于地下水引水较长、流量较大的地区，当沟长为100~300米时，其末端宜设横向泄水管分段排除地下水。

3.2水泥混凝土路面设计

3.2.1 路面设计方案说明

1、一般设计原则

(1) 路面整体结构或各层应具有足够的刚度，使得在车轮荷载作用下不发生过量的变形，保证不发生车辙、沉陷或波浪等各种病害。

(2) 路面表面平整度是影响行车安全，行车舒适性及运输效益的重要使用性能。特别是高速公路，对路面平整性的要求更高。不平整的路表会增大行车阻力，并使车辆产生附加的振动作用。优良的路面平整度，要依靠优良的施工装备，精细的施工工艺，严格的施工质量控制以及经常和及时的养护来保证。

(3) 路面表面要求平整，但不宜光滑，汽车在光滑的路面行驶时，车轮与路面

26

黑龙江工程学院本科生毕业设计

之间缺乏足够的附着力或摩擦力。路面表面的抗滑能力可以通过采用坚硬、耐磨、表面粗糙的粒料组成路面表层材料来实现，有时也可以采用一些工艺措施来实现，如水泥混凝土路面的刷毛或刻槽等。此外，路表面的积雪、浮冰或污泥等，也会降低路面的抗滑性能，必须及时给予清除。

(4) 路面设计应该根据道路等级与使用要求，遵循因地制宜、合理选材、施工方便、利于养护的原则，结合当地条件和实践经验，对路面进行综合设计，以达到技术经济合理，安全适用的目的。沥青路面结构应该按照土基和垫层稳定，基层有足够强度，面层有较高抗疲劳、抗变形和抗滑能力等要求进行设计。

(5) 半刚性结构设计应以双圆均布垂直和水平荷载作用下的三层弹性体系理论为基础，采用路表容许回弹弯沉、容许弯拉应力及容许剪应力三项设计指标。水泥混凝土路面结构的行车荷载应力和温度翘起应力均按弹性半无限地基土的弹性薄板理论，用有限元法进行计算。

(6) 路面材料应该具有足够的强度与温度稳定性；基层应该采用强度高稳定性好的材料，底基层可就地取材；垫层材料要求水稳性能好。

2、设计参数选择

表3.2 交通分级[13]

交通等级 特重 重 中等 轻 设计车道标准轴载次数Ne(104) ＞2000 100-2000 3-100 ＜3 表3.3 可靠度设计标准[13]

公路技术等级 安全等级 设计基准期(a) 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 二级 30 90 1.28 低～中 二级 三级 20 85 1.04 中 三、四级 四级 20 80 0.84 中～高

27

黑龙江工程学院本科生毕业设计

表3.4 车辆轮迹横向分布系数[13]

公路等级 高速公路、一级公路、收费站 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3.5 混凝土弯拉强度标准值[13]

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 0 6.0 0 6.5.5 .0 重 中 等 5.4.5 .0 5轻 4 表3.6 最大温度梯度标准值Tg[13]

公路自然区划 Ⅴ 最大温度梯度(℃/m) 83-88 90-95 86-92 93-98 Ⅱ、Ⅲ Ⅳ、Ⅵ Ⅶ 表3.7 水泥混凝土路面最小防冻厚度(m) [13]

路基干湿类型 当地最大冰冻深度(m) 路 基 土 质 1.00 低、中、高液限粘中湿 路基 土 粉土，粉质粘土 低、中、高液限粘潮湿 路基 土 粉土，粉质粘土 0.60 0.45-0.70 0.80 0.50 0.40-0.60 0.40-0.70 0.55-0.70 0.50-0.30-0.60 0.50-0.50-1.50 0.40-1.01-1.51-2.00 0.50-0.70 0.60-0.85 0.60-0.90 0.70-1.00 1.30 1.20 0.80-1.10 0.75-0.95 0.70-0 0.60->2.0 表3.8 综合系数 kc[13]

公路等级 高速公路 一级公路 二级公路 三、四级公路 28

黑龙江工程学院本科生毕业设计

Kc 1.30 1.25 1.20 1.10 路面是道路主要组成部分，它的好坏会直接影响行车速度，安全和运输成本路面要求有强度和刚度，稳定度，表面平整度，和抗滑性，本段设计为水泥混凝土路面。

3.2.2路面等级及类型确定

1、路面等级的确定

根据公路等级和交通量，确定路面等级为高级。 2、路面类型确定

水泥混凝土路面，通常是指以水泥个水拌和成的水泥浆为结合料，以碎（砾）石、砂为集料，再添加适当的外加剂，有时掺加掺和料拌制成的混凝土铺筑面层的路面。

混凝土具有以下优点： (1)强度高

混凝土路面有很强的抗压强度和较好的抗弯拉强度以及抗磨耗 (2)稳定性好

混凝土路面的水稳性，热稳性均好，特别是它的强度能随时间的延长而逐渐提高，不存在沥青的那种老化现象。

(3)耐久性好

一般能使用20～40年，而且能通过包括履带式车辆等在内的各种运输工具。 (4)有利于夜间行车

混凝土路面色泽鲜明，能见度好，对夜间行车有利。

沥青路面使用沥青结合料。因而增加了矿料间的粘结力，提高了矿料的强度和稳定性，使路面的使用质量和耐久性都得到提高。与水泥混凝土路面相比，沥青路面具有表面平整、无接缝、耐磨、振动小、噪音低、施工期短、养护维修简单、适宜分期修筑等优点。但沥青路面抗热性差，而且易老化。

3、推荐方案

经过上述对两种路面的技术、使用寿命等方面的比较，根据路线的等级和沿线的原材料供应情况，最终决定选用混凝土路面。 3.2.3 路面结构拟定及厚度计算

1、交通分析

本设计拟建为山岭区二级公路，设计基准期为20年。设计速度为60Km/h，根据所给的设计资料可知，交通量年平均增长率为7.2%。设计初年交通量：中型车

29

黑龙江工程学院本科生毕业设计

194辆/日，中型车中各种车型所占比例为：解放CA1OB——37%（37%×194=72辆/日）， 东风EQ140——32%（32%×194=62辆/日）解放CA390——31%（31%×194=60辆/日）；大型车116辆/日，大型车中各种车型所占比例为：黄河JN150——29%（29%×116=34辆/日），沃尔沃N8648——36%（36%×116=42辆/日）， 黄河JN162——35%（35%×116=40辆/日）

根据《公路路基设计规范》[4]查得——我国常用汽车路面参数，列下表所示：

表3.8 轴载换算结果表

车 型 解放CA1OB 轴 后 轴 东风EQ140 轴 后 轴 解放CA390 轴 后 轴 黄河JN150 轴 后 轴 沃尔沃N8648 轴 后 轴 黄河JN162 轴 后 轴 115.00 40 374.3048 1200.0007 前 59.50 40 3.7813 120.00 42 776.5139 前 55.00 42 1.1669 101.60 34 43.8307 前 49.00 34 0 70.15 60 0.2063 前 35.00 60 0 69.20 62 0.1714 前 23.7 62 0 60.85 72 0.0254 轴 前 19.4 72 前/后 Pi( KN) Ni(辆) ?p?Ns???Ni?i?i?100?i?1 0 n16?

30

黑龙江工程学院本科生毕业设计

?P?Ns???iNi?i??100? (3.10) i?1n16式中：

?i?2.22?103?pi?0.43 (1) ?i?1.07?10?5?pi?0.22 (2) ?i?2.24?10?8?pi?0.22 (3)

Ns—100KN的单轴——双轮组标准轴载作用次数

Pi—单轴——单轮组、单轴——双轮组、双轴——双轮组或三轴——双轮组轴

型i级轴载的总重（KN）

n—轴型和轴载级位数

Ni—各类轴型i级轴载的作用次数

?i—轮轴型系数，单轴——单轮组时，按(1)式算；单轴——双轮组时，?i=1；双轴—双轮组时，按(2)式算，三轴——双轮组时，按(3)式算。

标准轴载累积作用次数：

N?1?gr?－1?365?? Ne?s (3.11)

grr??=99

式中：

次

?—临界荷载处的车辆轮迹横向分布系数，根据《公路水泥混凝土路面设

计规范》[6]JTJD40—2003表A.2.2车辆轮迹横向分布系数知，二级及二级以下公路行车道宽度≤7m时，?—（0.54—0.62）注：车道或行车道宽度或交通量较大时，取高值；反之，取低值。

由于本设计行车道宽度为7m，故采用 ?=0.54。根据《公路水泥混凝土路面

[6]

设计规范》JTJD40—2003表3.0.5交通分级知，100万次﹤Ne=991.0664万次﹤2000

万次（属于重交通）

2、初步拟定路面厚度

本设计路段嘉萝公路太平沟至跃进段。查JTJ003-86《公路自然区划标准》[1]知，此路线位于Ⅰ2区，由于Ⅰ2区无法查到路基临界高度参考值，则采用相邻的Ⅱ2区路基临界高度参考值。地下水深一般1~3m，多年平均最大冻深230~300cm，Ⅱ1

31

黑龙江工程学院本科生毕业设计

区地下水：H1?2.9m，H2?2.2m。根据临界高度法判断出此路段中含有：干燥、中湿路基类型。查各自然区划土基干湿稠度知：（粘性土）

干燥类：?c0??c??c1，?c0?1.20

取?c0?1.20。再查二级自然区划各土组土基回弹摸量参考值，E0?31Mpa 根据规范规定：重交通，基层类型为水泥稳定砂砾 (1) 干燥路面厚度的结构拟定（干燥类路基无垫层）

二级公路：安全等级三级；设计基准期20年；目标可靠度85%；目标可靠度指标1.04;变异水平等级中级。根据二级公路重交通等级变异水平，初拟普通混凝土路面厚度（220——250mm），取0.25m，6%水泥稳定沙砾取0.25m，底基层用水泥石灰稳定土厚0.20m。

水泥混凝土 h01=0.25m E01=33000Mpa 6%水泥稳定砂砾 h02=0.25m E02=1500Mpa 水泥石灰稳定土 h03=0.20m E03=600Mpa a计算基层顶面回弹摸量：

Ex?h1E1?h2E2h1?h2322220.252?1500?0.22?600??1148.78Mpa (3.12) 220.25?0.22?h?h2?EhEhDx?11?22?1121243?11???EhEh22?11??? (3.13) ??11500?0.253600?0.23(0.25?0.2)2???1212411?????

1500?0.25600?0.2???1=2.35MN.m

hx?312Dx312?2.35??0.29m (3.14) Ex1148.78??Exa?6.22?1?1.51??E??0??Exb?1?1.44??E?0?????0.55?????0.45?0.45????1148.78???6.22?1?1.51????4.372 (3.15)

?31????????0.55?1148.78??1?1.44??31???0.8 (3.16)

13?Ex??1148.78?b0.8?Et?a.hx.E0.??4.372?0.29?31????167.85Mpa (3.17) ?E?31???0?13普通混凝土面层的相对刚度半径：

32

黑龙江工程学院本科生毕业设计

r?0.537h3Ec/Et?0.537?0.25?333000?0.781m (3.18)

167.85b荷载疲劳应力

标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力：

?ps?0.077r0.6h?2?0.077?0.7810.6?0.25?2?1.062Mpa (3.19) 普通混凝土面层，因纵缝为设拉杆平缝，接缝的传荷能力的应力折减系Kr=0.87;水泥混凝土面层，考虑设计基准期内荷载应力累计作用的疲劳应力系数Kt=(9.911×106)0.057 =2.505； 根据公路等级，由《公路水泥混凝土路面设计规范》[6]JTG D40——2003表B.1.2，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数Kc=1.2。

普通混凝土面层的荷载疲劳应力计算为：

?pr?KrKtKc?ps?0.87?2.505?1.2?1.062?2.777Mpa (3.20) c温度疲劳应力

根据《公路水泥混凝土路面设计规范》[6]JTG D40—2003表3、0、8 Ⅱ1区最大温度梯度为830C/m，海拔高，取高值；湿度大时，取低值。普通混凝土面板长

l55m，宽4.25m（宽长比在1：1.3范围内，A?25m2），?r0.187Bx=0.61。

?6.4，h01=25cm，

查《公路水泥混凝土路面设计规范》[6]JTJD40——2003图B.2.2温度应力系数知：

?tm??cEc1h01TgBx1 (3.21) ?1?10?5?33000?0.25?83??0.61

2?2.09Mpa

普通混凝土面层的荷载疲劳应力系数Kr，计算为：

fr???tm?a?Kt??tm??f??rc????－b? (3.22)

???式中：a，b，c为回归系数，查《公路水泥混凝土路面设计规范》[6]JTG D40——2003表B.2.3知：Ⅱ区，a?0.828，b?0.041，c?1.323。

5.0??2.09?Kt?0.828????2.09?5.0???=0.527

计算温度疲劳应力：

33

1.323??0.041? (3.23)

??黑龙江工程学院本科生毕业设计

?tr?Kt?tm?0.527?2.09?1.1Mpa (3.24)

二级公路的安全等级为三级，目标可靠度为85%，相应的变异水平等级为中级。再查《公路水泥混凝土路面设计规范》[6]JTG D40——2003表3.0.3确定可靠度系数

?r=1.13。

普通混凝土面层：

?r(?pr??tr)?1.13?(2.777?1.1)?4.381?fr?5.0Mpa (3.25)

因而，拟定的由厚度0.25m的普通混凝土面层，可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。

(2)中湿类路段路面结构拟定

中湿类：?c1??c??c2，?c1=1.20 ， ?c2=1.20 取?c=1.20。查得：E0=33Mpa

普通混凝土 h01=0.25m E01=33000 Mpa 6%水泥稳定砂砾 h02=0.25m E02=1500 Mpa 水泥石灰稳定土 h03=0.2m E03=600 Mpa 天然砂砾 垫层 h04=0.2m E04=180 Mpa a计算基层顶面回弹摸量： 底基层与垫层换算：

E2?h3E3?h4E4h3?h4322220.22?600?0.22?180??390Mpa

0.22?0.222?h?h4?EhEhD2?33?44?3121243?11???Eh?33E4h42?????1

?1600?0.23180?0.23?0.2?0.2??11???????

12124600?0.2180?0.2???0.52MN.m h2?312D2?0.252m E222 Ex?h1E1?h2E2h1?h23220.252?1500?0.2522?390??940.578Mpa 220.25?0.2522?h?h2?EhEhDx?11?22?1121243?11???Eh?11E2h2??? ??1 34

黑龙江工程学院本科生毕业设计

1500?0.253390?0.2523(0.25?0.252)211???(?)?1121241500?0.25390?0.252?2.4712?Dx?0.316 hx?3m Ex?0.45???940.578?a?6.22??1?1.51????4.14

?33??????Exb?1?1.44??E?0?????0.55?940.578??1?1.44??33??13?0.55?0.772

?ExbEt?a.hxE0??E?0??940.578?0.772??4.14?0.316?33????171.49Mpa ?33???13普通混凝土面层的相对刚度半径：

r?0.537h3Ec/Et?0.537?0.25?333000?0.775m

171.49b荷载疲劳应力

标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力：

?ps?0.077r0.6h?2?0.077?0.7750.6?0.25?2?1.057Mpa

普通混凝土面层，因纵缝为设拉杆平缝，接缝的传荷能力的应力折减系数

Kr=0.87;水泥混凝土面层，考虑设计基准期内荷载应力累计作用的疲劳应力系数Kf?Nen?(9.911?106)0.057?2.505；根据公路等级，由《公路水泥混凝土路面设计

规范》[6]JTG D40——2003表B、1、2，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数Kc?1.2。

普通混凝土面层的荷载疲劳应力计算为：

?pr=KrKfKc?ps?0.87?2.505?1.2?1.057?2.764Mpa

c温度疲劳应力：

根据《公路水泥混凝土路面设计规范》[6]JTJD40——2003表3.0.8Ⅱ1区最大温度梯度为830C/m，海拔高，取高值；湿度大时，取低值。普通混凝土面层长5m，（宽长比在1：1.3范围内，A?25m2），

l5??6.45，h01?25cm， 查《公r0.775路水泥混凝土路面设计规范》[6]JTJD40——2003图

B、2、2温度应力系数知：Bx?0.66。

35

黑龙江工程学院本科生毕业设计

?tm??cEc1h01TgBx1 ?1?10?5?33000?0.25?83 ??0.66

2?2.26Mpa

普通混凝土面层的荷载疲劳应力系数Kt，计算为：

fr???tm?a?Kt??tm??f??r式中：

c????－b?

???a、b、c 为回归系数，查《公路水泥混凝土路面设计规范》JTG D40——2002表2、3知：Ⅱ区，a?0.828,b?0.041,c?1.323。

5.0??2.26? Kt???0.828?2.26?5.0???=0.55

再由计算温度疲劳应力：

1.323－0.041?

????tr?KT?tm?0.55?2.26?1.243Mpa

二级公路的安全等级为三级，目标可靠度为85%，相应的变异水平等级为中级。再查《公路水泥混凝土路面设计规范》JTG D40——2002表3、0、3确定可靠度系数?r?1.13

普通混凝土面层：

?r(?pr??tr)?1.13?(2.764?1.243)?4.528?fr?5.0Mpa

c最小防冻层厚度验算：

本设计采用最大冻深为2.40m，沿线土质为粉质中液限粘土，查《公路水

[6]

泥混凝土路面设计规范》JTJD40—2003表3、0、7知：最小防冻深度为0.70~1.10m ，

而本设计中湿路段路面结构层的厚度h=0.25+0.25+0.2+0.2=0.90m。故满足要求。本设计中湿路段拟定的结构层可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用，以及最小防冻层厚度的要求。 3.2.4 路面材料及施工方案

对材料的要求:粗集料，应质地坚硬、耐久、符合规定级配，最大粒径不应超过40mm;细集料应清洁细度模数在2.5以上.

施工准备的要求:混凝土配合比设计、基层的检查与整修、基层的宽度、路拱与标高、表面平整度和压实度均应检查其是否符合要求。

36

黑龙江工程学院本科生毕业设计

养生的要求：潮湿养生，每天均匀撒水数次，至少延续14天。

3.3 本章小结

路基和路面是道路的主要工程结构物。两者相辅相成，实际上是不可分离的整体，在设计时应综合考虑它们的工程特点，综合解决两者的强度、稳定性等工程技术问题。做好排水设计，有利于保护路基路面的稳定性。

本章依据路基路面以及排水方面的规范，以及根据自己的地质情况，进行了路基路面以及排水的详细设计。并对特殊的地基进行了处理。K73+075.00 ~K73+375.00设置了渗沟在最下端设置横向渗沟进行排水。

37

黑龙江工程学院本科生毕业设计

第4章 桥梁涵洞

4.1 全线采用的桥梁涵洞

公路跨越河流以及排除路基内侧边沟水流时，常常需要修建各种横向排水构造物，最常见的是小桥涵。本条公路位于山区，沟壑交错，因此应设置较多的桥涵。小桥涵的设计与布置是否合理，对于整条公路的造价和使用质量都有很大的影响。

本设计中在填方较大并且有低洼汇水的地方设置了涵洞。考虑经济性以及当气降水情况以及地形情况还有气候因素，再经过详细的计算，最终决定分别在K70+250.00，K70+750.00，K71+000.00，K73+754.60， K74+500，K74+880.00，K75+000.00，K76+350.00，K76+971.51处分别设置了一个半径为1.5m的圆管涵，K72+825.00处设置半径1.0m的圆管涵。在7.34公里的路线上设置了10个涵洞。

4.2 涵洞设计

4.2.1 涵洞位置的确定

应根据沿线地形、地质、水文等条件，结合全线排水系统，适应农田排灌，经济合理地布设小桥涵，达到现用规范规定设计洪水频率的排水能力。小桥涵位置应符合沿线线形布设要求，当不受线形布设限制时，宜将小桥涵位置选择在地形有利、地质条件良好、地基承载力较高、河床稳定的河沟上。在每个汇水区或每条排水水沟、都应设置小桥涵。即所谓“一沟一涵”。当地形条件许可，技术经济合理，可“并沟设涵”。在山口冲积扇地区，应分散设置小桥涵，不宜强行改沟引致低洼处。两积扇间洼地，亦应布设小桥涵。 4.2.2 涵洞类型的选择

1、涵洞的设计原则

(1)根据所在公路的使用性质，任务和未来发展需要，力求安全、经济、适用和美观。

(2)因地制宜，就地取材，便于施工和养护。 (3)考虑农田灌溉的需要及综合利用。 2、涵洞的设计要求

(1)行车的要求，即应满足车辆行车安全、迅速、经济和舒适。

(2)排水的要求，必须保证设计流量能够安全排泄，并保证路基的稳定不受影响。

(3)构造要结构在制造运输，安装和使用过程中，应具有规定的强度，刚度和

38

黑龙江工程学院本科生毕业设计

稳定性和耐久性。

3、洞口型式选择

八字墙：适用于平坦顺直，纵断面变化不大的河沟。这种洞口形式的水力条件好，工程量小，施工简单，经济。

一字墙：适用于边坡规则的人工渠道，这种洞形式工程量小，在窄而深，河道纵断面变化不大时采用。

根据路段的要求，形式所选用的涵洞为八字墙型式。 4.2.3 涵洞计算

1、涵洞孔径计算 (1)汇水面积：

根据地形图勾绘出汇水区域图，计算主沟纵坡，按网格法计算汇水面积。 (2)设计流量：

Q?Ci0.2SpF0.65 (4.1) 式中：

Q－设计频率P(%)时的洪峰流量(m3/s)；

C－综合系数；

i?流域平均坡度（以小数计）； SP－设计频率P(%)的雨力； （mm/h）F－流域面积（km2）； 例：对于K72+825.00处涵洞计算： 按网格法计算汇水面积：F=0 .1 km2

根据《公路桥涵设计通用规范》[8]JTG D60－2004查得本路段的暴雨率与洪水频率同取1/50，即2%。

查《水力学及桥涵水文》[15]图3.3.2得：SP2%=57.5mm/h

Q?0.2?0.0720.2?57.5?0.10.65?1.52m3/s (4.2)

查《水力学及桥涵水文》[15]176表8.3.3得1.0m钢筋混凝土圆管涵Q?1.52m3/s

QF?Q，则此路段可采用管径为1.0m的钢筋混凝土圆管涵。

2、正交涵洞长度的计算

L上??B上?m??H上?h上??/(1?i0m) (4.3) L下??B下?m??H下?h下??/(1?i0m) (4.4)

L?L上?L下 (4.5)

39

黑龙江工程学院本科生毕业设计

式中：

B—路基宽度

B上，B下—由中心至上，下游路基边缘宽度 ，当路基无加宽时均为0.5B —路基左、右侧边缘设计标高与涵洞底面中心线标高之差，在弯

H上，H下道上应考虑超高及加宽的影响

h上，h下—涵洞上下游洞口的建筑高度

m—路基边坡坡度

i0—涵底坡度

—涵洞上下游长度

H上?1.538m，H下?1.69mL上，L下例：路线中以K72+825.00处涵洞为例

B上?B下?0.5?B?0.5?10?5mh上?1.30m,h下?1.30m，m?1.5I涵上?I涵下?H进?H沟L上估H进?H沟L下估?1.538?2.5a.69?2.8%6

?

综合考虑涵洞流量较小取坡度较缓不利排水取I?4%

L上??5?1.5??1.538?1.30??/(1?1.5?4%)?5.05mL下??5?1.5??1.690?1.30??/(1?1.5?4%)?5.94mL?L上?L下?5.05?5.94?10.99m

4.3本章小结

为了满足横向排水，是路基一侧的水排出，本设计路线平均每公里1道涵洞进行排水及水沟排水，经过设计流量计算，有一处采用1.0m直径的钢筋混凝土圆管涵其他采用1.5m的混凝土圆管涵，涵洞底可以作成与天然河沟相同的坡度。

40

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/49l7.html