计算书

中南大学本科生毕业设计 摘要

目录

摘要 ................................................................................................................................................ VI ABSTRACT ................................................................................................. 错误！未定义书签。 第1章 设计基本资料 ................................................................................................................ 1 1.1 工程选址 .............................................................................................................................. 1 1.2 沿线自然资料 ..................................................................................................................... 1 1.3 设计依据 .............................................................................................................................. 1 1.4 主要设计技术标准 ............................................................................................................ 1 1.5 主要设计内容 ..................................................................................................................... 2 1.6 提交成果 .............................................................................................................................. 2 1.7 计算机辅助设计（CAD）工具 .................................................................................... 2 第2章 选线和平面设计............................................................................................................ 4 2.1 城市道路的特点 ................................................................................................................ 4 2.2 城市道路设计原则和方法 .............................................................................................. 5 2.3 路线方案拟定与比选 ....................................................................................................... 6

2.3.1 路线方案比选控制指标 ................................................................................... 6 2.3.2 各路线方案设计思路 ....................................................................................... 6 2.3.3 路线方案比选 ..................................................................................................... 7 2.4平面线形设计与纸上定线 ............................................................................................... 7

2.4.1 道路的圆曲线和平曲线设计 .......................................................................... 7 2.4.2 纸上定线步骤与方法 ....................................................................................... 8 2.4.3 坐标计算 ............................................................................................................ 10 2.5 平面设计成果 ................................................................................... 错误！未定义书签。 第3章 纵断面设计 ................................................................................................................... 12 3.1 城市道路纵断面设计原则 ............................................................................................ 12 3.2 纵断面设计具体要求 ..................................................................................................... 12 3.3 视觉分析及平、纵线形组合设计 .............................................................................. 13 3.4 纵断面设计步骤与方法 ................................................................................................ 14 3.5 竖曲线计算 ....................................................................................................................... 14 3.6 纵断面设计成果 .............................................................................................................. 15 3.7 纵断面设计图 ................................................................................................................... 15 第4章 横断面设计 ................................................................................................................... 17 4.1 横断面布置 ....................................................................................................................... 17

4.1.1 断面形式的选择 .............................................................................................. 17 4.1.2 横断面组成设计 .............................................................................................. 17 4.1.3 道路横坡和路拱设计 ..................................................................................... 18 4.2 超高加宽设计 ................................................................................................................... 19

4.2.1 道路超高设计 ................................................................................................... 19 4.2.2 道路加宽设计 ................................................................................................... 19

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4.3 市政管网布置 ...................................................................................................... 19 4.4 路基设计和土石方计算 .................................................................................... 20

第6章 挡土墙设计 ................................................................................................................... 22 6.1 挡土墙的布置 ................................................................................................................... 22 6.2 衡重式挡土墙设计说明： ............................................................................................ 22 6.3上墙断面强度验算 .......................................................................................................... 23

6.3.1 破裂角的计算 ................................................................................................... 23 6.3.2 土压力计算 ....................................................................................................... 23 6.4 基底截面强度及稳定性验算 ....................................................................................... 25

6.4.1 滑动稳定性验算 .............................................................................................. 25 6.4.2 倾覆稳定性验算 .............................................................................................. 26 6.4.3 地基应力及偏心距验算 ................................................................................. 26 第9章 路面结构设计 ............................................................................................................ 30 9.1 路面结构设计要求与基本资料 ................................................................................... 30

9.1.1 设计任务与内容 .............................................................................................. 30 9.1.2 设计方法 ............................................................................................................ 30 9.1.3 设计资料 ............................................................................................................ 30 9.2 沥青路面设计 ................................................................................................................... 31

9.2.1 设计轴载计算 ................................................................................................... 31 9.2.2 设计标准计算 ................................................................................................... 32 9.2.3 路面结构组合设计及验算 ............................................................................ 32 9.3 水泥混凝土路面设计 ..................................................................... 错误！未定义书签。

9.3.1 设计轴载计算 ................................................................... 错误！未定义书签。 9.3.2 设计标准 ............................................................................ 错误！未定义书签。 9.3.3 路面结构组合设计 .......................................................... 错误！未定义书签。 结束语 ............................................................................................................ 错误！未定义书签。 附录一：英文原文与翻译 ....................................................................... 错误！未定义书签。 附录二：工程图纸目录 ............................................................................ 错误！未定义书签。

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摘要

随着经济的迅速发展和城乡一体化的快速推进，城镇开发的触角不再受地理位置和地形条件的束缚，伸向了广大的丘陵区和山地区，越来越多的城市道路在山岭和谷地间勾勒出一道道优美的线条。城市道路兼具山区公路和城市道路的特点，其设计工作又比单纯的山区公路和平原区城市道路更为复杂。

本设计为米易县迎宾大道设计，道路全长1786.369km，设计等级为城市Ⅱ级主干路，设计时速40km/h，双向四车道，两侧人行道，道路路幅的宽度为3.00（人行道）+0.25（平面石）+7（车行道）+7（车行道）+0.25（平面石）+3.00（人行道）=20.5m，本文先在结合地形、地质、造价、施工、环保、后期运营的综合考量后，在两比选方案中选择本道路设计，并针对这一方案进行相关的设计工作，包括：（1）平面设计和纸上定线。（2）确定道路的横断面形式和市政管网布置设计。（3）纵断面线形设计。（4）以衡重式路肩挡土墙为例，进行道路结构物设计。（5）路基路面结构设计。（6）涵洞设计。本工程的设计内容均严格遵循相关设计规范，并在设计过程中坚持“以人为本”的理念和原则，充分考虑“人、车、路”三者的和谐统一，力求将米易县迎宾大道设计成为一条安全路、绿色路。

关键词：城市道路；路线；路基路面；以人为本

中南大学本科生毕业设计 第1章 设计基本资料

第1章 设计基本资料

1.1 工程选址

米易县迎宾大道的建设是为了加快城市周边小城镇的建设步伐，加速推进城乡

一体化。此条城市道路的建设是适应区域内交通量日益增长的需要，它的立项建设对于促进区域内经济发展将起到巨大的推动作用。

米易县迎宾大道起点坐标为A（74299.8296，9885.5779），终点坐标为B（72541.8344，79800.2178），道路全长1786.369km，涵洞1处中心桩号坐标为（K0+440）；。

1.2 沿线自然资料

设计路段为米易县城市主干道，米易县位于青藏高原东南缘、四川省西南角，是攀枝花市的北大门，境内东西最大跨距52.5千米，南北最大纵距73.2千米，成昆电器化铁路、214省道及在建的西攀高速纵贯南北，县内公路网络四通八达，全县辖12个乡（镇），县政府所在地攀莲镇南距攀枝花市78公里、北距西昌市157公里。根据钻探揭露和地表

调查，拟建公路通过地段分布地层共5单元层：第四系全新统填筑土、（Q4me）、第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）、第四系全新统残坡积层（Q4el+dl）、第四系中更新统冰水沉积层（QⅡfgl）、基底为晋宁期花岗岩（γ） 1.3 设计依据

1．《城市道路工程设计规范》 CJJ 37-2012

2．《城市道路交叉口设计规程》 CJJ152-2010 3．《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）[S].北京：人民交通出版社，2004. 4．《公路沥青路面设计规范》（JTG D20-2006）[S].北京：人民交通出版社，2006.

5．《公路桥涵通用设计规范》（JTG D60-2004）[S].北京：人民交通出版社，2004.

6．《公路排水设计规范》（JTJ018-97）[S].北京：人民交通出版社，1997. 7、《城镇道路路面设计规范》 （CJJ169-2012） 8、《道路工程制图标准》 GB 50162-92 9、《道路交通标志和标线》 GB 5768-2009 10、《道路工程术语标准》 GB 124-88 1.4 主要设计技术标准

工程采用建设部颁发的《城市道路设计规范》（CJJ 37-2012）城市主干路II

中南大学本科生毕业设计 第1章 设计基本资料

级标准进行设计。双向4车道，计算行车速度40公里/小时，车行道路面宽度14m，设计年限10年；路面荷截标准：BZZ-100（双轮组单轴100KN标准轴截）；人群荷截3.5kN/m2，设计洪水频率百年一遇。 1.5 主要设计内容

设计内容主要包括选线与总体设计、平纵横线形设计、平面交叉设计、路基路面结构设计、道路结构物设计和桥涵设计。

（1）选线与总体设计

选线与总体设计是指根据在前期社会调查中获得的数据，拟定出一些较为科学合理的路线选择方案，在社会公平性和经济效益性间进行权衡，综合各方面的因素并依据特定的指标进行方案比选，最后确定推荐方案。

（2）平、纵、横线形设计 平纵横线形设计包括：（a）确定城市道路的平面线形；（b）横断面的形式、布置和各部分组成以及加宽和超高设计；（c）纵断面线形设计；（d）平纵组合线形设计。在进行平纵横线形设计时，应当考虑到土石方的挖填方量，并进行土石方挖填总量计算，定制出调运安排计划。

（3）市政管线设计

市政管线设计是指按照城市道路要求设计布置给水、雨水、污水、电力、综合通信和照明等管线。

（5）路基路面结构设计

路面结构设计按照《公路沥青路面设计规范》（JTG D20-2006、的规定和标准进行设计。

沥青混凝土路面，设计年限为8年，标准轴载采用BZZ—100，以路表允许弯沉值和层底拉应力控制路面整体强度。

路基填方段土质边坡一般采用1：0.3，挖方段边坡采用1：1.1，并视填挖高度，相应的设置防护坡道或碎落台。

（6）道路结构物设计 在本条城市道路设计中，道路结构物设计主要包括挡土墙设计和边沟、截水沟设计。

（7）隧道桥涵设计

工程在在K1+350~K1+575处建桥梁1座，桥梁总长为225米，桥台两端均设置8米长的搭板；在K0+065处需新建盖板涵1座，尺寸为4×2.5米。 1.6 提交成果

（1）路线平面图； （2）路线纵断面图；

（3）路基横断面图（比例尺1：200）；

（4）标准横断面图（比例尺1：100或1：200）； （5）路基排水设计图；

中南大学本科生毕业设计 第1章 设计基本资料

（6）路面结构图；

（7）涵洞布置图（至少设置一座）； （8）路基防护设计图（包括挡土墙）； （9）主要技术经济指标表； （10）直线、曲线及转角一览表； （11）纵坡、竖曲线表； （12）逐桩坐标表； （13）路基设计表；

（14）路基土石方数量计算表及调配； （15）路面设计图； （16）路面工程数量表；

（17）确定沿线设施各项工程的位置（交通工程）； 1.7 计算机辅助设计（CAD）工具

（1）理正市政道路CAD软件； （2）纬地道路设计软件； ；

攀枝花学院土木与建筑工程学院毕业设计 第2章 选线和平面设计

第2章 选线和平面设计

城市道路规划是城市规划的重要组成，它受到所规划城市其规模、人口、城市布局、城市环境以及城市土地使用等重要因素的制约和影响。而与此同时，城市道路的建设也会反过来影响道路附近区域的功能和发展。

城市道路选线和平面设计将直接关系到道路的建设费用、施工技术和难度、后期的运营维护和服务水平。合理的路线选择将发挥出良好的经济效益和社会效益。所以说，选择路线方案是路线设计中最根本的问题。

米易县迎宾大道道路工程所在区域地形高低起伏较小，平坦开阔的区域大，狭长的山沟较多，为典型的城市道路。

城市道路一方面增加了城市道路设计的难度，另一方面也为城市道路创造丰富多样的城市景观提供了有利空间。在进行城市道路设计时，应当坚持“安全、环保、以人为本、可持续发展”等适应时代潮流的设计理念，力求道路的“绿色与和谐”。

2.1 城市道路的特点

随着经济和工程技术的迅速发展，城市建设正逐渐摆脱地理位置和地形地貌的束缚，越来越多的城市将城市开发的触角伸入到周边的山地和丘陵区域。城市道路道路走向多沿坡地或山体蜿蜒而上，因此是山地的自然地形条件决定了山地道路的外在形式。山地的道路形态具有立体、自由、多向的特征，外观层次感较强，空间变化丰富多样。与一般的城市道路相比，城市道路兼具城市道路和山区公路的特点，总结如下： （1）地质人文情况复杂

山区植被茂盛，森林覆盖率高，地形复杂多变，地质情况也因地形的特殊而千差万别。一般而言，山区更容易出现塌方、地质层断裂和溶洞等不良地质区域。加之暴雨等气候条件的影响，山区容易发生洪涝灾害，甚至出现山体坍塌、滑坡、泥石流等次生灾害，这些灾害将会给人民的生命财产构成巨大地威胁并可能造成重大损失。因此，城市道路的立项、设计、施工、运营、维护都必须严格遵照相关的规范要求，贯彻“安全、人文、可持续发展”的理念和原则，才能设计出放心路、安全路、舒适路。 （2）线路选择情况复杂

线路总体设计直接决定了城市道路的工程造价和工程质量。在地形地质条件复杂多变的山地城镇区域中选择一条合理的线路是一项十分具有挑战性的工作。一方面必须考虑地形地质等自然因素，另一方面又要考虑线路作为城市道路所应具备的的便捷性和高效性等经济因素。在设计城市道路时，应当灵活运用各种设计方法，既注重与地形的结合，又不至于太受地形的束缚，可选择穿山隧道、盘山道、之字形线路等特殊道路线形。 （3）自然和生态环境复杂

山区城市风景秀丽，植被丰富，动植物资源呈现出多样性，比起平原区的

攀枝花学院土木与建筑工程学院毕业设计 第2章 选线和平面设计

城市，山区城市的自然环境和生态资源一般要好，但是山区城市环境稳定性较低，一旦遭到地质灾害等破坏则影响范围较广，且不易恢复。城市道路按照其线路走向和形态一般可分为傍山段、路堑段、高架道路和穿山隧道等，不同的道路形态对山地生态系统的分割、扰乱和破坏程度也不尽相同，在进行设计时，应当根据具体情况制定保护方案，在最大程度上保持原有的生态环境，为山区城市保留更多的自然生态空间。城市道路途径或跨越河流水库时，应采取有效措施减少道路施工和后期运营对水体的污染，如果水体为饮用水源，则必须高度重视并采取特别措施保护。

（4）交通组成和性质复杂

山区城市用地分散，城市形态一般为多中心组团或者带状结构，人口密集，城市用地紧张。对于多中心组团式城市而言，连接组团的山区道路交叉口较少，车辆运行速度较高，对线形有一定的要求。由于地形起伏较大，道路选线时为了减小纵坡坡率，通常结合地形，沿山麓、谷地或河岸布置，或者延长道路长度来克服自然高差，所以道路线形蜿蜒曲折，没有一定的几何形状，因而道路非线性系数较大，车辆绕行距离远。同时，对中小城镇而言，城市交通组成复杂，机动车和非机动车混合严重，在设计时必须加以考虑。 （5）市政管线布置复杂

城市道路由于地形高低起伏，自然高差大，道路弯曲无固定形态，道路路幅较窄，这些因素给市政管线的布置带来了很大的难度。在山区布置市政管线，应该合理利用高差，坚持一体化原则，注重管线布局的均衡性，同行业管线共用通道，协调竖向规划与排水专业规划，从综合角度评估专业管线路径。 2.2 城市道路设计原则和方法

城市道路选线应注意：

（1）充分利用地形条件，降低工程造价

路线敷设应跟随地形的变化，在确定路线平、纵线型时，应注意横向填挖的平衡。横坡较缓的地段，可采用半填半挖或填多于挖的路基；横坡较陡的地段，可采用全挖或挖多于填的路基。必须注意到边坡的开挖高度，避免高边坡失稳。同时，还应重视纵向土石方平衡，减少借方与废方。

（2）平、纵、横应综合设计

不能仅关心纵坡坡度，过分使纵坡平缓，降低道路的平面线形标准，而使路线过于弯曲。也不能只考虑平面的直捷和纵面的平缓，导致高填深挖，工程量过大；或者只注重经济效益，过分地迁就地形，使得在平、纵面的设计中过多地采用极限或接近极限的指标。

（3）避免深挖高填

当线路通过高台地或垭口时，应结合地质和水文条件，在深挖方案和隧道方案之间进行比选，综合考量施工、运营、景观、环保等因素，挑选出合适的方案。

（4）应以曲线形设计法为主

一般而言，在城市道路的规划工作中，道路线形设计理论与方法多采用“直

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线型设计方法”，先定出直线的方向和位置，确定交点，再敷设曲线。随着越来越多的城市道路提高对线形的要求和规划控制的精准度，传统的直线型设计方法暴露出诸多缺点和不足，已不适应现代城市道路的设计工作，具体表现在：

①难以充分、合理地利用圆曲线和缓和曲线； ②难以处理复杂多变的几何线形； ③难以满足地形地物的约束条件。

所以，在城市道路设计中，应当逐步完善和推广曲线形设计方法，以曲线为主，直线为辅，如拟合方法和综合方法等。 2.3 路线方案拟定与比选 2.3.1 路线方案比选控制指标

路线方案评价应该统一于经济和技术的发展程度，不仅要考虑工程标准与投资、运营经济，同时也要满足国家政治、经济、国防的需求以及社会效益。路线方案的选择应贯彻“全寿命”的设计理念，对设计、施工、养护、运营、管理各阶段的成本效益比进行分析，选择综合效益最优的方案。在同一起、终点路段内有多个可行的路线方案时，应对多个方案的“全寿命”设计进行同等深度的比较。对于较长的路线方案，只根据单项或局部影响因素难以评价整个路线方案的优劣，为了确保评价的客观性，应当从整个路网或特定区域对设计道路使用功能、适应交通量、服务水平、安全程度、环境保护、社会经济影响等多项指标进行综合分析，选择最优的方案。

此次路线方案的比较式按照以下几个指标进行比较的： 1）技术指标

包括路线长度及其非线性系数（非线性系数即路线实际长度与路线起终点最短距离之比）、转交数及平均转角度数，最小半径数、最大坡度路段长度、交叉数、限制车速的路段长度等。

2）经济指标

（1）工程量：包括土石方数量、桥梁座数和长度、隧道工程量、挡土墙工程量、征购土地以及拆迁房屋等工程数量；

（2）材料机具及劳力的需要量； （3）工程造价。

3）经济效益及社会效益分析

按照上述技术、经济、效益等方面的计算比较，最后确定推荐的路线方案。 2.3.2 各路线方案设计思路

图2-1为米易县迎宾大道的平面图。A、B两个选线方案。 第一方案：A方案，选线时尽量避免占用房舍、农田。

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第二方案：B方案，以两点间的最短距离来考虑。 2.3.3 路线方案比选

经规划、勘查、初步设计，两方案的主要经济技术指标汇总见表2-1。

图2-1 米易县迎宾大道路线方案比选

单从表2-1所列主要技术指标来看，第一方案由于比第二方案造价相对较高。新 九 东 路新九街新 九 支 路新八新 九 西 路街新 十 二 路西 但是第二方案土石填挖方较大，且为高填深挖路段，此方案虽然初期投入较低，

但后期出现地质灾害的风险要高得多，一旦出现地质灾害，维修费用将占据整个运营期投资大量的份额。而第一方案由于隧道的开挖，大大降低了道路出现地质灾害的风险，而且能在最大程度上减少对山体的破坏，保持山体脉络的连续，营造出更加和谐优美的自然景观。综合上述分析，推荐第A方案。

表2-1 遂宁市安居区城市主干道设计方案主要经济指标比较表

指标 路线长度 工 程 数 量 土石方 隧道 桥梁 涵洞 防护 比较结果 单位 m 104 m3 m/条 m/座 道 m3 第一方案 603.102 3.2 603.102/1 0 0 9.3 推荐方案 新 十 三 西 路新 十 三 东 路新 十 一 路第二方案 620.338 9.6 0 0 0 29.8 2.4平面线形设计与纸上定线 2.4.1 道路的圆曲线和平曲线设计

道路平面线形的三要素为：

（1）直线——零曲率线（半径无穷大）； （2）圆曲线——恒曲率线（半径为常数）；

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（3）缓和曲线（回旋线）——变曲率线。

道路为了绕避地面障碍、利用地形，通过必要的关键控制点，致使在平面上出现转折。在路线转折处，一般均用圆曲线连接，以使车辆平顺地由前一条直线转向驶入后一条直线路段，所以要分析研究汽车在弯道上行驶的规律和特点，合理设置圆曲线半径，以便采取有效的措施来确保车辆行驶的通畅、安全、经济、舒适。

缓和曲线是道路平面线形三要素之一，它是设置在直线与圆曲线之间（当半径小于表2-2规定的不设缓和曲线之半径时）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的变化曲线，《城市道路设计规范》规定当设计时速大于或等于40km/h时应按照要求设置缓和曲线。

一般城市道路倾向不设超高或者缓和曲线，以避免道路两边的建筑物标高不协调。但城市道路由于其地形的特殊性和复杂性，不得不大量设置超高加宽段和缓和曲线。

米易县迎宾大道的设计时速为40km/h，根据《城市道路设计规范》（CJJ37—2012），确定了本道路平曲线的设计参数，见表2-2。

表2-2 米易县迎宾大道平曲线设计参数（单位：米）

设超高最小半径 设计时速 40km/h 70 缓和曲线最小长度 35 设超高 推荐半径 150 平曲线 最小长度 70 不设超高 最小半径 300 圆曲线 最小长度 35 不设缓和曲线最小半径 500 同向曲线间 直线最小长度 240 圆曲线 最大半径 10000 反向曲线间 直线最小长度 120

2.4.2 纸上定线步骤与方法

定线的任务是在选线布局阶段选定的“路线带”的范围内，按已定的技术标准，结合细部地形、地质等自然条件，综合考虑平、纵、横三面的合理安排，定出道路中线的确切位置。

纸上定线是在大比例尺（一般用1：1000～1：2000）地形图上确定道路中线的具体位置，再将纸上路线通过实地放线敷设到地面上，供详细测量和施工之用。

纸上定线根据操作方法的不同可分为直线形定线法和曲线形定线法。

直线型定线法是根据选线布局阶段所定的路线方案和该路等级相应的集合标准，试穿出一系列与地形相适应的直线作为控制路线走向和位置的基本单元，然后在相邻直线转折处用适当平曲线连接的定线方法。直线型定线法主要适合在平原微丘地区定线。

曲线形定线法是先根据地形、地物等条件设置合适的圆曲线，然后在相邻圆曲线间用适当的缓和曲线或直线连接的定线方法。曲线形定线法一般适用于重丘和山地地区。

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结合遂宁市安居区所在区域的地形特点，确定在山谷地带采用直线形定线法，在山岭区域采用曲线形定线法。

直线型定线法步骤：

（1）在绘有格网的地形图上订出各交点的坐标；

（2）在定出直线和交点后确定圆曲线半径R和缓和曲线长度Ls。曲线设置应根据技术标准和地形条件，通过试算或反算的确定。

曲线形定线法步骤：

（1）参照导线线或控制点，徒手勾绘线形顺适、平缓并与地形相适应的概略线位。

（2）用直线或不同半径的圆曲线弯尺拟合徒手线位，形成一条由圆弧和直线组成的具有错位（设缓和曲线后圆曲线的内移值）的间断线形。

（3）通过近似计算法或解析计算法确定回旋线参数A及长度Ls。

纸上定线是一个反复试线修改的过程，试线中是修改纵坡还是改移中线位置或两者都改，应对平、纵、横三方面充分研究后确定。知道无论修改哪一方面都不能显著节省工程或增进美观时，才可以认为纸上定线结束。

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2.4.3主点桩号计算 2.4.3.1曲线要素的计算公式

LLs内移植： p?S? 324R2384RLLs切线增值： q?S? 2224R0324?切线长： Th?(R?p)tan?q

2曲线长： Lh?(??2?0)?180R?2Ls??R?180?Ls

?外距： Eh?(R?p)sec?R

2切曲差： Jh?2Th?Lh

2.4.3.1主点里程桩号计算及其测设方法 直缓点： ZH?JD?Th 缓圆点： HY?ZH?Ta

圆缓点： YH?HY?(Lh?2Ls)?HZ?Ls 缓直点： HZ?YH?Ts?ZH?Lh 曲中点： QZ?HZ?交 点： JD?QZ?Lh 2Jh 2 主点测设方法：在交点上安置经纬仪，分别瞄准前一个交点和后一个交点方向，从安置仪器的交点开始分别向后和向前量取一个Th长得ZH点和HZ点；在其角分线方向上，从交点开始量取一个Eh测得QZ点；分别从ZH点和HZ点上安置经纬仪，在瞄准交点的切线方向上量取x0值。再在切线的法线方向上量取y0值，得HY和YH点。 2.4.4.1以交点1为例计算曲线主点桩号

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LS2Ls4402404????0.200 内移植： p?24R2384R324x3202384x3203cos2(???1)k??1.60sin2?sin?切线增值： cos2?1cos(???1)[1?]2cos(???1)cos?1切线长： Th?(R?p)tan?q?2曲线长：

Lh?(??2?0)?(3?20o1659'0\3.40.200)tan?2?19.9 9867.852?180R?2Ls??R?180?Ls?16o59'03.4\x320x3.14?40?134.898 180（320?外距： Eh?(R?p)sec?R?2?o1659'0\3.40.）200sec??320

23.756切曲差： Jh?2Th?Lh?2x67.852?134.898?0.806 2.4.4.2主点里程桩号计算及其测设方法

直缓点： ZH?JD?hT?0K?179.287-67.?85K2?缓圆点： HY?ZH?SL?0K?111.43?50 111.4354?0K?01 51.435圆缓点： YH?HY?(Lh?2Ls)?K0?151.435?(134.898?2x40)?K0?206.333 缓直点： HZ?YH?sT?0K?206.33?3曲中点： QZ?HZ?交 点： JD?QZ?4?0K?02 46.33317 8 .884Lh134.898?K0?246.3?33?K?022Jh0.806?K0?178.8?84?K?02217 8.481其余各交点主要桩号计算方法同上 2.5 平面设计成果

插入表格

中南大学本科生毕业设计 第3章 纵断面设计

第3章 纵断面设计

通过道路中线的竖向剖面称为纵断面。在设计城市道路时，一般以车行道中心线的立面线形作为基本纵断面。当道路上设有几个不在同一平面上的车道时，则应分别定出各个车道中线的纵断面。 3.1 城市道路纵断面设计原则

（1）应参照城市规划控制标高并考虑临街建筑的车辆出入。

（2）为确保行车舒适与安全，线形设计应平顺、圆滑、视觉连续，纵坡宜设计得较为缓顺，起伏不宜过于频繁。

（3）应综合考虑自然条件、城市土地的用地性质、道路和区域的土石方平衡、汽车运营效益等因素，合理确定路面的设计标高。

（4）机非混合车行道的纵坡度宜按非机动车爬坡能力设计。 （5）山城道路应该控制平均纵坡度。

（6）纵断面设计应对沿线地形、地下管线、地质、水文、气候和排水要求综合考虑。

3.2 纵断面设计具体要求

（1）设计车速按道路等级采用。在转坡脚处应设置较大的凸形或凹形竖曲线相连接，并保证行车视距的要求。

（2）最小纵坡应满足排水要求，一般不小于0.3%~0.5%，否则，应另行设计锯齿形街沟。

（3）桥上纵坡和桥头引道坡度不宜大于3%，如果采用较大的坡度，坡长适合做得短一些。不应把陡坡的尽头设在靠近小半径的平曲线处，否则容易发生交通事故。

（4）道路纵断面的设计标高应保证管线的最小覆土深度，管顶最小覆土深度一般不小于0.7m。

依据《城市道路设计规范》(CJJ 37-2012)，在设计时速为40km/h时，各种车道纵断面纵坡坡度控制指标见表3-1。

表3-1 纵断面纵坡坡度控制指标

类型 机动车道 非机动车道 主干道交叉口

最大纵坡限制值（%） 8% 3.5% — 最大纵坡推荐值（%） 6% 2.5% 2% 车辆长时间下坡，特别是下陡坡时，容易而引起刹车片的发热磨损甚至失灵，

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在长直下坡的终点处，车辆运行速度较快，也极易发生交通事故。所以当道路的设计纵坡超过5%时，应当限制其纵坡坡长。但与此同时，道路纵断面的变坡点的设置不应过于频繁，使得道路跌宕起伏，驾驶员判断道路线形困难，从而影响行车安全，所以在道路设计中也应当控制纵坡坡段的最小长度。

表3-2 纵断面纵坡坡长控制指标

设计时速 坡段最小长度（m） 纵坡度（%） 坡段限制坡长（m）

40km/h 110 6.5 300 7 250 8 200 在纵断面设计线的变坡点处，为了保证行车安全、缓和纵坡折现而设的曲线称为竖曲线。确定竖曲线半径的标准是满足行驶时的车内乘客的舒适感（缓冲要求）和驾驶员的安全性（视距要求），各级道路纵坡变更处应设置竖曲线。竖曲线采用圆曲线。竖曲线半径及最小长度见表3-3。

表3-3 竖曲线设计极限指标

设计时速（km/h） 凸形竖曲线 凹形竖曲线 极限最小半径（m） 一般最小半径（m） 40 400 600 450 700 35 极限最小半径（m） 一般最小半径（m） 竖曲线最小长度（m） 3.3 视觉分析及平、纵线形组合设计

道路平、纵线形组合效果是驾驶员的主要视觉实体，将直接影响道路的适用性。

道路建成后，道路线形将长期限制汽车的运行。制约城市用地的规划和发展。线形设计的好坏，对汽车行驶的安全、舒适、经济以及道路的通行能力起着决定性作用。在进行线形设计时，必须对道路应具有的性能与作用进行充分慎重地研究分析，不留后患。

城市道路的平纵线性组合设计的原则是：

（1）平曲线和竖曲线宜相互重合，平曲线应比竖曲线稍长。

竖曲线的起终点宜分别设置在平曲线前后缓和曲线段内，也就是“平包竖”，“平包竖”的立体线性能够起到良好的视觉诱导作用，获得平顺流畅的效果。

（2）平曲线和竖曲线的大小应保持均衡。

一般认为，竖曲线半径宜为平曲线半径的10~20倍。 （3）注意道路的合成坡度。

在山岭地区，当纵坡度陡而又插入小半径的平曲线时，就容易造成合成坡度大，这对行驶安全不利；在平坦地区，当纵坡接近水平时，在平曲线起讫点附近的合成坡度非常小，排水成了问题。因此，选择能够获得适当的合成坡度之平曲线和竖曲线的组合是十分必要的。

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（4）避免不良的平、竖曲线组合。

暗弯与凸形竖曲线、明弯与凹形竖曲线的组合是悦目、合理的。对暗与凹、明与凸的组合，当坡差较大时会留下故意爬坡、绕弯的感觉。此种组合在山区难以避免，但坡差不宜太大。

应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。前者失去引导视线的作用，驾驶员须接近坡顶才发现平曲线，导致不必要的的减速或交通事故；后者会出现汽车高速行驶时急转弯，不利于行车安全。 平、竖曲线线形组合如图3-1所示：

组合不当 竖曲线 组合得当 直线 回旋线 圆曲线 回旋线 直线平曲线 图3-1 平面线与竖曲线的组合

3.4 纵断面设计步骤与方法

（1）绘出原有地面线；

（2）标出沿线各控制点标高：在进行纵坡设计时，应先将全线各控制点的标高

在图上标出，主要的控制点有相交道路路口标高、桥梁标高、隧道路面标高等；

（3）拉坡：对于设计道路的纵断面拉坡有两种方法可以考虑，一种是通过调整

道路中线纵坡，满足道路排水要求，避免设置锯齿形街沟，另一是参照沿街建筑物出入口的地坪标高，尽量不改动各控制点标高。由于南湖路Ⅱ标段为新建道路，道路两侧建筑物不多，所以采用前一种拉坡方案。 在定线设计时，一般采用多包少割，做到缓坡宜长，陡坡宜短。 3.5 竖曲线计算

竖曲线可分为圆形曲线，二次抛物线，

三次抛物线。通常在设计中采用圆形曲线。 圆形竖曲线各要素见图3-2，并按下列式子进行计算：

变坡脚： ??i3?i2 切线长： T?L2R2?? 22中南大学本科生毕业设计 第3章 纵断面设计

x2 任意点坐标： y?

2R 图3-2 竖曲线要示意图

2T2L2Rw外距： E? ??2R8R8竖曲线上各点标高的计算如下：

在凸形竖曲线内：设计标高=未设竖曲线的设计标高－y 在凹形竖曲线内：设计标高=未设竖曲线的设计标高＋y 3.6 纵断面设计成果 插入表格

表3-4 纵坡、竖曲线要素表

3.7 纵断面设计图

道路纵断面设计图，一般包括以下内容：道路中线的地面线、纵坡设计线、施工高度、沿线桥涵位置、结构类型和孔径，沿线交叉口位置和标高，沿线水准点位置，桩号和标高等。

米易县迎宾大道的纵断面设计草图如下页图3-3所示。

中南大第3章 纵断面设计

学本科生毕业设计

图3-3 纵断面设计示意图

中南大学本科生毕业设计 第4章 横断面设计

第4章 横断面设计

我国城市道路交通与其他国家相比，最大的特点就是机非混行现象严重。对此，在规划设计中，特别是在道路横断面构造中，应加以充分考虑。

横断面的形式、布置、各组成部分尺寸及比例，应按照道路类别、级别、计算行车速度、设计年限等因素统一考虑，以保障车辆和行人的安全通畅。 4.1 横断面布置 4.1.1 断面形式的选择

我国道路规范中按照分隔带的设置与否以及设置方式，把道路的横断面形式分为四种：单幅路、双幅路、三幅路和四幅路。

一般而言，一条道路应该采用相同形式的横断面。当道路横断面形式或是横断面组成部分的宽度发生变化时，应设过渡段，并以交叉口或结构物为起止点。 由于米易县迎宾大道城市Ⅱ级主干路，交通量不大，且地形起伏大，城镇用地紧张，不宜使横断面的路幅过大。所以米易县迎宾大道采用单幅路（人行道）的横断面形式。 4.1.2 横断面组成设计

根据城市道路设计规范，主干路的机动车车道宽度一般取3.5m，考虑到路口形式、速度降低和路口渠化的需要，路口处的车道宽度要低于路段的宽度。

值得注意的是，通过研究和试点实验，城市道路机动车车道设计宽度倾向于进一步减小。现行国标规定城市道路单条普通车道设计宽度为3.50米（设计车速＜40km/h）或3.75米（设计车速≥40km/h）。而各城市中心区机动车交通以车宽1.8米的小型车为主，单车道3.5米~3.75米的宽度相对较宽，在相对“宽松”的条件下，车辆超速行驶或是2条车道并行3辆小车的情况时有发生，存在交通隐患。武汉、南京、杭州等城市近年来采用压缩城市道路车道宽度的措施，将路段宽度压缩至3.2~3.5米，交叉口进口道宽度压缩至2.6~3.5米。通过对机动车车道宽度的适当压缩，可增加车道数量，大幅提升通行能力，同时改善车辆通行秩序和行驶安全。

在确定主干路车道布置时和车道宽度时，考虑到城市道路的交通程度和交通组成，选择机动车车道宽度为3.5m，行车道机非混合布置，这样设置，也是基于机动车可灵活借用非机动车道临时停车和后期将非机动车道改造成机动车道的需要。

米易县迎宾大道在设计全路段（隧道除外）的路幅宽度为14.5m，横向布置为：3m（人行道）+0.25（平面石）+7m（行车道）+0.25（平面石）+7m（行车道）+3m（人行道）。

米易县迎宾大道的标准横断面见图4-1。

中南大学本科生毕业设计 第4章 横断面设计

图4-1 标准横断面图

4.1.3 道路横坡和路拱设计

为了利于路面横向排水，将路面做成中央高两边低的拱形，称为路拱。路拱对排水有利，但对行车不利。路拱坡度所产生的水平分力增加了行车的不稳定性，当车辆在有水或潮湿的情况下制动容易出现侧向滑移。因此，横坡坡度应当综合考虑利于排水和安全行车两方面的要求。

由于安居区行车道的宽度不大，因而选择1.5%的横坡坡度。人行道采用直线路拱，车道路拱采用现行路线路拱。

=三次抛物线路拱的计算

式为：

y?kx

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路拱曲线大样图如图4-2所示。

图

4-2 半个路拱曲线大样图

4.2 超高加宽设计（本设计半径较大故未设置超高加宽仅罗列计算方法） 4.2.1 道路超高设计

设置超高是为了平衡车辆在曲线路段上形式所产生的离心力，将路面做成外侧高内侧低的单向横坡。在城市道路中，为了使道路两侧建筑物标高协调，一般避免设置超高，但在城市道路的线性一般顺应地形，蜿蜒曲折，圆曲线半径较小，不得不设置一些超高。

安居区道路横断面为单幅路形式，没有中间带，路面超高过渡采用由双向倾斜逐渐过渡到具有超高横坡的单向倾斜的形式。超高横坡取1.5%，超高旋转过渡方式为绕道路中线旋转。

为了行车的舒适、路容的美观和排水的顺畅，须设置一定长度的超高缓和段，超高的过渡是在超高缓和段全长范围内进行的。道路超高缓和段长度按下式计算：

??iLc?

p

式中：Lc—超高缓和段长度（m）；

?—旋转轴至路缘带外侧边缘的宽度（m）；

； ?i—超高坡度与路拱坡度的代数差（%）

p—超高渐变率，设计时速为40km/h时，超高渐变率为1/100。

由此计算出道路超高缓和段长度为18m。 当两相邻曲线是反向曲线时，宜将一个曲线的全超高过渡到另一个曲线的反方向的全超高，没有固定旋转轴，中间是面到面的过渡，横断面始终是单坡断面。这样设置将使两反向圆曲线间的过渡段只出现一次零坡断面，对排水和路容都有改善。

4.2.2 道路加宽设计

道路加宽是为满足在平曲线上行驶时后轮轨迹偏向曲线内侧的需要，平曲线内侧应相应增加路面、路基宽度。

在这里，加宽过渡方式选择回旋线过渡方式。 4.3 市政管网布置

地下市政管线主要有污水管、

中南大学本科生毕业设计 第4章 横断面设计

自来水管、其他市政管线（如弱电管，电缆管等）。

根据以往市政管线埋设实例并结合工程实际，污水管和雨水管合并设置，管顶埋深4m，直径1200mm，埋设在离路缘石1.5m处的人行道下方；自来水管管顶埋深2.5m，直径600mm，埋设在人行道下方。

市政管网尽量布置在人行道下方，以减少检修维护时对道路交通的影响。

市政管网横断面布置见图4-4。

图4-4 管线综合标准横断面图

4.4 路基设计和土石方计算

路堤边坡根据具体情况分别取一般取1:1.1；1:1.2；1:1.3；1:1.4；1:1.5依次放坡，路堑边坡取1:0.3；1:0.4；1:0.5依次挖方。

路基土石方作为道路工程中的重要工程量，其计算和调运是道路设计的一项重要内容，除了控制土石方数量外，还应合理解决各路段土石方平衡和利用，尽量使土石方能在经济调运条件下移挖作填，避免额外的路外借土和弃土，减轻对环境的破坏。

选取K1+300~K2+300一公里路段进行土石方的计算，见附表- -------

中南大学本科生毕业设计 第4章 横断面设计

中南大学本科生毕业设计 第6章 挡土墙设计

第6章 挡土墙设计

6.1 挡土墙的布置

挡土墙是用来支撑天然边坡或人工填土边坡以保持土体稳定的建筑物，在公路建设中它广泛应用于支撑路堤或路堑边坡。安居区道路处于山岭重丘区，为满足线性需求，需按照不同的地形设置挡土墙，路堑挖方较大这里只设置阶梯台阶。为了减少土方的开挖量和防止水库影响到路基的稳定性，在路段（K0+~K0+20; K0+400~K0+640; K1+780~K1+020）道路两边设置衡重式挡土墙。图6-1所示为桩号K0+505.645处的横截面。

图6-1 K0+505.645处的横断面与挡土墙的布置

挡土墙设计关键是确定作用在挡土墙上的力系，其中主要是确定土压力。作用在挡土墙上的力系主要包括：挡土墙自重G及位于挡土墙上的荷载；墙后土体的主动土压力；基底的法向反力以及摩擦力；墙后土体的被动土压力。下面以衡重式挡土墙为例进行设计说明。 6.2衡重式挡土墙设计说明

图

6-2 衡重式挡土墙截面尺寸

（1）墙身构造

拟采用浆砌片石衡重式挡土墙，如图6-2所示。墙身总高505，上墙高2.5m，

中南大学本科生毕业设计 第6章 挡土墙设计

墙顶宽0.6m，台宽0.63 m，面坡倾斜坡度: 1:0.05，上墙背坡倾斜坡度: 1:0.32，下墙背坡倾斜坡度: 1: 0.25，墙趾台阶宽 0.18 m，墙趾台阶高0.5m，墙趾台阶与墙面坡坡度相同，墙底倾斜坡率: 1:0.3。 （2）车辆荷载

计算活载按公路路基设计规范中的挡土墙车辆荷载进行计算，在7m宽车行道范围内布置满布荷载。通过计算，换算均布土层厚度为0.724m。挡土墙的结构重要性系数取1.0。按照规范要求等进行荷载组合。由于基础的埋置深度较浅，不计入墙前的被动土压力。 （3）土壤工程地质情况

墙后填土容重?=17KN/m3，等效内摩擦角?=35o，填土与墙背间的摩擦角???=17.5 o；粘性土地基，允许承载力[?]=430Kpa，基底摩擦系数f=0.30。

2（4）墙身材料

圬工材料选择7.5号砂浆砌25号片石，砌体容重?k=23KN/m3；砌体允许压应力[?a]=900KPa，允许剪应力[?]=90KPa，允许拉应力[?L]=90Kpa，容许弯拉应力[?wl]=140KPa。 6.3上墙断面强度验算 6.3.1 破裂角的计算

计算破裂角时，先假设墙背后方土体的第二破裂面为假想墙背， 假象墙背tan?1?H1?0.35?B11?0.602,?1?31.1

H1按假想墙背计算得到的第一破裂角为28.31o，因为墙背俯斜，需判断第二破裂面是否存在。经计算：?i?28.12?，?i?28.64?。对于衡重式挡土墙的上墙，假想墙背???，又?1??i，所以第二破裂面存在。

根据墙后破裂棱体上的车辆荷载换算成重度与墙后填土相同的均

布土层，计算得B0?0.46m。人群 图6-3上墙面土压力计算简图 荷载的换算均布土层厚度为0.176m。 6.3.2 土压力计算

计算土压力系数：

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cos2(???1)k??1.60 sin2?sin?cos2?1cos(???1)[1?]2cos(???1)cos?1H1'=H1=2.55（m）

1E1x=?H1'2K=115（KN）

2作用于实际墙背上的土压力为：

E1x'= E1x=E1xcos??i???=506（KN） E1y'=E1x'tan?1=30.5（KN）

假定此土压力沿墙背呈直线分布，作用在上墙的下三分点处。

6.3.3 上墙截面强度验算

先计算验算截面的弯矩：

上墙重力W1s = 114.494 (kN)，上墙重力的力臂Z1w= 0.805 (m)；

''上墙墙背处E1x= 36.568 (kN)，上墙E1x的力臂Z1y= 1.267 (m)；

''

上墙墙背处E1y = 12.799 (kN)，上墙E1y的力臂 Z1x= 1.627 (m)； （上面所求的力臂为相对于上墙墙趾处的长度）

'竖直方向的合力：?N1?E1y?W1s=144.96（KN）；

'水平方向的合力：?H1?E1x=50.6（KN） 相对于上墙墙趾处的总弯矩：

''M?EZ?E?11y1x1xZ1y?W1sZw=77.68 （1）偏心距验算：

e1?B1?M12.0766.66??0.511?0.25?2.07?0.517，截面偏心距验?=2127.2932?N1算满足要求。

（2）法向应力验算：

N1?6e1???1??背坡?min??=32.56 kPa，?min<[?L]=90 kPa，拉应力验算满足B1?B1??N6e1??1?1?要求。面坡?max???=172.54 kPa<[?a]=900 kPa，压应力验算满足要B1?B1?求。

（3）直剪应力验算：

?1??H1?f0?N1/B1=-7.175 kPa<90 kpa，其中f0为圬工之间的摩擦系数

??这里根据规范取值为0.4。 （4）斜剪应力计验算如下：

?H?0.5?B?tanj?N?f??Htanj??N?=0.347 A??Htanj??N?f??H?0.5?B?tanj?N?211k1011211101k1中南大学本科生毕业设计 第6章 挡土墙设计

。 tan??A?A2?1=1.405，所以?=54.56°斜剪应力：

1??cos2???H1?1?f0tan???1?tanjtan????N1?tan??f0??1?tanjtan????kB21tan??tan??f0??2???2?B1 =39.82kpa<90kpa。

6.4 基底截面强度及稳定性验算

根据墙后破裂棱体上的车辆荷载换算为重度与墙后填土相同的均布土层，计算得B0?3.84m，换算成均布土层厚度为0.724m。采用力多边形法求解下墙的土压力，通过软件计算得到破裂角?2=35.614°。计算简图如下:

图6-4 采用力多边形法计算下墙土压力

通过计算得到：

土压力E2?130.102kN

E2x?E2cos(?2??2)?129.864kN E2y?E2sin(?2??2)?7.86kN

挡土墙墙身重量为478.683(kN)，衡重台上填料重量为48.051(kN)。 6.4.1 滑动稳定性验算

基底摩擦系数= 0.300，采用倾斜基底增强抗滑动稳定性，滑动稳定方程为：

?1.1?W?WE'???Q1??E1y?E3y??E1x?E3x?tan?0???1.1?W?WE'???Q1?E1y?E3y?tan?0??Q1?E1x?E3x?????式中?Q1为土压力分项系数，根据规范取值为1.4，?为基底摩擦系数取值为0.4。抗滑动稳定系数Kc按下式计算：

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??W?WE'??E1x?E3x?tan?0?Kc= E1x?E3x??W?WE'?tan?0Wn= 524.119(kN)，En= 93.105(kN)，Wt= 52.412(kN)，基底倾斜角度5.711°，

Et= 155.707(kN)。计算得滑移力= 103.295(kN)，抗滑力= 185.167(kN)滑移验算满足: Kc=1.793 > 1.3。

地基土摩擦系数?=0.5，地基土层水平向: 滑移力= 164.199(kN)，抗滑力= 304.859(kN)。地基土层水平向: Kc=1.857 > 1.3。

所以抗滑动稳定性满足要求。 6.4.2 倾覆稳定性验算

抗滑动稳定系数K0按下式计算：

K0M??E?=

?E1xZ?E3xZ3x1y''1xZ1y''?E3yZ3y??

相对于墙趾，墙身重力的力臂Zw= 1.936 (m)； 上墙E1y的力臂Zx= 3.345 (m)； 上墙E1x的力臂Zy= 7.109 (m)； 下墙E3x的力臂Zx3= 3.183 (m)； 下墙E3y的力臂Zy3= 2.293 (m)

倾覆力矩?M= 541.821(kN?m)，抗倾覆力矩?Mk= 1317.260(kN?m)； K0= 2.431 > 1.5，所以倾覆稳定性系数满足要求。 6.4.3 地基应力及偏心距验算

作用在基础底部的总竖向力?N= 617.225(kN)，作用在墙趾下顶点的总弯矩?M=775.439(kN-m)。基础底面的宽度B= 2.559 (m)，偏心距e= 0.023(m)。计算得：趾部基底压应力?1=254.307(kPa)，踵部基底压应力?2=228.080(kPa)，最大应力与最小应力之比?1/?2= 254.307 / 228.080 = 1.115。

B41?MBe3??=0.023<41=0.427；

62?N作用于基底的合力偏心距满足要求。 压应力?=241.194 <= 430.000(kPa)； 地基平均承载力满足。 应力验算：?1,2'N?6e??1??B41????254.307kPa?430kPa??=??。

228.08kPa?430kPaB41????3

计算表明，设计的衡重式挡土墙是安全合理的。重力式挡土墙在公路工程建设中应用普遍，对加强边坡稳定和减少占地都具有重要意义。而设计好挡土墙，

中南大学本科生毕业设计 第6章 挡土墙设计

尤其是高挡墙的设计是保证路基稳定和道路安全的首要环节。挡土墙设计的核心内容则是做好挡土墙结构安全性验算以及根据场地条件选择适宜的地基加固处理方案。

涵洞计算说明书

1、 涵洞设计

本路段有三处涵洞，三处均选用无压力式钢筋混凝土圆管涵汇水面积及设计流量计算，由于K0+359.500处汇水区较大，故本例以K0+359.500处涵洞进行计算。根据路线平面图，通过对由山脊线组成的汇水区在平面图上的投影面积进行测量得：汇水面积S=0.296km2

根据《公路涵洞设计细则》，采用径流形成法，计算公式如下： 43QP??(h?Z)2F5???；

式中：Qp——规定频率的雨洪设计流量； ψ——地貌系数，查表取0.1； h——径流宽度，查表取28mm；

z——被植被或坑洼滞留的径流厚度，查表取10mm； F——汇水面积；

β——洪峰传播的流量折减系数，查表取1；

r——汇水区不均匀量的折减系数，由于汇水区得长度宽度均小于5Km，故不予考虑，取γ=1；

δ——小水库调节作用影响洪峰流量的折减系数，本地区没有水库，所以取1；

计算可得Qp=0.1×（0.028-0.010）1.5×2958850.8 =3.53m3/s 2、 涵洞断面计算

（1）确定涵洞孔径d

初选临界水深hk时的充满度为

hkd?0.8。查表的，k=0.382。则管径为：

23.53 d?5=1.27m

9.8?0.382取管径d=1.5m。

(1) 临界水深

以d=1.5m代入计算时，可得

中南大学本科生毕业设计 第6章 挡土墙设计

3.532?0.566 k?1.55?9.8查表得到相应的hkd?0.867。故临界水深hk?0.867?1.5?1.30m。

(2) 临界流速和临界坡度的确定

查表可得，当hkd?0.867时，k1?0.723 ，k2?0.683，k3?0.303。 则：临界流速vk： vk?k1gd0.723?9.8?1.5??3.945m/s k20.683

临界坡度ik为：

ik?2vk?123???dk3???n?2?3.9452?1?1.5?0.303?23???0.014??2?8.78‰

(3) 最大纵坡的确定

假设涵洞内正常流速采用允许流速（v0?6.0m/s），则涵洞纵坡可增大。 由流量公式，涵内过水断面面积为A?Qv0?3.53/6.0?0.588m2。

则k1?Ad?0.5881.5?0.261，查表的充满度h0d?0.367。由此，正常水深

22h0?0.367?1.5?0.551m。

查表知断面的流速特征相对值W0/Wd?0.861,其中

Wd?28.35d23?28.35?1.523?37.200,由此，W0?0.861?37.3?32.029。

2则i?v0W02?6.0232.0292?35.1‰。

可见涵洞纵坡I可在ik=8.78‰～35.1‰范围内选择。

(4) 确定涵洞长度

?1?i2csc???13?1.5??1?0.022?csc51?＝27.78mL上＝?B上?m（H上?h上）（7.5?1.8）

?1?i2csc???13?1.5??1?0.022?csc51?＝28.75mL下＝?B下?m（H下?h下）（7.9?1.7）

试中 B——路基宽度，为26米

B上 , B下——由路基中心至上，下游路基边缘的宽度，当路基无加宽时均为0.5B，

中南大学本科生毕业设计 第6章 挡土墙设计

即为13米；

H上、H下——路基填土总高度，即由路基中心至上、下游路基边缘高度，此涵洞

处为分别为9.4、7米；

h上，h下——涵洞上下游洞口建筑高度，h上取2.5米，h下取2.5米 m——路基边坡坡度（按1：m），m=1.5 i0——涵底坡度（以小数表示） i0=2%

L上，L下——涵洞上，下游长度； α——道路中线和涵洞的夹角；

涵洞全长： L= L上+L下=27.78+29.62= 57.40m

中南大学本科生毕业设计 第7章 桥涵设计

7.3 涵洞设计

第9章 路面结构设计

9.1 路面结构设计要求与基本资料 9.1.1 设计任务与内容

设计任务：

（1）沥青路面结构设计； （设计内容：

（1）确定路基回弹模量与路面结构设计参数； （2）路面结构组合设计； （3）路面结构层厚度计算； （4）路面排水设计。 9.1.2 设计方法

沥青混凝土路面结构设计：采用弹性层状体系作为力学分析基础理论，以双圆垂直均布荷载作用下的路面整体沉降（弯沉）和结构层的层底拉应力作为设计指标，以疲劳效应为基础，处理轴载标准化转换与轴载多次重复作用效应。 9.1.3 设计资料

（1）自然地理条件

拟建道路地区属亚热带大陆型气候，热量充足，雨水较多，季节分明，春雨秋干，冬冷夏热。全年主导风向为东北风，夏季主导风向为西南风；最大风速20 米/秒，年平均风速2 米/秒；年平均气温18.4 度，最热月平均气温30.6 度，最冷月平均气温6.3 度，年极端最高气温43.1 度，年最低气温-8.7 度；年平均降雨量1113.1mm，年最大降雨量1434.6mm；年平均气压1010.1hpa；年平均日照1577小时；最冷月平均相对湿度82%，最热月平均相对湿度74%。土壤地质情况见下表。

表9-1土壤地质情况

自然区划 填方段 路基土壤 Ⅳ7 否 粉质黏土 地下水位距路底面 1.0~0.4m 土基干湿类型 潮湿 平均稠度 1.0 回弹模量（Mpa） 40.0 （2）交通组成与交通量

根据可行性报告可知路段所在地的近期交通组成与交通量，见表9-2。预测交通量增长率为10%。

中南大学本科生毕业设计 第7章 桥涵设计

表9-2 近期交通组成与交通量

车型 三菱T653B 黄河JN163 江淮HF150 解放SP920 湘江HQP40 东风EQ155 前轴重/KN 29.3 58.6 45.1 31.3 23.1 26.5 后轴重/KN 48.0 114.0 101.5 78.0 73.2 56.7 后轴数 1 1 1 3 2 2

后轴轮组数 双轮组 双轮组 双轮组 双轮组 双轮组 双轮组 后轴距 —— —— —— >3m >3m 3m 交通量/次/日 300 400 400 300 400 400 9.2 沥青路面设计 9.2.1 设计轴载计算

我国沥青路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载，以BZZ—100表示。各种车型按规定的法则做当量换算，得到当量的标准轴载次数。轴载小于40KN的特轻轴重对路面结构的影响可以忽略不计。由于不同力学参数的疲劳等效效应不同，当量轴载换算分两种情况进行。

（1）当以弯沉值和沥青层的层底拉应力为设计指标时，按式（9.1）完成轴载当量换算，当以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标时，按下式（9.2）完成轴载当量计算：

??PN??C1C2ni(i)8 （式9.1）

Pi?1/KPN??C1C2ni(i)4.35 （式9.2）

Pi?1K（3）设计年限累计标准当量轴次计算

设计年限内一个车道通过的累计当量标准轴次数Ne按下式计算：

Ne?[(1??)t?1]?365?N1?

本工程的设计年限为10年，设计年限内交通量平均增长率为10%，车道系

数为0.45（两车道）。

表9-3 轴载换算与累计轴载

车型 三菱T653B 黄河JN163 江淮HF150 解放SP920 湘江HQP40 前轴重/KN 29.3 58.6 45.1 31.3 23.1 后轴重/KN 48.0 114.0 101.5 78.0 73.2 后轴数 1 1 1 3 2 后轴轮组数 双轮组 双轮组 双轮组 双轮组 双轮组 后轴距 —— —— —— >3m >3m 交通量/次/日 300 400 400 300 400 中南大学本科生毕业设计 第7章 桥涵设计 东风EQ155 26.5 56.7 2 双轮组 3m 400 换算方法 累计交通轴次 弯沉值及沥青层拉应力指标 5476797.9 半刚性层 拉应力指标 4722370.5

设计年限内一个车道上大客车以及中型以上各种货车日平均交通量Nh=1093，属于中等交通等级。

当以设计弯沉和沥青层层底拉应力为指标时，设计年限内一个车道的累计当量轴次Ne1约550万次，属重交通等级。

当以半刚性材料结构层层底拉应力为指标时，设计年限内一个车道的累计当量轴次Ne2约为470万次，属重交通等级。 9.2.2 设计标准计算 （1）设计弯沉计算

我国《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）规定路面设计弯沉值ld由下式计算确定：

?.02ld?600NeAcAsAb

（2）容许拉应力计算

根据承受一次加载断裂的极限弯拉应力与多次加载后达到同样断裂所施加的疲劳应力之间的比值与加载的次数之间存在如下相关关系，可以按照式。。得到弯拉应力设计控制指标容许拉应力：

?R?9.2.3 路面结构组合设计及验算

?SPKS

（1） 结构组合与材料选取

规范规定城市住干道,面层由两层至三层组成,查规范可锝，采用三层式沥青面层，表面采用抗滑表层（厚度4cm），中层采用中粒式密级配沥青混凝土（厚度5cm），下层采用粗粒式密级配沥青混凝土（厚度6cm）。 （2）各层材料的抗压模量与劈裂度

20℃抗压模量劈裂强度层数 材料名称

（MPa）

（MPa）

1 2 3 4

细粒式沥青混

凝土

中粒式沥青混凝土

粗粒式沥青混泥土 水泥碎石

1400 1200 1000 1500

1.4 1.0 0.8 0.5

中南大学本科生毕业设计 第7章 桥涵设计

5

石灰土

550 0.225

（3）土基回弹模量的确定

该路段处于Ⅳ7区。为粉质土，稠度为1.00，回弹魔抗为40MPa 。道路基本材料主要为沥青、水泥、石料、路槽土、石灰、砂、石粉、石屑等。 （4）设计弯沉值

设计弯沉值：

ld?600Ne?0.2AcAsAb?600?5476797.9?0.2?1.0?1.0?1.0?26.9(0.01mm) 各层材料的容许层底拉应力值： ?R??sp/Ks

细粒式密级配沥青混凝土

Ks?0.09A0.22sNe/Ac?0.09?1.0?9414090.22/1.0?3.07 ?R??sp/Ks?1.4/3.07?0.4560MPa

中粒式密级配沥青混凝土

K0.22s?0.09AsNe/Ac?0.09?1.0?9414090.22/1.0?3.07 ?R??sp/Ks?1.0/3.07?0.3257MPa

粗粒式密级配沥青混凝土

Ks?0.09A0.22sNe/Ac?0.09?1.1?9414090.22/1.0?3.38 ?R??sp/Ks?0.8/3.38?0.2367MPa 水泥碎石

K0.11s?0.35AsNe/Ac?0.35?1.1?9414090.11/1.0?2.05 ?R??sp/Ks?0.5/2.05?0.2439MPa 石灰土

Ks?0.45A0.11sNe/Ac?0.45?1.1?9414090.11/1.0?2.63 ?R??sp/Ks?0.225/2.63?0.085MPa （5）设计资料总计

设计弯沉值为26.9(0.01mm)，相关设计资料汇总去如下表： 材料名h/cm 15℃抗20℃抗

称 压模量压模量

劈裂强

度（MPa）（MPa）

（MPa）

细粒式4 1800 1400 104

密级配沥青混凝土

中粒式5 1600 1200 1.0 密级配沥青混凝土

粗粒式6 1200 1000 0.8 密级配沥青

容许

拉应力MPa）

0.4560

0.3257

0.2367

（中南大学本科生毕业设计 第7章 桥涵设计

混凝土

水泥碎石

25 1500 0.5 0.2439

石灰土 ？ 550 0.225 0.0856

土基 —— 40 —— —— （6）确定石灰土厚度

通过计算机设计计算得到，石灰土厚度为24.5cm，实际路面结构的路表实测弯沉值为24.19（0.01mm），沥青面层的层底均受压应力，水泥碎石层底的最大拉应力为0.1223MPa<0.2349MPa，石灰土层底最大拉应力为0.075MPa<0.0856MPa。

上述设计结果满足设计要求。

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